CN116156371A - 一种开放式声学装置 - Google Patents

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肖乐
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Abstract

本说明书公开一种开放式声学装置，其主要包括固定结构、第一麦克风阵列、信号处理器与扬声器。其中，固定结构用于将声学装置固定在用户耳朵附近且不堵塞用户耳道的位置，提升用户的使用舒适度。第一麦克风阵列用于拾取环境噪声，信号处理器可以基于环境噪声以及第一麦克风阵列与用户耳道之间的初级路径传递函数，估计用户耳道处的噪声信号，并基于该噪声信号生成降噪信号；扬声器可以根据降噪信号输出用于消除用户耳道处噪声信号的降噪声波。该开放式声学装置不仅能够不堵塞用户耳部、适于长期佩戴，提升用户的使用舒适度，还可以很好地消除用户耳道处的噪声，具有良好的降噪效果，提高用户的听觉体验。

Description

一种开放式声学装置
优先权信息
本申请要求于2021年年11月19日递交的中国申请202111399590.6的优先权，其内容以引用的方式被包含于此。
技术领域
本说明书涉及声学领域，特别涉及一种开放式声学装置。
背景技术
声学装置允许用户在收听音频内容、进行语音通话的同时保证用户交互内容的私密性，且收听时不打扰到周围人群。声学装置通常可以分为入耳式和开放式两大种类。其中，入耳式的声学装置在使用过程中会有结构位于用户耳道内，对用户的耳部造成堵塞，用户长时间佩戴容易产生不适感。而开放式的声学装置可以解决上述问题，开放式的声学装置不会堵塞用户耳部，有利于长期佩戴。但是，开放式声学输出装置中用于采集外部环境噪声的麦克风以及发出降噪声波的扬声器是位于用户耳朵附近(例如，耳廓前侧的面部区域)，与用户耳道具有一定的距离，直接将麦克风拾取的环境噪声当作用户耳道处的噪声而进行的降噪，往往会导致开放式声学输出装置的降噪效果不明显，使用户的听觉体验降低。
因此，希望提供一种开放式声学装置，可以在开放用户双耳的同时，具有良好的降噪能力，从而提高用户的听觉体验。
发明内容
本说明书实施例提供一种开放式声学装置，包括：固定结构，被配置为将所述声学装置固定在用户耳朵附近且不堵塞用户耳道的位置；第一麦克风阵列，被配置为拾取环境噪声；信号处理器，被配置为：基于所述环境噪声确定所述第一麦克风阵列与所述用户耳道之间的初级路径传递函数；基于所述环境噪声和所述初级路径传递函数，估计所述用户耳道处的噪声信号；以及基于所述用户耳道处的噪声信号生成降噪信号；以及扬声器，被配置为根据所述降噪信号输出降噪声波，所述降噪声波用于消除所述用户耳道处的所述噪声信号。
本说明书提供的开放式声学装置相对于现有技术，具有如下有益效果：(1)第一麦克风阵列能够拾取环境噪声，信号处理器能够根据该拾取的环境噪声以及第一麦克风阵列与用户耳道之间的初级路径传递函数估计用户耳道处的噪声信号并生成对应的降噪信号，扬声器能够根据该降噪信号输出消除用户耳道处噪声的降噪声波；(2)第二麦克风阵列能够拾取环境噪声与降噪声波，信号处理器可以基于第二麦克风阵列拾取的信号对降噪信号进行更新，提升降噪信号的降噪效果；(3)固定结构能够将开放式声学装置固定在用户耳朵附件不堵塞用户耳道的位置，不易使用户产生不适感，适于长期佩戴等。
附图说明
本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本说明书一些实施例所示的开放式声学装置的示例性框架结构图；
图2是根据本说明书的一些实施例所示的开放式声学装置的降噪原理图；
图3是根据本说明书的一些实施例所示的信号处理器的示例性结构示意图；
图4是根据本说明书的一些实施例所示的降噪过程的示例性流程图；
图5是根据本说明书的一些实施例所示的示例性的开放式声学装置环境噪声的传递示意图；
图6是根据本说明书的一些实施例所示的确定第一麦克风阵列与用户耳道之间的初级路径传递函数的示例性流程图；
图7是根据本说明书的一些实施例所示的确定第一麦克风阵列到耳道处的初级路径传递函数的示意图；
图8是根据本说明书一些实施例所示的第二麦克风阵列参与工作时的示例性流程图；
图9是根据本说明书一些实施例所示的第二麦克风阵列参与工作时的另一示例性流程图；
图10是根据本说明书一些实施例所示的估计降噪信号的示例性流程图；
图11是根据本说明书一些实施例所示的确定整体次级路径传递函数的示例性流程图；
图12是根据本说明书一些实施例所示的确定第一次级路径传递函数的示例性流程图；
图13A是根据本说明书一些实施例所示的一种麦克风阵列的分布示意图；
图13B是根据本说明书一些实施例所示的另一种麦克风阵列的分布示意图；
图13C是根据本说明书一些实施例所示的又一种麦克风阵列的分布示意图；
图13D是根据本说明书一些实施例所示的再一种麦克风阵列的分布示意图；
图14A是根据本说明书一些实施例所示的用户佩戴开放式声学装置时的麦克风阵列的排布示意图；
图14B是根据本说明书一些实施例所示的用户佩戴开放式声学装置时的另一种麦克风阵列的排布示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
开放式声学装置可以包括开放式耳机等声学设备。开放式声学装置可以通过固定结构(例如，耳挂、头挂、眼镜脚等)将扬声器固定于用户的耳部附件而不会对用户的耳道的位置造成堵塞。当用户使用开放式声学装置时，外界环境噪音也可以被用户听到，这就使得用户的听觉体验较差。例如，在外界环境噪音较大的场所(例如，街道、景区等)，用户在使用开放式声学装置进行音乐播放时，外界环境的噪音会直接进入用户耳道，使得用户听到较大的环境噪音，环境噪音会干扰用户的听音乐体验。又例如，当用户佩戴开放式声学装置进行通话时，麦克风不仅会拾取用户自身的说话声音，也会拾取环境噪音，使得用户通话体验较差。
基于上述问题，本说明书实施例中描述一种开放式声学装置。在一些实施例中，该声学装置可以包括固定结构、第一麦克风阵列、信号处理器以及扬声器。其中，固定结构被配置为将声学装置固定在用户耳朵附近且不堵塞用户耳道的位置。第一麦克风阵列被配置为拾取环境噪声。在一些实施例中，信号处理器可以被配置为基于环境噪声确定第一麦克风阵列与用户耳道之间的初级路径传递函数。初级路径传递函数是指第一麦克风阵列处的环境噪声传递至用户耳道处的相频响应。进一步地，信号处理器可以基于环境噪声和初级路径传递函数估计用户耳道处的噪声信号，以及基于用户耳道处的噪声信号生成降噪信号。在一些实施例中，扬声器可以被配置为根据降噪信号输出降噪声波，降噪声波可以用于消除用户耳道处的噪声信号。本说明书实施例提供的开放式声学装置中，第一麦克风阵列可以包括多个麦克风，信号处理器通过多个麦克风拾取的环境噪声可以确定噪声源方向，信号处理器根据环境噪声的参数信息(例如，频率)、噪声源方向以及第一麦克风阵列中的麦克风与用户耳道的位置信息确定初级路径传递函数，信号处理器可以基于环境噪声的参数信息(相位信息、频率信息、幅值信息等)和初级路径传递函数估计用户耳道处的噪声信号，进一步地，信号处理器基于估计的用户耳道处的噪声信号生成降噪信号，扬声器基于降噪信号生成降噪声波对用户耳道处的噪声进行抵消。本说明书实施例提供的开放式声学装置可以针对不同频率范围的噪声进行降噪，呈现特定的降噪效果。例如，在150Hz-2000 Hz的频率范围内，具有5dB-25dB的降噪深度，从而可以明显提高开放式声学装置在该频率范围的降噪效果。
图1是根据本说明书一些实施例所示的开放式声学装置100的示例性框架结构图。如图1所示，开放式声学装置100可以包括固定结构120、第一麦克风阵列130、信号处理器140和扬声器150。在一些实施例中，开放式声学装置100可以通过固定结构120将开放式声学装置100固定于用户耳朵附近且不堵塞用户耳道。第一麦克风阵列130可以拾取环境噪声。信号处理器140可以与第一麦克风阵列130、扬声器150耦接(例如电连接)，信号处理器140可以接收第一麦克风阵列130的信号，信号处理器140还可以发送信号至扬声器150。例如，信号处理器140可以接收第一麦克风阵列130传递的环境噪声转换的电信号并对其进行处理以获取环境噪声的参数信息(例如，幅值信息、相位信息等)。在一些实施例中，第一麦克风阵列130可以包括多个麦克风，信号处理器140可以基于多个麦克风拾取的环境噪声确定噪声源方位。在一些实施例中，信号处理器140可以基于环境噪声的参数信息(例如，频率)、噪声源方位、第一麦克风阵列130与用户耳道的位置信息确定第一麦克风阵列130与用户耳道之间的初级路径传递函数，信号处理器140还可以基于环境噪声和初级路径传递函数，估计用户耳道处的噪声信号。该降噪信号的参数信息与环境噪声的参数信息相对应，例如，降噪信号的幅值大小与环境噪声的幅值大小近似相等，降噪信号的相位与环境噪声的相位近似相反。信号处理器140可以将生成的降噪信号传递至扬声器150，扬声器150可以根据降噪信号输出降噪声波，该降噪声波可以与用户耳道位置处的环境噪声相互抵消，从而实现开放式声学装置100的主动降噪，提高用户在使用开放式声学装置100过程中的听觉体验。
