个人收听装置中有源噪声消除的设备和方法与流程

本申请是国际申请日为2016年2月19日、国家申请号为201680012033.5、发明名称为“个人收听装置中有源噪声消除的设备和方法”的进入中国国家阶段的pct申请的分案申请。

本发明的实施方案整体涉及在检测到个人收听装置振动时通过减少有源噪声控制(anc)系统在噪声消除控制信号中生成的伪迹来改善个人收听装置(pld)中的anc的设备和方法。更具体地，本发明的一个实施方案涉及具有有源噪声控制(anc)系统的个人收听装置，anc系统检测个人收听装置的振动并通过重新配置anc系统生成基于所检测到的振动的抗噪声信号来减少anc系统所生成的伪迹。

背景技术：

当前，一些个人收听装置诸如耳塞、耳机、头戴受话器包括通过消除外部或背景(环境)噪声使其不被使用者听到来为使用者改善收听体验的有源噪声控制(anc)(也被称为声学噪声消除)系统。anc技术通过生成使个人收听装置引入抗噪声的控制信号来消除外部或背景声音，抗噪声是被设计为抵消或破坏性地干扰所期望外部或背景声音的附加的电子控制的声场。

在一些anc系统中，包括在个人收听装置(pld)中的参考麦克风可用于拾取主噪声源并生成参考信号。在一些anc系统中，也耦接到个人收听装置(pld)的误差麦克风可用于检测用户听到的不期望的噪声并生成代表尽管anc系统工作但可能仍然保留的残余噪声的误差信号。误差信号监视anc系统的性能。参考信号和误差信号然后可用于控制anc系统中滤波器的适配。

然而，执行anc的个人收听装置常常有以稳定方式执行anc的问题。例如，当在步行、跑步或轻微不平坦的公车搭乘时使用个人收听装置时，参考麦克风和误差麦克风所捕获的声场可能与要消除的不期望背景噪声有显著的差别。因此，自适应滤波器会聚到错误方案，并且根据这个不正确方案生成抗噪声就可能包括可显著到足以使使用者感觉不舒服或甚至恶心的可听伪迹。

技术实现要素：

一般来讲，本发明涉及作为用于生成声学抗噪声信号的有源噪声控制(anc)系统的部件的个人收听装置诸如头戴受话器(例如耳机、耳塞)，声学抗噪声信号驱动耳机中的扬声器。具体地，本发明的一个实施方案涉及通过利用来自加速度计的信号和/或来自包括在个人收听装置中(例如在耳机外壳内)的压力传感器的信号检测个人收听装置的振动并适配anc系统基于所检测到的振动生成抗噪声信号来改善个人收听装置的anc。

在本发明的一个实施方案中，个人收听装置(pld)包括其中具有扬声器、误差麦克风、惯性传感器和压力传感器的耳机/头戴受话器外壳。pld还包括有源噪声控制(anc)系统。惯性传感器可检测pld的运动并生成运动信号。压力传感器可检测pld的一部分的压缩并生成压力传感器信号。扬声器可接收抗噪声信号和来自电子装置的期望音频信号。anc系统可生成第一抗噪声信号或第二抗噪声信号之一来驱动扬声器，并因此减小可能被pld的使用者听到的背景声音。anc系统可包括处理器、用于基于运动信号或压力传感器信号中的至少一者检测pld的振动的振动检测器、和anc自适应抗噪声发生器。anc自适应抗噪声发生器可在未检测到振动时生成第一抗噪声信号。anc系统可在检测到振动时基于所检测到的振动生成第二抗噪声信号。在一个实施方案中，处理器重新配置anc系统用于anc抗噪声发生器生成第二抗噪声。

