個人音頻設(shè)備中耳朵耦合檢測以及噪聲消除中的自適應(yīng)響應(yīng)的調(diào)節(jié)的制作方法
【專利摘要】一種個人音頻設(shè)備例如無線電話，包括自適應(yīng)噪聲消除（ANC）電路，該電路自適應(yīng)地從參考麥克風(fēng)信號產(chǎn)生抗噪信號并且輸入抗噪信號到揚(yáng)聲器或者其它換能器輸出以導(dǎo)致消除周圍音頻聲音。還提供了臨近于揚(yáng)聲器的參考麥克風(fēng)以估計從噪聲消除電路到換能器的電聲路徑。處理電路確定用戶耳朵與換能器之間的耦合度并且調(diào)節(jié)周圍聲音的自適應(yīng)噪聲消除以防止如果耦合度在低于或高于正常操作的耳接觸壓力時，抗噪信號生成的錯誤和可能的擾亂。
【專利說明】個人音頻設(shè)備中耳朵耦合檢測以及噪聲消除中的自適應(yīng)響應(yīng)的調(diào)節(jié)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及包含自適應(yīng)噪聲消除(ANC)的個人音頻設(shè)備例如無線電話，并且更具體地，涉及個人音頻設(shè)備中ANC的管理，該ANC管理響應(yīng)于個人音頻設(shè)備的輸出換能器到用戶耳朵的耦合質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002]無線電話例如移動/便攜電話、無繩電話，以及其他消費(fèi)語音設(shè)備例如mp3播放器，被廣泛使用。這些設(shè)備的清晰度相關(guān)的性能可以通過提供噪聲消除而改進(jìn)，噪聲消除使用麥克風(fēng)測量周圍聲音事件并且然后使用信號處理將抗噪信號插入到設(shè)備的輸出以消除周圍的聲音事件。
[0003]由于個人音頻設(shè)備例如無線電話的周圍的聲音環(huán)境，取決于存在的噪聲源以及設(shè)備本身的位置，可以劇烈變化，所以需要調(diào)適噪聲消除以考慮這些環(huán)境變化。然而，自適應(yīng)噪聲消除系統(tǒng)的性能隨著用于產(chǎn)生包括噪聲消除信息的輸出音頻的換能器耦合于用戶耳朵的緊密程度而變化。
[0004]因此，需要提供ー種包括無線電話的個人音頻設(shè)備，該個人音頻設(shè)備在變化的聲音環(huán)境中提供噪聲消除并且能夠補(bǔ)償輸出換能器以及用戶耳朵之間的耦合質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]上述目標(biāo)提供了能夠在變化的聲音環(huán)境中消除噪聲并且補(bǔ)償輸出換能器以及用戶耳朵之間的耦合質(zhì)量的個人音頻設(shè)備，該目標(biāo)通過在一種個人音頻設(shè)備，操作方法以及集成電路實現(xiàn)。
[0006]該個人音頻設(shè)備，包括殼體，該殼體具有安裝在殼體上的換能器，該換能器用于重現(xiàn)音頻信號，該音頻信號包括重放給聽者的音頻源以及用于補(bǔ)償換能器聲音輸出中的周圍音頻聲音影響的抗噪信號。參考麥克風(fēng)被安裝在殼體上，用于提供指示周圍音頻聲音的參考麥克風(fēng)信號。該個人音頻設(shè)備進(jìn)ー步包括殼體內(nèi)的自適應(yīng)噪聲消除(ANC)處理電路，該處理電路用于從參考麥克風(fēng)信號中自適應(yīng)地產(chǎn)生抗噪信號，從而該抗噪信號導(dǎo)致周圍音頻聲音的大量消除。還包括誤差麥克風(fēng)，以修正從處理電路的輸出到換能器的電聲路徑并且確定用戶耳朵和換能器之間的耦合度；并且使用次級路徑估計自適應(yīng)濾波器用于修正誤差麥克風(fēng)信號由于換能器到誤差麥克風(fēng)的聲音路徑導(dǎo)致的改變。該ANC處理電路監(jiān)控次級自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)以及可選地誤差麥克風(fēng)信號以確定用戶耳朵和個人音頻設(shè)備之間的壓力。ANC電路然后采取措施以防止由于電話遠(yuǎn)離用戶耳朵(松散的耦合)或者過于緊壓用戶耳朵而不需要地/錯誤地產(chǎn)生抗噪信號。
[0007]如附圖中所描述的，從下述的對于本發(fā)明的優(yōu)選實施例的具體描述，本發(fā)明前述以及其他的目標(biāo)、特征以及優(yōu)點(diǎn)將是十分清楚的?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]圖1是依據(jù)本發(fā)明的實施例的無線電話10的示意圖。
[0009]圖2是依據(jù)本發(fā)明的實施例的無線電話10內(nèi)的電路的框圖。
[0011]圖3是依據(jù)本發(fā)明的實施例的框圖，描述了圖2的編解碼器集成電路20的ANC電路30內(nèi)的信號處理電路以及功能模塊。
[0012]圖4是用戶耳朵(換能器密封質(zhì)量)以及無線電話10之間的壓力與次級路徑響應(yīng)估計SE(Z)的全部能量之間關(guān)系的圖示。
[0013]圖5是用于用戶耳朵以及無線電話10之間不同程度壓カ的次級路徑響應(yīng)估計SE(Z)的頻率響應(yīng)的圖示。
[0014]圖6是描述依據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的流程圖。
[0015]圖7是依據(jù)本發(fā)明的實施例的框圖，描述了集成電路內(nèi)信號處理電路以及功能模塊。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明包括能夠用于例如無線電話這樣的個人音頻設(shè)備中的噪聲消除技術(shù)以及電路。個人音頻設(shè)備包括自適應(yīng)噪聲消除(ANC)電路，該ANC電路用于測量周圍聲音環(huán)境并且產(chǎn)生ー個信號，該信號被輸入到揚(yáng)聲器(或者其它換能器)輸出以消除周圍聲音事件。提供了一個參考麥克風(fēng)以測量周圍聲音環(huán)境并且引入一個誤差麥克風(fēng)以測量周圍音頻以及換能器的輸出，從而給出了噪聲消除的有效性的指示。然而，取決于用戶的耳朵以及個人音頻設(shè)備之間的接觸壓カ，該ANC電路可能運(yùn)行不正常并且抗噪可能是無效的甚至可能惡化傳送給用戶的聲音信息的能聽度。本發(fā)明提供了確定設(shè)備和用戶耳朵之間的接觸壓カ水平并對ANC電路采取行動以避免不需要的響應(yīng)的技術(shù)。
