TWI737449B - 雜訊分離式混合型主動抗噪系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種雜訊分離式混合型主動抗噪系統，包括基準收訊裝置、誤差收訊裝置、音訊輸出裝置、高頻雜訊整形器、前饋降噪處理器、低頻雜訊整形器、反饋降噪處理器、以及混和器。該高頻雜訊整形器將誤差訊號的高頻雜訊進行消除並輸出高頻錯誤整型訊號。該前饋降噪處理器將該高頻錯誤整形訊號進行低頻降噪後輸出低頻降噪訊號。該低頻雜訊整形器將該誤差訊號的低頻雜訊進行消除並輸出低頻錯誤整型訊號。該反饋降噪處理器將該低頻錯誤整型訊號進行高頻降噪後輸出高頻降噪訊號。該混和器輸出降噪訊號至該音訊輸出裝置。

Description

雜訊分離式混合型主動抗噪系統
本發明提供一種混合型主動抗噪系統，尤其是指一種能提升降噪效果的雜訊分離式混合型主動抗噪系統。
主動抗噪技術(Active Noise Control,ANC)是一種能夠把指定的噪音隔除，而其他的聲音卻不受影響的裝置。主要的原理為根據聲源接收裝置接受指定的噪音，並利用聲音發送裝置送出相位完全相反的聲波，讓兩種聲波得以互相抵銷，從而把該噪音予以濾除的技術。目前主動抗噪技術已被廣泛應用在飛機、戰機的隔音喇叭、以及降噪耳機上。
傳統混合型主動抗噪系統主要將反饋式抗噪與前饋式抗噪電路進行混合，並藉由反饋電路與前饋電路中的濾波器(FIR filter)將接收到的誤差訊號轉換為對應的反向訊號，藉以濾除噪聲。然而，輸入至反饋式抗噪模組與輸入至前饋式抗噪模組的誤差訊號有可能使位於各別電路中的有限脈衝響應濾波器(FIR filter)前端的自適應運算發散，導致降噪的效果不佳。
本發明的主要目的在於提供一種雜訊分離式混合型主動抗噪系統，包括一基準收訊裝置、一誤差收訊裝置、一音訊輸出裝置、一高頻雜訊整形器、一前饋降噪處理器、一低頻雜訊整形器、一反饋降噪處理 器、以及一混和器。該基準收訊裝置接收一基準音源訊號並輸出一基準訊號。該誤差收訊裝置接收一誤差音源訊號並輸出一誤差訊號。該音訊輸出裝置輸出一音訊訊號。該高頻雜訊整形器的輸入端連接至該誤差收訊裝置以接收該誤差訊號，該高頻雜訊整形器包括一高頻雜訊頻寬偵測器、一輸入端連接至該高頻雜訊頻寬偵測器的高頻係數修正器、以及輸入端連接至該高頻係數修正器的1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器，該高頻雜訊頻寬偵測器計算該誤差訊號的頻寬，該高頻係數修正器依據該誤差訊號的頻寬修正該1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器的係數，該1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器依據修正後的係數將下一取樣的該誤差訊號的高頻雜訊進行消除並輸出一高頻錯誤整型訊號。該前饋降噪處理器的輸入端連接至該基準收訊裝置、以及該高頻雜訊整形器的輸出，該前饋降噪處理器將接收的該基準訊號依據該高頻錯誤整形訊號進行低頻降噪後輸出一低頻降噪訊號至該音訊輸出裝置。該低頻雜訊整形器的輸入端連接至該誤差收訊裝置以接收該誤差訊號，該低頻雜訊整形器包括一低頻雜訊頻寬偵測器、一輸入端連接至該低頻雜訊頻寬偵測器的低頻係數修正器、以及輸入端連接至該低頻係數修正器的1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器，該低頻雜訊頻寬偵測器計算該誤差訊號的頻寬，該低頻係數修正器依據該誤差訊號的頻寬修正該1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器的係數，該1至N階低頻消除雙二階濾波器依據修正後的係數將下一取樣的該誤差訊號的低頻雜訊進行消除並輸出一低頻錯誤整型訊號。該反饋降噪處理器的輸入端連接至該誤差收訊裝置、以及該低頻雜訊整形器，該反饋降噪處理器將接收的該誤差訊號依據該低頻錯誤整形訊號進行高頻降噪後輸出一高頻降噪訊號。該混和器接收該低頻降噪訊號與該高頻降噪訊號並於混合後輸出一降噪訊號至該音訊輸出裝置。
是以，本發明相較於先前技術能預先降低誤差訊號中的高頻雜訊及低頻雜訊，根據需求調整消除的高頻雜訊與低頻雜訊後，進一步地避免自適應濾波器的運算發散導致降噪效果降低。
100:雜訊分離式混合型主動抗噪系統
10:基準收訊裝置
12:基準麥克風
14:前置放大器
16:抗混疊濾波器
18:類比-數位轉換器
20:誤差收訊裝置
22:誤差麥克風
24:前置放大器
26:抗混疊濾波器
28:類比-數位轉換器
30:音訊輸出裝置
32:數位-類比轉換器
34:重建濾波器
36:功率放大器
38:揚聲器
40:高頻雜訊整型器
42:高頻雜訊頻寬偵測器
44:高頻係數修正器
46:1至N階高頻雜訊雙二階濾波器
461-46N:高頻雜訊雙二階濾波器
50:前饋降噪處理器
51:前饋次級路徑濾波器
52:前饋LMS運算器
54:前饋自適應濾波器
60:低頻雜訊整型器
62:低頻雜訊頻寬偵測器
64:低頻係數修正器
66:1至N階低頻雜訊雙二階濾波器
661-66N:低頻雜訊雙二階濾波器