在本发明的另一实施方案中，一种pld中有源噪声消除方法开始于有源噪声控制(anc)系统从pld接收参考麦克风声学信号和误差麦克风声学信号。anc系统然后从pld接收运动信号或压力传感器信号中的至少一者。运动信号基于所检测到的pld运动，并且压力传感器信号基于所检测到的pld的一部分的压缩。anc系统然后基于运动信号或压力传感器信号中的至少一者确定是否检测到pld的振动。当未检测到振动时，anc系统基于参考麦克风声学信号和误差麦克风声学信号生成第一抗噪声信号，并且当检测到振动时，anc系统生成第二抗噪声信号。第二抗噪声信号可以是基于所检测到的振动。anc系统生成第二抗噪声信号包括重新配置anc系统。

在另一实施方案中，一种计算机可读存储介质其中存储有指令，所述指令在被处理器执行时使有源噪声控制(anc)系统执行pld中有源噪声消除方法。所述方法开始于anc系统从pld接收参考麦克风声学信号和误差麦克风声学信号。anc系统然后从pld接收运动信号或压力传感器信号中的至少一者。运动信号基于所检测到的pld运动，并且压力传感器信号基于所检测到的pld的一部分的压缩。anc系统然后基于运动信号或压力传感器信号中的至少一者确定是否检测到pld的振动。当未检测到振动时，anc系统基于参考麦克风声学信号和误差麦克风声学信号生成第一抗噪声信号。当检测到振动时，anc系统生成第二抗噪声信号，其中处理器重新配置anc系统生成第二抗噪声信号。

以上概述不包括本发明的所有方面的详尽列表。可以预期的是，本发明包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开以及在随本专利申请提交的权利要求中特别指出的那些方面的所有合适的组合来实施的所有系统、设备和方法。此类组合可具有未在上述发明内容中具体阐述的特定优点。

附图说明

在附图的图示中以举例的方式而不是限制性的方式对本发明的实施方案进行了例示，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出的是，本公开中提到“一”或“一个”实施例未必是同一实施例，并且这意味着至少一个。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施方案可与消费电子装置耦接的个人收听装置的示例。

图2示出了根据本发明的一个实施方案用于个人收听装置中有源噪声消除的一种例示性系统。

图3示出了根据本发明的一个实施方案用于个人收听装置中有源噪声消除的一种例示性系统的细节的框图。

图4示出了根据本发明的一个实施方案用于个人收听装置中有源噪声消除的一种例示性方法的流程图。

图5为根据本公开的方面的与个人收听装置一起使用的一种电子装置的例示性部件的框图。

具体实施方式

在以下描述中给出了许多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施方案。在其他情况下，未示出熟知的电路、结构和技术以避免模糊对此描述的理解。

图1示出了根据本发明的一个实施方案可与消费电子装置耦接的个人收听装置(pld)200的示例。个人收听装置可以是例如头戴受话器、耳机、或一对耳塞。个人收听装置200也可以是封闭式(或密闭式)头戴受话器、耳机或耳塞对，使得个人收听装置200的扬声器开口被耳朵在围绕扬声器开口的区域处对装置200外壳的接触“密封”。个人收听装置200也可以是松弛配合耳塞。

如图1所示，个人收听装置200可以是包括置于使用者耳朵上的一对耳罩的头戴受话器200(左)或者可以是置于使用者耳朵中的一对耳塞200(右)。本发明的实施方案也可使用其它类型的个人收听装置200。个人收听装置200可耦接到电子装置10，电子装置10传输音频信号给个人收听装置200。电子装置10可以是移动式或固定式个人消费电子装置。个人收听装置200可经由线120耦接到电子装置10，如图1所示，或者可经由无线连接(未示出)耦接到电子装置10。图1中的个人收听装置200是双听筒头戴式耳机。应当理解，也可使用单听筒或单耳头戴式耳机。在使用者使用个人收听装置收听来自电子装置10的音频信号时，环境噪声也可能存在(例如图1中的噪声源)。

图2示出了根据本发明的一个实施方案用于个人收听装置中有源噪声消除的一种例示性系统。图2中的系统示出了与根据本发明的一个实施方案的个人收听装置200的右侧示例一起使用的一种电子装置10。应当理解，在个人收听装置200的左侧中可包括类似配置。图2还包括生成由扬声器240输出的抗噪声信号的有源噪声控制(anc)系统300。虽然在图2中被图示为是分开的，但根据一个实施方案，anc系统300可被包括在个人收听装置200的外壳210中。在另一实施方案中，anc系统300可被包括在电子装置10中。

