TWI754555B - 改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統 ，包括基準音訊接收裝置、誤差音訊接收裝置、音訊輸出裝置、以及音訊處理裝置。該音訊處理裝置包括前饋降噪濾波模組、反饋降噪濾波模組、混合器、雜訊整形器、第一無限脈衝響應濾波器、以及第二無限脈衝響應濾波器。當該雜訊整形器偵測到非規律性雜訊時，調整該第一無限脈衝響應濾波器的係數以將其設置成低通濾波器；當該雜訊整形器偵測到規律性雜訊時，調整該第二無限脈衝響應濾波器的係數以將其設置成帶通濾波器。

Description

改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統
本發明係有關於一種混合型主動抗噪系統，尤指一種改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統。
目前應用在耳機中的主動降噪(ANC)技術有兩種模式，分別稱為前饋(Feed-Forward)降噪和反饋(Feedback)降噪，由前饋降噪和反饋降噪兩者所共同結合則稱為混合(Hybrid)降噪。不同的主動降噪技術在降噪深度和頻寬上有各自的侷限性，這主要是由耳機聲學結構、訊號處理和系統訊號延遲共同決定的。
前饋降噪系統的工作原理主要是輸出與環境噪聲頻響相同但相位相反的訊號來實現降噪。參考麥克風偵測噪聲並透過濾波電路產生反相訊號，在耳鼓處反相訊號與噪聲訊號抵消，從而降低人耳聽到的噪聲級。這裡的濾波電路主要用來補償耳鼓和麥克風處偵測到的噪聲之間差異，另外對於喇叭本身在降噪訊號的回應能力方面也有補償作用。
反饋降噪系統的工作原理主要是檢測耳鼓區域的噪聲，然後形成一個基本的反饋迴路，以便最大限度地降低該區域的噪聲級。整個迴路是由喇叭與麥克風的回應以及濾波器的組成。隨著濾波器增益(及其迴路增益)增加，噪聲殘留變小，從而降噪性能得到提升。但如果迴路的相位接近±180°，「迴路」訊號會發生反轉，分母上的‘+’將變為‘-’。在這種情況 下，迴路增益大小調節受限，因為當它從0.0增加至1.0時，結果是放大，而當等於1.0時，結果則是「除以零」，容易造成系統不穩定並且經常隨著頻響幅度增加引起嘯叫。
混合型主動抗噪系統(Hybrid ANC)由於結合了前饋降噪系統以及反饋降噪系統，有效的改善兩者個別的缺失。混合型態主動抗噪系統通常包括有一對麥克風，前饋抗噪系統使用外部麥克風在進入耳朵之前測量環境噪聲，處理該信號以確保精確的反向信號，並由系統的揚聲器有效地消除了環境噪音。反饋抗噪系統的濾波器用於搜集誤差麥克風附近的聲學信號並迴授用以進行誤差修正。然而，傳統的混合式主動抗噪架構，於接收到不規律高頻噪聲的時候，容易影響到前饋抗噪系統的收斂；當接收到規律雜訊時，則容易影響到反饋抗噪系統的收斂，因而降低混合型主動抗噪系統的整體效能。
本發明的主要目的，在於提供一種改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，包括一基準音訊接收裝置、一誤差音訊接收裝置、一音訊輸出裝置、以及一音訊處理裝置。該基準音訊接收裝置接收一基準音源並依據該基準音源輸出一基準音源訊號。該誤差音訊接收裝置接收一誤差音源並依據該誤差音源輸出一誤差音源訊號。該音訊輸出裝置輸出一聲音。該音訊處理裝置連接至該基準音訊接收裝置、該誤差音訊接收裝置、以及該音訊輸出裝置。該音訊處理裝置包括一前饋降噪濾波模組、一反饋降噪濾波模組、一混合器、一雜訊整形器、一第一無限脈衝響應濾波器、以及一第二無限脈衝響應濾波器。該前饋降噪濾波模組係將該基準音訊接收裝置接收到的基準音源訊號經由前饋降噪後獲得一前饋降噪訊號。該反饋降噪濾波模組係將該誤差音訊接收裝置接收到的誤差音源訊號經由反饋降噪後 獲得一反饋降噪訊號，並將該前饋降噪訊號及該反饋降噪訊號傳送至該混合器進行混波，並將混波後的降噪訊號輸出至該音訊輸出裝置。其中，該雜訊整形器係偵測該誤差音源訊號的雜訊頻帶分布，當該雜訊整形器偵測到非規律性雜訊時，係調整該第一無限脈衝響應濾波器的係數以將該第一無限脈衝響應濾波器設置成低通濾波器，修正係數後的該第一無限脈衝響應濾波器將該誤差音源訊號轉換為低頻音源修正訊號輸出至該前饋降噪濾波模組的前饋最小均方濾波器；當該雜訊整形器偵測到規律性雜訊時，係調整該第二無限脈衝響應濾波器的係數以將該第二無限脈衝響應濾波器設置成帶通濾波器，修正係數後的該第二無限脈衝響應濾波器將該誤差音源訊號轉換為指定頻帶音源修正訊號輸出至該反饋降噪濾波模組的反饋最小均方濾波器。