第一麦克风阵列130可以被配置为拾取环境噪声。在一些实施例中，环境噪声是指用户所处环境中的多种外界声音的组合。在一些实施例中，环境噪声可以包括交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声、社会噪声等中的一种或多种。在一些实施例中，交通噪声可以包括但不限于机动车辆的行驶噪声、鸣笛噪声等。工业噪声可以包括但不限于工厂动力机械运转噪声等。建筑施工噪声可以包括但不限于动力机械挖掘噪声、打洞噪声、搅拌噪声等。社会生活环境噪声可以包括但不限于群众集会噪声、文娱宣传噪声、人群喧闹噪声、家用电器噪声等。在一些实施例中，第一麦克风阵列130可以设置于用户耳道附近位置，用于拾取传递至用户耳道处的环境噪声，第一麦克风阵列130可以将拾取的环境噪声信号转换为电信号并传递至信号处理器140进行信号处理。在一些实施例中，环境噪声也可以包括用户讲话的声音。例如，当开放式耳机100为未通话状态时，用户自身说话产生的声音也可以视为环境噪声，第一麦克风阵列130可以拾取用户自身说话的声音以及其他环境噪声，并将用户说话产生的声音信号和其他环境噪声转化为电信号传递至信号处理器140进行信号处理。在一些实施例中，第一麦克风阵列130可以分布于用户的左耳或右耳处。在一些实施例中，第一麦克风阵列130还可以位于用户的左耳和右耳处。例如，第一麦克风阵列130可以包括第一子麦克风阵列和第二子麦克风阵列，其中，第一子麦克风阵列位于用户的左耳处，第二子麦克风阵列位于用户的右耳处，第一子麦克风阵列和第二子麦克风阵列可以同时进入工作状态或二者中的一个进入工作状态。
在一些实施例中，环境噪声可以包括用户讲话的声音。例如，第一麦克风阵列130可以根据开放式声学装置100的通话状态拾取环境噪声。当开放式声学装置100处于未通话状态时，用户自身说话产生的声音可以被视为环境噪声，第一麦克风阵列130可以同时拾取用户自身说话的声音以及其他环境噪声。当开放式声学装置100处于通话状态时，用户自身说话产生的声音可以不被视为环境噪声，第一麦克风阵列130可以拾取除用户自身说话的声音之外环境噪声。例如，第一麦克风阵列130可以拾取距离第一麦克风阵列130一定距离(例如，0.5米、1米)之外的噪声源发出的噪声。
在一些实施例中，第一麦克风阵列130包括两个或两个以上的麦克风。第一麦克风阵列130可以包括气传导麦克风和/或骨传导麦克风。在一些实施例中，第一麦克风阵列130可以包括两个或两个以上气传导麦克风。例如，用户在使用开放式声学装置100听取音乐时，气传导麦克风可以同时获取外界环境的噪声和用户说话时的声音并将其作为环境噪声转换为电信号传输至信号处理器140中进行处理。在一些实施例中，第一麦克风阵列130还可以包括两个或两个以上骨传导麦克风。在一些实施例中，骨传导麦克风可以直接与用户的头部皮肤接触，用户说话时面部骨骼或肌肉产生的振动信号可以直接传递给骨传导麦克风，进而骨传导麦克风将振动信号转换为电信号，并将电信号传递至信号处理器140进行信号处理。在一些实施例中，骨传导麦克风也可以不与人体直接接触，用户说话时面部骨骼或肌肉产生的振动信号可以先传递至壳体结构，再由壳体结构传递至骨传导麦克风，骨传导麦克风进一步将该人体振动信号转换为包含语音信息的电信号。例如，用户在通话状态时，信号处理器140可以将气传导麦克风采集的声音信号作为环境噪声进行降噪处理，骨传导麦克风采集的声音信号作为语音信号进行保留，从而保证用户通话时的通话质量。
在一些实施例中，根据麦克风的工作原理作为分类，第一麦克风阵列130可以包括动圈式麦克风、带式麦克风、电容式麦克风、驻极体式麦克风、电磁式麦克风、碳粒式麦克风等，或其任意组合。在一些实施例中，第一麦克风阵列130的阵列排布方式可以是线性阵列(例如，直线形、曲线形)、平面阵列(例如，十字形、圆形、环形、多边形、网状形等规则和/或不规则形状)或立体阵列(例如，圆柱状、球状、半球状、多面体等)，关于第一麦克风阵列130的排布方式具体可以参考本说明书图13A-图13D以及图14A、图14B及其相关内容。
信号处理器140被配置为基于环境噪声确定第一麦克风阵列130与用户耳道之间的初级路径传递函数，并基于环境噪声和初级路径传递函数，估计用户耳道处的噪声信号，以及基于用户耳道处的噪声信号生成降噪信号。初级路径传递函数是指第一麦克风阵列130到用户耳道处的传递路径函数。在一些实施例中，信号处理器140可以基于环境噪声估计噪声源方向，并根据环境噪声的参数信息(例如，频率)、噪声源方向以及第一麦克风阵列130与用户耳道的位置信息确定初级路径传递函数。在一些实施例中，信号处理器140可以基于环境噪声的参数信息(相位信息、频率信息、幅值信息等)和初级路径传递函数估计用户耳道处的噪声信号，进一步地，信号处理器140可以基于估计的用户耳道处的噪声信号生成降噪信号。
在一些实施例中，开放式声学装置100还包括第二麦克风阵列。信号处理器140可以基于第二麦克风阵列拾取的环境噪声和降噪声波估计耳道处的噪声，进一步地，信号处理器140可以基于耳道处的声音信号更新降噪信号。在一些实施例中，信号处理器140还可以基于第二麦克风阵列拾取的声音信号获取第二麦克风阵列拾取的降噪声波，信号处理器140可以基于扬声器150输出的降噪声波和第二麦克风阵列拾取的降噪声波确定第一次级路径传递函数(第一次级路径即声音信号从扬声器150传播到第二麦克风阵列的传播路径)，信号处理器140可以通过完成训练的机器学习模型或预先设定的模型、基于第一次级路径传递函数确定第二次级路径传递函数(第二次级路径即声音信号从第二麦克风阵列传播到耳道的传播路径)，信号处理器140可以基于第一次级路径传递函数和第二次级路径传递函数确定整体次级路径传递函数(整体次级路径即声音信号从扬声器150传播到耳道的传播路径)。信号处理器140可以基于用户耳道处的噪声信号估计用户耳道处的降噪声波，并基于用户耳道处的降噪声波和整体次级传递函数更新降噪信号。
在一些实施例中，信号处理器140可以包括硬件模块和软件模块。仅作为示例，硬件模块可以包括数字信号处理(Digital Signal Processor，DSP)芯片、高级精简指令集机器(Advanced RISC Machines，ARM)，软件模块可以包括算法模块。关于信号处理器140的更多介绍可以参考后续图3及其相应描述。
扬声器150可以被配置为根据降噪信号输出降噪声波。该降噪声波可以用于降低或消除传递到用户耳道处(例如，鼓膜、基底膜)的环境噪声。仅作为示例性说明，信号处理器140控制扬声器150输出与用户耳道处的噪声信号的幅值大小近似相等、相位近似相反的降噪声波以抵消用户耳道处的噪声信号。在一些实施例中，当用户佩戴开放式声学装置100时，扬声器150可以位于用户耳部的附近位置。在一些实施例中，根据扬声器的工作原理，扬声器150可以包括电动式扬声器(例如，动圈式扬声器)、磁式扬声器、离子扬声器、静电式扬声器(或电容式扬声器)、压电式扬声器等中的一种或多种。在一些实施例中，根据扬声器输出的声音的传播方式，扬声器150可以包括气导扬声器和/或骨导扬声器。在一些实施例中，扬声器150的数量可以为一个或多个。当扬声器150的数量为一个时，该扬声器150可以用于输出降噪声波以消除环境噪声且可以用于向用户传递用户需要听取的声音信息(例如，设备媒体音频、通话远端音频)。例如，当扬声器150的数量为一个且为气导扬声器时，该气导扬声器可以用于输出降噪声波以消除环境噪声。在这种情况下，降噪声波可以为声波信号(即空气的振动)，该声波信号可以通过空气传递到目标空间位置处(例如，用户耳道处)并与环境噪声相互抵消。同时，该气导扬声器还可以用于向用户传递用户需要听取的声音信息。又例如，当扬声器150的数量为一个且为骨导扬声器时，该骨导扬声器可以用于输出降噪声波以消除环境噪声。在这种情况下，降噪声波可以为振动信号(例如，扬声器壳体的振动)，该振动信号可以通过骨头或组织传递到用户的基底膜并与环境噪声在用户的基底膜处相互抵消。同时，该骨导扬声器还可以用于向用户传递用户需要听取的声音信息。当扬声器150的数量为多个时，多个扬声器150中的一部分可以用于输出降噪声波以消除环境噪声，另一部分可以用于向用户传递用户需要听取的声音信息(例如，设备媒体音频、通话远端音频)。例如，当扬声器150的数量为多个且包括骨导扬声器和气导扬声器时，气导扬声器可以用于输出声波以降低或消除环境噪声，骨导扬声器可以用于向用户传递用户需要听取的声音信息。相比于气导扬声器，骨导扬声器可以将机械振动直接通过用户的身体(例如，骨骼、皮肤组织等)传递至用户的听觉神经，在此过程中对于拾取环境噪声的气导麦克风的干扰较小。
需要注意的是，扬声器150可以是独立的功能器件，也可以是能够实现多个功能的单个器件的一部分。仅作为示例，扬声器150可以和信号处理器140集成在一起和/或形成为一体。在一些实施例中，当扬声器150的数量为多个时，多个扬声器150的排布方式可以包括线性阵列(例如，直线形、曲线形)、平面阵列(例如，十字形、网状形、圆形、环形、多边形等规则和/或不规则形状)、立体阵列(例如，圆柱状、球状、半球状、多面体等)等，或其任意组合，本说明书在此不做限定。在一些实施例中，扬声器150可以设置于用户的左耳和/或右耳处。例如，扬声器150可以包括第一子扬声器和第二子扬声器。第一子扬声器可以位于用户的左耳处，第二子扬声器可以位于用户的右耳处。第一子扬声器和第二子扬声器可以同时进入工作状态或二者中的一个进入工作状态。在一些实施例中，扬声器150可以为具有定向声场的扬声器，其主瓣指向用户耳道处。