70:反饋降噪處理器
71:混合前次級路徑濾波器
72:反饋混合器
73:反饋次級路徑濾波器
74:反饋LMS運算器
76:反饋自適應濾波器
80:混合器
NS:環境噪音
MP:主要路徑
S201-205:步驟
圖1，為本發明雜訊分離式混合型主動抗噪系統的方塊示意圖。
圖2，為本發明高頻雜訊整形器的方塊示意圖。
圖3，為本發明中高頻雜訊消除雙二階濾波器的方塊示意圖。
圖4，為本發明1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器階層配置的方塊示意圖。
圖5，為本發明雜訊分離式混合型主動抗噪系統的控制邏輯示意圖。
圖6，為本發明低頻雜訊整形器的方塊示意圖。
圖7，為本發明中低頻雜訊消除雙二階濾波器的方塊示意圖。
圖8，為本發明1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器階層配置的方塊示意圖。
圖9，為本發明雜訊分離式混合型主動抗噪系統的流程示意圖。
有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下。再者，本發明中之圖式，為說明方便，其比例未必照實際比例繪製，該等圖式及其比例並非用以限制本創作之範圍，在此先行敘明。
本發明於一實施例中可實施於包括有線頭戴式耳機、智慧型電話手機、無線耳機或其他頭部佩戴式音訊裝置的個人收聽系統中之降噪裝置或降噪控制器，於本發明中不予以限制。
於本發明中所述的「裝置」、「器」、「模組」及其對應執行的功能，可以由單一晶片或複數個晶片的組合協同執行，該等晶片配置的數量非屬本發明所欲限定的範圍。此外，所述的晶片可以為但不限定於處理器(Processor)、中央處理器(Central Processing Unit,CPU)、微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device,PLD)等裝置的組合，於本發明中不予以限制。本發明另一實施例中，該「裝置」、「器」、「模組」或其組合可以為音訊裝置(例如行動裝置、穿戴式裝置)提供的晶片，或是為整合或分離於有線耳機、無線耳機、或頭戴式裝置的音訊處理晶片所構成，該等變化非屬本發明所欲限制的範圍。
以下針對本發明的其中一實施例進行說明，請參閱「圖1」，為本發明雜訊分離式混合型主動抗噪系統，如圖所示：本實施例揭示雜訊分離式混合型主動抗噪系統100主要包括基準收訊裝置10、誤差收訊裝置20、音訊輸出裝置30、高頻雜訊整形器40、前饋降噪處理器50、低頻雜訊整形器60、反饋降噪處理器70、以及混合器80。
所述的基準收訊裝置10主要用於接收基準音源訊號，基準音源訊號主要包括環境噪聲NS。基準收訊裝置10於一實施例中可以為麥克風、拾音器、及其對應設置的音訊處理晶片等類此可以用以接收環境音波並進一步轉換為類比、數位音訊的裝置。於一實施例中，基準收訊裝置 10依序包括基準麥克風12、一連接於基準麥克風12後端的前置放大器14、一連接於前置放大器14後端的抗混疊濾波器16、以及連接於抗混疊濾波器16後端的類比-數位轉換器18。最終，類比-數位轉換器18輸出基準訊號至前饋降噪處理器50。
所述的誤差收訊裝置20主要用於接收誤差音源訊號，誤差收訊裝置20一般設置於抗噪區域範圍內的位置，誤差收訊裝置20所接收到的音訊相當於基準音源訊號與揚聲器所輸出的聲音之間的差值，在此定義該差值為誤差音源訊號。誤差收訊裝置20於一實施例中例如可以為麥克風、拾音器、及其對應設置的音訊處理晶片等類此可以用以接收環境音波並進一步轉換為類比、數位音訊的裝置。於一實施例中，誤差收訊裝置20包括一誤差麥克風22、一連接於誤差麥克風22後端的前置放大器24、一連接於前置放大器後端24的抗混疊濾波器26、以及一連接於抗混疊濾波器26後端的類比-數位轉換器28。最後，類比數位轉換器28輸出誤差訊號至高頻雜訊整形器40與低頻雜訊整形器60。
所述的音訊輸出裝置30主要用於輸出用於抵消環境噪聲NS的反向訊號與原音訊。音訊輸出裝置30於一實施例中例如可以為揚聲器、喇叭及其對應設置的音訊處理晶片等類此用以輸出聲音的裝置，在此定義所輸出之聲音為音訊訊號。於一實施例中，音訊輸出裝置30依序包括一揚聲器38、一連接於揚聲器38前端的功率放大器36、一連接於功率放大器36前端的重建濾波器34、以及一連接於重建濾波器34前端的數位-類比轉換器32。其中，數位類比轉換器32接收混合器80的降噪訊號與原音訊，所述的原音訊輸入至混合器80另一輸入端的位置(圖未示輸入位置及用於輸出原音訊的模組)。前述的原音訊為尚未進空間且未受到環境噪聲NS影響的音樂、人聲或其他聲音，於本發明中不予以限制。
