相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

根據(jù)美國專利法律35u.s.c.§119(e)，本申請(qǐng)要求于2014年11月25日提交的、名稱為“referencemicrophonefornon-linearandtimevariantechocancellation(用于非線性和時(shí)變回波消除的參考麥克風(fēng))”的美國臨時(shí)申請(qǐng)no.62084221的權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過引入而并入本文。

本申請(qǐng)涉及聲回波消除方法(acousticechocancelingapproach)，例如用于移動(dòng)電話的聲回波消除方法。

背景技術(shù)：

在雙向遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中，聲回波源于通過揚(yáng)聲器(loudspeaker)輸出的、在通常被稱為近端裝置的相同裝置上由麥克風(fēng)捕獲的信號(hào)。該捕獲的結(jié)果是，在遠(yuǎn)程通信延遲后，會(huì)話另一側(cè)的用戶(遠(yuǎn)端用戶)聽見作為回波的自身聲音?？勺C明的是，回波不利于進(jìn)行自然會(huì)話，并且針對(duì)免提電話會(huì)話需要消除回波的方法。

免提電話裝置有時(shí)使用全雙工聲回波消除(aec：acousticechocancellation)算法，來消除回波語音并最大程度降低影響會(huì)話質(zhì)量?？梢栽诎l(fā)送到揚(yáng)聲器的信號(hào)和通過麥克風(fēng)捕獲的信號(hào)之間建立純線性相關(guān)性時(shí)，aec算法最適用。

在目前的移動(dòng)裝置中，朝向便攜式和更輕薄工業(yè)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)已使得這些裝置內(nèi)體積變得更小。聲學(xué)性能在有效體積內(nèi)受此約束。針對(duì)輕薄優(yōu)雅的設(shè)計(jì)，需要使用更小、更薄的揚(yáng)聲器。因此，可以移動(dòng)更少量的空氣，導(dǎo)致聲壓級(jí)(spl：soundpressurelevel)降低，尤其是在較低頻率情況下。當(dāng)初始設(shè)備制造商(oem)設(shè)計(jì)出小規(guī)格揚(yáng)聲器時(shí)，所產(chǎn)生的揚(yáng)聲器無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期spl。音頻系統(tǒng)工程師可以過驅(qū)動(dòng)(overdrive)揚(yáng)聲器和功率放大器，以獲得預(yù)期spl。然而，對(duì)揚(yáng)聲器尺寸的約束通常導(dǎo)致非線性輸出。

一般來說，揚(yáng)聲器振動(dòng)在小和高振幅時(shí)表現(xiàn)不同。對(duì)振幅的依賴性是對(duì)系統(tǒng)中固有非線性的指示。過驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器同樣通過揚(yáng)聲器振膜的過度振幅，來引起非線性失真(軟限幅的結(jié)果)。該次級(jí)非線性效應(yīng)是生成不在激發(fā)刺激物中的額外譜分量。它們通常是作為多個(gè)基頻之間的諧波或互調(diào)失真的、所應(yīng)用的基頻的整數(shù)倍。同樣利用諧波生成來過驅(qū)動(dòng)小型揚(yáng)聲器，因?yàn)榈皖l基頻的諧波可以在心理聲學(xué)上填充低頻損耗，使得音頻頻譜下端聲音比其更加飽滿。

影響小型揚(yáng)聲器中非線性行為的一個(gè)因素是磁力因素bl(x)。當(dāng)磁場(chǎng)不均勻時(shí)，磁力因素是位移的函數(shù)。這在更小型揚(yáng)聲器中具有更大影響。另一因素是懸掛柔性(compliance)cms(x)或者相反地，懸掛剛度kms(x)。這是懸掛的回復(fù)力作為距離的函數(shù)而增加。又一因素是機(jī)械阻力rms(v)并且此因素取決于線圈的速度。機(jī)械阻力隨任一方向中速度的遞增而增加。

