TW201804816A - 自調式主動噪聲消除方法、系統及耳機裝置 - Google Patents

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Abstract

一種自調式主動噪聲消除方法、系統及耳機裝置，耳機裝置設置於一量測治具上，量測治具用以接收耳機裝置輸出的音訊，能模擬人耳聽到的聲音，自調式主動噪聲消除系統自耳機裝置內麥克風取得環境噪聲訊號，系統產生的訊號即用以抵銷環境噪聲訊號的反向噪聲訊號，用以壓抑自揚聲單元持續接收的環境噪聲訊號，之後輸出的混音訊號可定義為誤差訊號，在一調校模式下，自量測治具接收的誤差訊號可用以更新自調式主動噪聲消除參數，當誤差訊號低於一預設門檻時，調校程序結束，最後參數可儲存作為使用者模式的耳機裝置的預設值。

Description

自調式主動噪聲消除方法、系統及耳機裝置
本發明關於一種提供降噪耳機的降噪參數的技術，特別是一種透過環境噪聲模擬與誤差調校的自調式主動噪聲消除方法與系統，以及使用系統所產生的降噪參數的耳機裝置。
常見具有主動式噪聲控制(Active Noise Control，ANC)的降噪耳機的運作原理是在耳機上製作一個接收外部噪聲的收音單元，內部訊號處理系統能夠配合軟體與硬體的處理，產生破壞外部噪聲訊號(振幅與頻率)的訊號，例如產生與噪聲振幅與頻率相同但相位相反的訊號，使得在降噪耳機內抵銷外部噪聲，達到消除噪聲的效果。
應用在主動式降噪耳機內的主動式噪聲控制系統一般分為前饋式控制(feedforward control)以及反饋式控制(feedback control)兩種架構，其中反饋式控制架構有穩定性的問題，因此在量產過程中需花很多的時間來選擇電子料件以及調整控制器的增益；而前饋式控制架構雖無穩定性的問題，但仍舊需花時間調教來達到預期的效能，降噪效果也不如反饋式架構佳。
曾有習知技術為了兼顧前饋式控制以及反饋式控制兩種架構的優點，提出混合型式的架構，雖可得到較佳的降噪效果，但因為每組耳機需四顆麥克風，相對增加控制電路的複雜度，電路設 計與電子料件的使用都會使得整體成本升高。
圖1顯示習知技術中主動降噪耳機的架構示意圖，示意圖顯示有一耳機罩100罩住人耳10的示意圖，耳機裝置內外各有一個麥克風，並包括在耳機罩100內的耳機內揚聲器103，其中耳罩內麥克風105為接收誤差訊號(error)的麥克風，耳罩外麥克風107則是接收參考訊號(reference)的麥克風。
應用此主動降噪技術的架構，耳機裝置以耳罩外麥克風107接收參考訊號，再以耳罩內麥克風105接收耳機罩100內的噪聲(誤差訊號)，誤差訊號回饋至數位訊號處理器(DSP)101，數位訊號處理器101能自動調適數位濾波器(如一種數位有限脈衝響應濾波器，digital FIR Filter)的參數，目的是將傳到人耳10的噪聲抑制到最小。
本發明提出一種提供噪聲調校參數的自調式主動噪聲消除方法、系統及耳機裝置，相關系統根據環境噪聲模擬以及透過誤差收音裝置得到的誤差調校訊號，在耳機出廠時已經記錄對應此耳機裝置的噪聲調校參數，使得此具有主動降噪功能的耳機裝置能夠在不增加過多料件成本的情況下仍能兼顧前饋式控制以及反饋式控制兩種架構的優點。
根據自調式主動噪聲消除方法的實施例，所提出的自調式主動噪聲消除系統可自耳機裝置取得由揚聲器模擬產生的環境噪聲訊號，形成一參考訊號，接著系統執行主動降噪濾波程序，採用一組自調式主動噪聲消除參數，以參考訊號經濾波後產生濾波後訊號，並輸出濾波後訊號至耳機裝置，由耳機裝置輸出濾波後訊號，可以抵銷環境噪聲訊號，形成的殘值由一音訊量測單元接收，作為自調式主動噪聲消除系統評估降噪效能的誤差訊號。