所述的高頻雜訊整形器40主要用以降低誤差訊號的高頻雜訊，並將降低高頻雜訊後的誤差訊號定義為高頻錯誤整形訊號。請一併參閱「圖2」、「圖3」、「圖4」，為本發明中高頻雜訊整形器40的方塊示意圖、高頻雜訊消除雙二階濾波器、1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器階層配置的方塊示意圖，如圖所示：所述的高頻雜訊整形器40的輸入端連接至該誤差收訊裝置20的輸出端以接收誤差訊號。於一實施例中，該高頻雜訊整形器40依序包括一高頻雜訊頻寬偵測器42、一輸入端連接至該高頻雜訊頻寬偵測器42的高頻係數修正器44、以及輸入端連接至該高頻係數修正器44的1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器46。其中，高頻雜訊頻寬偵測器42的輸入端連接至誤差收訊裝置20的輸出端；該高頻係數修正器44的另一輸入端連接至該基準麥克風12，於高頻係數修正器44與基準麥克風12之間設置有一頻率偵測器(Frequency Detector)(圖未示)。具體而言，1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器46中各別雙二階濾波器包括有一輸入端連接至該高頻係數修正器44的輸出端以配合該高頻係數修正器44的輸出指令修正各階雙二階濾波器的係數(圖未示)；該1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器46的1階高頻雜訊消除雙二階濾波器461包括有另一輸入端連接至該誤差收訊裝置20，依序經過各階雙二階濾波器後最終由第N階高頻雜訊消除雙二階濾波器46N輸出高頻錯誤整形訊號至前饋降噪處理器50。
前述的1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器46的階層配置如下，請參酌「圖4」：1階高頻雜訊消除雙二階濾波器461的輸出端連接至2階高頻雜訊消除雙二階濾波器462的另一輸入端；2階高頻雜訊消除雙二階濾波器462的輸出端連接至3階高頻雜訊消除雙二階濾波器463的 另一輸入端，依此類推...最終，N-1階高頻雜訊消除雙二階濾波器46N-1的輸出端連接至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器46N的另一輸入端。
請復參閱「圖1」，所述的前饋降噪處理器50的複數個輸入端分別連接至該高頻雜訊整形器40的輸出端與該基準收訊裝置10的輸出端，用以將所接收的基準訊號進行自適應運算並利用所生成的訊號與環境噪聲NS中的低頻噪音抵銷藉以達到低頻降噪效果，在此定義前饋降噪處理器50所輸出用於抵消環境噪聲NS中低頻噪音的訊號為低頻降噪訊號。於一實施例中，請一併參酌「圖5」，前饋降噪處理器50包含前饋LMS運算器52(Least Mean Square Filter)、以及前饋自適應濾波器54(Adaptive filter)。其中，前饋LMS運算器52的輸入端連接至該基準收訊裝置10的輸出端、另一輸入端連接至高頻雜訊整形器40的輸出端；前饋自適應濾波器54的輸入端連接至該前饋LMS運算器52，另一輸入端連接至該基準收訊裝置10的輸出端，前饋自適應濾波器54的輸出端連接至該混合器80。於本實施例中，該基準收訊裝置10的輸出端與該前饋LMS運算器54輸入端的路徑之間具有一前饋次級路徑濾波器51用以預先對基準訊號進行濾波。所述前饋次級路徑濾波器51作為估測實際上路徑的轉移函數，使前饋LMS運算器52調整前饋自適應濾波器54的係數後能產生與環境噪聲NS中的低頻噪聲大小相同、相位相反的低頻降噪訊號至混合器80。
所述的低頻雜訊整形器60主要用以降低誤差訊號的低頻雜訊，並將降低低頻雜訊後的誤差訊號定義為低頻錯誤整形訊號。請一併參閱「圖6」、「圖7」、「圖8」，為本發明中低頻雜訊整形器60的方塊示意圖、低頻雜訊消除雙二階濾波器、1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器階層配置的方塊示意圖，如圖所示： 所述的低頻雜訊整形器60的輸入端連接至該誤差收訊裝置20的輸出端以接收誤差訊號。於一實施例中，該低頻雜訊整形器60依序包括一低頻雜訊頻寬偵測器62、一輸入端連接至該低頻雜訊頻寬偵測器62的低頻係數修正器64、以及輸入端連接至該低頻係數修正器64的1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器66。其中，低頻雜訊頻寬偵測器62的輸入端連接至誤差收訊裝置20的輸出端；該低頻係數修正器64的另一輸入端連接至該誤差麥克風22，於低頻係數修正器64與誤差麥克風22之間設置有一頻率偵測器(Frequency Detector)(圖未示)。具體而言，1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器66中各別低頻雜訊雙二階濾波器包括有一輸入端連接至該低頻係數修正器64的輸出端以配合該高頻係數修正器44的輸出指令修正各階雙二階濾波器的係數(圖未示)；該1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器66的1階低頻雜訊雙二階濾波器661包括有另一輸入端連接至該誤差收訊裝置20，依序經過各階雙二階濾波器後最終由第N階低頻雜訊雙二階濾波器66N輸出低頻錯誤整形訊號至反饋降噪處理器70。