免提電話應(yīng)用的回波路徑中非線性的主要原因通常是揚(yáng)聲器。所有這些因素影響施加到振膜上的力，其進(jìn)一步影響音圈的位移和速度。這是在這些因素之間互相作用的非線性反饋回路。bl(x)和kms(x)產(chǎn)生dc分量，而rms(v)使得諧振時(shí)基頻壓縮。這些經(jīng)由反饋人體影響總諧波失真(thd：totalharmonicdistortion)和互調(diào)失真(imd:intermodulationdistortio)。揚(yáng)聲器中主導(dǎo)的非線性可能顯著影響輸出信號(hào)。

過驅(qū)動(dòng)超規(guī)格揚(yáng)聲器同樣能夠使揚(yáng)聲器失效，因?yàn)檫^度振幅可以使振膜擺動(dòng)，并且因?yàn)閾P(yáng)聲器音圈中的余熱同樣可以使揚(yáng)聲器失效。電子反饋補(bǔ)償可以用于揚(yáng)聲器防護(hù)。揚(yáng)聲器防護(hù)技術(shù)測(cè)量音圈上的電流和電壓，以估計(jì)溫度和偏移，并且自適應(yīng)地將這些限定在針對(duì)最高可能spl和更佳可聽性的最大程度以下。這提高了揚(yáng)聲器的壽命，同時(shí)提取最高性能。

揚(yáng)聲器防護(hù)技術(shù)采用自適應(yīng)算法，以管理輸出信號(hào)動(dòng)力學(xué)，為了制約偏移(excursion)，限制溫度并最大程度降低thd，同時(shí)最大程度提高輸出功率。相比于aec使用的信號(hào)，揚(yáng)聲器輸出在時(shí)間和頻率方面不斷變化。因此，揚(yáng)聲器信號(hào)輸出電平可以與aec算法通常使用作為回波參考信號(hào)的遠(yuǎn)端信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行高度的去相關(guān)處理，即，即使在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)意義上，其也不再是時(shí)間恒定的。

小型揚(yáng)聲器用于移動(dòng)音頻，原因如下：通過市場(chǎng)營銷和工業(yè)設(shè)計(jì)要求驅(qū)動(dòng)的對(duì)尺寸的約束；用于揚(yáng)聲器聲學(xué)(包括背體積)的小空間；用于攜帶的移動(dòng)性和便利性的纖薄裝置；制造商的經(jīng)濟(jì)性決策；以及在競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈的市場(chǎng)中用料清單及成本的控制。

鑒于工程和市場(chǎng)決策，通常過驅(qū)動(dòng)小型揚(yáng)聲器。這些揚(yáng)聲器需要滿足使用時(shí)的目標(biāo)spl，并誘發(fā)低頻基頻的諧波失真，以增強(qiáng)低音感受，尤其是當(dāng)?shù)皖l在更小型揚(yáng)聲器中被衰減時(shí)。

用于aec算法的揚(yáng)聲器非線性和揚(yáng)聲器防護(hù)算法的結(jié)果是，并未維持回波參考信號(hào)和實(shí)際揚(yáng)聲器輸出之間的線性非時(shí)變關(guān)系。這可以導(dǎo)致較差的aec性能。

存在若干與這種非線性系統(tǒng)標(biāo)識(shí)有關(guān)的問題，并且先前算法不足以在線性條件下匹配aec的性能。非線性aec(nlaec)算法的計(jì)算復(fù)雜性同樣顯著超過線性aec算法。此外，過驅(qū)動(dòng)用于導(dǎo)出這種使用情況的足夠輸出的小型揚(yáng)聲器的必要性，同樣導(dǎo)致開發(fā)隨時(shí)間變化的揚(yáng)聲器防護(hù)算法，其根據(jù)源自于揚(yáng)聲器的實(shí)時(shí)性能參數(shù)，動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)功率。這可以導(dǎo)致非線性的減少，但引起隨時(shí)間變化的揚(yáng)聲器輸出系統(tǒng)。這同樣引發(fā)在aec算法的收斂問題，這通常發(fā)生在揚(yáng)聲器防護(hù)算法之前導(dǎo)出的參考信號(hào)。