是以，本發明可以在接收到非規律性雜訊時，避免非規律性雜訊影響前饋降噪濾波模組的收斂，並於接收到規律性雜訊時，避免規律性雜訊影響反饋降噪濾波模組的收斂，有效的提升本發明中混合型主動抗噪系統的降噪效能。
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。
本發明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；或是其它實施例中，實施於一定空間之有限隔音系統例如隔音室、飛航器、宇航器、或其他類此的裝置或設備，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」或其組合可以為裝置(例如行動裝置、穿戴式裝置)內建的晶片、或是為整合或分離於裝置本體的晶片所構成，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，請一併參閱「圖1」及「圖2」，為本發明改良式雜訊分離式混合型主動抗噪系統的方塊示意圖(一)及方塊示意圖(二)，如圖所示。
本實施例揭示改良式雜訊分離式混合型主動抗噪系統100主要包括基準音訊接收裝置10、誤差音訊接收裝置20、音訊輸出裝置30、以及音訊處理裝置40。
所述的基準音訊接收裝置10主要用於接收基準音源並依據該基準音源輸出一基準音源訊號，該基準音源例如可以是環境噪聲。於一實施例中，該基準音訊接收裝置10可以包括麥克風、拾音器、及配合其設置的音訊處理晶片等，類此可以用以接收聲音並進一步轉換為類比、數位音訊的裝置。於一實施例中，該基準音訊接收裝置10包括一基準麥克風12、一連接於該基準麥克風12後端的前置放大器14、一連接於該前置放大器14後端的抗混疊濾波器16、以及連接於該抗混疊濾波器16後端的類比-數位轉換器18，該類比-數位轉換器18所輸出的基準音源訊號將輸出至該音訊處理裝置40。
所述的誤差音訊接收裝置20主要用於接收誤差音源並依據該誤差音源輸出一誤差音源訊號。該誤差音訊接收裝置20設置於抗噪區域範圍內，用於偵測抗噪區域範圍內的聲音。基於該誤差音訊接收裝置20設置的位置，所接收到的誤差音源相當於基準音源與揚聲器輸出聲音之間的差值。於一實施例中，該誤差音訊接收裝置20可以包括麥克風、拾音器、及配合其設置的音訊處理晶片等，類此可以用以接收聲音並進一步轉換為類比、數位音訊的裝置。於一實施例中，該誤差音訊接收裝置20包括一誤差麥克風22、一連接於該誤差麥克風22後端的前置放大器24、一連接於該前置放大器後端24的抗混疊濾波器26、以及一連接於該抗混疊濾波器 26後端的類比-數位轉換器28，該類比-數位轉換器28所輸出的誤差音源訊號將輸出至該音訊處理裝置40。
所述的音訊輸出裝置30主要用於輸出用於反向抵消環境噪聲的聲音。於一實施例中，該音訊輸出裝置30可以包括揚聲器、喇叭及配合其設置的的音訊處理晶片等，類此用以輸出聲音的裝置。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連接至該音訊處理裝置40，將該音訊處理裝置40輸出的數位訊號轉換成可供揚聲器38撥放的類比訊號。
所述的音訊處理裝置40連接至該基準音訊接收裝置10、該誤差音訊接收裝置20、以及該音訊輸出裝置30，用以處理經由該基準音訊接收裝置10、該誤差音訊接收裝置20所接收到的基準音源訊號、以及誤差音源訊號，輸出一訊號至該音訊輸出裝置30，以經由該音訊輸出裝置30輸出一聲音。該音訊處理裝置40包括一前饋降噪濾波模組41、一反饋降噪濾波模組42、一混合器43、一雜訊整形器44、一第一無限脈衝響應濾波器45、以及一第二無限脈衝響應濾波器46。
所述的前饋降噪濾波模組41係將該基準音訊接收裝置10接收到的基準音源訊號經由前饋降噪後獲得一前饋降噪訊號。具體而言，該前饋降噪濾波模組41將所接收的基準音源訊號進行自適應運算並利用所生成的訊號與環境噪聲中的低頻噪音抵消藉以達到低頻降噪效果。在此定義前饋降噪濾波模組41輸出用於抵消環境噪聲中低頻噪音的訊號為低頻降噪訊號。如「圖2」所示，該前饋降噪濾波模組41包括一前饋最小均方濾波器411(Least Mean Square Filter,LMS filter)、以及一前饋自適應濾波器412（Adaptive filter）。其中，該前饋最小均方濾波器411依據所接收到的該基準音源訊號與該第一無限脈衝響應濾波器45輸出的低頻音源修正訊號更新該前饋自適應濾波器412的權係數；該前饋自適應濾波器412依據更新後的權係數對該基準音源訊號進行降噪以輸出該前饋降噪訊號至混合器43。
