專利名稱：有源噪聲消除的制作方法
有源噪聲消除優(yōu)先權(quán)聲明本申請基于;35U. S. C第119(e)節(jié)要求由Delano，Cary于2009年10月28日所提 交的申請?zhí)枮?1/255，535、題為“ACTIVE NOISE CANCELLATION”的美國臨時專利申請(代 理公司案卷號為No. 2921. 034PRV)的優(yōu)先權(quán)，將其全部內(nèi)容一并在此作為參考。
背景技術：
一般情況下，有源噪聲消除(ANC)指的是從揚聲器產(chǎn)生聲音以削弱區(qū)域中存在的 噪聲(例如，無用聲)的過程。為了削弱噪聲，揚聲器配置用于產(chǎn)生與噪聲具有類似幅度、 但相位相反的聲音。因此，揚聲器所產(chǎn)生的聲音將與相位相反的噪聲的幅度相結(jié)合，并由于 波的疊加而減小相位相反的噪聲的幅度。通常，存在兩種方法實現(xiàn)ANC，反饋(典型地為模擬)和前饋(典型地為模擬或數(shù) 字)。反饋方案包括位于揚聲器附近的差錯(例如，近場)麥克風，用于在揚聲器所產(chǎn)生的 聲音與噪聲結(jié)合之后感測聲音。來自誤差麥克風的音頻信息被發(fā)送至控制器，然后控制器 基于該音頻信息來調(diào)整揚聲器所產(chǎn)生的聲音。在前饋方案中，參考(例如，遠場)麥克風在 噪聲與揚聲器所產(chǎn)生的聲音結(jié)合之前感測噪聲。來自參考麥克風的音頻信息被發(fā)送至控制 器，控制器使揚聲器產(chǎn)生與參考麥克所感測的噪聲具有類似幅度、但相反相位的聲音。前饋 方案既可以是固定的，也可以是自適應的，自適應方案通常比固定方案更為魯棒。已經(jīng)在立 體聲ANC頭戴式耳機中使用了多種反饋或前饋ANC方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具體提供了用于有源噪聲消除的系統(tǒng)及方法。一個示例系統(tǒng)包括數(shù)字 ANC電路，配置用于接收來自第一麥克風的第一音頻信息，并產(chǎn)生數(shù)字抗噪聲信號，所述數(shù) 字抗噪聲信號配置用于削弱第一麥克風所感測的噪聲；以及模擬ANC電路，配置用于接收 來自第二麥克風的第二音頻信息，并產(chǎn)生模擬抗噪聲信號，所述模擬抗噪聲信號配置用于 削弱第二麥克風所感測的噪聲，其中，所述系統(tǒng)配置用于接收預期音頻信號，并利用所述預 期音頻信號、模擬抗噪聲信號和數(shù)字抗噪聲信號提供針對揚聲器的輸出信號。示例1包括一種有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，包括數(shù)字ANC電路，配置用于接收來 自第一麥克風的第一音頻信息，并產(chǎn)生數(shù)字抗噪聲信號，所述數(shù)字抗噪聲信號配置用于削 弱所述第一麥克風所感測的噪聲；以及模擬ANC電路，配置用于接收來自第二麥克風的第 二音頻信息，并產(chǎn)生模擬抗噪聲信號，所述模擬抗噪聲信號配置用于削弱所述第二麥克風 所感測的噪聲，其中，所述系統(tǒng)配置用于接收預期音頻信號，并利用所述預期音頻信號、模 擬抗噪聲信號和數(shù)字抗噪聲信號提供針對揚聲器的輸出信號。在示例2中，示例1的第一麥克風可選地配置用于感測環(huán)境噪聲，以使得所述數(shù)字 ANC電路包括前饋ANC電路；以及，示例1的第二麥克風可選地配置用于感測來自揚聲器的 輸出，以使得所述模擬ANC電路包括反饋ANC電路。在示例3中，示例1-2中任意一個或多個中的數(shù)字ANC電路在第一集成電路(IC)上實現(xiàn)，以及所述模擬ANC電路在第二 IC上實現(xiàn)。在示例4中，示例1-3中任意一個或多個中的第一 IC可選地配置用于耦合至模數(shù) 轉(zhuǎn)換器(ADC)，以將所述第一音頻信息轉(zhuǎn)換為針對所述數(shù)字ANC電路的數(shù)字信號。在示例5中，示例1-4中任意一個或多個中的數(shù)字ANC電路可選地配置用于接收 預期音頻信號，并利用數(shù)字抗噪聲信號和預期音頻信號產(chǎn)生復合音頻信號；以及所述系統(tǒng) 包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，所述DAC配置用于將復合音頻信號轉(zhuǎn)換為針對所述模擬ANC電路的 模擬信號。在示例6中，示例1-5中任意一個或多個中的數(shù)字ANC電路和所述DAC可選地利 用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA實現(xiàn)。在示例7中，示例1-6中任意一個或多個中的數(shù)字ANC電路配置用于接收來自多 個麥克風的第一音頻信息，以及所述數(shù)字ANC電路包括第一濾波器和第二濾波器，所述第 一濾波器耦合至所述多個麥克風的第一子集，以及所述第二濾波器耦合至所述多個麥克風 的第二子集。在示例8中，示例1-7中任意一個或多個中的多個麥克風中的至少一個可選地具 有與其相關聯(lián)的分離的濾波器。