在一些实施例中，为了保证信号拾取的一致性，第一麦克风阵列130中所有麦克风均位于不受到或者少受到开放式声学装置100中扬声器150影响的位置。在一些实施例中，扬声器150可以形成至少一组声学偶极子。例如，扬声器150的振膜正面和振膜背面可以视为两个声源，可以输出的一组相位近似相反、幅值近似相同的声音信号。该两个声源可以构成声学偶极子或类似声学偶极子，其向外辐射的声音具有明显的指向性。理想情况下，在两个点声源连线所在的直线方向，扬声器辐射的声音较大，其余方向辐射声音明显减小，在两个点声源连线的中垂线(或中垂线附近)区域扬声器150辐射的声音最小，因此，可以将第一麦克风阵列130中所有的麦克风均放置扬声器150的声压级最小区域，即两个点声源连线的中垂线(或中垂线附近)区域。
在一些实施例中，开放式声学装置100可以包括第二麦克风阵列160。在一些实施例中，第二麦克风阵列160可以具有两个或两个以上麦克风，麦克风可以包括骨导麦克风和气导麦克风。在一些实施例中，第二麦克风阵列160至少部分区别于第一麦克风阵列130。例如，第二麦克风阵列160中的麦克风与第一麦克风阵列130中的麦克风的数量、种类、位置、排布方式等中的一种或多种不同。例如，在一些实施例中，第一麦克风阵列130中麦克风排布方式可以是线形的，第二麦克风阵列160中麦克风的排布方式可以是圆形的。又例如，第二麦克风阵列160中的麦克风可以只包括气传导麦克风，第一麦克风阵列130中可以包括气传导麦克风和骨传导麦克风。在一些实施例中，第二麦克风阵列160中的麦克风可以是第一麦克风阵列130中包括的任意一个或多个麦克风，第二麦克风阵列160中的麦克风也可以独立于第一麦克风阵列130的麦克风。第二麦克风阵列160被配置为拾取环境噪声和降噪声波。第二麦克风阵列160拾取的环境噪声和降噪声波可以传递至信号处理器140。在一些实施例中，信号处理器140可以基于第二麦克风阵列160拾取的声音信号更新降噪信号。在一些实施例中，信号处理器140可以基于第二麦克风阵列160拾取的声音信号确定扬声器150与用户耳道之间的整体次级传递函数，并根据用户耳道处的噪声信号和整体次级传递函数估计降噪信号。关于基于第二麦克风阵列160拾取的声音信号更新降噪信号的具体内容可以参考本说明书图8-图12及其相关描述。
在一些实施例中，开放式声学装置100可以包括固定结构120。固定结构120可以被配置为将开放式声学装置100固定在用户耳朵附近且不堵塞用户耳道的位置。在一些实施例中，固定结构120可以与开放式声学装置100的壳体结构物理连接(例如，卡接、螺纹连接等)。在一些实施例中，开放式声学装置100的壳体结构可以为固定结构120的一部分。在一些实施例中，固定结构120可以包括耳挂、后挂、弹性带、眼镜腿等，使得开放式声学装置100可以更好地固定在用户耳朵附近位置，防止用户在使用时发生掉落。例如，固定结构120可以为耳挂，耳挂可以被配置为围绕耳部区域佩戴。在一些实施例中，耳挂可以是连续的钩状物，并可以被弹性地拉伸以佩戴在用户的耳部，同时耳挂还可以对用户的耳廓施加压力，使得开放式声学装置100牢固地固定在用户的耳部或头部的特定位置上。在一些实施例中，耳挂可以是不连续的带状物。例如，耳挂可以包括刚性部分和柔性部分。刚性部分可以由刚性材料(例如，塑料或金属)制成，刚性部分可以与开放式声学装置100的壳体结构通过物理连接(例如，卡接、螺纹连接等)的方式进行固定。柔性部分可以由弹性材料(例如，布料、复合材料或/和氯丁橡胶)制成。又例如，固定结构120可以为颈带，被配置为围绕颈/肩区域佩戴。再例如，固定结构120可以为眼镜腿，其作为眼镜的一部分，被架设在用户耳部。
在一些实施例中，开放式声学装置100可以包括壳体结构。壳体结构可以被配置为承载开放式声学装置100的其他部件(例如，第一麦克风阵列130、信号处理器140、扬声器150、第二麦克风阵列160等)。在一些实施例中，壳体结构可以是内部中空的封闭式或半封闭式结构，且开放式声学装置100的其他部件位于壳体结构内或上。在一些实施例中，壳体结构的形状可以为长方体、圆柱体、圆台等规则或不规则形状的立体结构。当用户佩戴开放式声学装置100时，壳体结构可以位于靠近用户耳朵附近的位置。例如，壳体结构可以位于用户耳廓的周侧(例如，前侧或后侧)。又例如，壳体结构可以位于用户耳朵上但不堵塞或覆盖用户的耳道。在一些实施例中，开放式声学装置100可以为骨导耳机，壳体结构的至少一侧可以与用户的皮肤接触。骨导耳机中声学驱动器(例如，振动扬声器)将音频信号转换为机械振动，该机械振动可以通过壳体结构以及用户的骨骼传递至用户的听觉神经。在一些实施例中，开放式声学装置100可以为气导耳机，壳体结构的至少一侧可以与用户的皮肤接触或不接触。壳体结构的侧壁上包括至少一个导声孔，气导耳机中的扬声器将音频信号转换为气导声音，该气导声音可以通过导声孔向用户耳朵的方向进行辐射。
在一些实施例中，开放式声学装置100还可以包括一个或多个传感器。一个或多个传感器可以与开放式声学装置100的其他部件(例如，信号处理器140)电连接。一个或多个传感器可以用于获取开放式声学装置100的物理位置和/或运动信息。仅作为示例，一个或多个传感器可以包括惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、全球定位系统(Global Position System，GPS)、雷达等。运动信息可以包括运动轨迹、运动方向、运动速度、运动加速度、运动角速度、运动相关的时间信息(例如运动开始时间，结束时间)等，或其任意组合。以IMU为例，IMU可以包括微电子机械系统(Microelectro Mechanical System，MEMS)。该微电子机械系统可以包括多轴加速度计、陀螺仪、磁力计等，或其任意组合。IMU可以用于检测开放式声学装置100的物理位置和/或运动信息，以启用基于物理位置和/或运动信息对声学装置100的控制。
在一些实施例中，开放式声学装置100可以包括信号收发器。信号收发器可以与开放式声学装置100的其他部件(例如，信号处理器140)电连接。在一些实施例中，信号收发器可以包括蓝牙、天线等。开放式声学装置100可以通过信号收发器与其他外部设备(例如，移动电话、平板电脑、智能手表)进行通信。例如，开放式声学装置100可以通过蓝牙与其他设备进行无线通信。
在一些实施例中，开放式声学装置100还可以包括用于调整降噪声波声压的交互模块。在一些实施例中，交互模块可以包括按钮、语音助手、手势传感器等。用户通过控制交互模块可以调整开放式声学装置100的降噪模式。具体地，用户通过控制交互模块可以调整(例如，放大或缩小)降噪信号的幅值信息，以改变扬声器150发出的降噪声波的声压，进而达到不同的降噪效果。仅作为示例，降噪模式可以包括强降噪模式、中级降噪模式、弱降噪模式等。例如，用户在室内佩戴开放式声学装置100时，外界环境噪声较小，用户可以通过交互模块将开放式声学装置100的降噪模式关闭或调整为弱降噪模式。又例如，当用户在街边等公共场合行走时佩戴开放式声学装置100，用户需要在收听音频信号(例如，音乐、语音信息)的同时，保持对周围环境的一定感知能力，以应对突发状况，此时用户可以通过交互模块(例如，按钮或语音助手)选择中级降噪模式，以保留周围环境噪声(如警报声、撞击声、汽车鸣笛声等)。再例如，用户在乘坐地铁或飞机等交通工具时，用户可以通过交互模块选择强降噪模式，以进一步降低周围环境噪声。在一些实施例中，信号处理器140还可以基于环境噪声强度范围向开放式声学装置100或与开放式声学装置100通信连接的终端设备(例如，手机、智能手表等)发出提示信息，以提醒用户调整降噪模式。
图2是根据本说明书的一些实施例所示的开放式声学装置100的降噪原理图。如图2所示，x(n)为第一麦克风阵列130接收到的初级噪声信号(环境噪声信号)，P(z)是初级噪声信号从第一麦克风阵列130传播到耳道的初级路径，d(n)是传播至第二麦克风阵列160的初级噪声信号，W(z)是主动降噪自适应滤波器，y(n)是自适应滤波器的输出信号，S(z)是次级声源(降噪声波)从扬声器150传播到耳道的整体次级路径，y’(n)是降噪声波经过整体次级路径达到耳道处的声音，e(n)为在用户耳道处的声音。开放式声学装置100降噪的目标是使得耳道处的声音e(n)降低到最小，例如，e(n)＝0。关于第一麦克风阵列130捕捉信号x(n)的具体内容请参照后续图5的相关描述，在此不再赘述。在一些实施例中，开放式声学装置100(的信号处理器140)可以根据第一麦克风阵列130与用户耳道之间的初级路径P(z)以及第一麦克风阵列130接收到的初级噪声信号x(n)估计出用户耳道处的噪声信号，以生成相应的降噪信号，扬声器150根据该降噪信号产生降噪声波。但是由于扬声器150与用户耳道处之间具有一定距离，用户耳道处接收到的降噪声波与扬声器150发出的降噪声波会具有差异，导致降噪效果降低。在一些实施例中，开放式声学装置100可以根据第二麦克风阵列160拾取的降噪声波和环境噪声确定扬声器150与耳道之间的整体次级路径S(z)，从而根据整体次级路径S(z)确定降噪信号，以提升用户耳道处接收到的扬声器150发出的降噪声波对用户耳道处的噪声的降噪能力，使得用户耳道处的声音e(n)降低到最小。
应当注意的是，以上关于图1和图2的描述仅仅是出于说明的目的而提供的，并不旨在限制本说明书的范围。对于本领域的普通技术人员来说，根据本说明书的指导可以做出多种变化和修改。然而，这些变化和修改不会背离本说明书的范围。例如，开放式声学装置100中的一个或多个元件(例如，固定结构等)可以省略。在一些实施例中，一个元件可以被其他能实现类似功能的元件替代。例如，在一些实施例中，开放式声学装置100可以不包括固定结构，开放式声学装置100的壳体结构可以为具有人体耳朵适配形状的壳体结构，例如圆环形、椭圆形、多边形(规则或不规则)、U型、V型、半圆形，以便壳体结构可以挂靠在用户的耳朵附近。在一些实施例中，一个元件可以拆分成多个子元件，或者多个元件可以合并为单个元件。
