通過結(jié)合有源噪音消除及感知噪音補(bǔ)償改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置和方法
【專利摘要】提供了一種用于改善音頻輸出信號的聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置。所述裝置包括用于基于環(huán)境音頻信號生成噪音消除信號的有源噪音消除單元(110)，其中環(huán)境音頻信號包括噪音信號部分，所述噪音信號部分由記錄環(huán)境噪音引起。而且，所述裝置包括用于根據(jù)環(huán)境噪音及噪音消除信號確定殘余噪音特征的殘余噪音特征估計(jì)器(120)。此外，所述裝置包括用于基于音頻目標(biāo)信號及基于殘余噪音特征生成噪音補(bǔ)償信號的感知噪音補(bǔ)償單元(130)。而且，所述裝置包括用于合成噪音消除信號及噪音補(bǔ)償信號以得到音頻輸出信號的合成器(140)。
【專利說明】通過結(jié)合有源噪音消除及感知噪音補(bǔ)償改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及音頻信號處理，尤其涉及一種通過結(jié)合有源噪音消除及感知噪音補(bǔ)償以改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置和方法，例如，通過改善耳機(jī)上的聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量。

【背景技術(shù)】
[0002]音頻信號處理變得越來越重要。在許多傾聽場景中，例如，在車內(nèi)，音頻信號在嘈雜的環(huán)境中呈現(xiàn)，因此，它們的音質(zhì)及清晰度受到影響。一種減小環(huán)境噪音對傾聽體驗(yàn)的影響的方法是有源噪音消除(有源噪音控制)，例如，參見文獻(xiàn)[I]和文獻(xiàn)[2]。ANC(有源噪音消除)在接收器側(cè)不同程度地減小干擾噪音。通常地，低頻噪音分量比高頻分量能夠更成功地被消除，穩(wěn)定噪音比不穩(wěn)定噪音能夠更好地被消除，純音比隨機(jī)噪音能夠更好地被消除。
[0003]有源噪音消除是一種基于聲干涉原理抑制聲學(xué)噪音的技術(shù)，使用干擾噪音的倒相副本消除干擾噪音的基本思想在1936年的Paul Lueg的專利中被首次描述，參見文獻(xiàn)[7]。
[0004]文獻(xiàn)[I]和文獻(xiàn)[2]對ANC的原理進(jìn)行了總結(jié)。使用換能器測量通過噪音源(主要源)發(fā)出的聲場。這個參考信號用于生成輸入次級揚(yáng)聲器的次級信號。如果通過次級源發(fā)出的聲波(所謂的“抗噪音”)與噪音的聲波正好為異相，噪音由于揚(yáng)聲器后且與噪音源相對的區(qū)域中的相消性干擾而被消除，形成“靜音區(qū)”。理想地，平面波換能器既用于麥克風(fēng)也用于揚(yáng)聲器。
[0005]盡管通過延遲和主噪音的測量可以生成抗噪音，但是經(jīng)常自適應(yīng)地計(jì)算抗噪音以處理噪音與反聲(ant1-sound)換能器之間的聲道中的可能變化。這種實(shí)施方式基于自適應(yīng)濾波器，通過使用最小均方(LMS)算法、濾波-X LMS(FXLMS)算法、有漏洞的(leaky)FXLMS算法或其他優(yōu)化算法對誤差信號進(jìn)行最小化而計(jì)算自適應(yīng)濾波器的濾波系數(shù)。
[0006]ANC可以實(shí)施為前饋控制或反饋控制。
[0007]圖3示出前饋結(jié)構(gòu)的ANC實(shí)現(xiàn)的框圖。噪音源310發(fā)出主噪音320。主噪音320被參考麥克風(fēng)330記錄為環(huán)境音頻信號d(t)。該環(huán)境音頻信號輸入自適應(yīng)濾波器340。自適應(yīng)濾波器用于對環(huán)境音頻信號d(t)進(jìn)行濾波以得到濾波后的信號。該濾波后的信號用于控制揚(yáng)聲器350。
[0008]如前所述，圖3所示的結(jié)構(gòu)為前饋結(jié)構(gòu)。在前饋結(jié)構(gòu)中，參考麥克風(fēng)可被例如布置為使得主噪音在到達(dá)次級源之前被采集，如圖3所示。
[0009]經(jīng)常地，在次級源之后安裝第二麥克風(fēng)以測量殘余噪音信號。在這種結(jié)構(gòu)中，第二麥克風(fēng)表現(xiàn)為殘余噪音麥克風(fēng)或誤差麥克風(fēng)。這種結(jié)構(gòu)在圖4中示出。
[0010]圖4示出具有附加誤差麥克風(fēng)460的前饋結(jié)構(gòu)的ANC實(shí)現(xiàn)的框圖。自適應(yīng)算法使用參考麥克風(fēng)信號計(jì)算用于生成抗噪音的濾波系數(shù)，以便最小化殘余噪音。
[0011]圖5示出反饋結(jié)構(gòu)的ANC實(shí)現(xiàn)的框圖。如圖5所示，反饋結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式使用僅僅一個麥克風(fēng)來測量誤差并生成次級信號。文獻(xiàn)[8]中描述用于耳機(jī)應(yīng)用的反饋ANC系統(tǒng)。
[0012]消除的效果取決于噪音源和次級源的聲場重疊的精確性。在實(shí)際中，干擾噪音信號無法完全消除。ANC尤其適用于低頻噪音信號分量及穩(wěn)定信號，但不能消除高頻及不穩(wěn)定噪音信號分量。
[0013]感知噪音補(bǔ)償(PNC)是一種使用心理聲學(xué)知識對干擾噪音的感知效果進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男盘柼幚矸椒?。PNC背后的基礎(chǔ)原理是應(yīng)用時變均衡，從而放大被干擾噪音掩蓋的輸入音頻信號的譜分量。其主要思想已被稱為，例如，噪音補(bǔ)償(例如參見文獻(xiàn)[3])，掩蓋補(bǔ)償(例如參見文獻(xiàn)[4])，噪音環(huán)境中的聲音均衡(例如參見文獻(xiàn)[5])或動態(tài)聲音控制(例如參見文獻(xiàn)[6])。
[0014]感知噪音補(bǔ)償對音頻信號進(jìn)行處理，以便在環(huán)境噪音中所呈現(xiàn)的音頻信號的音色及響度被感知為類似或接近于在安靜環(huán)境中所呈現(xiàn)的未經(jīng)處理的音頻信號的音色及響度。由于部分或全部掩蔽效應(yīng)，加性(additive)噪音導(dǎo)致期望信號的響度的降低。產(chǎn)生的感覺被稱為部分響度。由于人類聽覺系統(tǒng)內(nèi)的頻率選擇性處理，干擾噪音影響期望信號的感知譜平衡，從而影響其音色。
[0015]例如，PNC的基本原理已被應(yīng)用于文獻(xiàn)[3]中。最近的發(fā)展已經(jīng)在例如文獻(xiàn)[9]、
[10]、[11]及文獻(xiàn)[6]中描述。這種方法的基本原理是將時變譜權(quán)重因子應(yīng)用到期望信號，以便恢復(fù)對響度及音色的感覺。
[0016]PNC的譜加權(quán)方法將輸入音頻信號劃分成M個頻帶，優(yōu)選地根據(jù)具有臨界頻帶的帶寬的感知激勵頻率標(biāo)度(例如Bark標(biāo)度或ERB標(biāo)度)進(jìn)行劃分。使用時變增益因子gm[k]對得到的子帶信號sm[k]進(jìn)行衡量，時變增益因子gm[k]具有子帶指數(shù)m = Ρ..Μ和時間指數(shù)k。計(jì)算增益，以便噪音中的處理后的信號的部分特定響度N’(例如，在每個聽覺頻帶處引起的響度)等于安靜環(huán)境中的未被處理的音頻信號的特定響度或其一部分β，如等式(I)所示，其中em[k]作為加性噪音的子帶信號:
[0017]β N' q[m, k] = N' p [m, k](I)
[0018]其中，
[0019]N’q[m，k] = f(Sni[k])
[0020]為安靜環(huán)境中的響度，以及其中
[0021]N' P [m, k] = f (gm[k] sm[k]，em[k])
[0022]為噪音e[k]中的處理后的信號的部分響度。
[0023]當(dāng)信號s[k]與掩蔽信號e[k]同時出現(xiàn)時，響度模型計(jì)算信號s [k]的部分特定響度 N’ [m, k]。
[0024]可以使用部分響度的模型計(jì)算增益gjk]，例如參見文獻(xiàn)[10]。