在示例9中，示例1-8中任意一個或多個中的第一濾波器或第二濾波器中的至少 一個包括自適應濾波器。在示例10中，示例1-9中任意一個或多個中的數(shù)字ANC電路可選地使用所述第二 音頻信息來更新所述第一濾波器和所述第二濾波器的響應。在示例11中，示例1-10中任意一個或多個中的數(shù)字ANC電路可選地配置用于調(diào) 整所述第一濾波器和所述第二濾波器，以便提供針對所述第一麥克風和所述第二麥克風的 感測模式的動態(tài)波束控制(dynamic beamsteering)。在示例12中，示例1-11中任意一個或多個中的揚聲器可選地包括壓電式揚聲器 (piezoelectric speaker)0在示例13中，示例1-12中任意一個或多個中的揚聲器可選地包括第一壓電式揚 聲器和第二電動式揚聲器(dynamic speaker)。示例14包括一種用于提供有源噪聲消除(ANC)的方法，包括利用模擬ANC電路， 接收來自第一麥克風的第一音頻信息，并提供第一 ANC信息；利用數(shù)字ANC電路，接收來自 第二麥克風的第二音頻信息，并提供第二ANC信息；以及利用所述第一ANC信息和所述第二 ANC信息提供組合的ANC信號。在示例15中，示例1-14中任意一個或多個中的主題可選地包括將預期音頻信號 與所述第一 ANC信息和所述第二 ANC信息進行組合，以產(chǎn)生針對揚聲器的輸出信號。在示例16中，示例1-15中任意一個或多個中的組合可選地包括將所述預期音頻 信號與所述第二 ANC信息組合，以形成復合音頻信號；以及將所述復合音頻信號與所述第 一 ANC信息組合，以產(chǎn)生輸出信號。在示例17中，示例1-16中任意一個或多個中的第一音頻信息可選地是由配置用 于感測來自揚聲器的輸出的第一麥克風感測的，以及示例1-16中任意一個或多個中的第 二音頻信息可選地是由配置用于感測環(huán)境噪聲的第二麥克風感測的。在示例18中，示例1-17中任意一個或多個中的主題可選地包括對所述第二音頻信息進行自適應濾波。在示例19中，示例1-18中任意一個或多個中的自適應濾波可選地包括基于所述第一音頻信息來更新第一濾波器響應。在示例20中，示例1-19中任意一個或多個中的接收第二音頻信息可選地包括接 收來自多個麥克風的第二音頻信息，其中所述方法包括使用第一濾波器對來自所述多個 麥克風中的第三麥克風的第一信號進行濾波；以及使用第二濾波器對來自所述多個麥克風 中的第四麥克風的第二信號進行濾波。在示例21中，示例1-20中任意一個或多個中的主題可選地包括調(diào)整所述第一濾 波器和所述第二濾波器，以便提供針對所述第三麥克風和第四麥克風的感測模式的動態(tài)波 束控制。示例22包括一種用于提供有源噪聲消除(ANC)的系統(tǒng)，包括數(shù)字ANC電路，配置 用于接收來自第一麥克風的第一音頻信息，并產(chǎn)生抗噪聲信號，所述抗噪聲信號配置用于 削弱第一音頻信息中的噪聲；求和電路，配置用于將來自所述數(shù)字ANC電路的抗噪聲信號 與預期音頻信號組合，以形成復合音頻信號；以及模擬ANC電路，配置用于接收來自第二麥 克風的第二音頻信息以及所述復合音頻信號，所述模擬ANC電路配置用于削弱所述第二音 頻信息中的噪聲，并基于所述第二音頻信息和所述復合音頻信號產(chǎn)生針對揚聲器的輸出信 號。在示例23中，示例1-22中任意一個或多個中的數(shù)字ANC電路可選地配置用于 接收來自第三麥克風的第三音頻信息，所述第一麥克風和第三麥克風配置用于感測環(huán)境噪 聲；利用第一濾波器對所述第一音頻信息進行自適應濾波；以及利用第二濾波器對所述第 三音頻信息進行自適應濾波，其中，所述抗噪聲信號配置用于削弱所述第三音頻信息中的 噪聲。在示例M中，示例1-23中任意一個或多個中的數(shù)字ANC電路可選地配置用于動 態(tài)調(diào)整所述第一濾波器和所述第二濾波器，以提供針對所述第一麥克風和所述第二麥克風 的感測模式的動態(tài)波束控制。在示例25中，一種系統(tǒng)或方法可以包括示例I-M中任意一個或多個中的任意部 分或者任意部分的組合，或者可選地可以與示例1- 中任意一個或多個中的任意部分的 或者任意部分的組合相結(jié)合，以包括用于執(zhí)行示例I-M的任意一項或多項功能的裝置、或 機器可讀介質(zhì)，所述機器可讀介質(zhì)包括指令，所述指令在由機器執(zhí)行時使所述機器執(zhí)行示 例I-M中的任意一項或多項功能。本節(jié)旨在提供本專利申請的主題的概覽，并非提供對本發(fā)明的排他的或窮盡的說 明。以下所包括的詳細描述將用于提供有關本專利申請的進一步的信息。


圖1總體示意了通信系統(tǒng)的示例框圖。圖2總體示意了移動電話中同時使用有源噪聲消除(ANC)的反饋和前饋方法的 ANC系統(tǒng)的示例框圖。圖3總體示意了音頻信號的示例，該音頻信號具有自適應減除的噪聲和得到的期 望數(shù)據(jù)。
