專利名稱：傳聲器設(shè)備、降噪方法和記錄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于在具有例如內(nèi)置照相機(jī)的記錄設(shè)備中使用的傳聲器(microphone)設(shè)備和降噪方法。
背景技術(shù)：
本專利申請的申請人在日本申請公開號為第2002-367234號的更早的專利申請中提出了一種傳聲器設(shè)備、依賴振動的(vibration-dependent)噪聲降低方法以及具有多個傳聲器單元的設(shè)備，其中按照相對關(guān)系(opposed relationship)放置所述傳聲器單元。因為采集音頻信號的傳聲器也用作為振動傳感器，所以這就是所謂的無傳感器降噪技術(shù)(sensorless noise reduction technique)。
然而，在這種降低技術(shù)中使用的傳聲器單元必須滿足下列要求。首先，必須使用具有不定向特性的不定向傳聲器單元。其次，必須將傳聲器單元以其聲音接收面彼此相對的方式放置得彼此靠近。最后，多個傳聲器單元的使用是根本。
另外，公開號為第H8-272377號的日本專利申請公開了一種降噪設(shè)備，其包括檢測具有與噪聲的強(qiáng)相關(guān)性的信號的傳感器；根據(jù)檢測的信號生成與噪聲相位相反、與噪聲聲壓相同的取消信號的自適應(yīng)FIR濾波器；組合所生成的取消信號和來自內(nèi)置傳聲器的噪聲信號的加法器；以及基于由加法器的組合所產(chǎn)生的剩余信號，順序計算和更新自適應(yīng)FIR濾波器系數(shù)以便最大化噪聲的減少量的系數(shù)更新裝置。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)果，在不滿足日本專利申請第2002-367234號中所述的傳聲器單元的要求的情況下，諸如當(dāng)使用類似單向傳聲器的定向傳聲器單元或者類似設(shè)備時，在采用單個傳聲器單元的非立體聲傳聲器設(shè)備中，在具有諸如采用被放置得彼此間隔相當(dāng)遠(yuǎn)距離的傳聲器的結(jié)構(gòu)的設(shè)備中等等，會出現(xiàn)一些問題。
相反，如

圖13(A)所示，本發(fā)明的優(yōu)選實施例采用一種傳聲器設(shè)備，其中使傳聲器92和傳感器93的振動檢測方向，或者除此之外的振動信號的輸出極性一致，噪聲提取裝置從傳感器93的輸出信號中提取噪聲源91的噪聲帶寬部分，自適應(yīng)濾波器95使用噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號97進(jìn)一步輸出對應(yīng)于傳聲器92的偽噪聲信號98，以及噪聲抑制裝置94從傳聲器92的輸出信號中除去自適應(yīng)濾波器95的輸出信號。
盡管公開號為第H8-272377號的日本專利申請公開了一種技術(shù)，其通過傳感器檢測與將被抑制的噪聲具有高相關(guān)性的信號，以及基于檢測的信號，通過自適應(yīng)濾波器生成用于降噪的取消信號，但是其降噪性能差。相反，本發(fā)明與之不同的是，為了通過進(jìn)一步增強(qiáng)傳感器信號與傳聲器的噪聲信號之間的相關(guān)性來改進(jìn)降噪性能，使傳聲器與傳感器的振動檢測方向，或者除此之外的輸出極性一致。
另外，如圖13(B)所示，依據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，從多個傳聲器92而不是傳感器93的差信號中獲得將被輸入到自適應(yīng)濾波器95的、與噪聲具有高相關(guān)性的參考信號97，以及僅將傳感器93用作用于噪聲抑制裝置94進(jìn)行降噪處理的開/關(guān)信號99。
由上述可知，由傳聲器92而不是傳感器93提取將被輸入到自適應(yīng)濾波器95的參考信號97的優(yōu)點(diǎn)包括因為將被抑制的噪聲信號96與參考信號97是從安置在相同位置上的傳聲器92中獲得，所以在兩種信號間沒有延遲時差，并且相關(guān)性相對較高。因此，自適應(yīng)性濾波器95能夠容易地生成偽噪聲信號98。相反，在傳聲器92和傳感器93分離的情況下，申請人已做實驗證明安裝位置的不同導(dǎo)致來自噪聲源91的不同傳輸特性，因此由于需要校正延遲時差而使得自適應(yīng)濾波器95在結(jié)構(gòu)上更加復(fù)雜，并且由于它們之間的相關(guān)性可能較差而使得難以改進(jìn)降噪性能。
本發(fā)明是考慮到上述情況而構(gòu)思的，并且本發(fā)明建議通過提供傳聲器采集音頻信號以及進(jìn)一步提供振動傳感器，即使在上述情況下實現(xiàn)依賴振動的噪聲降低。
此外，近年來，稱為碰撞傳感器(impact sensor)或震動傳感器(shock sensor)的振動傳感器被置于諸如HDD(硬盤驅(qū)動器)、DVD(數(shù)字通用盤)、CD-R(一次寫入)或類似設(shè)備的磁盤設(shè)備中，目的是增強(qiáng)這些設(shè)備的抗振動性能。在包括被認(rèn)為是將來的主流產(chǎn)品的HDD的內(nèi)置照相機(jī)式的視頻記錄/回放(再現(xiàn))設(shè)備中，HDD中的振動傳感器通常用于容易地檢測和降低這些設(shè)備產(chǎn)生的振動噪聲，而不用提供額外的傳感器。
依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備包括一個或多個傳聲器、一個或多個傳感器、提取來自傳感器的輸出信號中的噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置、接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號的用于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器、以及從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的運(yùn)算裝置，其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配。