根據一實施例，當自調式主動噪聲消除系統評估誤差訊號 時，係判斷誤差訊號是否低於一門檻，若誤差訊號高於或等於門檻，執行一適應式演算法更新自調式主動噪聲消除參數，用以調整主動降噪濾波程序中濾波器參數，並重複以上所述流程後，持續更新自調式主動噪聲消除參數，直到誤差訊號低於門檻時，即決定自調式主動噪聲消除參數，儲存後形成受測的耳機裝置出廠時的自調式主動噪聲消除參數。
實施例所記載的自調式主動噪聲消除系統主要元件有一輸出入單元，用以接收自耳機裝置取得的環境噪聲訊號，形成參考訊號，更用以輸出濾波後訊號至耳機裝置，以及接收自一音訊量測單元產生的誤差訊號；系統包括一濾波單元，採用一濾波方程式，以一組自調式主動噪聲消除參數執行濾波，產生濾波後訊號；系統包括一適應式演算單元，可對誤差訊號演算取得濾波方程式的係數，決定自調式主動噪聲消除參數；系統包括一記憶單元，係用以儲存該組自調式主動噪聲消除參數。
在自調式主動噪聲消除系統的設置中，外部裝置包括有模擬環境噪聲的音訊量測單元，此可為一模擬人耳的人工耳量測系統，用以接收耳機裝置輸出的音訊。
自調式主動噪聲消除系統透過評估誤差訊號判斷系統的降噪效能，透過一門檻評估誤差訊號是否達到要求，重複產生自調式主動噪聲消除參數直到誤差訊號達到要求，儲存對應的自調式主動噪聲消除參數作為耳機裝置出廠值。
耳機裝置則是包括有記憶單元，還包括一數位訊號處理器、一收音單元以及一揚聲單元；其中收音單元用以取得外部環境噪聲，數位訊號處理器以一主動噪聲控制濾波方程式引入記憶單元中的自調式主動噪聲消除參數，用以產生抵銷外部環境噪聲的反向噪聲訊號。
為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本 發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
100‧‧‧耳機罩
10‧‧‧人耳
103‧‧‧耳機內揚聲器
105‧‧‧耳罩內麥克風
107‧‧‧耳罩外麥克風
101‧‧‧數位訊號處理器
20‧‧‧耳機裝置
201‧‧‧數位訊號處理器
203‧‧‧收音單元
202‧‧‧耳機罩
205‧‧‧揚聲單元
22‧‧‧量測治具
207‧‧‧音訊收音單元
x(n)‧‧‧參考訊號
d(n)‧‧‧噪聲訊號
e(n)‧‧‧誤差訊號
y(n)‧‧‧濾波後訊號
d’(n)‧‧‧主動降噪訊號
211‧‧‧誤差演算
209‧‧‧自調式主動噪聲消除參數回饋
P‧‧‧耳罩轉移函數
W‧‧‧濾波器參數
S‧‧‧轉移函數
30‧‧‧人耳
32‧‧‧外部音源
321‧‧‧訊號線
40‧‧‧自調式主動噪聲消除系統
401‧‧‧揚聲介面單元
402‧‧‧收音介面單元
403‧‧‧線路接入介面單元
404‧‧‧類比數位轉換單元
405‧‧‧適應式演算單元
406‧‧‧記憶單元
407‧‧‧濾波單元
411‧‧‧濾波後訊號
412‧‧‧參考訊號
413‧‧‧誤差訊號
42‧‧‧音訊量測單元
44‧‧‧環境噪聲模擬單元
50‧‧‧自調式主動噪聲消除系統
501‧‧‧輸出入單元
503‧‧‧類比數位轉換單元
507‧‧‧適應式演算單元
509‧‧‧記憶單元
505‧‧‧濾波單元
514‧‧‧濾波後訊號
513‧‧‧參考訊號
511,512‧‧‧誤差訊號
51,51’‧‧‧音訊量測單元
55,55’‧‧‧環境噪聲模擬單元
53,53’‧‧‧耳機裝置
531,531’‧‧‧收音單元
步驟S601~S617‧‧‧自調式主動噪聲消除流程