圖4總體示意了實現(xiàn)ANC的前饋方法的數(shù)字ANC電路的方向優(yōu)點(strength)和 缺點(weakness)的示例。圖5總體示意了 ANC系統(tǒng)的示例。圖6總體示意了兩個遠場麥克風的響應的示例。圖7總體示意了遠場噪聲抑制麥克風放大器的示例。圖8總體示意了數(shù)字遠場麥克風放大器方案的示例。圖9總體示意了三個遠場麥克風的響應的示例。圖10總體示意了音頻信號的示例，該音頻信號具有自適應減除了的噪聲以及作 為結(jié)果的期望數(shù)據(jù)。圖11總體示意了多種揚聲器反應時間(latency)的示例。圖12總體示意了用在ANC系統(tǒng)中的另一模擬ANC電路的示例。圖13總體示意了另一 ANC系統(tǒng)的示例。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)意識到可以在單個方案中組合反饋和前饋有源噪聲消除 (ANC)。在示例中，組合的反饋和前饋方案具體可以針對移動電話應用而進行設計，或是可 以用在移動電話應用中。圖1總體示意了通信系統(tǒng)100的示例框圖。通信系統(tǒng)100可以包括第一移動電話 102，第一移動電話102配置用于(例如，經(jīng)由無線的方式)與第二移動電話104通信。第 一移動電話102可以向第二移動電話104發(fā)送音頻信息(例如，上行鏈路)，并從第二移動 電話104接收音頻信息(例如，下行鏈路)。第一移動電話102所接收的下行鏈路音頻信息 可以由第一移動電話102上的一個或多個揚聲器106和108呈現(xiàn)。在示例中，第一移動電 話102可以包括一個或多個近距離揚聲器106，配置為位于用戶的耳朵附近(例如，當用 戶將第一移動電話102靠近耳朵時)；以及一個或多個遠距離揚聲器108，配置在遠離用戶 耳朵的位置(例如，當用戶在揚聲器電話模式下使用第一移動電話102時)。第一移動電話102還可以包括多個麥克風110和112，用于感測聲音并產(chǎn)生與所 感測的聲音相關的音頻信息。麥克風110和112可以包括定向麥克風或全向麥克風。在示 例中，第一移動電話102包括一個或多個近場麥克風110，配置用于感測來自近距離揚聲器 106的輸出。相應地，在示例中，近場麥克風110位于近距離揚聲器106附近。通常，在使用 近距離揚聲器106的過程中，第一移動電話102將貼近用戶，或與用戶非常接近，以使得近 距離揚聲器106在半封閉區(qū)域中產(chǎn)生聲音。在示例中，近場麥克風110位于半封閉的區(qū)域 內(nèi)，以便感測揚聲器所產(chǎn)生的聲音與用戶耳朵所聽到的噪聲的組合。第一移動電話102還 可以包括一個或多個遠場麥克風112，配置用于感測環(huán)境噪聲(例如，遠場聲音)。相應地， 在示例中，遠場麥克風112可以位于遠離揚聲器106和108的位置，以在減少對來自揚聲器 106和108的聲音的感測量的情況下，感測環(huán)境噪聲。圖2總體上示意了移動電話102的ANC系統(tǒng)200的示例框圖，ANC系統(tǒng)200使用 ANC的反饋和前饋方法。如關于圖1所述，移動電話102可以包括近距離揚聲器106，近場 麥克風110位于近距離揚聲器106附近。移動電話102還可以包括遠離揚聲器106的兩個 遠場麥克風112。在示例中，ANC系統(tǒng)包括數(shù)字ANC電路202和模擬ANC電路204。在示例中，數(shù)字ANC電路202對數(shù)字(例如高(1)和低(0)比特)音頻信息執(zhí)行ANC，而模擬ANC 電路204對模擬(例如波形)音頻信息執(zhí)行ANC。在示例中，模擬ANC電路204使用來自近 場麥克風110的音頻信息來執(zhí)行ANC的反饋方法。數(shù)字ANC電路202使用來自遠場麥克風 112的音頻信息來執(zhí)行ANC的前饋方法。在示例中，如以下詳細討論的，數(shù)字ANC電路202 還使用來自近場麥克風110的音頻信息。ANC系統(tǒng)將來自數(shù)字ANC電路202的輸出、來自模擬ANC電路204的輸出和預期 音頻信號進行組合，以產(chǎn)生針對揚聲器106的輸出。預期音頻信號包括用戶預期聽見的信 號(例如從第二移動電話104接收的音頻信息)。預期音頻信號包括由來自數(shù)字ANC電路 202的抗噪聲(例如，預期用于削弱噪聲)信號和來自模擬ANC電路204的抗噪聲信號，以 產(chǎn)生揚聲器106的輸出。數(shù)字ANC電路202從遠場揚聲器112接收音頻信息，以執(zhí)行前饋ANC。在示例中， 使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 206對來自揚聲器112的音頻信息執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。使用濾波器208對 來自ADC 206的數(shù)字音頻信息進行濾波。圖2示意了兩個遠場麥克風112;然而在其他示例 中，可以使用一個或多于兩個的遠場麥克風112。