参见图2，个人收听装置200包括外壳210，外壳210中安装有至少一个参考麦克风220、误差麦克风230、扬声器240、惯性传感器250和压力传感器260。外壳210可以是耳机外壳。参考麦克风220和误差麦克风230可以是将声音转换成电信号的空中接口声音拾取装置。在一个实施方案中，参考麦克风220位于外壳210内。参考麦克风220可位于扬声器240后面，如图所示，以拾取在个人收听装置200外部并且可能被个人收听装置200的使用者听到的主噪声(例如外部噪声、背景噪声、环境噪声、语音等)。在一些实施方案中，参考麦克风220安装在外壳210的外面上，使得参考麦克风220安装在个人收听装置200的外部以拾取主噪声。在一个实施方案中，参考麦克风220安装在头戴受话器的桥接或头带部分上。如图2所示，参考麦克风220可面向耳膜的相反方向。在个人收听装置200中包括多个参考麦克风220的实施方案中，所述多个参考麦克风220可形成可用于生成麦克风阵列波束(即波束形成器)的一个或多个麦克风阵列，麦克风阵列波束可通过强调和不强调选定的麦克风220而被操控到给定方向。在一个实施方案中，波束形成器可被操控朝向主噪声源。类似地，麦克风阵列也可在其他给定方向上展现或提供零值。因此，波束形成过程(也被称为空间滤波)可以是将麦克风阵列用于定向声音接收的信号处理技术。参考麦克风220生成并传输参考信号给anc系统300。

如图2所示，扬声器240从电子装置10接收所期望的音频信号(例如所期望的音频内容)，并为个人收听装置200的使用者生成所期望的音频信号。扬声器240也从anc系统300接收抗噪声信号。扬声器240输出抗噪声信号，抗噪声信号是从个人收听装置200的使用者听到的音频信号中消除环境噪声的信号。

如图2所示，误差麦克风230位于扬声器240前面最靠近使用者耳道的位置。误差麦克风面朝背离使用者耳膜的方向。因此，误差麦克风230接收个人收听装置200的使用者听到的扬声器240输出的声学信号。扬声器240输出的声学信号可包括未被anc系统300消除的不期望的噪声。误差麦克风230因此通过检测不期望的噪声并生成和传输误差信号给anc系统300来监视anc系统300的性能。不期望的噪声可能是由于整体发声系统的频率响应，这包括个人收听装置200的电声响应以及在正常最终用户操作期间及在不同使用者之间可能显著变化的使用者的耳朵直至耳膜的物理或声学特征。利用来自误差麦克风230的误差信号，anc系统300可实施自适应滤波方案(例如滤波-x最小平方算法(fxlms))。

包括在个人收听装置200中的惯性传感器250可以是测量三个方向x、y和z或者仅一个或两个方向上的固有加速度的感测装置。例如，惯性传感器250可以是加速度计、陀螺仪、或微电子机械系统(mems)。在其它实施方案中，代替惯性传感器250，可使用力传感器或位置、取向和移动传感器。在一个实施方案中，惯性传感器250检测pld的运动并生成运动信号，运动信号被传输给anc系统300。例如，当个人收听装置200的使用者步行、跑步、跳跃或者处于车辆中的不平坦或颠簸搭乘时，惯性传感器250可检测到个人收听装置200的振动。