圖1顯示習知技術中主動降噪耳機的架構示意圖；圖2A顯示本發明自調式主動噪聲消除系統的架構實施例示意圖；圖2B顯示實現本發明自調式主動噪聲消除系統的轉移函數實施例圖；圖3示意描述取得自調式主動噪聲消除系統所產生的降噪參數的耳機裝置；圖4顯示本發明自調式主動噪聲消除系統的電路方塊實施例圖；圖5顯示本發明自調式主動噪聲消除系統的整體設置實施例圖；圖6所示流程描述本發明自調式主動噪聲消除方法的實施例流程。
本發明關於一種提供降噪耳機的降噪參數的技術，揭露書所記載實施例涉及透過環境噪聲模擬與誤差調校的自調式主動噪聲消除方法與系統，以及使用系統所產生的降噪用的自調式主動噪聲消除參數的耳機裝置。且發明的目的之一係能讓耳機裝置出廠時已經記錄對應此耳機裝置的噪聲調校參數，使得此具有主動降噪功能的耳機裝置能夠在不特別新增降噪麥克風元件的情況下仍兼顧前述前饋式控制(feedforward control)以及反饋式控制(feedback control)兩種主動降噪電路架構的優點。
本揭露書所提出的自調式主動噪聲消除系統的架構實施例可參考圖2A所示之示意圖，在此基本架構下，耳機裝置20的主要元件包括數位訊號處理器201、接收外部噪聲的收音單元203與在耳機罩202內播放音響的揚聲單元205，系統另在量測治具22設有一音訊收音單元207。
當自調式主動噪聲消除系統運行時，將耳機裝置20架設於量測治具22上，包括將量測治具22中音訊收音單元207以線路接入耳機裝置20上的線路接入介面(line-in，未示於本示意圖中)。數位訊號處理器201即可取得由收音單元203接收到外部環境噪聲，作為參考訊號(reference signal)，並進行類比-數位轉換後形成噪聲訊號；透過線路接入介面自音訊收音單元207接收到透過量測治具22所量測到的誤差訊號(error signal)，誤差訊號是提供系統評估當下的降噪效能。數位訊號處理器201執行主動噪聲控制(Active Noise Control，ANC)，運算一適應式演算法(例如一種正規化最小均方演算，Normalized Least Mean Square)決定自調式主動噪聲消除參數，自調式主動噪聲消除參數帶入濾波方程式，參考訊號以一濾波機制下的濾波方程式運算後得出經濾波後的訊號(filtered reference signal)，產生一反向的噪聲訊號，再輸出經揚聲單元205播出。當耳機裝置20內揚聲單元205播出此反向噪聲訊號，能夠抵銷持續接收到的外部環境噪聲，兩者抵銷後可以達到降噪的功效。如前述濾波方程式，一般而言，最常使用到的演算法為以LMS為基礎所推演出來的Filter-X LMS演算法。
在此自調式主動噪聲消除的機制下，揚聲單元205輸出經濾波產生的反向噪聲訊號，用以抵銷持續接收到的環境噪聲，兩者抵銷後產生的音訊由量測治具22內的音訊收音單元207接收，輸出誤差訊號，以此誤差訊號判斷是否已經低於一系統設定的噪聲門檻，若仍要繼續演算，再由數位訊號處理器201再次執行主動噪聲控制，以適應演算決定再一自調式主動噪聲消除參數，直到 誤差訊號低於系統設定的噪聲門檻為止。
圖2B顯示實現本發明自調式主動噪聲消除系統的轉移函數實施例圖。
在此自調式主動噪聲消除系統運作中，將以環境噪聲模擬單元模擬出環境噪聲，成為輸入自調式主動噪聲消除系統的參考訊號x(n)，在主要訊號傳播的路徑(第一路徑)上，參考訊號x(n)經由耳機裝置的殼體或耳罩(耳罩轉移函數P)轉移，耳罩轉移函數P表示參考訊號x(n)經此傳播路徑轉變為噪聲訊號d(n)的空間響應，轉移後形成系統主要欲消除的噪聲訊號d(n)。