此外，圖2示意了兩個濾波器208(wl (η) 和w2 (η))，針對每個麥克風112有一個濾波器208 ；然而，在其他示例中，可以使用一個或多 于兩個的濾波器208，單一濾波器208可以耦合至多于一個的麥克風112。在任何情況下， 當存在多個濾波器208時，對濾波器208的輸出進行組合，以形成數(shù)字抗噪聲信號。數(shù)字抗 噪聲信號被配置為產(chǎn)生來自揚聲器106的聲音，以削弱由遠場麥克風112感測到的噪聲。在示例中，使用求和電路210將數(shù)字抗噪聲信號與預期音頻信號進行組合。在示 例中，預期音頻信號包括數(shù)字信號，并因此在求和電路210中以數(shù)字方式與數(shù)字抗噪聲信 號進行組合。在示例中，數(shù)字抗噪聲信號包括遠場麥克風112感測到的噪聲(例如，所有聲 音減去來自揚聲器106、108的聲音)的精確表示，因此，從預期音頻信號中減去(例如，轉(zhuǎn) 換并與之組合)數(shù)字抗噪聲信號。這里，將數(shù)字抗噪聲信號與預期音頻信號的組合稱為復 合音頻信號。在示例中，使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 212將復合音頻信號轉(zhuǎn)換為模擬形式。將模擬復 合音頻信號發(fā)送至模擬ANC電路204。與模擬復合音頻信號一起，模擬ANC電路204還從 近場揚聲器110接收音頻信息。模擬ANC電路204使用具有一個或多個放大器214的反饋 環(huán)路來形成模擬抗噪聲信號。模擬抗噪聲信號被配置為產(chǎn)生來自揚聲器106的聲音，以削 弱近場麥克風112感測到的噪聲。模擬ANC電路204將模擬抗噪聲信號與從數(shù)字ANC電 路202接收的復合音頻信號進行組合，以產(chǎn)生針對揚聲器106的輸出信號。相應地，輸出信 號將揚聲器106配置為產(chǎn)生與預期音頻信號相對應的聲音，以及預期基于ANC的前饋方法 (數(shù)字ANC電路202)和反饋方法(模擬ANC電路204)來削弱噪聲的聲音。在示例中，模擬ANC電路202的實現(xiàn)與數(shù)字ANC電路202和模擬ANC電路204的組 合的實現(xiàn)相比成本較低，但是數(shù)字ANC電路202和模擬ANC電路204的組合可以產(chǎn)生更好 的整體噪聲消除。相應地，在示例中，圖2所示的ANC系統(tǒng)可以在兩個單獨的集成電路(IC) 上實現(xiàn)，其中模擬ANC電路204在第一 IC上實現(xiàn)，數(shù)字ANC電路202在第二 IC上實現(xiàn)。因 此，高端產(chǎn)品可以使用第一 IC和第二 IC來實現(xiàn)模擬ANC電路204和數(shù)字ANC電路202的 組合，而低端產(chǎn)品可以使用第一 IC而不使用第二 IC，以僅實現(xiàn)模擬ANC電路204。此外，在示例中，用于將來自遠場揚聲器112的音頻信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的一個或多個ADC 206與包括數(shù)字ANC電路202的第二 IC分離。例如，當麥克風112包括數(shù)字麥 克風時，可以將ADC 206集成入與第二 IC分離的IC。相應地，ADC 206可以在物理上位于 遠離用于模擬ANC電路204的放大器214。在另一示例中，當麥克風112包括模擬麥克風 時，ADC 206集成在第二 IC上。在示例中，ADC 206可以包括Σ -AADC。使用Σ -AADC可以減小系統(tǒng)反應時間， 并簡化自適應濾波器208。例如，在使用Σ -AADC時，自適應濾波器208可以包括1比特乘 法器(PDM輸出)而不是M比特。然而，使用1比特乘法器可能增大濾波器208的抽頭數(shù) 目。在揚聲器106包括電動式揚聲器的示例中，揚聲器106的反應時間可以支配總系統(tǒng)反 應時間。相應地，在示例中，揚聲器106可以包括壓電式揚聲器，以減小其反應時間。在又 一實施例中，揚聲器106可以包括壓電式揚聲器和電動式揚聲器(混合方案)，以減小反應 時間并提供良好的聲音響應。在示例中，在自適應濾波器208之后，可以單獨地或結(jié)合地提供針對每個麥克風 112的附加濾波(例如用于去除帶外(OOB)噪聲)。在示例中，使用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來實現(xiàn)數(shù)字ANC電路202。最終，如上所 述，數(shù)字ANC電路202可以使用與預期音頻信號的拷貝相結(jié)合的、來自近場麥克風110的音 頻信息，以使用濾波器響應控制器216來更新濾波器208的響應。以下提供與濾波器響應 控制器216相關的更多細節(jié)。在示例中，用于數(shù)字ANC電路202的濾波器208包括隨時間調(diào)整至噪聲的自適應 濾波器。圖3總體上示意了音頻信號300的示例，音頻信號300具有自適應減除的噪聲和 得到的期望數(shù)據(jù)。