CN1602116A - 传声器设备、降噪方法和记录设备 - Google Patents

Abstract

本发明利用拾取音频信号的传声器以及振动传感器来实现降低依赖振动的噪声。依据本发明优选实施例的传声器设备具有一个或多个传声器，一个或多个传感器，用于从传感器的输出信号中提取噪声带宽部分的噪声提取装置，用于接收噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号的相应于传声器的自适应滤波器，以及用于从传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的加法器，其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，从而振动信号的输出极性也匹配。

Description

传声器设备、降噪方法和记录设备

相关申请的交叉参考

本申请基于2003年8月1日提交给日本专利局的日本优先权申请JP2003-285294，在此引入作为参考的内容属于法律允许范围。

发明领域

本发明涉及一种适于在具有例如内置照相机的记录设备中使用的传声器(microphone)设备和降噪方法。

背景技术

本专利申请的申请人在日本申请公开号为第2002-367234号的更早的专利申请中提出了一种传声器设备、依赖振动的(vibration-dependent)噪声降低方法以及具有多个传声器单元的设备，其中按照相对关系(opposed relationship)放置所述传声器单元。因为采集音频信号的传声器也用作为振动传感器，所以这就是所谓的无传感器降噪技术(sensorless noise reduction technique)。

然而，在这种降低技术中使用的传声器单元必须满足下列要求。首先，必须使用具有不定向特性的不定向传声器单元。其次，必须将传声器单元以其声音接收面彼此相对的方式放置得彼此靠近。最后，多个传声器单元的使用是根本。

另外，公开号为第H8-272377号的日本专利申请公开了一种降噪设备，其包括：检测具有与噪声的强相关性的信号的传感器；根据检测的信号生成与噪声相位相反、与噪声声压相同的取消信号的自适应FIR滤波器；组合所生成的取消信号和来自内置传声器的噪声信号的加法器；以及基于由加法器的组合所产生的剩余信号，顺序计算和更新自适应FIR滤波器系数以便最大化噪声的减少量的系数更新装置。

发明内容

结果，在不满足日本专利申请第2002-367234号中所述的传声器单元的要求的情况下，诸如当使用类似单向传声器的定向传声器单元或者类似设备时，在采用单个传声器单元的非立体声传声器设备中，在具有诸如采用被放置得彼此间隔相当远距离的传声器的结构的设备中等等，会出现一些问题。

相反，如图13(A)所示，本发明的优选实施例采用一种传声器设备，其中使传声器92和传感器93的振动检测方向，或者除此之外的振动信号的输出极性一致，噪声提取装置从传感器93的输出信号中提取噪声源91的噪声带宽部分，自适应滤波器95使用噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号97进一步输出对应于传声器92的伪噪声信号98，以及噪声抑制装置94从传声器92的输出信号中除去自适应滤波器95的输出信号。

尽管公开号为第H8-272377号的日本专利申请公开了一种技术，其通过传感器检测与将被抑制的噪声具有高相关性的信号，以及基于检测的信号，通过自适应滤波器生成用于降噪的取消信号，但是其降噪性能差。相反，本发明与之不同的是，为了通过进一步增强传感器信号与传声器的噪声信号之间的相关性来改进降噪性能，使传声器与传感器的振动检测方向，或者除此之外的输出极性一致。

另外，如图13(B)所示，依据本发明的另一个优选实施例，从多个传声器92而不是传感器93的差信号中获得将被输入到自适应滤波器95的、与噪声具有高相关性的参考信号97，以及仅将传感器93用作用于噪声抑制装置94进行降噪处理的开/关信号99。

由上述可知，由传声器92而不是传感器93提取将被输入到自适应滤波器95的参考信号97的优点包括：因为将被抑制的噪声信号96与参考信号97是从安置在相同位置上的传声器92中获得，所以在两种信号间没有延迟时差，并且相关性相对较高。因此，自适应性滤波器95能够容易地生成伪噪声信号98。相反，在传声器92和传感器93分离的情况下，申请人已做实验证明：安装位置的不同导致来自噪声源91的不同传输特性，因此由于需要校正延迟时差而使得自适应滤波器95在结构上更加复杂，并且由于它们之间的相关性可能较差而使得难以改进降噪性能。