自調式主動噪聲消除系統的另一路徑(第二路徑)是，前述環境噪聲形成參考訊號x(n)經自動調適數位濾波器執行濾波(濾波器參數W)，其中包括類比數位轉換、訊號重建、功率調整等動作，自動調適數位濾波器引入一組濾波器參數W(即自調式主動噪聲消除參數)，產生濾波後訊號y(n)。轉移函數S用以估計此路徑上的脈衝響應，為此第二路徑的等效轉移函數，轉移函數S所估計的脈衝響應涵蓋路徑上預測所需的各種電子元件，包括圖中未示的麥克風、前置放大器、前置低通濾波器、類比數位轉換器，以及/或揚聲器輸出聲音時所需經過的各種電子元件等，如圖中未示的數位類比轉換器、後置低通濾波器等。濾波後訊號y(n)經轉移函數S後形成在此路徑上的主動降噪訊號d’(n)，這是一種反向噪聲訊號。
前述噪聲訊號d(n)與主動降噪訊號d’(n)之間經誤差演算211後取得的差異即為誤差訊號e(n)，誤差訊號e(n)為殘餘噪聲的估測值，也就是主動降噪機制產生而輸出的反向噪聲訊號(如d’(n))與主要欲消除的噪聲訊號(如d(n))互相抵消後剩下的噪聲，可作為評估系統降噪效能的依據，並成為自調式主動噪聲消除參數回饋209，產生的自調式主動噪聲消除參數作為調整濾波器參數的依據，提供更新濾波器參數W。
運作中，反覆以上轉移運算，反覆取得新的自調式主動噪聲消除參數，持續更新濾波器參數W與取得誤差訊號e(n)，直達到系統要求的較佳誤差值與對應的自調式主動噪聲消除參數，儲存後作為受測耳機裝置的預設濾波器參數W。
圖3則是示意經本發明自調式主動噪聲消除系統優化所產生的降噪參數的耳機裝置20，也就是系統提供的具有自調式主動噪聲消除參數的裝置，耳機裝置20在出廠前已經在其記憶體中儲存自調式主動噪聲消除系統對此型號、類型或廠牌等採用相同電路元件或料材的耳機裝置20產生的自調式主動噪聲消除參數，耳機裝置20戴上人耳30上，圖中示意顯示耳機罩202即罩上人耳30。
運作時，耳機裝置20以一訊號線321(對應一線路接入介面(line-in))連接外部音源32，線路接入介面如一接收音源的介面，可由外部音源32輸入音訊到耳機裝置20。其中數位訊號處理器201即引入前述取得的自調式主動噪聲消除參數進行已經優化的降噪程序。過程中包括耳機裝置20經收音單元203取得外部環境噪聲，數位訊號處理器201以主動噪聲控制(ANC)濾波方程式引入記憶單元中的自調式主動噪聲消除參數，產生用以抵銷外部環境噪聲的反向噪聲訊號，能夠提供主動降噪的功能。之後經揚聲單元205輸出反向噪聲訊號以抵銷外部環境噪聲，抵銷後的音訊(包括外部音源產生的音訊)將輸出至人耳30中。
前述自調式主動噪聲消除系統在如圖2A與2B描述的調校模式(調校階段)係可以一獨立的電路系統實現，此電路系統產生實現耳機裝置內降噪系統的自調式主動噪聲消除參數，實施例之一如圖4所示。
自調式主動噪聲消除系統40可實現為耳機裝置內的降噪系統，在調校模式下，即應用耳機內降噪電路系統實現此一外部噪聲消除系統，其中功能可以由多個不同的電路單元實現。自調式主動噪聲消除系統40的對外連接介面包括收音介面單元402 (MIC)、揚聲介面單元401(SPEAKER)與線路接入介面單元403(Line-In)，執行訊號處理的主要電路元件為濾波單元407、類比數位轉換單元404、適應式演算單元405以及儲存資料的記憶單元406。
自調式主動噪聲消除系統40運作時，外部透過環境噪聲模擬單元44產生模擬環境噪聲，環境噪聲由受測的耳機裝置(未示於圖中，可設置於音訊量測單元42上)中接收外部噪聲的麥克風所接收，經訊號線接入自調式主動噪聲消除系統40，形成圖示中傳送到自調式主動噪聲消除系統40的參考訊號412，參考訊號412由自調式主動噪聲消除系統40的收音介面單元402輸入系統。