[0025]下面參考部分響度的計(jì)算模型。當(dāng)信號s[k]與掩蔽信號e[k]同時出現(xiàn)時，響度模型計(jì)算信號s[k]的部分特定響度N’ (sffl[k]+effl[k]):
[0026]N' [m, k] = f (sm[k], em[k])(2)
[0027]部分響度的感知模型的特定實(shí)施方式如圖6所示。它從文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[13]中介紹的模型得到，并且是Fletcher、Munson及Zwicker借鑒早期的研究并進(jìn)行一些修改得到的。例如，在文獻(xiàn)[14]中描述了過去開發(fā)的用于計(jì)算特定響度的可選方法。
[0028]在頻域使用短時傅里葉變換(STFT，例如，具有21ms的幀長度，50%的重疊和漢寧窗函數(shù))對輸入信號進(jìn)行處理。模仿人類聽覺系統(tǒng)的頻率分辨率及時間分辨率，通過對譜系數(shù)進(jìn)行分組得到子帶信號。穿過外耳和中耳的傳遞通過固定濾波器模擬。此外，可以選擇性地并入重現(xiàn)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，但本文為了簡便忽略重現(xiàn)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。
[0029]圖7示出模擬穿過外耳及中耳的路徑的傳遞函數(shù)。
[0030]計(jì)算以等效矩形帶寬(ERB)標(biāo)度或Bark標(biāo)度間隔的聽覺濾波帶的激勵函數(shù)。
[0031]圖8示出作為頻帶的感知激勵間隔的示例的聽覺濾波頻帶的簡化間隔。
[0032]除了因STFT的窗口產(chǎn)生的時間積分之外，還可以在在起音(attack)及衰減的期間使用具有不同時間常數(shù)的遞歸積分。根據(jù)文獻(xiàn)[12]中的等式(17)-(20)，從干擾噪音和感興趣(激勵)信號的激勵能級計(jì)算特定部分響度(例如，在聽覺濾波帶的每一個中喚起的部分響度)。這些等式覆蓋了 4種情況:信號在噪音中的聽閾之上或不在聽閾之上，混合信號的激勵少于10dB SPL或不少于10dB SPL0如果沒有干擾信號被輸入模型，例如e [k]=0，則結(jié)果等于激勵s [k]的總響度N[k]，并應(yīng)預(yù)示等響曲線(ELC)中所表示的信息，如圖9所示。此處，圖9示出來自文獻(xiàn)[15]的等響曲線IS0226-2003。
[0033]模型的輸出的示例如圖10及圖11所示。
[0034]圖10示例性地示出頻帶4的特定部分響度，其中噪音激勵的函數(shù)的范圍為O到100dB。
[0035]圖11示出噪音激勵為40dB的噪音中的特定部分響度。
[0036]美國專利7，050，966 (參見文獻(xiàn)[16])描述了一種用于提高噪音中的語音的清晰度的方法，并提及了 ANC和PNC的結(jié)合，但是，并未給出如何可以有利地結(jié)合ANC和PNC的啟示。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0037]本發(fā)明的目的在于提供用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的改進(jìn)思想。通過根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置、根據(jù)權(quán)利要求13所述的耳機(jī)、根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法及根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)程序，本發(fā)明的目的得以實(shí)現(xiàn)。
[0038]提供一種用于改善音頻輸出信號的聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置。所述裝置包括用于基于環(huán)境音頻信號生成噪音消除信號的有源噪音消除單元，其中，所述環(huán)境音頻信號包括噪音信號部分，所述噪音信號部分由記錄環(huán)境噪音引起。而且，所述裝置包括用于根據(jù)所述環(huán)境噪音及所述噪音消除信號確定殘余噪音特征的殘余噪音特征估計(jì)器。此外，所述裝置包括用于基于音頻目標(biāo)信號(期望信號)及基于所述殘余噪音特征生成噪音補(bǔ)償信號的感知噪音補(bǔ)償單元。而且，所述裝置包括用于合成所述噪音消除信號及所述噪音補(bǔ)償信號以得到音頻輸出信號的合成器。
[0039]根據(jù)本發(fā)明，提供用于重現(xiàn)音頻信號，以便在環(huán)境噪音中所呈現(xiàn)的重現(xiàn)的音頻信號的音色、響度及清晰度類似或接近于在安靜環(huán)境中所呈現(xiàn)的未被處理的音頻信號的音色、響度及清晰度的思想。所提出的思想包含有源噪音消除及感知噪音補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)合。有源噪音消除用于盡可能多地消除干擾噪音信號，感知噪音補(bǔ)償用于補(bǔ)償殘余噪音分量。通過使用相同的換能器可以有效地實(shí)現(xiàn)二者的結(jié)合。
[0040]本發(fā)明的實(shí)施例基于這種思想，通過考慮心理聲學(xué)研究成果對期望音頻信號s [k]進(jìn)行處理。由此，隨后通過考慮感知噪音補(bǔ)償?shù)男睦砺晫W(xué)研究成果對期望音頻信號s [k]進(jìn)行處理補(bǔ)償殘余噪音分量e[k]的不利感知效果。
[0041]實(shí)施例基于ANC僅可以部分地物理地消除干擾噪音的發(fā)現(xiàn)。ANC是不完善的，因此一些殘余噪音殘留在傾聽者的耳朵入口，如圖12中的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的聲音重現(xiàn)系統(tǒng)的示例性實(shí)現(xiàn)的示意圖中所示。
[0042]根據(jù)實(shí)施例，所述殘余噪音特征估計(jì)器可用于確定所述殘余噪音特征，以便所述殘余噪音特征指示僅重現(xiàn)所述噪音消除信號時保留的所述環(huán)境噪音的噪音部分的特征。
[0043]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述殘余噪音特征估計(jì)器可被布置為接收所述環(huán)境音頻信號。所述殘余噪音特征估計(jì)器可被布置為從所述有源噪音消除單元接收所述噪音消除信號的信息，其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器用于基于所述環(huán)境音頻信號及基于所述噪音消除信號的信息確定所述殘余噪音特征。例如，殘留噪音估計(jì)可指示僅重現(xiàn)所述噪音消除信號時保留的所述環(huán)境噪音的噪音部分。
[0044]根據(jù)另一實(shí)施例，所述殘余噪音特征估計(jì)器可被布置為從所述有源噪音消除單元接收所述噪音消除信號作為所述噪音消除信號的信息。所述殘余噪音特征估計(jì)器可用于基于所述環(huán)境音頻信號及基于所述噪音消除信號確定所述殘留噪音估計(jì)。
[0045]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，所述殘余噪音特征估計(jì)器可用于通過將所述環(huán)境音頻信號和所述噪音消除信號相加以確定所述殘留噪音估計(jì)。
[0046]在另一實(shí)施例中，所述裝置還包括至少一個揚(yáng)聲器及至少一個麥克風(fēng)。所述麥克風(fēng)可用于記錄所述環(huán)境音頻信號，所述揚(yáng)聲器可用于輸出所述音頻輸出信號，其中，所述麥克風(fēng)及所述揚(yáng)聲器可被布置為實(shí)施前饋結(jié)構(gòu)。
[0047]根據(jù)另一實(shí)施例，所述殘余噪音特征估計(jì)器可被布置為接收所述環(huán)境音頻信號，其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器可被布置為從所述感知噪音補(bǔ)償單元接收所述噪音補(bǔ)償信號的信息。所述殘余噪音特征估計(jì)器可用于基于所述環(huán)境音頻信號及基于所述噪音補(bǔ)償信號確定殘留噪音估計(jì)作為所述殘余噪音特征。例如，所述殘留噪音估計(jì)可指示僅重現(xiàn)所述噪音消除信號時保留的所述環(huán)境噪音的噪音部分。