包括在个人收听装置200中的压力传感器260可以是测量个人收听装置200的一部分的压缩并生成压力传感器信号的感测装置。压力传感器260可以是光学压力传感器、电容式压力传感器、压电式压力传感器、电磁式压力传感器等。在一个实施方案中，个人收听装置200的耳垫部分可由柔软材料(例如软皮、半皮、特殊聚氨酯等)制成。当个人收听装置200的使用者步行、跑步、或处于车辆中的不平坦或颠簸搭乘时，个人收听装置200的耳垫部分可根据个人收听装置200的振动而相对于使用者的耳朵压缩和减压。压力传感器260可检测例如耳垫部分的压缩(和减压)并生成压力传感器信号，压力传感器信号被传输给anc系统300。在一个实施方案中，压力传感器信号可用于确定个人收听装置是否正在振动。

如图2所示，anc系统300包括处理器320、存储器装置330、振动检测器310、和anc自适应抗噪声发生器340。存储器装置330、振动检测器310和anc自适应抗噪声发生器340可耦接到处理器320。存储器装置330可包括一种或多种不同类型的存储装置诸如硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器和易失性存储器诸如动态随机存取存储器。处理器320可为微处理器、微控制器、数字信号处理器，或中央处理单元。术语“处理器”可指具有两个或更多个处理单元或元件的设备，例如具有多个处理核心的cpu。处理器320可用于通过执行存储在存储器装置330中的软件指令或代码来控制anc系统300的操作。例如，处理器320可执行存储在存储器装置330中的软件指令或代码，其使处理器320执行根据本发明一实施方案的用于个人收听装置200中有源噪声消除的方法。anc系统300在使用者例如正在听存储在电子装置10中的数字音乐文件时操作。

如图2所示，振动检测器310可基于来自惯性传感器250的运动信号或来自压力传感器260的压力传感器信号中的至少一者检测个人收听装置200的振动。处理器320可通过执行存储在存储器装置330中的软件指令或代码来控制振动检测器310以基于所接收的来自惯性传感器250的运动信号和来自压力传感器260的压力传感器信号确定是否检测到个人收听装置200的振动。在一个实施方案中，anc抗噪声发生器340在振动检测器310未检测到振动时生成第一抗噪声信号，而在振动检测器310检测到振动时生成第二抗噪声信号。第二抗噪声信号可以是基于所检测到的振动。在一个实施方案中，处理器320重新配置anc系统300用于anc抗噪声发生器340生成第二抗噪声信号。

如图2所示，anc自适应抗噪声发生器340接收来自参考麦克风220的参考信号和来自电子装置10的所期望音频信号。参考信号可被anc自适应抗噪声发生器340数字化和处理以生成传输给个人收听装置200内的扬声器240的抗噪声信号。图3示出了根据本发明的一个实施方案的anc自适应抗噪声发生器340的细节的框图。anc自适应抗噪声发生器340可包括至少一个自适应滤波器350和自适应控制器360。如图3所示，所述至少一个自适应滤波器350接收参考信号并生成抗噪声信号，抗噪声信号被电子地设计以具有破坏性地干扰参考麦克风220所捕获的不期望背景噪声的正确压力幅值和相位。扬声器240然后输出抗噪生信号。

anc自适应抗噪声发生器340还接收来自误差麦克风230的误差信号，如上所述，其监视anc系统300的性能。误差信号可被anc自适应抗噪声发生器340数字化和处理。在基于fxlms算法的自适应anc系统300的具体实施中，需要次路径的标识。因此，对于每个信道有两个自适应滤波器同时操作：控制滤波器和次路径滤波器。次路径的标识和/或传递函数的建模可利用下行链路(回放)信号作为lms算法的训练信号而在线执行。

基于fxlms算法的自适应anc系统300的具体实施也使用振动检测器310检测个人收听装置200何时在振动。当个人收听装置200由于使用者步行、跑步、跳跃等而振动时，来自参考麦克风220的参考信号和来自误差麦克风230的误差信号可能不准确，因为信号可能包括个人收听装置200的振动和/或压缩作为要由anc系统300消除的噪声的一部分。因此，当个人收听装置200可充当对自适应滤波算法的干扰信号，来自参考麦克风220和来自误差麦克风230的信号可能导致滤波发散。因此，振动检测器310用于确定个人收听装置200何时振动。当检测到个人收听装置200振动时，处理器320可阻止被破坏的参考信号和被破坏的误差信号被用于适配anc系统300的anc自适应抗噪声发生器340中的滤波器350。因此，防止所述至少一个自适应滤波器350发散或变得不稳定。在一个实施方案中，anc自适应抗噪声发生器340在未检测到振动时基于参考信号和误差信号生成抗噪声信号。然而，当个人收听装置200振动时，基于参考信号和误差信号的抗噪声信号使个人收听装置200生成包括伪迹的抗噪声。因此，当振动检测器310检测到振动时，anc自适应抗噪声发生器340基于检测到的振动生成第二抗噪声信号。