前述的1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器66的階層配置如下，請參酌「圖7」：1階低頻雜訊雙二階濾波器661的輸出端連接至2階低頻雜訊雙二階濾波器662的另一輸入端；2階低頻雜訊雙二階濾波器662的輸出端連接至3階低頻雜訊雙二階濾波器663的另一輸入端，依此類推...最終N-1階低頻雜訊雙二階濾波器66N-1的輸出端連接至N階低頻雜訊雙二階濾波器66N的另一輸入端。
請復參閱「圖1」，所述的反饋降噪處理器70的複數個輸入端分別連接至該低頻雜訊整形器60的輸出端、該誤差收訊裝置20的輸出端與該揚聲器38的輸入端，用以將所接收的誤差訊號與低頻錯誤整形訊號進行自適應運算並利用所生成的訊號與環境噪聲NS中的高頻噪音抵銷 藉以達到高頻降噪效果，在此定義反饋降噪處理器70所輸出用於抵消環境噪聲NS中高頻噪音的訊號為高頻降噪訊號。於一實施例中，請一併參酌「圖5」，反饋降噪處理器70包含反饋混合器72(Mixer)、一反饋LMS運算器74(Least Mean Square Filter)、以及一反饋自適應濾波器76(Adaptive filter)。該反饋混合器72的輸入端連接至該誤差收訊裝置20並接收輸入揚聲器38的回授訊號後混合輸出一反饋混合訊號；該反饋LMS運算器74的輸入端連接至該反饋混合器72，另一輸入端連接至該低頻雜訊整形器60；該反饋自適應濾波器76的複數個輸入端分別連接至該反饋LMS運算器74與反饋該混合器72，輸出端連接至混合器80的另一輸入端。於本實施例中，輸入至該揚聲器38的訊號回授至該反饋混合器72的路徑上具有一混合前次級路徑濾波器71用以預先對輸入揚聲器38的回授訊號進行濾波；該反饋混合器72輸出端與該反饋LMS運算器74輸入端的路徑之間具有一反饋次級路徑濾波器73用以預先對反饋混合訊號進行濾波。所述混合前次級路徑濾波器71、反饋次級路徑濾波器73作為估測實際上路徑的轉移函數，使反饋LMS運算器74依據所接收到的該反饋混合訊號與該低頻錯誤整型訊號更新該反饋自適應濾波器76的權係數，該反饋自適應濾波器76依據更新後的權係數將該反饋混合訊號進行高頻降噪並輸出該高頻降噪訊號至混合器80。
所述的混合器80(Mixer)用於將低頻降噪訊號與高頻降噪訊號混合，並輸出降噪訊號。混合器80的輸入端連接至前饋降噪處理器50的輸出端、令一輸入端連接至反饋降噪處理器70的輸出端，混合器80的輸出端連接至音訊輸出裝置30的輸入端，藉此將混合低頻降噪訊號與高頻降噪訊號的降噪訊號輸出至音訊輸出裝置30。
以上針對本發明硬體架構的一具體實施例進行說明，有關於本發明的運作將於下面進行更進一步的說明，請一併參閱「圖5」、「圖9」為本發明雜訊分離式混合型主動抗噪系統100的控制邏輯示意圖、流程示意圖，如圖所示：本流程中步驟S2031-2034為高頻整形雜訊40與前饋降噪處理器50的流程；步驟S2041-2045為低頻整形雜訊60與反饋降噪處理器70的流程；上述前饋降噪路徑(步驟S2031-2034)與反饋降噪路徑(步驟S2041-2045)流程兩者間的處理步驟並無先後順序，於此先行敘明。
首先，請一併參酌「圖1」，環境噪聲NS藉由基準收訊裝置10的基準麥克風12接收，經由基準收訊裝置10將環境噪聲換成數位音訊的基準訊號至前饋降噪處理器50；基準麥克風12接收的環境噪聲NS經過主要路徑MP傳送至誤差收訊裝置20(步驟S201)。其中，主要路徑MP為基準收訊裝置10至誤差收訊裝置20之間的傳輸路徑。
誤差收訊裝置20接收誤差音源訊號，並將誤差音源訊號轉換成數位音訊的誤差訊號至高頻雜訊整形器40與低頻雜訊整形器60(步驟S202)。其中，誤差音源訊號為基準訊號與音訊輸出裝置30所輸出的音訊訊號之間的差值。
以下說明步驟S2031-S2034。請一併參酌「圖2」，高頻雜訊整形器40的高頻雜訊頻寬感測器42接收誤差訊號並輸出一與誤差訊號的中心頻率相同頻寬的高頻雜訊頻寬訊號至高頻係數修正器44(步驟S2031)。其中，高頻雜訊頻寬訊號的中心頻率由該高頻雜訊頻寬偵測器42依據下列的式子經由該誤差訊號獲得：
Figure 109127714-A0305-02-0014-1
 Hk=0,.....,MH-1；其中，xH[n]為n階段由該誤差收訊裝置20輸入的誤差訊號，fHk為該高頻雜訊頻寬偵測器42輸出的該中心頻率，fHk共有MH個輸出，MH為預設的輸出數量。
高頻係數修正器44依據基準麥克風訊號與高頻雜訊頻寬訊號來計算用於調整係數的係數修正訊號至1至N階高頻雜訊雙二階濾波器46(步驟S2032)。換句話說，本案1至N階高頻雜訊雙二階濾波器46的係數能由高頻係數修正器44修正而調整需要修正的高頻雜訊。請一併參閱「圖3」、「圖4」，該高頻係數修正器44依據下列式子修正各別高頻雜訊雙二階濾波器461-46N的係數：
Figure 109127714-A0305-02-0014-2
 其中，wH0為中心角頻率數值，αH為固有頻率參數，bH0、bH1、bH2、aH1、aH2為高頻雜訊雙二階濾波器的係數。
前述的中心角頻率數值wH0以及該固有頻率參數αH由該高頻係數修正器44依據下列的式子獲得：
Figure 109127714-A0305-02-0015-3
