TW201545158A - 抗噪耳罩裝置及其聲音處理方法 - Google Patents

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Abstract

一種抗噪耳罩裝置及其聲音處理方法在此揭露。抗噪耳罩裝置包含收音模組和控制模組。收音模組用以接收聲音訊號。控制模組電性耦接收音模組。控制模組用以將收音模組於第一期間接收的聲音訊號至第N期間接收的聲音訊號儲存為音訊資料，並且將收音模組於第(N+1)期間接收的聲音訊號與音訊資料比較以產生關聯值，N為大於零的整數。當關聯值小於門檻值時，控制模組將第(N+1)期間接收的聲音訊號濾除與音訊資料相關聯部份。

Description

抗噪耳罩裝置及其聲音處理方法
本發明是關於一種抗噪耳罩裝置，且特別是有關於一種可適性消除噪音的抗噪耳罩裝置。
傳統的抗噪耳罩裝置通常是將聲音完全隔絕於抗噪耳罩裝置之外。雖然這樣可以讓使用者完全聽不到噪音，卻也會讓使用者聽不到其它的聲音。然而，在一些場合下，若將接收到的聲音完全隔絕可能會導致發生意外。例如，在工地場所中，雖然戴上傳統的抗噪耳罩裝置可以避免噪音的影響，卻也可能導致發生緊急的情況時，使用者卻無法聽到即時的警示聲音，以致於發生意外。
另一方面，傳統的抗噪耳罩裝置在隔絕噪音時並無法同時讓使用者與其他人進行交談。由於傳統的抗噪耳罩裝置在使用上有很多限制以及不便，因此傳統的抗噪耳罩裝置已經有所改良。透過在改良的抗噪耳罩裝置的內部預先建立一些噪音資料，當使用者戴上改良的抗噪耳罩裝置時，所述抗噪耳罩裝置可以濾除掉其內建噪音資料的噪音訊號，使得使用者在聽不見噪音的情況下，仍可聽到其它 聲音。
然而，改良的抗噪耳罩裝置仍有使用上的限制。例如，使用者在使用抗噪耳罩裝置時仍得在其內部先建立噪音資料才可濾除噪音訊號。另外，其建立的噪音資料並不適用於每一個環境。換言之，其抗噪耳罩裝置僅能適用於某些特定場合，當使用者位於的環境改變時，所述耳罩裝置抵銷噪音的能力即不適用。例如：在飛機上使用的抗噪耳罩裝置其內部是建立一些飛機引擎的噪音資料，但在工地場合或是其它吵雜的環境其內建飛機引擎的噪音資料的抗噪耳罩裝置即不適用。因此，改良式的抗噪耳罩裝置仍有使用上的不便以及限制。
為了解決上述問題，本發明揭示一種抗噪耳罩裝置及其聲音處理方法，透過比較過去接收的聲音訊號與當下接收的聲音訊號產生關聯值，並且根據關聯值是否大於門檻值判斷當下接收的聲音訊號是否為背景聲音。藉此，抗噪耳罩裝置可在任何場合下有效地濾除噪音訊號。
本揭示內容之一態樣是關於一種抗噪耳罩裝置。抗噪耳罩裝置包含收音模組和控制模組。收音模組用以接收聲音訊號。控制模組電性耦接收音模組。控制模組用以將收音模組於第一期間接收的聲音訊號至第N期間接收的聲音訊號儲存為音訊資料，並且將收音模組於第(N+1)期間接收的聲音訊號與音訊資料比較以產生關聯值，N為大於 零的整數。當關聯值小於門檻值時，控制模組將第(N+1)期間接收的聲音訊號濾除與音訊資料相關聯部份。
根據本發明一實施例，當所述關聯值大於等於所述門檻值時，所述控制模組將所述第(N+1)期間接收的所述聲音訊號加入所述音訊資料。
根據本發明一實施例，當所述關聯值大於等於所述門檻值時，所述控制模組剔除所述音訊資料中所述收音模組於時序最早時接收的所述聲音訊號。