所有這些問題已經(jīng)導(dǎo)致一些用戶對(duì)先前方法的不滿。

附圖說明

為了更完整地理解本公開，應(yīng)參照下述詳細(xì)說明及附圖，其中：

圖1包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的、麥克風(fēng)系統(tǒng)的框圖；

圖2包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的、聲壓級(jí)與距源的距離的曲線圖；

圖3包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的、聲壓級(jí)與全向?qū)Σ顒?dòng)式麥克風(fēng)的對(duì)數(shù)距離的關(guān)系的曲線圖；

圖4包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的、差動(dòng)式麥克風(fēng)的一示例的框圖；

圖5包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的、差動(dòng)式麥克風(fēng)的另一示例的框圖；

圖6包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的、差動(dòng)式麥克風(fēng)的另一示例的框圖；

圖7包括根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的、差動(dòng)式麥克風(fēng)的另一示例的框圖。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，附圖中的元素是為了簡(jiǎn)單和明了而示出。還應(yīng)當(dāng)理解，可以以出現(xiàn)的特定順序來對(duì)某些操作和/或步驟進(jìn)行描述或者描寫，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能夠理解對(duì)順序的這種特殊性實(shí)際上是不需要的。還應(yīng)該理解，本文中使用的術(shù)語和措辭具有與其各自相應(yīng)的探究和研究領(lǐng)域相對(duì)應(yīng)的這種術(shù)語和措辭的普通含義，除非本文中規(guī)定了其具有特定的含義。

具體實(shí)施方式

本方法提供了在諸如電話和移動(dòng)無線裝置(例如，移動(dòng)電話或智能電話)這樣的電子裝置中的聲回波消除。在一特定示例中，移動(dòng)電話可以作為免提電話使用，并且來自揚(yáng)聲器的信號(hào)由裝置上的麥克風(fēng)捕獲，并被回波反射回發(fā)出原聲的人員。在諸如移動(dòng)智能電話這樣的特定消費(fèi)者裝置中，揚(yáng)聲器和功率放大器通?？梢栽谄渚€性操作范圍外驅(qū)動(dòng)。

在這種情況下，對(duì)線性聲回波消除(aec)算法進(jìn)行修改，以試圖識(shí)別并消除回波的非線性分量。本方法解決了在非線性和時(shí)變條件下聲回波消除的問題，并為線性非時(shí)變系統(tǒng)上運(yùn)行的分量提供改進(jìn)的性能和降低的aec算法復(fù)雜性。

本文所呈現(xiàn)的方法涉及語音電話，并且更具體地涉及用于移動(dòng)電話的聲回波消除方法。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本文所呈現(xiàn)的理念可以有效地用于聲回波消除設(shè)置，其中，從揚(yáng)聲器輸出的信號(hào)不再與通過回放應(yīng)用播放的信號(hào)呈線性和時(shí)間恒定相關(guān)。

在若干此類實(shí)施方式中，接收到來自遠(yuǎn)端用戶的遠(yuǎn)端信號(hào)并在揚(yáng)聲器處廣播遠(yuǎn)端信號(hào)。確定用于估計(jì)回波傳遞函數(shù)的信號(hào)，在如下信號(hào)之間選出該信號(hào)：遠(yuǎn)端信號(hào)或從緊鄰揚(yáng)聲器設(shè)置的近場(chǎng)麥克風(fēng)接收到的回波參考信號(hào)。近場(chǎng)麥克風(fēng)感測(cè)從揚(yáng)聲器廣播的遠(yuǎn)端信號(hào)。至少部分地基于所選信號(hào)來確定回波傳遞函數(shù)，并且回波傳遞函數(shù)代表揚(yáng)聲器和遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)之間的聲路徑的特性，該遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)與近場(chǎng)麥克風(fēng)相比設(shè)置在距揚(yáng)聲器更遠(yuǎn)的距離處。至少部分地基于回波傳遞函數(shù)來確定估計(jì)回波。從由遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)中減去所估計(jì)的回波，并且減去步驟有效于消除在從遠(yuǎn)端麥克風(fēng)接收到的信號(hào)中存在的回波。