[0048]在另一實(shí)施例中，所述殘余噪音特征估計(jì)器可被布置為從所述感知噪音補(bǔ)償單元接收所述噪音補(bǔ)償信號作為所述噪音補(bǔ)償信號的信息。所述殘余噪音特征估計(jì)器可用于基于所述環(huán)境音頻信號及基于所述噪音補(bǔ)償信號確定所述殘留噪音估計(jì)。
[0049]根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，所述殘余噪音特征估計(jì)器可用于通過從所述環(huán)境音頻信號中減去所述噪音補(bǔ)償信號的標(biāo)度分量以確定所述殘留噪音估計(jì)。
[0050]在另一實(shí)施例中，所述裝置還可包括至少一個揚(yáng)聲器及至少一個麥克風(fēng)。所述麥克風(fēng)可用于記錄所述環(huán)境音頻信號，所述揚(yáng)聲器可用于輸出所述音頻輸出信號，所述麥克風(fēng)及所述揚(yáng)聲器可被布置為實(shí)施反饋結(jié)構(gòu)。
[0051]根據(jù)另一實(shí)施例，所述裝置還可包括用于檢測不應(yīng)被補(bǔ)償?shù)乃霏h(huán)境音頻信號的信號部分(例如，語音或警報(bào)聲)的源分離單元。
[0052]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述源分離單元可用于從環(huán)境音頻信號中移除所述不應(yīng)被補(bǔ)償?shù)乃霏h(huán)境音頻信號的信號部分。
[0053]根據(jù)實(shí)施例，提供了一種耳機(jī)。所述耳機(jī)包括兩個耳塞，根據(jù)前述實(shí)施例的任一個所述的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置，以及至少一個用于記錄所述環(huán)境音頻信號的麥克風(fēng)。在這種情況下，提供用于在噪音環(huán)境中的耳機(jī)上重現(xiàn)音頻信號的思想。
[0054]在實(shí)施例中，提供了一種用于改善音頻輸出信號的聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的方法。所述方法包括:
[0055]基于環(huán)境音頻信號生成噪音消除信號，其中所述環(huán)境音頻信號包括噪音信號部分，所述噪音信號部分由記錄環(huán)境噪音引起。
[0056]根據(jù)所述環(huán)境噪音及所述噪音消除信號確定殘余噪音特征。
[0057]基于音頻目標(biāo)信號及基于所述殘余噪音特征生成噪音補(bǔ)償信號，以及
[0058]合成所述噪音消除信號及所述噪音補(bǔ)償信號以得到音頻輸出信號。
[0059]此外，還提供了一種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)或信號處理器上運(yùn)行時，實(shí)施前述的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0060]下面結(jié)合附圖詳細(xì)討論本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0061]圖1為根據(jù)實(shí)施例的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置；
[0062]圖2示出根據(jù)實(shí)施例的耳機(jī)；
[0063]圖3為前饋結(jié)構(gòu)的有源噪音消除實(shí)現(xiàn)的框圖；
[0064]圖4為具有附加誤差麥克風(fēng)的前饋結(jié)構(gòu)的有源噪音消除實(shí)現(xiàn)的框圖；
[0065]圖5為反饋結(jié)構(gòu)的有源噪音消除實(shí)現(xiàn)的框圖；
[0066]圖6為部分響度的感知模型的框圖；
[0067]圖7為穿過外耳及中耳的傳遞函數(shù)的示例；
[0068]圖8為聽覺濾波帶的簡化間隔；
[0069]圖9為等響曲線；
[0070]圖10為頻帶4和范圍從O到10dB的噪音激勵的函數(shù)的示例性特定部分響度；
[0071]圖11為具有40dB的噪音激勵的噪音中的特定部分響度；
[0072]圖12為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有前饋結(jié)構(gòu)的噪音消除的聲音重現(xiàn)系統(tǒng)的示例性實(shí)現(xiàn)的框圖；
[0073]圖13為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有感知噪音補(bǔ)償?shù)穆曇糁噩F(xiàn)系統(tǒng)的框圖；
[0074]圖14為根據(jù)實(shí)施例的具有ANC和PNC的聲音重現(xiàn)系統(tǒng)的示例性實(shí)現(xiàn)的框圖，其中使用主噪音傳感器估計(jì)殘余噪音的特征；
[0075]圖15為根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例的具有ANC和PNC的聲音重現(xiàn)系統(tǒng)的可選實(shí)現(xiàn)的框圖，其中使用殘余噪音傳感器估計(jì)殘余噪音的特征；
[0076]圖16為根據(jù)另一實(shí)施例的具有ANC和PNC的聲音重現(xiàn)系統(tǒng)的示例性實(shí)現(xiàn)的框圖，其中使用主噪音傳感器估計(jì)殘余噪音的特征；
[0077]圖17為根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例的具有ANC和PNC的聲音重現(xiàn)系統(tǒng)的可選實(shí)現(xiàn)的框圖，其中使用殘余噪音傳感器估計(jì)殘余噪音的特征；
[0078]圖18為根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置，其中該裝置包括源分離單元；
[0079]圖19示出根據(jù)實(shí)施例的包括兩個根據(jù)圖16的實(shí)施例的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置的耳機(jī)；
[0080]圖20示出根據(jù)實(shí)施例的包括兩個根據(jù)圖17的實(shí)施例的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置的耳機(jī)；
[0081]圖21示出根據(jù)實(shí)施例的用于將耳機(jī)中的傳遞及ANC處理建模為線性時不變系統(tǒng)的測試布置；
[0082]圖22示出根據(jù)實(shí)施例的對應(yīng)于圖21的測試布置的模型化的LTI系統(tǒng)；
[0083]圖23示出根據(jù)實(shí)施例的描述旨在將耳機(jī)中的傳遞及ANC處理建模為線性時不變系統(tǒng)的步驟的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0084]圖1示出根據(jù)實(shí)施例的用于改善音頻輸出信號的聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置。該裝置包括用于基于環(huán)境音頻信號生成噪音消除信號的有源噪音消除單元110。環(huán)境音頻信號包括噪音信號部分，其中噪音信號部分由記錄環(huán)境噪音引起。而且，該裝置包括用于根據(jù)環(huán)境噪音和噪音消除信號確定殘余噪音特征的殘余噪音特征估計(jì)器120。此外，該裝置包括用于基于音頻目標(biāo)信號及基于殘余噪音特征生成噪音補(bǔ)償信號的感知噪音補(bǔ)償單元130。此外，該裝置包括用于合成噪音消除信號及噪音補(bǔ)償信號以得到音頻輸出信號的合成器140。在這種情況下，環(huán)境噪音可以為在環(huán)境中(例如，記錄麥克風(fēng)的環(huán)境、揚(yáng)聲器的環(huán)境或收聽者感知到發(fā)出的聲波的環(huán)境)出現(xiàn)的任何一種噪音。