本发明是考虑到上述情况而构思的，并且本发明建议通过提供传声器采集音频信号以及进一步提供振动传感器，即使在上述情况下实现依赖振动的噪声降低。

此外，近年来，称为碰撞传感器(impact sensor)或震动传感器(shock sensor)的振动传感器被置于诸如HDD(硬盘驱动器)、DVD(数字通用盘)、CD-R(一次写入)或类似设备的磁盘设备中，目的是增强这些设备的抗振动性能。在包括被认为是将来的主流产品的HDD的内置照相机式的视频记录/回放(再现)设备中，HDD中的振动传感器通常用于容易地检测和降低这些设备产生的振动噪声，而不用提供额外的传感器。

依据本发明优选实施例的传声器设备包括一个或多个传声器、一个或多个传感器、提取来自传感器的输出信号中的噪声带宽部分的噪声提取装置、接收噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号的用于每个传声器的自适应滤波器、以及从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的运算装置，其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配。

依据本发明优选实施例，因为没有限制将至少两个或多个不定向传声器单元放置得彼此靠近并处于相对关系，即使在例如使用单个传声器、具有单向特性的定向传声器或者类似的设备中，或者在具有无法进行相对放置的结构的设备中，依据本发明优选实施例的降噪电路也能够从传声器的音频信号中消除依赖振动的噪音。

同样，依据本发明另一个优选实施例的传声器设备包括多个传声器、一个或多个传感器、输出来自多个传声器的输出信号之间的差值分量(differencecomponent)的第一运算装置、提取第一运算装置的输出信号中的噪声带宽部分的噪声提取装置、接收噪声提取装置的输出信号作为参考信号的用于每个传声器的自适应滤波器、以及从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的第二运算装置，其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配，并且如果传感器的信号电平等于或低于指定电平，通过不执行第二运算装置的减法来禁止降噪。

依照本发明的优选实施例，振动传感器与多个传声器单元一起使用使得可能精确拾取和仅使用目标振动噪声，从而不必按照相对关系放置传声器单元，就能够从传声器的音频信号中消除依赖振动的噪音。

此外，依据本发明另一个优选实施例的降噪方法使用一种传声器设备，所述传声器设备具有一个或多个传声器、一个或多个传感器、从传感器的输出信号中提取噪声带宽部分的噪声提取装置、接收传感器的输出信号作为参考输入信号的用于每个传声器的自适应滤波器、以及用于从每个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的运算装置，其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配，该方法包括步骤：由噪声提取装置从传感器的输出信号中提取噪声带宽部分；通过由自适应滤波器输入噪声提取装置的输出信号，进一步输出对应于各个传声器的伪噪声信号；以及由运算装置从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号。

依据本发明的另一个优选实施例，由于没有像早期专利申请中那样限制将至少两个或多个传声器紧密放置并处于相对关系，即使在例如当仅使用单个传声器、使用具有单向特性的定向传声器或者类似的传声器时，或者当装置具有无法按照相对关系进行放置的结构时，通过本发明的降噪处理也可能消除来自传声器的音频信号中的依赖振动的噪声。

同样，依据本发明优选实施例的降噪方法用于一种传声器设备，该传声器设备具有：多个传声器、一个或多个传感器、用于输出多个传声器的输出信号之间的差值分量的第一运算装置、从第一运算装置的输出信号中提取噪声带宽部分的噪声提取装置、通过接收噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号的对应于每个传声器的自适应滤波器、以及从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的第二运算装置，其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配，并且该方法包括步骤：由第一运算装置输出多个传声器的输出信号之间的差值分量，提取第一运算装置的输出信号中的噪声带宽部分，在自适应滤波器将噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号的情况下，输出对应于各个传声器的伪噪声信号，由第二运算装置从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号，以及当传感器的信号电平等于或小于指定电平时禁止第二运算装置的减法。

依据本发明的优选实施例，因为降噪处理可以通过仅精确拾取目标振动噪声来执行，所以通过将振动传感器连同多个传声器单元一起使用，可以从传声器的音频信号中消除依赖振动的噪声，而不必像早期专利申请中的情况那样按照相对关系放置传声器单元。

同样，依据本发明优选实施例的记录设备使用传声器设备，其具有一个或多个传声器、从传感器的输出信号中提取噪声带宽部分的一个或多个噪声提取装置、接收噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号的用于每个传声器的自适应滤波器、以及从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的运算装置，从而通过被驱动装置驱动的记录装置将传声器的输出信号记录在记录媒体上，其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配。

