TWI802055B - Active noise cancellation integrated circuit for stacking multiple anti-noise signals, associated method, and active noise cancellation earbud using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本發明涉及一種噪音消除的技術,尤指一種可堆疊多重抗噪訊號的主動式降噪積體電路、方法及使用其之主動降噪式耳機。 The present invention relates to a technology of noise elimination, especially an active noise reduction integrated circuit capable of stacking multiple anti-noise signals, a method and an active noise reduction earphone using the same.
一般耳機的降噪音技術有分為被動式噪音消除(passive noise cancellation,PNC)以及主動式噪音消除(active noise cancellation,ANC)。被動式噪音消除主要是透過耳機隔音材料或特殊結構盡量隔絕噪音。一般是入耳式耳塞或全罩耳式耳機,長期配戴的話會使耳朵脹疼,過大聲壓甚至還會影響聽力。主動式噪音消除即在耳機內設置專門降噪電路,一般透過音頻接收器(如微型麥克風)和抗噪音輸出晶片,接收、分析外界噪音並產生一個反相聲波,藉由聲波的破壞性干涉以抵消噪音。 Generally, the noise reduction technology of earphones is divided into passive noise cancellation (passive noise cancellation, PNC) and active noise cancellation (active noise cancellation, ANC). Passive noise cancellation is mainly to isolate noise as much as possible through earphone sound insulation materials or special structures. Generally, it is in-ear earplugs or full-ear earphones. If you wear them for a long time, your ears will swell and hurt, and excessive sound pressure may even affect your hearing. Active noise cancellation is to set a special noise reduction circuit in the earphone, generally through an audio receiver (such as a miniature microphone) and an anti-noise output chip, to receive and analyze external noise and generate an anti-phase sound wave, through the destructive interference of the sound wave to Cancels noise.
又,上述主動式噪音消除一般分為前饋式降噪(feed-forward ANC)、反饋式降噪(feedback ANC)以及複合式降噪(hybrid ANC)。前饋式降噪是將降噪麥克風置於耳機外側,透過麥克風接收到耳機外側的噪音,並藉由數位訊號處理積體電路來處理後,轉換產生出一抗噪(anti-noise)訊號。而反饋式降噪則是將降噪麥克風置於耳機內側,接收使用者在耳道內聲音訊號,反饋 至數位訊號處理積體電路以產生一抗噪訊號。另外,複合式降噪則是以二至多個以上的降噪麥克風接取噪音,並分別透過不同的數位訊號處理積體電路產生多個抗噪訊號,進行聲波訊號疊加後,來抵消噪音。 In addition, the above-mentioned active noise cancellation is generally divided into feed-forward ANC, feedback ANC and hybrid ANC. Feed-forward noise reduction is to place a noise reduction microphone outside the earphones, receive the noise outside the earphones through the microphone, process it with a digital signal processing integrated circuit, and convert it into an anti-noise signal. The feedback noise reduction is to place the noise reduction microphone inside the earphone to receive the user's sound signal in the ear canal and feedback it. to a digital signal processing integrated circuit to generate a noise-resistant signal. In addition, compound noise reduction uses two or more noise reduction microphones to receive noise, and generates multiple anti-noise signals through different digital signal processing integrated circuits, and then superimposes the sound wave signals to cancel the noise.
由於反相聲波是經由多個不同位置麥克風與不同的訊號處理所產生,最終的觀察點接收到多個反相聲波疊加後,進而導致過度補償,反而讓人耳聽到更多噪音。有鑑於此,如何減輕或消除上述相關領域的缺失,實為有待解決的問題。 Since anti-phase sound waves are generated by multiple microphones in different positions and different signal processing, the final observation point receives multiple anti-phase sound waves superimposed, which leads to over-compensation, but makes people hear more noise. In view of this, how to alleviate or eliminate the deficiencies in the above-mentioned related fields is a problem to be solved.
本發明提供一種主動式降噪耳機,此主動式降噪耳機包括一音訊轉換設備以及本發明實施例的可堆疊多重主動式降噪積體電路,此可堆疊多重主動式降噪積體電路包括一第一路徑,輸出一第一路徑抗噪訊號,其中該第一路徑抗噪訊號受一物理通道轉換為一第一訊號,該第一路徑包括:一第一主動噪音消除濾波單元,用以產生一第一抗噪訊號;一第二路徑,接收含有該第一訊號的成分的一誤差訊號,並且輸出一第二路徑抗噪訊號至該物理通道,該第二路徑包括:一第二主動噪音消除濾波單元,用以產生一第二抗噪訊號,其中該第二抗噪訊號衍生出該第二路徑抗噪訊號;以及一第一解耦合單元,用以基於該第一抗噪訊號移除該第二路徑中該第一訊號的成分。 The present invention provides an active noise reduction earphone. The active noise reduction earphone includes an audio conversion device and a stackable multiple active noise reduction integrated circuit according to an embodiment of the present invention. The stackable multiple active noise reduction integrated circuit includes A first path, outputting a first path anti-noise signal, wherein the first path anti-noise signal is converted into a first signal by a physical channel, and the first path includes: a first active noise elimination filter unit for A first anti-noise signal is generated; a second path receives an error signal containing a component of the first signal, and outputs a second path anti-noise signal to the physical channel, the second path includes: a second active a noise canceling filter unit for generating a second anti-noise signal, wherein the second anti-noise signal derives the second path anti-noise signal; and a first decoupling unit for shifting components of the first signal in the second path are removed.
本發明另外提供一種可堆疊多重主動降噪音方法,適用於具有多個主動噪音消除濾波單元之聲音播放裝置,此可堆疊多重主動降噪音方法包括:提供一第一路徑,輸出一第一路徑抗噪訊號,其中該第一路徑抗噪訊號受一物理通道轉換為一第一訊號,該第一路徑包括:一第一主動噪音消除濾波單元,用以產生一第一抗噪訊號;提供一第二路徑,接收含有該第一訊號的成分的一誤差訊 號,並且輸出一第二路徑抗噪訊號至該物理通道,該第二路徑包括:一第二主動噪音消除濾波單元,用以產生一第二抗噪訊號,其中該第二抗噪訊號衍生出該第二路徑抗噪訊號;基於該第一抗噪訊號移除該第二路徑中該第一訊號的成分;以及基於該第一路徑抗噪訊號及該第二路徑抗噪訊號進行播放,藉以消除噪音。 The present invention also provides a stackable multiple active noise reduction method, which is suitable for a sound playback device with multiple active noise cancellation filter units. The stackable multiple active noise reduction method includes: providing a first path, outputting a first path anti-noise Noise signal, wherein the anti-noise signal of the first path is converted into a first signal by a physical channel, and the first path includes: a first active noise cancellation filter unit for generating a first anti-noise signal; providing a first Two paths, receiving an error signal containing components of the first signal signal, and output a second path anti-noise signal to the physical channel, the second path includes: a second active noise cancellation filter unit for generating a second anti-noise signal, wherein the second anti-noise signal is derived The anti-noise signal of the second path; remove the component of the first signal in the second path based on the first anti-noise signal; and play based on the anti-noise signal of the first path and the anti-noise signal of the second path, so as to Eliminate noise.