图3是根据本说明书的一些实施例所示的信号处理器140的示例性结构示意图。如图3所示，信号处理器140可以包括模数转换单元210、噪声估计单元220、幅相补偿单元230和数模转换单元240。
在一些实施例中，模数转换单元210可以被配置为将第一麦克风阵列130或第二麦克风阵列160输入的信号转换为数字信号。例如，第一麦克风阵列130可以拾取环境噪声，并将拾取到的环境噪声转换为电信号传递至信号处理器140。接收到第一麦克风阵列130发送的环境噪声的电信号后，模数转换单元210可以将电信号转换为数字信号。在一些实施例中，模数转换单元210可以与第一麦克风阵列130电连接并进一步与信号处理器140的其他部件(例如，噪声估计单元220)电连接。进一步，模数转换单元210可以将转换的环境噪声的数字信号传递到噪声估计单元220。
在一些实施例中，噪声估计单元220可以被配置为根据接收的环境噪声的数字信号对环境噪声进行估计。例如，噪声估计单元220可以根据接收的环境噪声的数字信号估计目标空间位置处(例如，用户耳道处)的环境噪声的相关参数。仅作为示例，所述参数可以包括目标空间位置处(例如，用户耳道处)的噪声源方向、幅值、相位等，或其任意组合。在一些实施例中，噪声估计单元220可以根据第一麦克风阵列130接收的环境噪声的数字信号估计噪声源方向，并根据环境噪声(例如，频率)、噪声源方向以及第一麦克风阵列130与用户耳道的位置信息确定初级路径传递函数，接着基于环境噪声和初级路径传递函数估计用户耳道处的噪声信号。在一些实施例中，噪声估计单元220可以根据第二麦克风阵列160拾取的环境噪声和降噪声波估计用户耳道处的噪声，并基于用户耳道处的声音信号更新降噪信号。在一些实施例中，噪声估计单元220可以基于第二麦克风阵列160拾取的声音信号确定扬声器150与用户耳道之间的整体次级路径传递函数，并根据用户耳道处的噪声信号和整体次级路径传递函数更新降噪信号。在一些实施例中，噪声估计单元220还可以被配置为利用第一麦克风阵列130对目标空间位置(例如，用户耳道处)的声场进行估计。在一些实施例中，噪声估计单元220可以与信号处理器140的其他部件(例如，幅相补偿单元230)电连接。进一步，噪声估计单元220可以将估计的环境噪声相关的参数和目标空间位置的声场传递到幅相补偿单元230。
在一些实施例中，幅相补偿单元230可以被配置为根据目标空间位置的声场对估计的环境噪声相关的参数进行补偿。例如，幅相补偿单元230可以根据用户耳道处的声场对环境噪声的幅值和相位进行补偿，信号处理器140基于幅相补偿单元230补偿后的环境噪声生成数字降噪信号。在一些实施例中，幅相补偿单元230可以调整环境噪声的幅值并对环境噪声的相位进行反向补偿，信号处理器140基于幅相补偿单元230补偿后的环境噪声生成数字降噪信号。数字降噪信号的幅值可以与环境噪声对应的数字信号幅值近似相等，数字降噪信号的相位可以与环境噪声对应的数字信号的相位近似相反。在一些实施例中，幅相补偿单元230可以与信号处理器140的其他部件(例如，数模转换单元240)电连接。进一步，幅相补偿单元230可以将数字降噪信号传递到数模转换单元240。
在一些实施例中，数模转换单元240可以被配置为将数字降噪信号转换为模拟信号以获得降噪信号(例如，电信号)。仅作为示例，数模转换单元240可以包括脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PMW)。在一些实施例中，数模转换单元240可以与开放式声学装置100的其他部件(例如，扬声器150)电连接。进一步，数模转换单元240可以将降噪信号传递至扬声器150。
在一些实施例中，信号处理器140可以包括信号放大单元250。信号放大单元250可以被配置为放大输入的信号。例如，信号放大单元250可以放大第一麦克风阵列130输入的信号。仅作为示例，当开放式声学装置100处于通话状态时，信号放大单元250可以用于放大第一麦克风阵列130输入的用户说话的声音。在一些实施例中，信号放大单元250可以与开放式声学装置100或信号处理器140的其他部件(例如，第一麦克风阵列130、噪声估计单元220、幅相补偿单元230)电连接。
应当注意的是，以上关于图3的描述仅仅是出于说明的目的而提供的，并不旨在限制本说明书的范围。对于本领域的普通技术人员来说，根据本说明书的指导可以做出多种变化和修改。在一些实施例中，信号处理器140中的一个或多个部件(例如，信号放大单元250)可以省略。在一些实施例中，信号处理器140中的一个部件可以拆分成多个子部件，或者多个部件可以合并为单个部件。例如，噪声估计单元220和幅相补偿单元230可以集成为一个部件用于实现噪声估计单元220和幅相补偿单元230的功能。这些变化和修改不会背离本说明书的范围。
图4是根据本说明书的一些实施例所示的降噪过程的示例性流程图。如图4所示，流程400可以包括下述步骤：
步骤410，拾取环境噪声。
在一些实施例中，该步骤可以由第一麦克风阵列130执行。
根据上述图1-2相关描述，环境噪声可以指用户所处环境中的多种外界声音(例如，交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声、社会噪声)的组合。在一些实施例中，第一麦克风阵列130可以位于用户耳道的附近位置，当环境噪声传递至第一麦克风阵列130处时，第一麦克风阵列130中各麦克风可以将各自拾取的环境噪声信号转换为电信号并传递至信号处理器140进行信号处理。
步骤420，基于环境噪声确定第一麦克风阵列130与用户耳道之间的初级路径传递函数。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
第一麦克风阵列130可以将拾取到的不同方向、不同种类的环境噪声转化为电信号传递至信号处理器140，信号处理器140可以将环境噪声对应的电信号进行分析，从而计算第一麦克风阵列130到用户耳道处的初级路径传递函数。初级路径传递函数可以包括环境噪声从第一麦克风阵列130传递至用户耳道处的相频响应。信号处理器140可以根据第一麦克风阵列130接收到的环境噪声与初级路径传递函数确定用户耳道处的噪声。关于初级路径传递函数的示例请参照图5的描述。图5是根据本说明书的一些实施例所示的示例性的开放式声学装置环境噪声的传递示意图。如图5所示，在一些实施例中，第一麦克风阵列130可以具有两个或两个以上麦克风，当用户佩戴开放式声学装置，开放式声学装置100可以位于用户耳朵附近(例如，用户耳廓前侧的面部区域、用户的耳廓处或用户耳廓后侧等)，相对应地，此时第一麦克风阵列130中的两个或两个以上麦克风可以位于用户耳朵附近(例如，用户耳廓前侧的面部区域、用户的耳廓处或用户耳廓后侧等)，第一麦克风阵列130可以拾取来自各个方向的环境噪声。图5中所示的1、2、3表示第一麦克风阵列130中的三个麦克风，黑色圆圈表示耳道，实线箭头表示从不同方向来的环境噪声信号。虚线箭头表示第一麦克风阵列130到耳道处的初级路径传递函数。从图5中可以看出，即使两个来自不同方向的环境噪声信号(图5中示出的，信号1和信号2)到达麦克风3处时信号相同，它们到达耳道处的信号却是不同的，例如，信号1和信号2在耳道处的相位不同。通过确定第一麦克风阵列130与用户耳道之间的初级路径传递函数，可以将第一麦克风阵列130所拾取的环境噪声转换为用户耳道口处的噪声，从而更准确地实现对用户耳道口处的降噪。关于确定初级路径传递函数的具体内容请参照后续图6、图7及其相关描述。
步骤430，基于环境噪声和初级路径传递函数，估计用户耳道处的噪声信号。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
用户耳道处的噪声信号是指环境噪声在用户耳道处的声场。在一些实施例中，耳道处的声场可以指声波在耳道口处或耳道口附近的分布和变化(例如，随时间的变化，随位置的变化)。描述声场的物理量可以包括声压、声音频率，声音幅值、声音相位、声源振动速度、或媒质(例如空气)密度等。在一些实施例中，声场的物理量可以是位置和时间的函数。由于开方式声学输出装置位于用户耳道附近，不堵塞耳道，外界的环境噪声的传播路径可以看作是先通过第一麦克风阵列130中的麦克风进行采集，然后传递至用户耳道。为了精准地确定用户耳道处的噪声信号，在一些实施例中，可以通过第一麦克风阵列130拾取的环境噪声和初级路径传递函数可以估计出用户耳道处的噪声信号。具体地，信号处理器140可以根据第一麦克风阵列130拾取到环境噪声的相关参数(例如，幅值，相位等)，及经第一麦克风阵列130传递到耳道处的初级路径传递函数估计耳道口处的噪声信号。
步骤440，基于用户耳道处的噪声信号生成降噪信号。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