依据本发明的优选实施例，因为没有像早期专利申请中那样限制将至少两个或多个不定向传声器单元紧密放置并处于相对关系，所以即使在例如那些使用单个传声器、使用具有单向特性的定向传声器或者类似的传声器、或者具有无法进行相对放置的结构的传声器设备中，依据本发明优选实施例的、用于执行降噪的传声器设备也能够从传声器的音频信号中仅消除依赖振动的噪声。

同样，依据本发明优选实施例的记录设备用于记录传声器设备的输出信号，所述传声器设备具有多个传声器、一个或多个传感器、输出多个传声器的输出信号之间的差值分量的第一运算装置、提取第一运算装置的输出信号中的噪声带宽部分的噪声提取装置、接收各个传声器的输出信号作为参考输入信号的用于每个传声器的自适应滤波器、以及从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的第二运算装置，其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配，并且当传感器的信号电平等于或低于指定电平时，通过不执行第二运算装置的减法来禁止降噪。

依据本发明的优选实施例，通过将振动传感器与多个传声器单元一起使用，即使在具有无法像早期专利申请中那样按照相对关系放置传声器单元的结构的记录设备中，也可能精确拾取和仅使用目标振动噪声，从而从传声器的音频信号中消除依赖振动的噪声并仅记录音频信号。

例如，通过为了改善抗振动性能的目的而共同使用内置于诸如HDD、DVD、CD、CD-R或类似设备的磁盘设备中的振动传感器、碰撞传感器或震动传感器，依据本发明优选实施例的记录设备能够检测和降低在这种设备中产生的振动噪声，而不需提供新的或额外的传感器。

因此，依据本发明优选实施例的传声器设备提出了一种降噪技术，该降噪技术使用用于将振动转换成电信号的传感器，从而通过将传声器与传感器一起使用来降低依赖振动的噪声。因为对传声器单元与传感器的位置没有限制，所以依据本发明优选实施例的传声器设备可被用于大范围的电器与电气设备。此外，通过使传声器与传感器的振动检测方向或者除此之外的输出极性一致，以及改进自适应滤波器的收敛特性(converging characteristic)，即使用少量的抽头也可以实现降噪效果。

此外，由于当传感器的信号电平等于或小于指定电平时中断第二运算装置的减法，可能仅精确拾取和仅降低目标振动噪声。

另一方面，因为对传声器单元与传感器的位置没有限制，所以依据本发明优选实施例的降噪方法通过将传声器与传感器一起用于降低依赖振动的噪声，能够降低应用依据本发明优选实施例的传声器设备的大范围的电器与电气设备的噪声。再者，通过使传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，使传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配，可能改进其之间的相关性以及改善自适应滤波器的收敛特性，因此通过使用少量抽头的滤波处理，实现降噪效果。

另外，通过当来自传感器的信号电平等于或小于指定电平时中断第二运算装置的减法，可能使传感器仅精确拾取目标振动噪声并降低这些噪声。

依据本发明优选实施例的记录设备还提出一种降噪技术，该降噪技术使用传感器，其用于将振动转换成电信号，并从而通过将传声器与传感器一起使用来降低依赖振动的噪声。因为对传声器单元与传感器的位置没有限制，所以可能使用传声器来降低比现有技术更广范围的记录设备中的噪声，因此能够消除噪声并仅记录音频信号。再者，通过使传声器与传感器的振动检测方向或者除此之外的输出极性一致，可能改进相关性，并且改进自适应滤波器的收敛特性，因此使用少量的抽头实现降噪效果。