[0085]用于改善音頻輸出信號的聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置的實(shí)施例是基于ANC只能夠部分地物理地消除干擾噪音的發(fā)現(xiàn)。ANC是不完善的，因此一些殘余噪音遺留在傾聽者的耳朵入口，如圖12中示出的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示例性實(shí)施方式的示意圖中所示。
[0086]為了克服這個缺點(diǎn)，根據(jù)一些實(shí)施例，殘余噪音特征估計(jì)器120可用于確定殘余噪音特征，以便殘余噪音特征指示僅重現(xiàn)噪音消除信號時(例如，例如通過揚(yáng)聲器重現(xiàn)噪音消除信號時)保留的環(huán)境噪音的噪音部分的特征。
[0087]根據(jù)前述實(shí)施例的裝置可用于耳機(jī)中。圖2示出根據(jù)這種實(shí)施例的相應(yīng)的耳機(jī)。
[0088]耳機(jī)包括兩個耳塞241、242。耳機(jī)241可以例如包括至少一個麥克風(fēng)261和根據(jù)前述實(shí)施例中的一個的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置251。在圖2所示的耳機(jī)的實(shí)施例中，用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置251可以集成在耳塞241中。耳塞241的揚(yáng)聲器可以重現(xiàn)用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置251的音頻輸出信號。同樣地，耳塞242可以例如包括至少一個麥克風(fēng)262和根據(jù)前述實(shí)施例中的一個的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置252。在圖2所示的耳機(jī)的實(shí)施例中，用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置252可集成在耳塞242中。耳塞242的揚(yáng)聲器可重現(xiàn)用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置252的音頻輸出信號。此外，圖2示出佩戴耳機(jī)的收聽者280。
[0089]耳機(jī)實(shí)施ANC。在實(shí)施例中，圖2所示的耳機(jī)安裝有一個或多個麥克風(fēng)，用于測量環(huán)境噪音和/或耳朵入口處的殘余噪音。麥克風(fēng)信號用于生成用于消除噪音的次級信號。此外，進(jìn)行PNC處理，PNC處理通過將時變且信號有關(guān)的頻譜權(quán)重(濾波器)應(yīng)用到期望輸入信號以補(bǔ)償殘余噪音信號，從而改善感知到的音質(zhì)。用于計(jì)算濾波器的PNC處理所需要的殘余噪音特征的估計(jì)從麥克風(fēng)信號得到。
[0090]存在ANC的實(shí)現(xiàn)的不同結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的區(qū)別特征是噪音傳感器在處理鏈中的位置，導(dǎo)致兩種基本控制結(jié)構(gòu)，即前饋結(jié)構(gòu)和反饋結(jié)構(gòu)。上面已經(jīng)描述ANC實(shí)現(xiàn)的技術(shù)背景。[0091 ] 在通過圖12所示的現(xiàn)有技術(shù)中，干擾噪音沒有被完全消除。通過使用PNC (基于心理聲學(xué)的信號處理方法)，可以在重現(xiàn)的音頻信號的質(zhì)量上補(bǔ)償殘余噪音的不利效果。PNC應(yīng)用時變均衡，以便放大輸入信號的被干擾噪音掩蔽的頻譜分量。這典型地通過使用譜加權(quán)方法實(shí)現(xiàn)，譜加權(quán)方法中，通過考慮心理聲學(xué)知識以及期望信號(音頻目標(biāo)信號)和干擾噪音的特征計(jì)算子帶增益。上面已經(jīng)提供關(guān)于PNC實(shí)現(xiàn)的更多技術(shù)背景。圖13中描述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有PNC的聲音重現(xiàn)系統(tǒng)。
[0092]圖14及圖15示出根據(jù)實(shí)施例的聲音重現(xiàn)系統(tǒng)。兩種實(shí)現(xiàn)都包括用于估計(jì)殘余噪音特征的裝置，稱作殘余噪音特征估計(jì)器(RNCE)。兩種實(shí)現(xiàn)之間的不同之處在于用于ANC的控制結(jié)構(gòu)(前饋結(jié)構(gòu)及反饋結(jié)構(gòu))。
[0093]圖14示出根據(jù)實(shí)施例的裝置，特別地示出前饋結(jié)構(gòu)中的PNC與ANC的結(jié)合。RNCE基于不具有用于測量殘余噪音的專用麥克風(fēng)的主噪音傳感器。圖14的實(shí)施例的裝置包括可分別與圖1的實(shí)施例中的有源噪音消除單元110，殘余噪音特征估計(jì)器120，感知噪音補(bǔ)償單元130及合成器140相對應(yīng)的有源噪音消除單元1410，殘余噪音特征估計(jì)器1420，感知噪音補(bǔ)償單元1430及合成器1440，。
[0094]圖14的實(shí)施例的裝置還包括揚(yáng)聲器1450及麥克風(fēng)1405。麥克風(fēng)1405用于記錄環(huán)境噪音信號。此外，揚(yáng)聲器1450用于輸出音頻輸出信號。在圖14的實(shí)施例中,麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器被布置為實(shí)施前饋結(jié)構(gòu)。前饋結(jié)構(gòu)可例如表不麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的布置，其中麥克風(fēng)不接收由揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波。
[0095]圖15示出利用用于測量殘余噪音的專用麥克風(fēng)的反饋結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。特別地，圖15示出用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置，其中該裝置又包括可分別與圖1的實(shí)施例中的有源噪音消除單元110，殘余噪音特征估計(jì)器120，感知噪音補(bǔ)償單元130及合成器140相對應(yīng)的有源噪音消除單元1510，殘余噪音特征估計(jì)器1520，感知噪音補(bǔ)償單元1530及合成器 1540。
[0096]如圖14的實(shí)施例，圖15的實(shí)施例的裝置還包括揚(yáng)聲器1550及麥克風(fēng)1505。麥克風(fēng)1505用于記錄環(huán)境噪音信號。此外,揚(yáng)聲器1550用于輸出音頻輸出信號。與圖14相反，圖15中，麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器被布置為實(shí)施反饋結(jié)構(gòu)。反饋結(jié)構(gòu)可例如表不麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器的布置，其中麥克風(fēng)接收由揚(yáng)聲器發(fā)出的聲波。
[0097]圖16示出比圖14描述更多細(xì)節(jié)的根據(jù)實(shí)施例的裝置。圖16的實(shí)施例的裝置包括有源噪音消除單元1610，殘余噪音特征估計(jì)器1620，感知噪音補(bǔ)償單元1630及合成器1640，麥克風(fēng)1605及揚(yáng)聲器1650。麥克風(fēng)1605及揚(yáng)聲器1650實(shí)施前饋結(jié)構(gòu)。
[0098]圖16的實(shí)施例中，殘余噪音特征估計(jì)器1620被布置為從有源噪音消除單元1610接收噪音消除信號的信息。這由箭頭1660指示。殘余噪音特征估計(jì)器1620用于確定殘留噪音估計(jì)作為殘余噪音特征。殘留噪音估計(jì)可例如指示僅重現(xiàn)噪音消除信號(不是噪音消除信號，也可以是PNC產(chǎn)生的信號)時保留的環(huán)境噪音的噪音部分。