參考訊號412經系統內類比數位轉換單元404轉換為數位訊號後，再經濾波單元407(採用一組自調式主動噪聲消除參數)運算濾波方程式產生的訊號可經類比數位轉換單元404轉換為類比訊號，形成的訊號為用以抵銷環境噪聲的反向噪聲訊號，接著透過揚聲介面單元401輸出為濾波後訊號411，並輸入至待測耳機裝置。
濾波後訊號411為經系統對參考訊號412濾波的結果，其中採用一組預設或是先前程序產生的自調式主動噪聲消除參數。濾波後訊號411經輸出至耳機裝置後播出，可用以抵銷環境噪聲模擬單元44產生的環境噪聲，與主要欲消除的噪聲訊號(如參考訊號412)互相抵消後剩下的殘值，由音訊量測單元42接收，形成誤差訊號413，經線路接入介面單元403輸入至自調式主動噪聲消除系統40。
值得一提的是，線路接入介面單元403為音源輸入耳機裝置的介面，在此調校模式中，誤差訊號413經由此線路接入介面單元403輸入自調式主動噪聲消除系統40，經類比數位轉換單元404轉換為數位訊號後，數位誤差訊號經一適應式演算單元405運算一適應式演算法，調整其中主動噪聲控制濾波方程式的係數，形 成一組自調式主動噪聲消除參數。在一實施例中，透過調整自調式主動噪聲消除參數使得誤差訊號的瞬間平方誤差(Instantaneous squared error)最小，而使用的方法之一是使用梯度估計(Stochastic gradient)或者如上所述的最小均方法(Least Mean Square)調整適應性演算法中的係數。
以上以適應式演算優化系統的降噪效能時，可決定一組自調式主動噪聲消除參數，自調式主動噪聲消除參數帶入濾波方程式，可以使得耳機裝置產生的下一波參考訊號以前述濾波方程式運算後得出經優化後的濾波後訊號411，再輸出經揚聲介面單元401輸出。
當經過前述更新後的自調式主動噪聲消除參數執行濾波後形成的濾波後訊號輸出至耳機裝置後，達到抵銷環境噪聲的效果，再次由音訊量測單元42內部收音產生誤差訊號413，自調式主動噪聲消除系統40評估此誤差訊號413，若符合系統設定的要求，相關的自調式主動噪聲消除參數將儲存於記憶單元406。
在一實施例中，當自調式主動噪聲消除系統40接收誤差訊號413後，可以進行評估，例如以一門檻值評估誤差訊號413，判斷是否為最佳或是已經達到要求的降噪效能，若透過誤差訊號413評估並未達到要求，將持續以上程序，運算更新自調式主動噪聲消除參數，直到誤差訊號413的評估達到降噪的要求，其對應的自調式主動噪聲消除參數將儲存後適用相關受測的耳機裝置。
音訊量測單元42實施上為一個量測治具，實作一組模擬人耳的人工耳量測系統(型號參考：ITU-P57 type 2)，一端有孔安置受測耳機裝置的喇叭元件，經內部收音後，可以類比訊號輸出誤差訊號。
圖5接著顯示本發明自調式主動噪聲消除系統的整體設置實施例圖，其中所示的自調式主動噪聲消除系統50可以實現一具有主動降噪功能的耳機裝置的電路系統，可以一積體電路(IC)、電 子電路或韌體實現。
在此自調式主動噪聲消除系統50的實施情境圖中，顯示有一組喇叭，持續播出模擬環境噪聲的音訊，實現本發明自調式主動噪聲消除系統中的環境噪聲模擬單元55,55’，有一雙耳的待測耳機裝置53,53’設置於一量測治具上，耳機裝置53,53’本身設有接收外部音訊(噪聲)的收音單元531,531’，量測治具如一模擬人耳的人工耳量測系統，實現本發明自調式主動噪聲消除系統中的音訊量測單元51,51’，耳機裝置53,53’的喇叭朝向音訊量測單元51,51’的收音孔(本例為向下)，讓音訊量測單元51,51’可以接收到耳機裝置53,53’輸出的音訊，包括接收到的環境噪聲，以及經降噪處理後轉換得到的抑制噪聲的訊號。音訊量測單元51,51’再經輸出介面輸出誤差訊號511,512至自調式主動噪聲消除系統50。
