音频处理系统的制作方法

本公开涉及一种音频处理系统。

背景技术：

包括主动噪声消除(anc)的音频处理系统通常使用多个麦克风来检测之后可以通过音频放大系统处理的环境噪声。可以使用检测到的噪声来调整通过扬声器播放的音频信号从而减少收听者感知的环境噪声。例如，在汽车中，音频系统可以包括若干个分布在汽车内部周围用于实施噪声消除功能的麦克风。

技术实现要素：

在所附权利要求中限定了本公开的各个方面。在第一方面，提供了一种音频处理系统，所述音频处理系统包括：放大器，所述放大器被配置成接收第一音频信号并且将所述第一音频信号输出到包括音圈的声换能器；传感器，所述传感器被配置成检测对应于所述声换能器的音圈电流的信号；控制器，所述控制器被配置成将所述第一音频信号与检测到的信号进行比较并且根据所述比较确定第二音频信号，其中所述第二音频信号表示通过所述声换能器检测到的外部声源；并且其中所述音频处理系统被配置成使用同一声换能器同时输出所述第一音频信号并且接收所述第二音频信号。

在一个或多个实施例中，所述控制器可以被另外配置成根据所述第一音频信号、检测到的音圈电压和所述声换能器的模型参数确定估计音圈电流信号。

在一个或多个实施例中，所述控制器可以被另外配置成根据检测到的音圈电流与所述估计音圈电流的比较来重构第二音频信号。

在一个或多个实施例中，所述控制器可以被另外配置成：检测跨所述声换能器的端的音圈电压，根据检测到的音圈电压、所述声换能器模型参数和所述第一音频信号确定估计音圈电流；确定所述估计音圈电流与检测到的音圈电流之间的所产生的差异电流；并且根据所述差异电流重构所述第二音频信号。可以根据所述差异电流和所述声换能器模型参数重构所述第二音频信号。

在一个或多个实施例中，所述音频处理系统可以包括：音频输入，所述音频输入被配置成接收所述第一音频信号；音频输出，所述音频输出被配置成耦接到所述声换能器；其中所述放大器包括耦接到所述音频输入的输入和耦接到所述音频输出的输出；所述控制器包括耦接到所述音频输入的第一输入、第二输入和麦克风信号输出；并且所述传感器包括耦接到所述音频输出的输入和耦接到所述第二控制器输入的输出。

在一个或多个实施例中，所述音频输出可以包括一对差分音频输出，所述传感器包括第一模数转换器和第二模数转换器，所述第一模数转换器具有被配置成耦接到声换能器的所述端的一对输入，所述第二数模转换器被配置成跨串联布置在所述音频输出与所述声换能器的所述端之一之间的电阻耦接。

在一个或多个实施例中，所述控制器可以包括：电流估计器，所述电流估计器耦接到所述音频输入、所述传感器输出和声换能器参数存储器；以及声输入信号重构器，所述声输入重构器具有耦接到电流估计器输出的第一输入、耦接到所述传感器输出的第二输入、耦接到所述声换能器参数存储器的第三输出和耦接到所述麦克风信号输出的输出；其中所述电流估计器被配置成根据所述第一音频信号、检测到的音圈电压和所述声换能器的模型参数确定估计音圈电流信号，并且所述声输入信号重构器被配置成根据所述检测到的音圈电流与所述估计音圈电流的比较重构所述第二音频信号并且在所述麦克风信号输出上输出所述声信号。

所述音频处理系统的实施例可以包括在主动噪声消除系统中，其中所述音频噪声消除系统被配置成使用同一声换能器同时输出所述第一音频信号并接收所述第二音频信号，其中所述第二音频信号包括环境噪声。

所述主动噪声消除系统可以包括音频噪声消除处理器，所述音频噪声消除处理器具有耦接到音频输入的第一输入和被配置成接收所述第二音频输入信号的第二输入以及被配置成输出所述第一音频信号的输出。