在某些方面，近場(chǎng)麥克風(fēng)是差動(dòng)式麥克風(fēng)。在其他方面，遠(yuǎn)端信號(hào)由功率放大器放大。

在某些示例中，將揚(yáng)聲器和近場(chǎng)麥克風(fēng)設(shè)置成彼此相距在約5mm以內(nèi)。在其他示例中，將近場(chǎng)麥克風(fēng)、遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)以及揚(yáng)聲器設(shè)置在單個(gè)平臺(tái)處。在其他示例中，在相同聲學(xué)環(huán)境中，將近場(chǎng)麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器設(shè)置在單個(gè)平臺(tái)處，并且，將遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)設(shè)置在另一平臺(tái)中。

在某些方面，盡管差動(dòng)式麥克風(fēng)鄰近揚(yáng)聲器，但是由于揚(yáng)聲器輸出遠(yuǎn)端信號(hào)而導(dǎo)致的差壓電平并沒有使差動(dòng)式麥克風(fēng)超載。在其他方面，在差動(dòng)式麥克風(fēng)處拾取的信號(hào)是包括所有揚(yáng)聲器非線性效應(yīng)的揚(yáng)聲器輸出信號(hào)，并且由于近端話音信號(hào)和環(huán)境噪音而具有可忽略的(insignificant)能量，允許回波傳遞函數(shù)估計(jì)處理呈線性處理。

在某些示例中，由于近端和噪音源距差動(dòng)式麥克風(fēng)的距離，由于近端話音信號(hào)和環(huán)境噪音而導(dǎo)致的差壓電平在差動(dòng)式麥克風(fēng)處可忽略。在其他方面，在差動(dòng)式麥克風(fēng)處拾取的信號(hào)是包括所有揚(yáng)聲器非線性效應(yīng)的揚(yáng)聲器輸出信號(hào)，并且由于近端話音信號(hào)和環(huán)境噪音而具有可忽略的能量，從而允許回波傳遞函數(shù)估計(jì)處理呈線性處理。

在某些示例中，來自線性回波傳遞函數(shù)估計(jì)的回波傳遞估計(jì)用于估計(jì)非線性回波路徑，并從通過遠(yuǎn)場(chǎng)語音麥克風(fēng)所捕獲的麥克風(fēng)信號(hào)中成功地減去非線性回波。在某些示例中，單個(gè)平臺(tái)位于移動(dòng)電話、膝上型計(jì)算機(jī)或平板計(jì)算機(jī)、家庭自動(dòng)化設(shè)備或其他近端語音通信設(shè)備、或能夠音頻回放并響應(yīng)于語音輸入的設(shè)備。其他示例也是可能的。

在其他這些示例中，涉及一種裝置，其包括：近場(chǎng)麥克風(fēng)，該近場(chǎng)麥克風(fēng)用于接收來自揚(yáng)聲器的聲音，并產(chǎn)生回波參考信號(hào)；以及遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)，該遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)用于接收來自揚(yáng)聲器的聲音。近場(chǎng)麥克風(fēng)與揚(yáng)聲器緊鄰布置。該裝置包括：回波參考控制模塊，該回波參考控制模塊被配置為自適應(yīng)地并動(dòng)態(tài)地確定回波估計(jì)信號(hào)，以估計(jì)回波傳遞函數(shù)，從如下信號(hào)之間選出該信號(hào)：從近場(chǎng)麥克風(fēng)接收到的回波參考信號(hào)和來自遠(yuǎn)端用戶的遠(yuǎn)端信號(hào)，或這兩個(gè)信號(hào)的組合。該裝置還包括：自適應(yīng)模塊，該自適應(yīng)模塊被配置為至少部分地基于所選回波估計(jì)信號(hào)來確定回波傳遞函數(shù)，并且自適應(yīng)模塊還被配置為至少部分地基于回波傳遞函數(shù)來確定所估計(jì)的回波。該裝置還包括：匯總器，該匯總器從通過遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)產(chǎn)生的信號(hào)中減去所估計(jì)的回波，以產(chǎn)生回波消除信號(hào)。