[0017]現(xiàn)在參照圖1，根據(jù)本發(fā)明示出的一個實施例，無線電話10靠近人耳5。所示出的無線電話10是依據(jù)本發(fā)明實施例可以使用其技術(shù)的設(shè)備的ー個示例，但是需要知道的是，不是無線電話10中所有的元件或者構(gòu)造，或者后續(xù)說明中的電路，都是用于實施權(quán)利要求書所述的發(fā)明所必需的。無線電話10包括換能器例如揚(yáng)聲器SPKR，該換能器用于重現(xiàn)無線電話10所接收的遠(yuǎn)處語音以及其它本地的聲音事件例如鈴聲、存儲音頻項目材料、近端語音輸入(例如無線電話10用戶的語音)以提供平衡的會話感，以及其它需要聲音無線電話10重現(xiàn)的聲音，例如來自無線電話10接收的網(wǎng)頁或者其它網(wǎng)絡(luò)交互源的聲音，以及語音提示例如低電量以及其它系統(tǒng)事件通知。近端麥克風(fēng)NS被提供以捕捉近端語音，該語音被從無線電話10傳輸?shù)狡渌麜拝⑴c者。
[0018]無線電話10包括自適應(yīng)噪聲消除(ANC)電路以及用于輸入抗噪信號到揚(yáng)聲器SPKR的特征，以提高揚(yáng)聲器SPKR重現(xiàn)的遠(yuǎn)處語音以及其它語音的清晰度。參考麥克風(fēng)R被提供用于測量周圍聲音環(huán)境，并且被放置在遠(yuǎn)離用戶嘴巴的典型位置，從而近端語音在參考麥克風(fēng)R產(chǎn)生的信號中被最小化。當(dāng)無線電話10靠近于耳朵5時，第3個麥克風(fēng)，即誤差麥克風(fēng)E，通過提供將周圍聲音環(huán)境與臨近耳朵5的麥克風(fēng)SPKR合成的檢測，被提供用于進(jìn)ー步改進(jìn)ANC操作。在無線電話10內(nèi)的示范電路14包括音頻編解碼器集成電路20，該音頻編解碼器接收來自參考麥克風(fēng)R近語音麥克風(fēng)NS以及誤差麥克風(fēng)E的信號，并且與其它集成電路(例如包含無線電話收發(fā)器的RF集成電路12)交互。在本發(fā)明的其它實施例中，這里公開的電路和技術(shù)可以并入到單ー的包含控制電路以及其它的功能的集成電路以用于實施個人語音設(shè)備的整體功能，例如單芯片播放器(player-on-a-chip)集成電路的MP3。
[0019]通常,本發(fā)明的ANC技術(shù)檢測影響參考麥克風(fēng)R的周圍聲音事件(相對于揚(yáng)聲器SPKR的輸出和/或近端語音)，并且也通過影響誤差麥克風(fēng)E的同樣的周圍聲音事件，所示無線電話10的ANC處理電路通過調(diào)適由參考麥克風(fēng)R輸出產(chǎn)生的抗噪信號以形成一個特性，該特性最小化了呈現(xiàn)在誤差麥克風(fēng)E的周圍聲音事件信號的幅度。由于聲音路徑P(Z)從參考麥克風(fēng)R延伸到誤差麥克風(fēng)，ANC電路實質(zhì)上評估了與電聲路徑S (z)的消除效應(yīng)合并的聲音路徑P (z)。電聲路徑S (z)表示編解碼器集成電路20的音頻輸出電路的響應(yīng)以及在特定的音頻環(huán)境中包括揚(yáng)聲器SPKR與誤差麥克風(fēng)E之間的耦合的揚(yáng)聲器SPKR的聲/電轉(zhuǎn)換功能。S (z)在無線電話機(jī)沒有牢固地壓牢耳朵5時，被耳朵5的周圍和結(jié)構(gòu)以及可能靠近無線電話10的其他物理對象以及人的頭部結(jié)構(gòu)影響。雖然所示的無線電話機(jī)10包括具有第三近語音麥克風(fēng)NS的雙麥克風(fēng)ANC系統(tǒng)，據(jù)本發(fā)明的其它實施例，本發(fā)明的某些方面可以在不包括獨(dú)立的誤差和參考麥克風(fēng)的系統(tǒng)中實施，或者本發(fā)明其它實施例中無線電話機(jī)使用近語音麥克風(fēng)NS執(zhí)行參考麥克風(fēng)R的功能。同樣，在只用于音頻重放的個人音頻設(shè)備中，通常不包括近語音麥克風(fēng)NS，并且在電路中的近語音信號路徑在下面的詳述中可以忽略，而沒有改變本發(fā)明的范圍，而不是僅限于提供用于麥克風(fēng)輸入檢測方案的選擇。
[0020]現(xiàn)在參看圖2，在無線電話10內(nèi)的電路如框圖所示。編解碼器集成電路20包括模數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)21A用于接收參考麥克風(fēng)信號和生成參考麥克風(fēng)信號的數(shù)字表不ref,模數(shù)字轉(zhuǎn)換器21B用于接收誤差麥克風(fēng)信號并且生成誤差麥克風(fēng)信號的數(shù)字表示err，以及模數(shù)字轉(zhuǎn)換器21C用于接收近語音麥克風(fēng)信號并且生成誤差麥克風(fēng)信號的數(shù)字表示ns。編解碼器集成電路20生成用于從放大器Al驅(qū)動揚(yáng)聲器SPKR的輸出，該放大器Al放大數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 23的輸出，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 23接收合成器26的輸出。合成器26合成來自內(nèi)部音頻源24的音頻信號、ANC電路30產(chǎn)生的抗噪信號(其通常具有與參考麥克風(fēng)信號ref中的噪聲同樣的極性，并且因此被合成器26扣除)、近端語音信號ns的部分(以便無線電話10的用戶聽到適當(dāng)比例于下行語音ds的自己的聲音，該下行語音ds被從射頻(RF)集成電路22接收并且同樣被合成器26合成)。近語音信號ns也被提供給射頻(RF)集成電路22，并作為上行語音通過天線ANT被發(fā)送到服務(wù)提供商。