根據本發明一實施例，所述控制模組包含儲存單元和數位訊號處理單元。數位訊號處理單元電性耦接儲存單元。數位訊號處理單元用以將所述收音模組接收的所述聲音訊號進行聲音特徵分析以得到所述聲音訊號的聲音特徵。另外，數位訊號處理單元將所述收音模組於所述第一期間接收的所述聲音訊號的聲音特徵至所述第N期間接收的所述聲音訊號的聲音特徵儲存為所述音訊資料並將所述音訊資料儲存於儲存單元中。數位訊號處理單元將所述收音模組於所述第(N+1)期間接收的所述聲音訊號的聲音特徵與所述音訊資料比較以產生所述關聯值。
根據本發明一實施例，所述控制模組還包含聲音濾除單元。聲音濾除單元電性耦接所述數位訊號處理單元。聲音濾除單元用以產生與所述音訊資料中的聲音訊號反相之除噪資料，並且將除噪資料根據比例疊加至所述第(N+1)聲音訊號藉以將所述第(N+1)期間接收的所述聲音訊號濾除與所述音訊資料相關聯部份。
根據本發明一實施例，所述抗噪耳罩裝置還包含輸出模組。輸出模組電性耦接所述控制模組。輸出模組用以輸出已濾除與所述音訊資料相關聯部份之所述聲音訊號。
本揭示內容之另一態樣是關於一種聲音處理方法用以處理接收的聲音訊號。所述聲音處理方法包含：將第一期間接收的聲音訊號至第N期間接收的聲音訊號儲存為音訊資料，N為大於零的整數；比較第(N+1)期間接收的聲音訊號和音訊資料以產生關聯值；當關聯值小於門檻值時，濾除第(N+1)期間接收的聲音訊號與音訊資料相關聯部份。
根據本發明一實施例，所述聲音處理方法還包含：當所述關聯值大於等於所述門檻值時，加入所述第(N+1)期間接收的所述聲音訊號至所述音訊資料。
根據本發明一實施例，當所述關聯值大於等於所述門檻值時，還包含：剔除所述音訊資料中時序最早時接收的所述聲音訊號。
根據本發明一實施例，濾除第(N+1)期間接收的所述聲音訊號與所述音訊資料相關聯部份包含：產生與所述音訊資料中的聲音訊號反相之除噪資料；根據比例疊加所述除噪資料至所述第(N+1)期間接收的所述聲音訊號。
綜上所述，透過比較過去接收的聲音訊號與當下接收的聲音訊號產生關聯值，並且根據關聯值是否大於門檻值判斷當下接收的聲音訊號是否為背景聲音。若判斷當下接收的聲音訊號為背景聲音(關聯值大於等於門檻值時)， 則更新過去接收的聲音訊號。因此，本發明揭示的抗噪耳罩裝置並不需要根據不同的環境儲存相應的噪音資料，且其使用並不會被特定的環境所限制。換言之，使用者可在不同的環境下將噪音隔絕於抗噪耳罩裝置之外。另外，若判斷當下接收的聲音訊號包含為背景聲音之外的其它聲音訊號(關聯值小於門檻值時)，則將當下接收的聲音訊號濾除掉背景聲音的部份再將所述聲音訊號輸出給使用者。藉此，使用者在隔絕背景噪音時，仍可接收到即時的重要聲音訊號，例如警示聲、人聲等等，使得抗噪耳罩裝置的使用更具有彈性以及安全性。
100‧‧‧抗噪耳罩裝置
110‧‧‧收音模組
120‧‧‧控制模組
200‧‧‧抗噪耳罩裝置
210‧‧‧控制模組
211‧‧‧儲存單元
212‧‧‧數位訊號處理單元
213‧‧‧聲音濾除單元
220‧‧‧輸出模組
221‧‧‧放大單元
300‧‧‧聲音處理方法
S310~S360‧‧‧步驟
AUXin‧‧‧聲音訊號
AUXout‧‧‧聲音訊號
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖是根據本發明一實施例繪示的一種抗噪耳罩裝置的方塊示意圖；第2圖是根據本發明另一實施例繪示的一種抗噪耳罩裝置的方塊示意圖；以及第3圖是根據本發明一實施例繪示的一種聲音處理方法的流程圖。