本發明的精神在於在主動式降噪耳機中的主動降噪音裝置內,設置多個主動噪音消除濾波單元。進一步,針對每一個主動噪音消除濾波單元之輸出訊號造成其他主動噪音消除濾波單元所產生的多餘成份,藉由解耦合的方式將上述多餘成份消除,因此,主動降噪音裝置所輸出的噪音消除訊號能更加符合所接收到的噪音,進而能恰當的消除噪音。 The spirit of the present invention is to set a plurality of active noise cancellation filter units in the active noise reduction device of the active noise reduction earphone. Further, for the output signal of each active noise cancellation filter unit, the redundant components generated by other active noise cancellation filter units are eliminated by decoupling. Therefore, the noise cancellation signal output by the active noise reduction device It can be more in line with the received noise, and then can properly cancel the noise.
本發明的其他優點將搭配以下的說明和圖式進行更詳細的解說。 Other advantages of the present invention will be explained in more detail with the following description and drawings.
101:左無線耳機 101: left wireless earphone
102:右無線耳機 102: Right wireless earphone
103:行動裝置 103:Mobile device
19:耳機外殼 19: Earphone shell
20:可堆疊多重主動降噪音積體電路 20: Stackable multiple active noise reduction ICs
21:音訊轉換設備 21:Audio conversion equipment
201:第一麥克風 201: The first microphone
202:第二麥克風 202:Second microphone
203:第一主動噪音消除濾波單元 203: The first active noise cancellation filter unit
204:第二主動噪音消除濾波單元 204: The second active noise cancellation filter unit
205、72:物理通道 205, 72: physical channel
301:雜訊 301: noise
302:僅開啟第一主動噪音消除濾波單元203(Feed Forward,FF)的雜訊抑制結果 302: Only enable the noise suppression result of the first active noise cancellation filter unit 203 (Feed Forward, FF)
303:僅開啟第二主動噪音消除濾波單元204(Feedback,FB)的雜訊抑制結果 303: Only enable the noise suppression result of the second active noise cancellation filter unit 204 (Feedback, FB)
304:開啟第一主動噪音消除濾波單元203以及第二主動噪音消除濾波單元204(FF+FB)的預期雜訊抑制結果
304: Turn on the expected noise suppression results of the first active noise
305:開啟第一主動噪音消除濾波單元203以及第二主動噪音消除濾波單元204(FF+FB)的真實雜訊抑制結果
305: Turn on the real noise suppression results of the first active noise
40、50、60:第一解耦合單元 40, 50, 60: the first decoupling unit
70、80:第二解耦合單元 70, 80: the second decoupling unit
401、501:第一通道模擬濾波器 401, 501: first channel analog filter
402、503、603:第一加法電路 402, 503, 603: the first addition circuit
502、601:第三主動噪音消除濾波單元 502, 601: the third active noise cancellation filter unit
504、604、702:第二加法電路 504, 604, 702: the second addition circuit
601:第三主動噪音消除濾波單元 601: The third active noise cancellation filter unit
602、701、801:第二通道模擬濾波器 602, 701, 801: second channel analog filter
603:第一加法電路 603: The first addition circuit
604、702、802:第二加法電路 604, 702, 802: the second addition circuit
71:非隔離式耳機 71: Non-isolated headphones
91:第三主動噪音消除濾波單元 91: The third active noise cancellation filter unit
90:第三解耦合單元 90: The third decoupling unit
S1001~S1003:本發明一較佳實施例的可堆疊多重主動降噪音方法之個步驟 S1001~S1003: Steps of a stackable multiple active noise reduction method in a preferred embodiment of the present invention
第1圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式降噪耳機的示意圖。 FIG. 1 is a schematic diagram of an active noise canceling earphone according to a preferred embodiment of the present invention.
第2圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。 FIG. 2 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone according to a preferred embodiment of the present invention.
第3圖繪示為第2圖實施例的壓抑雜訊結果比較圖。 Fig. 3 is a comparison diagram of the noise suppression results of the embodiment in Fig. 2.
第4圖繪示為本發明一較佳實施例的具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。 FIG. 4 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone with good isolation according to a preferred embodiment of the present invention.
第5圖繪示為本發明一較佳實施例的具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。 FIG. 5 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone with good isolation according to a preferred embodiment of the present invention.
第6圖繪示為本發明一較佳實施例的具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。 FIG. 6 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone with good isolation according to a preferred embodiment of the present invention.
第7圖繪示為本發明一較佳實施例的不具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。 FIG. 7 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC headphone without good isolation according to a preferred embodiment of the present invention.
第8圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。 FIG. 8 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone according to a preferred embodiment of the present invention.
第9圖繪示為本發明一較佳實施例的具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。 FIG. 9 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone with good isolation according to a preferred embodiment of the present invention.
第10圖繪示為本發明一較佳實施例的可堆疊多重主動降噪音方法的流程圖。 FIG. 10 is a flow chart of a stackable multiple active noise reduction method according to a preferred embodiment of the present invention.
以下說明為完成發明的較佳實現方式,其目的在於描述本發明的基本精神,但並不用以限定本發明。實際的發明內容必須參考之後的權利要求範圍。 The following description is a preferred implementation mode of the invention, and its purpose is to describe the basic spirit of the invention, but not to limit the invention. For the actual content of the invention, reference must be made to the scope of the claims that follow.
必須了解的是,使用於本說明書中的”包含”、”包括”等詞,用以表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件以及/或組件,但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件、組件,或以上的任意組合。 It must be understood that words such as "comprising" and "including" used in this specification are used to indicate the existence of specific technical features, values, method steps, operations, components and/or components, but do not exclude the possibility of adding More technical characteristics, numerical values, method steps, operation processes, components, components, or any combination of the above.
於權利要求中使用如”第一”、”第二”、”第三”等詞是用來修飾權利要求中的元件,並非用來表示之間具有優先順序,前置關係,或者是一個元件先於另一個元件,或者是執行方法步驟時的時間先後順序,僅用來區別具有相同名字的元件。 Words such as "first", "second", and "third" used in the claims are used to modify the elements in the claims, and are not used to indicate that there is a priority order, a pre-relationship, or an element An element preceding another element, or a chronological order in performing method steps, is only used to distinguish elements with the same name.
必須了解的是,當元件描述為”連接”或”耦接”至另一元件時,可以是直接連結、或耦接至其他元件,可能出現中間元件。相反地,當元件描述為”直接連接”或”直接耦接”至另一元件時,其中不存在任何中間元件。使用來描述元件之間關係的其他語詞也可類似方式解讀,例如”介於”相對於”直接介於”,或者是”鄰接”相對於”直接鄰接”等等。 It should be understood that when an element is referred to as being "connected" or "coupled" to another element, it can be directly connected or coupled to the other element, intervening elements may be present. In contrast, when an element is described as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements present. Other words used to describe the relationship between elements may be interpreted in a similar manner, such as "between" versus "directly between," or "adjacent" versus "directly adjacent," and so on.
第1圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式降噪耳機的示意圖。請參考第1圖,在此實施例中,是以無線耳機(wireless earbud)作為舉例。無線耳機是一對具有無線通訊能力的裝置,包含左無線耳機(left wireless earbud)101和右無線耳機(right wireless earbud)102,左無線耳機101與右無線耳機102之間並沒有實體
線互相連接。行動裝置103與左無線耳機101之間以及行動裝置103與右無線耳機102之間可使用無線通訊協定傳遞攜帶使用者的語音封包或音樂封包,例如藍芽(Bluetooth)的先進音訊分配規格(advanced audio distribution profile,A2DP)封包。
FIG. 1 is a schematic diagram of an active noise canceling earphone according to a preferred embodiment of the present invention. Please refer to FIG. 1 , in this embodiment, a wireless earbud is taken as an example. Wireless earbuds are a pair of devices with wireless communication capabilities, including a left wireless earbud (left wireless earbud) 101 and a right wireless earbud (right wireless earbud) 102, and there is no entity between the
在另一些實施例中,行動裝置103與左無線耳機101之間以及行動裝置103與右無線耳機102之間也可使用Wi-Fi直連(Wi-Fi Direct)等其他的點對點(peer-to-peer,P2P)無線通訊協定,本發明並不以此為限。
In other embodiments, between the
上述實施例中,主動式降噪耳機雖是以無線耳機舉例,然所屬技術領域具有通常知識者應當知道,主動式降噪耳機亦可以有線耳機作為實施例,本發明不以此為限。 In the above-mentioned embodiment, although the active noise canceling earphones are wireless earphones as an example, those skilled in the art should know that the active noise canceling earphones can also be implemented as wired earphones, and the present invention is not limited thereto.