[0021]現(xiàn)在參看圖3，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示出ANC電路30的詳情。自適應(yīng)濾波器(其輸出被合成器36B合成)由具有響應(yīng)Wfixed(Z)的固定濾波器32A和具有響應(yīng)Wadapt(Z)自適應(yīng)部32B組成，該自適應(yīng)濾波器接收參考麥克風(fēng)信號ref并且在理想的情況下，調(diào)整其傳遞函數(shù)W(Z) =Wfixed (z)+Wadapt (z)以生成抗噪聲信號，該抗噪信號被提供給輸出合成器，該輸出合成器將抗噪信號與換能器重現(xiàn)的音頻合成，例如圖2中示例的合成器26。W(Z)的響應(yīng)適應(yīng)于估計P(Z)/S(Z)，是理想的操作條件下的抗噪信號的理想響應(yīng)。由于用戶的耳朵和無線電話10之間的密封不足導(dǎo)致抗噪聲信號被預(yù)期是無效或錯誤時，可控放大器電路Al在特定非理想條件下將抗噪信號靜音或衰減在下面進(jìn)ー步地描述。自適應(yīng)濾波器32B的系數(shù)由W系數(shù)控制模塊31控制，該W系數(shù)控制模塊使用兩個信號的關(guān)聯(lián)來確定自適應(yīng)濾波器32B的響應(yīng)，其通常在最小均方根意義上最小化出現(xiàn)在誤差麥克風(fēng)信號err中的參考麥克風(fēng)信號ref的分量之間的誤差能量。W系數(shù)控制模塊31所比較的信號是由濾波器34B提供的響應(yīng)路徑S(z)的估計SEoty(Z)的副本整形的參考麥克風(fēng)信號ref?，以及通過從誤差麥克風(fēng)信號err扣除下行音頻信號ds的修改部分而形成的誤差信號e (n)。通過使用響應(yīng)路徑S (z)的估計副本ー估計SEoty (z)，轉(zhuǎn)化參考麥克風(fēng)信號ref，并且通過調(diào)適自適應(yīng)濾波器32B以將所得的信號和所述誤差麥克風(fēng)信號err之間的關(guān)聯(lián)最小化，自適應(yīng)濾波器32B適應(yīng)于P (z) /S (z) -Wfixed (z)的期望響應(yīng)，并且因此響應(yīng)W (z)適應(yīng)于P (z) /S (z)，從而在噪聲消除誤差中其是理想白噪聲。正如上文所述，被W系數(shù)控制模塊31用于與濾波器34B的輸出相比較的信號，疊加到誤差麥克風(fēng)信號已經(jīng)被濾波響應(yīng)SE(Z)處理過的下行音頻信號ds的反向量，其中響應(yīng)SEoty(Z)是ー個副本。通過輸入下行音頻信號ds的反向量，防止自適應(yīng)濾波器32B適應(yīng)于誤差麥克風(fēng)信號err中存在的相對大量的下行音頻，并且通過用響應(yīng)路徑S (z)的估計轉(zhuǎn)換下行音頻信號ds的反向副本，在比較前被從誤差麥克風(fēng)信號err中消除的下行音頻應(yīng)當(dāng)匹配重現(xiàn)在誤差麥克風(fēng)信號err上的下行音頻信號ds的期望版本，因為S (z)電學(xué)和聲學(xué)路徑是從下行音頻信號ds開始到達(dá)誤差麥克風(fēng)E的路徑。濾波器34B本身不是自適應(yīng)濾波器，但其具有可調(diào)節(jié)的響應(yīng)，該響應(yīng)被調(diào)諧到匹配自適應(yīng)濾波器34A的響應(yīng)，從而使濾波器34B的響應(yīng)跟蹤自適應(yīng)濾波器34A的調(diào)適。
[0022]為了實現(xiàn)上述，自適應(yīng)濾波器34A具有由SE系數(shù)控制模塊33控制的系數(shù)，該自適應(yīng)濾波器34A在消除上述被濾波的下行音頻信號ds后，比較下行音頻信號ds和的誤差麥克風(fēng)信號err，該被濾波的下行音頻信號ds已經(jīng)被自適應(yīng)濾波器34A濾波以表示預(yù)期的被傳送到誤差麥克風(fēng)E的下行音頻，并且被合成器36A從自適應(yīng)濾波器34A的輸出中消除。SE系數(shù)控制模塊33將實際下行語音信號ds與存在于誤差麥克風(fēng)信號err內(nèi)的下行音頻信號ds的分量關(guān)聯(lián)。自適應(yīng)濾波器34A從而被調(diào)適以產(chǎn)生來自下行音頻信號ds的信號(并且可選地，抗噪信號在如上面所述的靜音的情況下被合成器36B合成)，當(dāng)該信號從誤差麥克風(fēng)信號err扣除時，該信號包含不是來自下行音頻信號ds的誤差麥克風(fēng)信號err的內(nèi)容。如將要在下面進(jìn)ー步詳細(xì)描述的，規(guī)范化到響應(yīng)SE(Z)的全部能量的誤差信號的全部能量，與用戶的耳朵和無線電話機(jī)10之間的密封質(zhì)量相關(guān)。耳壓指示器計算模塊37確定E I e (n)(其是由合成器36產(chǎn)生的誤差信號·的能量)以及SE(Z):1: SEn(z) I的響應(yīng)的全部強(qiáng)度之間的比例。耳壓指示E|e(n) 1/2 SEn(z) |只是用于產(chǎn)生耳壓測量的ー種e (n)和SEn(Z)的可能的方程。例如，2 SEn(z) I或者SSEn(Z)2是這些只有SE(Z)的方程也可以可選地被使用，因為響應(yīng)SE(Z)隨著耳壓變化。比較器Kl將計算模塊37的輸出與低壓閾值Vtli比較。如果E|e(n) 1/2 SEn(z) |的值高于閾值，表示耳壓在是在正常操作范圍之下的(例如，無線電話10是離開用戶的耳朵)，然后耳朵壓カ響應(yīng)邏輯發(fā)出信號以采取行動以防止在用戶耳朵5產(chǎn)生不需要的抗噪。類似地，比較器K2，將計算模塊的輸出與高壓閾值Vths比較，并且如果E|e(n) 1/2 SEn(z) |的值低于閾值，表示耳壓是在正常操作范圍之上的(例如，無線電話10是太牢固地壓在用戶的耳朵)，然后耳壓響應(yīng)邏輯發(fā)出信號以采取行動以防止在用戶耳朵5產(chǎn)生不需要的抗噪。
