一种补偿耳机泄漏的主动降噪方法、装置及耳机与流程

1.本公开涉及信号处理技术，更具体地，涉及一种补偿耳机泄漏的主动降噪方法、装置及耳机。


背景技术：

2.同一款耳机，因为每个人的耳朵及耳道的差异，导致腔体有不同程度的泄漏，泄漏会导致耳机的anc效果变差，影响客户的降噪体验。
3.现有的方案中，在检测到泄露后发出声音提示，让用户带紧耳机，从而在用户带紧了之后才能有一个较好的降噪效果。而实际使用的过程中，经常会存在客户因其自身的需求，不会把耳机佩戴到一个适合降噪的松紧程度，例如带紧了引起不适，这种情况下，提示用户检查耳机，用户反而会感受到耳机的使用体验不好。又比如用户在耳机佩戴过程中由于走路或头部晃动造成耳机松动，从而导致泄漏量变大，重复让用户检查耳机，也会带来用户体验不好，甚至是使用上的抵触，给产品本身带来不好的印象。但实际情况是，在未带紧(泄漏)的情况下，anc效果变差，降噪体验又不好。因此需要一种能够满足用户在耳机泄漏情况下也能满足降噪需求的方法。


技术实现要素：

4.旨在提供一种补偿耳机泄漏的主动降噪方法、装置及耳机，解决现有技术中泄漏与主动降噪之间的矛盾，从而在泄漏状态下也能达到一个理想的降噪效果。
5.在第一方面，本公开的实施例提供了一种补偿耳机泄漏的主动降噪方法，所述耳机具有前馈麦克风和反馈麦克风，包括：
6.获取第一信号和第二信号，所述第一信号包括前馈麦克风获取的环境噪声信号或者播放的音频信号，所述第二信号则在所述第一信号作用下由反馈麦克风所获取；
7.基于所述第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数；
8.基于所述泄漏状态相关参数，参考预设的耳机在不同泄漏状态下的频响曲线确定出当前的频响曲线；
9.基于当前的频响曲线，参考频响曲线与降噪滤波器配置之间的对应关系，来确定当前适用的降噪滤波器组配置以进行主动降噪。
10.在第二方面，本公开的实施例提供了一种能够补偿泄漏的耳机，包括：前馈麦克风，被配置用于获取环境噪声信号；反馈麦克风，被配置为获取第二信号；处理器，被配置为：基于第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数，其中所述第一信号包括所述环境噪声信号或者播放的音频信号；基于所述泄漏状态相关参数，参考预设的耳机在不同泄漏状态下的频响曲线确定出当前的频响曲线；基于当前的频响曲线，参考频响曲线与降噪滤波器配置之间的对应关系，来确定当前适用的降噪滤波器组配置以进行主动降噪。
11.在第三方面，本公开的实施例提供了一种补偿耳机泄漏的装置，包括存储器和处
理器；其中，所述存储器，用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现本公开各实施例所述的补偿耳机泄漏的主动降噪方法的步骤。
12.利用根据本公开的各个实施例的补偿耳机泄漏的主动降噪方法、装置及耳机，无需刻意提示用户检查耳机佩戴状况，通过确定出的当前适用的降噪滤波器组配置进行主动降噪，能够在不改变用户的佩戴状态来实现主动降噪。同时本公开的主动降噪方法基于环境噪声或者播放的音频信号，检测过程对用户来说，也是无感的，从而极大提升了用户使用耳机的体验。
附图说明
13.在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
14.图1示出耳机的主动降噪过程的示意图；
15.图2示出本公开的补偿耳机泄漏的主动降噪方法的基本流程图；
16.图3示出本公开实施例不同泄漏状态的频响曲线；
17.图4示出本公开实施例在播放音频信号的情况下回声路径估计示意图；
18.图5示出本公开的补偿耳机泄漏的主动降噪方法的总流程图；
19.图6示出利用本公开的降噪方法的在泄漏量为
‑
15db的补偿效果示意图；
20.图7示出本公开的能够补偿泄漏的耳机的基本结构示意图。
具体实施方式
21.为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
22.本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。
23.如图1所示，通常，耳机100通过前馈路径和反馈路径来实现主动降噪过程。为了更全面地描述主动降噪过程，下面结合前馈滤波器111、回声滤波器112和反馈滤波器113三者进行说明；但须知，可以视具体情况(例如功耗、降噪所需时间与降噪效果之间的权衡)来选择性地启用各个滤波器。通常前馈滤波器111是启用的，回声滤波器112和反馈滤波器113则可以选择性启用。
