專利名稱：音頻噪聲消除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種音頻噪聲消除 系統(tǒng)，并且特別地但非排它地，涉及用于耳機(jī)的有源音頻噪聲消除系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
有源噪聲消除在用戶感知到不期望的聲音的許多音頻環(huán)境中正日益變得普及。例如，包括有源噪聲消除功能的耳機(jī)已變得普及，并頻繁地用于諸如嘈雜的工廠場所之類的許多音頻環(huán)境中、用于飛機(jī)中以及被操作有噪聲的設(shè)備的人們使用。有源噪聲消除耳機(jī)和類似的系統(tǒng)基于感測典型地接近用戶耳朵的音頻環(huán)境(例如在耳朵周圍由耳機(jī)創(chuàng)建的聲學(xué)體積內(nèi))的麥克風(fēng)。噪聲消除信號然后被輻射至音頻環(huán)境中以便降低所得到的聲級。具體地，噪聲消除信號設(shè)法提供具有到達(dá)麥克風(fēng)的聲波的反相的信號，從而產(chǎn)牛至少部分消除咅頻環(huán)境中噪聲的破壞件干擾。典型地，有源噪聲消除系統(tǒng)在存在噪聲和噪聲消除信號的情況下基于由麥克風(fēng)測量的音頻信號實(shí)現(xiàn)生成聲音消除信號的反饋環(huán)路。這樣的噪聲消除環(huán)路的性能由作為該反饋環(huán)路一部分得以實(shí)現(xiàn)的反饋濾波器控制。反饋濾波器被設(shè)法設(shè)計(jì)成可獲得最佳的噪聲消除效果。已知用于設(shè)計(jì)反饋濾波器的各種算法和方法。例如，一種用于設(shè)計(jì)基于倒譜域(C印Stral domain)的反饋濾波器的方法
J. Laroche. “Optimal Constraint-Based Loop-Shaping in the Cepstral Domain", IEEE Signal process, letters, 14(4) : 225 至 227，2007 年 4 月中得以描述。然而，由于該反饋環(huán)路實(shí)質(zhì)上表示一種無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器，因此該反饋濾波器的設(shè)計(jì)受反饋環(huán)路成為穩(wěn)定的需求的限制。整個(gè)閉環(huán)濾波器的穩(wěn)定性通過使用奈奎斯特穩(wěn)定性(Nyquist’ stability)定理來保證，該定理要求在z=exp (j θ) (0 ^ θ <2 π )的復(fù)平面中整個(gè)閉環(huán)傳遞函數(shù)不包圍點(diǎn)Z=-L然而，盡管該反饋濾波器傾向于是一種固定、非適應(yīng)性的濾波器以便減少復(fù)雜性并簡化設(shè)計(jì)過程，但該反饋環(huán)路的部分的傳遞函數(shù)傾向于明顯變化。具體地，該反饋環(huán)路包括次級通路，其代表除反饋濾波器之外的其他環(huán)路元件，包括模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)、抗混疊(anti-aliasing)濾波器、功率放大器、揚(yáng)聲器、麥克風(fēng)和從揚(yáng)聲器到誤差麥克風(fēng)的聲路的傳遞函數(shù)。該次級通路的傳遞函數(shù)作為耳機(jī)當(dāng)前配置的函數(shù)變化明顯。例如，該次級通路的傳遞函數(shù)可取決于耳機(jī)是普通操作配置(即由用戶配戴)、不被用戶配戴、還是被向用戶的頭部擠壓等而明顯改變。由于反饋環(huán)路在所有場景中必須穩(wěn)定，該反饋濾波器受到必須確保次級通路所有不同可能的傳遞函數(shù)的穩(wěn)定性的限制。因此，該反饋濾波器的設(shè)計(jì)傾向于基于對次級通路傳遞函數(shù)的最差情況假設(shè)。然而，盡管這樣的方法可確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但它傾向于造成降低的性能，因?yàn)橛糜谠撎囟ǖ漠?dāng)前次級通路傳遞函數(shù)的理想噪聲消除功能未被該反饋濾波器實(shí)現(xiàn)。因此，一種改善的噪聲消除系統(tǒng)將是有利的，并且特別地，一種允許增加靈活性、改善噪聲消除、降低復(fù)雜性、提高穩(wěn)定性性能和特性和/或改善性能的噪聲消除系統(tǒng)將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明優(yōu)選地設(shè)法單獨(dú)地或以任意組合方式減輕、緩解或消除上述缺點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種噪聲消除系統(tǒng)，包括用于生成代表音頻環(huán)境中聲音的經(jīng)捕獲的信號的麥克風(fēng)；用于在音頻環(huán)境中輻射聲音消除音頻信號的聲換能器； 從麥克風(fēng)到聲換能器的反饋通路，該反饋通路接收經(jīng)捕獲的信號并生成用于聲換能器的驅(qū)動(dòng)信號，并包括反饋濾波器；用于針對反饋通路的反饋信號的聲調(diào)成分確定聲調(diào)成分特性的聲調(diào)處理器；以及用于響應(yīng)于聲調(diào)成分特性適應(yīng)性改變反饋通路的自適應(yīng)電路。本發(fā)明可為噪聲消除系統(tǒng)提供改善的性能。在許多系統(tǒng)中，不穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)可得以減小。特別地，不穩(wěn)定性在許多場景中可得以避免或降低，而不需要基于最差情況反饋通路、特別是基于次級通路的最差情況傳遞函數(shù)的反饋濾波器設(shè)計(jì)。反饋操作對具體次級通路的適應(yīng)通?？梢詫?shí)現(xiàn)。在許多實(shí)施例中，本發(fā)明可特別地允許高效的不穩(wěn)定性保護(hù)，同時(shí)保持低復(fù)雜性和/或簡單操作。一種更靈活的系統(tǒng)和增加的設(shè)計(jì)自由度可典型地被實(shí)現(xiàn)。發(fā)明人特別認(rèn)識到在許多實(shí)際噪聲消除系統(tǒng)中，檢測不穩(wěn)定性的最初發(fā)作 (onset)是可能的。確實(shí)，發(fā)明人已經(jīng)意識到這可通過估計(jì)和考慮在反饋通路中的信號成分來檢測。進(jìn)一步地，發(fā)明人已認(rèn)識到估計(jì)和檢測聲調(diào)信號成分(具體地例如正弦波或近似正弦波信號成分)在許多噪聲消除系統(tǒng)中提供了開始不穩(wěn)定性的良好指示。同樣地，發(fā)明人已認(rèn)識到這樣的不穩(wěn)定性通?？赏ㄟ^確定聲調(diào)信號成分的特性并作為響應(yīng)更改反饋通路來消除或減輕。聲調(diào)處理器可包括用于檢測反饋信號中聲調(diào)成分的聲調(diào)檢測器。聲調(diào)成分特性可以是經(jīng)檢測的聲調(diào)成分的特性。聲調(diào)成分特性可以是例如聲調(diào)成分的幅度、電平(level)、 功率、能量、頻率或相位，或者可以是例如聲調(diào)成分自身。在一些實(shí)施例中，具體地可提供一種噪聲消除系統(tǒng)，包括用于生成代表音頻環(huán)境中聲音的經(jīng)捕獲的信號的麥克風(fēng)；用于在音頻環(huán)境中輻射聲音消除音頻信號的聲換能器； 從麥克風(fēng)到聲換能器的反饋通路，該反饋通路接收經(jīng)捕獲的信號并生成用于聲換能器的驅(qū)動(dòng)信號，并包括反饋濾波器；用于生成在反饋通路的反饋信號中聲調(diào)信號成分的信號電平的電平指示的聲調(diào)信號成分檢測器以及用于響應(yīng)于電平指示而適應(yīng)性改變反饋濾波器的自適應(yīng)電路。