於本實施例中，該基準收訊裝置10與該前饋最小均方濾波器411之間配置有一前饋次級路徑濾波器413用以預先對基準音源訊號進行濾波。所述前饋次級路徑濾波器413用以估測實際上路徑的轉移函數，使前饋最小均方濾波器411調整前饋自適應濾波器412的權係數後能產生與環境噪聲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43。
所述的反饋降噪濾波模組42係將該誤差音訊接收裝置20接收到的誤差音源訊號經由反饋降噪後獲得一反饋降噪訊號。具體而言，該反饋降噪濾波模組42用以將所接收的誤差音源訊號進行自適應運算並利用所生成的訊號與環境噪聲中的高頻噪音抵消藉以達到降噪效果。在此定義反饋降噪濾波模組42所輸出用於抵消環境噪聲中高頻噪音的訊號為高頻降噪訊號。如「圖2」所示，反饋降噪濾波模組42包括一反饋混合器421（Mixer）、一反饋最小均方濾波器422（Least Mean Square Filter）、以及一反饋自適應濾波器423（Adaptive filter）。該反饋混合器421將該音訊訊號及該誤差音源訊號混合後輸出一混合訊號，該反饋混合器421所接收到的音訊訊號係經由輸入揚聲器38的回授訊號而獲得；該反饋最小均方濾波器422依據所接收到的該混合訊號與該第二無限脈衝響應濾波器46輸出的指定頻帶音源修正訊號更新該反饋自適應濾波器423的權係數。
於一實施例中，輸入至該揚聲器38的訊號回授至該反饋混合器421的路徑上具有一混合前次級路徑濾波器424用以預先對輸入揚聲器38的回授訊號進行濾波。於一實施例中，該反饋混合器421與該反饋最小均方濾波器422之間配置有一反饋次級路徑濾波器425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424、反饋次級路徑濾波器425作為估測實際上路徑的轉移函數，使該反饋最小均方濾波器422依據所接收到的該反饋混合訊號與該指定頻帶音源修正訊號更新該反饋自適應濾波器423的權係數，該反饋自適應濾波器423依據更新後的權係數將該反饋混合訊號進行降噪以輸出該反饋降噪訊號至混合器43。
所述的混合器43（Mixer）用於將該前饋降噪訊號與反饋降噪訊號混合，並輸出降噪訊號，並將混合該前饋降噪訊號與反饋降噪訊號的降噪訊號輸出至該音訊輸出裝置30。
所述的雜訊整形器44包括一雜訊頻寬偵測器441、以及一係數修正器442，於係數修正器442與基準麥克風12之間設置有一頻率偵測器（Frequency Detector）（圖未示）。該雜訊頻寬偵測器441係偵測該誤差音源訊號的雜訊頻帶分布。
所述的第一無限脈衝響應濾波器45包括1至N階雙二階濾波器，該1至N階雙二階濾波器係以串聯的方式配置，使雙二階濾波器的輸入與前一階雙二階濾波器的輸出相連(例如第N階雙二階濾波器的輸入與第N-1階雙二階濾波器的輸入相連)；該雙二階濾波器的階層數可依據實際需求配置，於本發明中不予以限制。
於一實施例中，前述第一無限脈衝響應濾波器45的1至N階雙二階濾波器的階層配置如下，請一併參酌「圖3」及「圖4」：1階雙二階濾波器451的輸出連接至2階雙二階濾波器452的另一輸入；2階雙二階濾波器452的輸出端連接至3階雙二階濾波器453的另一輸入端，依此類推…最終，N-1階雙二階濾波器45N-1的輸出端連接至N階雙二階濾波器45N的另一輸入端。
如「圖4」所示，該第一無限脈衝響應濾波器45的每一階雙二階濾波器係依據下列的式子對該誤差音源訊號進行濾波：
Figure 02_image001
；
其中，
Figure 02_image003
、
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
係為第
Figure 02_image009
階、第
Figure 02_image011
階、及第
Figure 02_image013
階時點輸入至該雙二階濾波器的訊號，
Figure 02_image015
、