[0099]由于圖16實(shí)施前饋結(jié)構(gòu)，環(huán)境音頻信號可例如只包括噪音信號分量。殘余噪音特征估計(jì)器1620可從有源噪音消除單元1610接收噪音消除信號并可例如將噪音消除信號(抗噪音)與環(huán)境音頻信號相加。然后產(chǎn)生的信號可作為表示僅重現(xiàn)噪音消除信號時保留的環(huán)境噪音的噪音估計(jì)。
[0100]圖17示出比圖15描述更多細(xì)節(jié)的根據(jù)實(shí)施例的裝置。圖17的實(shí)施例的裝置包括有源噪音消除單元1710，殘余噪音特征估計(jì)器1720，感知噪音補(bǔ)償單元1730及合成器1740，麥克風(fēng)1705及揚(yáng)聲器1750。麥克風(fēng)1705及揚(yáng)聲器1750實(shí)施反饋結(jié)構(gòu)。
[0101]圖17的實(shí)施例中，殘余噪音特征估計(jì)器1720被布置為從感知噪音補(bǔ)償單元1730接收噪音補(bǔ)償信號的信息。這由箭頭1770指示。殘余噪音特征估計(jì)器1720可用于確定殘留噪音估計(jì)作為殘余噪音特征，殘留噪音估計(jì)可例如指示僅重現(xiàn)噪音消除信號(不是噪音消除信號，也可以是PNC產(chǎn)生的信號)時保留的環(huán)境噪音的噪音部分。
[0102]由于圖17實(shí)施反饋結(jié)構(gòu)，表示了麥克風(fēng)的環(huán)境中記錄的聲波的環(huán)境音頻信號還包括噪音補(bǔ)償信號。殘余噪音特征估計(jì)器1720可從感知噪音補(bǔ)償單元1730接收噪音補(bǔ)償信號并可從環(huán)境音頻信號中減去接收到的噪音補(bǔ)償信號的標(biāo)度分量。例如，可通過使用預(yù)定的標(biāo)度因子對接收到的噪音補(bǔ)償信號標(biāo)量確定接收到的噪音補(bǔ)償信號的標(biāo)度分量。然后產(chǎn)生的信號可作為表示僅重現(xiàn)噪音消除信號時保留的環(huán)境噪音的噪音估計(jì)。例如，預(yù)定的標(biāo)度因子可以是揚(yáng)聲器處發(fā)出的信號的平均信號能級和麥克風(fēng)處記錄的信號的平均信號能級之間的信號能級差。
[0103]結(jié)合ANC和PNC的一些優(yōu)點(diǎn)是:
[0104]z改善音質(zhì):額外地補(bǔ)償殘余噪音是對ANC的改進(jìn)，反之亦然，在PNC之前的低頻噪音分量的消除保證了低回報(bào)水平下的收聽體驗(yàn)。
[0105]z成本效益高的實(shí)現(xiàn):ANC及PNC可使用相同的換能器(麥克風(fēng)及揚(yáng)聲器)。RNCE可從噪音傳感器(例如，殘余噪音傳感器)或從考慮ANC抑制特征的主噪音傳感器中獲取。
[0106]可以使用兩種不同的方式來獲取噪音估計(jì)。這兩種方式依賴于ANC實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。
[0107]z如果ANC實(shí)現(xiàn)以用于測量殘余噪音的麥克風(fēng)為特征，噪音估計(jì)從這個傳感器獲取且進(jìn)入傳感器的期望信號的串音需要被抑制。
[0108]z如果ANC在只具有一個用于感測主噪音的麥克風(fēng)的前饋結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，噪音估計(jì)可以使用耳機(jī)中的傳遞(包括由耳機(jī)的被動吸收和ANC引起的外部噪音的機(jī)械傾倒)的模型從這個傳感器獲取。
[0109]通常地，噪音估計(jì)可以包括:
[0110]1.進(jìn)入麥克風(fēng)的音樂回放的串音的消除。
[0111]2.穿過耳塞的外部噪音的傳遞函數(shù)/衰減的建模及ANC處理。
[0112]3.可選地，信號分析，信號分析可能與源分離處理結(jié)合，以避免期望被耳機(jī)佩戴者感知到的某些外部聲音(例如，語音或警報(bào)聲)的補(bǔ)償/標(biāo)記。
[0113]為了實(shí)現(xiàn)對串音的抑制，PNC使用隨噪音子帶能級的增加而單調(diào)遞增的子帶增益值對期望信號標(biāo)量。如果音樂回放被麥克風(fēng)采集到并與噪音估計(jì)相加，產(chǎn)生的反饋可潛在地導(dǎo)致相應(yīng)的子帶信號的過補(bǔ)償及過分放大。因此，進(jìn)入麥克風(fēng)的音樂回放的串音需要得到抑制。
[0114]環(huán)境噪音在到達(dá)耳朵入口之前，被耳塞的被動衰減及ANC處理減弱。通過函數(shù)fHP模擬耳機(jī)中的傳遞，見等式(3):
[0115]e[k] = fHP (d [k])(3)
[0116]其中d[k]表示外部噪音以及其中e[k]表示噪音估計(jì)。
[0117]傳遞可被建模為線性時不變(LTI)系統(tǒng)或非線性系統(tǒng)。這種系統(tǒng)識別方法使用輸入及輸出信號的一系列測量及確定模型參數(shù)，以便最小化輸出測量與預(yù)測輸出之間的誤差測量。
[0118]在第一清況(建模為LTI系統(tǒng))中，通過它的脈沖響應(yīng)或量值(magnitude)傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)。
[0119]圖21示出根據(jù)實(shí)施例的用于將耳機(jī)中的傳遞及ANC處理建模為線性時不變系統(tǒng)的測試布置。在圖21中，測試信號輸入第一揚(yáng)聲器2110。該測試信號應(yīng)具有寬的頻譜。作為響應(yīng)，第一揚(yáng)聲器2110輸出被布置在耳機(jī)的耳塞242上的第一麥克風(fēng)2120記錄為第一記錄音頻信號的聲波。第一記錄音頻信號記錄尚未穿過耳塞242的聲波。此外，尚未執(zhí)行ANC處理。
[0120]測試信號可以被看作是第一 LTI系統(tǒng)的激勵信號。此外，第一記錄音頻信號可以被看作是第一 LTI系統(tǒng)的輸出信號。在實(shí)施例中，基于測試信號及基于第一記錄音頻信號計(jì)算第一 LTI系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)作為第一脈沖響應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)這個目的，測試信號應(yīng)該具有寬的頻譜。此外，第一脈沖響應(yīng)被轉(zhuǎn)換到頻域，例如，通過進(jìn)行STFT(短時傅里葉變換)，以獲取第一頻率響應(yīng)。在可選實(shí)施例中，基于測試信號及第一記錄音頻信號的頻域表示直接確定第一頻率響應(yīng)。
[0121]此外，為了獲取第二記錄麥克風(fēng)信號，第二麥克風(fēng)2130記錄已經(jīng)穿過耳塞242并且已經(jīng)進(jìn)行ANC之后的聲波。為了進(jìn)行ANC，使用耳塞242的耳塞揚(yáng)聲器272輸出用于消除來自于第一揚(yáng)聲器的聲波的所謂的“抗噪音”。
[0122]再者，測試信號可以被看作是另一第二 LTI系統(tǒng)的激勵信號。第二記錄麥克風(fēng)信號可以被看作是第二 LTI系統(tǒng)的輸出信號。根據(jù)實(shí)施例，基于測試信號及基于第二記錄音頻信號計(jì)算第二 LTI系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)作為第二脈沖響應(yīng)。此外，第二脈沖響應(yīng)被轉(zhuǎn)換到頻域以獲取第二頻率響應(yīng)。在可選實(shí)施例中，基于測試信號及第一記錄音頻信號的頻域表示直接確定第二頻率響應(yīng)。
[0123]參考圖22對此進(jìn)行更詳細(xì)地解釋。第二 LTI系統(tǒng)2220可以被看作包括兩個LTI系統(tǒng)，即已經(jīng)關(guān)于圖21描述的第一 LTI系統(tǒng)2210及第三LTI系統(tǒng)2230。第一 LTI系統(tǒng)2210接收(由第一揚(yáng)聲器2110輸出的)測試信號作為激勵信號。此外，第一 LTI系統(tǒng)2210輸出(由第一麥克風(fēng)2120記錄的)第一記錄音頻信號。第三LTI系統(tǒng)2230接收第一記錄音頻信號作為激勵信號并輸出(由第二麥克風(fēng)記錄的)第二記錄音頻信號。