該自適應(yīng)電路可具體地被設(shè)置成適應(yīng)性改變反饋通路的傳遞特性，例如從麥克風(fēng)到聲換能器的反饋通路的頻率響應(yīng)或增益。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，聲調(diào)成分特性是該聲調(diào)成分的信號電平的電平指示。這可提供一種特別有利的噪聲消除系統(tǒng)。特別地，估計(jì)的聲調(diào)信號成分的估計(jì)信號電平可被確定，并可用于適應(yīng)性改變反饋通路。估計(jì)的聲調(diào)成分的信號電平具體地可以是系統(tǒng)穩(wěn)定性或不穩(wěn)定性的特別好的指示。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，自適應(yīng)電路被設(shè)置成響應(yīng)于聲調(diào)成分適應(yīng)性改變反饋濾波器。這可提供一種特別有益的噪聲消除系統(tǒng)。特別地，在許多實(shí)施例中它可以允許便利的實(shí)現(xiàn)方式或設(shè)計(jì)和/或可提供反饋通路的有效自適應(yīng)。特別地，它可允許有效的自動(dòng)化穩(wěn)定性補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，聲調(diào)處理器包括自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器(Adaptive Line Enhancer)ο這可提供改善性能和/或便利的實(shí)現(xiàn)方式。特別地，自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器可提供指示不穩(wěn)定性發(fā)生的聲調(diào)成分的發(fā)作的特別可靠和/或快速的檢測。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器包括用于延遲和濾波輸入信號以生成經(jīng)更改的信號的自適應(yīng)濾波器；用于通過比較輸入信號和經(jīng)更改的信號生成差別指示的比較器；和用于適應(yīng)性改變自適應(yīng)濾波器以最小化差別指示的電路。這可提供改善性能和/或便利的實(shí)現(xiàn)方式。 根據(jù)本發(fā)明的可選特征，聲調(diào)處理器被設(shè)置成響應(yīng)于經(jīng)更改的信號的特性生成聲調(diào)成分特性。這可提供一種特別有利的噪聲消除系統(tǒng)。特別地，經(jīng)更改的信號可提供具有對由于不穩(wěn)定性的發(fā)作而引起的聲調(diào)成分的出現(xiàn)提供特別好的指示的特性的信號。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，聲調(diào)處理器可被設(shè)置成響應(yīng)于自適應(yīng)濾波器的至少一個(gè)系數(shù)的特性來生成聲調(diào)成分特性。這可提供一種特別有利的噪聲消除系統(tǒng)。特別地，自適應(yīng)濾波器系數(shù)可提供具有對由于不穩(wěn)定性的發(fā)作而引起的聲調(diào)成分的出現(xiàn)提供特別好的指示的特性的信號。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，自適應(yīng)電路被設(shè)置成響應(yīng)于聲調(diào)成分特性適應(yīng)性改變反饋濾波器的增益。這可提供改善性能和/或便利的實(shí)現(xiàn)方式。特別地，它可允許低復(fù)雜性而高效控制，減輕和/或防止不穩(wěn)定性。在一些實(shí)施例中，反饋濾波器包括增益塊和被設(shè)置成響應(yīng)于電平指示適應(yīng)性改變增益塊的增益的自適應(yīng)電路。該增益塊可提供在系統(tǒng)的操作頻率范圍(比如3dB通帶)內(nèi)基本上(比如在士 10%內(nèi))恒定的可變增益。這可提供改善的性能和/或便利的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，自適應(yīng)電路被設(shè)置為針對指示聲調(diào)信號成分漸增的信號電平的聲調(diào)成分特性，向較低增益偏置(bias)增益。這可提供改善的性能。特別地，它可允許高效控制、減輕和/或防止不穩(wěn)定性。特別地，自適應(yīng)電路可設(shè)置成將增益設(shè)置為低于第一閾值的用于電平指示的第一值，以及設(shè)置為高于第二閾值的用于電平指示的第二值，第一值高于第二值。第一和第二閾值可以是相同的閾值，或者第一閾值可比第二閾值低。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括生成經(jīng)濾波的信號的濾波器，并且其中聲調(diào)處理器被設(shè)置為響應(yīng)于該經(jīng)濾波的信號生成聲調(diào)成分特性。這可提供一種特別有利的噪聲消除系統(tǒng)。特別地，它可提供改善的可靠性并且例如可減少錯(cuò)誤檢測不穩(wěn)定性發(fā)作的可能性。因此，它可在許多場景中提供改善的噪聲消除。濾波器可具體地是帶通濾波器并且可典型地被設(shè)置為選擇聲調(diào)處理器在其中確定聲調(diào)成分特性的頻率間隔。該頻率間隔可具體地被選取以相應(yīng)于不穩(wěn)定性振動(dòng)在其中可能發(fā)生的頻率范圍。在一些實(shí)施例中，濾波器可以是相應(yīng)于多個(gè)帶通濾波器組合的濾波器。在一些實(shí)施例中，聲調(diào)信號成分檢測器包括多個(gè)帶通濾波器，其中每個(gè)帶通濾波器都生成經(jīng)濾波信號；用于通過組合經(jīng)濾波信號生成組合信號的電路，并且其中聲調(diào)成分處理器被設(shè)置為響應(yīng)于該組合信號生成聲調(diào)特性指示。這在許多實(shí)施例中可提供改善的性能，并且可能在不同的不穩(wěn)定性可能發(fā)生從而導(dǎo)致不同振動(dòng)頻率的應(yīng)用中特別有益。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，自適應(yīng)電路被設(shè)置為適應(yīng)性改變反饋濾波器的頻率響應(yīng)。這在許多實(shí)施例中可提供改善的性能。特別地，在減少對其它噪聲的噪聲消除性能的降級的同時(shí)，它可允許高效的不穩(wěn)定性減輕或補(bǔ)償。例如，頻率響應(yīng)可被更改以減少在振動(dòng)頻率處經(jīng)歷的增益，同時(shí)保持在其它頻率處的增益。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，該噪聲消除系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于抑制反饋信號的信號成分的抑制電路，該信號成分具有與聲調(diào)成分特性相應(yīng)的特性。這可提供一種特別有利的噪聲消除系統(tǒng)。特別地，它可允許高效的不穩(wěn)定性減輕、 補(bǔ)償和/或防止。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，聲調(diào)處理器和自適應(yīng)電路是插入反饋通路中的自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器的一部分。這可提供一種特別有利的噪聲消除系統(tǒng)。