TW201618088A - 降低噪音之方法及其電腦程式產品及其電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種降低噪音之方法，其將一接收之聲音切分為複數聲音段，並預設一設定能量數值，能量大於此設定能量數值之聲音段能量會判斷為一般聲音而正常輸出，能量小於此設定能量數值之聲音段會判斷為噪音並進行能量的處理。

Description

降低噪音之方法及其電腦程式產品及其電子裝置

本發明係關於一種降低噪音之方法，尤其是一種在降噪處理過程中可控制噪音調整比例的方法。

降低噪音的方式有許多種，與振幅調整相關的已知技藝如2005年10月01日公告之台灣專利第M277217號之『背景噪音之摒除裝置』中揭露，其裝置包含一振幅擷取通道來阻絕低電壓訊號，在其發明中低電壓訊號被認定為噪音訊號，故予以隔絕後，順利通過通道的高電壓訊號(也就是正常聲音)播放出來的聲音，即為無噪音干擾之聲音。然而被阻絕的低電壓訊號中，也可能含有非噪音的聲音，若被視為噪音直接隔絕，將造成輸出時的聲音異於原聲且不夠自然，故針對以調整振幅來降低噪音的方式有改進之必要。

本發明之主要目的係在提供一種降低噪音之方法。

為達成上述之目的，本發明之降低噪音之方法包括：將該輸入聲音分割為複數聲音段；以及取得一目前聲音段的一最大能量參考數值。

根據一目前參考比率調整該目前聲音段的能量，其中該目前參考比率是根據包括該最大能量參考數值以及一設定能量數值所算出，該目前參考比率小於等於1且大於等於0。

根據本發明之一實施例，其中該最大能量參考數值是更根據該目前聲音段之前的n個聲音段之最大能量而決定，其中n為0~180(視每段聲音段包含多少取樣點，以及系統取樣率而定；假設需要涵蓋70Hz的兩個波峰(或兩個波谷)，當取樣率為44100Hz，每個聲音段有64個取樣點，則n = 9；當取樣率為192000Hz，每個聲音段有16個取樣點，則n = 171)；當n為0時，該最大能量參考數值為該目前聲音段之最大能量。

根據本發明之一實施例，其中該目前參考比率是更根據包括一前一參考比率所算出，其中該前一參考比率是用以調整該前一個聲音段的能量，該前一參考比率小於等於1且大於等於0，該前一個聲音段為該目前聲音段之前一個聲音段。

根據本發明之一實施例，其中該目前參考比率是更根據包括一限制係數所算出，該限制係數為小於1且大於0，其中聲音能量上升與下降時限制係數可以不一致，譬如聲音能量上升時(目前參考比率大於前一參考比率)限制係數會介於0.01~1，而聲音能量下降(目前參考比率小於前一參考比率)時限制係數會介於0.0004~0.1，會有此差別的原因在於聲音能量在上升時不需過於限制參考比率的變化(有正常聲音就盡快正常輸出(讓參考比率成為1)，故限制係數會較大)；而聲音能量在下降時，正常聲音的尾音(振幅較小)易被誤認為噪音而調整，為了不讓尾音過度調整而消音，故針對參考比率的調整上會較慢，也就是說限制係數會較小。