第2圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式降噪耳機的等效取樣時間(sampled-time)方塊示意圖。在本實施例中,主動式降噪耳機為耳塞式耳機。請參考第2圖,主動式降噪耳機包括主動式降噪積體電路20以及音訊轉換設備21。音訊轉換設備21在此實施例包括一第一麥克風201、一第二麥克風202以及一揚聲器(未圖示)。在本發明實施例中,為了方面說明,以一虛線外框作為說明舉例,此虛線外框內表示耳機外殼19。其中,第一麥克風201在虛線外部,表示第一麥克風201配置於耳道外,用以接收耳道外的雜訊,第二麥克風202在虛線內部,表示第二麥克風202配置於耳道內。在以下實施例皆以此虛線外框做為表示,然此虛線並非用以限制本發明元件的配置。
FIG. 2 is a schematic diagram of an equivalent sampled-time (sampled-time) block diagram of an ANC earphone according to a preferred embodiment of the present invention. In this embodiment, the active noise reduction earphone is an earphone. Please refer to FIG. 2 , the ANC earphone includes an ANC integrated
第一麥克風201設置在耳機外殼19的外部,主要用於接收耳塞式耳機的外部噪音訊號。被第一麥克風201擷取的外部噪音訊號例如經過取向與類比數位轉換之後,轉換為一電訊號輸入給主動式降噪積體電路20。第一麥克風201可稱為參考麥克風。
The
第二麥克風202設置在耳機外殼19的內部,並位於耳機外殼19
與耳膜之間,主要用於接收使用者耳道裡面的噪音與迴音,亦即耳道回聲。耳機外殼19用於提供被動式噪音消除。舉例來說,耳機外殼19包括耳機隔音材料。更明確地,第二麥克風202用於接收在使用者耳道內的聲音訊號。被第二麥克風202擷取的聲音訊號將被轉換為電訊號,輸入給第二主動噪音消除濾波單元204。第二麥克風202可稱為誤差麥克風。
The
主動式降噪積體電路20用以基於通過第一麥克風201取得的電訊號及通過第二麥克風202取得的電訊號來產生抗噪電訊號。數位形式的抗噪電訊號例如依序經由數位類比轉換器、重建濾波器(reconstruction filter)、功率放大器及揚聲器的傳輸轉換為抗噪聲訊號。為了分析,前述的傳輸將以轉移函數來呈現。簡言之,抗噪電訊號經由前述傳輸的轉移函數轉換為抗噪聲訊號。據此,若要評估前述傳輸的轉移函數,需基於抗噪電訊號及抗噪聲訊號。
The active noise reduction integrated
然而,實務上,無法直接取得抗噪聲訊號。一種可能的替代方式是通過第二麥克風202在無外部噪音訊號的情境下接收抗噪聲訊號,並將抗噪聲訊號轉換出類比形式的另一電訊號。所述另一電訊號例如依序經由前置放大器、抗混疊濾波器及類比數位轉換器的傳輸轉換為數位形式的電訊號,所述電訊號取代抗噪聲訊號來評估轉移函數。
However, in practice, it is impossible to obtain the anti-noise signal directly. A possible alternative is to receive the anti-noise signal through the
雖然在替代方式下取得的轉移函數不僅涉及主動式降噪積體電路20至第二麥克風202的輸入的傳輸,還涉及第二麥克風202的輸出至主動式降噪積體電路20的傳輸,但為了簡化分析,此轉移函數可用來代表主動式降噪積體電路20至第二麥克風202的輸入的傳輸,在此以物理通道205表示之。需注意的是,物理通道205包括上述的揚聲器。簡言之,主動式降噪積體電路20輸出的抗噪電訊號經由上述物理通道205轉換為抗噪聲訊號。
Although the transfer function obtained in the alternative involves not only the transfer of the input of the
另一方面,外部噪音訊號從耳機外殼19的外側進入耳機外殼19的內側,最後抵達第二麥克風202。此傳輸即為主要路徑(primary path),未圖示。為了分析,主要路徑將以轉移函數來呈現。簡言之,外部噪音訊號經由主要路徑的轉移函數轉換為剩餘噪音訊號。據此,若要評估主要路徑的轉移函數,需基於外部噪音訊號及剩餘噪音訊號。
On the other hand, the external noise signal enters the inner side of the
然而,實務上,無法直接取得外部噪音訊號及剩餘噪音訊號。一種可能的替代方式是通過第一麥克風201接收外部噪音訊號,並將外部噪音訊號轉換出類比形式的另一電訊號。所述另一電訊號例如依序經由前置放大器、抗混疊濾波器及類比數位轉換器的傳輸轉換為數位形式的電訊號,所述電訊號取代外部噪音訊號來評估主要路徑的轉移函數。另一方面,通過第二麥克風202在主動式降噪積體電路20被禁能的情境下接收剩餘噪音訊號,並將剩餘噪音訊號轉換出類比形式的另一電訊號。所述另一電訊號例如依序經由前置放大器、抗混疊濾波器及類比數位轉換器的傳輸轉換為數位形式的電訊號,所述電訊號取代剩餘噪音訊號來評估主要路徑的轉移函數。
However, in practice, it is impossible to directly obtain the external noise signal and the residual noise signal. A possible alternative is to receive an external noise signal through the
在實際主動式降噪耳機操作時(也就是主動式降噪積體電路20致能時),抗噪聲訊號與剩餘噪音訊號進行干涉,以達到主動式降噪的效果。
When the ANC earphone is actually in operation (that is, when the ANC integrated
主動式降噪積體電路20包括第一路徑及第二路徑。
The
第一路徑接收來自第一麥克風201的輸出訊號,並且輸出一第一路徑抗噪訊號至物理通道205。第一路徑抗噪訊號受物理通道205轉換為用於消除噪音的第一訊號。
The first path receives the output signal from the
第二路徑接收來自第二麥克風202的輸出訊號,並且輸出一第二路徑抗噪訊號至物理通道205。第二路徑抗噪訊號受物理通道205轉換為用於消除噪音的第二訊號。
The second path receives the output signal from the
第一路徑包括第一主動噪音消除濾波單元203。進一步來說,第一路徑從第一麥克風201的輸出端開始,經由第一主動噪音消除濾波單元203,到物理通道205的輸入端。
The first path includes a first active noise
第二路徑包括第二主動噪音消除濾波單元204。進一步來說,第二路徑從第二麥克風202的輸出端開始,經由第二主動噪音消除濾波單元204,到物理通道205的輸入端。
The second path includes a second active noise
在第2圖實施例中,第一主動噪音消除濾波單元203將對第一麥克風201輸出的電訊號進行濾波處理後,產生一第一抗噪訊號y'1(n)。第一抗噪訊號y'1(n)在本實施例中做為第一路徑抗噪訊號。第一主動噪音消除濾波單元203的權重在第2圖中標記為W 1。第一主動噪音消除濾波單元203可使用多種方式實施,如使用通用硬體(例如,微控制單元、數位訊號處理器、單一處理器、具平行處理能力的多處理器、圖形處理器或其他具運算能力的處理器),並且在執行軟體以及/或韌體指令時,提供主動噪音消除濾波的功能。