依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例，因為沒有限制將至少兩個或多個不定向傳聲器單元放置得彼此靠近并處于相對關(guān)系，即使在例如使用單個傳聲器、具有單向特性的定向傳聲器或者類似的設(shè)備中，或者在具有無法進(jìn)行相對放置的結(jié)構(gòu)的設(shè)備中，依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的降噪電路也能夠從傳聲器的音頻信號中消除依賴振動的噪音。
同樣，依據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備包括多個傳聲器、一個或多個傳感器、輸出來自多個傳聲器的輸出信號之間的差值分量(differencecomponent)的第一運(yùn)算裝置、提取第一運(yùn)算裝置的輸出信號中的噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置、接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考信號的用于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器、以及從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的第二運(yùn)算裝置，其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配，并且如果傳感器的信號電平等于或低于指定電平，通過不執(zhí)行第二運(yùn)算裝置的減法來禁止降噪。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，振動傳感器與多個傳聲器單元一起使用使得可能精確拾取和僅使用目標(biāo)振動噪聲，從而不必按照相對關(guān)系放置傳聲器單元，就能夠從傳聲器的音頻信號中消除依賴振動的噪音。
此外，依據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的降噪方法使用一種傳聲器設(shè)備，所述傳聲器設(shè)備具有一個或多個傳聲器、一個或多個傳感器、從傳感器的輸出信號中提取噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置、接收傳感器的輸出信號作為參考輸入信號的用于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器、以及用于從每個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的運(yùn)算裝置，其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配，該方法包括步驟由噪聲提取裝置從傳感器的輸出信號中提取噪聲帶寬部分；通過由自適應(yīng)濾波器輸入噪聲提取裝置的輸出信號，進(jìn)一步輸出對應(yīng)于各個傳聲器的偽噪聲信號；以及由運(yùn)算裝置從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號。
依據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例，由于沒有像早期專利申請中那樣限制將至少兩個或多個傳聲器緊密放置并處于相對關(guān)系，即使在例如當(dāng)僅使用單個傳聲器、使用具有單向特性的定向傳聲器或者類似的傳聲器時，或者當(dāng)裝置具有無法按照相對關(guān)系進(jìn)行放置的結(jié)構(gòu)時，通過本發(fā)明的降噪處理也可能消除來自傳聲器的音頻信號中的依賴振動的噪聲。
同樣，依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的降噪方法用于一種傳聲器設(shè)備，該傳聲器設(shè)備具有多個傳聲器、一個或多個傳感器、用于輸出多個傳聲器的輸出信號之間的差值分量的第一運(yùn)算裝置、從第一運(yùn)算裝置的輸出信號中提取噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置、通過接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號的對應(yīng)于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器、以及從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的第二運(yùn)算裝置，其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配，并且該方法包括步驟由第一運(yùn)算裝置輸出多個傳聲器的輸出信號之間的差值分量，提取第一運(yùn)算裝置的輸出信號中的噪聲帶寬部分，在自適應(yīng)濾波器將噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號的情況下，輸出對應(yīng)于各個傳聲器的偽噪聲信號，由第二運(yùn)算裝置從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號，以及當(dāng)傳感器的信號電平等于或小于指定電平時禁止第二運(yùn)算裝置的減法。
依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，因為降噪處理可以通過僅精確拾取目標(biāo)振動噪聲來執(zhí)行，所以通過將振動傳感器連同多個傳聲器單元一起使用，可以從傳聲器的音頻信號中消除依賴振動的噪聲，而不必像早期專利申請中的情況那樣按照相對關(guān)系放置傳聲器單元。