請參照第1圖，第1圖是根據本發明一實施例繪示的一種抗噪耳罩裝置100的方塊示意圖。抗噪耳罩裝置100 包含收音模組110和控制模組120。收音模組110用以接收外部的聲音訊號AUXin。在一實施例中，收音模組110可包含至少一個麥克風(未繪示於圖中)設置於抗噪耳罩裝置100，藉此抗噪耳罩裝置100可接收來自於抗噪耳罩裝置100四周的環境聲音訊號。
控制模組120電性耦接收音模組110，並且用以根據收音模組110接收的聲音訊號AUXin進行分析和比較，藉此判斷收音模組110當下接收的聲音訊號AUXin是否為環境的噪音訊號。具體來說，控制模組120可將收音模組110接收的聲音訊號AUXin根據其接收的時序分成不同期間的聲音訊號AUXin。在一實施例中，控制模組120可將收音模組110於第一時期至第N時期接收的聲音訊號AUXin分成第一聲音訊號至第N聲音訊號，其中N為大於零的整數，以及每一期間的時間單位皆相同。
接著，控制模組120可將第一聲音訊號至第N聲音訊號儲存為音訊資料。音訊資料用以作為判斷收音模組110接收的聲音訊號AUXin是否為背景聲音的依據。具體來說，由於抗噪耳罩裝置100啟動時，收音模組110於初始期間接收的聲音訊號AUXin很有可能為背景聲音，因此，控制模組120可將初始期間(例如：第一期間至第N期間)收音模組110接收的聲音訊號AUXin作為背景聲音的依據，並將所述聲音訊號AUXin儲存為音訊資料。
然後，控制模組120可將收音模組110於當下接收的聲音訊號AUXin(例如：第(N+1)時期接收的第(N+1) 聲音訊號)與音訊資料比較以產生關聯值，並根據關聯值是否小於預設之門檻值來判斷第(N+1)聲音訊號是否為背景聲音聲音。
當關聯值小於門檻值時，代表著當下的聲音訊號AUXin與音訊資料中的聲音訊號(亦即，第一聲音訊號至第N聲音訊號)關聯很小；換言之，第(N+1)聲音訊號可能包含除了音訊資料中的聲音訊號外的其它聲音訊號，而所述其它聲音可能為即時的警示聲、人聲等等。因此，當關聯值小於門檻值時，控制模組120即判斷第(N+1)聲音訊號包含使用者需要聽到的聲音訊號，並且將第(N+1)聲音訊號濾除掉與音訊資料相關聯的部分。由於背景聲音持續存在於抗噪耳罩裝置100四周，因此控制模組120可將第(N+1)聲音訊號濾除掉背景聲音後再透過揚聲器(未繪示於圖中)等輸出裝置輸出給使用者。
當關聯值大於等於門檻值時，代表著當下的聲音訊號與音訊資料中的聲音訊號(亦即，第一聲音訊號至第N聲音訊號)有很大的關聯；換言之，第(N+1)聲音訊號與前N筆聲音訊號相比並未具有太大的變化。因此，當關聯值大於等於門檻值時，控制模組120即判斷第(N+1)聲音訊號仍為背景聲音。
在一實施例中，當控制模組120判斷當下的聲音訊號(例如：第(N+1)聲音訊號)為背景聲音時，控制模組120可將第(N+1)聲音訊號加入音訊資料。另外，控制模組120還可將音訊資料中於最早時序接收的聲音訊號(在 本實施例中為第一聲音訊號)剔除，藉此更新作為背景聲音依據的音訊資料。接著，若收音模組110於第(N+2)時期接收第(N+2)聲音訊號，則控制模組120即將第(N+2)聲音訊號與更新後的音訊資料比較以產生關聯值，藉此判斷第(N+2)聲音訊號是否為為背景聲音。