在此設置中，自調式主動噪聲消除系統50所包括的輸出入單元501如實現在耳機裝置上的幾種介面，如輸出音訊的揚聲介面單元(如圖4，401)、接收外部噪聲訊號的收音介面單元(如圖4，402)，以及接收外部音源輸入音訊(如音樂、語音)的線路接入介面單元(如圖4，403)。輸出入單元501透過線路接收自耳機裝置53,53’取得的環境噪聲訊號，於自調式主動噪聲消除系統50內形成參考訊號513。輸出入單元501用以輸出自調式主動噪聲消除系統50產生的濾波後訊號514，形成足以抵銷部分或全部噪聲的反向噪聲訊號。輸出入單元501並以線路接入介面接收自音訊量測單元51,51’產生的誤差訊號。使用者模式，也就是非調校階段的模式，線路接入介面在耳機裝置上為一接收音訊的介面。
自調式主動噪聲消除系統50包括執行類比數位訊號轉換的類比數位轉換單元503，包括將輸入類比音訊轉換為數位音訊，以及將數位音訊轉換為輸出的類比音訊。
其中適應式演算單元507用以運算一適應式演算法，運算如 上述正規化最小均方演算(Normalized LMS)，用以演算接收到的誤差訊號取得濾波方程式的係數，以決定自調式主動噪聲消除參數。
濾波單元505則是引入一組自調式主動噪聲消除參數，帶入濾波方程式，此例中係將參考訊號經濾波運算後得出濾波後訊號，產生用以抵銷環境噪聲的反向的噪聲訊號。
自調式主動噪聲消除系統50設有一記憶單元509，在調校模式中為自調式主動噪聲消除系統50中記錄經系統調校過較佳的自調式主動噪聲消除參數的記憶體；若在使用者模式，記憶單元509也就是耳機裝置53,53’內儲存作為耳機裝置53,53’執行主動降噪的自調式主動噪聲消除參數。
系統運作時，耳機裝置53,53’持續接收環境噪聲模擬單元55,55’產生的模擬噪聲，自調式主動噪聲消除系統50經輸出入單元501引入成為參考訊號513，參考訊號513在系統50中處理，包括類比數位轉換，經濾波單元505以一自調式主動噪聲消除參數執行濾波，形成濾波後訊號514，並輸出至耳機裝置53,53’，透過耳機裝置53,53’的揚聲單元播出，播出的訊號包括持續接收到的噪聲。當耳機裝置53,53’藉由濾波後訊號抵銷環境噪聲訊號後，形成的殘值由音訊量測單元51,51’接收，輸出成為提供自調式主動噪聲消除系統50評估降噪效能的誤差訊號511,512。
於是，自調式主動噪聲消除系統50能夠以一門檻評估誤差訊號511,512，當不符條件時，每次再以適應式演算單元507處理，產生新的一組自調式主動噪聲消除參數，繼續產生濾波後訊號；當符合設定的門檻以下的條件時，表示得到較佳的自調式主動噪聲消除參數，可以經記憶單元509儲存成為耳機裝置53,53’出廠值。
上述濾波單元505可以一有限脈衝響應(Finite Impulse Response，FIR)濾波器實現，用以產生執行主動噪聲控制濾波。
圖6所示流程描述本發明自調式主動噪聲消除方法的實施例流程。
耳機裝置設置在實現為一治具的音訊量測單元上，讓音訊量測單元方便接收到耳機裝置輸出的音訊，在步驟S601中，耳機裝置上設有接收外部環境噪聲的收音單元，用以接收一噪聲源產生的環境噪聲訊號，例如由前述環境噪聲模擬單元所產生的訊號，以此作為調校系統的參考訊號，輸出至自調式主動噪聲消除系統。其中耳機裝置的收音單元如一種設於耳機裝置殼體上的對外收音的麥克風，而環境噪聲模擬單元如一模擬環境噪聲的揚聲器。