[0023]現(xiàn)在參照圖4，顯示了響應(yīng)SE (Z)的全部強(qiáng)度2 SEn(z)對比于在無線電話機(jī)10與用戶耳朵之間的牛頓壓カ的關(guān)系。如所示出的，隨著無線電話10和用戶耳朵5之間壓カ的増加，響應(yīng)SE(Z)的強(qiáng)度增加，其表示改進(jìn)的電聲路徑S(Z)，該電聲路徑S(Z)是如上所述揚(yáng)聲器SPKR和誤差麥克風(fēng)E之間耦合度的測量，并且因此是用戶耳朵5和揚(yáng)聲器SPKR之間的耦合度。當(dāng)響應(yīng)SE(Z)的強(qiáng)度提高時，表示用戶耳朵5和揚(yáng)聲器SPKR之間的更高的耦合度，并且反之，當(dāng)響應(yīng)SE(z)的強(qiáng)度降低時，表示用戶耳朵和揚(yáng)聲器SPKR之間的較低的耦合度。由于自適應(yīng)濾波器32B適應(yīng)于所期望的響應(yīng)P (z)/S (z)，當(dāng)耳朵壓カ增加并且響應(yīng)SE(Z)能量増大，只需要較少的抗噪并且因此產(chǎn)生較少的抗噪。相反，隨著耳朵和無線電話10之間的壓力降低，抗噪信號將增大能量并且可能不適合使用，因為用戶耳朵不再很好地匹配到換能器SPKR和誤差麥克風(fēng)E。
[0024]現(xiàn)在參看圖5，用于不同級別的耳朵壓カ的響應(yīng)SE(Z)隨頻率變化，如圖所示。如在圖4中示出，隨著無線電話10和用戶耳朵5之間壓カ的増加，響應(yīng)SE(Z)的增加強(qiáng)度在曲線圖的中間頻率范圍，其對應(yīng)于語音中大部分能量所在位置的頻率。圖4-5中描繪的圖由個人無線電話的設(shè)計確定，該設(shè)計使用允許調(diào)整頭部與無線電話10之間的接觸壓カ的計算機(jī)模型或者模擬用戶的頭部模型，還可以具有位于模擬耳道中的測量麥克風(fēng)。一般情況，只有當(dāng)用戶耳朵5、換能器SPKR和誤差麥克風(fēng)E.之間耦合在合理的程度吋，ANC才能正常運(yùn)行。由于換能器SPKR將只能產(chǎn)生一定量的輸出級別，例如在封閉的腔體中80分貝聲壓級，一旦無線電話10不再接觸用戶耳朵5，噪聲信號通常是無效的并且在許多情況下應(yīng)該是靜音的。在這種情況下，下限閾值可以是，例如SE(Z)響應(yīng)表示為4N或更小的耳朵壓力。在壓カ變化范圍的相反端上，用戶的耳朵5和無線電話機(jī)10之間的緊壓接觸提供了更高頻的能量(例如，從2kHZ到5kHz)的衰減，由于響應(yīng)W(Z)不再能夠適應(yīng)于更高頻的衰減條件，其可以導(dǎo)致噪聲提高，并且當(dāng)耳朵的壓力增加時，抗噪信號不適應(yīng)于消除較高頻率的能量。為此，響應(yīng)Wadapt (z)應(yīng)該被復(fù)位到預(yù)先確定的值并且響應(yīng)Wadapt (z)的自適應(yīng)被凍結(jié)，即，系數(shù)響應(yīng)Wadapt (z)維持恒定在預(yù)先確定的值。在這種情況下，上限閾值可以是，例如響應(yīng)SE (z)表示耳壓為15N或更大。另外，抗噪信號的全部水平可以被衰減，或自適應(yīng)濾波器32B的響應(yīng)Wadapt (z)的泄漏增加。通過使得響應(yīng)Wadapt(Z)的系數(shù)返回平坦的頻率響應(yīng)，提供了自適應(yīng)濾波器32B的響應(yīng)Wadapt(Z)的泄漏(或者可替換地，ー個固定的頻率響應(yīng)，例如，實現(xiàn)只有單ー自適應(yīng)濾波級，而Wfixed(Z)不提供預(yù)定響應(yīng))。
[0025]當(dāng)圖3的電路中的比較器Kl指示用戶耳朵和無線電話之間的耦合度減小到低于ー個下限閾值，指示低于正常工作范圍的耦合度，以下操作將被耳壓響應(yīng)邏輯38采用:
1)停止W系數(shù)控制31的自適應(yīng)；
2)通過禁用放大器Al將抗噪信號靜音
當(dāng)圖3的電路中的比較器K2指示用戶耳朵和無線電話之間的耦合度已被増大到高于ー個上限閾值，指示高于正常工作范圍的耦合度，以下操作將被耳壓響應(yīng)邏輯38采用:
I)增加W系數(shù)控制31的泄漏或復(fù)位響應(yīng)Wadapt(Z)并且凍結(jié)響應(yīng)Wadapt(Z)的自適應(yīng)。作為替代，計算模塊37所產(chǎn)生的值可以是不同耳壓水平的多值的或連續(xù)的指示，并且上述操作可以被替換，通過使用衰減因子到抗噪信號使得與耳壓水平一致，從而當(dāng)耳壓超過正常操作范圍時，抗噪信號水平同樣被通過降低放大器Al的増益而減弱。在本發(fā)明的ー個實施例中，固定濾波器32A的響應(yīng)Wfixed(Z)被訓(xùn)練用于最大耳壓，即設(shè)置為用于最大水平耳壓(完全地密封)的合適響應(yīng)。然后，自適應(yīng)濾波器32B的自適應(yīng)響應(yīng)，響應(yīng)Wadapt(Z),被允許隨著耳壓改變而變化，達(dá)到與耳朵接觸的是最小的點(diǎn)(無密封)，該點(diǎn)上響應(yīng)W(Z)的調(diào)適被停止并且抗噪信號被靜音，或在耳朵上的壓カ超過最大壓力，在該點(diǎn)響應(yīng)Wadapt(Z)被復(fù)位并且響應(yīng)Wadapt (z)的自適應(yīng)被凍結(jié)吋，或泄漏被增加。
[0026]現(xiàn)在參看圖6，依據(jù)本發(fā)明的實施例的方法使用流程圖描繪。耳壓的指示由誤差麥克風(fēng)信號和響應(yīng)SE(z)系數(shù)計算，如上述(步驟70)。如果耳壓小于低閾值(判斷72)，則無線電話是處于離耳條件下并且ANC系統(tǒng)停止調(diào)適響應(yīng)W(Z)并且將抗噪信號靜音(步驟74)?；蛘?，如果耳壓是高于高閾值(判斷76)，則無線電話10是緊壓到用戶耳朵并且響應(yīng)W(Z)的泄露增加或者響應(yīng)W(Z)的自適應(yīng)部被復(fù)位并且凍結(jié)(步驟78)。否則，如果耳壓指示在正常的工作范圍(判斷72和判斷76都是“不”)，響應(yīng)W(Z)適應(yīng)于周圍聲音環(huán)境并且抗噪信號被輸出(步驟80)。直到ANC方案被終止或關(guān)閉無線電話10 (判斷82)，步驟70-82的過程是反復(fù)的。