根據本發明之一實施例，其中於該最大能量參考數值以及設定能量數值所述之該能量是指一聲音振幅。

根據本發明之一實施例，其中該設定能量數值於30dB至90dB之間。

為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。

以下請先參考圖1係本發明之助聽器之整體架構圖。

本發明之聲音電子裝置10包括收音器11、聲音處理模組12及揚聲器13。收音器11用於接收輸入聲音20，交由聲音處理模組12處理後，由揚聲器13播出給使用者81。收音器11可為麥克風等任何可收音之器材，揚聲器13（亦可有放大器）可為耳機等任何可播音之器材，但本發明不以上述列舉之裝置為限。聲音處理模組12一般為音效處理晶片搭配控制電路、放大電路所組成；亦可為處理器、記憶體搭配控制電路、放大電路所組成之解決技術。聲音處理模組12之重點為聲音訊號之放大處理、濾除噪音、改變聲音頻率組成以及為了達成本發明目的而需要之處理，由於聲音處理模組12可用習知之硬體搭配新的韌體或軟體，因此聲音處理模組12之硬體架構不再贅述。本發明所謂之聲音電子裝置10譬如可以為將硬體特製化之專用機，亦可為小型電腦如PDA、手機，助聽耳機（如藍牙耳機，具有處理音訊的晶片或處理器），或智慧型手機以及個人電腦以軟體程式實現本發明。本發明之聲音電子裝置10可以設計為聽障者使用的，因此在聲音處理模組12以可處理變頻，壓頻或移頻等功能，不過由於本發明之重點不在於頻率的處理，因此不再贅述。

接著請參考圖2，係關於本發明聲音處理模組之步驟流程圖。另請一併參考圖3以及圖4以瞭解本發明。

本發明的目的在於將噪音能量對整體聲音能量的影響降低，根據本實施例，能量的定義為聲音振幅。判定噪音的方式為設定一設定能量數值作為基準值，譬如為40dB，超過40dB的聲音會被判定為一般聲音，而低於40dB的聲音會被判定為噪音，被判定為噪音的聲音會乘以一定比率來降低其能量，減少噪音的影響。根據較佳實施例，設定能量數值介於30dB至90dB之間，設定能量數值甚至會高達90dB的原因在於，如果使用者是搭乘交通工具時使用搭載此降噪方法的裝置，勢必不會只將設定能量數值設於30dB，而是要調高以處理更大的噪音，譬如80dB。

步驟201：將輸入聲音20分割為複數聲音段21。

每一聲音段之時間長度建議為0.0000833~0.1秒(當取樣率為192000Hz，每個聲音段有16個取樣點，建議為0.0000833秒) 之間，以I-Phone4做為助聽器的實驗中（根據本發明所製作之軟體於I-Phone4中執行），聲音段之時間長度約在0.0001~0.1秒之間效果不錯，也就是說每秒約有10~10,000個聲音段，為方便說明，本實施例顯示15段聲音段。

步驟202：取得一目前聲音段的一最大能量參考數值，其中最大能量參考數值是更根據該目前聲音段之前的n個聲音段之能量而決定，其中n為0~180（基本上每一聲音段之時間長度越小，n可以較大）。

最大能量數值是為聲音段中振幅最大之數值，如圖3中譬如A0、A1、A5、A6、A7、A8、A9、A10分別為T0、T1、T5、T6、T7、T8、T9、T10聲音段中的最大能量數值。在本實施例中找出最大能量數值是透過找出在某一段聲音段的最大『振幅』，因此設定能量數值即是一設定『振幅』數值。n代表的是參考聲音段之數量，當n為0時，聲音處理模組12是以該段目前聲音段之最大能量作為最大能量參考數值；當n為3時，聲音處理模組12是以該段目前聲音段以及目前聲音段前三段聲音段中之最大能量作為最大能量參考數值。關於最大能量參考數值的取樣方式會在稍後說明書的範例中作更詳細地解說。

步驟203：根據一目前參考比率調整目前聲音段的能量，其中目前參考比率是根據包括最大能量參考數值，一設定能量數值，一前一參考比率以及一限制係數所算出，目前參考比率小於等於1且大於等於0。

最大能量參考數值被找出後，會由聲音處理模組12將『最大能量參考數值』除以『設定能量數值』計算出一目前參考比率，當最大能量參考數值大於等於設定能量數值時，目前參考比率大於等於1，其表示具有最大能量參考數值的聲音段為一正常聲音，目前參考比率會一律修正為1，需注意的是，目前參考比率會考慮到前一參考比率以及限制係數，故還會再進一步作修正；當最大能量參考數值小於設定能量數值時，目前的此聲音段會被聲音處理模組12判定為噪音而處理目前參考比率。