此外，通过当传感器的信号电平等于或小于指定电平时中断第二运算装置的减法，可能使传感器精确拾取并仅降低目标振动噪声，因此消除噪声并且仅记录音频信号。

附图简述

根据下列结合附图的详细说明，本发明的优选实施例的上述和其它目的和特点对于本领域的普通技术人员而言将变得更为清楚，其中：

图1显示按照本发明优选实施例的第一个实例的传声器设备的方框图；

图2A和图2B显示传声器振膜与传感器的输出波形，其中图2A显示传声器振膜和传声器输出的波形，而图2B显示传感器与传感器输出的波形；

图3显示其中将传感器安装在HDD中的配置的实例；

图4显示按照本发明优选实施例的一个实例的传感器的结构；

图5显示按照本发明优选实施例的另一个实例的传感器的结构；

图6显示传感器的输出灵敏度的水平；

图7A和图7B显示传感器的输出的极性和延迟时间，其中图7A是音频传声器产生的噪声，而图7B是传感器输出；

图8显示LMS自适应滤波器的方框图；

图9显示按照本发明优选实施例的第二个实例的传声器设备的方框图；

图10显示按照本发明优选实施例的第三个实例的传声器设备的方框图；

图11显示按照本发明优选实施例的第四个实例的传声器设备的方框图；

图12显示按照本发明优选实施例的第五个实例的传声器设备的方框图；和

图13A和图13B显示描述本发明和相关技术之间差别的图，其中图13A是本发明的优选实施例的示意图，而图13B是显示本发明另一个优选实施例的示意图。

具体实施方式

在诸如家用数字摄像机等的摄像机中，很可能通过内置的传声器设备拾取声音。由于近年来电器和电气设备的小型化加速，诸如VTR、磁盘设备等的记录设备以及内置于这些机器和设备中的传声器被放置在其间很接近的位置上，因此带来了问题：由这些记录设备产生的振动噪声和声学噪声很容易侵入传声器。类似地，小型化可能带来问题：当用户照像时操作各种照相机的功件，例如变焦或聚焦，以及操作开关时，无意识地触碰内置传声器或周围的东西，从而通过机壳引入了不希望有的噪声，并且在回放的时候产生令人不舒服的触碰噪声。

顺便提及，在相对安静的环境中照相的情况下，由于内部的AGC(自动增益控制)电路增加了传声器灵敏度，所以即使轻微的触碰噪声可能变得很刺耳。此外，因为通常在摄像机中使用不定向传声器单元以便操作电路可以将其变化为具有定向特性，所以可能带来问题：通过为定向特性所特有的邻近效应(proximity effect)来增加噪声频带，从而强调了噪声频带而不是预期的音频信号。

为了降低这种噪声，通常通过使用例如橡胶挡板等的绝缘体，使内置传声器的传声器单元浮离机壳，或者采用通过使用橡胶线等将传声器单元悬挂在空中的结构，从而吸收从机壳传导来的振动或阻止这种噪声的传导。不幸的是，因为这种绝缘体没有展现出对强烈振动或特定频率的振动的效果，相反地，存在导致特定频率下的谐振的情况，所以这种传统技术不足以完全抑制振动。因此，它使得机械设计非常困难，并成为降低成本和小型化的障碍。

此外，由上述触碰噪音引起的噪声不仅是通过机壳传导的振动，而且是与振动同时在空中传导的声学噪音，因此使得到传声器单元的噪声传输路径非常复杂。因此，通过传统的被动方法在降噪方面有其局限性，因此难以达到使用户满意的水平。

因此，本发明目的在于不需采用隔离传声器单元的结构措施，而是通过电路装置积极地拾取振动噪声并消除产生的振动噪声来解决上述问题。另外，将拾取的振动噪声提供给自适应滤波器作为用于消除同时产生的声学噪声的参考输入信号。

在上述的方法中，本发明对所有依赖振动产生的噪声类型执行降噪处理。

现在，在下文将参考图1描述本发明的特点，图1举例说明依据本发明优选实施例的传声器设备的实例的方框图。

与公布号为第2002-367234号的早期日本专利申请(Noise ReductionApparatus And Method，降噪设备与方法)中的情况相似，本发明不需要多个输入音频信号的传声器，并且可以使用单个传声器。此外，可能不仅使用不定向传声器而且使用例如单向传声器、双向传声器等的定向传声器。

另外，在图1中，传感器用于输入振动，并且该传感器可被安置在任何需要将机械振动转换成电信号的位置，其中电信号作为用于降噪处理的振动信号被输入。

现在，在下文描述图1中传声器设备的优选实施例的实例。传声器1可以是任何期望的传声器单元，其具有连接到电路的地GND的负(-)极输出端和连接到用于拾取输出信号的放大器AMP3的正(+)极输出端。另一方面，传感器2具有连接到电路的地GND的负(-)极端，而其正(+)极端连接到放大器AMP4。噪声提取装置6进一步提取输出信号的噪声带宽部分。噪声提取装置6包括LPF(低通滤波器)和/或BPF(带通滤波器)，并提取相对集中在音频带宽的较低区的振动噪声的带宽部分。并且，将振动分量输入到自适应滤波器7作为参考输入X，以便通过指定算法来产生和输出伪噪声信号Y，自适应滤波器7将在下文进行描述。