[0027]現(xiàn)在參看圖7，顯示了 ANC系統(tǒng)的框圖用于說明按照本發(fā)明實施例的ANC技木，如能夠在編解碼器集成電路20內(nèi)實現(xiàn)。參考麥克風(fēng)信號ref被A-2ADC41A生成，該八-1^0(:4認(rèn)操作在64倍過采樣并且其輸出由抽取器((16(^111&如^424的2因子抽取以產(chǎn)生32倍過采樣信號。A-2整形器43A將圖像能量擴(kuò)展傳播波段以外，在其中ー對平行的濾波級44A和44B的合成響應(yīng)將具有顯著的響應(yīng)。濾波級44B具有固定的響應(yīng)Wfixed (z)，該響應(yīng)Wfixed(z)通常被預(yù)先確定以在P(Z)/S(Z)的估計上提供起始點(diǎn)，用于特定用戶的無線電話10的特定設(shè)計。P (z) /S (z)的估計響應(yīng)的自適應(yīng)部Wadapt(z)被自適應(yīng)濾波級44A提供，該自適應(yīng)濾波級44A被泄露(leaky)最小均方算法(LMS)系數(shù)控制器54A所控制。該泄露(leaky)最小均方算法(LMS)系數(shù)控制器54A是泄露的，由于當(dāng)沒有誤差輸入被提供以使泄露最小均方算法(LMS)系數(shù)控制器54A調(diào)適時，響應(yīng)規(guī)范化到平整或者其它預(yù)定的響應(yīng)。提供泄露控制器防止可能出現(xiàn)在一定的環(huán)境條件下的長期不穩(wěn)定，并且通常使系統(tǒng)應(yīng)對ANC響應(yīng)的特定敏感度更加健壯。如圖3的系統(tǒng)中，耳壓檢測電路60檢測到當(dāng)耳壓指示值不是在正常工作范圍時，采取行動防止抗噪信號被輸出，并且防止自適應(yīng)濾波器44A調(diào)適到不正確的響應(yīng)(離耳)狀態(tài)或者增加自適應(yīng)濾波器44A泄露或?qū)⒆赃m應(yīng)濾波器44A復(fù)位到預(yù)先確定的響應(yīng)(壓緊到耳上)并且凍結(jié)調(diào)適。
[0028]在圖7中所描繪的系統(tǒng)中，所述參考麥克風(fēng)信號被路徑S(Z)的響應(yīng)的估計的副本SEC0PY(z)濾波，被具有響應(yīng)SEoty(Z)的濾波器51濾波，其輸出被抽取器(decimator) 52A的32因子抽取以生成基帶音頻信號，該信號被通過無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器53A提供給泄露LMS54A。濾波器51本身不是自適應(yīng)濾波器，但其具有可調(diào)節(jié)的響應(yīng)，該響應(yīng)被調(diào)諧到匹配濾波級55A和55B的合成響應(yīng)，從而`使濾波器51的響應(yīng)跟蹤響應(yīng)SE (z)的調(diào)適。誤差麥克風(fēng)信號err由A-2ADC41C產(chǎn)生，A-2 ADC41C操作于64倍過采樣并且其輸出由抽取器42B的2因子抽取產(chǎn)生32倍過采樣信號。如圖3中系統(tǒng)，已被自適應(yīng)濾波器使用響應(yīng)S (z)濾波的下行音頻ds中的大部分被46C從誤差麥克風(fēng)信號err中消除，其輸出由抽取器(decimat0r)53C通過因子32抽取以生成基帶音頻信號，該信號被通過無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器53B提供到泄露LMS54A。響應(yīng)S (z)被另一平行濾波級組55A和55B產(chǎn)生，其中ー個濾波級55B具有固定響應(yīng)SEfixed(Z)，并且另外ー個濾波級55A具有由泄露LMS系數(shù)控制器54B控制的自適應(yīng)響應(yīng)SEadapt(Z)15濾波器級55A和55B的輸出由合成器46E合成。類似上述響應(yīng)濾波器W(Z)的實施，響應(yīng)SEfixed(Z)通常是已知的預(yù)定響應(yīng)以提供在各種工作條件下用于電/聲路徑S(Z)的適當(dāng)起點(diǎn)。濾波器51是自適應(yīng)濾波器55A/55B的副本，但其本身并不是自適應(yīng)濾波器，即，濾波器51不單獨(dú)適應(yīng)于響應(yīng)其本身的輸出，并且濾波器51可以使用單級或雙級實現(xiàn)。在圖7的系統(tǒng)中提供了単獨(dú)的控制值以控制濾波器51的響應(yīng)，其中作為單級自適應(yīng)濾波器級顯示。然而，濾波器51通過可選地使用兩個平行極被實現(xiàn)，并且用于控制自適應(yīng)濾波級55A的相同控制值也可以用于控制濾波器51方案中的可調(diào)濾波部。泄露LMS控制模塊54B的輸入同樣是在基帶上，通過抽取合成器46H產(chǎn)生的下行音頻信號ds和內(nèi)部音頻ia的合成而提供，該抽取由抽取器52B通過因子32抽取，并且另外ー個輸入由合成器46C的輸出抽取，該輸出已經(jīng)消除由合成器46E合成的自適應(yīng)濾波級55A和濾波級55B的輸出而產(chǎn)生的信號。合成器46C的輸出表不具有由于消除了下行音頻信號ds的分量的誤差麥克風(fēng)信號err,該輸出在被抽取器52C抽取后被提供到LMS控制模塊54B。LMS控制模塊54B的另ー個輸入是由抽取器52B產(chǎn)生的基帶信號。
[0029]基帶和過采樣信號的上述設(shè)置，提供用于簡化控制并且減少自適應(yīng)控制模塊的消耗功率，如泄露LMS控制器54A和54B，同時提供在過采樣率上實施自適應(yīng)濾波器級44A-44B,55A-55B以及過濾器51產(chǎn)生的分接頭靈活性。圖7的系統(tǒng)的其余部分包括合成器46H,其將下行音頻ds與內(nèi)部音頻ia合成,其輸出被提供給合成器46D的輸入,該合成器46D增加由2-AADC41B產(chǎn)生并且由側(cè)音衰減器(attenuator) 56濾波的近端麥克風(fēng)信號ns以防止反饋條件。46D合成器的輸出由2-A整形器43B整形，該2-A整形器43B提供輸入到濾波級55A和55B，該輸出已經(jīng)被整形以轉(zhuǎn)換圖像到頻段之外，在其中濾波器級55A和55B將有顯著的響應(yīng)。