如上所述，圖2的ANC系統(tǒng)包括實現(xiàn)前饋方法的數(shù)字ANC電路202與實現(xiàn)反饋方 法的模擬ANC電路204的組合。該組合可以利用兩個ANC電路的優(yōu)點，同時補償彼此的缺點。圖4總體示意了實現(xiàn)ANC的前饋方法的數(shù)字ANC電路202的方向優(yōu)點和缺點。如 圖所示，根據(jù)噪聲削弱的方向，數(shù)字ANC電路202提供了不同的ANC能力。例如，當噪聲到 達與連接兩個遠場麥克風112的線垂直方向的路徑時，數(shù)字ANC電路202可以非常好地削 弱噪聲。然而，沒有可調(diào)整的麥克風響應，噪聲越遠離該方向，數(shù)字ANC電路202削弱該噪 聲的效果越小。然而，將數(shù)字ANC電路202與模擬ANC電路204組合，可以消除兩個方法的缺點。 例如，實現(xiàn)ANC的反饋方法的模擬ANC電路204可以提供良好的噪聲削弱，而不論噪聲的方 向如何，但是噪聲削弱不如數(shù)字ANC電路202在非常好的方向上提供的噪聲削弱那樣好。相 應地，如上所述，數(shù)字ANC電路202和模擬ANC電路204的組合可以在多數(shù)方向上提供良好 的噪聲削弱，以及在與遠場麥克風112對齊的方向上提供極好的噪聲削弱。此外，在特定示 例中，數(shù)字ANC電路202可以去除模擬ANC電路204的干擾，模擬ANC電路204可以減輕來 自數(shù)字ANC電路202的性能要求，允許FPGA更加數(shù)字化。圖5總體示意了 ANC系統(tǒng)500的示例。ANC系統(tǒng)500包括以上關于圖2所討論的 組件。如圖所示，ANC系統(tǒng)500包括兩個遠場麥克風112。使用兩個遠場麥克風向數(shù)字ANC 電路202提供了方向性(directional)響應。此外，如圖5所示，對于每個麥克風112使用 單獨的自適應濾波器208。單獨的自適應濾波器208使得數(shù)字ANC電路的方向性響應能夠被控制(例如使用波束控制)，以實現(xiàn)更好的ANC。在示例中，可以將濾波器208動態(tài)調(diào)整 以提供針對麥克風112的動態(tài)波束控制。在示例中，濾波器208可以被調(diào)整為避免將零陷 (null)控制至期望信號(例如噪聲接收)路徑。圖6總體示意了兩個遠場麥克風112的響應600的示例。如圖所示，響應600包 括兩個零陷。相應地，通過調(diào)整濾波器208，可以將零陷控制至合適的方向。在示例中，在沒 有波束控制能力(例如，在兩個麥克風耦合(綁定)在一起時具有)的情況下，零陷將存在 并且不可避免。然而，使用控制可以管理或避免零陷。圖7總體示意了遠場噪聲抑制麥克風放大器700的示例。在圖7的示例中，麥克 風放大器700是純模擬方案，而敏感模擬麥克風信號必須穿過顯著的PCB距離以到達芯片， 因此具有噪聲拾取的風險。正確的麥克風分離對于最優(yōu)波束控制而言是很重要的，并且顯 著的PCB距離可能成為問題。圖8總體示意了數(shù)字遠場麥克風放大器方案800的示例。在示例中，數(shù)字放大器 方案800可以被配置為提供數(shù)字麥克風的波束控制，以使用數(shù)字麥克風之間的數(shù)字握手， 在數(shù)字麥克風IC中相對于遠場來優(yōu)化近場。在示例中，預抽取信號可以具有高帶寬，并且 結(jié)果可以與模擬信號一樣好。此外，數(shù)字放大器方案800可以通過在帶寬限制抽取之前以 數(shù)字方式管理問題來解決將敏感模擬麥克風信號路由至單一芯片的問題。數(shù)字濾波器可以 允許寬帶零陷和適配。圖9總體示意了針對3個遠場麥克風112的響應900的示例。如圖所示，使用附 加的遠場麥克風112，可以減小零陷的深度，但是在對響應進行波束控制時，要考慮附加的零陷。在示例中，使用額外的“靜錐區(qū)”麥克風(例如3個可使用位置的定位)，組合的反 饋和前饋ANC方案可以與揚聲器電話一起使用。此外，對3個麥克風進行波束控制可以產(chǎn) 生更小的瓣，以更好地選擇揚聲器。在示例中，組合的前饋和反饋ANC方案可以要求閾值檢 測，以避免在談話靜音期間撥入不期望的源，或者可以在瓣不指向源時使用切口響應來抑 制遠場噪聲。在示例中，將來自近場麥克風110的音頻信息提供給濾波器響應控制器216，以更 新濾波器208的響應。在示例中，使用更新響應符號的最小均方(LMS)方法來更新濾波器 208的響應。圖10總體示意了音頻信號1000的示例，ANC系統(tǒng)500自適應去除了音頻信號1000 中的噪聲，還示出了作為結(jié)果的期望數(shù)據(jù)。這里，通過調(diào)整μ (Matlab中的最小均方(LMS) 參數(shù))，可以在高頻實現(xiàn)大于30dB的抑制。在圖10的示例中，對e(n)信號進行濾波，使自 適應濾波器集中于帶內(nèi)能量而忽略反饋ADC OOB能量，同時不添加完整的抽取器，在正確的 區(qū)域中突出自適應結(jié)果。在特定示例中，在不使用抽取濾波器的情況下，可以對來自麥克風ADC的OOB噪聲 進行監(jiān)控。