同樣，依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的記錄設(shè)備使用傳聲器設(shè)備，其具有一個或多個傳聲器、從傳感器的輸出信號中提取噪聲帶寬部分的一個或多個噪聲提取裝置、接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號的用于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器、以及從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的運(yùn)算裝置，從而通過被驅(qū)動裝置驅(qū)動的記錄裝置將傳聲器的輸出信號記錄在記錄媒體上，其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配。
依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，因為沒有像早期專利申請中那樣限制將至少兩個或多個不定向傳聲器單元緊密放置并處于相對關(guān)系，所以即使在例如那些使用單個傳聲器、使用具有單向特性的定向傳聲器或者類似的傳聲器、或者具有無法進(jìn)行相對放置的結(jié)構(gòu)的傳聲器設(shè)備中，依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的、用于執(zhí)行降噪的傳聲器設(shè)備也能夠從傳聲器的音頻信號中僅消除依賴振動的噪聲。
同樣，依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的記錄設(shè)備用于記錄傳聲器設(shè)備的輸出信號，所述傳聲器設(shè)備具有多個傳聲器、一個或多個傳感器、輸出多個傳聲器的輸出信號之間的差值分量的第一運(yùn)算裝置、提取第一運(yùn)算裝置的輸出信號中的噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置、接收各個傳聲器的輸出信號作為參考輸入信號的用于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器、以及從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的第二運(yùn)算裝置，其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配，并且當(dāng)傳感器的信號電平等于或低于指定電平時，通過不執(zhí)行第二運(yùn)算裝置的減法來禁止降噪。
依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，通過將振動傳感器與多個傳聲器單元一起使用，即使在具有無法像早期專利申請中那樣按照相對關(guān)系放置傳聲器單元的結(jié)構(gòu)的記錄設(shè)備中，也可能精確拾取和僅使用目標(biāo)振動噪聲，從而從傳聲器的音頻信號中消除依賴振動的噪聲并僅記錄音頻信號。
例如，通過為了改善抗振動性能的目的而共同使用內(nèi)置于諸如HDD、DVD、CD、CD-R或類似設(shè)備的磁盤設(shè)備中的振動傳感器、碰撞傳感器或震動傳感器，依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的記錄設(shè)備能夠檢測和降低在這種設(shè)備中產(chǎn)生的振動噪聲，而不需提供新的或額外的傳感器。
因此，依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備提出了一種降噪技術(shù)，該降噪技術(shù)使用用于將振動轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器，從而通過將傳聲器與傳感器一起使用來降低依賴振動的噪聲。因為對傳聲器單元與傳感器的位置沒有限制，所以依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備可被用于大范圍的電器與電氣設(shè)備。此外，通過使傳聲器與傳感器的振動檢測方向或者除此之外的輸出極性一致，以及改進(jìn)自適應(yīng)濾波器的收斂特性(converging characteristic)，即使用少量的抽頭也可以實現(xiàn)降噪效果。
此外，由于當(dāng)傳感器的信號電平等于或小于指定電平時中斷第二運(yùn)算裝置的減法，可能僅精確拾取和僅降低目標(biāo)振動噪聲。
另一方面，因為對傳聲器單元與傳感器的位置沒有限制，所以依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的降噪方法通過將傳聲器與傳感器一起用于降低依賴振動的噪聲，能夠降低應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備的大范圍的電器與電氣設(shè)備的噪聲。再者，通過使傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，使傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配，可能改進(jìn)其之間的相關(guān)性以及改善自適應(yīng)濾波器的收斂特性，因此通過使用少量抽頭的濾波處理，實現(xiàn)降噪效果。
另外，通過當(dāng)來自傳感器的信號電平等于或小于指定電平時中斷第二運(yùn)算裝置的減法，可能使傳感器僅精確拾取目標(biāo)振動噪聲并降低這些噪聲。
依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的記錄設(shè)備還提出一種降噪技術(shù)，該降噪技術(shù)使用傳感器，其用于將振動轉(zhuǎn)換成電信號，并從而通過將傳聲器與傳感器一起使用來降低依賴振動的噪聲。因為對傳聲器單元與傳感器的位置沒有限制，所以可能使用傳聲器來降低比現(xiàn)有技術(shù)更廣范圍的記錄設(shè)備中的噪聲，因此能夠消除噪聲并僅記錄音頻信號。再者，通過使傳聲器與傳感器的振動檢測方向或者除此之外的輸出極性一致，可能改進(jìn)相關(guān)性，并且改進(jìn)自適應(yīng)濾波器的收斂特性，因此使用少量的抽頭實現(xiàn)降噪效果。
此外，通過當(dāng)傳感器的信號電平等于或小于指定電平時中斷第二運(yùn)算裝置的減法，可能使傳感器精確拾取并僅降低目標(biāo)振動噪聲，因此消除噪聲并且僅記錄音頻信號。
