主动降噪方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质与流程

1.本技术涉及主动降噪技术领域，具体而言涉及一种主动降噪方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.人耳对不同频率声音的听觉感受程度是不一致的。对于同一噪声中的相同频率成分，麦克风所采集到的噪声声压与人耳实际听觉感受到的噪声强度未必对应一致。因此，由于现有主动降噪方案直接基于麦克风采集的噪声进行降噪，其降噪效果并不能完全匹配人耳实际听觉感知，降噪效果欠佳。
3.此外，由于人耳对窄频和宽频的听觉敏感度存在明显差异，当噪声中存在纯音或窄频噪声时，现有主动降噪方案通常未考虑到人耳对窄频的听感显著区别于宽频，因此，其降噪效果也无法匹配人耳实际听觉感知，降噪效果不好。


技术实现要素：

4.本技术针对现有技术的不足，提供一种主动降噪方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，以期实现更好的降噪效果。本技术具体采用如下技术方案。
5.首先，为实现上述目的，提出一种主动降噪方法，其包括：对降噪后的实际误差噪声信号进行频谱分析；根据所述频谱分析的结果对所述实际误差噪声信号进行声学计权处理，获得经心理声学特性修正的加权误差噪声信号；基于原始噪声信号和所述加权误差噪声信号，调整降噪滤波参数；根据调整后的降噪滤波参数，对所述原始噪声信号进行降噪。
6.可选的，如上任一所述的主动降噪方法，其中，对降噪后的实际误差噪声信号进行频谱分析，包括：根据人耳频响特性，对所述实际误差噪声信号处于人耳听觉频率范围内的频谱进行频带划分；分别确定各频带对应的窄频可听度；根据所述频谱分析的结果对所述实际误差噪声信号进行声学计权处理，获得经心理声学特性修正的加权误差噪声信号，包括：根据所述各频带对应的窄频可听度，确定声学计权修正因子；基于所述声学计权修正因子，对所述实际误差噪声信号进行声学计权处理，获得所述加权误差噪声信号。
7.可选的，如上任一所述的主动降噪方法，其中，对所述实际误差噪声信号处于人耳听觉频率范围内的频谱进行频带划分，包括：对所述人耳听觉频率范围内的第一频谱按照第一带宽进行频带划分，得到多个第一频带；其中，各第一频带的中心频率小于预设频率阈值；对所述人耳听觉频率范围内的第二频谱按照第二带宽进行频带划分，得到多个第二频带；其中，各第二频带对应的第二带宽正比于所述第二频带的中心频率，且各第二频带的中心频率大于所述预设频率阈值。
8.可选的，如上任一所述的主动降噪方法，其中，分别确定各频带对应的窄频可听度，包括：对于各频带：确定所述频带内的窄频信息，所述窄频信息包括所述频带内的各窄频声压级；根据所述窄频信息、所述频带的平均声压级、所述频带的带宽、所述频带的中心频率及所述实际误差噪声信号处于人耳听觉频率范围内的频谱的频率分辨率，确定所述频
带的窄频可听度。
9.可选的，如上任一所述的主动降噪方法，其中，根据所述各频带对应的窄频可听度，确定声学计权修正因子，包括：确定所述各频带对应的窄频可听度中的最大窄频可听度；根据所述最大窄频可听度，确定所述声学计权修正因子。
10.可选的，如上任一所述的主动降噪方法，其中，当频带内不存在窄频时，确定所述频带内的窄频信息，包括：确定所述频带内的所述窄频声压级为0。
11.可选的，如上任一所述的主动降噪方法，其中，基于原始噪声信号和所述加权误差噪声信号，调整降噪滤波参数，包括：根据所述原始噪声信号和估计次级路径，确定自适应参考信号；基于所述自适应参考信号和所述加权误差噪声信号，对所述降噪滤波参数进行迭代更新，直至所述加权误差噪声信号的期望功率收敛到最小值。
12.同时，为实现上述目的，本技术还提供一种主动降噪装置，其包括：频谱分析模块，用于对降噪后的实际误差噪声信号进行频谱分析；声学计权模块，用于根据所述频谱分析的结果对所述实际误差噪声信号进行声学计权处理，获得经心理声学特性修正的加权误差噪声信号；参数调整模块，用于基于原始噪声信号和所述加权误差噪声信号，调整降噪滤波参数；降噪滤波模块，用于根据调整后的降噪滤波参数，对所述原始噪声信号进行降噪。
13.此外，本技术还提供有一种电子设备，其包括：处理器；存储器，所述存储器包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上任一项所述的主动降噪方法。
14.同时，为实现上述目的，本技术还提供一种计算机可读存储介质，包括存储在其上的计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使得所述处理器执行如上任一项所述的主动降噪方法。
15.有益效果
16.本技术通过对实际误差噪声信号进行频谱分析，根据频谱分析结果对实际误差噪声进行符合心理声学特性的声学计权处理，获得加权误差噪声信号，然后基于该信号进行降噪滤波参数的调整，以使得降噪滤波参数能够向人耳实际降噪需求的方向优化，从而可实现更符合用户心理声学特性的主动降噪效果。本技术可显著提升主动降噪设备的主动降噪效果。