 其中，fHk為由該高頻雜訊頻寬偵測器42輸入的中心頻率，FHs為由該基準麥克風12輸入的基準麥克風訊號的頻率，QH為預設的品質參數，wH0為中心角頻率數值，αH為固有頻率參數。前述提及的品質參數基於品質因素而決定；固有頻率參數基於固有頻率因子而決定。
接續，1至N階高頻雜訊雙二階濾波器46依據修正後的係數將下一取樣的誤差訊號的高頻雜訊進行消除後，由N階高頻雜訊雙二階濾波器46N輸出高頻錯誤整形訊號(步驟S2033)。所述的各別高頻雜訊雙二階濾波器461-46N係依據下列的式子對該誤差訊號進行濾波：yH[n]=bH0×xH[n]+bH1×xH[n-1]+bH2×xH[n-2]-aH1×yH[n-1]-aH2×yH[n-2]；其中，xH[n]、xH[n-1]、xH[n-2]係為第n階、第n-1階、及第n-2階時點所接收到的誤差訊號，yH[n]、yH[n-1]、yH[n-2]係為第n階、第n-1階、及第n-2階時點輸出的該高頻錯誤整型訊號，bH0、bH1、bH2、aH1、aH2係為各別高頻雜訊雙二階濾波器461-46N的係數。於本實施例中，前述的xH[n-1]、xH[n-2]、yH[n-1]、yH[n-2]視為已知參數。
前饋LMS運算器52依據高頻錯誤整形訊號與基準訊號更新前饋自適應濾波器54權係數，使前饋自適應濾波器54將接收的基準訊 號調整成能降低低頻噪音的反向訊號並輸出低頻降噪訊號(步驟S2034)。其中，基準訊號經由前饋次級路徑濾波器51輸入至前饋LMS運算器52，前饋自適應濾波器51將接收到的基準訊號調整成與環境噪聲NS的低頻噪音大小相同、相位相反的低頻降噪訊號後輸出低頻降噪訊號至混合器80。
以下將針對步驟S2041-S2045詳細說明。請一併參酌「圖1」、「圖5」及「圖6」，低頻雜訊整形器60的低頻雜訊頻寬感測器62接收誤差訊號輸出一與誤差訊號的中心頻率相同頻寬的低頻雜訊頻寬訊號至低頻係數修正器64(步驟S2041)。其中，該低頻雜訊頻寬訊號的中心頻率由該低頻雜訊頻寬偵測器62依據下列的式子經由該誤差訊號獲得：
Figure 109127714-A0305-02-0016-4
 Lk=0,.....,ML-1；其中，xL[n]為n階段由該誤差收訊裝置20輸入的誤差訊號，fLk為該低頻雜訊頻寬偵測器62輸出的該中心頻率，fLk共有ML個輸出，ML為預設的輸出數量。
接續，低頻係數修正器64依據誤差麥克風訊號與低頻雜訊頻寬訊號來計算用於調整係數的係數修正訊號至1至N階低頻雜訊雙二階濾波器66(步驟S2042)。換句話說，本案的1至N階低頻雜訊雙二階濾波器66的係數能由低頻係數修正器64修正而調整需要修正的低頻雜訊。請一併參閱「圖7」、「圖8」，該低頻係數修正器64依據下列式子修正各別低頻雜訊雙二階濾波器661-66N的係數：
Figure 109127714-A0305-02-0017-5
 其中，wL0為中心角頻率數值，αL為固有頻率參數，bL0、bL1、bL2、aL1、aL2為低頻雜訊雙二階濾波器的係數。
前述的中心角頻率數值wL0以及該固有頻率參數αL由該低頻係數修正器64依據下列的式子獲得：
Figure 109127714-A0305-02-0017-7
 其中，fLk為由該低頻雜訊頻寬偵測器62輸入的中心頻率，FLs為由該誤差麥克風22所輸入的誤差麥克風訊號的頻率，QL為預設的品質參數，wL0為中心角頻率數值，αL為固有頻率參數。前述提及的品質參數基於品質因素而決定；固有頻率參數基於固有頻率因子而決定。
接續，1至N階低頻雜訊雙二階濾波器66依據修正後的係數將下一取樣的誤差訊號的低頻雜訊進行消除後，由N階低頻雜訊雙二階濾波器66N輸出低頻錯誤整形訊號(步驟S2043)。所述的各別低頻雜訊雙二階濾波器661-66N係依據下列的式子對該誤差訊號進行濾波： yL[n]=bL0×xL[n]+bL1×xL[n-1]+bL2×xL[n-2]-aL1×yL[n-1]-aL2×yL[n-2]；其中，xL[n]、xL[n-1]、xL[n-2]係為第n階、第n-1階、及第n-2階時點所接收到的誤差訊號，yL[n]、yL[n-1]、yL[n-2]係為第n階、第n-1階、及第n-2階時點輸出的該低頻錯誤整型訊號，bL0、bL1、bL2、aL1、aL2係為各別低頻雜訊雙二階濾波器661-66N的係數。本實施例中，xL[n-1]、xL[n-2]視為已知參數。
於前述步驟S202與下述步驟S2045之間，具有一步驟S2044，先行敘明於此。反饋混合器72將輸入揚聲器38的回授訊號與誤差訊號混合並輸出一反饋混合訊號(步驟S2044)。於本實施例中，輸入揚聲器38的回授訊號經過混合前次級路徑濾波器71輸入至反饋混合器72。於本發明雜訊分離式混合型主動抗噪系統100啟動時，由於尚未有輸入揚聲器38的回授訊號，因此將直接把誤差訊號經由反饋混合器72輸出。
接續，反饋LMS運算器74依據低頻錯誤整形訊號與反饋混合訊號更新反饋自適應濾波器76權係數，使反饋自適應濾波器76將接收的反饋混合訊號調整成能降低高頻噪音的反向訊號並輸出高頻降噪訊號(步驟S2045)。其中，反饋混合訊號經由反饋次級路徑濾波器73輸入至反饋LMS運算器74，反饋自適應濾波器76將接收到的反饋混合訊號調整成與環境噪聲NS的高頻噪音大小相同、相位相反的高頻降噪訊號後輸出高頻降噪訊號至混合器80。