現(xiàn)參照?qǐng)D1，描述了回波消除系統(tǒng)100的示例。系統(tǒng)100包括：揚(yáng)聲器-封閉-麥克風(fēng)-系統(tǒng)(lems：loudspeaker-enclosure-microphone-system)102。lems102包括：功率放大器104(放大輸入信號(hào))、揚(yáng)聲器106(向用戶提供信號(hào))、近場(chǎng)麥克風(fēng)108(緊鄰用作緊鄰噪音消除麥克風(fēng)裝置的揚(yáng)聲器106)、以及遠(yuǎn)場(chǎng)麥克風(fēng)110。揚(yáng)聲器106可以是任意類型的、將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲能的揚(yáng)聲器或接收機(jī)。在一示例中，揚(yáng)聲器106是揚(yáng)聲器。在一示例中的麥克風(fēng)108是下述差動(dòng)式麥克風(fēng)。

系統(tǒng)100還包括：回波參考控制模塊120、控制邏輯122、自適應(yīng)算法124、以及濾波器路徑126?；夭▍⒖伎刂颇K120的功能是：自適應(yīng)地確定用于確定回波傳遞函數(shù)(回波參考來自麥克風(fēng)108)的信號(hào)n{x(n)}或遠(yuǎn)端信號(hào)x(n)。這可以通過將回波參考信號(hào)與通過麥克風(fēng)108拾取的回波信號(hào)進(jìn)行比較，確定揚(yáng)聲器中非線性的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)?？刂七壿?22的功能是與回波參考控制模塊120協(xié)同作業(yè)，以管理自適應(yīng)算法124，從而在該過程中使用適當(dāng)輸入。自適應(yīng)算法124的功能是估計(jì)回波傳遞函數(shù)。它可以是若干標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)，并被證實(shí)是線性聲回波消除算法。濾波器路徑126的功能用于建模聲回波路徑，從而復(fù)制可以在聲回波消除器中消除的真實(shí)回波。

如圖1所示，將緊鄰噪音消除麥克風(fēng)裝置108放置為鄰近緊湊型移動(dòng)設(shè)備中的揚(yáng)聲器106。"緊鄰"是指小于約5mm的距離。其他距離也是可能的。緊鄰揚(yáng)聲器106允許麥克風(fēng)108拾取基準(zhǔn)回波信號(hào)，同時(shí)對(duì)來自其他聲源的信號(hào)具有免疫性。

麥克風(fēng)108用作遠(yuǎn)端回波參考麥克風(fēng)。因?yàn)閾P(yáng)聲器106中的所有非線性均已考慮到，所以這允許回波參考相對(duì)于來自麥克風(fēng)110的主麥克風(fēng)回波信號(hào)呈線性關(guān)系。結(jié)合初始遠(yuǎn)端參考信號(hào)(通過例如回波消除器的當(dāng)前可用實(shí)施方式中的軟件，在內(nèi)部提供的)，這種信號(hào)源導(dǎo)致甚至在高度非線性驅(qū)動(dòng)的揚(yáng)聲器系統(tǒng)中的優(yōu)異aec性能，算法復(fù)雜性的要點(diǎn)或許在移動(dòng)系統(tǒng)中失效。遠(yuǎn)端參考將提供用于通過雙端口麥克風(fēng)拾取回波參考的遠(yuǎn)端語音活動(dòng)檢測(cè)觸發(fā)器。這依次提供如通過如下等式給出的、提供給適當(dāng)?shù)木€性聲回波消除器算法的參考信號(hào)。當(dāng)線性條件成立時(shí)，相反可以使用諸如nlms、fd-nlms、mdf或類似算法這樣的最優(yōu)算法。

在圖1的雙向遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)中，聲回波源于通過揚(yáng)聲器106輸出的、在通常被稱為近端的相同裝置上由麥克風(fēng)110所捕獲的信號(hào)。該捕獲的結(jié)果是，在遠(yuǎn)程通信延遲后，會(huì)話另一側(cè)(遠(yuǎn)端)的用戶聽見作為回波的自身聲音。可證明地是，回波不利于進(jìn)行自然會(huì)話，并且免提電話會(huì)話需要消除回波的方法。一方面，系統(tǒng)100使用全雙工聲回波消除(aec)算法(經(jīng)由自適應(yīng)算法124實(shí)施)，來消除回波語音，以最大程度降低影響會(huì)話質(zhì)量?？梢栽诎l(fā)送到揚(yáng)聲器106的信號(hào)和通過麥克風(fēng)110捕獲的信號(hào)之間建立純線性相關(guān)性時(shí)，aec算法最適用。