24.在一些实施例中，在前馈路径上，前馈麦克风101a在采集环境噪声，前馈麦克风101a采集到的环境噪声除周围环境产生的噪声外，还可以包括耳机100的扬声器107播放音频信号时，漏到周围环境的音频分量，该部分音频分量也成为环境噪声的一部分。将采集到的环境噪声通过模拟增益102a的增益处理以及第一模数转换器103a的模数转换处理后，被传输至第一低通及下采样滤波器104a。第一低通及下采样滤波器104a能够降低滤波器采样
率，从而降低功耗并减少滤波器阶数，进而减小降噪芯片的面积以及降低成本。随后，由前馈滤波器对经过第一低通及下采样滤波器104a的环境噪声信号进行滤波。经滤波处理后的环境信号被传输至加法器109，随后经数模转换器106的数模转换处理后，由扬声器107播放。扬声器107播放出的经前馈滤波的环境噪声与到达耳内的环境噪声产生空中对消以实现降噪。
25.在一些实施例中，在反馈路径上，反馈麦克风101b在耳机内侧靠近耳道的位置上采集耳内噪声，耳内噪声包括播放音频信号时产生的音频回声信号以及空中对消后的耳内残留信号。将采集到的耳内噪声通过模拟增益102b的增益处理以及第二模数转换器103b的模数转换处理后，被传输至第二低通及下采样滤波器104b。第二低通及下采样滤波器104b能够降低滤波器采样率，从而降低功耗并减少滤波器阶数，进而减小降噪芯片的面积以及降低成本。随后，经过第二低通及下采样滤波器104b的耳内噪声信号被传输至加法器110。待播音频信号105为要被传输至扬声器107播放的音频信号，一方面其被传输至加法器109，经数模转换器106的数模转换处理后，由扬声器107播放；另一方面其被传输至回声滤波器112，回声滤波器112用于抵消待播音频信号105经扬声器107播放后产生的音频回声信号，随后经回声滤波器112滤波的待播音频信号105被送入减法器110。减法器110整合经第二低通及下采样滤波器104b处理后的耳内噪声以及经回声滤波器112处理后的音频信号，这样反馈路径上的噪声信号将不再受音频回声信号的影响。减法器110随后将整合后的噪声信号传输至反馈滤波器113进行滤波以实现反馈降噪。反馈滤波后的噪声信号经限幅器108后，被传输至加法器109，经数模转换器106的数模转换处理后，由扬声器107播放。
26.以上为基于本公开实施例的对耳机进行主动降噪的工作原理，通过分别对前馈路径和反馈路径上的噪声进行滤波，能够实现耳机的主动降噪功能，提高耳机的降噪效果，以及提升用户的听音体验。图2示出了本公开的补偿耳机泄漏的主动降噪方法的基本流程图，应用于具有前馈麦克风和反馈麦克风的耳机，本公开的补偿耳机泄漏的主动降噪方法始于步骤s201获取第一信号和第二信号，所述第一信号包括前馈麦克风获取的环境噪声信号或者播放的音频信号，所述第二信号则在所述第一信号作用下由反馈麦克风所获取。本公开的方法通过利用环境噪声信号或者播放的音乐信号作为第一信号，能够在使用上，让用户更加的无感，例如用户在播放音乐，直接可以通过提取音频信号来作为第一信号。通过这种方式，不会额外通过耳机播放一段指定的音频信号，造成用户体验上的不适。
27.接着在步骤s202中基于所述第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数。例如可以通过确定耳机当前的传递函数的方式来确定泄漏状态相关参数。在步骤s203中基于所述泄漏状态相关参数，参考预设的耳机在不同泄漏状态下的频响曲线确定出当前的频响曲线。如图3所示，耳机在不同泄漏状态下有与其泄漏状态对应的频响曲线，该频响曲线可以通过在测试环境下获得。通过对比所确定的当前的泄露状态参数即可确定出当前佩戴的频响曲线。
28.最后在步骤s204中基于当前的频响曲线，参考频响曲线与降噪滤波器配置之间的对应关系，来确定当前适用的降噪滤波器组配置以进行主动降噪。
29.本公开的方法不需要反复提示用户检查耳机佩戴状态，用户可以通过其佩戴舒适的方式佩戴耳机即可确定滤波器配置来进行主动降噪。本公开的方法通过利用环境噪声或者音频信号作为第一信号，由反馈麦克风获取第一信号作用下的第二信号，由此可以确定
出用户当前的频响曲线，通过这种方式，来确定当前适用的降噪滤波器组配置以进行主动降噪。本公开的方法无需播放超低频信号，如次声波信号，实现了检测过程的无感，也无需反复提示用户检查耳机佩戴状态，因此还实现了降噪过程的无感，为用户带来最佳的耳机使用体验。
30.在所述第一信号采用播放音频信号的情况下，步骤s201获取第一信号和第二信号包括：获取所播放的指定频段的音频信号作为所述第一信号，以及，获取反馈麦克风接收到的第二音频信号作为所述第二信号。如图4所示，正在播放的指定频段的音频信号x(n)(第一信号)可以直接获取到，该音频信号经过数模转换之后，进入扬声器实现音乐播放。通过耳道结构的反馈能够获得第二音频信号。参见图4中，耳道的反馈信号通过模数转换之后可以获得第二信号y(n)。通过选取指定频段的音频信号作为所述第一信号能够便于在后续步骤中通过该指定频段的音频信号进行回声路径估计。同时在播放音乐的使用场景下，用户并不会感受到本公开方法的检测过程，提高了用户的佩戴体验。