特別地，它可允許高效的不穩(wěn)定性減輕、 補(bǔ)償和/或防止。具體地，自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器可對由不穩(wěn)定性產(chǎn)生的聲調(diào)成分的發(fā)作提供特別可靠和/或快速的檢測和抑制。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，反饋通路是模擬反饋通路，并且聲調(diào)處理器的至少部分被數(shù)字地實(shí)現(xiàn)。這在許多實(shí)施例中可提供特別高效的實(shí)現(xiàn)方式。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于噪聲消除系統(tǒng)操作的方法，該系統(tǒng)包括用于生成代表音頻環(huán)境中經(jīng)捕獲的信號的麥克風(fēng)；用于在音頻環(huán)境中輻射聲音消除音頻信號的聲換能器；從麥克風(fēng)到聲換能器的反饋通路，該反饋通路接收經(jīng)捕獲的信號并生成用于聲換能器的驅(qū)動(dòng)信號，并包括反饋濾波器；該方法包括針對反饋通路的反饋信號的聲調(diào)成分確定聲調(diào)成分特性；并響應(yīng)于聲調(diào)成分特性適應(yīng)性改變反饋通路。本發(fā)明的這些和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過下述實(shí)施例變得清楚明白，并將參考下述實(shí)施例得以闡明。


將參考附圖、僅以示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中圖1圖釋了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的噪聲消除系統(tǒng)的示例；
圖2圖釋了用于噪聲消除系統(tǒng)的分析模型的示例； 圖3圖釋了用于噪聲消除系統(tǒng)的分析模型的示例； 圖4圖釋了自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器的示例； 圖5圖釋了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的噪聲消除系統(tǒng)的示例； 圖6圖釋了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的噪聲消除系統(tǒng)的示例；圖7圖釋了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的噪聲消除系統(tǒng)的示例； 圖8圖釋了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的噪聲消除系統(tǒng)的示例；以及圖9圖釋了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的噪聲消除系統(tǒng)的示例。
具體實(shí)施例方式以下描述專注于適用于耳機(jī)的音頻噪聲消除系統(tǒng)的本發(fā)明的實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于該應(yīng)用，而是可應(yīng)用于包括例如用于車輛的噪聲消除的許多其它應(yīng)用。圖1圖釋了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的噪聲消除系統(tǒng)的示例。在具體的示例中，該噪聲消除系統(tǒng)是用于耳機(jī)的噪聲消除系統(tǒng)。應(yīng)理解的是，圖1圖釋了用于一只耳朵的示例性功能，并且相同的功能可實(shí)現(xiàn)于另一只耳朵。該噪聲消除系統(tǒng)包括在具體示例中為耳機(jī)的揚(yáng)聲器101的聲換能器。該系統(tǒng)還包括位于用戶耳朵附近的麥克風(fēng)103。在具體示例中，耳機(jī)可以是包圍用戶耳朵的頭戴式護(hù)耳耳機(jī)，并具有被裝配來捕獲在由該頭戴式護(hù)耳耳機(jī)在用戶的耳朵周圍形成的聲學(xué)空間內(nèi)的音頻信號的麥克風(fēng)103。該噪聲消除系統(tǒng)的目的是減弱或消除由用戶感知的聲音，因此該系統(tǒng)設(shè)法最小化由麥克風(fēng)103測量的差錯(cuò)信號e。封閉式耳機(jī)的使用可進(jìn)一步提供傾向于在較高頻率處特別有效的無源噪聲衰減。圖1的有源噪聲消除系統(tǒng)適合用于通過生成用于音頻信號的反相位信號并將其饋送到揚(yáng)聲器101以輻射至由用戶感知的聲學(xué)環(huán)境中來消除噪聲。因此，麥克風(fēng)103捕獲相應(yīng)于即將被消除的音頻噪聲N和由揚(yáng)聲器101提供的噪聲消除信號的聲學(xué)組合的差錯(cuò)信號。為了生成噪聲消除信號，圖1的系統(tǒng)包括從麥克風(fēng)103的輸出到揚(yáng)聲器101的輸入的反饋通路，從而創(chuàng)建閉合反饋環(huán)路。在圖1的示例中，反饋環(huán)路主要在數(shù)字域中得以實(shí)現(xiàn)，因此麥克風(fēng)103耦合至抗混疊濾波器105 (典型地包括低噪聲放大器)，抗混疊濾波器105進(jìn)一步耦合至模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器107。經(jīng)數(shù)字化的信號被饋送到數(shù)字反饋濾波器109，該數(shù)字反饋濾波器109進(jìn)一步耦合至接收經(jīng)濾波的信號并將它轉(zhuǎn)換到模擬域的數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器111。在許多實(shí)施例中，D/ A轉(zhuǎn)換器111進(jìn)一步包括抗混疊濾波器(未示出)以使所生成的模擬信號平滑。來自D/A轉(zhuǎn)換器111的模擬信號被饋送到驅(qū)動(dòng)電路113 (典型地包括功率放大器)，該驅(qū)動(dòng)電路113耦合至揚(yáng)聲器101并且其驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器101以輻射噪聲消除信號。在該系統(tǒng)中，包括反饋濾波器109和次級通路的反饋環(huán)路因此得以創(chuàng)建，該次級通路包括不是反饋濾波器109 —部分的元件。該次級通路因此具有與除反饋濾波器109之外的反饋環(huán)路的成分的組合傳遞函數(shù)相應(yīng)的傳遞函數(shù)。因此，該次級通路的傳遞函數(shù)相應(yīng)于從反饋濾波器109的輸出到反饋濾波器109的輸入的(開環(huán))通路的傳遞函數(shù)。在具體的示例中，該次級通路包括D/A轉(zhuǎn)換器111 (包括D/A抗混疊濾波器)、驅(qū)動(dòng)電路113、揚(yáng)聲器 101、從揚(yáng)聲器101到麥克風(fēng)103的聲路、抗混疊濾波器105和A/D轉(zhuǎn)換器107。圖1的噪聲消除系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于響應(yīng)于反饋信號的聲調(diào)(例如正弦波或包括其諧波的近似正弦波)特性動(dòng)態(tài)地適應(yīng)性改變反饋環(huán)路的功能。在該示例中，在反饋濾波器109之前測量該反饋信號，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它實(shí)施例中它可在該反饋環(huán)路的其它點(diǎn)處得以測量。