如圖1所示，將來自遠(yuǎn)端的信號(hào)132在聲學(xué)上通過揚(yáng)聲器106廣播到用戶聆聽免提電話裝置的房間中。此外，麥克風(fēng)110捕獲連同廣播揚(yáng)聲器信號(hào)的回波和任何背景噪音的用戶語音(近端語音)。揚(yáng)聲器106、房間(封閉)以及麥克風(fēng)108和110都包括lems102。假設(shè)lems102呈線性，可以建?；夭?，作為遠(yuǎn)端信號(hào)x(n)和lems聲響應(yīng)h(n)的乘積，即

d(n)＝h(n)*x(n)(1)

使用揚(yáng)聲器106和麥克風(fēng)110的線性模型，將揚(yáng)聲器106和麥克風(fēng)110之間的聲路徑及相關(guān)線性增益集中到房間的聲響應(yīng)或回波路徑傳遞函數(shù)。因而，可以建模lems聲響應(yīng)h(n)，作為有限脈沖響應(yīng)(fir)濾波器h(n)。然后，該回波是遠(yuǎn)端信號(hào)x(n)(表示為向量)的函數(shù)。

d(n)＝h(n)^tx(n)(2)

aec算法124的目標(biāo)是從麥克風(fēng)信號(hào)中去除回波信號(hào)d(n)，從而遠(yuǎn)端用戶無法對(duì)其進(jìn)行察覺。這必須在近端話音信號(hào)s(n)不失真的情況下完成。aec算法124的通用方法是自適應(yīng)地估計(jì)從揚(yáng)聲器至麥克風(fēng)的回波路徑。然后將此估計(jì)應(yīng)用于遠(yuǎn)端信號(hào)，以再生回波，從而可以從麥克風(fēng)信號(hào)s(n)和匯總器129中減去。在環(huán)境噪音v(n)的情況下，這是復(fù)雜的。麥克風(fēng)信號(hào)是回波、近端信號(hào)和噪音的總和。

y(n)＝d(n)+s(n)+v(n)＝h(n)^tx(n)+s(n)+v(n)(3)

驅(qū)動(dòng)回波消除器，以通過自適應(yīng)算法收斂于回波路徑的有限脈沖響應(yīng)橫向?yàn)V波器估計(jì)所估計(jì)的回波可以寫作所建模的回波路徑與揚(yáng)聲器信號(hào)的函數(shù)。

將回波消除后的信號(hào)e(n)限定為誤差信號(hào)，麥克風(fēng)信號(hào)和估計(jì)回波之間的差值：

該問題可以通過使誤差的適當(dāng)函數(shù)最小化來解決。通常選擇均方誤差e{e²(n)}，此標(biāo)準(zhǔn)具有單一全局極小值，只要系統(tǒng)維持其線性。這允許可以收斂于全局極小值的若干自適應(yīng)方法。很多此類方法采用lms(最小均方值)自適應(yīng)算法的時(shí)間或頻域變量。該算法也是公知的并且在此用作線性聲回波消除的代表方法。lms算法采用"最陡下降(steepestdecent)"，來接近全局極小值?？梢酝ㄟ^最小化均方誤差并進(jìn)行誤差e(n)和輸入x(n)之間的瞬時(shí)梯度估計(jì)，來導(dǎo)出濾波器路徑估計(jì)的lms更新等式。

這里，μ是學(xué)習(xí)速率因子。它可以示出為受限于輸入自相關(guān)的最大本征值，并且算法的總收斂性受本征值擴(kuò)展的制約。lms算法對(duì)輸入的功率敏感。這種依賴性通常通過使用輸入功率x(n)^tx(n)來正?；路至縼硪瞥?/p>