[0124]為了對ANC及穿過耳塞的聲波的傳遞的影響進(jìn)行建模，確定第三LTI系統(tǒng)2230。在實(shí)施例中，基于第一 LTI系統(tǒng)2210的第一頻率響應(yīng)及基于第二 LTI系統(tǒng)2220的第二頻率響應(yīng)計(jì)算第三LTI系統(tǒng)2230的頻率響應(yīng)作為第三頻率響應(yīng)。
[0125]在實(shí)施例中，第二 LTI系統(tǒng)2220的第二頻率響應(yīng)除以第一 LTI系統(tǒng)2210的第一頻率響應(yīng)得到第三LTI系統(tǒng)2230的第三頻率響應(yīng)。
[0126]圖23示出根據(jù)實(shí)施例的將耳機(jī)中的傳遞及ANC處理建模為線性時不變系統(tǒng)的步驟的流程圖。
[0127]在步驟2310中,將測試信號輸入第一揚(yáng)聲器。第一揚(yáng)聲器響應(yīng)于測試信號輸出聲波。
[0128]在步驟2320中，布置于耳機(jī)的耳塞上的第一麥克風(fēng)記錄聲波以得到第一記錄音頻信號。
[0129]在步驟2330中，基于作為第一 LTI系統(tǒng)的激勵信號的測試信號及基于作為第一LTI系統(tǒng)的輸出信號的第一記錄音頻信號確定第一 LTI系統(tǒng)的第一頻率響應(yīng)。
[0130]在步驟2340中，在聲波已經(jīng)穿過耳塞之后并且已經(jīng)進(jìn)行了 ANC之后，第二麥克風(fēng)記錄第二記錄音頻信號。
[0131]在步驟2350中，基于作為第二 LTI系統(tǒng)的激勵信號的測試信號及基于作為第二LTI系統(tǒng)的輸出信號的第二記錄音頻信號確定第二 LTI系統(tǒng)的第二頻率響應(yīng)。
[0132]在步驟2360中，基于第一 LTI系統(tǒng)的第一頻率響應(yīng)及基于第二 LTI系統(tǒng)的第二頻率響應(yīng)確定第三LTI系統(tǒng)的第三頻率響應(yīng)。
[0133]在可選實(shí)施例中，不確定LTI系統(tǒng)的第一脈沖響應(yīng)和第一頻率響應(yīng)以及LTI系統(tǒng)的第二脈沖響應(yīng)和第二頻率響應(yīng)。相反地，基于作為第三LTI系統(tǒng)的激勵信號的第一記錄音頻信號及基于作為第三LTI系統(tǒng)的輸出信號的第二記錄音頻信號確定第三LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。
[0134]在實(shí)施例中，第三頻率響應(yīng)可以從頻域轉(zhuǎn)換到時域以獲取第三LTI系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)。
[0135]在一些實(shí)施例中，反映ANC及聲波在耳塞中的傳遞的效果的第三LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和/或脈沖響應(yīng)對于殘余噪音特征估計(jì)器是可用的。在一些實(shí)施例中，殘余噪音特征估計(jì)器可確定第三LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和/或脈沖響應(yīng)。
[0136]殘余噪音特征估計(jì)器可使用第三LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和/或脈沖響應(yīng)確定環(huán)境音頻信號的殘余噪音特征。例如，殘余噪音特征估計(jì)器可將環(huán)境音頻信號的頻域表示與第三LTI系統(tǒng)的頻率響應(yīng)相乘以確定殘余噪音特征。環(huán)境音頻信號的頻域表示可例如通過對環(huán)境音頻信號的時域表示進(jìn)行傅里葉變換而得到。在可選實(shí)施例中，噪音特征估計(jì)器可確定環(huán)境音頻信號的時域表示和第三LTI系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)的卷積。
[0137]存在用于非線性系統(tǒng)的識別的多種方式，例如，伏爾特拉級數(shù)或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)或馬爾科夫鏈。
[0138]例如，通過接收圖21及圖22的第一記錄音頻信號作為輸入信號以及接收圖21及圖22的第二記錄信號作為輸出信號，訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)。
[0139]如果ANC在只具有一個用于感測主噪音的麥克風(fēng)的前饋結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，由于抗噪音是已知的，因此可以將噪音及抗噪音相加得到噪音估計(jì)。
[0140]譜包絡(luò)從短時傅里葉變換(STFT)或可選的頻率變換或?yàn)V波器組后的噪音估計(jì)的時間信號得到。使用用于近似傳遞路徑的回歸方法(例如，使用ANN)，噪音估計(jì)可被實(shí)施為直接估計(jì)譜包絡(luò)，優(yōu)選地使用從噪音測量中提取的特征(例如，從主噪音傳感器中得到的，在頻域中計(jì)算的)直接估計(jì)譜包絡(luò)。
[0141]可選地，通過平滑子帶包絡(luò)信號的軌跡(例如沿時間軸平滑)，以及通過平滑譜包絡(luò)(例如沿頻率軸平滑)，對得到的噪音估計(jì)進(jìn)行后處理。
[0142]為了不對語義上有意義的聲音(例如語音或報(bào)警聲)進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)行智能信號分析。通過應(yīng)用源分離處理或通過檢測語義上有意義的聲音的存在并在肯定檢測的情況下對噪音估計(jì)進(jìn)行處理，麥克風(fēng)信號被劃分成被補(bǔ)償?shù)沫h(huán)境噪音及從噪音估計(jì)中排除的語義上有意義的聲音。
[0143]在后者的情況下，執(zhí)行噪音估計(jì)的操作，以便如果聲音被檢測為需要呈現(xiàn)給收聽者，噪音估計(jì)暫停，從而PNC和ANC失效。在捕獲了不應(yīng)被補(bǔ)償?shù)耐獠柯曇舻柠溈孙L(fēng)信號中不更新噪聲估計(jì)。
[0144]圖18示出根據(jù)實(shí)施例的相應(yīng)裝置。圖18的實(shí)施例的裝置包括可分別與圖1的實(shí)施例中的有源噪音消除單元110，殘余噪音特征估計(jì)器120，感知噪音補(bǔ)償單元130及合成器140相對應(yīng)的有源噪音消除單元1810，殘余噪音特征估計(jì)器1820，感知噪音補(bǔ)償單元1830及合成器1840。該裝置還包括用于檢測不應(yīng)被補(bǔ)償?shù)沫h(huán)境音頻信號的信號部分的源分離單元1805。源分離單元1805還用于從環(huán)境音頻信號中移除不應(yīng)被補(bǔ)償?shù)沫h(huán)境音頻信號的信號部分。
[0145]圖19示出包括根據(jù)圖16的實(shí)施例的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置的根據(jù)實(shí)施例的耳機(jī)。如圖2，耳塞241包括麥克風(fēng)261及用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置251。圖19還示出耳塞241的揚(yáng)聲器271。附圖標(biāo)記291表示耳塞241的內(nèi)側(cè)291。耳塞241的內(nèi)側(cè)291是與圖19中所示的佩戴耳機(jī)的收聽者280的耳朵281相接觸的耳塞側(cè)。在圖19的實(shí)施例中，麥克風(fēng)261被布置為使得耳塞241的揚(yáng)聲器271位于麥克風(fēng)261與耳塞241的內(nèi)側(cè)291之間。因此，圖19的耳塞241實(shí)現(xiàn)了圖16的前饋結(jié)構(gòu)。同樣地，耳塞242包括用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的另一裝置252及布置為使得耳塞242的揚(yáng)聲器272位于麥克風(fēng)262與耳塞242的內(nèi)側(cè)292之間的另一麥克風(fēng)262。耳塞242的內(nèi)側(cè)292是耳塞242的與圖19中所示的佩戴耳機(jī)的收聽者280的耳朵282相接觸的側(cè)。因此，圖19的耳塞242也實(shí)現(xiàn)了圖16的前饋結(jié)構(gòu)。