在一个实施方案中，振动检测器310接收来自惯性传感器250的运动信号或来自压力传感器260的压力传感器信号中的至少一者。运动信号和压力传感器信号可被振动检测器310数字化和处理以确定个人收听装置200是否在振动。在一个实施方案中，存储器装置330存储多个预定传感器数据模式，包括指示以下背景的模式：步行、跳跃、跑步、和车辆运动或振动。在该实施方案中，在振动检测器310将运动信号或压力传感器信号中的至少一者与所述预定传感器数据模式中的至少一者匹配时，振动检测器310确定检测到个人收听装置200的振动。

在一个实施方案中，当振动检测器310检测到振动时，处理器320重新配置anc系统300用于anc抗噪声发生器340基于所检测到的振动生成第二抗噪声信号。anc系统300中的处理器320可实施前馈、反馈、或混合噪声控制算法。在检测到个人收听装置200的振动时，处理器320可通过例如利用lms自适应算法适配有限脉冲响应(fir)滤波器(例如次路径)的系数、根据滤波-xlms算法适配fir滤波器(例如控制滤波器路径)的系数、并重新配置anc系统300改变fir滤波器的适配来重新配置anc系统300。例如，当检测到振动时，处理器320可锁定包括在anc系统300中的自适应滤波器350的滤波器系数，或者处理器可另选地锁定自适应滤波器350的滤波。锁定滤波器系数或锁定滤波也可称为“冻结”自适应滤波器。因此，自适应滤波器350保持在先前的可接受状态(例如不是发散的或不稳定的)并生成抗噪声信号。在另一实施方案中，为了重新配置anc系统300，处理器320改变包括在anc系统300中的自适应滤波器控制器360对自适应滤波器350进行的更新的速度。例如，如果振动检测器310将运动信号或压力信号与跟步行背景相关联的预定传感器数据模式匹配，则处理器320可提高步伐之间自适应滤波器更新的速度，并且可减慢在使用者迈步时(例如在使用者的脚碰到地面时)自适应滤波器更新的速度。因此，anc系统300考虑了由于使用者的步伐导致的耳罩中的压力水平改变影响来自参考麦克风220的参考麦克风信号。在另一实施方案中，为了在检测到振动时重新配置anc系统300，处理器320选择与所述预定传感器数据模式中的所述至少一者相关联的预定自适应滤波器系数。例如，如果振动检测器310将运动信号或压力信号与跟步行背景相关联的预定传感器数据模式匹配，则处理器320可选择与步行背景相关联的预定自适应滤波器系数。与所述背景中每一者相关联的预定自适应滤波器系数可存储在存储器装置330中。在该实施方案中，处理器320用所选择的预定滤波器系数覆写包括在anc系统300中的自适应滤波器控制器360所计算的自适应滤波器350的滤波器系数。在另一实施方案中，为了在检测到振动时重新配置anc系统300，处理器320对包括在anc系统300中的自适应滤波器350的滤波器系数施加夹套。夹套确立期望滤波器系数的最大值和最小值。因此，当个人收听装置200的振动使自适应滤波器控制器360为anc系统300中的自适应滤波器350生成错误系数时，处理器320将夹套应用于所述错误系数，这使得超过夹套确立的最大值或者低于夹套确立的最小值的错误系数被处理器320校正。经校正的系数值是处于夹套的所确立极限内的值。在一个实施方案中，当检测到振动时，处理器320可将从扬声器240输出的抗噪声信号静音。然而，应指出，在个人收听装置200中检测到振动时将抗噪声信号静音可能在使用者听到的声学信号中引入伪迹。