上述等式假設(shè)lems系統(tǒng)中的時(shí)間變化足夠慢，使得自適應(yīng)算法可以收斂于比聲路徑轉(zhuǎn)換更迅捷的正確解決方案。這通常成立，只要沒有超出針對(duì)自適應(yīng)算法進(jìn)行抽頭(tapped)的點(diǎn)，來修改參考回波信號(hào)。

當(dāng)前方法通過考慮揚(yáng)聲器響應(yīng)的非線性，來線性化聲回波問題。因此，可以采用通用的低復(fù)雜度線性aec算法，來代替具有其相關(guān)問題的復(fù)雜非線性aec算法。

更具體地，麥克風(fēng)108用于拾取回波參考信號(hào)。揚(yáng)聲器106和回波參考麥克風(fēng)108被配置為在鄰近(極近場(chǎng))處具有聲端口。可以將這種回波參考麥克風(fēng)設(shè)計(jì)成，對(duì)緊鄰的音頻信號(hào)敏感并且極大幅度地削弱遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)。將這兩個(gè)端口分開的示例距離可能小于約5mm。近端源通常是該距離的至少5至25倍以上，即25mm到125mm以上。有利地的是，一方面，當(dāng)前方法線性地捕獲揚(yáng)聲器106端口附近的音頻，同時(shí)對(duì)近端目標(biāo)信號(hào)和周圍音頻具有可忽略的靈敏度。這可以在一示例中通過使用麥克風(fēng)108的差動(dòng)式麥克風(fēng)來實(shí)現(xiàn)。

可以理解的是，一般來說，可以使用由下述聲學(xué)機(jī)構(gòu)限定的、具有近場(chǎng)響應(yīng)的麥克風(fēng)作為回波參考信號(hào)的源。這種麥克風(fēng)帶有具有極高衰減敏感度的近場(chǎng)響應(yīng)，作為從麥克風(fēng)的漸增距離的函數(shù)。隨距離急劇下降的響應(yīng)允許使用麥克風(fēng)，以準(zhǔn)確地捕獲揚(yáng)聲器的輸出，同時(shí)將近端語音削弱到可忽略的電平。

如圖2所示，聲壓級(jí)隨距離反向下降。這由關(guān)系p×r＝k表示，其中，r是距源的距離，p是源處的聲壓級(jí)而k是常數(shù)。如果將聲壓級(jí)轉(zhuǎn)換成db，則：

20log10|p(r)|＝20log10k-20log10r

(7)

如圖2所示，在一定距離ri；i＝1，2，3，4處的壓力pri由k/ri給出。間隔恒定距離δ處的壓力差可以表示為

如果δ＜r1，則r1r2≈r1²且r3r4≈r3²，因此

實(shí)際聲壓級(jí)可以顯著高于源附近的壓力差，并且潛在地使全向麥克風(fēng)負(fù)載過重，然而，壓力差更小并且麥克風(fēng)振膜和電路很容易設(shè)計(jì)為避免超載。此外，作為r²的函數(shù)的壓力差的該反比關(guān)系的效應(yīng)意味著在距聲源較遠(yuǎn)距離處，壓力差顯著小于實(shí)際壓力級(jí)。這示于圖2。如果將壓力差轉(zhuǎn)換成db，則：

20log10|pd|＝20log10kδ-40log10r

＝20log10k+20log10δ-40log10r(8)

圖3示出當(dāng)以對(duì)數(shù)標(biāo)度相對(duì)于距離進(jìn)行繪制時(shí)，該差異是全向麥克風(fēng)和差動(dòng)式麥克風(fēng)之間的聲壓級(jí)(以分貝計(jì))(例如，可用于麥克風(fēng)108的聲壓級(jí))。該繪圖示出相比于全向麥克風(fēng)，差動(dòng)式麥克風(fēng)的敏感度下降。

