CN108538281A - 降噪方法、降噪系统及耳机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种降噪方法、降噪系统及耳机，涉及主动降噪领域，该降噪方法包括：针对不同工况，建立次级声源传声特性模型，形成模型库；基于模型库中的所有模型，设计相应的滤波器，形成滤波器库；检测当前次级声源的运行工况，根据该运行工况选择滤波器库中的相应滤波器，以进行降噪处理。与现有降噪相比，通过对工况进行分类，在不同类型的工况下使用不同的滤波器，克服了在不同工况下的发声装置传声特性不一致导致的降噪系统恶化的问题，有效提升了降噪系统的降噪性能，且该方法简单，易于实施。

Description

降噪方法、降噪系统及耳机

技术领域

本发明涉及主动降噪技术领域，尤其是涉及一种降噪方法、降噪系统及耳机。

背景技术

主动降噪技术是一种有源降噪技术，通过设计滤波器，使其驱动次级声源发出与环境噪声幅值相等、相位相反的消噪声波，消噪声波与噪声声波产生干涉，实现噪声的消除。滤波器是基于次级通道的传声特性模型进行设计，模型的准确度决定了降噪性能的优劣。

在现有技术中，将次级通道的传声特性模型简化为次级声源本身的传声特性模型，且该模型是在次级声源的典型工况下建立的线性模型，基于该线性模型设计的滤波器也是线性的。这样做会存在如下问题；次级声源的传声特性在全工况范围内呈现出一定的非线性特性，当其工作在非典型工况时，其传声特性与典型工况的传声特性具有差异，若此时还将基于典型工况的传声特性模型设计的滤波器用于驱动次级声源，生成的消噪信号必然无法保证降噪系统的的良好降噪性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种降噪方法、降噪系统及耳机，以改善主动降噪系统的降噪性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种降噪方法，包括：

针对不同工况，建立次级声源传声特性模型，形成模型库；

基于所述模型库中的所有模型，设计相应的滤波器，形成滤波器库；

检测当前次级声源的运行工况，根据所述运行工况选择所述滤波器库中的相应滤波器，以进行降噪处理。

进一步地，所述建立次级声源传声特性模型包括：

分别采集次级声源的噪声传输的输入数据与输出数据；

基于所述输入数据和所述输出数据，利用辨识方法建立次级声源的传声特性模型。

进一步地，所述滤波器为前馈滤波器和反馈滤波器中的任一种，或包括前馈滤波器和反馈滤波器的复合滤波器。

进一步地，所述检测当前次级声源的运行工况，根据所述运行工况选择所述滤波器库中的相应滤波器包括：

根据预设的工况和检测到的当前工况，确定工况类型；

根据所述工况类型，选择相应的滤波器。

第二方面，本发明实施例还提供一种降噪系统，所述降噪系统可实施上述第一方面所述的降噪方法；所述降噪系统包括：检测单元、滤波器单元、控制单元以及发声单元；

所述检测单元包括第一输出端和第二输出端；

所述滤波器单元包括第一输入端和第二输入端；

所述检测单元的第一输出端和所述滤波器单元的第一输入端连接；所述检测单元的第二输出端与所述控制单元的输入端连接；

所述滤波器单元第二输入端输出与所述控制单元的输出端连接；所述滤波器单元的输出端与所述发声单元的输入端连接；

所述检测单元用于将检测到的噪声信号分别传输至所述滤波器单元和所述控制单元；所述控制单元用于根据所述噪声信号对工况进行判断，并将工况判断结果传输至所述滤波器单元；所述滤波器单元用于根据接收的所述工况判断结果选择滤波器，并将所述噪声信号对应的消噪信号传输至所述发声单元；所述发声单元用于发出与所述消噪信号对应的消噪声波。