對於處理噪音的方式是將『當段聲音段能量』與『修正後比率』進行乘積以成為當段聲音段能量，然而，為了防止聲音處理模組12將噪音聲音段過度處理而造成不自然的聲音，故本發明更包括一限制係數，其是用以限制參考比率的修正幅度，為了方便說明限制係數對於參考比率的調整方式以及n於參考比率修正時的作用，於圖4至圖5說明時，限制係數根據本實施例一律為0.1，但實際上的實驗結果，聲音能量上升與下降時限制係數不為一致(如圖6所示)，譬如聲音能量上升時(目前參考比率大於前一參考比率)限制係數會介於0.01~1，而聲音能量下降(目前參考比率小於前一參考比率)時限制係數會介於0.0004~0.1，會有此差別的原因在於聲音能量在上升時不需過於限制參考比率的變化(有正常聲音就盡快輸出(讓參考比率成為1)，故限制係數會較大)；而聲音能量在下降時，正常聲音的尾音(振幅較小)易被誤認為噪音而調整，為了不讓尾音過度調整而消音，故針對參考比率的調整上會較慢，也就是說限制係數會較小。基本上聲音能量下降之狀況的限制係數會小於聲音能量上升的限制係數。限制係數之數值基本上跟聲音段的長度有關，聲音段時間越短，限制係數可以越小。限制係數也可與其他聲音的特性有關，例如還可以參考一個以上限制公式來作修正，或者將比率值為0.5~1的聲音段向1靠攏以防過度處理等，因此限制係數不一定是固定值。

為明瞭本發明上述之步驟，以及限制係數之用法，以下請一併參考圖2~5，以兩個實施例一步步說明R1~R15如何被計算出。

如圖4所示為本發明一實施例之計算圖表，在輸入聲音20被分割為複數聲音段之後會進行最大能量參考數值的取樣，當n=0時，代表此時聲音處理模組12僅會取樣當段聲音段之最大能量作為其聲音段之最大能量參考數值，譬如現在判定之目前聲音段為T0的聲音段，振幅A0即為T0聲音段的最大能量參考數值。以A0計算出之目前參考比率(=最大能量參考數值/設定能量數值)大於1，判定結果為一正常聲音，其目前參考比率R0’會因此修正為1。同理，T1~T4之目前參考比率R1’~R4’皆修正為1。

T5的目前參考比率R5計算出為0.6(A5能量/設定能量數值)，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R4’)來作修正，R5小於R4’，故須以R4’扣除一單位的限制係數作為修正後的R5’(1-0.1=0.9)。

T6的目前參考比率R6計算出為0.7，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R5’)來作修正，R6小於R5’，故須以R5’扣除一單位的限制係數作為修正後的R6’(0.9-0.1=0.8)。T7不再多作撰述。

T8的目前參考比率R8計算出為0.8，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R7’)來作修正，R8大於R7’，故須以R7’增加一單位的限制係數作為修正後的R8’(0.7+0.1=0.8)。

T9的目前參考比率R9計算出為0.8，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R8’)來作修正，但R9等於R8’，故不須修正。

T10的目前參考比率R10計算出為大於1，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R9’)來作修正，R10大於R9’，故須以R9’增加一單位的限制係數作為修正後的R10’(0.8+0.1=0.9)。

T11的目前參考比率R10計算出為大於1，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R10’)來作修正，R11大於R10’，故須以R9’增加一單位的限制係數作為修正後的R11’(0.9+0.1=1)。

T12~T15之聲音段與T0~T4之修改規則相同，故在此不再贅述。

簡而言之，每一聲音段計算出之比率是作為比較的基準值，根據前段以及當下聲音段的比率彼此比較，並且經過限制係數來作增減之後，最後增減修正的比率才是當作降低聲音能量之比率。