在一些实施例中，信号处理器140可以基于步骤430中获得的耳道处的噪声信号生成降噪信号。为了保证开放式声学装置的降噪效果，在一些实施例中，降噪信号的相位可以与用户耳道处的噪声信号的相位相反或大致相反，降噪信号的幅值与耳道口处的噪声的幅值相等或大致相等，从而使得扬声器基于降噪信号输出的降噪声波与用户耳道处的环境噪声相抵消。在一些实施例中，用户还可以根据使用场景手动调整降噪信号的参数信息(例如，相位、幅值等)。仅作为示例性说明，在一些实施例中，降噪信号的相位与耳道处的噪声信号的相位的相位差的绝对值可以在预设相位范围内。在一些实施例中，预设相位范围可以在90-180度范围内。降噪信号的相位与耳道处的噪声信号的相位的相位差的绝对值可以根据用户的需要在该范围内进行调整。例如，当用户不希望被周围环境的声音打扰时，该相位差的绝对值可以为较大值，例如180度，即降噪信号的相位与耳道口处的噪声的相位相反。又例如，当用户希望对周围环境保持敏感时，比如，用户在过马路或者是骑行状态时，该相位差的绝对值可以为较小值，例如90度。需要注意的是，用户希望接收越多周围环境的声音，该相位差的绝对值可以越接近90度，当相位差的绝对值越接近90度时，降噪信号与用户耳道处的噪声信号之间的抵消和叠加效果都比较弱，以使得用户可以接收较多的周围环境的声音的同时，不会增加用户耳道听到的噪声信号的音量。用户希望接收越少周围环境的声音，该相位差的绝对值可以越接近180度。在一些实施例中，当降噪信号的相位与耳道口处的噪声的相位满足一定的条件(例如相位相反)时，耳道口处的噪声的幅值与该降噪信号的幅值差可以在预设幅值范围内。例如，当用户不希望被周围环境的声音打扰时，该幅值差可以为较小值，例如0dB，即降噪信号的幅值与耳道口处的噪声的幅值相等。又例如，当用户希望对周围环境保持敏感时，该幅值差可以为较大值，例如约等于耳道口处的噪声的幅值。需要注意的是，用户希望接收越多周围环境的声音，该幅值差可以越接近耳道处的噪声的幅值，用户希望接收越少周围环境的声音，该幅值差可以越接近0dB。
步骤450，根据降噪信号输出降噪声波。
在一些实施例中，该步骤可以由扬声器150执行。
在一些实施例中，扬声器150可以将降噪信号(例如，电信号)基于扬声器150中的振动组件转化为降噪声波，该降噪声波可以与用户耳道处的环境噪声相互抵消。例如，当环境噪声为第一环境噪声时，环境噪声是该第一环境噪声在用户耳道处的声场。又例如，当环境噪声为多个时，环境噪声包括第一环境噪声和第二环境噪声，环境噪声是指第一环境噪声和第二环境噪声在用户耳道处的声场。在一些实施例中，扬声器150可以基于降噪信号输出与户耳道处的声场相对应的目标信号。在一些实施例中，耳道处的噪声为多个环境噪声时，扬声器150可以基于降噪信号输出与多个环境噪声相对应的降噪声波。例如，多个环境噪声包括第一环境噪声和第二环境噪声，扬声器150可以输出与第一环境噪声的噪声相位近似相反、幅值近似相等的第一降噪声波以抵消第一环境噪声，与第二环境噪声的噪声相位近似相反、幅值近似相等的第二降噪声波以抵消第二环境噪声。在一些实施例中，当扬声器150为气导扬声器时，降噪声波与环境噪声相抵消的位置可以为耳道附近的位置。耳道附近的位置与用户耳道之间的间距较小，耳道口附近的噪声可以近似视为用户耳道位置的噪声，因此，降噪声波与耳道附近的噪声相互抵消，可以近似为传递至用户耳道的环境噪声被消除，实现开放式声学装置100的主动降噪。在一些实施例中，当扬声器150为骨导扬声器时，降噪声波与环境噪声向抵消的位置可以为基底膜。降噪声波与环境噪声在用户的基底膜被抵消，从而实现开放式声学装置100的主动降噪。
在一些实施例中，信号处理器140还可以根据用户的手动输入更新降噪信号。例如，用户在比较嘈杂的外界环境中佩戴开放式声学装置100进行音乐播放时，用户自身的听觉体验效果不理想，用户可以根据自身的听觉效果手动调整降噪信号的参数信息(例如，频率信息、相位信息、幅值信息)。又例如，特殊用户(例如，听力受损用户或者年龄较大用户)在使用开放式声学装置100的过程中，特殊用户的听力能力与普通用户的听力能力存在差异，开放式声学装置100本身生成的降噪信号无法满足特殊用户的需要，导致特殊用户的听觉体验较差。这种情况下，可以预先设置一些降噪信号的参数信息的调整倍数，特殊用户可以根据自身的听觉效果和预先设置的降噪信号的参数信息的调整倍数调整降噪信号，从而更新降噪信号以提高特殊用户的听觉体验。在一些实施例中，用户可以通过开放式声学装置100上的按键手动调整降噪信号。在另一些实施例中，用户可以是通过终端设备调整降噪信号。具体地，开放式声学装置100或者与开放式声学装置100通信连接外部设备(例如，手机、平板电脑、电脑)上可以显示给用户建议的降噪信号的参数信息，用户可以根据自身的听觉体验情况进行参数信息的微调。
应当注意的是，上述有关流程400的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对流程400进行各种修正和改变。例如，可以增加、省略或合并流程400中的步骤。又例如，还可以对环境噪声进行信号处理(例如，滤波处理等)。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。
图6是根据本说明书的一些实施例所示的确定第一麦克风阵列130与用户耳道之间的初级路径传递函数的示例性流程图。在一些实施例中，步骤420的可以通过图6所示的流程实现。如图6所示，流程600可以包括下述步骤。
步骤610，基于环境噪声估计噪声源方向。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
第一麦克风阵列130可以将拾取到的不同方向、不同种类的环境噪声转化为电信号传递至信号处理器140，信号处理器140可以将环境噪声对应的电信号进行分析，通过噪声定位算法对噪声源的方向进行预估。
在一些实施例中，噪声定位算法可以包括波束形成算法、超分辨空间谱估计算法、到达时差算法(也可以称为时延估计算法)等中的一种或多种。波束形成算法是一种基于最大输出功率的可控波束形成的声源定位方法。仅作为示例，波束形成算法可以包括可控响应功率和相位变换(Steering Response Power-Phase Transform，SPR-PHAT)算法、延迟-叠加波束形成(delay-and-sum beamforming)、差分麦克风算法、旁瓣相消(GeneralizedSidelobe Canceller，GSC)算法、最小方差无失真响应(Minimum VarianceDistortionless Response，MVDR)算法等。超分辨空间谱估计算法可以包括自回归AR模型、最小方差谱估计(MV)和特征值分解方法(例如，多信号分类(Multiple SignalClassification，MUSIC)算法)等，这些方法都可以通过获取麦克风阵列拾取的环境噪声来计算空间谱的相关矩阵，并对环境噪声源的方向进行有效估计。到达时差算法可以先进行声音到达时间差估计，并从中获取麦克风阵列中麦克风之间的声延迟(Time DifferenceOf Arrival，TDOA)，再利用获取的声音到达时间差，结合已知的麦克风阵列的空间位置进一步定位出环境噪声源的方向。
例如，时延估计算法可以通过计算环境噪声信号传递到麦克风阵列中的不同麦克风的时间差，进而通过几何关系确定噪声源的位置。又例如，SPR-PHAT算法可以通过在每一个噪声源的方向上进行波束形成，其波束能量最强的方向可以近似认为是噪声源的方向。再例如，MUSIC算法可以是通过对麦克风阵列拾取的环境噪声信号的协方差矩阵进行特征值分解，得到环境噪声信号的子空间，从而分离出环境噪声的方向。又例如，在一些实施例中，信号处理器140可以将拾取的环境噪声按照特定的频带宽度(例如，每500Hz作为一个频带)划分为多个频带，每个频带可以分别对应不同的频率范围，并在至少一个频带上确定与该频带对应的环境噪声。例如，信号处理器140可以对环境噪声划分的频带进行信号分析，得到每个频带对应的环境噪声的参数信息。再例如，信号处理器140可以通过噪声定位算法确定与每个频带对应的环境噪声。
为了更加清楚的说明噪声源的定位原理，下面以波束形成算法为例具体说明噪声源的定位是如何实现的。以麦克风阵列为直线形阵列作为示例，噪声源可以为远场声源，此时认为噪声源入射到麦克风阵列的入射声波是平行的。在平行的声场中，噪声源入射声波的入射角度与麦克风阵列(例如，第一麦克风阵列130或第二麦克风阵列160)中的麦克风平面垂直时，入射声波可以同时达到麦克风阵列(例如，第一麦克风阵列130或第二麦克风阵列160)中的各个麦克风。在一些实施例中，平行声场中的噪声源入射声波的入射角度与麦克风阵列(例如，第一麦克风阵列130或第二麦克风阵列160)中的麦克风平面不垂直时，入射声波到达麦克风阵列(例如，第一麦克风阵列130或第二麦克风阵列160)中的每个麦克风会有延时，该延时可以由入射角度决定。在一些实施例中，不同的入射角度，叠加之后的噪声波形强度是不一样的。例如，入射角度为0°时，噪声信号强度较弱，入射角度为45°时，噪声信号强度最强。入射角度不同时，噪声波形叠加后的波形叠加强度不同，由此使得麦克风阵列具有极性，从而可以得到麦克风阵列的极性图。在一些实施例中，麦克风阵列(例如，第一麦克风阵列130或第二麦克风阵列160)可以是一个方向阵，该方向阵的指向性可以通过时域算法或频域相位延迟算法实现，例如，延迟、叠加等。在一些实施例中，通过控制不同的延迟，可以实现不同方向的指向。在一些实施例中，方向阵指向可控相当于一个空间滤波器，先把噪声定位区域进行网格划分，再通过各个网格点的延迟时间对各个麦克风进行时域延迟，最终将各个麦克风的时域延迟叠加起来，计算得到每个网格的声压，从而得到每个网格的相对声压，最终实现噪声源的定位。
步骤620，根据环境噪声、噪声源方向以及第一麦克风阵列130与用户耳道的位置信息确定初级路径传递函数。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