最後，混合器80將接收到的低頻降噪訊號與高頻降噪訊號混合輸出降噪訊號至音訊輸出裝置30，音訊輸出裝置30輸出包含降噪訊 號與原音訊的音訊訊號(步驟S205)。換句話說，所述的環境噪聲NS藉由上一階的降噪訊號達到降噪效果，並將降噪訊號與原音訊轉換輸出成類比音訊後輸出音訊訊號，使原音訊不受環境噪聲NS影響而進入人耳。
綜上所述，比起習知技術，本發明相較於先前技術能預先降低誤差訊號中的高頻雜訊及低頻雜訊，根據需求調整消除的高頻雜訊與低頻雜訊後，進一步地避免自適應濾波器的運算發散導致降噪效果降低。
以上已將本發明做一詳細說明，惟，以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。
10:基準收訊裝置
20:誤差收訊裝置
30:音訊輸出裝置
40:高頻雜訊整形器
50:前饋降噪處理器
51:前饋次級路徑濾波器
52:前饋LMS運算器
54:前饋自適應濾波器
60:低頻雜訊整形器
70:反饋降噪處理器
71:反饋混合前次級路徑濾波器
72:反饋混合器
73:反饋次級路徑濾波器
74:反饋LMS運算器
76:反饋自適應濾波器
80:混合器
MP:主要路徑

Claims (16)

  1. 一種雜訊分離式混合型主動抗噪系統 ，包括： 一基準收訊裝置，接收一基準音源訊號，並輸出一基準訊號； 一誤差收訊裝置，接收一誤差音源訊號，並輸出一誤差訊號； 一音訊輸出裝置，輸出一音訊訊號； 一高頻雜訊整形器，輸入端連接至該誤差收訊裝置以接收該誤差訊號，該高頻雜訊整形器包括一高頻雜訊頻寬偵測器、一輸入端連接至該高頻雜訊頻寬偵測器的高頻係數修正器、以及輸入端連接至該高頻係數修正器的1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器，該高頻雜訊頻寬偵測器計算該誤差訊號的頻寬，該高頻係數修正器依據該誤差訊號的頻寬修正該1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器的係數，該1至N階高頻雜訊消除雙二階濾波器依據修正後的係數將下一取樣的該誤差訊號的高頻雜訊進行消除並輸出一高頻錯誤整型訊號； 一前饋降噪處理器，輸入端連接至該基準收訊裝置、以及該高頻雜訊整形器的輸出，該前饋降噪處理器將接收的該基準訊號依據該高頻錯誤整形訊號進行低頻降噪後輸出一低頻降噪訊號至該音訊輸出裝置； 一低頻雜訊整形器，輸入端連接至該誤差收訊裝置以接收該誤差訊號，該低頻雜訊整形器包括一低頻雜訊頻寬偵測器、一輸入端連接至該低頻雜訊頻寬偵測器的低頻係數修正器、以及輸入端連接至該低頻係數修正器的1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器，該低頻雜訊頻寬偵測器計算該誤差訊號的頻寬，該低頻係數修正器依據該誤差訊號的頻寬修正該1至N階低頻雜訊消除雙二階濾波器的係數，該1至N階低頻消除雙二階濾波器依據修正後的係數將下一取樣的該誤差訊號的低頻雜訊進行消除並輸出一低頻錯誤整型訊號； 一反饋降噪處理器，輸入端連接至該誤差收訊裝置、以及該低頻雜訊整形器，該反饋降噪處理器將接收的該誤差訊號依據該低頻錯誤整形訊號進行高頻降噪後輸出一高頻降噪訊號；以及 一混和器，接收該低頻降噪訊號與該高頻降噪訊號並於混合後輸出一降噪訊號至該音訊輸出裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該前饋降噪處理器包括一前饋LMS運算器、以及一輸入端連接至該前饋LMS運算器的前饋自適應濾波器，該前饋LMS運算器依據所接收到的該基準訊號與該高頻錯誤整型訊號更新該前饋自適應濾波器的權係數，該前饋自適應濾波器依據更新後的權係數將該基準訊號進行低頻降噪並輸出該低頻降噪訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該反饋降噪處理器包括一反饋混合器、一輸入端連接至該混合器的反饋LMS運算器、以及一輸入端連接至該反饋LMS運算器與該混合器的反饋自適應濾波器，該反饋混合器的輸入端連接至該誤差收訊裝置並接收該音訊訊號後混合輸出一混合訊號，該反饋LMS運算器的另一輸入端連接至該低頻雜訊整形器，該反饋LMS運算器依據所接收到的該混合訊號與該低頻錯誤整型訊號更新該反饋自適應濾波器的權係數，該反饋自適應濾波器依據更新後的權係數將該混合訊號進行高頻降噪並輸出該高頻降噪訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該音訊輸出裝置係包括一揚聲器、一連接於該揚聲器前端的功率放大器、一連接於該功率放大器前端的重建濾波器、以及一連接於該重建濾波器前端的數位-類比轉換器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該基準收訊裝置係包括一基準麥克風、一連接於該基準麥克風後端的前置放大器、一連接於該前置放大器後端的抗混疊濾波器、以及一連接於該抗混疊濾波器後端的類比-數位轉換器。