一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法与流程

本申请涉及无线通信，更具体地，涉及一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法。

背景技术：

1、随着无线智能视听设备广泛进入人们的生活，自适应主动噪声控制(anc)技术也得到广泛的应用。但是，当将自适应anc运用在真无线耳机(tws)中时，往往会在优化低频降噪效果时导致高频的声音被放大，也就是高频反翘。

2、目前通常通过限制高频滤波器的系数幅度来解决。

3、如图1所示，x(z)表示前馈麦克风(下文中也称为ff麦克风)采集到的环境噪声的信号，环境噪声经过初级路径p(z)而传递到耳内的反馈麦克风(下文中也称为fb麦克风)，这部分输入信号表示为d(z)。p(z)主要表征耳外环境声通过耳机以声音的形式传到耳内的传递函数，即用户佩戴耳机后，通过测量输入-ff麦克风采集的环境噪声信号，输出-fb麦克风采集的音频信号，确定这个输入输出之间的传递函数或者说传输函数，来求取p(z)。前馈主动降噪，就是通过调整前馈降噪滤波器(图3中的w表示该前馈降噪滤波器的滤波系数)，使得通过前馈降噪通道的反相噪声信号能与通过耳机以声音的形式传到耳内的噪声信号相抵消。如图3所示，fb麦克风采集到的信号e(z)还包括另一部分分量，也就是前馈麦克风采集到的信号经由前馈降噪滤波器(下文中也简称ff anc滤波器，也就是图3中的w)处理后由扬声器播放，播放的音频经过估计的s(z)处理而叠加到fb麦克风的输入中。本文中，s(z)指的是耳机扬声器和fb麦克风之间的传递函数，s′(z)是该传递函数的估计，即用户佩戴耳机后，输入是输入音频信号，输出是fb麦克风采集的音频信号，对这个输入输出之间的传递函数或者说耳机扬声器的传输函数s(z)的一个估计结果或测量结果，称之为s′(z)。

4、通常，fb麦克风采集到的信号作为误差信号e(z)传输到nlms控制模块，该nlms控制模块以e(z)的时域信号e(n)的平方作为损失函数，利用归一化最小均方算法，来更新ffanc滤波器的滤波器系数。每次更新滤波器系数后，会检查滤波器系数是否超过门限值，如果超过门限值就将滤波器系数的幅度设置为门限值的绝对值。但是这么做，会影响低频降噪效果，并且不同用户不同耳道状况会产生的高频反翘程度不一致，采用统一的门限值且超门限值就一刀切地限定在该门限值的绝对值，无法兼顾低频和高频的降噪效果，而且对于某些用户多变的耳道状况会产生劣化的降噪效果。

技术实现思路

1、提供了本申请以解决现有技术中存在的上述缺陷。需要一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法，既能够在确保低频的良好降噪效果的同时有效地抑制高频反翘。

2、根据本申请的第一方案，提供了一种主动降噪耳机，包括反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块，所述前馈降噪通道上具有前馈麦克风和前馈降噪滤波器。所述前馈降噪滤波器包括工作在第一采样频率的第一fir滤波器。所述前馈自适应控制模块包括工作在第二采样频率的第二fir滤波器，所述第二采样频率小于所述第一采样频率，且配置为：基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新所述第二fir滤波器的第二滤波器系数，所述遗忘项基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二fir滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到，所述自适应更新项基于低通及下采样处理后的输入信号和低通及下采样处理后的误差信号，进行相乘或共轭相乘得到，所述低通及下采样处理后的误差信号通过对耳道中反馈采集构件采集的音频信号或者预设反馈采集位置处估计的音频信号进行低通及下采样处理后得到；通过对第二fir滤波器的更新的第二滤波器系数进行上采样映射，以得到第一fir滤波器的更新的第一滤波器系数，并据此调节第一fir滤波器。

3、根据本申请的第二方案，提供了一种无线耳机的主动降噪方法。该主动降噪方法包括：在所述无线耳机中设置反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块，在所述前馈降噪通道上设置前馈麦克风和前馈降噪滤波器，在所述前馈降噪滤波器中设置第一fir滤波器，在所述前馈自适应控制模块中设置第二fir滤波器，其中所述第二fir滤波器的采样频率小于所述第一fir滤波器的采样频率；通过对耳道中反馈采集构件采集的音频信号或者预设反馈采集位置处估计的音频信号进行低通及下采样处理后得到低通及下采样处理后的误差信号；基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二fir滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到遗忘项；利用所述前馈自适应控制模块，基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新所述第二fir滤波器的第二滤波器系数，所述自适应更新项基于低通及下采样处理后的输入信号和低通及下采样处理后的误差信号，进行相乘或共轭相乘得到；以及对更新的第二滤波器系数进行上采样映射，得到第一fir滤波器的更新的第一滤波器系数，并据此来配置所述第一fir滤波器从而实现主动降噪。