Figure 02_image017
係為第
Figure 02_image009
階、第
Figure 02_image011
階、及第
Figure 02_image013
階時點由該雙二階濾波器輸出的訊號，
Figure 02_image019
、
Figure 02_image021
、
Figure 02_image023
、
Figure 02_image025
、
Figure 02_image027
係為該雙二階濾波器的係數。
所述的第二無限脈衝響應濾波器46包括1至N階雙二階濾波器，該1至N階雙二階濾波器係以串聯的方式配置，使雙二階濾波器的輸入與前一階雙二階濾波器的輸出相連(例如第N階雙二階濾波器的輸入與第N-1階雙二階濾波器的輸入相連)；該雙二接濾波器的階層數可依據實際需求配置，於本發明中不予以限制。
前述第二無限脈衝響應濾波器46的1至N階雙二階濾波器的階層配置如下，請一併參酌「圖5」及「圖6」：1階雙二階濾波器461的輸出端連接至2階雙二階濾波器462的另一輸入端；2階雙二階濾波器462的輸出端連接至3階雙二階濾波器463的另一輸入端，依此類推…最終N-1階雙二階濾波器46N-1的輸出端連接至N階雙二階濾波器46N的另一輸入端。
如「圖6」所示，該第二無限脈衝響應濾波器46的該雙二階濾波器係依據下列的式子對該誤差音源訊號進行濾波：
Figure 02_image029
；
其中，
Figure 02_image003
、
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
係為第
Figure 02_image009
階、第
Figure 02_image011
階、及第
Figure 02_image013
階時點輸入至該雙二階濾波器的訊號，
Figure 02_image031
、
Figure 02_image033
係為第
Figure 02_image009
階、第
Figure 02_image011
階、及第
Figure 02_image013
階時點由該雙二階濾波器輸出的訊號，
Figure 02_image035
、
Figure 02_image037
、
Figure 02_image039
、
Figure 02_image041
、
Figure 02_image043
係為該雙二階濾波器的係數。
所述的雜訊整形器44偵測到非規律性雜訊時，係調整該第一無限脈衝響應濾波器45的係數以將該第一無限脈衝響應濾波器45設置成低通濾波器，修正係數後的該第一無限脈衝響應濾波器45將接收到的誤差音源訊號轉換為低頻音源修正訊號輸出至該前饋降噪濾波模組41的前饋最小均方濾波器411；當該雜訊整形器44偵測到規律性雜訊時，係調整該第二無限脈衝響應濾波器46的係數以將該第二無限脈衝響應濾波器46設置成帶通濾波器，修正係數後的該第二無限脈衝響應濾波器46將該誤差音源訊號轉換為指定頻帶音源修正訊號輸出至該反饋降噪濾波模組42的反饋最小均方濾波器422。
以上針對本發明硬體架構的一具體實施例進行說明，有關於本發明的工作方式將於下面進行更進一步的說明，除前面「圖1」至「圖6」外。請一併參閱「圖7」，為本發明改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統的工作流程示意圖，如圖所示：
首先，誤差音訊接收裝置20接收到誤差音源(降噪過後的環境噪聲)後，將誤差音源轉換成數位音訊的誤差音源訊號（步驟S01）。其中，誤差音源除了第一組數據外，其他都是前次降噪後的聲音；此外，該誤差音源尚包括物理抗噪(例如耳罩)的影響而與原始環境噪聲有落差。
接續，雜訊頻寬偵測器441係偵測該誤差音源訊號的雜訊頻帶分布，以追蹤該誤差音源訊號的狀態（步驟S02）。當雜訊頻寬偵測器441偵測到非規律性雜訊時，係執行步驟S03；當雜訊頻寬偵測器441偵測到規律性雜訊時，係執行步驟S05；當雜訊頻寬偵測器441未偵測到雜訊時，則執行步驟S07。
當接收到非規律性雜訊時，該雜訊頻寬偵測器441輸出與誤差音源訊號的中心頻率相同頻寬的雜訊頻寬訊號至係數修正器442，該係數修正器442係依據該雜訊頻寬訊號修改該第一無限脈衝響應濾波器45的1至N階雙二階濾波器的係數，以將該第一無限脈衝響應濾波器45設置成低通濾波器（步驟S03）。
其中，該雜訊頻寬偵測器441依據下列的式子經由該誤差訊號獲得中心頻率：