如圖5所示為本發明另一實施例之計算圖表，請一併參考圖3以及圖5以幫助理解此實施例。譬如當n=1時，代表此時聲音處理模組12會判斷當段聲音段以及其前一段聲音段中之最大能量作為當斷聲音段之最大能量參考數值，譬如現在判定之目前聲音段為T1的聲音段，但振幅A0較A1大，故A0為T1聲音段的最大能量參考數值，而非A1。以A0計算出之目前參考比率(=最大能量參考數值/設定能量數值)大於1，判定結果為一正常聲音，其目前參考比率R1’會因此修正為1。同理，T2~T4之目前參考比率R1’~R4’皆修正為1。

根據上述規則，T5所採用的最大能量參考數值應為T4的最大能量，故目前參考比率R5(=A4/設定能量數值)大於1，目前參考比率R5’修正為1。

T6所採用的最大能量參考數值應為T6的最大能量(A6＞A5)，故目前參考比率R6等於0.7，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R5’)來作修正，R6小於R5’，故須以R5’減少一單位的限制係數作為修正後的R6’(1-0.1=0.9)。

T7所採用的最大能量參考數值應為T6的最大能量(A7＜A6)，故目前參考比率R7等於0.7，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R6’)來作修正，R7小於R6’，故須以R6’減少一單位的限制係數作為修正後的R7’(0.9-0.1=0.8)。

T8所採用的最大能量參考數值應為T8的最大能量(A8＞A7)，故目前參考比率R8等於0.8，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R7’)來作修正，但R8等於R7’，故不須修正。

T9所採用的最大能量參考數值為T8或T9的最大能量皆可(A9₌ A8)，故目前參考比率R9等於0.8，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R8’)來作修正，但R9等於R8’，故不須修正。

T10所採用的最大能量參考數值應為T10的最大能量(A10＞A9)，故目前參考比率R10等於0.8，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R9’)來作修正，R10大於R9’，故須以R9’增加一單位的限制係數作為修正後的R10’(0.8+0.1=0.9)。

T11所採用的最大能量參考數值T10或T11的最大能量(A11與A10皆＞1)，故目前參考比率R11大於1，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R10’)來作修正，R11大於R10’，故須以R10’增加一單位的限制係數作為修正後的R11’(0.9+0.1=1)。

T12~T15之聲音段與T0~T5之修改規則相同，故在此不再贅述。

需注意的是，聲音一開始的參考比率預設值為1，故假設兩實施例的聲音一開始就為噪音(A0小於設定能量數值，R0＜1)，其根據限制係數以及前一目前參考比率，會從1減少一單位的限制係數來作為修正(1-限制係數=R0’ )。

如圖6所示為本發明再一實施例之複數聲音段比率之圖表。一樣是以n=0時當作例子，聲音處理模組12僅會取樣當段聲音段之最大能量作為其聲音段之最大能量參考數值，而本實施例的限制係數會根據聲音能量上升或下降時而有所不同。

T4至T8為聲音能量下降時參考比率的變化，下降時限制係數會介於0.0004~0.1，本實施例限制係數等於0.05。

T5的目前參考比率R5計算出為0.6，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R4’)來作修正，R5小於R4’，故須以R4’扣除一單位的限制係數作為修正後的R5’(1-0.05=0.95)。T6至T8以此類推。

T9至T11為聲音能量上升時參考比率的變化，上升時限制係數會介於0.01~1，本實施例限制係數等於0.1。

T10的目前參考比率R10計算出為大於1，須根據限制係數以及前一目前參考比率(R9’)來作修正，R10大於R9’，故須以R9’ 增加一單位的限制係數作為修正後的R10’(0.8+0.1=0.9)。T11以此類推。

為了選擇最大能量而取樣的聲音段數量n若改變，修正後的比率就會不同，其聲音調整的幅度也會隨之不同。為求方便說明，n僅以0與1作為舉例，然而根據較佳實施例，當取樣率為44100Hz，每個聲音段有64個取樣點時，n為7~10較能夠達成預期的降噪目的。較多的取樣聲音段數量n目的在於：聲音本身的振幅走勢為曲線狀，有些位於設定能量數值內的聲音段本身其實只是曲線的過渡而並非噪音，若取樣的數量過少會因此造成誤判。