In the embodiment in FIG. 2 , the first active noise
第二主動噪音消除濾波單元204將對第二麥克風202輸出的電訊號進行濾波處理後,產生一第二抗噪訊號y'2(n)。一第二抗噪訊號y'2(n)在本實施例中做為第二路徑抗噪訊號。第二主動噪音消除濾波單元204的權重在第2圖中標記為W 2。第二主動噪音消除濾波單元204可使用多種方式實施,如使用通用硬體(例如,微控制單元、數位訊號處理器、單一處理器、具平行處理能力的多處理器、圖形處理器或其他具運算能力的處理器),並且在執行軟體以及/或韌體指令時,提供主動噪音消除濾波的功能。
The second active noise
在本實施例中,第一抗噪訊號y'1(n)以及第二抗噪訊號y'2(n)係各自輸入至物理通道205。然而,本揭露不限定於此。在一些實施例中,第一抗噪訊號y'1(n)以及第二抗噪訊號y'2(n)可以在數位域內相加,經加總的抗噪訊號輸入至物理通道205。
In this embodiment, the first anti-noise signal y ′ 1 ( n ) and the second anti-noise signal y ′ 2 ( n ) are input to the
音訊轉換設備21將第一抗噪訊號y'1(n)以及第二抗噪訊號y'2(n)經由物理通道205將被轉換為聲音訊號,並合成為一噪音消除訊號(也就是前述的抗噪聲訊號)。此噪音消除訊號實際在耳道傳導時,會因為聲波在耳道裡的反射與衰減,產生迴音干擾。換句話說,噪音消除訊號會經過一真實環境的物理通道到達使用者耳朵以及第二麥克風202。
The
在本實施例中,可堆疊多重主動降噪音積體電路20例如是具有雙抗噪音系統,也就是具有兩個主動噪音消除濾波單元203及204,可以對應地輸出兩個噪音消除訊號。兩個噪音消除訊號互相干涉一般會預期可以達到更進一步壓抑噪音的效果。然而,實際上並非如此,詳細說明於第3圖。請參考第3圖,第3圖繪示為第2圖實施例的壓抑雜訊結果比較圖。
In this embodiment, the stackable multiple active noise reduction integrated
如第3圖所示,縱代表振幅(magnitude)大小以及橫軸代表頻率。標號301表示雜訊;標號302表示僅開啟第一主動噪音消除濾波單元203(feed forward,FF)的雜訊抑制結果;標號303表示僅開啟第二主動噪音消除濾波單元204(feedback,FB)的雜訊抑制結果;標號304表示開啟第一主動噪音消除濾波單元203以及第二主動噪音消除濾波單元204(FF+FB)的預期雜訊抑制結果;而標號305表示開啟第一主動噪音消除濾波單元203以及第二主動噪音消除濾波單元204(FF+FB)的真實雜訊抑制結果。比較標號304及305可觀察出,標號304及305在相對低頻處有重疊,但在相對高頻處沒有重疊。也就是說,在相對高頻處,真實雜訊抑制結果無法達到預期雜訊抑制結果。
As shown in FIG. 3 , the vertical axis represents magnitude and the horizontal axis represents frequency. The
為了說明為何有這樣的結果,參回至第2圖,d(n)代表源自外部噪音訊號的主噪音訊號,亦即前述的剩餘噪音訊號;y 1(n)代表相關於第一主動噪音消除濾波單元203所輸出的第一抗噪訊號y'1(n)的第一訊號,該第一訊號y 1(n)為聲音訊號;y 2(n)代表相關於第二主
動噪音消除濾波單元204所輸出的第二抗噪訊號y'2(n)的第二訊號,該第二訊號y 2(n)為聲音訊號;以及,e(n)代表第二麥克風202輸出的誤差訊號。需特別說明的是,為了簡化說明,省略聲音訊號轉換為數位形式的電訊號的過程。
In order to explain why there is such a result, refer back to Figure 2, d ( n ) represents the main noise signal from the external noise signal, that is, the aforementioned residual noise signal; y 1 ( n ) represents the relative first active noise Eliminate the first signal of the first anti-noise signal y ' 1 ( n ) output by the
第二麥克風202所輸出的誤差訊號e(n)可視為是數位形式的電訊號。
The error signal e ( n ) output by the
在沒有開啟任何主動噪音消除濾波單元203以及204的情況下,第二麥克風202僅擷取到主噪音訊號d(n)做為誤差訊號e(n),也就是,e(n)=d(n)。在開啟第二主動噪音消除濾波單元204的情況下,第二麥克風202擷取到主噪音訊號d(n)以及第二訊號y 2(n)做為誤差訊號e(n),也就是,e(n)=d(n)+y 2(n)。主噪音訊號d(n)及第二訊號y 2(n)經由加法單元206相加。需說明的是,在圖中所繪示的加法單元206並非為實體元件,僅是分析中方便理解。類似地,在開啟主動噪音消除濾波單元203以及204的情況下,第二麥克風202擷取到主噪音訊號d(n)、第一訊號y 1(n)以及第二訊號y 2(n)做為誤差訊號e(n),也就是,e(n)=d(n)+y 1(n)+y 2(n)。
When no active noise
第二主動噪音消除濾波單元204是基於第二麥克風202收到的誤差訊號e(n)來產生第二抗噪訊號y'2(n)。然而,在此情況下,基於式子e(n)=d(n)+y 1(n)+y 2(n)可知,第二麥克風202擷取到的誤差訊號e(n)已經受到第一訊號y 1(n)的干擾,使得第二主動噪音消除濾波單元204產生的第二抗噪訊號y'2(n)不是有效的,進而導致了例如雜訊處理過度的問題。簡言之,每一次的第二麥克風202接收的聲音都含有第一訊號y 1(n),導致實際的噪音無法被適當的壓抑或是過渡補償。
The second active noise
上述的實施例中的耳機類型是耳塞式耳機,也就是說,耳機外殼19視為可有效阻隔第二訊號y 2(n)傳播至耳塞式耳機的外部,使得第一麥克風201是無法接收到第二訊號y 2(n)。若耳機為開放式而
使耳機外殼19視為無法有效阻隔第二訊號y 2(n)傳播至耳機的外部時,第一麥克風201會接收到第二訊號y 2(n),其將導致互相干擾的情況更加嚴重,進而可能導致雜訊反而會比只有單一降噪系統的情況更加嚴重。
The earphone type in the above-mentioned embodiment is an earphone, that is to say, the
為了解決以上所述的問題,一種可能的方式是基於線性系統的數學原理將第一訊號y 1(n)從誤差訊號e(n)中移除,如本案第4圖的實施例。 In order to solve the above-mentioned problems, one possible way is to remove the first signal y 1 ( n ) from the error signal e ( n ) based on the mathematical principle of linear systems, such as the embodiment in FIG. 4 of this application.