[0146]圖20示出包括根據(jù)圖17的實(shí)施例的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置的根據(jù)實(shí)施例的耳機(jī)。如圖2，耳塞241包括麥克風(fēng)261及用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置251。圖20還示出耳塞241的揚(yáng)聲器271。附圖標(biāo)記291表示耳塞241的內(nèi)側(cè)291。耳塞241的內(nèi)側(cè)291是與圖20中所示的佩戴耳機(jī)的收聽者280的耳朵281相接觸的耳塞側(cè)。在圖20的實(shí)施例中，麥克風(fēng)261被布置為使得耳塞241的麥克風(fēng)261位于揚(yáng)聲器271與耳塞241的內(nèi)側(cè)291之間。因此，圖20的耳塞241實(shí)現(xiàn)了圖17的反饋結(jié)構(gòu)。同樣地，耳塞242包括用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的另一裝置252及布置為使得耳塞242的麥克風(fēng)262位于揚(yáng)聲器272與耳塞242的內(nèi)側(cè)292之間的另一麥克風(fēng)262。耳塞242的內(nèi)側(cè)292是耳塞242的與圖20中所示的佩戴耳機(jī)的收聽者280的耳朵282相接觸的側(cè)。因此，圖20的耳塞242也實(shí)現(xiàn)了圖17的反饋結(jié)構(gòu)。
[0147]根據(jù)其他實(shí)施例的耳機(jī)可以包括多于兩個的麥克風(fēng)，例如，4個麥克風(fēng)。例如，每個耳塞可以包括兩個麥克風(fēng)，其中一個為參考麥克風(fēng)，另一個為附加誤差麥克風(fēng)。附加誤差麥克風(fēng)用于改進(jìn)ANC，如圖4中所提及的。
[0148]盡管已經(jīng)在裝置的情況下描述了一些方面，明顯地，這些方面也表示相應(yīng)的方法的描述，其中塊或裝置對應(yīng)于方法步驟或方法步驟的特征。類似地，在方法步驟的情況中描述的方面也表示相應(yīng)的裝置的相應(yīng)塊或項(xiàng)或特征的描述。
[0149]本發(fā)明的分解信號可存在數(shù)字存儲介質(zhì)上或可在傳輸介質(zhì)上傳輸，例如在無線傳輸介質(zhì)或有線傳輸介質(zhì)如互連網(wǎng)上傳輸。
[0150]根據(jù)某些實(shí)施需求，本發(fā)明的實(shí)施例可以在硬件或軟件中實(shí)施。可以使用其上存儲有電可讀控制信號的數(shù)字存儲介質(zhì)，例如軟盤、DVD、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或閃存，操作實(shí)現(xiàn)，電可讀控制信號與可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作(或者能夠與可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作)從而執(zhí)行各個方法。
[0151]根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例包括具有電可讀控制信號的非暫時性數(shù)據(jù)載體，電可讀控制信號能夠與可編程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)作從而執(zhí)行本文描述的方法中的一個。
[0152]一般地，本發(fā)明的方法可被實(shí)施為具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時，程序代碼用于執(zhí)行方法中的一個。程序代碼可以例如存儲在機(jī)器可讀載體上。
[0153]其他實(shí)施例包括存儲在機(jī)器可讀載體上的用于執(zhí)行本文描述的方法中的一個的計(jì)算機(jī)程序。
[0154]換句話說，本發(fā)明的方法的實(shí)施例因此是具有程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時，程序代碼用于執(zhí)行本文描述的方法中的一個。
[0155]本發(fā)明的方法的另一個實(shí)施例因此是包括其上存儲的用于執(zhí)行本文描述的方法中的一個的計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)載體(或數(shù)字存儲介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì))。
[0156]本發(fā)明的方法的另一個實(shí)施例因此是表不用于執(zhí)行本文描述的方法匯總的一個的計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)流或信號序列。數(shù)據(jù)流或信號序列可例如被配置為通過數(shù)據(jù)通信連接傳輸，例如通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸。
[0157]進(jìn)一步的實(shí)施例包括用于或者適于操作本文描述的方法中的一個的處理裝置，例如計(jì)算機(jī)或可編程邏輯裝置。
[0158]進(jìn)一步的實(shí)施例包括其上安裝有用于執(zhí)行本文描述的方法種的一個的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)。
[0159]在一些實(shí)施例中，可編程邏輯裝置(例如現(xiàn)場可編程門陣列)可用于執(zhí)行本文描述的方法的一些或所有功能。在一些實(shí)施例中，現(xiàn)場可編程門陣列可與微處理器合作以執(zhí)行本文描述的方法中的一個。一般地，優(yōu)選地通過任何硬件裝置執(zhí)行方法。
[0160]上面描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的原理的說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文描述的細(xì)節(jié)和布置的修改和變化對于本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員是明顯的。因此，本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求的范圍限制，而不被通過本文的實(shí)施例的描述和說明示出的特定細(xì)節(jié)限制。
[0161]參考文獻(xiàn)
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【權(quán)利要求】
1.一種用于改善音頻輸出信號的聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置，包括: 有源噪音消除單元(110 ；1410 ；1510 ；1610 ；1710 ; 1810)，用于基于環(huán)境音頻信號生成噪音消除信號，其中，所述環(huán)境音頻信號包括噪音信號部分，所述噪音信號部分由記錄環(huán)境噪音引起， 殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1420 ；1520 ；1620 ；1720 ; 1820)，用于根據(jù)所述環(huán)境噪音及所述噪音消除信號確定殘余噪音特征， 感知噪音補(bǔ)償單元(130 ；1430 ；1530 ；1630 ；1730 ; 1830)，用于基于音頻目標(biāo)信號及基于所述殘余噪音特征生成噪音補(bǔ)償信號，及 合成器(140 ；1440 ；1540 ；1640 ；1740 ; 1840)，用于合成所述噪音消除信號及所述噪音補(bǔ)償信號以得到音頻輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述殘余噪音特征估計(jì)器(120；1420 ；1520 ；1620 ；1720 ；1820)用于確定所述殘余噪音特征，以便所述殘余噪音特征指示僅重現(xiàn)所述噪音消除信號時保留的所述環(huán)境噪音的噪音部分的特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置， 其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1420 ；1620 ；1820)用于接收所述環(huán)境音頻信號，其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1420 ；1620 ；1820)用于從所述有源噪音消除單元(110 ；1410 ；1610 ；1810)接收所述噪音消除信號的信息，以及 其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1420 ；1620 ；1820)用于基于所述環(huán)境音頻信號及基于所述噪音消除信號的信息確定殘留噪音估計(jì)作為所述殘余噪音特征。