Figure 02_image045
Figure 02_image047
其中，
Figure 02_image049
為n階段由該誤差音訊接收裝置輸入的誤差音源訊號，
Figure 02_image051
為該雜訊頻寬偵測器輸出的該中心頻率，
Figure 02_image053
共有
Figure 02_image055
個輸出，
Figure 02_image055
為預設的輸出數量。
該係數修正器442依據下列式子修正該第一無限脈衝響應濾波器45中各階該雙二階濾波器的係數：
Figure 02_image057
Figure 02_image059
Figure 02_image061
Figure 02_image063
Figure 02_image065
其中，
Figure 02_image067
為中心角頻率數值，
Figure 02_image069
為固有頻率參數，
Figure 02_image019
、
Figure 02_image021
、
Figure 02_image023
、
Figure 02_image025
、
Figure 02_image027
為雙二階濾波器的係數。
所需的中心角頻率數值以及該固有頻率參數由該雜訊頻寬偵測器441依據下列的式子獲得：
Figure 02_image071
Figure 02_image073
其中，
Figure 02_image051
為由該雜訊頻寬偵測器獲得的中心頻率，
Figure 02_image075
為由該基準收訊裝置輸入的頻率，
Figure 02_image077
為預設的品質參數，
Figure 02_image067
為中心角頻率數值，
Figure 02_image069
為固有頻率參數。
於一實施例中，步驟S03除了依據上面的方式修改該第一無限脈衝響應濾波器45中雙二階濾波器的係數外，同時將該第二無限脈衝響應濾波器46雙二階濾波器的係數復歸至預設值(
Figure 02_image079
；其他參數為0)。
接續，呈步驟S03，當該第一無限脈衝響應濾波器45中各階該雙二階濾波器的係數修正後，係依據修正係數後的該第一無限脈衝響應濾波器45將下一取樣的誤差音源訊號的高頻雜訊消除後，經由第一無限脈衝響應濾波器45的1至N階雙二階濾波器輸出低頻音源修正訊號至該前饋降噪濾波模組41（步驟S04）。執行完成後，係回歸至步驟S02，由雜訊頻寬偵測器441繼續追蹤該誤差音源訊號的狀態。
呈步驟S02，當接收到規律性雜訊時，該雜訊頻寬偵測器441輸出與誤差音源訊號的中心頻率相同頻寬的雜訊頻寬訊號至係數修正器442，該係數修正器442係依據該雜訊頻寬訊號修改該第二無限脈衝響應濾波器46的1至N階雙二階濾波器的係數，以將該第二無限脈衝響應濾波器46設置成帶通濾波器（步驟S05）。
該雜訊頻寬偵測器441依據下列的式子經由該誤差訊號獲得該中心頻率：
Figure 02_image081
Figure 02_image047
其中，
Figure 02_image049
為n階段由該誤差音訊接收裝置輸入的誤差音源訊號，
Figure 02_image051
為該雜訊頻寬偵測器輸出的該中心頻率，
Figure 02_image053
共有
Figure 02_image055
個輸出，
Figure 02_image055
為預設的輸出數量。
該係數修正器442依據下列式子修正該第二無限脈衝響應濾波器46其中一或複數個雙二階濾波器的係數：
Figure 02_image083
Figure 02_image085
Figure 02_image087
Figure 02_image089
Figure 02_image091
該係數修正器442依據下列式子修正該第二無限脈衝響應濾波器46的其它一或複數個雙二階濾波器的係數：
Figure 02_image093
Figure 02_image095
Figure 02_image097
Figure 02_image089
Figure 02_image091
其中，
Figure 02_image067
為中心角頻率數值，
Figure 02_image069
為固有頻率參數，
Figure 02_image035
、
Figure 02_image037
、
Figure 02_image039
、
Figure 02_image041