进一步地，所述控制单元包括工况模块和判断模块；

所述工况模块包括预设的多个工况类型；

所述判断模块用于判断工况类型。

进一步地，所述滤波器单元包括滤波器库和识别模块；

所述滤波器库包括针对多个工况类型设计的滤波器；

所述识别模块用于识别所述判断模块的工况类型判断结果。

第三方面，本发明实施例还提供一种耳机，包括上述第二方面所述的降噪系统。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例中，该降噪方法包括：针对不同工况，建立次级通道传声特性模型，形成模型库；基于模型库中的所有模型，设计相应的滤波器，形成滤波器库；检测当前次级声源的运行工况，根据该运行工况选择滤波器库中的相应滤波器，以进行降噪处理。与现有降噪相比，通过对工况进行分类，在不同类型的工况下使用不同的滤波器，克服了在不同工况下的发声装置传声特性不一致导致的降噪系统恶化的问题，因此本发明实施例提供的降噪方法、降噪系统及耳机，有效提升了降噪系统的降噪性能，且该方法简单，易于实施。

本发明的其他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，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1降噪方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例2降噪系统的结构示意图；

图3为本发明实施例2降噪系统中控制单元的结构示意图；

图4为本发明实施例2降噪系统中滤波器单元的结构示意图；

图5为本发明实施例2的基于前馈滤波器的降噪系统的结构示意图；

图6为本发明实施例2的基于反馈滤波器的降噪系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示的降噪方法的步骤流程图，本发明提供一种降噪方法，包括如下步骤；

S10：针对不同工况，建立次级声源传声特性模型，形成模型库。

S20：基于模型库中的所有模型，设计相应的滤波器，形成滤波器库。

S30：检测当前次级声源的运行工况，根据该运行工况选择滤波器库中的相应滤波器，以进行降噪处理。

步骤S10和步骤S20都是离线实现，优选地，本实施例中次级声源为扬声器，工况为环境噪声的分贝值。扬声器发声特性直接影响降噪系统的降噪系统，当前对于扬声器的发声特性模型是在某分贝值下获取的，当扬声器工作在该分贝值附近时，通过输入相应的电信号能够驱动扬声器发出对应的分贝值的消噪声波，但当扬声器需要发出的消噪声波偏离该分贝值时，还按照上述发声特性模型计算出的输入电号无法驱动扬声器发出上述需要分贝值的消噪声波，进而导致扬声器发出的消噪声波过补偿或欠补偿噪声声波等情况，恶化降噪系统的降噪性能。考虑到降噪耳机中使用的扬声器的工作范围，确定建模工况范围在20dB-120dB之间，通过测量和建模，确定所有工况段。假设在50dB-70dB之间，包括50dB和70dB工况点，该工况段内扬声器模型差异较小，则该工况段归为一工况类，且该工况类对应同一个扬声器模型。类似的，可建立其他工况段的扬声器模型。这样就将工况进行了分段，不同的工况段对应不同的扬声器模型，分段越细，模型分类越精确，降噪效果越好，但是计算量也会增加，分段数需要根据实际情况权衡后决定。

在一个实施方式中，步骤S20中的建立次级声源的传声特性模型包括如下步骤：

S201：分别采集次级声源的噪声传输的输入数据与输出数据。

S202：基于输入数据和输出数据，利用辨识方法建立次级声源的传声特性模型。

在本实施例中，分别测量扬声器的输入电信号以及输出的声信号，并基于输出与输出信号数据，利用辨识方法建立该扬声器的传声特性模型。优选地，采用最小二乘类辨识方法确立上述扬声器的传声特性模型。

在一个实施方式中，滤波器为前馈滤波器和反馈滤波器中的任一种，或包括前馈滤波器和反馈滤波器的复合滤波器。复合滤波器中的前馈滤波器和反馈滤波器可单独设计，即针对各分贝值的扬声器传声特性模型，设计前馈滤波器和反馈滤波器。