如步驟S603，相關調校電路透過接入的訊號線取得由耳機裝置接收的環境噪聲，作為自調式主動噪聲消除系統的參考訊號。接著如步驟S605，在自調式主動噪聲消除系統中執行濾波，例如採用一種有限脈衝響應(Finite Impulse Response，FIR)的數位濾波器(FIR filter)，接收參考訊號後，系統執行主動降噪濾波程序，如主動噪聲控制濾波(ANC filtering)，產生濾波後訊號，其中主動降噪濾波程序係以一組自調式主動噪聲消除參數執行濾波，若是第一次執行主動降噪，該組自調式主動噪聲消除參數為一初始值。
濾波後訊號較佳為一反向噪聲訊號，將輸出至耳機裝置的相關電路，如步驟S607，此濾波後訊號經耳機裝置輸出後，可以抵銷持續接收到的環境噪聲，形成的殘值由耳機裝置的揚聲單元輸出，再由音訊量測單元接收，如步驟S609，系統接著自音訊量測單元接收所產生經降噪後的誤差訊號。由於耳機裝置輸出的音訊為經特定自調式主動噪聲消除參數運算後的經降噪的音訊，經模擬人耳的音訊量測單元接收後，系統可取得人耳接收到的噪聲訊號，此為經降噪後的殘值，形成所述的誤差訊號。音訊量測單元產生誤差訊號係用來監測整個耳機系統的降噪效能，因此可以根據此誤差訊號作為調校耳機裝置內濾波器參數的依據。
之後以一門檻評估降噪品質，如步驟S611，自調式主動噪聲消除系統判斷此誤差訊號是否低於系統所設定的門檻，用以判斷是否為對此耳機裝置優化的濾波參數。
在評估誤差訊號時，主要是判斷誤差訊號是否低於一系統設定的門檻，若誤差訊號高於或等於此門檻，如步驟S613，即執行所述的適應式演算法產生新的一組自調式主動噪聲消除參數，以更新該組自調式主動噪聲消除參數，再如步驟S615，更新後的自調式主動噪聲消除參數可用以調整主動降噪濾波程序中濾波器參數，流程再回到步驟S603，重複步驟S603至S611，包括主動降噪濾波程序、輸出濾波後訊號、接收誤差訊號以及評估誤差訊號等的步驟，並更新自調式主動噪聲消除參數；直到誤差訊號低於門檻時，如步驟S617，系統即儲存對應的該組自調式主動噪聲消除參數，作為耳機裝置出廠的自調式主動噪聲消除參數。
經由以上圖6所揭示的流程持續循環運算，透過每次產生的調校自調式主動噪聲消除參數，對接收到的參考訊號運算，輸出並量測噪聲，直到所量測的誤差訊號低於特定門檻時，即儲存當下得出的調校自調式主動噪聲消除參數，特別是儲存於耳機裝置的記憶體中，作為該副耳機裝置執行降噪的出廠值。
是以，根據揭露書所載自調式主動噪聲消除方法與相關系統，主要構想是將一般主動降噪耳機裝置用以接收耳機內噪聲的麥克風移至量測治具上，以量測治具模擬人耳聽力，採用如同習知技術中混合前饋式與反饋式主動式噪聲控制系統的架構，利用適應式演算來運算濾波器參數，也就是自調式主動噪聲消除系統所輸出的一種降噪參數，經反覆運算後得到優化的噪聲抑制效果，即以此降噪參數儲存於耳機裝置內的記憶體，可以實現如同前饋式控制主動噪聲控制架構的效果，例如，透過本發明技術可以用兩顆麥克風達到四個麥克風的降噪效果。
以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，凡依本發明申請專 利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20‧‧‧耳機裝置
201‧‧‧數位訊號處理器
203‧‧‧收音單元
202‧‧‧耳機罩
205‧‧‧揚聲單元
22‧‧‧量測治具
207‧‧‧音訊收音單元

Claims (10)