在第二方面，提供了一种音频处理方法，所述音频处理方法包括：接收第一音频信号并且将所述第一音频信号输出到包括音圈的声换能器；检测对应于所述声换能器的音圈电流的信号；将所述第一音频信号与检测到的信号进行比较；以及根据所述比较确定第二音频信号，其中所述第二音频信号表示通过所述声换能器检测到的外部声源；其中使用同一声换能器同时发射所述第一音频信号并且接收所述第二音频信号。

在一个或多个实施例中，所述方以另外包括根据所述第一音频信号、检测到的音圈电压和所述声换能器的模型参数确定估计音圈电流信号。

在一个或多个实施例中，所述方法可以另外包括根据所述检测到的音圈电流与所述估计音圈电流的比较重构所述第二音频信号。

在一个或多个实施例中，确定所述第二音频信号可以另外包括：检测跨所述声换能器的端的音圈电压；根据检测到的音圈电压、所述声换能器模型参数和所述第一音频信号确定估计音圈电流；根据所述估计音圈电流与所述检测到的音圈电流之间的差异确定差异电流；以及根据所述差异电流重构所述第二音频信号。

在一个或多个实施例中，所述方法可以包括在使用单个声换能器同时发射第一音频信号并且检测第二音频信号的主动噪声消除方法中。

在第三方面，描述了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括多条指令，所述指令当由处理单元执行时使所述处理单元执行以下步骤：接收第一音频信号并且将所述第一音频信号输出到包括音圈的声换能器；根据所述声换能器的音圈电流检测信号；将所述第一音频信号与检测到的信号进行比较；以及根据所述比较确定第二音频信号，其中所述第二音频信号表示通过所述声换能器检测到的外部声源；其中使用同一声换能器同时发射所述第一音频信号并且接收所述第二音频信号。

附图说明

在附图和说明书中，相似的附图标记指代相似特征。现在将仅通过举例详细描述通过附图示出的实施例，在附图中：

图1示出了根据一个实施例的音频处理系统。

图2示出了曲线图，所述曲线图示出了在扬声器的音圈中检测到的信号的频谱。

图3示出了根据一个实施例的音频处理系统。

图4示出了根据一个实施例的主动噪声消除系统。

图5示出了根据一个实施例的音频处理方法。

图6示出了根据一个实施例的主动噪声消除方法。

具体实施方式

图1示出了音频处理系统100，所述音频处理系统100包括音频放大器102、传感器104和控制器106。音频放大器可以是修改音频信号的增益的任何元件。在一些例子中，音频放大器可以是d类放大器。在一些例子中，音频放大器可以是在数字信号处理器上运行的数字电路或软件，所述数字信号处理器修改音频信号的数字表示的值。音频输入108可以连接到音频放大器102的输入。音频输入108可以连接到控制器106的第一输入。控制器106的第二输入可以连接到传感器104的输出110。控制器106的输出可以连接到麦克风信号输出114。音频放大器102可以具有一对差分输出112、112′。传感器104可以具有输入116。

在操作中，放大器差分输出112、112′可以连接到扬声器120的相应的第一端118和第二端118′。在其它例子中，音频放大器102可以具有连接到扬声器端中的一个端的单个输出，其中另一个端连接到接地。传感器输入116可以耦接到第一扬声器端118。在其它例子中，传感器输入可以耦接到第二扬声器端118′。

音频放大器102可以在音频输入108上接收音频信号。在一些例子中，可以对音频信号进行预处理。接收到的音频信号可以通过音频放大器102放大，并且在差分音频放大器输出112、112′上输出。音频输出信号可以转换成扬声器120的锥体的机械移动，从而产生输出声音122。扬声器120可以是电动式扬声器。在其它例子中，扬声器可以用具有音圈的任何其它声换能器替代。例如，还可以使用如线性谐振致动器等触觉致动器。传感器104可以检测流过扬声器120的音圈的音圈电流。应理解，可以通过例如感测音频放大器的输出级处的电流来检测音圈电流。可替换的是，可以通过传感器104测量跨低值电阻的电压降来检测音圈电流，所述低值电阻可能是几毫欧姆。在其它例子中，电流传感器可以是耦接到音圈的电感。传感器104可以根据检测到的音圈电流在传感器输出110上输出信号。本公开的发明人已经了解到，此信号可能包括由于声环境声压124而产生的外部信号分量。可以由于在扬声器120上播放的音频输出而在信号的顶部调制此外部信号分量。