由于噪聲是00B，因此它不可聽見，但是它可以增大輸出放大器和揚聲器中的功 率耗散。良好的目標是針對該殘余能量的完全范圍的1%。在示例中，可以完全擊敗傳統(tǒng)抽 取濾波器，因為自適應濾波器可以去除該能量的大部分(在特定示例中，實際上是良好的 初始化之后的全部)。但是，隨著濾波器進行適配，它在該區(qū)域中的有效性變低，因為e (η) 濾波器使其忽略OOB能量。在示例中，可以在對Wl (η)和W2(n)求和之后添加簡單的濾波器(在特定示例中，具有小于抽取器的延遲)。此外，DAC DSM和DAC濾波可以加入顯著的 濾波，但是DAC可以重新加入殘余OOB噪聲，在特定示例中，OOB能量可能使DAC DSM過載， 提高了對DAC DSM濾波器的要求。在示例中，LMS算法可以使用參數(shù)(est speaker delay)來容納揚聲器反應時間， 以容納大范圍的揚聲器反應時間。在特定示例中，e(n)濾波器可以對揚聲器組延遲變化進 行均衡，或可以使用簡單的時間延遲。在示例中，LMS算法可以包括符號差錯LMS算法，使用差錯信號的符號而不是整個 差錯信號(例如以簡化計算)。在示例中，如果數(shù)據(jù)是1比特格式，則符號數(shù)據(jù)可以是冗余 的。在特定示例中，符號LMS算法的變化可以增大殘余適配能量，這可以通過減小μ并增 大適配時間(例如節(jié)省管芯面積和功率)來補償。在示例中，μ參數(shù)可以由I2C或者通過查看e(n)殘余能量來更新。在其他示例 中，可以支持這兩者(加上混合版本)。在特定示例中，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)可以被配置為使用反饋ADC或者在沒有 反饋ADC的情況下工作(由于簡單的符號差錯算法)。在示例中，可以在板上減去預期音頻 信號，以在沒有反饋ADC的情況下工作。此外，在示例中，ANC方案可以使用AGC電路來代 替微調(diào)電位(trim pot)。在其他示例中，(例如通過將代碼從一個濾波器復制至兩個濾波器)可以在代碼 中加入附加自適應濾波器(例如超過2個)。LMS算法可以通過適配為提供最小均方誤差 (MMSE)來提供波束控制功能。在示例中，高端方案可以使用該算法。此外，在特定示例中，可以使用不同的Wl (η)和W2(n)初始化。存在足夠的抽頭來 產(chǎn)生非常尖銳的濾波器，盡管尖銳的濾波器可能具有較大的固有延遲。如果使用抽頭來代 替抽取濾波器，則非常尖銳的濾波器可以在靜音時間區(qū)間放松響應。在特定示例中，在靜音時間期間，可以關閉自適應算法(例如通過監(jiān)控Wl(n)和 W2(n)的輸出上的能量并在存在低信號能量時將μ清零)，以確保LMS算法在靜音時間期 間不漂移或者適配至不期望的參數(shù)。圖11總體示意了各種揚聲器反應時間1100的示例。圖12總體示意了用在ANC系統(tǒng)中的另一模擬ANC電路1200的示例。圖13總體示意了另一 ANC系統(tǒng)1300的示例。盡管以上關于移動電話描述了 ANC系統(tǒng)和方法，在其他示例中，ANC系統(tǒng)和方法可 以與其他電子設備一起使用。例如，ANC系統(tǒng)和方法可以與耳機、汽車揚聲器、家用揚聲器、 非移動電話、揚聲器電話等等一起使用。此外，上述ANC系統(tǒng)和方法可以與如回聲消除之類 的其他ANC系統(tǒng)和方法相結(jié)合使用。附屬記錄上文的詳細說明書包括對附圖的引用，該附圖形成詳細說明書的一部分。通過示 意的方式，附圖示出了能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的特定實施例。這些實施例在本文中也被稱作“示 例”。將本文檔中提到的所有出版物、專利和專利文獻的全部內(nèi)容在此引入作為參考，如同 這些出版物、專利和專利文獻單獨被并入作為參考。在本文檔與所引用的那些文檔之間出 現(xiàn)不一致用法的情況下，所引用的文獻中的用法應當被看作是對本文檔的補充；對于無法 調(diào)和的不一致，以本文檔中的用法為準。
在本文檔中，使用專利文獻中常見的“一”或“一個”，包括一個或多于一個的含義， 獨立于“至少一個”或“一個或更多個”的任何其他實例或用法。在本文檔中，術語“或”是 指非排他的或，從而“A或B”包括“只有A沒有B”、“只有B沒有A”和“A和B”，除非另有說 明。在所附權(quán)利要求中，術語“包括”和“其中”用作術語“包括”和“其中”的淺近英文的對 等詞。此外，在隨后的權(quán)利要求中，術語“包括”和“包括”是開放的，即，在權(quán)利要求中，除 了位于該術語之后的系統(tǒng)、設備、制品或方法之外的系統(tǒng)、設備、制品或方法仍將被看作落 入該權(quán)利要求的范圍。此外，在隨后的權(quán)利要求中，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用作 標記，并非意在對其對象施加數(shù)量要求。