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置， 其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1420 ；1620 ；1820)用于從所述有源噪音消除單元(110 ；1410 ；1610 ；1810)接收所述噪音消除信號作為所述噪音消除信號的信息，以及其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1420 ；1620 ；1820)用于基于所述環(huán)境音頻信號及基于所述噪音消除信號確定所述殘留噪音估計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120；1420 ；1620 ；1820)用于通過將所述環(huán)境音頻信號和所述噪音消除信號相加來確定所述殘留噪音估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5任一項(xiàng)所述的裝置， 其中，所述裝置還包括至少一個揚(yáng)聲器(1450 ；1650)及至少一個麥克風(fēng)(1405 ；1605)， 其中，所述麥克風(fēng)(1405 ；1605)用于記錄所述環(huán)境音頻信號， 其中，所述揚(yáng)聲器(1450 ；1650)用于輸出所述音頻輸出信號，以及 其中，所述麥克風(fēng)(1405 ；1605)及所述揚(yáng)聲器(1450 ；1650)用于實(shí)現(xiàn)反饋結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置， 其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1520 ；1720 ；1820)用于接收所述環(huán)境音頻信號，其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1520 ；1720 ；1820)用于從所述感知噪音補(bǔ)償單元(130 ；1530 ；1730 ；1830)接收所述噪音補(bǔ)償信號的信息，及 其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1520 ；1720 ；1820)用于基于所述環(huán)境音頻信號及基于所述噪音補(bǔ)償信號確定殘留噪音估計(jì)作為所述殘余噪音特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置， 其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1520 ；1720 ；1820)用于從所述感知噪音補(bǔ)償單元(130 ；1530 ；1730 ；1830)接收所述噪音補(bǔ)償信號作為所述噪音補(bǔ)償信號的信息，以及其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120 ；1520 ；1720 ；1820)用于基于所述環(huán)境音頻信號及基于所述噪音補(bǔ)償信號確定所述殘留噪音估計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述殘余噪音特征估計(jì)器(120;1520；1720 ；1820)用于通過從所述環(huán)境音頻信號中減去所述噪音補(bǔ)償信號的標(biāo)度分量來確定所述殘留噪音估計(jì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9任一項(xiàng)所述的裝置， 其中，所述裝置還包括至少一個揚(yáng)聲器(1550 ；1750)及至少一個麥克風(fēng)(1505 ；1705)， 其中，所述麥克風(fēng)(1505 ；1705)用于記錄所述環(huán)境音頻信號， 其中，所述揚(yáng)聲器(1550 ；1750)用于輸出所述音頻輸出信號，以及 其中，所述麥克風(fēng)(1505 ；1705)及所述揚(yáng)聲器(1550 ；1750)用于實(shí)現(xiàn)反饋結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置還包括用于檢測不應(yīng)被補(bǔ)償?shù)乃霏h(huán)境音頻信號的信號部分的源分離單元(1805)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中所述源分離單元(1805)用于從環(huán)境音頻信號中移除所述不應(yīng)被補(bǔ)償?shù)乃霏h(huán)境音頻信號的信號部分。
13.一種耳機(jī)，包括兩個耳塞(241，242)，其中，所述耳塞(241,242)中的每一個包括: 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的用于改善聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的裝置(251，252)， 揚(yáng)聲器(271，272)，以及 至少一個麥克風(fēng)(261，262),用于記錄所述環(huán)境音頻信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的耳機(jī)，其中，所述耳塞(241，242)的所述揚(yáng)聲器(271，272)中的每一個布置在所述耳塞(241,242)的一個所述麥克風(fēng)(261,262)和所述耳塞(241, 242)的內(nèi)側(cè)(291,292)之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的耳機(jī)，其中，所述耳塞(241，242)的所述麥克風(fēng)(261，262)中的每一個布置在所述耳塞(241，242)的一個所述揚(yáng)聲器(271，272)和所述耳塞(241, 242)的內(nèi)側(cè)(291,292)之間。
16.—種用于改善音頻輸出信號的聲音重現(xiàn)的感知質(zhì)量的方法,包括: 基于環(huán)境音頻信號生成噪音消除信號，其中所述環(huán)境音頻信號包括噪音信號部分，所述噪音信號部分由記錄環(huán)境噪音引起， 根據(jù)所述環(huán)境噪音及所述噪音消除信號確定殘余噪音特征， 基于音頻目標(biāo)信號及基于所述殘余噪音特征生成噪音補(bǔ)償信號，以及 合成所述噪音消除信號及所述噪音補(bǔ)償信號以得到音頻輸出信號。
17.一種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)或信號處理器上運(yùn)行時，實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法。
【文檔編號】G10K11/178GK104303227SQ201380017033
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月26日
【發(fā)明者】克里斯蒂安·烏勒, 于爾根·赫勒, 安德烈亞斯·沃爾瑟, 費(fèi)利克斯·弗萊施曼, 帕特里克·甘普 申請人:弗朗霍夫應(yīng)用科學(xué)研究促進(jìn)協(xié)會