附圖簡述根據(jù)下列結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的優(yōu)選實施例的上述和其它目的和特點(diǎn)對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言將變得更為清楚，其中圖1顯示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的第一個實例的傳聲器設(shè)備的方框圖；圖2A和圖2B顯示傳聲器振膜與傳感器的輸出波形，其中圖2A顯示傳聲器振膜和傳聲器輸出的波形，而圖2B顯示傳感器與傳感器輸出的波形；
圖3顯示其中將傳感器安裝在HDD中的配置的實例；圖4顯示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的一個實例的傳感器的結(jié)構(gòu)；圖5顯示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的另一個實例的傳感器的結(jié)構(gòu)；圖6顯示傳感器的輸出靈敏度的水平；圖7A和圖7B顯示傳感器的輸出的極性和延遲時間，其中圖7A是音頻傳聲器產(chǎn)生的噪聲，而圖7B是傳感器輸出；圖8顯示LMS自適應(yīng)濾波器的方框圖；圖9顯示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的第二個實例的傳聲器設(shè)備的方框圖；圖10顯示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的第三個實例的傳聲器設(shè)備的方框圖；圖11顯示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的第四個實例的傳聲器設(shè)備的方框圖；圖12顯示按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的第五個實例的傳聲器設(shè)備的方框圖；和圖13A和圖13B顯示描述本發(fā)明和相關(guān)技術(shù)之間差別的圖，其中圖13A是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的示意圖，而圖13B是顯示本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的示意圖。
具體實施例方式
在諸如家用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等的攝像機(jī)中，很可能通過內(nèi)置的傳聲器設(shè)備拾取聲音。由于近年來電器和電氣設(shè)備的小型化加速，諸如VTR、磁盤設(shè)備等的記錄設(shè)備以及內(nèi)置于這些機(jī)器和設(shè)備中的傳聲器被放置在其間很接近的位置上，因此帶來了問題由這些記錄設(shè)備產(chǎn)生的振動噪聲和聲學(xué)噪聲很容易侵入傳聲器。類似地，小型化可能帶來問題當(dāng)用戶照像時操作各種照相機(jī)的功件，例如變焦或聚焦，以及操作開關(guān)時，無意識地觸碰內(nèi)置傳聲器或周圍的東西，從而通過機(jī)殼引入了不希望有的噪聲，并且在回放的時候產(chǎn)生令人不舒服的觸碰噪聲。
順便提及，在相對安靜的環(huán)境中照相的情況下，由于內(nèi)部的AGC(自動增益控制)電路增加了傳聲器靈敏度，所以即使輕微的觸碰噪聲可能變得很刺耳。此外，因為通常在攝像機(jī)中使用不定向傳聲器單元以便操作電路可以將其變化為具有定向特性，所以可能帶來問題通過為定向特性所特有的鄰近效應(yīng)(proximity effect)來增加噪聲頻帶，從而強(qiáng)調(diào)了噪聲頻帶而不是預(yù)期的音頻信號。
為了降低這種噪聲，通常通過使用例如橡膠擋板等的絕緣體，使內(nèi)置傳聲器的傳聲器單元浮離機(jī)殼，或者采用通過使用橡膠線等將傳聲器單元懸掛在空中的結(jié)構(gòu)，從而吸收從機(jī)殼傳導(dǎo)來的振動或阻止這種噪聲的傳導(dǎo)。不幸的是，因為這種絕緣體沒有展現(xiàn)出對強(qiáng)烈振動或特定頻率的振動的效果，相反地，存在導(dǎo)致特定頻率下的諧振的情況，所以這種傳統(tǒng)技術(shù)不足以完全抑制振動。因此，它使得機(jī)械設(shè)計非常困難，并成為降低成本和小型化的障礙。
此外，由上述觸碰噪音引起的噪聲不僅是通過機(jī)殼傳導(dǎo)的振動，而且是與振動同時在空中傳導(dǎo)的聲學(xué)噪音，因此使得到傳聲器單元的噪聲傳輸路徑非常復(fù)雜。因此，通過傳統(tǒng)的被動方法在降噪方面有其局限性，因此難以達(dá)到使用戶滿意的水平。
因此，本發(fā)明目的在于不需采用隔離傳聲器單元的結(jié)構(gòu)措施，而是通過電路裝置積極地拾取振動噪聲并消除產(chǎn)生的振動噪聲來解決上述問題。另外，將拾取的振動噪聲提供給自適應(yīng)濾波器作為用于消除同時產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲的參考輸入信號。
在上述的方法中，本發(fā)明對所有依賴振動產(chǎn)生的噪聲類型執(zhí)行降噪處理。
現(xiàn)在，在下文將參考圖1描述本發(fā)明的特點(diǎn)，圖1舉例說明依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備的實例的方框圖。
與公布號為第2002-367234號的早期日本專利申請(Noise ReductionApparatus And Method，降噪設(shè)備與方法)中的情況相似，本發(fā)明不需要多個輸入音頻信號的傳聲器，并且可以使用單個傳聲器。此外，可能不僅使用不定向傳聲器而且使用例如單向傳聲器、雙向傳聲器等的定向傳聲器。
另外，在圖1中，傳感器用于輸入振動，并且該傳感器可被安置在任何需要將機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成電信號的位置，其中電信號作為用于降噪處理的振動信號被輸入。