、
Figure 02_image043
為雙二階濾波器的係數。
前面選定的雙二階濾波器可以依據預設定的方式設定，或是依據所接收到的誤差音源訊號的特性而主動設定(例如依據誤差音源訊號的頻段或頻寬等)；經由前面的配置，該第二無限脈衝響應濾波器46部分階層的雙二階濾波器將構成低通濾波器(LPF)；該第二無限脈衝響應濾波器46部分階層的的雙二階濾波器將構成高通濾波器(HPF)，經由低通濾波器(LPF)及高通濾波器(HPF)串聯後構成一帶通濾波器。
所需的中心角頻率數值以及該固有頻率參數由該雜訊頻寬偵測器441依據下列的式子獲得：
Figure 02_image071
Figure 02_image099
其中，
Figure 02_image051
為由該雜訊頻寬偵測器獲得的中心頻率，
Figure 02_image075
為由該基準收訊裝置輸入的頻率，
Figure 02_image077
為預設的品質參數，
Figure 02_image067
為中心角頻率數值，
Figure 02_image069
為固有頻率參數。
於一實施例中，步驟S05除了依據上面的方式修改該第二無限脈衝響應濾波器46中雙二階濾波器的係數外，同時將該第一無限脈衝響應濾波器45雙二階濾波器的係數復歸至預設值(
Figure 02_image101
；其他參數為0)。
接續，呈步驟S05，當該第二無限脈衝響應濾波器46中各階該雙二階濾波器的係數修正後，係依據修正係數後的該第二無限脈衝響應濾波器46將下一取樣的誤差音源訊號的雜訊消除後，經由第二無限脈衝響應濾波器46的1至N階雙二階濾波器輸出指定頻帶音源修正訊號至該反饋降噪濾波模組42（步驟S06）。執行完成後，係回歸至步驟S02，由雜訊頻寬偵測器441繼續追蹤該誤差音源訊號的狀態。
呈步驟S02，當未接收到雜訊時，或雜訊未超過閾值時，該雜訊頻寬偵測器441輸出一復歸訊號至該係數修正器442，該係數修正器442係依據該雜訊頻寬訊號修改該第一無限脈衝響應濾波器45以及該第二無限脈衝響應濾波器46的1至N階雙二階濾波器的係數，使該1至N階雙二階濾波器的係數修改為預設值(
Figure 02_image101
；
Figure 02_image079
；其他參數為0)（步驟S07）。
呈步驟S07，當該第一無限脈衝響應濾波器45及該第二無限脈衝響應濾波器46中各階該雙二階濾波器的係數修正後，係分別依據修正係數輸出訊號至該前饋降噪濾波模組41及該反饋降噪濾波模組42（步驟S08）。執行完成後，係回歸至步驟S03，由雜訊頻寬偵測器441繼續追蹤該誤差音源訊號的狀態。
綜上所述，本發明可以在接收到非規律性雜訊時，避免非規律性雜訊影響前饋降噪濾波模組的收斂，並於接收到規律性雜訊時，避免規律性雜訊影響反饋降噪濾波模組的收斂，有效的提升本發明中混合型主動抗噪系統的降噪效能。
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。
100:改良式雜訊分離式混合型主動抗噪系統
10:基準音訊接收裝置
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:誤差音訊接收裝置
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:音訊處理裝置
41:前饋降噪濾波模組
411:前饋最小均方濾波器
412:前饋自適應濾波器
413:前饋次級路徑濾波器
42:反饋降噪濾波模組
421:反饋混合器
422:反饋最小均方濾波器
423:反饋自適應濾波器
424:混合前次級路徑濾波器
425:反饋次級路徑濾波器
43:混合器
44:雜訊整形器
441:雜訊頻寬偵測器
442:係數修正器
45:第一無限脈衝響應濾波器
451-45N:雙二階濾波器
46:第二無限脈衝響應濾波器
461-46N:雙二階濾波器
S01-S08:步驟
圖1，為本發明改良式雜訊分離式混合型主動抗噪系統的方塊示意圖(一)。
圖2，為本發明改良式雜訊分離式混合型主動抗噪系統的方塊示意圖(二)。
圖3，為本發明第一無限脈衝響應濾波器的1至N階雙二階濾波器階層配置的方塊示意圖。
圖4，為本發明中第一無限脈衝響應濾波器單一階雙二階濾波器的方塊示意圖。
圖5，為本發明第二無限脈衝響應濾波器的1至N階雙二階濾波器階層配置的方塊示意圖。