在一些实施例中，第一麦克风阵列130与用户耳道的位置信息是指第一麦克风阵列130中的任意一个麦克风与用户耳道的距离。例如，第一麦克风阵列130可以包括第一麦克风和第二麦克风，第一麦克风阵列130与用户耳道的位置信息可以是指第一麦克风与用户耳道的距离。第一麦克风可以是距离用户耳道最近的麦克风，或者其他位置的麦克风。在一些实施例中，根据环境噪声、噪声源方向以及第一麦克风阵列130与用户耳道的位置信息确定初级路径传递函数可以包括基于环境噪声的频率、噪声源方向以及第一麦克风阵列与用户耳道的距离确定初级路径传递函数。关于确定初级路径传递函数的具体内容参考图7及其相关描述。图7是根据本说明书的一些实施例所示的确定第一麦克风阵列130到耳道口处的初级路径传递函数的示意图。如图7所示，第一麦克风阵列130可以包括麦克风710、麦克风720和麦克风730，其中，麦克风710、麦克风720和麦克风730位于用户耳道附近。第一麦克风阵列130与耳道口的距离可以视为麦克风710与用户耳道口的距离d。环境噪声的传递方向X相对于麦克风710与耳道连线的角度为θ，其中，第一麦克风阵列130中麦克风710拾取到的环境噪声的声音信号的频率为ω，幅度为A，则经第一麦克风阵列130中麦克风710传递到耳道口处的传递函数可以表示为P(z)＝Aexp(-i*2πdcosθ/ω)。这里通过第一麦克风阵列130中的麦克风710可以基于环境噪声源方向等信息计算初级路径传递函数。需要注意的是，在计算初级路径传递函数的过程中，不限于第一麦克风阵列130中的麦克风710及其拾取的噪声信号，还可以是麦克风720或者麦克风730及其拾取的噪声信号。
在一些实施例中，扬声器基于降噪信号输出的降噪声波在传递至用户耳道口后，降噪声波的参数信息(例如，相位信息、幅值信息等)发生改变，导致降噪声波不能与用户耳道口处的噪声完全抵消。为了提高开放式声学装置的降噪效果，在一些实施例中，开放声学装置还可以包括第二麦克风阵列。第二麦克风阵列可以拾取环境噪声和降噪声波，信号处理器可以基于第二麦克风阵列拾取环境噪声和降噪声波估计第一空间位置的噪声，信号处理器进一步基于第一空间位置的声音信号更新降噪信号。第一空间位置可以等效视为用户耳道或用户耳道附近的位置。在一些实施例中，第一空间位置比第二麦克风阵列中任一麦克风更加靠近用户耳道。
图8是根据本说明书一些实施例所示的第二麦克风阵列160参与工作时的示例性流程图。如图8所示，流程800可以包括下述步骤：
步骤810，基于第二麦克风阵列160拾取的环境噪声和降噪声波估计第一空间位置的噪声。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
在一些实施例中，第一空间位置是指与用户耳道具有特定距离的空间位置，该第一空间位置比第二麦克风阵列160中任一麦克风更加靠近用户耳道。这里的特定距离可以是固定的距离，例如，0.5cm、1cm、2cm、3cm等。在一些实施例中，第一空间位置与第二麦克风阵列160中各麦克风相对于用户耳朵的分布位置、数量相关，通过调整第二麦克风阵列160中各麦克风相对于用户耳朵的分布位置和/或数量可以对第一空间位置进行调整。例如，通过增加第二麦克风阵列160中麦克风的数量可以使第一空间位置更加靠近用户耳道。
信号处理器140可以基于第二麦克风阵列160拾取的环境噪声和降噪声波估计第一空间位置的噪声。第二麦克风阵列160拾取的环境噪声可以是来自不同方位、不同种类的空间噪声源，因而每一个空间噪声源对应的参数信息(例如，相位信息、幅值信息)是不同的。在一些实施例中，信号处理器140可以根据不同类型的噪声在不同维度(例如，空域、时域、频域等)的统计分布和结构化特征将第一空间位置的噪声进行信号分离提取，从而估计不同类型(例如不同频率、不同相位等)的噪声，并估计每种噪声所对应的参数信息(例如，幅值信息、相位信息等)。在一些实施例中，信号处理器140还可以将根据第一空间位置处不同类型噪声对应的参数信息确定第一空间位置的噪声的整体参数信息。在一些实施例中，基于拾取的环境噪声估计第一空间位置的噪声还可以包括确定一个或多个与拾取的环境噪声有关的空间噪声源，基于空间噪声源估计第一空间位置的噪声。例如，将拾取的环境噪声划分为多个子带，每个子带对应不同的频率范围，在至少一个子带上，确定与其对应的空间噪声源。需要注意的是，这里通过子带估计的空间噪声源是与外界真实噪声源对应的虚拟噪声源。
开放式声学装置100不堵塞用户耳道，无法通过在耳道处设置麦克风的方式获取环境噪声，因此开放式声学装置100可以通过第二麦克风阵列160对耳道处的声源进行重构，形成在第一空间位置处的虚拟传感器，即虚拟传感器可以用于表示或模拟若第一空间位置处设置麦克风后该麦克风采集的音频数据。通过虚拟传感器得到的音频数据可以近似或等效为若第一空间位置处放置物理传感器后该物理传感器所采集的音频数据。第一空间位置是第二麦克风阵列160所构造的用于模拟用户耳道位置的空间区域，为了更加精确地估计用户耳道处传递的环境噪声，在一些实施例中，第一空间位置比第二麦克风阵列160中任一麦克风更加靠近用户耳道。在一些实施例中，第一空间位置与第二麦克风阵列160中各麦克风相对于用户耳朵的分布位置、数量相关，通过调整第二麦克风阵列160中各麦克风相对于用户耳朵的分布位置或数量可以对第一空间位置进行调整。例如，通过增加第二麦克风阵列160中麦克风的数量可以使第一空间位置更加靠近用户耳道。又例如，还可以通过减小第二麦克风阵列160中各麦克风的间距使第一空间位置更加靠近用户耳道。再例如，还可以通过改变第二麦克风阵列160中各麦克风的排列方式使第一空间位置更加靠近用户耳道。
信号处理器140可以基于第二麦克风阵列160拾取的环境噪声和降噪声波的参数信息(例如，频率信息、幅值信息、相位信息等)，估计第一空间位置的噪声的参数信息，从而估计出第一空间位置的噪声。例如，在一些实施例中，用户身体前方和后方分别有一个空间噪声源，信号处理器140可以根据前方空间噪声源的频率信息、相位信息或幅值信息，估计前方空间噪声源传递到第一空间位置时，前方空间噪声源的频率信息、相位信息或幅值信息。信号处理器140根据后方空间噪声源的频率信息、相位信息或幅值信息，估计后方空间噪声源传递到第一空间位置时，后方空间噪声源的频率信息、相位信息或幅值信息。信号处理器140基于前方空间噪声源的频率信息、相位信息或幅值信息和后方空间噪声源的频率信息、相位信息或幅值信息，估计第一空间位置的噪声信息，从而估计第一空间位置的噪声。在一些实施例中，可以通过特征提取的方法从第二麦克风阵列160拾取的声音信号的频率响应曲线提取声音信号的参数信息。在一些实施例中，提取声音信号的参数信息的方法可以包括但不限于主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)、独立成分分析(Independent Component Algorithm,ICA)、线性判别分析(Linear DiscriminantAnalysis,LDA)、奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)等。
在一些实施例中，一个或多个与拾取的环境噪声有关的空间噪声源可以通过噪声定位方法(例如波束形成算法、超分辨空间谱估计算法、到达时差算法等)确定。通过噪声定位算法进行噪声源定位的具体内容可以参照图6中的相关描述，在此不再赘述。
步骤820，基于第一空间位置的声音信号更新降噪信号。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
在一些实施例中，信号处理器140可以根据步骤810中得到的第一空间位置的噪声(声场)的参数信息，调整降噪信号的参数信息(例如，频率信息、幅值信息和/或相位信息)，使得更新后降噪信号的幅值信息、频率信息与用户耳道处的环境噪声的幅值信息、频率信息更加吻合，且更新后降噪信号的相位信息与用户耳道处的环境噪声的反相位信息更加吻合，从而使得更新后降噪信号可以更加精准的消除环境噪声。第二麦克风阵列160需要对降噪信号与环境噪声抵消后用户耳道处的声场进行监测，信号处理器140可以基于第二麦克风阵列160拾取的降噪声波和环境噪声估计第一空间位置(比如，耳道处)的声音信号，从而判断耳道处的降噪声波和环境噪声是否完全抵消，信号处理器140通过第二麦克风阵列160拾取的声音信号对耳道处的声场进行估计以更新降噪信号，可以进一步提高降噪效果和用户的听觉体验感。
开方式声学装置的扬声器位于用户耳道附近，扬声器基于降噪信号输出的降噪声波的传递路径为由扬声器传递至用户耳道处(即，整体次级路径)。具体地，扬声器传递至用户耳道的具体路径可以分成由扬声器传递至第二麦克风阵列的第一次级传递路径和由第二麦克风阵列传递至用户耳道处额第二次级传递路径。扬声器基于降噪信号(基于耳道处的噪声信号生成的降噪信号)产生的降噪声波在传递至用户耳道口后，降噪声波的参数信息(例如，相位信息、幅值信息等)发生改变，导致降噪声波不能与用户耳道口处的噪声完全抵消。为了提高开放式声学装置的降噪效果，在一些实施例中，信号处理器可以基于第二麦克风阵列拾取的声音信号确定扬声器与用户耳道之间的整体次级路径传递函数，基于整体次级路径传递函数和用户耳道处的噪声生成降噪信号，使得扬声器产生的降噪声波在传递至耳道口处时可以与用户耳道口处的噪声完全抵消。关于基于用户耳道处的噪声信号生成降噪信号的具体内容可以参考图9至图12及其相关内容。
图9是根据本说明书一些实施例所示的第二麦克风阵列160参与工作时的另一示例性流程图。如图9所示，流程900可以包括下述步骤。