現(xiàn)在，在下文描述圖1中傳聲器設(shè)備的優(yōu)選實施例的實例。傳聲器1可以是任何期望的傳聲器單元，其具有連接到電路的地GND的負(fù)(-)極輸出端和連接到用于拾取輸出信號的放大器AMP3的正(+)極輸出端。另一方面，傳感器2具有連接到電路的地GND的負(fù)(-)極端，而其正(+)極端連接到放大器AMP4。噪聲提取裝置6進(jìn)一步提取輸出信號的噪聲帶寬部分。噪聲提取裝置6包括LPF(低通濾波器)和/或BPF(帶通濾波器)，并提取相對集中在音頻帶寬的較低區(qū)的振動噪聲的帶寬部分。并且，將振動分量輸入到自適應(yīng)濾波器7作為參考輸入X，以便通過指定算法來產(chǎn)生和輸出偽噪聲信號Y，自適應(yīng)濾波器7將在下文進(jìn)行描述。
然后，在AMP3的音頻信號與偽噪聲信號Y同相地輸入加法器8的正(+)極端之前，將AMP3的音頻信號提供給用于產(chǎn)生相當(dāng)于噪聲提取裝置6與自適應(yīng)濾波器7的處理時間的延遲的延遲單元5，以便從輸出端9輸出，該偽噪聲信號Y被輸入到負(fù)(-)極端。此外，將輸出信號反饋到自適應(yīng)濾波器7作為誤差信號E。通過操作自適應(yīng)濾波器7使得誤差信號總是最小，有可能從端9獲得降低了振動分量的音頻信號。
然后，在圖2A與圖2B中描述傳聲器振膜與傳感器之間的關(guān)系。首先，如上文中描述的，傳感器2是用于獲得與機(jī)械振動成比例的電信號的設(shè)備，并且該設(shè)備的一個實例是壓電陶瓷、具有覆蓋音頻接收面的傳聲器單元等等。傳感器2具有靈敏度最大的振動方向，并且傳感器已經(jīng)發(fā)展成具有依賴于安裝位置的多種靈敏度檢測方向15，所以可以根據(jù)特定的目的有選擇地使用它們。
本發(fā)明的特征在于在此使用的傳聲器1與傳感器2的振動檢測靈敏度方向13、15彼此匹配，以此提高兩個輸出信號之間的相關(guān)性，從而有效地降低在隨后階段的自適應(yīng)性處理中的振動分量。
在圖2A和圖2B中，因為傳聲器1在振動膜11的垂直方向(圖中的左-右方向)具有最強(qiáng)的振動檢測方向13，所以在該方向上產(chǎn)生的振動信號也是最大的。因此，如果配置和放置傳聲器1與傳感器2，以使得將要使用的傳感器2的振動檢測靈敏度方向15與此相匹配，或者除此之外，如果傳聲器1與傳感器2在與實線所示的振動檢測靈敏度方向13、15相同的方向上振動，則在它們的正(+)極端與負(fù)(-)極端12、14之間輸出的是處于實線1A、2A的極性的信號波形，而如果在如虛線所示的振動檢測靈敏度方向13、15上振動，則輸出的是處于如虛線1B、2B所示極性的信號波形，從而進(jìn)一步提高兩個輸出信號的相關(guān)性。
在本發(fā)明優(yōu)選實施例的實例中要注意的是，不必將傳聲器與傳感器彼此緊密放置。例如，在如圖3所示的實例中，傳感器20被安裝在HDD設(shè)備16內(nèi)部。在這種情況下，傳感器20能夠拾取由內(nèi)部主軸馬達(dá)(未顯示)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)盤17產(chǎn)生的振動，以及在移動音圈馬達(dá)19驅(qū)動的磁頭18時產(chǎn)生的振動。
在這種情況下，當(dāng)產(chǎn)生的機(jī)械振動與聲學(xué)振動噪聲輸入到傳聲器時，也可能利用圖1中的傳聲器設(shè)備的實施例1降低這種振動分量。近年來，例如HDD等的磁盤設(shè)備日益小型化和變得輕便，因此可能對這些設(shè)備施加意外的碰撞。如果施加這種碰撞，例如當(dāng)數(shù)據(jù)被記錄在磁盤的指定地址時，這種碰撞可能移動磁頭18并在已經(jīng)寫入其它數(shù)據(jù)的地址位置上進(jìn)行重寫，從而損壞數(shù)據(jù)。因此，為了在這種情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，在所述設(shè)備內(nèi)設(shè)置震動檢測傳感器，以便當(dāng)檢測到碰撞時中斷寫入操作。在本發(fā)明中，為了傳感器20，還可能共享這種震動傳感器的輸出。
現(xiàn)在，將在下文中描述傳感器的結(jié)構(gòu)和操作。
圖4顯示依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳感器的實例。而圖6是顯示傳感器的輸出靈敏度的圖。
首先，圖4是舉例說明在傳感器2內(nèi)部使用壓電陶瓷21的振動傳感器的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明優(yōu)選實施例的實例。假定壓電陶瓷21中互相垂直的X、Y和Z軸，假設(shè)對X軸方向的振動靈敏度最大，則振動方向22從X軸方向指向Y或Z軸方向，并且振動方向22和X軸的角度定表示為θ。
圖6是在上述條件下，傳感器2關(guān)于角度θ的相對輸出靈敏度特性。
依據(jù)圖6，假定當(dāng)振動方向22與X軸重合時相對靈敏度是最大值1，可以理解隨著角度θ增加，靈敏度逐漸降低，并且當(dāng)振動處于包括Y和Z軸二者的水平方向時，靈敏度降至零。
圖5顯示傳感器結(jié)構(gòu)的實例。具體地，圖5顯示使用傳聲器的振動傳感器結(jié)構(gòu)的實例。使用傳聲器1作為振動傳感器可以通過關(guān)閉傳聲器1的聲音接收表面來實現(xiàn)。再者，在這種情況下，假定關(guān)于傳聲器1內(nèi)的振膜2的互相垂直的X、Y和Z軸，對X軸方向的振動靈敏度最大，并且隨著從X軸方向指向Y軸或Z軸方向的實際振動方向23的角度θ增加，相對靈敏度逐漸減少，這與圖6所示的相對輸出靈敏度特性相似。
因此，如圖2A和圖2B所示，音頻傳聲器1與傳感器輸出中包含的噪聲之間的相關(guān)性可以通過匹配音頻傳聲器1的振動檢測方向13與如圖4和圖5所示的振動方向，以及通過在該方向安裝傳感器2來改進(jìn)，從而振動方向與該方向一致以最大化如圖6所示的靈敏度。
圖7顯示傳感器輸出的極性與延遲時間，其中圖7A是音頻傳聲器產(chǎn)生的噪聲，而圖7B是傳感器輸出。