[0030]依據(jù)本發(fā)明的實施例，合成器46D的輸出同樣與已被控制鏈處理過的自適應(yīng)濾波器級44A-44B的輸出合成，該控制鏈包括用于姆個濾波級的響應(yīng)硬靜音模塊(hard muteblock) 45A、45B，合成響應(yīng)硬靜音模塊45A、45B輸出的合成器46A，軟靜音(soft mute) 47以及還有軟限制器(soft limiter)48以產(chǎn)生被合成器46B消除的抗噪信號，該合成器46B具有的合成器46D的輸出源音頻。合成器46B的輸出由插值器49的因子2插值，并且然后被操作在64倍過采樣率的2 - A DAC50重現(xiàn)。DAC50的輸出被提供給放大器Al，其產(chǎn)生傳送到揚(yáng)聲器SPKR的信號。
[0031]圖7系統(tǒng)中的每個或者部分単元，以及在圖2和圖3的示例性的電路中，可以直接使用邏輯電路，或由處理器例如數(shù)字信號處理(DSP)核心執(zhí)行的程序指令實現(xiàn)，該程序指令執(zhí)行例如自適應(yīng)濾波和LMS系數(shù)計算操作。雖然DAC和ADC極通常專用混合信號電路實現(xiàn)，本發(fā)明的ANC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)其本身將可以使用混合方式提供，例如，在該設(shè)計的高度過采樣部分使用邏輯電路，同時程序代碼或微碼驅(qū)動(microcode-driven)的處理單元被選擇用于更復(fù)雜但較低速率的操作:如計算自適應(yīng)濾波器的分接頭和/或響應(yīng)所述耳壓的檢測變化。
[0032]雖然參考其優(yōu)選實施例的描述具體示出了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)明白本領(lǐng)域的技術(shù)人員在其中可以作出上述的和其它的形式和細(xì)節(jié)的變化而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種個人音頻設(shè)備，包括: 個人音頻設(shè)備殼體； 安裝在殼體上的換能器，用于重現(xiàn)音頻信號，該音頻信號包括重放給聽者的音頻源以及用于補(bǔ)償換能器聲音輸出中的周圍音頻聲音影響的抗噪信號； 安裝在殼體上的參考麥克風(fēng)，用于提供指示周圍音頻聲音的參考麥克風(fēng)信號； 安裝在殼體上靠近換能器的位置的誤差麥克風(fēng)，用于提供指示換能器聲音輸出的誤差麥克風(fēng)信號； 執(zhí)行自適應(yīng)濾波器的處理電路，該自適應(yīng)濾波器具有整形抗噪信號以減小聽者聽到的周圍音頻聲音的響應(yīng)；其中，該處理電路確定換能器以及聽者耳朵之間的耦合度，并按照換能器與聽者耳朵之間的耦合度改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的個人音頻設(shè)備，其中，所述處理電路響應(yīng)于確定耦合度大于上限閾值，通過強(qiáng)制將自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)改變到預(yù)定的響應(yīng)而改變所述適應(yīng)濾波器的響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的個人音頻設(shè)備，其中當(dāng)耦合度大于上限閾值時，所述預(yù)定的響應(yīng)是被訓(xùn)練以消除聽者所聽到的周圍音頻聲音的響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的個人音頻設(shè)備，其中，所述自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的自適應(yīng)控制具有泄漏特性，該泄露特性恢復(fù)自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到可調(diào)變化率的預(yù)定響應(yīng)，并且，其中所述處理電路響應(yīng)于確定耦合度是大于上限閾值，増大可調(diào)變化率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的個人音頻設(shè)備，其中所述處理電路響應(yīng)于確定耦合度低于下限閾值，將抗噪信號靜音。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的個人音頻設(shè)備，其中，所述處理電路響應(yīng)于確定耦合度低于下限閾值，停止自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的調(diào)適。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的個人音頻設(shè)備，其中，所述處理電路響應(yīng)于確定聽者耳朵以及換能器以確定耦合度大于上限閾值，通過強(qiáng)制改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到預(yù)定的響應(yīng)而改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)。
8.根據(jù)所述權(quán)利要求7的個人音頻設(shè)備，其中，自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的自適應(yīng)控制具有泄漏特性，該泄露特性恢復(fù)自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到可調(diào)變化率的預(yù)定響應(yīng)，并且，其中處理電路響應(yīng)于確定耦合度是大于上限閾值，増大可調(diào)變化率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的個人音頻設(shè)備，其中所述處理電路實現(xiàn)次級路徑自適應(yīng)濾波器以及合成器，該次級路徑自適應(yīng)濾波器具有整形源音頻的次級路徑估計響應(yīng)，該合成器從誤差麥克風(fēng)信號中消除源音頻以提供表示合成傳輸?shù)铰犝叩目乖胍约爸車纛l聲音的誤差信號，其中所述處理電路采用自