步骤910，基于第二麦克风阵列160拾取的声音信号确定扬声器150与用户耳道之间的整体次级路径传递函数。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。在一些实施例中，将声音信号从扬声器150传播到耳道的传播路径称为整体次级路径。整体次级路径传递函数S(z)是指声音信号(例如扬声器150发出的降噪声波)从扬声器150传递至用户耳道处的相频响应，其反映出整体次级路径对声音信号的影响。信号处理器140可以基于整体次级路径传递函数S(z)与用户耳道处的声音信号估计降噪信号。有关整体次级路径传递函数S(z)的具体内容请参照图11、流程1100及其相关描述，在此不再赘述。
在一些降噪场景，如果不考虑整体次级路径对声音信号的影响，会使得扬声器150所发出的降噪声波的降噪效果不佳，导致耳道处由扬声器150输出的降噪声波信号未能与耳道处的环境噪声信号完全相消。为了改善这一问题，通过计算出整体次级路径传递函数S(z)，以对扬声器150发出的降噪声波进行补偿，从而增强扬声器150发出的降噪声波在用户耳道处的降噪效果。
步骤920，根据用户耳道处的噪声信号和整体次级路径传递函数S(z)估计降噪信号。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
在一些实施例中，信号处理器140可以基于步骤910中计算出来的整体次级路径S(z)对降噪信号进行补偿，使得最终由扬声器发出的降噪声波在经过整体次级路径传递函数调整后能够抵消耳道处的环境噪声。例如，信号处理器140可以根据耳道处的环境噪声信号(例如，声压、声音频率，声音幅值、声音相位、声源振动速度、或媒质(例如空气)密度等)，调整降噪信号的参数信息(例如，频率信息、幅值信息、相位信息)。
在一些实施例中，步骤920可以被包括在步骤440中。
图10根据本说明书一些实施例所示的估计降噪信号的示例性流程图，即图10所示为步骤920的示例性流程图。如图10所示，流程1000(步骤920)可以包括下述步骤。
步骤1010，基于用户耳道处的噪声信号估计用户耳道处的降噪声波。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
在一些实施例中，通过与步骤440类似的方式执行，即可估计用户耳道处的降噪信号，从而估计用户耳道处的降噪声波。
步骤1020，基于用户耳道处的降噪声波和整体次级路径传递函数S(z)生成降噪信号。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。
在一些实施例中，信号处理器140可以根据估计的用户耳道处的降噪声波(例如，声压、声音频率，声音幅值、声音相位、声源振动速度、或媒质(例如空气)密度等)，调整降噪信号的参数信息(例如，频率信息、幅值信息、相位信息)。
应当注意的是，上述有关流程1000的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对流程1000进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。
图11根据本说明书一些实施例所示的确定整体次级路径传递函数S(z)的示例性流程图，即图11所示为步骤910的示例性流程图。如图11所示，流程1100(步骤910)可以包括下述步骤。
步骤1110，基于扬声器150输出的降噪声波和第二麦克风阵列160拾取的声音信号确定扬声器150和第二麦克风阵列160之间的第一次级路径传递函数。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。具体地，声音信号(例如，扬声器150输出的降噪声波)从扬声器150传播到第二麦克风阵列160的传播路径称为第一次级路径。第一次级路径传递函数S(z1)是指声音信号(例如，扬声器150发出的降噪声波)从扬声器150传递至第二麦克风阵列160的相频响应，其反映出第一次级路径对声音信号的影响。人脸会对声波产生反射，不同人的佩戴方式会对第一次级路径传递函数产生影响，在一些实施例中，扬声器150和第二麦克风阵列160可以分别将输出的降噪声音信号和拾取到的声音信号转化为电信号并传递至信号处理器140，信号处理器140可以将两个电信号进行处理，计算得到第一次级路径传递函数S(z1)。例如，第一次级路径传递函数S(z1)可以表示为第二麦克风阵列160拾取到的声音信号和扬声器150输出的降噪声音信号的比值。
步骤1120，基于第一次级路径传递函数确定整体次级路径传递函数。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。在一些实施例中，信号处理器140被配置为根据第一次级路径传递函数S(z1)计算确定整体次级路径传递函数S(z)。在一些实施例中，基于第一次级路径传递函数确定整体次级路径传递函数可以包括基于第一次级路径传递函数确定第二麦克风阵列与用户耳道之间的第二次级路径传递函数，以及基于第一次级路径传递函数和第二次级路径传递函数确定整体次级路径传递函数。声音信号从第二麦克风阵列160传播到用户耳道的传播路径称为第二次级路径。第二次级路径传递函数S(z2)是指声音信号(例如扬声器150发出的降噪声波)从第二麦克风阵列160传递至用户耳道处的相频响应，其反映第二次级路径对声音信号的影响。第一次级路径传递函数S(z1)和第二次级路径传递函数S(z2)具有一定关系(例如，第二次级路径传递函数S(z2)＝f(S(z1)))，且通过第一次级路径传递函数S(z1)可以确定得到第二次级路径传递函数S(z2)。在一些实施例中，可以通过完成训练的机器学习模型或预先设定的模型，基于第一次级路径传递函数确定第二次级路径传递函数。具体地，通过在完成训练的机器学习模型或预先设定的模型中输入第一次级路径传递函数S(z1)，可以输出第二次级路径传递函数S(z2)。在一些实施例中，机器学习模型可以包括但不限于混合高斯模型、深度神经网络模型等其中的任意一种。
在一些实施例中，预先设定的模型可以是通过人工测试统计得到的，此时第二次级路径传递函数S(z2)可以不通过第一次级路径传递函数S(z1)确定。在一些实施例中，为了实现开放用户双耳不堵塞用户耳道的目的，第二麦克风阵列160不能设置于用户耳道的位置，所以开放式声学装置100中的第二次级路径传递函数S(z2)是不固定的。此时，可以首先在产品调试阶段，通过在第二麦克风阵列160的位置设置一个或一个以上的信号发生装置，耳道处设置一个或一个以上的传感器，然后用耳道处设置的一个或一个以上的传感器接收信号发生装置所发出的声音信号，最后可以将信号发生装置输出的声音信号和耳道处设置的一个或一个以上的传感器拾取到的声音信号分别转化为电信号传递至信号处理器140，信号处理器140可以将两个电信号进行分析，计算得到第二次级路径传递函数S(z2)。进一步地，信号处理器140可以计算出第二次级路径传递函数S(z2)与第一次级路径传递函S(z1)之间的关系S(z2)＝f(S(z1))。
在一些实施例中，可以根据第一次级路径传递函数S(z1)和第二次级路径传递函数S(z2)计算整体次级路径传递函数S(z)。例如，考虑到整体次级路径传递函数、第一次级路径传递函数S(z1)和第二次级路径传递函数S(z2)都会受到开放式声学装置100周围环境(例如，佩戴开放式声学装置100的人脸)的影响，整体次级路径传递函数与第一次级路径传递函数S(z1)和第二次级路径传递函数S(z2)之间满足一定的函数关系(例如，S(z)＝f(S(z1)，S(z2))，信号理器140通过调用该函数关系可以得到实际使用过程中的整体次级路径传递函数。
应当注意的是，上述有关流程1100的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对流程1100进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。
图12根据本说明书一些实施例所示的基于扬声器150输出的降噪声波和第二麦克风阵列160拾取的声音信号确定第一次级路径传递函数的示例性流程图，即图12所示为步骤1110的示例性流程图。如图12所示，流程1200(步骤1110)可以包括下述步骤。
步骤1210，基于第二麦克风阵列160拾取的声音信号获取第二麦克风阵列160拾取的降噪声波。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。在一些实施例中，信号处理器140可以根据第二麦克风阵列160拾取的声音信号确定第二麦克风阵列160拾取的降噪声波。步骤1210的执行方式与步骤1010的执行方式类似，在此不再赘述。
步骤1220，基于扬声器150输出的降噪声波和第二麦克风阵列160拾取的降噪声波确定第一次级路径传递函数S(z1)。
在一些实施例中，该步骤可以由信号处理器140执行。信号处理器140可以基于扬声器150发出的降噪声波与第二麦克风阵列160拾取的降噪声波计算出由扬声器150到第二麦克风阵列160的第一次级路径传递函数S(z1)。具体地，例如，扬声器150可以播放一个标准声音，第二麦克风阵列160对扬声器150发出的该标准声音信号进行拾取，信号处理器140可以通过对比扬声器150发出的声音信号的相关参数(例如，频率信息、幅值信息、相位信息)与第二麦克风阵列160接收到的该声音信号的相关参数(例如，频率信息、幅值信息、相位信息)，从而计算出从扬声器150到第二麦克风阵列160的第一次级路径传递函数S(z1)。在一些实施例中，扬声器150可以播放提示音，也可以播放次声波等不易引起用户注意的声音信号，以便获取第一次级路径传递函数S(z1)。