在一个实施方式中，在步骤S30中，检测当前次级声源的运行工况，根据该运行工况选择滤波器库中的相应滤波器包括如下步骤：

S301：根据预设的工况段和检测到的当前工况，确定当前工况类型；

S302：根据当前工况类型，选择相应的滤波器。

通过判断当前环境噪声的分贝落入的分贝值各分段区间，确定当前工况所属类型，并确定该类型的工况对应的滤波器为当前使用的滤波器。

通过对工况进行分类，在不同类型的工况下使用不同的滤波器，克服了在不同工况下的发声装置传声特性不一致导致的降噪系统恶化的问题，有效提升了降噪系统的降噪性能，且该方法简单，易于实施。

实施例2

如图2所示的降噪系统的结构示意图，本实施例提出一种降噪系统，可实施包括实施例1的降噪方法，该降噪系统包括检测单元100、滤波器单元200、控制单元400以及发声单元300；

检测单元100包括第一输出端和第二输出端；

滤波器单元200包括第一输入端和第二输入端；

检测单元100的第一输出端和滤波器单元200第一输入端连接；检测单元100的第二输出端与控制单元输入端连接；

滤波器单元200第一输入端与检测单元100第一输出端连接，滤波器单元200第二输入端输出与控制单元400的输出端连接；滤波器单元200的输出端与发声单元300的输入端连接；

控制单元400的输入端与检测单元100第二输出端连接，控制单元400输出端与滤波器单元200第二输入端连接；

发声单元300的输入端与滤波器单元200的输出端连接。

检测单元100将检测到的噪声信号分别传输至滤波器单元200和控制单元400，控制单元400对工况进行判断，并将工况结果传输至滤波器单元200，滤波器单元200识别当前工况判断结果，据此选择滤波器，并基于输入的当前噪声信号，计算输出消噪信号，将该消噪信号传输至发声单元300，发声单元300发出与消噪信号对应的消噪声波。

在一个实施方式中，如图3所示的控制单元的结构示意图，控制单元400包括工况模块401和判断模块402；工况模块401包括预设的多个工况类型；判断模块402用于判断工况类型。工况类型的分类是依据发声单元的传声特性来确定的，对于每个工况类型，发声单元的传声特性模型有较大的差异。

在一个实施方式中，如图4所示的滤波器单元的结构示意图，滤波器单元200包括滤波器库201和识别模块202；滤波器库201包括针对多个工况类型设计的滤波器；识别模块202用于识别判断模块402的工况类型判断结果。

在一个实施方式中，如图5所示的基于前馈滤波器的降噪系统的结构示意图，优选地，检测单元100为麦克风，发声单元300为扬声器。其中，PA为主通道传声特性传递函数，G为扬声器传声特性传递函数，HFF为前馈滤波器传递函数，C1为控制器，e1为前馈滤波消噪后的残余噪声，MICFF为前馈麦克风。前馈麦克风MICFF将检测到的噪声信号分别传输至前馈滤波器HFF和控制器C1，控制器C1根据噪声信号确定当前工况类型进而确定当前工况对应的前馈滤波器HFF，前馈滤波器HFF基于噪声信号计算并输出前馈降噪信号至扬声器G，扬声器G输出前馈消噪声波，前馈消噪声波与噪声声波产生干涉，实现消噪，并产生残余噪声e1。前馈滤波器HFF只能实现部分噪声的消除，相当于初步噪声消除。

在一个实施方式中，如图6所示的基于反馈滤波器的降噪系统的结构示意图，优选地，检测单元100为麦克风，发声单元300为扬声器。其中，G为扬声器传声特性传递函数，HFB为前馈滤波器传递函数，C2为控制器，e2为反馈滤波消噪后的残余噪声，MICFB为反馈麦克风。反馈麦克风MICFB将检测到的噪声信号分别传输至反馈滤波器HFB和控制器C2，控制器C2根据噪声信号确定当前工况类型进而确定当前工况对应的反馈滤波器HFB，反馈滤波器HFB基于噪声信号计算并输出反馈降噪信号至扬声器G，扬声器G输出反馈消噪声波，反馈消噪声波与噪声声波产生干涉，实现消噪，并产生残余噪声e2。理论上，反馈滤波器能消除全部噪声，但是由于扬声器与反馈麦克风放置位置存在一定的距离，该距离导致的传输延迟使得反馈滤波器也不能消除全部噪声。与前馈滤波器相比，反馈滤波器是通过一种循环往复、多次迭代的噪声消除方法。