因此，該反饋信號可以是從麥克風(fēng)103向揚(yáng)聲器101反饋的信號，并且可在包括在反饋濾波器109之前、之后和之中的反饋通路中的任意點(diǎn)處得以測量。在圖1的系統(tǒng)中，反饋濾波器109控制該噪聲消除系統(tǒng)的閉環(huán)行為(behavior)。 反饋濾波器109具體地被實(shí)現(xiàn)為環(huán)路濾波器115和可變增益117。在該實(shí)現(xiàn)方式中，環(huán)路濾波器115為反饋通路提供期望的頻率響應(yīng)，而可變增益117提供頻率不變增益(在該系統(tǒng)的操作頻率范圍內(nèi))。應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施例中可變增益117和環(huán)路濾波器115可一起實(shí)現(xiàn)，例如通過適應(yīng)性改變環(huán)路濾波器115的濾波器系數(shù)來實(shí)現(xiàn)可變增益(以便更改增益但不更改頻率響應(yīng)，例如FIR濾波器的所有系數(shù)被相同地調(diào)節(jié))。應(yīng)進(jìn)一步理解的是，在一些實(shí)施例中可變增益117和環(huán)路濾波器115可實(shí)現(xiàn)為分離的功能元件，并且可不同地位于反饋環(huán)路中。例如，可變增益117可位于環(huán)路濾波器115之前或者例如在模擬域中(例如它可被實(shí)現(xiàn)為驅(qū)動(dòng)電路113的一部分)。還應(yīng)當(dāng)理解的是，反饋濾波器109，甚至可變增益117和環(huán)路濾波器 115，可被實(shí)現(xiàn)為分布式功能元件，并且可代表來自從麥克風(fēng)103到包括例如任意模擬濾波器的換能器101的反饋通路中任意點(diǎn)的功能。圖2圖釋了圖1的系統(tǒng)的分析模型。在該模型中，由麥克風(fēng)103執(zhí)行的音頻求和 (audio summation)由加法器201表示，從麥克風(fēng)到環(huán)路濾波器115的通路由第一次級通路濾波器(Sl)203表示，環(huán)路濾波器115由相應(yīng)的濾波器響應(yīng)205表示，可變增益117由增益函數(shù)207表示，并且次級通路從可變增益117到麥克風(fēng)103的這部分由第二次級通路濾波器(S2) 209表示。在該模型中，反饋通路的元件的次序可交換，因此第一次級通路濾波器(Sl)203和第二次級通路濾波器(s2)209可組合成單個(gè)的次級通路濾波器(S= S1 s2)301，如圖3所
7J\ ο噪聲信號N的閉環(huán)傳遞函數(shù)E (f)/N (f)可相應(yīng)地被確定為
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或在數(shù)字Z變換域中
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勵(lì) I-G-C(Z)-S1(Z)-S2(Z) \-G.C(z).幼。噪聲消除系統(tǒng)的目標(biāo)是提供盡可能多地衰減進(jìn)入信號(即產(chǎn)生盡可能低的由麥克風(fēng)103捕獲的信號e)的總傳遞函數(shù)H(f)(或H(z))。為了實(shí)現(xiàn)高效的噪聲消除，重要的是設(shè)計(jì)反饋濾波器109 (G C(f))以提供最佳閉環(huán)性能。然而，該設(shè)計(jì)受到以下事實(shí)的明顯限制反饋環(huán)路必須針對所有場景且特別地針對次級通路S中的所有可能變化保持穩(wěn)定。因此，常規(guī)地，當(dāng)設(shè)計(jì)環(huán)路濾波器時(shí)，不穩(wěn)定性可能在其中發(fā)生的最差情況次級通路場景得以考慮。然而，雖然這可防止或減少不穩(wěn)定性的可能性，但它也在設(shè)計(jì)自由度上提供了實(shí)質(zhì)的限制，導(dǎo)致次最佳濾波器設(shè)計(jì)和在正常操作期間降級的噪聲消除。例如，對于許多耳機(jī)，次級通路的特性和頻率對于該耳機(jī)的不同操作配置來說變化非常大。實(shí)際上，當(dāng)耳機(jī)不被配戴時(shí)、當(dāng)它們被配戴在正常位置時(shí)、當(dāng)被壓在耳朵上時(shí)，例如由該耳機(jī)提供非常不同的響應(yīng)。例如，當(dāng)耳機(jī)被壓在頭上時(shí)，許多噪聲消除耳機(jī)基本將次級通路響應(yīng)改變到IkHz左右。因此，當(dāng)用戶將耳機(jī)壓在頭上時(shí)，不穩(wěn)定性通常發(fā)生在IkHz 左右。為了避免該現(xiàn)象，反饋濾波器可被設(shè)計(jì)為在該配置中是穩(wěn)定的，但這將導(dǎo)致當(dāng)耳機(jī)未壓在頭上時(shí)明顯降低的噪聲消除。圖1的系統(tǒng)包括用于在減少額定配置的噪聲消除性能降級的同時(shí)改善不同配置的穩(wěn)定性的功能。具體地，圖1的噪聲消除系統(tǒng)被設(shè)置為檢測不穩(wěn)定性的發(fā)作，并響應(yīng)于該檢測動(dòng)態(tài)地更改反饋通路的特性。具體地，該系統(tǒng)包括聲調(diào)處理器119，該處理器確定從麥克風(fēng)103到換能器101的反饋環(huán)路的反饋信號的聲調(diào)成分的特性。具體地，聲調(diào)處理器119 可檢測在反饋信號中是否存在具有足夠高信號電平的聲調(diào)成分，這具體地可在反饋濾波器 109之前得以測量。聲調(diào)處理器119與被設(shè)置為響應(yīng)于聲調(diào)成分特性適應(yīng)性改變反饋通路特性的自適應(yīng)處理器121相耦合。在具體的示例中，自適應(yīng)處理器121與聲調(diào)處理器119和可變增益117相耦合，并且被設(shè)置為響應(yīng)于聲調(diào)成分特性調(diào)整可變增益117的增益。在該示例中，聲調(diào)處理器119包括被設(shè)置為檢測反饋信號中聲調(diào)/正弦波成分的聲調(diào)檢測功能。在典型的環(huán)境中，即將被消除的音頻噪聲具有非常隨機(jī)的并類似噪聲的性質(zhì)，并且典型地不包含任何顯著的聲調(diào)成分。因此，發(fā)明人認(rèn)識到這樣的聲調(diào)成分的檢測可在實(shí)踐中用作不穩(wěn)定性發(fā)作的指示。發(fā)明人進(jìn)一步認(rèn)識到這樣的聲調(diào)成分的檢測可用來控制反饋通路的特性以使得不穩(wěn)定性的發(fā)作被抵抗(counter)。具體地，當(dāng)聲調(diào)處理器119檢測到具有比給定閾值高的信號電平的聲調(diào)成分時(shí)，可變增益117的增益可被減小，從而消除正反饋條件且防止不穩(wěn)定性的進(jìn)一步發(fā)作。因此，在該系統(tǒng)中，當(dāng)不穩(wěn)定性的發(fā)生被估計(jì)時(shí)，反饋特性被自動(dòng)地更改。該更改改變閉環(huán)濾波器響應(yīng)以防止?jié)M足不穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致避免反饋聲調(diào)被生成。并且，環(huán)路濾波器不需要被設(shè)計(jì)用于最差情況條件，而可被設(shè)計(jì)用于額定條件，當(dāng)不常見的條件可能導(dǎo)致不穩(wěn)定性時(shí)，有源的和動(dòng)態(tài)的不穩(wěn)定性減輕操作補(bǔ)償。