采用具有差動(dòng)式麥克風(fēng)拾取(即，使麥克風(fēng)108成為差動(dòng)式麥克風(fēng))的方法，獲得了與揚(yáng)聲器端口緊鄰的揚(yáng)聲器信號(hào)的清楚和線性的拾取。然而，在免提電話配置中用戶的語音在相當(dāng)遠(yuǎn)的位置處，并且將以圖3所示的更快速率(20log10δ-20log10r)降低。這里，第一項(xiàng)是常數(shù)且第二項(xiàng)表明，隨著距源的距離，相比于全向麥克風(fēng)的敏感度，差動(dòng)式麥克風(fēng)敏感度以更快速率顯著降低。

這種配置相對(duì)于諸如用戶的語音和近端環(huán)境噪音這樣的近端信號(hào)并不敏感，并提供聲回波消除的線性回波參考信號(hào)。因此，差動(dòng)式麥克風(fēng)一方面用于回波參考麥克風(fēng)108。

存在可用于麥克風(fēng)108的差動(dòng)式麥克風(fēng)的各種配置?，F(xiàn)將描述一些此類示例。

現(xiàn)參照?qǐng)D4，描述了麥克風(fēng)400的一示例。麥克風(fēng)400是作為近場(chǎng)差動(dòng)式麥克風(fēng)的雙端口麥克風(fēng)。蓋403設(shè)置在基底或基座401上，并具有穿過其延伸的第一端口402和第二端口404。mems裝置406從端口接收聲能，并將聲能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在一示例中，墊片410包圍麥克風(fēng)400。墊片可以具有引導(dǎo)至端口402和404的通道412和414。此外，可以提供通過基底到端口404的通道416。墊片410包括與通道412和414連通的端口450和452。

可以理解的是，本文所述的mems裝置包括通電的振膜和背板。聲壓使振膜移動(dòng)，并且該移動(dòng)產(chǎn)生針對(duì)背板的差動(dòng)電壓或差動(dòng)電流。差動(dòng)電壓或差動(dòng)電流代表所接收到的聲能。

現(xiàn)參照?qǐng)D5，描述了麥克風(fēng)500的另一示例。蓋503設(shè)置在基底或基座501上并具有穿過其延伸的端口502?；?03中的通道507允許mems裝置506下方的體積與蓋503和mems裝置506之間的體積之間的連通。mems裝置506從端口502接收聲能，并將該聲能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在圖5的示例中，單一端口使mems裝置506內(nèi)的振膜的兩側(cè)曝光。此配置可重復(fù)使用，用于精確地捕獲回波參考信號(hào)。

現(xiàn)參照?qǐng)D6，描述了麥克風(fēng)600的另一示例。蓋603設(shè)置在基底或基座601上，并具有穿過其延伸的端口602。mems裝置606從端口602接收聲能并將該聲能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。在一示例中，墊片610包圍麥克風(fēng)600并具有雙端口620和622，該雙端口620和622通過通道624與蓋603上的端口602連通。在另一示例中，當(dāng)將端口602置于mems系統(tǒng)裝置606(無基底或基座)下方時(shí)，墊片610具有引導(dǎo)至端口602的通道652和654。在圖6所示的兩個(gè)示例中，將具有兩個(gè)聲端口的墊片連接到全向麥克風(fēng)的一個(gè)端口。針對(duì)這種墊片的、在麥克風(fēng)端口處的壓力是在墊片的兩個(gè)端口處的壓力差。

現(xiàn)參照?qǐng)D7，描述了麥克風(fēng)700的另一示例。麥克風(fēng)700包括：第一mems裝置705和第二mems裝置706，同時(shí)蓋703設(shè)置在基底或基座701上。第一端口702延伸通過蓋703，并且第二端口704延伸通過基座701。該配置操作單一端口mems并可用于正常語音捕獲，而另一mems充當(dāng)主要用于提供回波消除參考信號(hào)的雙端口噪音消除結(jié)構(gòu)。該配置還可以通過結(jié)合單端口mems和雙端口mems的信號(hào)，來允許用于傳輸信號(hào)的更好環(huán)境噪音消除。

在此描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，包括發(fā)明人已知的實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。應(yīng)當(dāng)理解，所例示的實(shí)施方式僅僅是示例性的，而不應(yīng)當(dāng)理解為限制本發(fā)明的范圍。