此外，本发明的以下实施方案可被描述为过程，该过程通常被描绘为流程图、流程框图、结构图或框图。虽然流程图可将操作描述为顺序的过程，但是这些操作中的多个操作可并行执行或同时执行。此外，操作的顺序可被重新排列。过程在其操作被完成时终止。过程可对应于方法、过程等。

图4示出了根据本发明的一个实施方案改善个人收听装置中有源噪声消除的一种例示性方法的流程图。图4中的方法400开始于在框401，anc系统300接收来自个人收听装置200的参考麦克风声学信号和误差麦克风声学信号。在框402处，anc系统300接收来自个人收听装置200的运动信号或压力传感器信号中的至少一者。运动信号基于所检测到的个人收听装置的运动，并且压力传感器信号基于所检测到的个人收听装置200的一部分的压缩。在框403处，anc系统300基于运动信号或压力传感器信号中的至少一者确定是否检测到个人收听装置的振动。如果在框403处，anc系统300确定未检测到振动，则方法400前进到框404，并且anc系统生成基于参考麦克风声学信号和误差麦克风声学信号的第一抗噪声信号。如果在框403处，anc系统300确定检测到振动，则方法400前进到框405，并且anc系统300生成第二抗噪声信号。第二抗噪声信号可以是基于所检测到的振动。在一个实施方案中，在框405处，anc系统300被处理器320重新配置以生成第二抗噪声信号。

以下参考图5提供用于执行这些功能的合适电子装置的一般性描述。特别地，图5是示出适于与本技术一起使用的电子装置中可能存在的各种部件的框图。一种合适的电子装置的示例包括计算机、手持式便携式电子装置、平板式电子装置等等。这些类型的电子装置以及其他提供类似语音通信能力(例如voip、电话通信等等)的电子装置可结合本技术使用。

记住以上各点，图5为框图，其示出了可存在于一个此类电子装置10中的部件，所述部件可使得装置10根据本文讨论的技术工作。图5所示的各种功能块可包括硬件元素(包括电路)、软件元素(包括存储在诸如硬盘驱动器或系统存储器之类的计算机可读介质上的计算机代码)、或硬件元素与软件元素两者的组合。应当指出的是，图5仅为一种特定具体实施的一个示例，并且仅仅旨在示出可存在于电子装置10中的部件的类型。例如，在所示实施方案中，这些部件可包括显示器12、输入/输出(i/o)端口14、输入结构16、一个或多个处理器18、存储器装置20、非易失性存储装置22、扩展卡24、rf电路26和电源28。

上述本发明的实施方案为具有有源噪声控制(anc)系统的个人收听装置(pld)，包括：用于从pld接收参考麦克风声学信号和误差麦克风声学信号的装置；用于接收来自该pld的运动信号或压力传感器信号中的至少一者的装置，其中该运动信号基于所检测到的该pld的运动，并且该压力传感器信号基于所检测到的该pld的一部分的压缩；用于基于运动信号或压力传感器信号中的至少一者确定是否检测到pld的振动的装置；用于在未检测到振动时，基于参考麦克风声学信号和误差麦克风声学信号生成第一抗噪声信号的装置；以及当检测到振动时，用于生成第二抗噪声信号的装置，其中该处理器重新配置该anc系统以生成该第二抗噪声信号。anc系统可包括或可不包括在耦接到pld的电子装置中，在该anc系统中电子装置将音频信号传输至该pld。

尽管已经参照若干实施例描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到，本发明不限于所述实施例，而是可利用所附权利要求的实质和范围之内的修改和改变来实践。因此，要将描述视为示例性的而非限制性的。上述本发明的不同方面存在多个其他变型，为了简洁，这些其他变型未被详细给出。因此，其他实施例在权利要求书的范围内。