控制器106可以将从传感器104接收到的信号与通过音频输入108接收到的已知音频信号进行比较。控制器106可以基于所述比较将由于接收到的声音而产生的音频信号与音频放大器102输出的音频信号分离。接收到的音频信号可以在麦克风信号输出114上输出。控制器106可以根据扬声器120的模型确定预期的电流信号。可以使用扬声器模型参数(例如，thielesmall信号参数)对扬声器120的行为进行建模，所述参数可以是预定的或者可以是测得的。典型的音频系统使用这些扬声器模型参数来提高输出音质。

控制器106可以基于音频输入信号、传感器104确定的流过扬声器音圈的电流和可以根据传感器104进行的电流和/或电压测量进行调整的扬声器模型参数来确定通过扬声器的估计电流。控制器106可以将由于外部声源而产生的声输入电流信号和计算或估计的电流与传感器104确定的实际电流之间的差异分离。使用相同的扬声器参数或扩展的扬声器参数，控制器106可以将声输入电流信号转换成可以视为麦克风信号的音频信号。

音频处理系统100允许使用具有音圈并且连接到音频处理系统100的扬声器120或其它声换能器来同时输出声音并接收声音，也就是说，扬声器120可以同时充当输出扬声器和麦克风。

音频处理系统100可以包括在主动噪声消除系统中，作为音频系统的一部分。音频系统可能需要多个扬声器和麦克风来实施主动噪声消除。音频处理系统100可以允许使用更少的麦克风或不使用麦克风，因为扬声器可以用于同时发射和检测音频。

音频处理系统100可以通过硬件或硬件与软件的组合来实施。例如，音频放大器102可以以硬件形式实施为d类音频放大器或其它音频放大器。传感器104和控制器106可以通过专用硬件或例如通过在包括一个或多个模数转换器的数字信号处理器或微控制器上运行的软件的组合来实施。

图2示出了曲线图150，所述曲线图150示出了由于音频输出信号和音频输入信号而在扬声器的音圈中检测到的信号的频谱。用于生成信号的测试设置由两个扬声器组成。第一扬声器可以被视为输出所生成的音频信号的扬声器120。在此例子中，所生成的音频信号是100hz、-20dbfs的信号。第二声源通过第二扬声器播放，所述第二扬声器可以被视为将通过第一扬声器检测的环境声源。此例子中的此第二声源是160hz、-20dbfs的信号。曲线图150的x轴152示出了80hz到290hz的频率范围。y轴154示出了在不同频率下的分别以dba或dbv为单位的范围为-120到+20的电流电平或电压电平。

信号156示出了第一扬声器上的电压的频谱。信号158示出了检测到在第一扬声器的音圈上流动的电流的频谱。信号160示出了第二扬声器上的电压的频谱。如可以看到的，通过第一扬声器的电流在峰162处显示出电平为-6dba的100hz的期望信号。此外，通过线158示出的通过第一扬声器的音圈的电流也在峰164处显示出电平为-14dba的160hz的外部生成信号的度量。中间峰是由测试设备的假象。曲线图150表明，通过测量在扬声器中的音圈中流动的电流，可以使用单个扬声器来同时发射音频信号并且确定来自外部来源的接收到的音频信号。