例如，環(huán)路濾波器115可被設(shè)計(jì)用于可變增益117的額定增益和額定用戶配置，例如被正常配戴的耳機(jī)。因此，改善的噪聲消除可在該額定使用配置中實(shí)現(xiàn)。然而，如果用戶將耳機(jī)壓在頭上，所得的不穩(wěn)定性的開始發(fā)作自動(dòng)地得以檢測，并且增益被調(diào)整以避免該不穩(wěn)定性和得到的音頻聲調(diào)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，在實(shí)現(xiàn)改善的不穩(wěn)定性性能的同時(shí)，改善的噪聲消除性能在大多數(shù)場景中得以實(shí)現(xiàn)。在具體的示例中，聲調(diào)處理器119具體地包括自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器(ALE)。由于ALE 允許高效、快速和精確地檢測信號中的低電平聲調(diào)/正弦波成分，從而允許特別有利地檢測不穩(wěn)定性的發(fā)作，因此ALE是特別有利的。圖4圖釋了根據(jù)使用ALE的實(shí)現(xiàn)方式的聲調(diào)處理器119的示例。聲調(diào)處理器119接收反饋信號X，反饋信號χ在具體的示例中相應(yīng)于來自A/D轉(zhuǎn)換器107的輸出和到反饋濾波器109的輸入的數(shù)字信號。反饋信號χ被饋送到延遲401和自適應(yīng)濾波器403(應(yīng)理解的是，延遲401和自適應(yīng)濾波器403可被認(rèn)為是提供足夠延遲和濾波的單個(gè)自適應(yīng)濾波器)。自適應(yīng)濾波器403 的輸出信號y被饋送到還接收反饋信號χ的減法器405。減法器403通過從反饋信號χ減去濾波器輸出信號ι生成輸出信號V。因此輸出信號V是反饋信號X和經(jīng)更改的信號y的差別指示。ALE進(jìn)一步包括接收反饋信號χ和減法器輸出信號ν的自適應(yīng)濾波器控制器407。 自適應(yīng)濾波器控制器407被設(shè)置為適應(yīng)性改變自適應(yīng)濾波器403的濾波器系數(shù)，使得輸出信號的能量被最小化。在具體的示例中，自適應(yīng)濾波器控制器407執(zhí)行最小均方算法，該算法適應(yīng)性改變系數(shù)使得輸出信號ν的能量最小化。延遲401被設(shè)置為足夠大以避免隨機(jī)噪聲在延遲401的輸入和輸出之間相關(guān)。因此，該延遲被足夠高地設(shè)置，使反饋信號X和延遲401的輸出之間的交叉相關(guān)低于隨機(jī)噪聲成分的給定閾值。典型地，該延遲被設(shè)置為比0. 5毫秒高和/或足夠使交叉相關(guān)為零或忽略不計(jì)。結(jié)果，自適應(yīng)濾波器403不能濾波延遲401的噪聲成分輸出以生成將與反饋信號 χ的噪聲成分相位不同的信號。因此，對于隨機(jī)噪聲成分，自適應(yīng)濾波器控制器407不能適應(yīng)性改變該濾波器以降低減法器輸出信號ν的能量。然而，對于周期信號成分，例如特別是聲調(diào)/正弦波成分，自適應(yīng)濾波器403可適于生成與反饋信號χ中相應(yīng)信號成分直接匹配的輸出信號y。因此，通過自適應(yīng)濾波器控制器407的輸出信號能量最小化將導(dǎo)致自適應(yīng)濾波器403被設(shè)置為生成與反饋信號χ的最顯著聲調(diào)成分相應(yīng)的聲調(diào)。特別地，自適應(yīng)濾波器403的輸出信號y將理想地和反饋信號 X中的相應(yīng)聲調(diào)成分相同。從反饋信號X中減去該成分y將產(chǎn)生具有最小化的能量的輸出信號V。因此，濾波器輸出信號y將相應(yīng)于反饋信號X的最顯著聲調(diào)成分。作為具體的示例，如果反饋信號χ僅包括隨機(jī)噪聲，自適應(yīng)濾波器403的系數(shù)將收斂于零(假設(shè)延遲足夠大以移除任何噪聲自相關(guān))。然而如果在噪聲中存在正弦信號成分， 自適應(yīng)濾波器403將收斂于峰值濾波器，其過濾掉噪聲并輸出該正弦信號。在該情況下，減法器輸出信號ν僅包括無正弦/聲調(diào)信號成分的隨機(jī)噪聲。ALE對輸入信號中聲調(diào)成分的存在提供非?？煽俊⒕_和快速的檢測。因此，ALE 在檢測可能由于不穩(wěn)定性的發(fā)作導(dǎo)致的潛在低電平聲調(diào)成分的存在時(shí)可以非常高效。的確，如所述的那樣，噪聲消除耳機(jī)在某些配置中通常可具有不穩(wěn)定性，導(dǎo)致在IkHz左右可清楚感知和令人討厭的聲調(diào)。ALE在檢測這樣的聲調(diào)時(shí)非?？焖伲⑶以谠撓到y(tǒng)中，反饋信號中這樣的聲調(diào)的發(fā)作被檢測并被用于補(bǔ)償反饋通路以抵抗不穩(wěn)定性。在該示例中，聲調(diào)成分特性響應(yīng)于自適應(yīng)濾波器403的輸出信號y得以確定。具體地，該聲調(diào)成分特性可被確定為該信號的特性。在具體的示例中，聲調(diào)成分特性被確定為指示自適應(yīng)濾波器403的輸出信號y的信號電平的電平指示。由于信號中任意聲調(diào)成分的足夠高的電平可能指示該聲調(diào)成分由不穩(wěn)定性生成，因此這可以對不穩(wěn)定性發(fā)作的可能性提供了特別高效和可靠的指示?？商娲鼗虼送?，聲調(diào)成分特性可響應(yīng)于自適應(yīng)濾波器的至少一個(gè)系數(shù)的特性而得以確定。例如，對于有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，聲調(diào)成分特性可被設(shè)置為相應(yīng)于最高絕對系數(shù)值和/或總和絕對系數(shù)值。因此，聲調(diào)成分特性例如可被計(jì)算為自適應(yīng)濾波器403 的一個(gè)或多個(gè)系數(shù)的數(shù)量電平指示。這樣的基于濾波器系數(shù)的特性在許多場景中可對不穩(wěn)定性引起的聲調(diào)成分的存在提供特別有利的指示，因?yàn)樗苯臃从沉?ALE對當(dāng)前信號的自適應(yīng)。聲調(diào)成分特性被饋送到自適應(yīng)處理器121，作為響應(yīng)，自適應(yīng)處理器121繼續(xù)適應(yīng)性改變反饋通路的特性。在具體的情況下，自適應(yīng)處理器121調(diào)整反饋濾波器109的特性。應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施例中，反饋濾波器109的頻率響應(yīng)可被調(diào)整。然而，在具體的示例中，可變增益117的增益值的低復(fù)雜度調(diào)整被用來更改反饋濾波器109，從而更改從麥克風(fēng)103到換能器101的反饋通路的特性。具體地，自適應(yīng)處理器121被設(shè)置為針對指示聲調(diào)信號成分的漸增信號電平的聲調(diào)成分特性向較低增益偏置增益。例如，如果自適應(yīng)處理器121從ALE接收指示聲調(diào)成分具有低于給定第一閾值的電平的信號電平指示，這可能指示沒有發(fā)生不穩(wěn)定性，因此給定的額定增益值可被設(shè)置。然而，如果信號電平指示指示聲調(diào)成分高于給定閾值(該閾值可以但不需要是與第一閾值相同的閾值)，這可被認(rèn)為是指示不穩(wěn)定性正在發(fā)展中，因此可變增益117的增益可被降低到較低值，導(dǎo)致反饋環(huán)路的不穩(wěn)定條件被消除。例如，可變增益117可被設(shè)置為即使耳機(jī)被壓在耳朵上也不會引起不穩(wěn)定性的已知值。如果聲調(diào)成分電平落在第一值以下，則增益值可被返回到額定值。