上述說明是示意性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一個或更多個方面)可 以彼此結(jié)合使用。在閱讀了上文描述后，本領域的普通技術人員可以使用其他實施例。提 供摘要以滿足37C.F.R. § 1.72(b)，以允許讀者快速確定技術內(nèi)容的性質(zhì)?？梢岳斫?，其不 應用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。此外，在上文的具體描述中，多個特征可以組合 在一起以使公開的內(nèi)容作用更大。這不應被解釋為未要求保護的已公開的特征對于任何權(quán) 利要求來說是必要的。相反，本發(fā)明的主題可以存在于少于所公開的具體實施例的全部特 征。因此，將如下權(quán)利要求并入具體描述中，每一個權(quán)利要求自身作為單獨的實施例。應當 參考所附權(quán)利要求以及該權(quán)利要求的所有等同物，來確定本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，包括數(shù)字ANC電路，配置用于接收來自第一麥克風的第一音頻信息，并產(chǎn)生數(shù)字抗噪聲信 號，所述數(shù)字抗噪聲信號配置用于削弱所述第一麥克風所感測的噪聲；以及模擬ANC電路，配置用于接收來自第二麥克風的第二音頻信息，并產(chǎn)生模擬抗噪聲信 號，所述模擬抗噪聲信號配置用于削弱所述第二麥克風所感測的噪聲，其中，所述系統(tǒng)配置用于接收預期音頻信號，并利用所述預期音頻信號、模擬抗噪聲信 號和數(shù)字抗噪聲信號提供針對揚聲器的輸出信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述第一麥克風配置用于感測環(huán)境噪聲，以使得所述數(shù)字ANC電路包括前饋ANC電路；以及所述第二麥克風配置用于感測來自揚聲器的輸出，以使得所述模擬ANC電路包括反饋 ANC電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字ANC電路在第 一集成電路(IC)上實現(xiàn)，以及所述模擬ANC電路在第二 IC上實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述第一IC配置用于耦合 至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，以將所述第一音頻信息轉(zhuǎn)換為針對所述數(shù)字ANC電路的數(shù)字信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字ANC電路配置用于接收預期音頻信號，并利用數(shù)字抗噪聲信號和預期音頻信 號產(chǎn)生復合音頻信號；以及所述系統(tǒng)包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，所述DAC配置用于將復合音頻信號轉(zhuǎn)換為針對所述 模擬ANC電路的模擬信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字ANC電路和所述 DAC是利用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)實現(xiàn)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字ANC 電路配置用于接收來自多個麥克風的第一音頻信息，以及所述數(shù)字ANC電路包括第一濾波 器和第二濾波器，所述第一濾波器耦合至所述多個麥克風的第一子集，以及所述第二濾波 器耦合至所述多個麥克風的第二子集。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述多個麥克風中的每一個 具有與其相關聯(lián)的分離的濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述第一濾波器和所述 第二濾波器包括自適應濾波器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字ANC電路使用所 述第二音頻信息來更新所述第一濾波器和所述第二濾波器的響應。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字 ANC電路配置用于調(diào)整所述第一濾波器和所述第二濾波器，以便提供針對所述第一麥克風 和所述第二麥克風的感測模式的動態(tài)波束控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述揚聲器 包括壓電式揚聲器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述揚聲器包括第一壓電式揚聲器和第二電動式揚聲器。