在這種情況下，可以通過均衡圖7A所示的音頻傳聲器中產(chǎn)生的噪聲波形與圖7B中所示的傳感器輸出波形的極性和延遲時間，進(jìn)一步改進(jìn)波形相關(guān)性。應(yīng)當(dāng)注意的是，延遲時間是通過圖1中傳聲器設(shè)備的實施例1中的延遲單元5來均衡。
現(xiàn)在，下文參考圖8描述圖1所示的自適應(yīng)濾波器7?？梢允褂酶鞣N方法作為自適應(yīng)濾波器7的算法。通常，因為相對快的收斂速度與小的運(yùn)算電路規(guī)模，所以經(jīng)常使用LMS(最小均方)方法，并可能通過例如DSP(數(shù)字信號處理器)與數(shù)字LSI(大規(guī)模集成電路)的硬件以及安裝在微型計算機(jī)中的軟件來執(zhí)行處理。
首先，具有與將被抑制的目標(biāo)噪聲高相關(guān)性的信號作為圖8中的參考輸入X輸入。并且參考輸入X被施加到由虛線包圍的自適應(yīng)濾波器7，也被施加到LMS運(yùn)算處理單元35。自適應(yīng)濾波器7包括具有許多抽頭的FIR(有限脈沖響應(yīng))數(shù)字濾波器，抽頭通常大約為幾百個，并且按照LMS算法適應(yīng)性更新各個抽頭的濾波器系數(shù)W。在此顯示具有(m+1)個抽頭的FIR濾波器。31-1至31-m表示單位采樣時間的延遲Zexp(-1)，X1至Xm表示具有各自延遲的信號，32-0到32-m表示用于乘以系數(shù)的乘法器，而W0至Wm表示乘法器的系數(shù)。在作為自適應(yīng)濾波器輸出Y被輸出前，各個乘法器的所有輸出由加法器33相加。因此，自適應(yīng)濾波器輸出Y可以由下列數(shù)學(xué)表達(dá)式1給出的卷積運(yùn)算表示。
(數(shù)學(xué)表達(dá)式1)Y=Σj=0m(Wj·Xj)]]>此外，LMS運(yùn)算處理單元35根據(jù)參考輸入X和誤差信號E，按照下列數(shù)學(xué)表達(dá)式2執(zhí)行各個自適應(yīng)濾波器系數(shù)W0至Wm的操作，以更新自適應(yīng)濾波器系數(shù)。
(數(shù)學(xué)表達(dá)式2)Wk＝Wk-1+2μ·Ek-1·Xk-1在數(shù)學(xué)表達(dá)式2中，每個小寫字母k表示采樣時間段。假定用于第k個采樣的Wk是當(dāng)前自適應(yīng)濾波器系數(shù)，Wk-1表示用于第(k-1)個采樣的自適應(yīng)濾波器系數(shù)，即用于上一個采樣的自適應(yīng)濾波器系數(shù)。另一方面，μ被稱為步進(jìn)增益(step gain)或步長(step size)，其是確定LMS算法中收斂速度的參數(shù)。因為較大的μ值意味著較快的收斂速度但在換算后精度差，而較小的μ值意味著較慢的收斂速度但在換算后精度提高了。最佳值根據(jù)使用的自適應(yīng)系統(tǒng)的條件來設(shè)定。另一方面，將在下文描述輸入的誤差信號E。
現(xiàn)在，LMS運(yùn)算處理單元35按照數(shù)學(xué)表達(dá)式2更新上述的自適應(yīng)濾波器系數(shù)W，使得包含在誤差信號E中的與參考輸入X相關(guān)性高的信號總被最小化。
然后，將描述圖9，其顯示依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備的第二實例。
圖9不同于圖1之處在于，例如在立體聲雙聲道輸入的情況下使用多個傳聲器。在本發(fā)明情況下，不必將多個傳聲器單元相互放置在短于輸入音頻信號波長的距離上，或者象早期專利申請那樣按照相對關(guān)系放置，因此能夠?qū)髀暺鲉卧胖迷谌魏纹谕木嚯x上。同樣，因為可以自由地選擇定向傳聲器，所以不再需要在早期專利申請中的隨后階段所需的定向操作處理。
首先，傳聲器41、42是類似于圖1中傳聲器1的、分別用于音頻輸入的右聲道(Rch)與左聲道(Lch)傳聲器單元，而傳感器43類似于圖1中的傳感器2用于振動輸入。它們在與圖1類似的電路結(jié)構(gòu)中被處理。然而，因為自適應(yīng)濾波器50、51獨(dú)立地進(jìn)行操作，所以不同的依賴振動的噪音在Lch和Rch中被分別優(yōu)化與降低。雖然在此的描述是基于包括Lch和Rch立體聲雙聲道的情況，但是即使在多聲道的情況下也可能使用單個傳感器執(zhí)行自適應(yīng)操作。然而，因為與圖1的情況類似，所以在此忽略在這種情況下的詳細(xì)操作。
現(xiàn)在，將在下文描述如圖10所示的、依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備的第三實例。然而，不再描述類似于圖9所示的實施例中的功能模塊。傳聲器61、62分別是Rch和Lch傳聲器單元，它們的輸出信號經(jīng)由放大器AMP64、65分別連接到加法器69的-端和+端。將兩個信號的差值輸出輸入到噪聲提取裝置70。另一方面，傳感器63的輸出經(jīng)由放大器AMP 66輸入到比較器67，并與分別設(shè)置的、來自參考(REF)輸入68的電平進(jìn)行比較。并將比較器67的比較結(jié)果輸出到上述的噪聲提取裝置70。
從上述加法器69輸出的傳聲器61與傳聲器62的輸出信號的差值分量(差分分量(differential component))包含由于各個傳聲器的不同安裝位置而產(chǎn)生的音頻信號之間的差值信號的大部分以及振動信號。這是由于與音頻信號的聲源的空間距離的不同，以及由于與振動信號的振動源的傳遞函數(shù)的不同而產(chǎn)生的。附帶地，在具有內(nèi)置照相機(jī)的視頻記錄設(shè)備的情況下，最可能的是與安裝傳聲器相比，將聲源置于足夠遠(yuǎn)的距離上。另一方面，因為在具有內(nèi)置照相機(jī)的視頻記錄設(shè)備中的振動源在記錄設(shè)備的主體內(nèi)，所以這種振動從基本上等于安裝的傳聲器之間的距離傳播。因此，輸入到傳聲器61與傳聲器62的聲音信號相對于聲源是相對等距的，因此具有高度相關(guān)性。因為振動信號具有比音頻信號低的相關(guān)性，所以由上述加法器69對這些信號進(jìn)行的減法可能導(dǎo)致產(chǎn)生比音頻信號更多的振動信號。