應(yīng)理解的是，可使用用于將增益設(shè)置為聲調(diào)成分特性的函數(shù)的許多其他算法或標(biāo)準(zhǔn)，而不脫離本發(fā)明。例如，查找表可被用于實(shí)現(xiàn)聲調(diào)成分特性和增益之間的任意關(guān)系。作為另一個(gè)示例，在聲調(diào)成分特性和增益值之間可沒有直接絕對的相關(guān)性，但增益的相對設(shè)置可被使用。例如，當(dāng)檢測到聲調(diào)成分信號電平高于給定電平時(shí)，自適應(yīng)處理器121可繼續(xù)以給定的速率持續(xù)地降低增益，直到聲調(diào)成分電平落到給定閾值以下。圖2和圖3的分析模型以及相關(guān)聯(lián)的分析推導(dǎo)過程清楚地表明，閉環(huán)響應(yīng)很大程度上取決于增益G，因此得到的閉環(huán)響應(yīng)可僅僅通過調(diào)整該增益而得到有效地控制。同樣清楚的是，不穩(wěn)定性可通過調(diào)整該增益而得以避免。例如，如果增益被設(shè)置為0，則不穩(wěn)定性不會發(fā)生，因?yàn)檫@相應(yīng)于沒有反饋通路。因此，充分地降低增益將總是允許消除不穩(wěn)定性。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它實(shí)施例中，反饋通路的其它特性可以可替代地或此外被調(diào)整以避免不穩(wěn)定性發(fā)展。例如，環(huán)路濾波器205可以是適于當(dāng)已檢測到不穩(wěn)定性發(fā)作時(shí)提供不同頻率響應(yīng)的自適應(yīng)濾波器。例如，如果ALE在給定頻率處檢測到聲調(diào)成分，則環(huán)路濾波器205可被調(diào)整以在該頻率處引入高衰減。例如，給定頻率處的陷波(notch)可被引入到環(huán)路濾波器205的頻率響應(yīng)。這可有效地衰減導(dǎo)致不穩(wěn)定性的反饋，同時(shí)允許在其它頻率處的高效噪聲消除。因此，在該示例中，聲調(diào)成分特性可包括或相應(yīng)于經(jīng)檢測聲調(diào)成分的頻率，并且反饋頻率響應(yīng)可被更改以衰減該頻率。在一些實(shí)施例中，噪聲消除系統(tǒng)進(jìn)一步包括濾波器以生成隨后被聲調(diào)信號成分處理器119用來生成聲調(diào)成分特性的經(jīng)濾波的信號。因此，聲調(diào)成分特性可響應(yīng)于該經(jīng)濾波的信號的特性而得以生成。該經(jīng)濾波的信號具體地可通過過濾反饋信號(例如在到反饋濾波器109的輸入處的反饋信號)來生成。這樣的例子在圖5中圖釋。在該示例中，圖1的噪聲消除系統(tǒng)被更改以進(jìn)一步包括濾波器501，濾波器501對聲調(diào)處理器119的輸入信號進(jìn)行濾波。該濾波器具體地是具有通帶的帶通濾波器，該通帶相應(yīng)于不穩(wěn)定性可能在其中發(fā)生的頻率間隔。例如，對于其中將耳機(jī)壓在頭上可能生成IkHz左右的正反饋的耳機(jī)噪聲消除系統(tǒng)的應(yīng)用，濾波器501被設(shè)計(jì)為衰減在IkHz左右的適當(dāng)頻率間隔中的頻率。
在許多實(shí)施例中，通過為濾波器501選取不多于500Hz的6dB通帶可實(shí)現(xiàn)有利的性能，但應(yīng)理解的是，在不同的實(shí)施例中可使用不同的通帶。在到聲調(diào)處理器119的輸入處引入濾波器501可在許多場景中提供改善的性能。 特別地，它可提高正確檢測不穩(wěn)定性發(fā)作的可能性，而減小錯(cuò)誤檢測的可能性。具體地，聲調(diào)成分的檢測可被限制到在其中這樣的聲調(diào)成分可能由于不穩(wěn)定而發(fā)生的頻率間隔中。因此，濾波器501例如可降低音頻噪聲聲調(diào)將被檢測為不穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗赡茉诓煌l率處。在一些實(shí)施例中，濾波器501可包括多個(gè)通帶。具體地，濾波器501可包括多個(gè)并行的帶通濾波器，每個(gè)濾波器在給定的頻率間隔中生成經(jīng)濾波的信號。濾波器501可進(jìn)一步包括用于組合各個(gè)濾波器的輸出信號的組合器(例如簡單的求和電路)，并且該經(jīng)組合的信號然后被饋送到聲調(diào)處理器119。因此，在這樣的實(shí)施例中，低復(fù)雜度的方法可被用來最優(yōu)化該系統(tǒng)，以便防止在其中不穩(wěn)定性可能發(fā)生的多個(gè)特定頻率間隔中的不穩(wěn)定性。例如，當(dāng)耳機(jī)被壓在頭上時(shí)或當(dāng)被用戶從耳朵輕微地舉起移開時(shí)，耳機(jī)可能提供不穩(wěn)定性。這兩種不穩(wěn)定性可發(fā)生在不同的頻率處，并且具有多個(gè)通帶的濾波器501可能能夠可靠地檢測兩種類型的不穩(wěn)定性，同時(shí)還對由在音頻環(huán)境中的聲調(diào)成分引起的錯(cuò)誤檢測具有高抵抗力。在上述描述中，反饋通路主要數(shù)字地實(shí)現(xiàn)，且特別地，反饋濾波器109和不穩(wěn)定性保護(hù)電路數(shù)字地實(shí)現(xiàn)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，在其它實(shí)施例中，模擬和數(shù)字功能之間的其它分離可被應(yīng)用，包括例如完全模擬實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，反饋濾波器、甚至從麥克風(fēng)103到換能器101的整個(gè)反饋通路以模擬方式實(shí)現(xiàn)，而聲調(diào)處理器119和自適應(yīng)處理器121形式的不穩(wěn)定性保護(hù)電路數(shù)字地實(shí)現(xiàn)。例如，到聲調(diào)處理器119的輸入可包括A/D轉(zhuǎn)換器601 (包括抗混疊濾波器)，并且自適應(yīng)處理器121的輸出可包括D/A轉(zhuǎn)換器(其可包括抗混疊濾波器)，如圖6所示。應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施例中，僅聲調(diào)處理器119和/或自適應(yīng)處理器121的部分將數(shù)字地實(shí)現(xiàn)，而聲調(diào)處理器119和/或自適應(yīng)處理器121的其它部分由模擬電路實(shí)現(xiàn)。例如，對于圖4的ALE，延遲401、自適應(yīng)濾波器403和自適應(yīng)濾波器控制器407可在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)，而減法器405可在模擬域中實(shí)現(xiàn)。在這樣的示例中，到延遲401和自適應(yīng)濾波器控制器407的輸入可包括A/D轉(zhuǎn)換器，并且來自自適應(yīng)濾波器403的輸出可包括D/A轉(zhuǎn)換器(在適當(dāng)?shù)那闆r下包括適當(dāng)?shù)目够殳B濾波器)。這樣的示例在如隨后將描述的那樣在減法器405 被實(shí)現(xiàn)為反饋通路的一部分和反饋通路在模擬域中的場景中可能特別有利。在之前的示例中，不穩(wěn)定性保護(hù)功能未直接更改反饋信號，而是控制反饋通路。特別地，聲調(diào)處理器119和自適應(yīng)處理器121不是反饋通路自身的一部分。然而，應(yīng)理解的是，在其它實(shí)施例中，聲調(diào)處理器119和/或自適應(yīng)處理器121自身可以是反饋通路的一部分，并且可直接更改反饋信號。