然后，在AMP3的音频信号与伪噪声信号Y同相地输入加法器8的正(+)极端之前，将AMP3的音频信号提供给用于产生相当于噪声提取装置6与自适应滤波器7的处理时间的延迟的延迟单元5，以便从输出端9输出，该伪噪声信号Y被输入到负(-)极端。此外，将输出信号反馈到自适应滤波器7作为误差信号E。通过操作自适应滤波器7使得误差信号总是最小，有可能从端9获得降低了振动分量的音频信号。

然后，在图2A与图2B中描述传声器振膜与传感器之间的关系。首先，如上文中描述的，传感器2是用于获得与机械振动成比例的电信号的设备，并且该设备的一个实例是压电陶瓷、具有覆盖音频接收面的传声器单元等等。传感器2具有灵敏度最大的振动方向，并且传感器已经发展成具有依赖于安装位置的多种灵敏度检测方向15，所以可以根据特定的目的有选择地使用它们。

本发明的特征在于在此使用的传声器1与传感器2的振动检测灵敏度方向13、15彼此匹配，以此提高两个输出信号之间的相关性，从而有效地降低在随后阶段的自适应性处理中的振动分量。

在图2A和图2B中，因为传声器1在振动膜11的垂直方向(图中的左-右方向)具有最强的振动检测方向13，所以在该方向上产生的振动信号也是最大的。因此，如果配置和放置传声器1与传感器2，以使得将要使用的传感器2的振动检测灵敏度方向15与此相匹配，或者除此之外，如果传声器1与传感器2在与实线所示的振动检测灵敏度方向13、15相同的方向上振动，则在它们的正(+)极端与负(-)极端12、14之间输出的是处于实线1A、2A的极性的信号波形，而如果在如虚线所示的振动检测灵敏度方向13、15上振动，则输出的是处于如虚线1B、2B所示极性的信号波形，从而进一步提高两个输出信号的相关性。

在本发明优选实施例的实例中要注意的是，不必将传声器与传感器彼此紧密放置。例如，在如图3所示的实例中，传感器20被安装在HDD设备16内部。在这种情况下，传感器20能够拾取由内部主轴马达(未显示)驱动的旋转盘17产生的振动，以及在移动音圈马达19驱动的磁头18时产生的振动。

在这种情况下，当产生的机械振动与声学振动噪声输入到传声器时，也可能利用图1中的传声器设备的实施例1降低这种振动分量。近年来，例如HDD等的磁盘设备日益小型化和变得轻便，因此可能对这些设备施加意外的碰撞。如果施加这种碰撞，例如当数据被记录在磁盘的指定地址时，这种碰撞可能移动磁头18并在已经写入其它数据的地址位置上进行重写，从而损坏数据。因此，为了在这种情况下进行数据保护，在所述设备内设置震动检测传感器，以便当检测到碰撞时中断写入操作。在本发明中，为了传感器20，还可能共享这种震动传感器的输出。

现在，将在下文中描述传感器的结构和操作。

图4显示依据本发明优选实施例的传感器的实例。而图6是显示传感器的输出灵敏度的图。

首先，图4是举例说明在传感器2内部使用压电陶瓷21的振动传感器的结构的本发明优选实施例的实例。假定压电陶瓷21中互相垂直的X、Y和Z轴，假设对X轴方向的振动灵敏度最大，则振动方向22从X轴方向指向Y或Z轴方向，并且振动方向22和X轴的角度定表示为θ。

图6是在上述条件下，传感器2关于角度θ的相对输出灵敏度特性。

依据图6，假定当振动方向22与X轴重合时相对灵敏度是最大值1，可以理解随着角度θ增加，灵敏度逐渐降低，并且当振动处于包括Y和Z轴二者的水平方向时，灵敏度降至零。

图5显示传感器结构的实例。具体地，图5显示使用传声器的振动传感器结构的实例。使用传声器1作为振动传感器可以通过关闭传声器1的声音接收表面来实现。再者，在这种情况下，假定关于传声器1内的振膜2的互相垂直的X、Y和Z轴，对X轴方向的振动灵敏度最大，并且随着从X轴方向指向Y轴或Z轴方向的实际振动方向23的角度θ增加，相对灵敏度逐渐减少，这与图6所示的相对输出灵敏度特性相似。