此外，如果將上述比較器67配置成，例如，當(dāng)從傳感器63輸出的振動信號大于REF輸入68設(shè)置的電平時輸出一個ON信號，而在小于時輸出OFF信號，將ON/OFF二進(jìn)制信號輸入噪聲提取裝置70。當(dāng)信號是ON時，通過將噪聲提取裝置70配置成提取噪聲以及輸出振動信號分量，而當(dāng)信號是OFF時輸出零信號，可能僅提取輸入到自適應(yīng)濾波器73、74的振動信號。因為其操作類似于圖1，所以略去詳細(xì)的說明。以這種方式，可以僅對超過指定參考電平的噪聲執(zhí)行噪聲抑制。
要注意的是，在圖10所示的設(shè)備的優(yōu)選實施例的實例中，傳聲器61、62可像早期專利申請那樣按照相對關(guān)系放置。同樣也可以添加多個傳聲器以容易地進(jìn)行多聲道傳輸。
雖然圖1、圖9與圖10所提及的實施例中使用了一個傳感器，但是也可以使用多個傳感器輸出，以在輸入到噪聲提取裝置之前添加各個輸出。在這種情況下，可能在多個位置輸入或檢測振動。此外，在使用多個傳感器的情況下，不必將噪聲提取裝置的輸出共同輸入到每個自適應(yīng)濾波器，而可以從與各個傳感器相適應(yīng)的多個噪聲提取裝置輸入到任何期望的自適應(yīng)濾波器。
現(xiàn)在，將在下文描述如圖11所示的、依據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備的第四實例。應(yīng)當(dāng)注意的是，在此使用相同的參考數(shù)字指示與圖10所示的第三實施例中相同的結(jié)構(gòu)模塊，并僅對不同的功能模塊進(jìn)行描述。
首先，圖11與圖10所示的實施例不同之處在于比較器67的ON信號連接到開關(guān)SW79、80。通過有選擇地連接滑動觸點(diǎn)a到固定觸點(diǎn)b或c，開關(guān)SW79、80能夠選擇在對Lch和Rch的每一個執(zhí)行降噪處理之后或之前的輸出。當(dāng)ON信號被輸出時，滑動觸點(diǎn)連接到固定觸點(diǎn)c以從Rch端77與Lch端78輸出降噪后的輸出。另一方面，當(dāng)OFF信號被輸出時，滑動觸點(diǎn)連接到固定觸點(diǎn)b以從Rch端77與Lch端78輸出未降噪的輸出。以這種方式，可以有選擇地僅抑制超過進(jìn)一步指定的參考電平的噪聲。
應(yīng)當(dāng)注意的是，要輸入到圖10中的自適應(yīng)濾波器73、74的參考信號是用于打開或關(guān)閉自適應(yīng)濾波器73、74的輸出的ON/OFF。另一方面，圖11的不同之處在于噪聲提取裝置70總是輸出振動信號分量，而自適應(yīng)濾波器73、74總是保持運(yùn)行狀態(tài)。因此，傳感器輸出不參與自適應(yīng)濾波器73、74的操作。
此外，將在下文描述如圖12所示的、依據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備的第五實例。在圖12中，沒有使用新的振動檢測傳感器，并且作為振動源的馬達(dá)是例如，用于驅(qū)動安裝在HDD設(shè)備中的磁頭的音圈馬達(dá)84或者用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)磁盤的主軸馬達(dá)的磁盤馬達(dá)85。ON/OFF信號直接得自于控制這種馬達(dá)的各種驅(qū)動設(shè)備81，并且ON/OFF通過開關(guān)SW82、83控制自適應(yīng)濾波器73、74的輸出。當(dāng)信號是ON的時候，連接觸點(diǎn)，以向Rch端77與Lch端78提供降噪后的輸出。另一方面，當(dāng)信號是OFF的時候，斷開觸點(diǎn)，以向Rch端77與Lch端78提供未降噪的輸出。以這種方式，還可能通過僅選擇超過確定的參考電平的噪聲，來由磁頭在旋轉(zhuǎn)磁盤上執(zhí)行對降噪后的傳聲器信號的記錄操作，其中旋轉(zhuǎn)磁盤是記錄設(shè)備中的記錄介質(zhì)。
通常，這些馬達(dá)具有用于旋轉(zhuǎn)和相位伺服目的的各種內(nèi)置的傳感器，因此讀出諸如當(dāng)前轉(zhuǎn)速和相位的信息。根據(jù)優(yōu)化驅(qū)動的目的，將這種信息提供給各種驅(qū)動單元81。因此，因為ON/OFF信號是與作為噪聲源的馬達(dá)84、85的驅(qū)動信號同步地從各種驅(qū)動設(shè)備81獲得的，所以通過將這種信號施加至開關(guān)SW82、83的控制端，同樣可能開啟或關(guān)閉降噪功能。雖然在圖12中用于斷開或打開輸出的開關(guān)SW82、83被連接到自適應(yīng)濾波器73、74，但是同樣可能如圖11中的情況那樣切換降噪處理系統(tǒng)與非降噪處理系統(tǒng)。
本發(fā)明可以應(yīng)用于例如HDD設(shè)備、DVD、CD、CD-R等磁盤設(shè)備中的驅(qū)動馬達(dá)的降噪處理，其中磁盤設(shè)備安裝在例如具有內(nèi)置照相機(jī)的記錄設(shè)備中。
此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了理解，上文描述僅僅示出了本發(fā)明優(yōu)選實施例的實例。因此，本發(fā)明不應(yīng)限于這些實施例，所以對這些實施例及它們的對等物進(jìn)行的多種其他修改、變化、組合、子組合等，都可以在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下獲得。
權(quán)利要求
1.一種傳聲器設(shè)備，包括至少一個傳聲器；至少一個傳感器；噪聲提取裝置，用于從傳感器的輸出信號中提取噪聲帶寬部分；相應(yīng)于傳聲器的自適應(yīng)濾波器，用于接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號；和運(yùn)算裝置，用于從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號；其中，傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配。