自適應(yīng)處理器121直接被插入反饋通路中的示例在圖7中得以圖釋。在該示例中， 在不穩(wěn)定性被檢測的情況下，自適應(yīng)處理器121不控制反饋濾波器109的增益或頻率響應(yīng)， 而是直接更改反饋信號。例如，在正常操作期間，聲調(diào)處理器119在反饋信號中將檢測不到任何顯著聲調(diào)成分，并且在該場景中，自適應(yīng)處理器121可簡單地使反饋信號通過，而不更改它。然而，如果聲調(diào)處理器119檢測到由于不穩(wěn)定性可能出現(xiàn)的聲調(diào)成分，它可將其饋送到繼續(xù)嘗試抑制該聲調(diào)成分的自適應(yīng)處理器121。例如，經(jīng)檢測的聲調(diào)成分的頻率可被饋送到自適應(yīng)處理器121，該自適應(yīng)處理器121然后繼續(xù)執(zhí)行以該頻率為中心的急劇陷波(sharp notch)濾波。作為另一個(gè)示例，自適應(yīng)處理器121可通過從反饋信號中減去估計(jì)的聲調(diào)成分來抑制該經(jīng)檢測的聲調(diào)成分。通過在反饋通路中直接包括ALE可實(shí)現(xiàn)特別有利的系統(tǒng)。例如，如圖8所示，圖4 的ALE 801可直接被插入反饋通路中。這可提供高效的性能而保持低復(fù)雜性。的確，ALE不僅可允許由聲調(diào)成分引起的不穩(wěn)定性的高效檢測，還可自動(dòng)地引入對來自反饋信號的這些聲調(diào)成分的抑制或可能的消除。例如，在正常操作期間，反饋信號主要是隨機(jī)噪聲，因此自適應(yīng)濾波器控制器407 的LMS算法將傾向于向0系數(shù)驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)濾波器403，導(dǎo)致ALE 801操作為簡單通過并不影響該信號。然而，如果聲調(diào)成分存在，自適應(yīng)濾波器控制器407將控制自適應(yīng)濾波器403以生成相應(yīng)于該聲調(diào)成分的輸出1。該信號被進(jìn)一步饋送到減法器405，它導(dǎo)致該聲調(diào)成分在從ALE 801輸出的反饋信號中被抑制。應(yīng)理解的是，圖8的示例直接與圖7的示例相對應(yīng)，其中自適應(yīng)處理器121相應(yīng)于 ALE 801的減法器405，并且聲調(diào)處理器119相應(yīng)于延遲401、自適應(yīng)濾波器403和自適應(yīng)濾波器控制器407。另一個(gè)示例在圖9中提供。在該示例中，環(huán)路濾波器115與圖4的ALE的聲調(diào)檢測功能并行。應(yīng)理解的是，圖9的示例也直接與圖7的示例相對應(yīng)，其中自適應(yīng)處理器121 相應(yīng)于ALE的減法器405，并且聲調(diào)處理器119相應(yīng)于延遲401、自適應(yīng)濾波器403和自適應(yīng)濾波器控制器407 ；但自適應(yīng)處理器121被移動(dòng)到環(huán)路濾波器115和可變增益117之間。因此，在這些示例中，自適應(yīng)處理器121通過它自身是反饋通路的一部分且響應(yīng)于聲調(diào)成分的檢測而適應(yīng)性改變反饋信號的處理來直接改變反饋通路。該方法可能在許多實(shí)施例中是非常有利的，并且可特別地允許高效的不穩(wěn)定性緩解，同時(shí)保持低復(fù)雜性。并且，不穩(wěn)定性補(bǔ)償可直接針對不穩(wěn)定性自身，同時(shí)降低對在其它頻率處噪聲消除性能的影響。應(yīng)進(jìn)一步理解的是，所述方法可被組合。例如，圖7的自適應(yīng)處理器121除了抑制經(jīng)檢測的聲調(diào)成分之外還可更改反饋濾波器109的可變增益117的增益。在一些系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器101還可被用于向用戶提供用戶音頻信號。例如，用戶可使用耳機(jī)聽音樂。在這樣的系統(tǒng)中，用戶音頻信號與反饋環(huán)路信號組合(例如在到D/A轉(zhuǎn)換器 111的輸出處)，并且來自麥克風(fēng)103的差錯(cuò)信號通過減去相應(yīng)于由麥克風(fēng)103捕獲的經(jīng)估計(jì)的用戶音頻信號的貢獻(xiàn)(contribution)來補(bǔ)償。應(yīng)理解的是，出于清楚的目的以上描述參考不同的功能單元和處理器描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，應(yīng)清楚，不同功能單元或處理器之間功能的任意適當(dāng)分布可被使用而不脫離本發(fā)明。例如，圖釋將由分離的處理器或控制器執(zhí)行的功能可由相同的處理器或控制器執(zhí)行。因此，對特定功能單元的引用僅被視為對用于提供所描述功能的適當(dāng)電路的引用， 而不指示絕對的邏輯或物理結(jié)構(gòu)或組織。本發(fā)明可以以包括硬件、軟件、固件或這些的任意組合的任意適當(dāng)形式來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可以可選地至少部分地被實(shí)現(xiàn)為運(yùn)行在一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)處理器和/或數(shù)字信號處理器上的計(jì)算機(jī)軟件。本發(fā)明實(shí)施例的元件和組件可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞轿锢淼?、功能地和邏輯地?shí)現(xiàn)。的確，功能可在單一單元、多個(gè)單元或作為其它功能單元的一部分來實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明可在單個(gè)的單元中實(shí)現(xiàn)，或者可物理地和功能地分布在不同的單元和處理器之間。盡管結(jié)合了一些實(shí)施例描述了本發(fā)明，但它不意欲被限于在此闡述的特定形式。 相反，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求來限制。此外，盡管特征可看似結(jié)合特別的實(shí)施例而得以描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到所描述實(shí)施例的各種特征可根據(jù)本發(fā)明得以組合。在權(quán)利要求中，術(shù)語包括不排除其它元件或步驟的存在。并且，盡管被單獨(dú)地列出，但多個(gè)電路、元件或方法步驟可由例如單個(gè)單元或處理器來實(shí)現(xiàn)。此外，盡管各個(gè)特征可包括在不同的權(quán)利要求中，但這些特征可以可能地有利地被組合，并且包括在不同的權(quán)利要求中并不暗示特征的組合是不可行的和/或無益的。同樣，在一個(gè)類別的權(quán)利要求中特征的包括并不暗示限制于該類別，而是指示在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候該特征可等同地適用于其它權(quán)利要求類別。并且，權(quán)利要求中特征的順序并不暗示特征必須按照其工作的任意特定順序，特別地，方法權(quán)利要求中各個(gè)步驟的順序并不暗示這些步驟必須按照該順序執(zhí)行。相反，所述步驟可以按照任意適當(dāng)?shù)捻樞驁?zhí)行。并且，單數(shù)引用并不排除多個(gè)。因此，對“一”、“一個(gè)”、“第一”、“第二”等的應(yīng)用并不排除多個(gè)。