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)以最小化誤差信號，并且其中該處理確定次級路徑估計響應(yīng)中的變化導(dǎo)致的耦合度的變化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的個人音頻設(shè)備，其中所述處理電路由被次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的反向值加權(quán)的誤差信號幅度，確定換能器和聽者耳朵之間的耦合度，其中被次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的反向值加權(quán)的誤差信號幅度的減小表示換能器和聽者耳朵之間更大的耦合度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的個人音頻裝置，其中所述處理電路通過將次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的表示與閾值比較，確定換能器和聽者耳朵之間的耦合度，其中次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的増加表示換能器和聽者耳朵之間更大的耦合度。
12.—種消除個人音頻設(shè)備換能器附近的周圍音頻聲音的方法，該方法包括: 使用參考麥克風(fēng)測量周圍音頻聲音的第一測量； 使用誤差麥克風(fēng)測量換能器輸出的第二測量； 自適應(yīng)地從第一測量的結(jié)果中產(chǎn)生抗噪信號，用于通過調(diào)適自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)補(bǔ)償換能器聲音輸出中的周圍音頻聲音效應(yīng)，該自適應(yīng)濾波器濾波參考麥克風(fēng)的輸出； 將抗噪信號與源音頻信號合成以產(chǎn)生提供給換能器的音頻信號； 確定聽者的耳朵與換能器之間的耦合度； 按照換能器與聽者耳朵之間的耦合度改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)； 將抗噪信號與源音頻信號合成；并且 提供了合成結(jié)果給換能器產(chǎn)生以產(chǎn)生聲音輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述改變響應(yīng)于確定耦合度大于上限閾值，通過強(qiáng)制改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到預(yù)定的響應(yīng)而改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，響應(yīng)于確定耦合度大于上限閾值，所述預(yù)定的響應(yīng)是被訓(xùn)練以消除聽者聽到的周圍音頻聲音的響應(yīng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的自適應(yīng)控制具有泄漏特性，該泄露 特性恢復(fù)自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到可調(diào)變化率的預(yù)定響應(yīng)，并且，其中所述改變響應(yīng)于確定耦合度是低于下限閾值，増大可調(diào)變化率。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)ー步包括，響應(yīng)于確定耦合度低于下限閾值，將所述抗噪信號靜音。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述改變響應(yīng)于確定耦合度低于下限閾值，停止自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的調(diào)適。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述改變響應(yīng)于確定聽者耳朵以及換能器以確定耦合度大于上限閾值，通過強(qiáng)制改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到預(yù)定的響應(yīng)而改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)。
19.根據(jù)所述權(quán)利要求18的方法，其中，自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的自適應(yīng)控制具有泄漏特性，該泄露特性恢復(fù)自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到可調(diào)變化率的預(yù)定響應(yīng)，并且，其中處理電路響應(yīng)于確定耦合度是低于下限閾值，増大可調(diào)變化率。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)ー步包括:使用具有次級路徑估計響應(yīng)的次級路徑自適應(yīng)濾波器整形源音頻；以及從誤差麥克風(fēng)信號中消除源音頻以提供表示合成傳輸?shù)铰犝叩目乖胍约爸車纛l聲音的誤差信號，其中自適應(yīng)地產(chǎn)生適用自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)以最小化誤差信號，并且其中所述確定確定次級路徑估計響應(yīng)中的變化導(dǎo)致的耦合度的變化。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述確定由被次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的反向值加權(quán)的誤差信號幅度，確定換能器和聽者耳朵之間的耦合度，其中被次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的反向值加權(quán)的誤差信號幅度的減小表示換能器和聽者耳朵之間更大的耦合度。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述確定依據(jù)次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的表示，確定換能器和聽者耳朵之間的耦合度，其中次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的増加表示換能器和聽者耳朵之間更大的耦合度。