2.一種傳聲器設(shè)備包括多個傳聲器；至少一個傳感器；第一運(yùn)算裝置，用于輸出多個傳聲器的輸出信號之間的差分分量；噪聲提取裝置，用于從第一運(yùn)算裝置的輸出信號中提取噪聲帶寬部分；相應(yīng)于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器，用于接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考信號；第二運(yùn)算裝置，用于從每個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號；其中，傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配；和如果傳感器的信號電平等于或低于指定電平，則通過不執(zhí)行第二運(yùn)算裝置的減法來禁止降噪。
3.一種傳聲器設(shè)備的降噪方法，該傳聲器設(shè)備具有至少一個傳聲器；至少一個傳感器；用于從來自傳感器的輸出信號中提取噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置；用于接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號的、相應(yīng)于傳聲器的自適應(yīng)濾波器；以及用于從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的運(yùn)算裝置；其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配；該方法包括步驟利用噪聲提取裝置從傳感器的輸出信號中提取噪聲帶寬部分；利用自適應(yīng)濾波器通過輸入噪聲提取裝置的輸出信號，輸出相應(yīng)于每個傳聲器的偽噪聲信號；和通過運(yùn)算裝置從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號。
4.一種用于傳聲器設(shè)備的降噪方法，所述傳聲器設(shè)備具有多個傳聲器；至少一個傳感器；用于輸出來自多個傳聲器的輸出信號之間的差分分量的第一運(yùn)算裝置；用于從第一運(yùn)算裝置的輸出信號中提取噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置；用于接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考信號的、相應(yīng)于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器；以及用于從每個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的第二運(yùn)算裝置；其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者，此外，傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配；該方法包括步驟利用第一運(yùn)算裝置輸出多個傳聲器的輸出信號之間的差分分量；提取第一運(yùn)算裝置的輸出信號中的噪聲帶寬部分；利用自適應(yīng)濾波器，在將噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號的情況下，輸出相應(yīng)于每個傳聲器的偽噪聲信號；利用第二運(yùn)算裝置從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號；和如果傳感器的信號電平等于或低于指定電平，則禁止第二運(yùn)算裝置的減法。
5.一種傳聲器設(shè)備，包括至少一個傳聲器；至少一個傳感器；噪聲提取裝置，用于從傳感器的輸出信號中提取噪聲帶寬部分；用于傳聲器的自適應(yīng)濾波器，用于接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號的；運(yùn)算裝置，用于從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號，從而利用由驅(qū)動裝置驅(qū)動的記錄設(shè)備將傳聲器的輸出信號記錄在記錄介質(zhì)上；其中，傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者此外傳聲器與傳感器的振動信號輸出極性匹配。
6.一種用于記錄傳聲器設(shè)備的輸出信號的記錄設(shè)備，該傳聲器設(shè)備具有多個傳聲器；至少一個傳感器；用于輸出多個傳聲器的輸出信號之間的差值分量的第一運(yùn)算裝置；用于從第一運(yùn)算裝置的輸出信號中提取噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置；用于接收各個傳聲器的輸出信號作為參考輸入信號的、用于每個傳聲器的自適應(yīng)濾波器；以及用于從各個傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的第二運(yùn)算裝置；其中傳聲器設(shè)備中的傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，或者傳聲器與傳感器的振動信號的輸出極性匹配；和如果傳感器的信號電平等于或低于指定電平，則通過不執(zhí)行第二運(yùn)算裝置的減法，來禁止降噪。
全文摘要
本發(fā)明利用拾取音頻信號的傳聲器以及振動傳感器來實現(xiàn)降低依賴振動的噪聲。依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的傳聲器設(shè)備具有一個或多個傳聲器，一個或多個傳感器，用于從傳感器的輸出信號中提取噪聲帶寬部分的噪聲提取裝置，用于接收噪聲提取裝置的輸出信號作為參考輸入信號的相應(yīng)于傳聲器的自適應(yīng)濾波器，以及用于從傳聲器的輸出信號中減去自適應(yīng)濾波器的輸出信號的加法器，其中傳聲器與傳感器的振動檢測方向匹配，從而振動信號的輸出極性也匹配。
文檔編號H04R3/00GK1602116SQ20041009018
公開日2005年3月30日 申請日期2004年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者小澤一彥 申請人:索尼株式會社