31.在所述第一信号采用播放音频信号的情况下，基于所述第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数包括：基于所述第一信号和所述第二信号估计所述耳机的回声路径参数；根据估计的回声路径参数确定耳机当前的泄漏状态相关参数。如图4所示，可以基于音频信号x(n)和第二信号y(n)来估计耳机的回声路径参数，具体的回声路径估计方法可以利用现有的方案实现，在此不做赘述。在确定泄漏状态相关参数可以确定出符合当前用户使用场景的降噪滤波器组配置，从而实现不改变用户的佩戴方式的情况下，为用户提供良好的降噪体验。
32.在一些情况中，用户虽然佩戴了耳机，但并未播放音频，这种场景下用户也希望获得一个良好的降噪效果，现有的方案无法实现无感地降噪体验。本公开的方法在所述第一信号采用前馈麦克风获取的环境噪声信号的情况下，获取第一信号和第二信号包括：通过前馈麦克风检测环境中指定频段的第一噪声信号作为所述第一信号，以及，通过反馈麦克风检测到的第二噪声信号作为所述第二信号。示例性的，第二噪声信号可以是第一噪声信号经过当前的降噪滤波器配置降噪之后通过反馈麦克风检测到的。通过这种方式第二信号与第一信号之间存在强关联性，由此可以方便地通过第一信号和第二信号来确定出当前的泄漏状态相关参数。
33.在所述第一信号采用前馈麦克风获取的环境噪声信号的情况下，基于所述第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数可以包括：基于所述第一噪声信号和所述第二噪声信号确定目标监测量，其中所述目标监测量用于定义耳机的降噪滤波器配置与泄漏状态的匹配程度，且匹配程度越好所述目标监测量越趋近于零。在一些实施例中所述目标监测量满足：
[0034][0035]
其中，detval表示目标监测量，i表示采样序号具体采样可以依据采样的时间前后关系来确定noise_data
i
，noise_data
i
表示前馈麦克风获取的所述指定频段的第一噪声信号经由前馈滤波器以及回声路径滤波器滤波后得到的信号，error_data
i
表示反馈麦克风获取的对应的第二噪声信号。通过detval的值可以表征出当前的降噪滤波器配置与泄漏状
态的匹配程度，如果detval为负，则表示滤波器增益过大，且该值越大表示增益超过的越多，需要降低补偿量。如果detval为正，则表示滤波器增益过小，且该值的绝对值越大表示需要补偿的增益越多。通过这种方式能够准确表明当前的降噪滤波器组的配置与当前的泄露状态的匹配程度，趋近于0则可以不用调整降噪滤波器组的配置。
[0036]
在一些实施例中，基于所述第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数具体包括：判定所述第一信号是否高于第一阈值；在所述第一信号高于第一阈值的情况下，才启动耳机当前的泄漏状态相关参数的确定。如图5所示，例如首先可以检测音乐是否在播放，在没有播放的情况下，判断环境噪声是否大于第一阈值，在大于第一阈值的情况下，通过前馈麦克风检测环境中指定频段的第一噪声信号作为第一信号，并通过反馈麦克风检测到的第二噪声信号作为第二信号，然后可以对第一信号和第二信号分别进行n倍下采样，对n倍下采样后的信号分别通过带通滤波器进行滤波，基于此来计算泄漏相关参数。类似的，在用户正在播放音乐的情况下，判断音频信号是否大于预设的第一阈值，在大于第一阈值的情况下，获取指定频段的音频信号以及通过反馈麦克风获取第二信号。对所获得的第一信号和第二信号进行n倍下采样，再通过n倍下采样之后的信号来进行回声路径估计，并确定出泄漏相关参数。
[0037]
如图5所示，基于所述第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数具体还可以包括：判定所述第一信号是否低于第二阈值；在所述第一信号低于第二阈值且正在进行所述耳机的主动降噪处理的情况下，保持滤波器配置不变或者恢复为默认值。在一些实施例中，第二阈值可以与第一阈值分开设置，也可以设置为相同，具体根据实际需要确定在此不做一一限定。也即实际应用场景下，当没有音乐信号播放的时候，可以监测指定频段中的环境噪声，如果环境噪声能量低于阈值则停止自适应或设置为默认值。如果高于阈值，则根据detval计算公式，得到当前的目标监测量，确定泄漏状况，并选择对应的降噪滤波器组的配置。当有音乐播放且音乐信号强度高于阈值的时候，采用音乐信号作为监测信号，估计回声路径，根据回声路径频响判断泄漏情况，并选择对应的降噪滤波器组配置。当音乐信号强度低于阈值的时候，可以停止自适应或恢复默认设置，从而可以防止误开启主动降噪，误开启主动降噪的情况下会引起体验上的不舒适。
[0038]
利用本公开的实施例的补偿耳机泄漏的主动降噪方法，在泄漏量为