23.ー種集成電路，用于實施個人音頻設(shè)備的至少一部分，其包括: 輸出，用于提供信號到換能器，所述信號包括重放給聽者的音頻源以及用于補(bǔ)償換能器聲音輸出中的周圍音頻聲音影響的抗噪信號； 參考麥克風(fēng)輸入，用于接收指不周圍音頻聲音的參考麥克風(fēng)信號 誤差麥克風(fēng)輸入，用于接收指示換能器輸出的誤差麥克風(fēng)信號； 以及執(zhí)行自適應(yīng)濾波器的處理電路，該自適應(yīng)濾波器具有整形抗噪信號以減小聽者聽到的周圍音頻聲音的響應(yīng)；其中，處理電路確定換能器以及聽者耳朵之間的耦合度，并按照換能器與聽者耳朵之間的耦合度改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路，其中所述處理電路響應(yīng)于確定耦合度大于上限閾值，通過強(qiáng)制改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到預(yù)定的響應(yīng)而改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的集成電路，其中響應(yīng)于確定耦合度大于上限閾值，所述預(yù)定的響應(yīng)是被訓(xùn)練以消除聽者所到的周圍音頻聲音的響應(yīng)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的集成電路，其中所述自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的自適應(yīng)控制具有泄漏特性，該泄露特性恢復(fù)自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到可調(diào)變化率的預(yù)定響應(yīng)，并且，其中處理電路響應(yīng)于確定耦合度是大于上限閾值，増大可調(diào)變化率。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的集成電路，其中所述處理電路響應(yīng)于確定耦合度低于下限閾值時，將所述抗噪信號靜音。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的集成電路，其中所述處理電路響應(yīng)于確定耦合度低于下限閾值，停止自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的調(diào)適。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的集成電路，其中，所述處理電路響應(yīng)于確定耦合度大于上限閾值，通過強(qiáng)制改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到預(yù)定的響應(yīng)而改變自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)。
30.根據(jù)所述權(quán)利要求29的集成電路，其中，自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)的自適應(yīng)控制具有泄漏特性，該泄露特性恢復(fù)自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)到可調(diào)變化率的預(yù)定響應(yīng)，并且，其中處理電路響應(yīng)于確定耦合度是大于上限閾值，増大可調(diào)變化率。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的集成電路，其中所述處理電路實現(xiàn)次級路徑自適應(yīng)濾波器以及合成器，該次級路徑自適應(yīng)濾波器具有將源音頻整形的次級路徑估計響應(yīng)，該合成器從誤差麥克風(fēng)信號中消除源音頻以提供表示合成傳輸?shù)铰犝叩目乖胍约爸車纛l聲音的誤差信號，其中所述處理電路采用自適應(yīng)濾波器的響應(yīng)以最小化誤差信號，并且其中該處理確定次級路徑估計響應(yīng)中的變化導(dǎo)致的耦合度的變化。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的集成電路，其中處理電路由被次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的反向值加權(quán)的誤差信號幅度，確定換能器和聽者耳朵之間的耦合度，其中被次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值的反向值加權(quán)的誤差信號幅度的減小表示換能器和聽者耳朵之間更大的耦合度。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的集成電路，其中處理電路通過將次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值幅度的表示與閾值比較，確定換能器和聽者耳朵之間的耦合度，其中次級路徑自適應(yīng)濾波器的次級路徑響應(yīng)的峰值的增加表示換能器和聽者耳朵之間更大的耦合度。
【文檔編號】G10K11/178GK103597540SQ201280027237
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月3日
【發(fā)明者】阿里·阿卜杜拉扎德米拉尼, G·D·卡馬斯 申請人:美國思睿邏輯有限公司