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該高頻雜訊頻寬偵測器的輸入端連接至該誤差收訊裝置以偵測該誤差訊號的頻寬並輸出一與該誤差訊號的中心頻率相同頻寬的高頻雜訊頻寬訊號； 其中，該高頻係數修正器的輸入端連接至該基準麥克風以接收一基準麥克風訊號，並依據該基準麥克風訊號及該高頻雜訊頻寬訊號運算輸出一用於調整該1至N階高頻雜訊雙二階濾波器係數的高頻係數修正訊號至該1至N階高頻雜訊雙二階濾波器； 其中，該1階高頻雜訊雙二階濾波器的輸入端連接至該誤差收訊裝置以接收該誤差訊號，該1至N階高頻雜訊雙二階濾波器根據該高頻係數修正訊號更新係數並修正下一取樣的該誤差訊號的高頻雜訊後由該N階高頻雜訊雙二階濾波器輸出該高頻錯誤整型訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該高頻雜訊雙二階濾波器係依據下列的式子對該誤差訊號進行濾波：
    Figure 03_image131
    ； 其中，
    Figure 03_image047
    、
    Figure 03_image049
    、
    Figure 03_image051
    係為第
    Figure 03_image053
    階、第
    Figure 03_image055
    階、及第
    Figure 03_image057
    階時點所接收到的誤差訊號，
    Figure 03_image059
    、
    Figure 03_image061
    、
    Figure 03_image063
    係為第
    Figure 03_image053
    階、第
    Figure 03_image055
    階、及第
    Figure 03_image057
    階時點輸出的該高頻錯誤整型訊號，
    Figure 03_image027
    、
    Figure 03_image029
    、
    Figure 03_image031
    、
    Figure 03_image033
    、
    Figure 03_image035
    係為高頻雜訊雙二階濾波器的係數。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該高頻係數修正器依據下列式子修正該高頻雜訊雙二階濾波器的係數：
    Figure 03_image013
    Figure 03_image015
    Figure 03_image017
    Figure 03_image019
    Figure 03_image021
    其中，
    Figure 03_image023
    為中心角頻率數值，
    Figure 03_image025
    為固有頻率參數，
    Figure 03_image027
    、
    Figure 03_image029
    、
    Figure 03_image031
    、
    Figure 03_image033
    、
    Figure 03_image035
    為高頻雜訊雙二階濾波器的係數。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該中心角頻率數值以及該固有頻率參數由該高頻係數修正器、依據下列的式子獲得：
    Figure 03_image037
    Figure 03_image039
    其中，
    Figure 03_image007
    為由該高頻雜訊頻寬偵測器輸入的中心頻率，
    Figure 03_image041
    為由該基準麥克風輸入的頻率，
    Figure 03_image043
    為預設的品質參數，
    Figure 03_image023
    為中心角頻率數值，
    Figure 03_image025
    為固有頻率參數。
  10. 如申請專利範圍第9項中的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該中心頻率由該高頻雜訊頻寬偵測器依據下列的式子經由該誤差訊號獲得：
    Figure 03_image001
    Figure 03_image003
    其中，
    Figure 03_image005
    為n階段由該誤差收訊裝置輸入的誤差訊號，
    Figure 03_image007
    為該高頻雜訊頻寬偵測器輸出的該中心頻率，
    Figure 03_image009
    共有
    Figure 03_image011
    個輸出，
    Figure 03_image011