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記僅被提供為闡明示例，不應(yīng)當(dāng)被解釋為以任意方式限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種噪聲消除系統(tǒng)，包括-麥克風(fēng)(103)，用于生成代表音頻環(huán)境中的聲音的經(jīng)捕獲的信號；-聲換能器(101)，用于在所述音頻環(huán)境中輻射聲音消除音頻信號；-從所述麥克風(fēng)(103)到聲換能器(101)的反饋通路(105，107，109，111，113)， 該反饋通路(105，107, 109, 111，113)接收所述經(jīng)捕獲的信號并生成用于所述聲換能器 (101)的驅(qū)動(dòng)信號，并包括反饋濾波器(109)；-聲調(diào)處理器(119)，用于針對所述反饋通路(105，107，109，111，113)的反饋信號的聲調(diào)成分確定聲調(diào)成分特性；和-自適應(yīng)電路(121)，用于響應(yīng)于所述聲調(diào)成分特性適應(yīng)性改變所述反饋通路。
2.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述聲調(diào)成分特性是所述聲調(diào)成分的信號電平的電平指示。
3.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述自適應(yīng)電路(121)被設(shè)置為響應(yīng)于所述聲調(diào)成分適應(yīng)性改變所述反饋濾波器(109)。
4.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述聲調(diào)處理器包括自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器。
5.權(quán)利要求4的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器包括-自適應(yīng)濾波器(401，403)，用于延遲和過濾輸入信號以生成經(jīng)更改的信號；-比較器(405)，用于通過比較所述輸入信號和所述經(jīng)更改的信號來生成差別指示；禾口-電路(407 )，用于適應(yīng)性改變所述自適應(yīng)濾波器以最小化所述差別指示。
6.權(quán)利要求5的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述聲調(diào)處理器(119)被設(shè)置為響應(yīng)于所述經(jīng)更改的信號的特性生成所述聲調(diào)成分特性。
7.權(quán)利要求5的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述聲調(diào)處理器(119)被設(shè)置為響應(yīng)于所述自適應(yīng)濾波器(401，403)的至少一個(gè)系數(shù)的特性來生成所述聲調(diào)成分特性。
8.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述自適應(yīng)電路(121)被設(shè)置為響應(yīng)于所述聲調(diào)成分特性適應(yīng)性改變所述反饋濾波器(109)的增益。
9.權(quán)利要求8的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述自適應(yīng)電路(121)被設(shè)置為針對指示所述聲調(diào)信號成分的漸增的信號電平的聲調(diào)成分特性向較低增益偏置所述增益。
10.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，進(jìn)一步包括濾波器(501)以生成經(jīng)濾波的信號，并且其中所述聲調(diào)處理器(119)被設(shè)置為響應(yīng)于所述經(jīng)濾波的信號生成所述聲調(diào)成分特性。
11.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述自適應(yīng)電路(119)被設(shè)置為適應(yīng)性改變所述反饋濾波器(109)的頻率響應(yīng)。
12.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于抑制所述反饋信號的信號成分的抑制電路(405)，該信號成分具有相應(yīng)于所述聲調(diào)成分特性的特性。
13.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述聲調(diào)處理器(119)和所述自適應(yīng)電路(121) 是插入所述反饋通路(105，107，109，111，113)中的自適應(yīng)譜線增強(qiáng)器的一部分。
14.權(quán)利要求1的噪聲消除系統(tǒng)，其中所述反饋通路(105，107，109，111，113)是模擬反饋通路，并且所述聲調(diào)處理器(119)的至少一部分被數(shù)字地實(shí)現(xiàn)。
15.一種操作噪聲消除系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括-麥克風(fēng)(103)，用于生成代表音頻環(huán)境中的聲音的經(jīng)捕獲的信號；-聲換能器(101)，用于在所述音頻環(huán)境中輻射聲音消除音頻信號； -從麥克風(fēng)(103)到聲換能器(101)的反饋通路(105，107，109，111，113)，該反饋通路(105，·107，109，111，113)接收所述經(jīng)捕獲的信號并生成用于所述聲換能器(101) 的驅(qū)動(dòng)信號，并包括反饋濾波器(109)；該方法包括-針對所述反饋通路(105，107，109，111，113)的反饋信號的聲調(diào)成分確定聲調(diào)成分特性；和-響應(yīng)于所述聲調(diào)成分特性適應(yīng)性改變所述反饋通路(105，107，109，111，113)。
全文摘要
一種噪聲消除系統(tǒng)包括用于生成代表在音頻環(huán)境中的聲音的經(jīng)捕獲的信號的麥克風(fēng)(103)和用于在音頻環(huán)境中輻射聲音消除音頻信號的聲換能器(101)。從麥克風(fēng)(103)到聲換能器(101)存在反饋通路(105,107,109,111,113)，并且該反饋通路包括反饋濾波器(109)。聲調(diào)處理器(119)針對反饋通路(105,107,109,111,113)的反饋信號的聲調(diào)成分確定聲調(diào)成分特性，并且自適應(yīng)處理器(121)響應(yīng)于該聲調(diào)成分特性適應(yīng)性改變反饋通路。本發(fā)明允許不穩(wěn)定性發(fā)作的檢測和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償以減輕或防止這樣的不穩(wěn)定性。因此，實(shí)現(xiàn)了反饋濾波器的增加的設(shè)計(jì)自由度，導(dǎo)致改善的噪聲消除。
文檔編號G10K11/178GK102422346SQ201080020790
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月11日
發(fā)明者J. 范利斯特 A. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司