应当注意的是，上述有关流程1200的描述仅仅是为了示例和说明，而不限定本说明书的适用范围。对于本领域技术人员来说，在本说明书的指导下可以对流程1200进行各种修正和改变。然而，这些修正和改变仍在本说明书的范围之内。
图13A-13D是根据本说明书一些实施例所示的麦克风阵列(例如第一麦克风阵列130)的示例性排布方式的示意图。在一些实施例中，麦克风阵列的排布方式可以是规则几何形状。如图13A所示，麦克风阵列可以为线形阵列。在一些实施例中，麦克风阵列的排布方式也可以是其他形状。例如，如图13B所示，麦克风阵列可以为十字形阵列。又例如，如图13C所示，麦克风阵列可以为圆形阵列。在一些实施例中，麦克风阵列的排布方式也可以是不规则几何形状。例如，如图13D所示，麦克风阵列可以为不规则阵列。需要说明的是，麦克风阵列的排布方式不限于图13A-13D所示的线形阵列、十字形阵列、圆形阵列、不规则阵列，也可以是其他形状的阵列，例如，三角形阵列、螺旋形阵列、平面阵列、立体阵列、辐射型阵列等，本说明书对此不做限定。
在一些实施例中，图13A-13D中的每一条短实线可以视为一个麦克风或一组麦克风。当每一条短实线被视为一组麦克风时，每组麦克风的数量可以相同或不同，每组麦克风的种类可以相同或不同，每组麦克风的朝向可以相同或不同。麦克风的种类、数量以及朝向可以根据实际应用情况进行适应性调整，本说明书对此不做限定。
在一些实施例中，麦克风阵列中的麦克风之间可以是均匀分布。这里的均匀分布可以指麦克风阵列中的任意相邻两个麦克风之间的间距相同。在一些实施例中，麦克风阵列中的麦克风也可以是非均匀分布。这里的非均匀分布可以指麦克风阵列中的任意相邻两个麦克风之间的间距不同。麦克风阵列中的麦克风之间的间距可以根据实际情况做适应性调整，本说明书对此不做限定。
图14A和图14B是根据本申请一些实施例所示的麦克风阵列(例如第一麦克风阵列130)的示例性排布方式的示意图。如图14A所示，当用户佩戴具有麦克风阵列的声学装置，麦克风阵列以半圆形排布的排布方式设置于人耳处或周围，如图14B所示，麦克风阵列以线形排布的排布方式是设置于人耳处。需要说明的是，麦克风阵列的排布方式不限于图14A和图14B中所示的半圆形和线形，麦克风阵列的设置位置也不限于图14A和图14B中所示的位置，这里的半圆形和线形以及麦克风阵列的设置位置只出于说明的目的。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

Claims (10)

1.一种开放式声学装置，包括：
固定结构，被配置为将所述声学装置固定在用户耳朵附近且不堵塞用户耳道的位置；
第一麦克风阵列，被配置为拾取环境噪声；
信号处理器，被配置为：
基于所述环境噪声确定所述第一麦克风阵列与所述用户耳道之间的初级路径传递函数；
基于所述环境噪声和所述初级路径传递函数，估计所述用户耳道处的噪声信号；以及
基于所述用户耳道处的噪声信号生成降噪信号；以及
扬声器，被配置为根据所述降噪信号输出降噪声波，所述降噪声波用于消除所述用户耳道处的所述噪声信号。
2.根据权利要求1所述的开放式声学装置，其中，在频率为150Hz-2000 Hz的范围内，所述开放式声学装置的降噪深度为5dB-25dB。
3.根据权利要求1所述的开放式声学装置，其中，所述基于所述环境噪声确定所述第一麦克风阵列与所述用户耳道之间的初级路径传递函数包括：
基于所述环境噪声估计噪声源方向；
根据所述环境噪声、所述噪声源方向以及所述第一麦克风阵列与所述用户耳道的位置信息确定所述初级路径传递函数。
4.根据权利要求3所述的开放式声学装置，其中，所述第一麦克风阵列与所述用户耳道的位置信息包括所述第一麦克风阵列与所述用户耳道的距离，所述根据所述环境噪声、所述噪声源方向以及所述第一麦克风阵列与所述用户耳道的位置信息确定初级路径传递函数包括：
基于所述环境噪声的频率、所述噪声源方向以及所述第一麦克风阵列与所述用户耳道的距离确定所述初级路径传递函数。
5.根据权利要求1所述的开放式声学装置，其中，所述声学输出装置包括第二麦克风阵列，所述第二麦克风阵列被配置为拾取环境噪声和所述降噪声波；
所述信号处理器被配置为基于所述第二麦克风阵列拾取的环境噪声和所述降噪声波估计第一空间位置的噪声，所述第一空间位置比所述第二麦克风阵列中任一麦克风更加靠近用户耳道；以及
基于所述第一空间位置的声音信号更新所述降噪信号。
6.根据权利要求1所述的开放式声学装置，其中，所述开放式声学装置包括第二麦克风阵列，所述第二麦克风阵列被配置为拾取环境噪声和所述降噪声波；
所述信号处理器被配置为：基于所述第二麦克风阵列拾取的声音信号确定所述扬声器与所述用户耳道之间的整体次级传递函数；
基于所述用户耳道处的噪声信号生成降噪信号包括：
根据所述用户耳道处的噪声信号和所述整体次级传递函数估计所述降噪信号。
7.根据权利要求6所述的开放式声学装置，其中，所述根据所述用户耳道处的噪声信号和所述整体次级传递函数估计所述降噪信号包括：
基于所述用户耳道处的噪声信号估计所述用户耳道处的降噪声波；
基于所述用户耳道处的降噪声波和所述整体次级传递函数生成所述降噪信号。
8.根据权利要求6所述的开放式声学装置，其中，所述基于所述第二麦克风阵列拾取的声音信号确定整体次级传递函数包括：
基于所述扬声器输出的降噪声波和所述第二麦克风阵列拾取的声音信号确定所述扬声器和所述第二麦克风阵列之间的第一次级路径传递函数；
基于所述第一次级路径传递函数确定所述整体次级路径传递函数。
9.根据权利要求8所述的开放式声学装置，其中，所述基于所述扬声器输出的降噪声波和所述第二麦克风阵列拾取的声音信号确定第一次级路径传递函数包括：
基于所述第二麦克风阵列拾取的声音信号获取所述第二麦克风阵列拾取的降噪声波；
基于所述扬声器输出的降噪声波和所述第二麦克风阵列拾取的降噪声波确定所述第一次级路径传递函数。
10.根据权利要求8所述的开放式声学装置，其中，所述基于第一次级路径传递函数确定整体次级路径传递函数包括：
基于所述第一次级路径函数确定所述第二麦克风阵列与所述用户耳道之间的第二次级路径函数；
基于所述第一次级路径函数和所述第二次级路径函数确定所述整体次级路径函数。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118091541A (zh) * 2024-04-24 2024-05-28 中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 一种汽车噪声源定位方法及系统

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117253472B (zh) * 2023-11-16 2024-01-26 上海交通大学宁波人工智能研究院 一种基于生成式深度神经网络的多区域声场重建控制方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0004243D0 (en) * 2000-02-24 2000-04-12 Wright Selwyn E Improvements in and relating to active noise reduction
US8611552B1 (en) * 2010-08-25 2013-12-17 Audience, Inc. Direction-aware active noise cancellation system
US9020160B2 (en) * 2012-11-02 2015-04-28 Bose Corporation Reducing occlusion effect in ANR headphones
CN108900943B (zh) * 2018-07-24 2019-11-05 四川长虹电器股份有限公司 一种场景自适应主动降噪方法及耳机
EP3850618B1 (en) * 2018-09-13 2023-01-25 Harman Becker Automotive Systems GmbH Silent zone generation
CN111933102A (zh) * 2020-08-19 2020-11-13 四川大学 一种基于分数阶梯度的非线性有源噪声控制方法
CN113241053A (zh) * 2021-04-08 2021-08-10 中国计量大学 简化窄带无次级路径建模有源控制方法
CN113421540B (zh) * 2021-07-26 2023-10-31 北京安声浩朗科技有限公司 主动降噪方法、主动降噪装置及半入耳式主动降噪耳机
CN113409755B (zh) * 2021-07-26 2023-10-31 北京安声浩朗科技有限公司 主动降噪方法、装置及主动降噪耳机

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118091541A (zh) * 2024-04-24 2024-05-28 中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 一种汽车噪声源定位方法及系统

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