舉例來說，若儲存為音訊資料之聲音訊號的數量為50(亦即，N為50)，且每一期間的單位時間為10毫秒(ms)。當抗噪耳罩裝置100啟動時，控制模組120可將收音模組110於初始500毫秒內接收的50筆聲音訊號儲存為音訊資料，接著控制模組120將第501毫秒至第510毫秒接收的聲音訊號(第51筆聲音訊號)與音訊資料內的50筆聲音訊號比較和計算以產生關聯值。
當關聯值小於門檻值時，控制模組120將第51筆聲音訊號與音訊資料內的50筆聲音訊號相關聯的部分剔除。當關聯值大於等於門檻值時，控制模組120則是將第51筆聲音訊號儲存為音訊資料，並且將音訊資料中的第1筆聲音訊號剔除：亦即，更新後的音訊資料包含第2筆聲音訊號至第51聲音訊號(即第11毫秒至第510毫秒期間接收的聲音訊號)。
因此，透過抗噪耳罩裝置100，使用者可適應性地過濾掉背景聲音(例如噪音)，並且接收到重要的即時聲音(例如警示聲、人聲)，且抗噪耳罩裝置100並不會受環境影響限制其可濾除噪音的類型。
請參照第2圖，第2圖是根據本發明另一實施例繪 示的一種抗噪耳罩裝置200的方塊示意圖。抗噪耳罩裝置200包含收音模組110、控制模組210和輸出模組220。在一實施例中，控制模組210可包含儲存單元211和數位訊號處理單元212，其中數位訊號處理單元212電性耦接儲存單元211。輸出模組220電性耦接控制模組210，且用以輸出已濾除背景聲音的聲音訊號AUXout。
具體來說，儲存單元211用以儲存音訊資料。數位訊號處理單元212用以將收音模組110接收的聲音訊號進行聲音特徵分析以取得接收的聲音訊號的聲音特徵。在一實施例中，數位訊號處理單元212可將收音模組110接收的聲音訊號進行頻譜分析以得到其聲音訊號的頻譜資料，所述頻譜資料可包含其聲音訊號在每個頻率時的振幅及其相位。進一步來說，頻譜分析可透過傅立葉轉換(Fourier transform)將原本是時域(Time domain)的聲音訊號轉換成頻域(Frequency domain)的訊號，藉以得到其聲音訊號的頻譜資料。
具體來說，數位訊號處理單元212可將收音模組110接收的聲音訊號透過傅立葉轉換取得其頻譜資料。接著，數位訊號處理單元212可將第一時期接收的第一聲音訊號的頻譜資料至第N時期接收的第N聲音訊號的頻譜資料儲存為音訊資料，然後將第(N+1)期間接收的第(N+1)聲音訊號的頻譜資料與音訊資料中的頻譜資料進行比對(例如：比對每個聲音訊號在每一個頻率的振幅和相位)。然後，數位訊號處理單元212將第(N+1)聲音訊號與音訊 資料中的N個聲音訊號分別比較並產生N個相似值，並且將每個相似值根據一權重加總計算以產生關聯值。
接著，數位訊號處理單元212將關聯值與門檻值比較以判斷當下的聲音訊號是否為背景聲音。門檻值的大小可根據使用者的需求設定，藉此抗噪耳罩裝置200可根據環境的不同調整濾除背景噪音的程度。
在一實施例中，控制模組210還可包含聲音濾除單元213。聲音濾除單元213電性耦接數位訊號處理單元212。聲音濾除單元213用以產生與音訊資料反相之除噪資料，並且將除噪資料根據一比例疊加至當下接收的聲音訊號(例如：第(N+1)聲音訊號)，使得第(N+1)聲音訊號可濾除與音訊資料相關聯部份。