    為預設的輸出數量。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該誤差收訊裝置係包括一誤差麥克風、一連接於該誤差麥克風後端的前置放大器、一連接於該前置放大器後端的抗混疊濾波器、以及一連接於該抗混疊濾波器後端的類比-數位轉換器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該低頻雜訊頻寬偵測器的輸入端連接至該誤差收訊裝置以偵測該誤差訊號的頻寬並輸出一與該誤差訊號的中心頻率相同頻寬的低頻雜訊頻寬訊號； 其中，該低頻係數修正器的輸入端連接至該誤差麥克風以接收一誤差麥克風訊號，並依據該誤差麥克風訊號及該低頻雜訊頻寬訊號運算輸出一用於調整該1至N階低頻雜訊雙二階濾波器係數的低頻係數修正訊號至該1至N階低頻雜訊雙二階濾波器； 其中，該1階低頻雜訊雙二階濾波器的輸入端連接至該誤差收訊裝置以接收該誤差訊號，該1至N階低頻雜訊雙二階濾波器根據該低頻係數修正訊號更新係數並修正下一取樣的該誤差訊號的低頻雜訊後由該N階低頻雜訊雙二階濾波器輸出該低頻錯誤整型訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該低頻雜訊雙二階濾波器係依據下列的式子對該誤差訊號進行濾波：
    Figure 03_image133
    ； 其中，
    Figure 03_image135
    、
    Figure 03_image117
    、
    Figure 03_image119
    係為第
    Figure 03_image053
    階、第
    Figure 03_image055
    階、及第
    Figure 03_image057
    階時點所接收到的誤差訊號，
    Figure 03_image121
    、
    Figure 03_image123
    、
    Figure 03_image125
    係為第
    Figure 03_image053
    階、第
    Figure 03_image055
    階、及第
    Figure 03_image057
    階時點輸出的該低頻錯誤整型訊號，
    Figure 03_image095
    、
    Figure 03_image097
    、
    Figure 03_image099
    、
    Figure 03_image101
    、
    Figure 03_image103
    係為低頻雜訊雙二階濾波器的係數。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該低頻係數修正器依據下列式子修正該低頻雜訊雙二階濾波器的係數：
    Figure 03_image081
    Figure 03_image083
    Figure 03_image085
    Figure 03_image087
    Figure 03_image089
    其中，
    Figure 03_image091
    為中心角頻率數值，
    Figure 03_image093
    為固有頻率參數，
    Figure 03_image095
    、
    Figure 03_image097
    、
    Figure 03_image099
    、
    Figure 03_image101
    、
    Figure 03_image103
    為低頻雜訊雙二階濾波器的係數。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該中心角頻率數值以及該固有頻率參數由該低頻係數修正器、依據下列的式子獲得：
    Figure 03_image105
    Figure 03_image107
    其中，
    Figure 03_image075
    為由該低頻雜訊頻寬偵測器輸入的中心頻率，
    Figure 03_image109
    為由該誤差麥克風輸入的頻率，
    Figure 03_image111
    為預設的品質參數，
    Figure 03_image091
    為中心角頻率數值，
    Figure 03_image093
    為固有頻率參數。
  16. 如申請專利範圍第15項中的雜訊分離式混合型主動抗噪系統，其中，該中心頻率由該低頻雜訊頻寬偵測器依據下列的式子經由該誤差訊號獲得：
    Figure 03_image069
    Figure 03_image071
    其中，
    Figure 03_image073
    為n階段由該誤差收訊裝置輸入的誤差訊號，
    Figure 03_image075
    為該低頻雜訊頻寬偵測器輸出的該中心頻率，
    Figure 03_image077
    共有
    Figure 03_image079
    個輸出，
    Figure 03_image079
    為預設的輸出數量。
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