‑
15db时进行补偿的效果如图6所示，对比采用默认降噪滤波器组的降噪效果和自适应主动降噪补偿后的效果，从图6中可以看出350hz左右的降噪量最多改善了约20db，明显提升用户使用耳机的体验。
[0039]
本公开实施例还提出一种能够补偿泄漏的耳机，如图7所示，包括：前馈麦克风101a，被配置用于获取环境噪声信号；反馈麦克风101b，被配置为获取第二信号；处理器701，被配置为：基于第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数，其中所述第一信号包括所述环境噪声信号或者播放的音频信号；基于所述泄漏状态相关参数，参考预设的耳机在不同泄漏状态下的频响曲线确定出当前的频响曲线；基于当前的频响曲线，参考频响曲线与降噪滤波器配置之间的对应关系，来确定当前适用的降噪滤波器组配置以进行主动降噪。
[0040]
在所述第一信号采用播放音频信号的情况下，处理器701，还被配置为：获取所播放的指定频段的音频信号作为所述第一信号，以及，获取反馈麦克风接收到的第二音频信
号作为所述第二信号。
[0041]
处理器701还被配置为：基于所述第一信号和所述第二信号估计所述耳机的回声路径参数；根据估计的回声路径参数确定耳机当前的泄漏状态相关参数。
[0042]
在所述第一信号采用前馈麦克风获取的环境噪声信号的情况下，处理器701，还被配置为：通过前馈麦克风检测环境中指定频段的第一噪声信号作为所述第一信号，以及，通过反馈麦克风检测到的第二噪声信号作为所述第二信号。
[0043]
处理器701还被配置为：基于所述第一噪声信号和所述第二噪声信号确定目标监测量，其中所述目标监测量用于定义耳机的降噪滤波器配置与泄漏状态的匹配程度，且匹配程度越好所述目标监测量越趋近于零。
[0044]
在一些实施例中，所述目标监测量满足：
[0045][0046]
其中，detval表示目标监测量，i表示采样序号，noise_data
i
表示前馈麦克风获取的所述指定频段的第一噪声信号经由前馈滤波器以及回声路径滤波器滤波后得到的信号，error_data
i
表示反馈麦克风获取的对应的第二噪声信号。
[0047]
在一些实施例中，基于所述第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数具体包括：判定所述第一信号是否高于第一阈值；在所述第一信号高于第一阈值的情况下，才启动耳机当前的泄漏状态相关参数的确定。
[0048]
在一些实施例中，基于所述第一信号和所述第二信号确定耳机当前的泄漏状态相关参数具体包括：判定所述第一信号是否低于第二阈值；在所述第一信号低于第二阈值且正在进行所述耳机的主动降噪处理的情况下，保持滤波器配置不变或者恢复为默认值。
[0049]
本公开实施例还提出一种补偿耳机泄漏的装置，包括存储器和处理器；其中，所述存储器，用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现本公开各实施例所述的补偿耳机泄漏的主动降噪方法的步骤。本实施例中处理器可以是定制的微处理器，更具体地，该处理器可以是复杂指令集计算(cisc)微处理器、精简指令集计算(risc)微处理器、超长指令字(vliw)微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。该处理器还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、片上系统(soc)等。存储器可以是诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、相变随机存取存储器(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、其他类型的随机存取存储器(ram)、闪存盘或其他形式的闪存、缓存、寄存器、静态存储器、光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字通用光盘(dvd)或其他光学存储器、盒式磁带或其他磁存储设备，或被用于储存能够被计算机设备访问的信息或指令的任何其他可能的非暂时性的介质等。
[0050]
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本技术的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所
指示。
[0051]
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
[0052]
以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。