圖6，為本發明中第二無限脈衝響應濾波器單一階雙二階濾波器的方塊示意圖。
圖7，為本發明改良式雜訊分離式混合型主動抗噪系統的工作流程示意圖。
100:改良式雜訊分離式混合型主動抗噪系統
10:基準音訊接收裝置
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:誤差音訊接收裝置
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:音訊處理裝置
41:前饋降噪濾波模組
42:反饋降噪濾波模組
43:混合器
44:雜訊整形器
45:第一無限脈衝響應濾波器
46:第二無限脈衝響應濾波器

Claims (12)

  1. 一種改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，包括：一基準音訊接收裝置，接收一基準音源並依據該基準音源輸出一基準音源訊號；一誤差音訊接收裝置，接收一誤差音源並依據該誤差音源輸出一誤差音源訊號；一音訊輸出裝置，輸出一聲音；以及一音訊處理裝置，連接至該基準音訊接收裝置、該誤差音訊接收裝置、以及該音訊輸出裝置，該音訊處理裝置包括一前饋降噪濾波模組、一反饋降噪濾波模組、一混合器、一雜訊整形器、一第一無限脈衝響應濾波器、以及一第二無限脈衝響應濾波器，該前饋降噪濾波模組係將該基準音訊接收裝置接收到的該基準音源訊號經由前饋降噪後獲得一前饋降噪訊號，該反饋降噪濾波模組係將該誤差音訊接收裝置接收到的誤差音源訊號經由反饋降噪後獲得一反饋降噪訊號，並將該前饋降噪訊號及該反饋降噪訊號傳送至該混合器進行混波，並將混波後的降噪訊號輸出至該音訊輸出裝置以輸出降噪聲音；其中，該雜訊整形器係偵測該誤差音源訊號的雜訊頻帶分布，當該雜訊整形器偵測到非規律性雜訊時，係調整該第一無限脈衝響應濾波器的係數以將該第一無限脈衝響應濾波器設置成低通濾波器，修正係數後的該第一無限 脈衝響應濾波器將該誤差音源訊號轉換為低頻音源修正訊號輸出至該前饋降噪濾波模組的前饋最小均方濾波器；當該雜訊整形器偵測到規律性雜訊時，係調整該第二無限脈衝響應濾波器的係數以將該第二無限脈衝響應濾波器設置成帶通濾波器，修正係數後的該第二無限脈衝響應濾波器將該誤差音源訊號轉換為指定頻帶音源修正訊號輸出至該反饋降噪濾波模組的反饋最小均方濾波器。
  2. 如請求項1所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，其中，該前饋降噪濾波模組包括所述前饋最小均方濾波器、以及一前饋自適應濾波器，該前饋最小均方濾波器依據所接收到的該基準音源訊號與該低頻音源修正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對該基準音源訊號進行降噪以輸出該前饋降噪訊號。
  3. 如請求項1所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，其中，該反饋降噪濾波模組包括一反饋混合器、所述反饋最小均方濾波器、以及一反饋自適應濾波器，該反饋混合器將該降噪訊號及該誤差音源訊號混合後輸出一混合訊號，該反饋最小均方濾波器依據所接收到的該混合訊號與該指定頻帶音源修正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降噪並輸出該反饋降噪訊號。
  4. 如請求項1所述的改良式雜訊分離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. 如請求項1所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，其中，該基準音訊接收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. 如請求項1所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，其中，該誤差音訊接收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。
  7. 如請求項1所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系 統，其中，該第一無限脈衝響應濾波器包括1至N階雙二階濾波器。