17.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。
附图说明
18.附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本技术的实施例一起，用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
19.图1是本技术的主动降噪方法的步骤流程示意图；
20.图2是本技术的修正声学计权的主动降噪方法的原理示意图；
21.图3是本技术中对误差噪声信号进行频带划分的示意图。
具体实施方式
22.为使本技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本技术实施例的附
图，对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
24.本技术中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
25.图1为根据本技术的一种应用于滤波器的主动降噪方法的步骤流程图。其针对人耳对窄频和宽频的听觉差异明显，当噪声中存在纯音或窄频噪声时，现有主动降噪方案未考虑到人耳对窄频的听感显著区别于宽频，而导致的降噪处理过程对各频段噪声的设计降噪量与人耳对相应频段噪声的实际降噪需求不符，从而在宽频噪声中存在窄频噪声的应用场景中影响主动降噪效果的问题，提供一种考虑人耳对不同频率声音响应特性的主动降噪方法。该方法基于声学计权优化主动降噪滤波器的降噪滤波参数使之更加符合人耳实际的降噪需求，从而提升各主动降噪产品针对宽、窄频噪声的降噪效果。
26.该主动降噪方法主要包括以下步骤：
27.s12，对降噪后的实际误差噪声信号进行频谱分析。
28.s14，根据频谱分析的结果，对实际误差噪声信号进行声学计权处理，包括对实际误差噪声信号进行频率a计权、b计权、c计权、d计权或者时域计权，获得经心理声学特性修正的加权误差噪声信号。
29.s16，基于原始噪声信号和加权误差噪声信号，调整降噪滤波参数。
30.s18，根据调整后的降噪滤波参数，对原始噪声信号进行降噪。
31.由此，本技术通过对实际误差噪声信号进行频谱分析，并根据频谱分析结果对实际误差噪声进行符合心理声学特性的声学计权处理以获得加权误差噪声信号，基于该信号进行降噪滤波参数的调整以使得降噪滤波参数能够向人耳实际降噪需求的方向优化，从而可实现更符合用户心理声学特性的主动降噪效果。
32.将上述方案应用于主动降噪耳机等带有主动降噪装置的电子设备，能够实现更符合用户听觉需求的主动降噪效果。在具体应用时，基于本技术方案的主动降噪装置，其可具体设置为包括：
33.频谱分析模块，用于对降噪后的实际误差噪声信号进行频谱分析；
34.声学计权模块，用于根据频谱分析的结果，对实际误差噪声信号进行声学计权处理，获得经心理声学特性修正的加权误差噪声信号；
35.参数调整模块，用于基于原始噪声信号和加权误差噪声信号，调整降噪滤波参数；
36.降噪滤波模块，用于根据调整后的降噪滤波参数，对原始噪声信号进行降噪。
37.在一些实施例中，参数调整模块具体用于：根据原始噪声信号和估计次级路径确定自适应参考信号，然后基于自适应参考信号和加权误差噪声信号，对降噪滤波参数进行迭代更新，直至加权误差噪声信号的期望功率收敛到最小值，获得调整后的降噪滤波参数。
38.该实现方式所对应的原理如图2所示。图2中d(n)为参考麦克风采集的原始噪声信
号，y(n)为降噪控制信号，e(n)为误差麦克风采集的降噪后的误差噪声信号，w为滤波器参数，g为次级路径，为对次级路径g的估计，p为初级路径，dft为频谱分析模块，a为声学计权模块。
39.lms(least mean square，最小均方)算法通过如下步骤实现对降噪滤波参数的迭代更新：
40.e'(n)＝e(n)*a(n)＝[y(n)*g(n) d(n)*p(n)]*a(n)＝[d(n)*w(n)*g(n) d(n)*p(n)]*a(n)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(1)
[0041][0042]
按照下式(2)，以e'(n)为系统反馈量，通过迭代更新w以使得e'2(n)最小化：
[0043][0044]
其中，μ为算法步长。将上式(1)代入式(2)中，可得：
[0045]
w(n 1)＝w(n)
‑
2μd'(n)
·
e'(n)*a(n)
ꢀꢀ
式(3)
[0046]
其中，自适应参考信号d'(n)、加权误差噪声信号e'(n)分别作为参数调整模块中lms算法执行单元的左、右输入。
[0047]