图3示出了音频处理系统200，所述音频处理系统200包括d类音频放大器202、传感器204和控制器206。传感器204可以包括电压模数转换器(adc)246和输出244，所述电压adc246具有一对差分输入216、216′。传感器204可以包括电流adc248和输出242，所述电流adc248具有一对差分输入226、226′。控制器206可以包括电流估计器234、扬声器模型参数存储器230、经调整的扬声器模型参数存储器230′和声输入信号重构器238。电流估计器234可以具有连接到音频输入208的输入。电流估计器234可以具有连接到电压adc输出244的第二输入。电流估计器234可以具有连接到扬声器模型参数存储器输出232的第三输入。电流估计器234可以具有连接到声输入信号重构器238的输入的输出236。声输入信号重构器238可以具有连接到电流adc输出242的第二输入。声输入信号重构器238可以具有连接到经调整的扬声器模型参数存储器输出240的第三输入。声输入信号重构器238可以具有连接到麦克风信号输出214的输出。d类音频放大器202可以具有连接到音频输入208的输入。d类音频放大器202可以具有一对差分输出212、212′。

在操作中，第一放大器差分输出212可以连接到第一扬声器端218。电阻228可以连接在第二放大器差分输出212′与第二扬声器端218′之间。第一电压adc输入216可以连接到第一扬声器端218。第二电压adc输入216′可以连接到第二扬声器端218′。第一电流adc输入226可以连接到第二放大器差分输出212′。第二adc输入216′可以连接到第二扬声器端218′。

音频放大器202可以在音频输入208上接收音频信号。在一些例子中，可以对音频信号进行预处理。接收到的音频输入信号可以通过音频放大器202放大并且在差分音频放大器输出212、212′上输出。音频输出信号可以转换成扬声器220的锥体的机械移动，从而产生输出声音222。扬声器220可以是电动式扬声器。在其它例子中，可以使用可以用于输出声信号的具有音圈的任何其它声换能器。电流adc248可以检测跨电阻228的电压降，所述电压降表示流过扬声器220的音圈的音圈电流。电压adc248可以检测跨扬声器端218、218′的音圈电压。传感器204可以在电压adc输出244上输出表示扬声器电压的信号。传感器204可以在adc输出242上输出表示音圈电流的信号。

电流估计器234可以根据扬声器220的模型确定预期的电流信号。电流估计器234可以基于来自音频输入208的接收到的音频信号、跨扬声器的电压和来自扬声器模型参数存储器230的扬声器模型参数确定通过扬声器的估计电流。可以根据传感器204进行的电流和/或电压测量调整扬声器模型参数。电流估计器234可以在电流估计器输出236上向声输入信号重构器238提供估计电流。在一些例子中，如果放大器的增益是已知的，则可以使用根据放大器的模型获得的对跨扬声器的电压的估计。在这种情况下，可以省略电压adc248。

声输入信号重构器238可以确定计算或估计的电压与传感器204测量的并且从电流adc输出242接收到的实际测量电流之间的差异。此差异电流信号可以表示由于外部声源或环境噪声而产生的信号。使用从经调整的扬声器模型参数存储器230′接收到的扬声器参数，控制器206可以将所产生的差异电流信号转换成可以视为麦克风信号的音频信号。在一些例子中，电流估计器234和声输入信号重构器238可以使用相同的扬声器模型参数，在这种情况下，可能仅需要一个扬声器模型参数存储器。

音频处理系统200允许使用具有音圈并且连接到音频处理系统200的扬声器220或其它声换能器来同时输出声音并接收声音，也就是说，扬声器220可以同时充当输出扬声器和麦克风。

音频处理系统200可以允许实施没有单独麦克风的音频系统，因为扬声器或其它声换能器可以用于同时发射并检测音频。

图4示出了主动噪声消除系统300，所述主动噪声消除系统300包括音频放大器302(其可以是d类放大器)、传感器304、控制器306和anc处理器316。音频输入308可以连接到anc处理器316的输入。anc处理器316的输出318可以连接到音频放大器302的输入。anc处理器输出318可以连接到控制器306的第一输入。控制器306的第二输入可以连接到传感器304的输出310。控制器306的输出可以连接到麦克风信号输出314。麦克风信号输出314可以连接到anc处理器316的第二输入。音频放大器302可以具有放大器输出312。传感器304可以具有连接到放大器输出312的传感器输入。