因此，如图2A和图2B所示，音频传声器1与传感器输出中包含的噪声之间的相关性可以通过匹配音频传声器1的振动检测方向13与如图4和图5所示的振动方向，以及通过在该方向安装传感器2来改进，从而振动方向与该方向一致以最大化如图6所示的灵敏度。

图7显示传感器输出的极性与延迟时间，其中图7A是音频传声器产生的噪声，而图7B是传感器输出。

在这种情况下，可以通过均衡图7A所示的音频传声器中产生的噪声波形与图7B中所示的传感器输出波形的极性和延迟时间，进一步改进波形相关性。应当注意的是，延迟时间是通过图1中传声器设备的实施例1中的延迟单元5来均衡。

现在，下文参考图8描述图1所示的自适应滤波器7。可以使用各种方法作为自适应滤波器7的算法。通常，因为相对快的收敛速度与小的运算电路规模，所以经常使用LMS(最小均方)方法，并可能通过例如DSP(数字信号处理器)与数字LSI(大规模集成电路)的硬件以及安装在微型计算机中的软件来执行处理。

首先，具有与将被抑制的目标噪声高相关性的信号作为图8中的参考输入X输入。并且参考输入X被施加到由虚线包围的自适应滤波器7，也被施加到LMS运算处理单元35。自适应滤波器7包括具有许多抽头的FIR(有限脉冲响应)数字滤波器，抽头通常大约为几百个，并且按照LMS算法适应性更新各个抽头的滤波器系数W。在此显示具有(m+1)个抽头的FIR滤波器。31-1至31-m表示单位采样时间的延迟Zexp(-1)，X1至Xm表示具有各自延迟的信号，32-0到32-m表示用于乘以系数的乘法器，而W0至Wm表示乘法器的系数。在作为自适应滤波器输出Y被输出前，各个乘法器的所有输出由加法器33相加。因此，自适应滤波器输出Y可以由下列数学表达式1给出的卷积运算表示。

(数学表达式1)

$Y=\underset{j=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Wj}\·\mathrm{Xj})$

此外，LMS运算处理单元35根据参考输入X和误差信号E，按照下列数学表达式2执行各个自适应滤波器系数W0至Wm的操作，以更新自适应滤波器系数。

(数学表达式2)

W_k＝W_k-1+2μ·E_k-1·X_k-1

在数学表达式2中，每个小写字母k表示采样时间段。假定用于第k个采样的Wk是当前自适应滤波器系数，Wk-1表示用于第(k-1)个采样的自适应滤波器系数，即用于上一个采样的自适应滤波器系数。另一方面，μ被称为步进增益(step gain)或步长(step size)，其是确定LMS算法中收敛速度的参数。因为较大的μ值意味着较快的收敛速度但在换算后精度差，而较小的μ值意味着较慢的收敛速度但在换算后精度提高了。最佳值根据使用的自适应系统的条件来设定。另一方面，将在下文描述输入的误差信号E。

现在，LMS运算处理单元35按照数学表达式2更新上述的自适应滤波器系数W，使得包含在误差信号E中的与参考输入X相关性高的信号总被最小化。

然后，将描述图9，其显示依据本发明优选实施例的传声器设备的第二实例。

图9不同于图1之处在于，例如在立体声双声道输入的情况下使用多个传声器。在本发明情况下，不必将多个传声器单元相互放置在短于输入音频信号波长的距离上，或者象早期专利申请那样按照相对关系放置，因此能够将传声器单元放置在任何期望的距离上。同样，因为可以自由地选择定向传声器，所以不再需要在早期专利申请中的随后阶段所需的定向操作处理。

首先，传声器41、42是类似于图1中传声器1的、分别用于音频输入的右声道(Rch)与左声道(Lch)传声器单元，而传感器43类似于图1中的传感器2用于振动输入。它们在与图1类似的电路结构中被处理。然而，因为自适应滤波器50、51独立地进行操作，所以不同的依赖振动的噪音在Lch和Rch中被分别优化与降低。虽然在此的描述是基于包括Lch和Rch立体声双声道的情况，但是即使在多声道的情况下也可能使用单个传感器执行自适应操作。然而，因为与图1的情况类似，所以在此忽略在这种情况下的详细操作。

现在，将在下文描述如图10所示的、依据本发明优选实施例的传声器设备的第三实例。然而，不再描述类似于图9所示的实施例中的功能模块。传声器61、62分别是Rch和Lch传声器单元，它们的输出信号经由放大器AMP64、65分别连接到加法器69的-端和+端。将两个信号的差值输出输入到噪声提取装置70。另一方面，传感器63的输出经由放大器AMP 66输入到比较器67，并与分别设置的、来自参考(REF)输入68的电平进行比较。并将比较器67的比较结果输出到上述的噪声提取装置70。