第4圖繪示為本發明一較佳實施例的具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。第4圖的主動式降噪耳機採用複合式降噪架構。參照第4圖,第4圖的主動式降噪耳機類似於第2圖的主動式降噪耳機,差別在於,第4圖的可堆疊多重主動降噪音積體電路20進一步包括一第一解耦合單元40。第一解耦合單元40是用來將第二麥克風202所擷取到的誤差訊號e(n)中的第一訊號y 1(n)以電訊號處理方式去除。在一些實施例中,第一解耦合單元40是通過數位訊號處理器來實現。在本實施例,第一路徑從第一麥克風201的輸出端開始,經由第一主動噪音消除濾波單元203,到物理通道205的輸入端;以及,第二路徑從第二麥克風202的輸出端開始,經由第二主動噪音消除濾波單元204,到物理通道205的輸入端。
FIG. 4 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone with good isolation according to a preferred embodiment of the present invention. The active noise reduction headphones in Figure 4 use a composite noise reduction architecture. Referring to Fig. 4, the active noise-cancelling earphone in Fig. 4 is similar to the active noise-cancelling earphone in Fig. 2, the difference is that the stackable multiple active noise-cancelling
第一解耦合單元40包括一第一通道模擬濾波器401以及一第一加法電路402。第一通道模擬濾波器401例如是模擬物理通道205的轉移函數,此模擬的物理通道用Z域轉移函數表示為。換言之,模擬的物理通道實質上相同於物理通道S(z)205。
The
物理通道205用以代表ANC濾波器(例如第一主動噪音消除濾波單元203或第二主動噪音消除濾波單元204)至第二麥克風202的傳輸,藉此分析ANC濾波器輸出的電訊號在經過所述傳輸後的轉換,其中以轉移函數S(z)來代表模擬結果。在一些可能的實施方
式中,係將外部噪音源移除,並基於ANC濾波器輸出的電訊號及基於經由第二麥克風202取得的誤差訊號e(n)來評估轉移函數S(z),其中因無外部噪音源,不存在主噪音訊號d(n)。故,誤差訊號e(n)實質上相同於第一訊號y 1(n)及第二訊號y 2(n)中至少一者或其總和,視第一主動噪音消除濾波單元203及第二主動噪音消除濾波單元204的啟動情況而定。
The
第一通道模擬濾波器401接收第一主動噪音消除濾波單元203所輸出的第一抗噪訊號y'1(n),以產生第一解耦合訊號。在模擬的物理通道實質上相同於物理通道S(z)205的情況下,由於模擬的物理通道及物理通道S(z)205的輸入訊號均為第一抗噪訊號y'1(n),模擬的物理通道所輸出的第一解耦合訊號實質上等效於物理通道S(z)205所輸出的第一訊號y 1(n)。接著,第一加法電路402的第一輸入埠接收第一解耦合訊號,第一加法電路402的第二輸入埠接收誤差訊號e(n)。接著,第一加法電路402將誤差訊號e(n)中的第一解耦合訊號的成份扣除(視為扣除第一訊號y 1(n)),並提供給第二主動噪音消除濾波單元204。第二主動噪音消除濾波單元204所接收到的誤差訊號e(n)便實質上等於d(n)+y 2(n),不再含有第一訊號y 1(n)。因此,雜訊抑制效果會顯著的提昇。本實施例藉由第一解耦合單元40在電路的訊號處理中,將誤差訊號e(n)的第一訊號y 1(n)扣除,以解決上述過度補償的問題。
The first
第5圖繪示為本發明一較佳實施例的具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。第5圖的主動式降噪耳機採用複合式降噪架構。請參考第2圖以及第5圖,在此實施例中,可堆疊多重主動降噪音積體電路20同樣地額外新增了一第一解耦合單元50,用以將第一訊號y 1(n)以電訊號處理方式去除。
FIG. 5 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone with good isolation according to a preferred embodiment of the present invention. The active noise reduction headphones in Figure 5 use a composite noise reduction architecture. Please refer to FIG. 2 and FIG. 5. In this embodiment, a
在此實施例中,第一解耦合單元50包括一第一通道模擬濾波器501、一第三主動噪音消除濾波單元502、一第一加法電路503以及一第二加法電路504。
In this embodiment, the
第一通道模擬濾波器501的功能相同於第4圖實施例的第一通道模擬濾波器401。第一通道模擬濾波器501用以模擬物理通道205,接收第一抗噪訊號y'1(n),以產生第一解耦合訊號,其中,第一抗噪訊號y'1(n)為由第一麥克風201所接收的外部噪音訊號,並經過取樣數位/類比轉換之後,透過第一主動噪音消除濾波單元203之運算獲得。
The function of the first
在本實施例中,第三主動噪音消除濾波單元502的轉移函數例如與第二主動噪音消除濾波單元204的轉移函數相同,因此第三主動噪音消除濾波單元502的權重也為W 2。也就是說,第三主動噪音消除濾波單元502的濾波運算與第二主動噪音消除濾波單元204的濾波運算相同。因此,當第一解耦合訊號輸入進第三主動噪音消除濾波單元502時,第三主動噪音消除濾波單元502所輸出的第三抗噪訊號可表示為。
In this embodiment, the transfer function of the third active noise
第二主動噪音消除濾波單元204接收到第二麥克風202所輸出的誤差訊號,標記為d(n)+y 1(n)+y 2(n),故第二主動噪音消除濾波單元204所輸出的訊號標記為〔d(n)+y 1(n)+y 2(n)〕W 2。
The second active noise
第一加法電路503的第一輸入埠接收第三抗噪訊號,第一加法電路503的第二輸入埠接收第二抗噪訊號〔d(n)+y 1(n)+y 2(n)〕W 2。由於實質上等效於y 1(n),因此,第一加法電路503將兩訊號相減之後,輸出近似為〔d(n)+y 2(n)〕W 2。此〔d(n)+y 2(n)〕W 2即去除了y 1(n)的成份。又,該輸出〔d(n)+y 2(n)〕W 2中的主噪音訊號d(n)可忽略不計。因此,該輸出〔d(n)+y 2(n)〕W 2可進一步簡化為式子〔y 2(n)〕W 2,其在此表示為y'2(n)。由此可知,雖然第二主動噪音消除濾波單元204受到第一訊號y 1(n)的干擾,但該干
擾通過第三主動噪音消除濾波單元502及第一加法電路503被等效地消除了。
The first input port of the first adding
第二加法電路504的第一輸入埠耦接第一加法電路503的輸出埠,以接收輸出y'2(n),第二加法電路504的第二輸入埠接收第一抗噪訊號y'1(n),將兩訊號相加以獲得噪音消除訊號的電訊號成分y'1(n)+y'2(n)。在一些實施例中,可省略第二加法電路504。
The first input port of the second adding
上述第5圖之實施例是採用與第4圖不同的解耦合方式,卻同樣能夠消除多餘的第一訊號y 1(n)成份。以下另提出一個實施例,同樣可以消除多餘的第一訊號y 1(n)成份,使所屬技術領域具有通常知識者能據以實施本發明。 The above-mentioned embodiment in FIG. 5 adopts a decoupling method different from that in FIG. 4 , but it can also eliminate redundant components of the first signal y 1 ( n ). Another embodiment is proposed below, which can also eliminate redundant components of the first signal y 1 ( n ), so that those skilled in the art can implement the present invention accordingly.