4、本申请各个实施例提供的主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法，通过基于小于第一阈值的遗忘因子、以及所述前馈自适应控制模块的低通及下采样处理后的输入信号与经由扬声器与反馈麦克风之间的传递函数作用后的所述第二fir滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到的遗忘项和自适应更新项来迭代更新采样频率更低的第二fir滤波器的第二滤波器系数，进而利用更新的第二滤波器系数得到采样频率更高的第一fir滤波器的更新的第一滤波器系数。通过引入遗忘项，可以考虑到不同用户不同耳道状况会产生的不同的高频反翘程度，而在损失函数中引入了合适大小的反向信号能量项进行输出信号能量控制，从而能够在确保低频的良好降噪效果的同时，针对不同的高频抑制要求程度提供高频反翘的合理抑制。

技术特征：

1.一种主动降噪耳机，包括反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块，所述前馈降噪通道上具有前馈麦克风和前馈降噪滤波器，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述前馈自适应控制模块包括fir滤波器自适应模块，来自前馈降噪通道的输入信号且依序经由第一低通滤波与下采样滤波器、模拟扬声器与反馈麦克风之间的传递效果的传递滤波器以及第一低通滤波器馈送到所述fir滤波器自适应模块，误差信号依序经由第二低通滤波与下采样滤波器和第三低通滤波器馈送到所述fir滤波器自适应模块，所述fir滤波器自适应模块工作在小于第一采样频率的第二采样频率。

3.根据权利要求2所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述fir滤波器自适应模块进一步配置为：根据公式(1)来迭代更新所述第二fir滤波器的第二滤波器系数，

4.根据权利要求3所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述前馈自适应控制模块还包括反馈闭环滤波器，其连接在所述第一低通滤波器与fir滤波器自适应模块之间。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述前馈降噪滤波器除了所述第一fir滤波器以外，还包括至少一个iir滤波器。

6.根据权利要求5所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述至少一个iir滤波器包括第一iir滤波器和第二iir滤波器，所述第一iir滤波器与所述第一fir滤波器并联，并联后再与所述第二iir滤波器串联。

7.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述前馈自适应控制模块进一步配置为：基于加入反向信号能量项的损失函数，利用归一化lms算法来迭代更新所述第二fir滤波器的第二滤波器系数，其中，所述反向信号能量项为其中，ym为第二fir滤波器的输出信号经过扬声器输出音频信号馈送到反馈麦克风位置处的信号。

8.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述误差信号为对虚拟麦克风所处位置处估计的音频信号，或者对其进行低通滤波及下采样后获得的信号，所述虚拟麦克风所处位置表示所述主动降噪耳机中靠近耳道的一侧与耳膜之间的耳道位置。

9.根据权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，所述耳道中反馈采集构件包括反馈麦克风。

10.一种无线耳机的主动降噪方法，其特征在于，所述主动降噪方法包括：

技术总结本申请涉及一种主动降噪耳机和无线耳机的主动降噪方法。该耳机包括反馈麦克风、扬声器、前馈降噪通道和前馈自适应控制模块。前馈降噪通道上具有前馈麦克风和前馈降噪滤波器。前馈降噪滤波器包括工作在第一采样频率的第一FIR滤波器；前馈自适应控制模块包括工作在第二采样频率的第二FIR滤波器且配置为：基于遗忘项和自适应更新项来迭代更新第二滤波器系数，遗忘项基于遗忘因子、以及前馈自适应控制模块的处理后的输入信号与经传递函数作用后的第二FIR滤波器的输出信号的相乘或共轭相乘得到；利用更新的第二滤波器系数得到更新的第一滤波器系数并据此调节第一FIR滤波器，从而能够在确保低频降噪效果的同时有效抑制高频反翘。技术研发人员：朱志豪,童伟峰,于伟祥受保护的技术使用者：恒玄科技（上海）股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/12