从上述加法器69输出的传声器61与传声器62的输出信号的差值分量(差分分量(differential component))包含由于各个传声器的不同安装位置而产生的音频信号之间的差值信号的大部分以及振动信号。这是由于与音频信号的声源的空间距离的不同，以及由于与振动信号的振动源的传递函数的不同而产生的。附带地，在具有内置照相机的视频记录设备的情况下，最可能的是：与安装传声器相比，将声源置于足够远的距离上。另一方面，因为在具有内置照相机的视频记录设备中的振动源在记录设备的主体内，所以这种振动从基本上等于安装的传声器之间的距离传播。因此，输入到传声器61与传声器62的声音信号相对于声源是相对等距的，因此具有高度相关性。因为振动信号具有比音频信号低的相关性，所以由上述加法器69对这些信号进行的减法可能导致产生比音频信号更多的振动信号。

此外，如果将上述比较器67配置成，例如，当从传感器63输出的振动信号大于REF输入68设置的电平时输出一个ON信号，而在小于时输出OFF信号，将ON/OFF二进制信号输入噪声提取装置70。当信号是ON时，通过将噪声提取装置70配置成提取噪声以及输出振动信号分量，而当信号是OFF时输出零信号，可能仅提取输入到自适应滤波器73、74的振动信号。因为其操作类似于图1，所以略去详细的说明。以这种方式，可以仅对超过指定参考电平的噪声执行噪声抑制。

要注意的是，在图10所示的设备的优选实施例的实例中，传声器61、62可像早期专利申请那样按照相对关系放置。同样也可以添加多个传声器以容易地进行多声道传输。

虽然图1、图9与图10所提及的实施例中使用了一个传感器，但是也可以使用多个传感器输出，以在输入到噪声提取装置之前添加各个输出。在这种情况下，可能在多个位置输入或检测振动。此外，在使用多个传感器的情况下，不必将噪声提取装置的输出共同输入到每个自适应滤波器，而可以从与各个传感器相适应的多个噪声提取装置输入到任何期望的自适应滤波器。

现在，将在下文描述如图11所示的、依据本发明另一个优选实施例的传声器设备的第四实例。应当注意的是，在此使用相同的参考数字指示与图10所示的第三实施例中相同的结构模块，并仅对不同的功能模块进行描述。

首先，图11与图10所示的实施例不同之处在于：比较器67的ON信号连接到开关SW79、80。通过有选择地连接滑动触点a到固定触点b或c，开关SW79、80能够选择在对Lch和Rch的每一个执行降噪处理之后或之前的输出。当ON信号被输出时，滑动触点连接到固定触点c以从Rch端77与Lch端78输出降噪后的输出。另一方面，当OFF信号被输出时，滑动触点连接到固定触点b以从Rch端77与Lch端78输出未降噪的输出。以这种方式，可以有选择地仅抑制超过进一步指定的参考电平的噪声。

应当注意的是，要输入到图10中的自适应滤波器73、74的参考信号是用于打开或关闭自适应滤波器73、74的输出的ON/OFF。另一方面，图11的不同之处在于：噪声提取装置70总是输出振动信号分量，而自适应滤波器73、74总是保持运行状态。因此，传感器输出不参与自适应滤波器73、74的操作。

此外，将在下文描述如图12所示的、依据本发明另一个优选实施例的传声器设备的第五实例。在图12中，没有使用新的振动检测传感器，并且作为振动源的马达是例如，用于驱动安装在HDD设备中的磁头的音圈马达84或者用于驱动旋转磁盘的主轴马达的磁盘马达85。ON/OFF信号直接得自于控制这种马达的各种驱动设备81，并且ON/OFF通过开关SW82、83控制自适应滤波器73、74的输出。当信号是ON的时候，连接触点，以向Rch端77与Lch端78提供降噪后的输出。另一方面，当信号是OFF的时候，断开触点，以向Rch端77与Lch端78提供未降噪的输出。以这种方式，还可能通过仅选择超过确定的参考电平的噪声，来由磁头在旋转磁盘上执行对降噪后的传声器信号的记录操作，其中旋转磁盘是记录设备中的记录介质。