第6圖繪示為本發明一較佳實施例的具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。第6圖的主動式降噪耳機採用複合式降噪架構。不同於第5圖的實施例是對第二麥克風202提供的誤差訊號e(n)進行處理以達到解耦合的效果,在第6圖的實施例中,是對第一麥克風201提供的訊號進行處理以達到解耦合的效果,詳細說明如下。
FIG. 6 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone with good isolation according to a preferred embodiment of the present invention. The active noise-canceling headphones in Figure 6 use a composite noise-canceling architecture. Different from the embodiment in FIG. 5, the error signal e ( n ) provided by the
第一解耦合單元60包括一第三主動噪音消除濾波單元601、一通道模擬濾波器602、一第一加法電路603以及一第二加法電路604,其中通道模擬濾波器602的功能相同於第4圖實施例的第一通道模擬濾波器401。
The
第三主動噪音消除濾波單元601的運算與第二主動噪音消除濾波單元204的運算相同,較為不同的是,此第三主動噪音消除濾波單元601接收由第一主動噪音消除濾波單元203所輸出的第一抗噪訊號y'1(n),並輸出第三抗噪訊號y'1(n)W 2。之後,再經由第一通道模擬濾波器602處理,產生第一解耦合訊號。
The operation of the third active noise
此外,第三主動噪音消除濾波單元601的操作類似於第5圖的第三主動噪音消除濾波單元502,差別在於,在第5圖的實施例中第
一抗噪訊號y'1(n)先經由第一通道模擬濾波器501處理,再經由第三主動噪音消除濾波單元502處理,而在本實施例中,第一抗噪訊號y'1(n)先經由第三主動噪音消除濾波單元601處理,再經由通道模擬濾波器602處理。根據線性系統的數學原理,上述配置順序的不同實質上不導致結果的改變,在此不予贅述。據此,在一些實施例中,可配置為第一抗噪訊號y'1(n)先經由通道模擬濾波器602處理,再經由第三主動噪音消除濾波單元601處理。
In addition, the operation of the third active noise
第一加法電路603的第一輸入埠接收第一解耦合訊號,第一加法電路603的第二輸入埠接收第一抗噪訊號y'1(n),並將兩者相減,之後透過第二加法電路604將第二主動噪音消除濾波單元204路徑上的訊號進行互相干涉,以消除第二主動噪音消除濾波單元204輸出的抗噪訊號〔d(n)+y 1(n)+y 2(n)〕W 2中多餘的第一訊號y 1(n)成份。明確來說,第一加法電路603輸出的訊號[y'1(n)-]中的成分用來消除第二主動噪音消除濾波單元204輸出的抗噪訊號〔d(n)+y 1(n)+y 2(n)〕W 2中的成分[y 1(n)W 2]。又,抗噪訊號〔d(n)+y 1(n)+y 2(n)〕W 2中的主噪音訊號d(n)可忽略不計。據此,第二加法電路604輸出的訊號為[y 2(n)W 2+y'1(n)],其進一步簡化為[y'2(n)+y'1(n)]。
The first input port of the first adding
上述實施例中,都是以耳塞式耳機作為舉例。由於耳塞式耳機對於內部麥克風與外部麥克風之間具有良好的隔離作用,故內部麥克風所接收到的雜訊,外部麥克風是無法接收到的。因此,在上述實施例中,回聲噪音無法影響到第一麥克風。以下舉一個沒有良好隔離的例子。 In the above-mentioned embodiments, earphones are taken as examples. Since the earphone has a good isolation effect between the internal microphone and the external microphone, the noise received by the internal microphone cannot be received by the external microphone. Therefore, in the above embodiment, the echo noise cannot affect the first microphone. Here is an example of not having good isolation.
第7圖繪示為本發明一較佳實施例的不具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。第7圖的主動式降噪耳機採用複合式降噪架構。請參考第7圖,在此實施例中,主動式降噪耳機是半入耳式(semi-in-ear)。此種類的主動式降噪耳機的耳
機外殼19無法有效地阻隔聲音從主動式降噪耳機的內部傳遞至主動式降噪耳機的外部,故耳道內部回聲的反向雜訊也會干擾到外部的第一麥克風201。因此,上述主動式降噪耳機的系統的可堆疊多重主動降噪音裝置除了第一解耦合單元40外,更包括一第二解耦合單元70。
FIG. 7 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC headphone without good isolation according to a preferred embodiment of the present invention. The active noise reduction headphones in Figure 7 use a composite noise reduction architecture. Please refer to FIG. 7, in this embodiment, the ANC earphone is semi-in-ear. The ear of active noise canceling headphones of this type
The
此技術與上述幾個實施例的概念相同。第一解耦合單元40用以根據第一主動噪音消除濾波單元203所輸出的抗噪訊號,產生第一解耦合訊號。同樣地,第二解耦合單元70用以根據第二主動噪音消除濾波單元204所輸出的抗噪訊號,產生第二解耦合訊號。
The concept of this technique is the same as that of the above-mentioned several embodiments. The
在此實施例中,第一解耦合單元40類似於第4圖的實施例,包括一第一通道模擬濾波器401以及第一加法電路402。第一通道模擬濾波器401實質上相同於物理通道205,其接收第一主動噪音消除濾波單元203所輸出的第一抗噪訊號y'1(n),以產生第一解耦合訊號,此第一解耦合訊號實質上幾乎等於第一訊號y 1(n)。第二麥克風202所接收的第一誤差訊號e 2(n)為[d 2(n)+y 1(n)+y 2(n)]。接著,第一加法電路402的第一輸入埠接收第一解耦合訊號,第一加法電路402的第二輸入埠接收第一誤差訊號e 2(n)。藉此,第一解耦合訊號將第一誤差訊號e 2(n)的y 1(n)成份扣除,並輸出給第二主動噪音消除濾波單元204,第二主動噪音消除濾波單元204所接收到的訊號e 2’(n)便實質上等於d 2(n)+y 2(n)。換言之,第二主動噪音消除濾波單元204不再受到第一訊號y 1(n)的干擾,而能夠產生有效的抗噪訊號。為了方便說明第7圖的實施例中,物理通道205的轉移函數表示為S 1(z),第一通道模擬濾波器401的轉移函數表示為。
In this embodiment, the
另一方面,由於在本實施例中耳機的機構外觀不是隔離式,故,耳道內部回聲的反向雜訊也會干擾到外部的第一麥克風201,此真實環境的另一物理通道72同樣以Z域轉移函數表示為S 2(z)。換
句話說,此第二物理通道72的轉移函數S 2(z)用以代表主動式降噪積體電路20至第一麥克風201的輸入之間的傳輸。同樣地,可堆疊多重主動降噪音積體電路20所輸出的抗噪訊號y'1(n)與y'2(n)經由第二物理通道72傳輸後,x 1(n)代表相關於第一抗噪訊號y'1(n)對應的聲音訊號,x 2(n)代表相關於第二抗噪訊號y'2(n)的聲音訊號。就實際聲音訊號傳輸來說,由於訊號x 1(n)及x 2(n)是由耳道內傳送到第一麥克風201,其通道響應是和耳道內的通道響應不同。因此,訊號x 1(n)及x 2(n)不同於聲音訊號y 1(n)及y 2(n)。
On the other hand, since the mechanism appearance of the earphone in this embodiment is not isolated, the reverse noise of the echo inside the ear canal will also interfere with the external
除接收訊號x 1(n)及x 2(n)以外,第一麥克風201還接收外部噪音訊號d 1(n),據此,第一麥克風201將外部噪音訊號d 1(n)、訊號x 1(n)及x 2(n)作為第二誤差訊號e 1(n)。另說明,外部噪音訊號d 1(n)進入主動式降噪耳機的外部後轉換為主噪音訊號d 2(n),主噪音訊號d 2(n)實質上等同於第2圖實施例的主噪音訊號d(n)。
In addition to receiving the signals x 1 ( n ) and x 2 ( n ), the
若不對第二誤差訊號e 1(n)進行處理,而讓第一主動噪音消除濾波單元203接收包含訊號x 2(n)的第二誤差訊號e 1(n),類似於第2圖實施例說明的理由,第一主動噪音消除濾波單元203受到訊號x 2(n)的干擾,因而產生的抗噪訊號無法有效的消除噪音。因此,需從第二誤差訊號e 1(n)中移除訊號x 2(n),使得第一主動噪音消除濾波單元203接收的訊號不含有訊號x 2(n)。
If the second error signal e 1 ( n ) is not processed, and the first active noise
因此,本實施例提出一第二解耦合單元70,包括一第二通道模擬濾波器701以及一第二加法電路702。由於訊號x 2(n)是由物理通道72所輸出,因此為了有效地消除第二誤差訊號e 1 (n)中的訊號x 2(n),第二通道模擬濾波器701需模擬上述物理通道72,而非模擬物理通道205。