需注意的是，此種降噪方法不一定僅適用於助聽器的即時處理，其亦可以適用於一非即時處理的聲音處理裝置，譬如把一段錄下的聲音用此方法去除噪音。上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如 此不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。

10‧‧‧聲音電子裝置
11‧‧‧收音器
12‧‧‧聲音處理模組
13‧‧‧揚聲器
20‧‧‧輸入聲音
21‧‧‧聲音段
81‧‧‧使用者

圖1係本發明之助聽器之整體架構圖。 圖2係本發明之聲音處理模組之步驟流程圖。 圖3係輸入聲音切為複數聲音段之示意圖。 圖4係本發明一實施例之複數聲音段比率之圖表。 圖5係本發明另一實施例之複數聲音段比率之圖表。 圖6係本發明再一實施例之複數聲音段比率之圖表。

步驟201~步驟203

Claims (14)

1. 一種降低噪音之方法，係應用於一聲音電子裝置10，該聲音電子裝置10用以接收一輸入聲音20，該方法包括： 將該輸入聲音20分割為複數聲音段； 取得一目前聲音段的一最大能量參考數值；以及 根據一目前參考比率調整該目前聲音段的能量，其中該目前參考比率是根據包括該最大能量參考數值以及一設定能量數值所算出，該目前參考比率小於等於1且大於等於0。
2. 如申請專利範圍第1項所述之降低噪音之方法，其中該最大能量參考數值是更根據該目前聲音段之前的n個聲音段之最大能量而決定，其中n為0~180；當n為0時，該最大能量參考數值為該目前聲音段之最大能量。
3. 如申請專利範圍第2項所述之降低噪音之方法，其中該目前參考比率是更根據包括一前一參考比率所算出，其中該前一參考比率是用以調整該前一個聲音段的能量，該前一參考比率小於等於1且大於等於0，該前一個聲音段為該目前聲音段之前一個聲音段。
4. 如申請專利範圍第3項所述之降低噪音之方法，其中該目前參考比率是更根據包括一限制係數所算出，當該目前參考比率大於該前一參考比率時，該限制係數介於0.01~1。
5. 如申請專利範圍第3項所述之降低噪音之方法，其中該目前參考比率是更根據包括一限制係數所算出，當該目前參考比率小於該前一參考比率時，該限制係數介於0.0004~0.1。
6. 如申請專利範圍第3項所述之降低噪音之方法，其中該目前參考比率是更根據包括一限制係數所算出，其中當該目前參考比率大於該前一參考比率時之該限制係數，大於當該目前參考比率小於該前一參考比率時之該限制係數。
7. 如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述之降低噪音之方法，其中於該最大能量參考數值以及該設定能量數值所述之該能量是指一聲音振幅。
8. 如申請專利範圍第7項所述之降低噪音之方法，其中該設定能量數值於30dB至90dB之間。
9. 一種具有降低噪音之電子裝置10，包括一收音器11，一聲音處理模組12，以及一揚聲器13，其中該收音器11及該揚聲器13與該聲音處理模組12電性連接，其中該聲音處理模組12用以完成第1項至第6項任一項所述之方法。
10. 如申請專利範圍第9項所述之具有降低噪音之電子裝置，其中於該最大能量參考數值以及設定能量數值所述之該能量是指一聲音振幅。
11. 如申請專利範圍第10項所述之具有降低噪音之電子裝置，其中該設定能量數值於30dB至90dB之間。
12. 一種降低噪音之電腦程式產品，當該降低噪音之軟體程式被一具有降低噪音之電子裝置10載入該電腦程式並執行後，可完成申請專利範圍第1項至第6項任一項所述之方法。
13. 如申請專利範圍第12項所述之降低噪音之電腦程式產品，其中於該最大能量參考數值以及該設定能量數值所述之該能量是指一聲音振幅。
14. 如申請專利範圍第13項所述之降低噪音之電腦程式產品，其中該設定能量數值於30dB至90dB之間。