优选地，对于前馈滤波器与反馈滤波器结合的降噪系统，通过前馈麦克风检测到的噪声信号可确定当前工况以及当前工况下对应的前馈滤波器；通过反馈麦克风检测到的噪声残余信号确定当前工况以及当前工况下对应的反馈滤波器，该过程会循环多次，直至残余噪声量最小为止，在该过程中，工况会出现变化，反馈滤波器也会随工况的变化而变化。

实施例3

本发明实施例提供一种耳机，包括实施例2中的降噪系统，优选，对于头戴式耳机，还包括头梁以及与头梁两端连接的左耳罩和右耳罩。上述降噪系统可分别安装在左耳罩和右耳罩内，该耳机可根据当前环境噪声的分贝值，确定所使用的滤波器，该耳机具有良好的降噪效果。

显然，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述设计方法的各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

本发明实施例所提供的降噪系统及耳机，其实现原理及产生的技术效果和前述降噪方法实施例相同，为简要描述，降噪系统及耳机实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims (8)

1.一种降噪方法，其特征在于，包括：

针对不同工况，建立次级声源传声特性模型，形成模型库；

基于所述模型库中的所有模型，设计相应的滤波器，形成滤波器库；

检测当前次级声源的运行工况，根据所述运行工况选择所述滤波器库中的相应滤波器，以进行降噪处理。

2.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述建立次级声源传声特性模型包括：

分别采集次级声源的噪声传输的输入数据与输出数据；

基于所述输入数据和所述输出数据，利用辨识方法建立次级声源的传声特性模型。

3.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述滤波器为前馈滤波器和反馈滤波器中的任一种，或包括前馈滤波器和反馈滤波器的复合滤波器。

4.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述检测当前次级声源的运行工况，根据所述运行工况选择所述滤波器库中的相应滤波器包括：

根据预设的工况和检测到的当前工况，确定工况类型；

根据所述工况类型，选择相应的滤波器。

5.一种降噪系统，其特征在于，所述降噪系统可实施包括权利要求1至权利要求4中任一项所述的降噪方法；所述降噪系统包括：检测单元、滤波器单元、控制单元以及发声单元；

所述检测单元包括第一输出端和第二输出端；

所述滤波器单元包括第一输入端和第二输入端；

所述检测单元的第一输出端和所述滤波器单元的第一输入端连接；所述检测单元的第二输出端与所述控制单元的输入端连接；

所述滤波器单元第二输入端输出与所述控制单元的输出端连接；所述滤波器单元的输出端与所述发声单元的输入端连接；

所述检测单元用于将检测到的噪声信号分别传输至所述滤波器单元和所述控制单元；所述控制单元用于根据所述噪声信号对工况进行判断，并将工况判断结果传输至所述滤波器单元；所述滤波器单元用于根据接收的所述工况判断结果选择滤波器，并将所述噪声信号对应的消噪信号传输至所述发声单元；所述发声单元用于发出与所述消噪信号对应的消噪声波。

6.根据权利要求5所述的降噪系统，其特征在于，所述控制单元包括工况模块和判断模块；

所述工况模块包括预设的多个工况类型；

所述判断模块用于判断工况类型。

7.根据权利要求6所述的降噪系统，其特征在于，所述滤波器单元包括滤波器库和识别模块；

所述滤波器库包括针对多个工况类型设计的滤波器；

所述识别模块用于识别所述判断模块的工况类型判断结果。

8.一种耳机，其特征在于，包括如权利要求5至权利要求7中任一项所述的降噪系统。