具體來說，聲音濾除單元213可產生與音訊資料中N個聲音訊號反相之波形的除躁資料，因此當聲音濾除單元213將除躁資料疊加至第(N+1)聲音訊號時，可以抵銷掉第(N+1)聲音訊號中具有音訊資料相關聯的部份。其中使用者可根據一比例調整產生的除躁資料中的訊號的振幅，藉此調整濾除背景噪音的程度。
在一實施例中，輸出模組220可包含放大單元221。放大單元221用以將接收的聲音訊號根據一比例放大並且將放大的聲音訊號輸出給使用者。在一實施例中，輸出模組220可包含揚聲器。
請參照第3圖，第3圖是根據本發明一實施例繪示的一種聲音處理方法300的流程圖。為了方便及清楚說明， 以下聲音處理方法300以第2圖所示的抗噪耳罩裝置200為例，但其並非用以限制本發明。
首先，透過收音模組110接收聲音訊號。接著，在步驟S310中，透過數位訊號處理單元212將收音模組110於第一時期至第N時期接收的第一聲音訊號至第N聲音訊號儲存為音訊資料，並且將音訊資料儲存於儲存單元211，N為大於零的整數。
進一步來說，數位訊號處理單元212在收音模組110接收到聲音訊號時，會將接收的聲音訊號進行聲音特徵分析(例如：頻譜分析)以得到其聲音訊號的聲音特徵(例如：頻譜資料)，並且將第一聲音訊號的聲音特徵至第N聲音訊號的聲音特徵儲存為音訊資料。
然後，在步驟S320中，透過數位訊號處理單元212比較收音模組110於當下接收的聲音訊號(例如：第(N+1)期間接收的第(N+1)聲音訊號)的聲音特徵和音訊資料中每個聲音訊號的聲音特徵以產生一關聯值。接著，在步驟S330中，判斷關聯值是否小於門檻值。當關聯值小於門檻值時，即判斷第(N+1)聲音訊號中包含與背景聲音相異的聲音訊號，此時進行步驟S340，透過聲音濾除單元213濾除掉第(N+1)聲音訊號與音訊資料相關聯部份，然後透過輸出模組220輸出已濾除音訊資料相關聯部份的第(N+1)聲音訊號給使用者。
在一操作中，可透過聲音濾除單元213產生與音訊資料中的聲音訊號之反相波形的除躁資料，然後根據一比 例疊加除躁資料至第(N+1)聲音訊號，藉此濾除掉第(N+1)聲音訊號與音訊資料相關聯部份。
另外，當關聯值大於等於門檻值時，即判斷第(N+1)聲音訊號為背景聲音，此時進行步驟S350，透過數位訊號處理單元212將第(N+1)聲音訊號加入至音訊資料。接著，在步驟S360中，透過數位訊號處理單元212剔除音訊資料中時序最早時接收的聲音訊號(在此時為第一聲音訊號)。換句話說，透過步驟S350至步驟S360完成更新音訊資料中的聲音訊號的流程。由於當關聯值大於等於門檻值時，數位訊號處理單元212已判斷當下接收的聲音訊號為背景聲音，因此並不會透過輸出模組220輸出第(N+1)聲音訊號。
由上述本發明的實施例可知，本發明揭示之抗噪耳罩裝置透過比較過去接收的聲音訊號與當下接收的聲音訊號產生關聯值，並且根據關聯值是否大於門檻值判斷當下接收的聲音訊號是否為背景聲音。若判斷當下接收的聲音訊號為背景聲音(關聯值大於等於門檻值時)，則更新過去接收的聲音訊號。因此，本發明揭示的抗噪耳罩裝置並不需要根據不同的環境儲存相應的噪音資料，且其使用並不會被特定的環境所限制。換言之，使用者可在不同的環境下將噪音隔絕於抗噪耳罩裝置之外。另外，若判斷當下接收的聲音訊號包含為背景聲音之外的其它聲音訊號(關聯值小於門檻值時)，則將當下接收的聲音訊號濾除掉背景聲音的部份再將所述聲音訊號輸出給使用者。藉此，使用者 在隔絕背景噪音時，仍可接收到即時的重要聲音訊號，例如警示聲、人聲等等，使得抗噪耳罩裝置的使用更具有彈性以及安全性。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200‧‧‧抗噪耳罩裝置