在操作中，放大器输出312连接到具有音圈(未示出)的扬声器或其它声换能器。传感器输入因此连接到具有音圈(未示出)的同一扬声器或其它声换能器。

anc处理器316可以在音频输入308上接收音频信号并且在anc输出318上输出经处理的音频信号。经处理的音频信号可以通过音频放大器302放大并且在音频放大器输出312上输出。传感器304可以检测流过扬声器的音圈(未示出)的音圈电流。传感器304可以在传感器输出310上输出对应于检测到的音圈电流的信号。

控制器306可以将从传感器304接收到的信号与从anc处理器输出318接收到的已知音频信号进行比较。控制器306可以基于所述比较将由于环境噪声而产生的音频信号与音频放大器302输出的音频信号分离。环境噪声信号可以在麦克风信号输出314上输出。anc处理器316可以使用环境噪声信号来调整在输出308上接收到的音频信号。

anc系统300允许在没有任何麦克风的系统中进行主动噪声消除，因为具有音圈的扬声器或其它声换能器可以用于同时发射并检测音频。

图5示出了根据一个实施例的音频处理方法400。在步骤402中，可以将第一音频信号输出到包括音圈的声换能器。在步骤404中，可以从音圈中的电流中检测信号。在步骤406中，可以将检测到的信号与由于最初提供到声换能器的音频信号而产生的预期信号进行比较。在步骤408中，可以根据检测到的信号与预期信号的比较重构表示到声换能器的声信号输入的第二音频信号。

图6示出了根据一个实施例的主动噪声消除方法500。在步骤502中，可以接收第一音频输入信号。在步骤504中，可以对第一音频输入信号进行处理，并且可以将经处理的输出信号发送到包括音圈的声换能器。在步骤506中，可以检测音圈中的电流。在步骤508中，可以将来自检测到的电流的信号与预期音频信号进行比较。在步骤510中，可以根据所述信号与预期音频信号的比较重构第二音频信号。第二音频信号可以表示通过声换能器检测到的环境噪声。在步骤512中，可以将重构的环境噪声信号应用于第一音频输入信号的主动噪声消除。

所描述的实施例可以包括在通常具有多个扬声器的音频系统(例如，汽车音频系统)中。实施例可以包括在需要音频输出功能和音频输入功能两者，并且特别是使用噪声消除或回声消除的任何音频系统中，例如包括在会议电话或移动电话中。

描述了一种音频处理系统，所述音频处理系统包括放大器，所述放大器被配置成接收第一音频信号并且将所述第一音频信号输出到包括音圈的声换能器。传感器检测对应于音圈电流的信号。控制器将所述第一音频信号与检测到的信号进行比较并且根据所述比较确定第二音频信号。所述第二音频信号表示通过所述声换能器检测到的外部声源。所述音频处理系统可以使用同一声换能器同时输出所述第一音频信号并且接收所述第二音频信号。

在一些示例实施例中，上文所述的一组指令/方法步骤被实施为被具体化为一组可执行指令的功能和软件指令，所述功能和软件指令在使用所述可执行指令来编程并且受其控制的计算机或机器上实现。此类指令被加载以供在处理器(如一个或多个cpu)上执行。术语处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)或其它控制或计算装置。处理器可以指代单个组件或多个组件。

尽管所附权利要求针对特定特征组合，但是应当理解的是，本发明的公开范围还包括在本文中明确或隐含公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何概括形式，而不论其是否涉及与任一权利要求中当前要求保护的发明相同的发明，并且无论其是否与本发明那样减轻了相同技术问题中的任何或所有问题。

在单独的实施例的上下文中所描述的特征还可以在单个实施例中组合提供。相反，为简洁起见在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独提供或以任何适当的子组合提供。

申请人特此声明，在本申请或由其衍生的任一另外的申请的诉讼期间，可以针对这种特征和/或这种特征的组合制定新的权利要求。

为了完整起见，还指出，术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一个或一种(a或an)”不排除多个，单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所述的若干装置的功能，并且权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。