  8. 如請求項7所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，其中，該雙二階濾波器係依據下列的式子對該誤差音源訊號進行濾波：y[n]=b0×x[n]+b1×x[n-1]+b2×x[n-2]-a1×y[n-1]-a2×y[n-2]；其中，x[n]、x[n-1]、x[n-2]係為第n階、第n-1階、及第n-2階時點輸入至該雙二階濾波器的訊號，y[n]、y[n-1]、y[n-2]係為第n階、第n-1階、及第n-2階時點由該雙二階濾波器輸出的訊號，b0、b1、b2、a1、a2係為該雙二階濾波器的係數。
  9. 如請求項8所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，其中，該雜訊整形器的係數修正器依據下列式子修正該第一無限脈衝響應濾波器中各階該雙二階濾波器的係數：
    Figure 110107137-A0305-02-0025-1
    Figure 110107137-A0305-02-0026-2
     其中，w0為中心角頻率數值，α為固有頻率參數，b0、b1、b2、a1、a2為該雙二階濾波器的係數；其中，該中心角頻率數值以及該固有頻率參數由該雜訊整形器依據下列的式子獲得：
    Figure 110107137-A0305-02-0026-3
     其中，fk為由該雜訊整形器獲得的中心頻率，Fs為由該基準收訊裝置輸入的頻率，Q為預設的品質參數，w0為該中心角頻率數值，α為該固有頻率參數；其中，該中心頻率由該雜訊整形器依據下列的式子經由該誤差訊號獲得：
    Figure 110107137-A0305-02-0026-4
     k=0,.....,M-1；其中，x[n]為n階段由該誤差音訊接收裝置輸入的誤差音源訊號，fk為該雜訊整形器輸出的該中心頻率，fk共有M個 輸出，M為預設的輸出數量。
  10. 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，該第二無限脈衝響應濾波器包括1至N階雙二階濾波器。
  11. 如請求項10所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，其中，該雙二階濾波器係依據下列的式子對該誤差音源訊號進行濾波：z[n]=d0×x[n]+d1×x[n-1]+d2×x[n-2]-c1×z[n-1]-c2×z[n-2]；其中，x[n]、x[n-1]、x[n-2]係為第n階、第n-1階、及第n-2階時點輸入至該雙二階濾波器的訊號，z[n]、z[n-1]、z[n-2]係為第n階、第n-1階、及第n-2階時點由該雙二階濾波器輸出的訊號，d0、d1、d2、c1、c2係為該雙二階濾波器的係數。
  12. 如請求項11所述的改良式雜訊分離混合型主動抗噪系統，其中，該雜訊整形器的係數修正器依據下列式子修正該1至N階雙二階濾波器的其中一或複數個雙二階濾波器的係數：
    Figure 110107137-A0305-02-0028-5
     該雜訊整形器的係數修正器依據下列式子修正該1至N階雙二階濾波器的其它一或複數個雙二階濾波器的係數：
    Figure 110107137-A0305-02-0028-6
     其中，w0為中心角頻率數值，α為固有頻率參數，d0、d1、d2、c1、c2為該雙二階濾波器的係數；其中，該中心角頻率數值以及該固有頻率參數由該雜訊整形器依據下列的式子獲得：w0=
    Figure 110107137-A0305-02-0028-7
    Figure 110107137-A0305-02-0029-8
     其中，fk為由該雜訊整形器獲得的中心頻率，Fs為由該基準收訊裝置輸入的頻率，Q為預設的品質參數，w0為該中心角頻率數值，α為該固有頻率參數；其中，該中心頻率由該雜訊整形器依據下列的式子經由該誤差訊號獲得：
    Figure 110107137-A0305-02-0029-9
     k=0,.....,M-1；其中，x[n]為n階段由該誤差音訊接收裝置輸入的誤差音源訊號，fk為該雜訊整形器輸出的該中心頻率，fk共有M個輸出，M為預設的輸出數量。
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