Therefore, this embodiment proposes a
第二通道模擬濾波器701接收第二主動噪音消除濾波單元204輸出的第二抗噪訊號y'2(n),以產生第二解耦合訊號。此第二解耦合訊號實質上幾乎等於訊號x 2(n)。接著,第二加法電路
702的第一輸入埠接收第二解耦合訊號,第二加法電路702的第二輸入埠接收第二誤差訊號e 1(n)。藉此,將第二誤差訊號e 1(n)中的訊號x 2(n)成份扣除,並輸出給第一主動噪音消除濾波單元203。第一主動噪音消除濾波單元203所接收到的訊號e 1’(n)便實質上等於d 1(n)+x 1(n),第一主動噪音消除濾波單元203不會受到訊號x 2(n)的干擾,因而產生的第一抗噪訊號y'1(n)是有效的。
The second
在本實施例中,第一路徑從第一麥克風201的輸出端開始,經由第一主動噪音消除濾波單元203,到物理通道205及72的輸入端。第二路徑從第二麥克風202的輸出端開始,經由第二主動噪音消除濾波單元204,到物理通道205及72的輸入端。第一路徑抗噪訊號受第二物理通道72轉換為第三訊號x 1(n)。第二路徑抗噪訊號受第二物理通道72轉換為第四訊號x 2(n)。換句話說,第一路徑接收到含有第四訊號x 2(n)成分的第二誤差訊號e 1(n),使得第一路徑中的第一主動噪音消除濾波單元203受到第四訊號x 2(n)干擾。本實施例中的第二解耦合單元70基於第二抗噪訊號y'2(n)移除第一路徑中第四訊號x 2(n)的成分。
In this embodiment, the first path starts from the output end of the
在另一些實施例中,僅以單一麥克風來實現,但是確有雙抗噪音系統的例子。如第8圖所示,第8圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。第8圖的實施例主動式降噪耳機採用反饋式降噪架構。請參考第8圖,在此實施例中,僅有第二麥克風202(耳道內雜訊接收麥克風),然而,在此實施例中,確有第一主動噪音消除濾波單元203以及第二主動噪音消除濾波單元204。
In other embodiments, only a single microphone is implemented, but there are examples of dual anti-noise systems. As shown in FIG. 8, FIG. 8 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone according to a preferred embodiment of the present invention. The embodiment of the active noise reduction earphone in Fig. 8 adopts a feedback noise reduction architecture. Please refer to Fig. 8, in this embodiment, there is only the second microphone 202 (noise receiving microphone in the ear canal), however, in this embodiment, there is indeed a first active noise
不同於第7圖的實施例,若第一主動噪音消除濾波單元203接收的訊號未經解耦合處理,也就是直接接收未經解耦合處理的誤差訊號e(n),第一主動噪音消除濾波單元203將會受到第二訊號y 2(n)的干擾,而非第7圖的實施例的訊號x 2(n)。因此為了有效地
消除誤差訊號e(n)中的訊號y 2(n),第二解耦合單元80中的通道模擬濾波器801需模擬上述物理通道205,而非模擬物理通道72,以產生第二解耦合訊號。同樣地,第二加法電路802接收第二解耦合訊號與誤差訊號e(n),並將誤差訊號e(n)中的訊號y 2(n)成份扣除,輸出給第一主動噪音消除濾波單元203。第一主動噪音消除濾波單元203所接收到的訊號e 1’(n)便實質上等於d(n)+y 1(n),使得第一主動噪音消除濾波單元203不會受到訊號y 2(n)的干擾,因而產生有效噪的第一抗噪訊號y'1(n)。
Different from the embodiment in FIG. 7, if the signal received by the first active noise
也就是說,請參考第7圖與第8圖,第7圖與第8圖的實施例採用幾乎相同的消除架構,唯一的差異是第8圖僅有第二麥克風202。由於消除多餘的成份之方法類似,故在此不予贅述。
That is to say, please refer to FIG. 7 and FIG. 8 , the embodiments in FIG. 7 and FIG. 8 adopt almost the same cancellation architecture, and the only difference is that FIG. 8 only has the
在本實施例中,第一路徑從第二麥克風202的輸出端開始,經由第一主動噪音消除濾波單元203,到物理通道205的輸入端。第二路徑從第二麥克風202的輸出端開始,經由第二主動噪音消除濾波單元204,到物理通道205的輸入端。
In this embodiment, the first path starts from the output end of the
第9圖繪示為本發明一較佳實施例的具備良好隔離之主動式降噪耳機的等效取樣時間方塊示意圖。第9圖的主動式降噪耳機採用複合式降噪架構。請先參考第9圖以及第8圖,第9圖與第8圖的差異在於,額外增加了前饋式降噪,也就是增加第一麥克風201以及第三主動噪音消除濾波單元91。
FIG. 9 is a schematic block diagram of an equivalent sampling time of an ANC earphone with good isolation according to a preferred embodiment of the present invention. The active noise reduction headphones in Figure 9 use a composite noise reduction architecture. Please refer to FIG. 9 and FIG. 8 first. The difference between FIG. 9 and FIG. 8 is that additional feed-forward noise reduction is added, that is, the
對於第一主動噪音消除濾波單元203來說,若第一主動噪音消除濾波單元203接收的訊號未經解耦合處理,第一主動噪音消除濾波單元203會受到訊號y 0(n)及y 2(n)的干擾。因此,利用第三解耦合單元90中的通道模擬濾波器901及加法電路902用於消除訊號y 0(n)的干擾,以及利用第二解耦合單元80消除訊號y 2(n)的干擾。消除干擾的原理,相同於前述各實施例,於此不再贅述。
For the first active noise
對第二主動噪音消除濾波單元204來說,若第二主動噪音消除濾
波單元204接收的訊號未經解耦合處理,第二主動噪音消除濾波單元204會受到訊號y 0(n)及y 1(n)的干擾。因此,利用第三解耦合單元90中的通道模擬濾波器901及加法電路903用於消除訊號y 0(n)的干擾,以及利用第一解耦合單元40消除訊號y 1(n)的干擾。消除干擾的原理,相同於前述各實施例,於此不再贅述。另外,在本實施例中,為了簡化元件示意圖中走線複雜度,第9圖中加法單元206與第二麥克風202繪製的相對位置與第8圖中的加法單元206與第二麥克風202的位置對調,然本領域具有通常知識者應當可以推知,圖式中加法單元206與第二麥克風202的相對位置不能用以限制本發明的元件配置。
For the second active noise
由上述的說明可知,本實施例進一步還包括了一第三路徑,第三路徑從第一麥克風201的輸出端開始,經由第三主動噪音消除濾波單元91,到物理通道205的輸入端。第三主動噪音消除濾波單元91所輸出的第三抗噪訊號y'0(n)在本實施例例如為第三路徑抗噪訊號,並且,第三抗噪訊號y'0(n)經過物理通道205轉換為第三訊號y 0(n)。由於第一路徑與第二路徑都接收到含有第三訊號y 0(n)成分的誤差訊號e(n)。因此,本實施例提出的第三解耦合單元90,基於第三抗噪訊號y'0(n)移除第一路徑與第二路徑中的第三訊號y 0(n)的成分。
It can be seen from the above description that this embodiment further includes a third path, the third path starts from the output end of the
為了解決以上所述的問題,本發明實施例提出一種可堆疊多重主動降噪音方法。第10圖繪示為本發明一較佳實施例的可堆疊多重主動降噪音方法的流程圖。請參考第10圖,此可堆疊多重主動降噪音方法包括下列步驟: In order to solve the above-mentioned problems, an embodiment of the present invention proposes a stackable multiple active noise reduction method. FIG. 10 is a flow chart of a stackable multiple active noise reduction method according to a preferred embodiment of the present invention. Please refer to Figure 10, this stackable multiple active noise reduction method includes the following steps:
步驟S1001:提供一第一路徑,輸出一第一路徑抗噪訊號,其中該第一路徑抗噪訊號受一物理通道轉換為一第一訊號,第一路徑包括:一第一主動噪音消除濾波單元,用以產生一第一抗噪訊號;提供一第二路徑,接收含有第一訊號的成分的一誤差訊號, 並且輸出一第二路徑抗噪訊號至物理通道,第二路徑包括:一第二主動噪音消除濾波單元,用以產生一第二抗噪訊號,其中第二抗噪訊號衍生出第二路徑抗噪訊號。 Step S1001: Provide a first path, output a first path anti-noise signal, wherein the first path anti-noise signal is converted into a first signal by a physical channel, the first path includes: a first active noise elimination filter unit , for generating a first anti-noise signal; providing a second path for receiving an error signal containing components of the first signal, And output a second path anti-noise signal to the physical channel, the second path includes: a second active noise cancellation filter unit for generating a second anti-noise signal, wherein the second anti-noise signal derives the second path anti-noise signal.
步驟S1002:基於第一抗噪訊號移除第二路徑中第一訊號的成分。如第4圖所示,藉由將第一抗噪訊號,透過第一通道模擬濾波器401,在第二主動噪音消除濾波單元的輸入端,將第二主動噪音消除濾波單元204所收到的誤差訊號e(n)中的第一訊號y 1(n)之成份移除。再者,如第5圖所示,藉由將第一抗噪訊號,透過第一通道模擬濾波器501以及第三主動噪音消除濾波單元502(此單元與第二主動噪音消除濾波單元的轉移函數相同),產生解耦合訊號,並且在第二主動噪音消除濾波單元204的輸出端進行解耦合。同樣地,如第6圖所示,藉由將第一抗噪訊號,透過聲音通道模擬濾波器602以及第三主動噪音消除濾波單元601(此單元與第二主動噪音消除濾波單元的轉移函數相同),產生解耦合訊號,並且在第二主動噪音消除濾波單元204的輸出之後進行解耦合。換句話說,只要有至少兩個主動噪音消除濾波單元,且上述主動噪音消除濾波單元所生成的抗噪訊號會互相耦合的情況下,便可以藉由其中一個特定抗噪訊號產生解耦合訊號,將其他主動噪音消除濾波單元路徑中,特定抗噪訊號之成份消除。藉此,本發明可以消除上述互相干擾的情況。上述第7、8、9圖的實施例便是利用此精神所衍生的實施例。故本發明並不以4、5、6圖為限。
Step S1002: Remove components of the first signal in the second path based on the first anti-noise signal. As shown in FIG. 4, by passing the first anti-noise signal through the first
步驟S1003:基於第一路徑抗噪訊號及第二路徑抗噪訊號進行播放,藉以消除噪音。 Step S1003: Play based on the anti-noise signal of the first path and the anti-noise signal of the second path, so as to eliminate the noise.
綜上所述,本發明的精神在於在主動式降噪耳機中的主動降噪音裝置內,設置多個主動噪音消除濾波單元,且每一個主動噪音消除濾波單元之輸出訊號造成其他主動噪音消除濾波單元所產生的 多餘成份,藉由解耦合的方式將上述多餘成份消除,因此,上述多個主動噪音消除濾波單元所輸出的訊號便可以以符合真實噪音的情況,恰當的堆疊,進而所輸出的噪音消除訊號能更加符合所接收到的噪音,更能恰當的消除噪音。 In summary, the spirit of the present invention is to set a plurality of active noise cancellation filter units in the active noise cancellation device of the active noise cancellation earphone, and the output signal of each active noise cancellation filter unit causes other active noise cancellation filter produced by the unit The redundant components are eliminated by decoupling. Therefore, the signals output by the above-mentioned multiple active noise cancellation filter units can be properly stacked in accordance with the real noise situation, and the output noise cancellation signals can be It is more in line with the received noise and can more properly cancel the noise.
雖然圖1至圖9中包含了以上描述的元件,但不排除在不違反發明的精神下,使用更多其他的附加元件,已達成更佳的技術效果。此外,雖然圖10的流程圖採用指定的順序來執行,但是在不違反發明精神的情況下,熟習此技藝人士可以在達到相同效果的前提下,修改這些步驟間的順序,所以,本發明並不侷限於僅使用如上所述的順序。此外,熟習此技藝人士亦可以將若干步驟整合為一個步驟,或者是除了這些步驟外,循序或平行地執行更多步驟,本發明亦不因此而侷限。 Although the elements described above are included in FIGS. 1 to 9 , it is not excluded that more additional elements may be used to achieve better technical effects without violating the spirit of the invention. In addition, although the flow chart of FIG. 10 is executed in a specified order, those skilled in the art can modify the order of these steps without violating the spirit of the invention under the premise of achieving the same effect. Therefore, the present invention does not It is not limited to use only the sequence described above. In addition, those skilled in the art may also integrate several steps into one step, or perform more steps sequentially or in parallel in addition to these steps, and the present invention is not limited thereby.
雖然本發明使用以上實施例進行說明,但需要注意的是,這些描述並非用以限縮本發明。相反地,此發明涵蓋了熟習此技藝人士顯而易見的修改與相似設置。所以,申請權利要求範圍須以最寬廣的方式解釋來包含所有顯而易見的修改與相似設置。 Although the present invention is described using the above examples, it should be noted that these descriptions are not intended to limit the present invention. On the contrary, the invention covers modifications and similar arrangements obvious to those skilled in the art. Therefore, the claims of the application must be interpreted in the broadest manner to include all obvious modifications and similar arrangements.
20:可堆疊多重抗噪訊號的主動降噪積體電路 20: Active noise reduction integrated circuits that can stack multiple anti-noise signals
21:音訊轉換設備 21:Audio conversion equipment
201:第一麥克風 201: The first microphone
202:第二麥克風 202:Second microphone
203:第一主動噪音消除濾波單元 203: The first active noise cancellation filter unit
204:第二主動噪音消除濾波單元 204: The second active noise cancellation filter unit
205:物理通道 205: Physical channel
40:第一解耦合單元 40: the first decoupling unit
401:第一通道模擬濾波器 401: The first channel analog filter
402:第一加法電路 402: The first addition circuit
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