14.一種有源噪聲消除(ANC)方法，包括利用模擬ANC電路，接收來自第一麥克風的第一音頻信息，并提供第一 ANC信息； 利用數(shù)字ANC電路，接收來自第二麥克風的第二音頻信息，并提供第二 ANC信息；以及 利用所述第一 ANC信息和所述第二 ANC信息提供組合的ANC信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的有源噪聲消除(ANC)方法，包括將預期音頻信號與所述第一 ANC信息和所述第二 ANC信息進行組合，以產(chǎn)生針對揚聲 器的輸出信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的有源噪聲消除(ANC)方法，其中，所述組合包括 將所述預期音頻信號與所述第二 ANC信息組合，以形成復合音頻信號；以及 將所述復合音頻信號與所述第一 ANC信息組合，以產(chǎn)生輸出信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的有源噪聲消除(ANC)方法，其中，所述第一音頻信息 是由配置用于感測來自揚聲器的輸出的第一麥克風感測的，以及所述第二音頻信息是由配 置用于感測環(huán)境噪聲的第二麥克風感測的。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項所述的有源噪聲消除(ANC)方法，包括對所述第 二音頻信息進行自適應濾波。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的有源噪聲消除(ANC)方法，其中，所述自適應濾波包括基 于所述第一音頻信息來更新第一濾波器響應。
20.根據(jù)權(quán)利要求14至17中任一項所述的有源噪聲消除(ANC)方法，其中，接收第二 音頻信息包括接收來自多個麥克風的第二音頻信息，其中所述方法包括使用第一濾波器對來自所述多個麥克風中的第三麥克風的第一信號進行濾波；以及 使用第二濾波器對來自所述多個麥克風中的第四麥克風的第二信號進行濾波。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的有源噪聲消除(ANC)方法，包括調(diào)整所述第一濾波器和 所述第二濾波器，以便提供針對所述第三麥克風和第四麥克風的感測模式的動態(tài)波束控 制。
22.—種有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，包括數(shù)字ANC電路，配置用于接收來自第一麥克風的第一音頻信息，并產(chǎn)生抗噪聲信號，所 述抗噪聲信號配置用于削弱第一音頻信息中的噪聲；求和電路，配置用于將來自所述數(shù)字ANC電路的抗噪聲信號與預期音頻信號組合，以 形成復合音頻信號；以及模擬ANC電路，配置用于接收來自第二麥克風的第二音頻信息以及所述復合音頻信 號，所述模擬ANC電路配置用于削弱所述第二音頻信息中的噪聲，并基于所述第二音頻信 息和所述復合音頻信號產(chǎn)生針對揚聲器的輸出信號。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的有源噪聲消除(ANC)系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字ANC電路配置用于接收來自第三麥克風的第三音頻信息，所述第一麥克風和第三麥克風配置用于感測環(huán) 境噪聲；利用第一濾波器對所述第一音頻信息進行自適應濾波；以及 利用第二濾波器對所述第三音頻信息進行自適應濾波，其中，所述抗噪聲信號配置用于削弱所述第三音頻信息中的噪聲。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的有源噪聲消除ANC系統(tǒng)，其中，所述數(shù)字ANC電路配置用于 動態(tài)調(diào)整所述第一濾波器和所述第二濾波器，以提供針對所述第一麥克風和所述第二麥克 風的感測模式的動態(tài)波束控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于有源噪聲消除的系統(tǒng)及方法。一個示例系統(tǒng)包括數(shù)字ANC電路，配置用于接收來自第一麥克風的第一音頻信息，并產(chǎn)生數(shù)字抗噪聲信號，所述數(shù)字抗噪聲信號配置用于削弱第一麥克風所感測的噪聲；以及模擬ANC電路，配置用于接收來自第二麥克風的第二音頻信息，并產(chǎn)生模擬抗噪聲信號，所述模擬抗噪聲信號配置用于削弱第二麥克風所感測的噪聲，其中，所述系統(tǒng)配置用于接收預期音頻信號，并利用所述預期音頻信號、模擬抗噪聲信號和數(shù)字抗噪聲信號提供針對揚聲器的輸出信號。
文檔編號H04R3/00GK102056050SQ20101052971
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者凱瑞·德拉諾 申請人:飛兆半導體公司