  1. 一種自調式主動噪聲消除方法，包括：自一耳機裝置取得環境噪聲訊號，形成一參考訊號；執行一主動降噪濾波程序，以該參考訊號經濾波後產生濾波後訊號，其中該主動降噪濾波程序係以一組自調式主動噪聲消除參數執行濾波；輸出該濾波後訊號至該耳機裝置，由該耳機裝置輸出該濾波後訊號，抵銷該環境噪聲訊號，形成的殘值由一音訊量測單元接收；接收該音訊量測單元輸出的誤差訊號；以及評估該誤差訊號，係判斷該誤差訊號是否低於一門檻，若該誤差訊號高於或等於該門檻，執行一適應式演算法更新該組自調式主動噪聲消除參數，用以調整該主動降噪濾波程序中濾波器參數，並重複該主動降噪濾波程序、輸出該濾波後訊號、接收該誤差訊號以及評估該誤差訊號的步驟，並更新該組自調式主動噪聲消除參數；直到該誤差訊號低於該門檻時，儲存對應的該組自調式主動噪聲消除參數。
  2. 如請求項1所述的自調式主動噪聲消除方法，其中該環境噪聲訊號係由一模擬環境噪聲的揚聲器所播出，再由該耳機裝置之一收音單元接收，形成該參考訊號。
  3. 如請求項1所述的自調式主動噪聲消除方法，其中該適應式演算法係採用一正規化最小均方演算。
  4. 如請求項1、2或3所述的自調式主動噪聲消除方法，其中該自調式主動噪聲消除方法適用該耳機裝置，該組自調式主動噪聲消除參數儲存於該耳機裝置的一記憶體中，成為該耳機裝置的出廠值。
  5. 一種自調式主動噪聲消除系統，包括：一輸出入單元，用以接收自一耳機裝置取得的環境噪聲訊 號，於該自調式主動噪聲消除系統內形成參考訊號；用以輸出該自調式主動噪聲消除系統產生的濾波後訊號；以及接收自一音訊量測單元產生的誤差訊號；一濾波單元，採用一濾波方程式，以一組自調式主動噪聲消除參數執行濾波，針對該參考訊號濾波後產生該濾波後訊號；一適應式演算單元，係對該誤差訊號演算取得該濾波方程式的係數，決定該組自調式主動噪聲消除參數；一記憶單元，用以儲存該組自調式主動噪聲消除參數，用以作為該耳機裝置執行主動降噪的自調式主動噪聲消除參數；其中，自調式主動噪聲消除系統經該輸出入單元輸出該濾波後訊號至該耳機裝置，該耳機裝置藉由該濾波後訊號抵銷該環境噪聲訊號，形成的殘值由該音訊量測單元接收，該自調式主動噪聲消除系統接收該音訊量測單元輸出的誤差訊號；該自調式主動噪聲消除系統接著評估該誤差訊號，係判斷該誤差訊號是否低於一門檻，若該誤差訊號高於或等於該門檻，執行一適應式演算法更新該組自調式主動噪聲消除參數，用以調整該主動降噪濾波程序中濾波器參數，並重複該主動降噪濾波程序、輸出該濾波後訊號、接收該誤差訊號以及評估該誤差訊號的步驟，並更新該組自調式主動噪聲消除參數；直到該誤差訊號低於該門檻時，儲存對應的該組自調式主動噪聲消除參數。
  6. 如請求項5所述的自調式主動噪聲消除系統，該輸出入單元包括一收音介面單元，該參考訊號係經一訊號線接入該收音介面單元。
  7. 如請求項5所述的自調式主動噪聲消除系統，該輸出入單元包括一線路接入介面，該自調式主動噪聲消除系統係透過該線路 接入介面接收該誤差訊號。
  8. 如請求項5、6或7所述的自調式主動噪聲消除系統，其中該音訊量測單元為一模擬人耳的人工耳量測系統實現。
  9. 一種耳機裝置，其中包括一記憶單元，用以記憶如請求項1所述的自調式主動噪聲消除方法產生的自調式主動噪聲消除參數。
  10. 如請求項9所述的耳機裝置，更包括一數位訊號處理器、一收音單元以及一揚聲單元；其中該收音單元用以取得外部環境噪聲，該數位訊號處理器以一主動噪聲控制濾波方程式引入該記憶單元中的自調式主動噪聲消除參數，產生抵銷該外部環境噪聲的反向噪聲訊號。
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