110‧‧‧收音模組
210‧‧‧控制模組
211‧‧‧儲存單元
212‧‧‧數位訊號處理單元
213‧‧‧聲音濾除單元
220‧‧‧輸出模組
221‧‧‧放大單元
AUXin‧‧‧聲音訊號
AUXour‧‧‧聲音訊號

Claims (10)

  1. 一種抗噪耳罩裝置，包含：一收音模組，用以接收一聲音訊號；以及一控制模組，電性耦接該收音模組，用以將該收音模組於一第一期間接收的該聲音訊號至一第N期間接收的該聲音訊號儲存為一音訊資料，並且將該收音模組於一第(N+1)期間接收的該聲音訊號與該音訊資料比較以產生一關聯值，N為大於零的整數；其中當該關聯值小於一門檻值時，該控制模組將該第(N+1)期間接收的該聲音訊號濾除與該音訊資料相關聯部份。
  2. 如請求項1所述之抗噪耳罩裝置，其中當該關聯值大於等於該門檻值時，該控制模組將該第(N+1)期間接收的該聲音訊號加入該音訊資料。
  3. 如請求項2所述之抗噪耳罩裝置，其中當該關聯值大於等於該門檻值時，該控制模組剔除該音訊資料中該收音模組於時序最早時接收的該聲音訊號。
  4. 如請求項1所述之抗噪耳罩裝置，其中該控制模組包含：一儲存單元；以及 一數位訊號處理單元，電性耦接該儲存單元，用以將該收音模組接收的該聲音訊號進行聲音特徵分析以得到該聲音訊號的聲音特徵；其中該數位訊號處理單元將該收音模組於該第一期間接收的該聲音訊號的聲音特徵至該第N期間接收的該聲音訊號的聲音特徵儲存為該音訊資料並將該音訊資料儲存於該儲存單元中，且該數位訊號處理單元將該收音模組於該第(N+1)期間接收的該聲音訊號的聲音特徵與該音訊資料比較以產生該關聯值。
  5. 如請求項4所述之抗噪耳罩裝置，其中該控制模組還包含一聲音濾除單元，電性耦接該數位訊號處理單元，用以產生與該音訊資料中的聲音訊號之反相波形的一除噪資料，並且將該除噪資料根據一比例疊加至該第(N+1)聲音訊號藉以將該第(N+1)期間接收的該聲音訊號濾除與該音訊資料相關聯部份。
  6. 如請求項1所述之抗噪耳罩裝置，還包含一輸出模組，電性耦接該控制模組，用以輸出已濾除與該音訊資料相關聯部份之該聲音訊號。
  7. 一種聲音處理方法，用以處理接收的一聲音訊號，包含：將一第一期間接收的聲音訊號至一第N期間接收的聲音訊號儲存為一音訊資料，N為大於零的整數；比較一第(N+1)期間接收的聲音訊號和該音訊資料以產生一關聯值；以及當該關聯值小於一門檻值時，濾除該第(N+1)期間接收的該聲音訊號與該音訊資料相關聯部份。
  8. 如請求項7所述之聲音處理方法，包含：當該關聯值大於等於該門檻值時，加入該第(N+1)期間接收的該聲音訊號至該音訊資料。
  9. 如請求項8所述之聲音處理方法，其中當該關聯值大於等於該門檻值時，還包含：剔除該音訊資料中時序最早時接收的該聲音訊號。
  10. 如請求項7所述之聲音處理方法，其中濾除該第(N+1)聲音訊號與該音訊資料相關聯部份包含：產生與該音訊資料中的聲音訊號之反相波形的一除噪資料；以及根據一比例疊加該除噪資料至該第(N+1)期間接收的 聲音訊號。
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