通常，这些马达具有用于旋转和相位伺服目的的各种内置的传感器，因此读出诸如当前转速和相位的信息。根据优化驱动的目的，将这种信息提供给各种驱动单元81。因此，因为ON/OFF信号是与作为噪声源的马达84、85的驱动信号同步地从各种驱动设备81获得的，所以通过将这种信号施加至开关SW82、83的控制端，同样可能开启或关闭降噪功能。虽然在图12中用于断开或打开输出的开关SW82、83被连接到自适应滤波器73、74，但是同样可能如图11中的情况那样切换降噪处理系统与非降噪处理系统。

本发明可以应用于例如HDD设备、DVD、CD、CD-R等磁盘设备中的驱动马达的降噪处理，其中磁盘设备安装在例如具有内置照相机的记录设备中。

此外，本领域的技术人员应当了理解，上文描述仅仅示出了本发明优选实施例的实例。因此，本发明不应限于这些实施例，所以对这些实施例及它们的对等物进行的多种其他修改、变化、组合、子组合等，都可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下获得。

Claims (6)

1.一种传声器设备，包括：

至少一个传声器；

至少一个传感器；

噪声提取装置，用于从传感器的输出信号中提取噪声带宽部分；

相应于传声器的自适应滤波器，用于接收噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号；和

运算装置，用于从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号；

其中，传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配。

2.一种传声器设备包括：

多个传声器；

至少一个传感器；

第一运算装置，用于输出多个传声器的输出信号之间的差分分量；

噪声提取装置，用于从第一运算装置的输出信号中提取噪声带宽部分；

相应于每个传声器的自适应滤波器，用于接收噪声提取装置的输出信号作为参考信号；

第二运算装置，用于从每个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号；

其中，传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配；和

如果传感器的信号电平等于或低于指定电平，则通过不执行第二运算装置的减法来禁止降噪。

3.一种传声器设备的降噪方法，该传声器设备具有：至少一个传声器；至少一个传感器；用于从来自传感器的输出信号中提取噪声带宽部分的噪声提取装置；用于接收噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号的、相应于传声器的自适应滤波器；以及用于从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的运算装置；其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配；该方法包括步骤：

利用噪声提取装置从传感器的输出信号中提取噪声带宽部分；

利用自适应滤波器通过输入噪声提取装置的输出信号，输出相应于每个传声器的伪噪声信号；和

通过运算装置从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号。

4.一种用于传声器设备的降噪方法，所述传声器设备具有：多个传声器；至少一个传感器；用于输出来自多个传声器的输出信号之间的差分分量的第一运算装置；用于从第一运算装置的输出信号中提取噪声带宽部分的噪声提取装置；用于接收噪声提取装置的输出信号作为参考信号的、相应于每个传声器的自适应滤波器；以及用于从每个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的第二运算装置；其中传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者，此外，传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配；该方法包括步骤：

利用第一运算装置输出多个传声器的输出信号之间的差分分量；

提取第一运算装置的输出信号中的噪声带宽部分；

利用自适应滤波器，在将噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号的情况下，输出相应于每个传声器的伪噪声信号；

利用第二运算装置从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号；和

如果传感器的信号电平等于或低于指定电平，则禁止第二运算装置的减法。

5.一种传声器设备，包括：

至少一个传声器；

至少一个传感器；

噪声提取装置，用于从传感器的输出信号中提取噪声带宽部分；

用于传声器的自适应滤波器，用于接收噪声提取装置的输出信号作为参考输入信号的；

运算装置，用于从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号，从而利用由驱动装置驱动的记录设备将传声器的输出信号记录在记录介质上；其中，

传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者此外传声器与传感器的振动信号输出极性匹配。

6.一种用于记录传声器设备的输出信号的记录设备，该传声器设备具有：多个传声器；至少一个传感器；用于输出多个传声器的输出信号之间的差值分量的第一运算装置；用于从第一运算装置的输出信号中提取噪声带宽部分的噪声提取装置；用于接收各个传声器的输出信号作为参考输入信号的、用于每个传声器的自适应滤波器；以及用于从各个传声器的输出信号中减去自适应滤波器的输出信号的第二运算装置；其中：

传声器设备中的传声器与传感器的振动检测方向匹配，或者传声器与传感器的振动信号的输出极性匹配；和

如果传感器的信号电平等于或低于指定电平，则通过不执行第二运算装置的减法，来禁止降噪。

Images