迭代过程中，由于按照人耳对不同频率噪声的响应特性，对自适应算法的反馈信号进行了声学计权，因此，主动降噪产品可通过搭载前馈降噪方案，实现更合乎人耳听觉感受的主动降噪效果。
[0048]
承上述，鉴于人耳对窄频和宽频的听觉差异明显，在一些实施例中，步骤s12可进一步包括步骤：
[0049]
s122，根据人耳频响特性，对实际误差噪声信号处于人耳听觉频率范围内的频谱进行频带划分。频带的划分具体可包括：
[0050]
对人耳听觉频率范围内的第一频谱按照第一带宽进行频带划分，得到多个第一频带；以及
[0051]
对人耳听觉频率范围内的第二频谱按照第二带宽进行频带划分，得到多个第二频带。其中，各第一频带的中心频率小于预设频率阈值，而各第二频带对应的第二带宽正比于该第二频带的中心频率，且各第二频带的中心频率大于上述预设频率阈值。
[0052]
例如可根据人耳生理属性，将人耳听觉频率范围20hz～16khz按照图3所示方式划分为“no.1”、“no.2”、“no.3”、......“no.24”共24个频带。其中，中心频率小于预设频率阈值500hz的频带即为第一频带，带宽均可取100hz；中心频率大于500hz的频带即为第二频带，带宽可取中心频率的1/5。
[0053]
s124，分别确定所划分的各频带对应的窄频可听度。
[0054]
在一些实施例中，对于每个频带，步骤s124可进一步包括步骤：
[0055]
s1242，确定该频带内的窄频信息，包括确定该频带内的各窄频声压级。
[0056]
特别地，在一些实施例中，根据频谱分析结果确定某频带内不存在窄频，则确定该频带内的窄频声压级为0。
[0057]
s1244，根据该频带内的窄频信息、该频带的平均声压级、该频带的带宽、该频带的中心频率及实际误差噪声信号处于人耳听觉频率范围内的频谱的频率分辨率，确定该频带
的窄频可听度。
[0058]
对各频带的窄频可听度的具体分析过程可通过如下方式实现：
[0059]
对误差噪声信号e(n)进行快速傅里叶变换得到频谱e(f)，从而确定出所有的窄频信息，以及各窄频存在于哪个频带。对于每个频带，计算该频带的窄频可听度l
ta
(db)：
[0060][0061]
其中，lp
i
为该频带中第i个窄频的声压级(db)，对于不存在窄频的频带，例如图3中所示的“no.2”和“no.4”，规定其频带内的窄频声压级lp
i
＝0，i＝1；lp
avg
为该频带的平均声压级(db)；b为该频带的带宽；δf为快速傅里叶变换的频率分辨率；f0为该频带的中心频率。
[0062]
相应地，步骤s14可进一步包括步骤：
[0063]
s142，根据各频带对应的窄频可听度，确定声学计权修正因子。
[0064]
在一些实施例中，步骤s142可进一步包括步骤：
[0065]
s1422，确定各频带对应的窄频可听度中的最大窄频可听度。
[0066]
s1424，根据最大窄频可听度，确定声学计权修正因子。
[0067]
承上述，从所有频带的窄频可听度中选择最大值l
ta，max
：
[0068]
当l
ta，max
＜4时，确定声学计权修正因子k＝0；
[0069]
当4≤l
ta，max
≤10时，确定声学计权修正因子k＝l
ta，max
‑
4；
[0070]
当l
ta，max
＞10时，确定声学计权修正因子k＝6。
[0071]
s144，基于声学计权修正因子，对实际误差噪声信号进行声学计权处理，获得加权误差噪声信号。
[0072]
承上述，以声学计权修正因子对基于宽频的声学计权(例如a计权)进行修正，并根据经窄频特征修正后的声学计权处理实际误差噪声信号，获得加权误差噪声信号。
[0073]
参考图2，通过迭代更新w以使e'2(n)收敛到最小值，也即，使得下式(5)收敛到最小值：
[0074][0075]
其中，p
ref
＝20μpa，表示1khz处人耳可听的最小声压；l
a，e
(n)为误差噪声信号e(n)经宽频声学计权可得到的声压级。根据经窄频特征修正后的声学计权处理实际误差噪声信号e(n)，获得加权误差噪声信号e'(n)，基于e'(n)进行降噪滤波参数的调整，以使得降噪滤波参数能够向人耳实际降噪需求的方向优化，从而提升其针对宽、窄频噪声的实际降噪效果。
[0076]
本技术的其他实施例还提供一种电子设备，该电子设备包括：处理器和存储器。
[0077]
其中，存储器包括存储在其上的计算机指令，计算机指令在被处理器执行时，使得处理器执行如上述任一实施例所提供的主动降噪方法。
[0078]
此外，本技术的其他实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该计算机指令在被处理器执行时，使得处理器执行如上述任一实施例所提供的主动
降噪方法。可以理解，该计算机存储介质可以为任何有形媒介，例如：软盘、cd
‑
rom、dvd、硬盘驱动器或网络介质等。
[0079]
以上仅为本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本技术的保护范围。