主动降噪耳机和方法与流程

本发明大体上涉及音频处理。更具体地，本发明涉及主动降噪(active noisereduction，anr)耳机和一种用于操作anr耳机的方法。

背景技术：

1、声学封闭式耳机可以很好地衰减外部环境噪声，从而实现良好的音频再现质量。这使得用户与周围环境的隔离度更高，耳朵内部(如耳道)与外部环境之间的声阻抗增大。声阻抗的增大会导致用户耳道内低频的声压级(sound pressure level，spl)变大。在用户自发声音的情况下，感知到的声音可能会在低频下被不自然地放大。这种现象称为堵耳效应(occlusion effect，oe)。除了自身声音的感知外，用户的跑步、行走等身体活动也可能引发oe。

2、为了抵消堵耳效应，有人建议在耳道内部和环境之间设置小导管，这可以被视为一种被动方案。抵消堵耳效应的主动方案可以是使用主动降噪(active noise reduction，anr)方案(也称为主动噪声消除(active noise cancellation，anc)方案)来降低用户耳道中的声压级。另一种主动方案是采用透传功能，用于提高空气传导声音的声压级，以补偿耳机外壳造成的被动阻尼。

技术实现思路

1、根据本发明的耳机和方法可以改进anr耳机和操作anr耳机的方法。

2、上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。

3、根据第一方面，提供了用于在用户的耳道中生成声音信号的主动降噪(activenoise reduction，anr)耳机。所述anr耳机包括扬声器，用于由扬声器信号驱动以生成声音信号；外部麦克风(也称为参考麦克风)，用于检测环境噪声信号；内部麦克风(也称为误差麦克风)，用于检测残留噪声信号。所述残留噪声信号可在用户耳道内检测到。此外，所述anr耳机包括加速度传感器，用于生成指示所述anr耳机经历的一次或多次加速度的加速度信号。所述anr耳机的控制器用于根据复合补偿信号来生成所述扬声器信号，所述复合补偿信号是基于所述环境噪声信号的环境噪声补偿信号、基于所述残留噪声信号的残留噪声补偿信号和基于所述加速度信号的加速度补偿信号的组合。所述and耳机可以包括单个耳机或至少一个耳机。

4、因此，所述anr耳机可以通过结合基于所述加速度传感器提供的所述加速度信号的前馈控制和基于声学数据的反馈控制来补偿由用户的身体活动引起的堵耳效应。

5、在一种可能的实现方式中，所述控制器用于根据所述复合补偿信号和音频输入信号来生成所述扬声器信号。其中，所述音频输入信号可以是立体声信号。这样，所述anr耳机就可以在再现音频输入信号的同时补偿堵耳效应。

6、在一种可能的实现方式中，所述控制器用于通过对所述环境噪声信号应用固定或自适应的环境噪声前馈(feedforward，ff)滤波器，来根据所述环境噪声信号生成所述环境噪声补偿信号。

7、在一种可能的实现方式中，所述控制器用于通过对所述环境噪声信号应用固定或自适应的反馈(feedback，fb)滤波器，来根据所述残留噪声信号生成所述残留噪声补偿信号。

8、在一种可能的实现方式中，所述控制器用于通过对所述加速度信号应用加速度前馈(feedforward，ff)滤波器，来根据所述加速度信号生成所述加速度补偿信号。

9、在一种可能的实现方式中，所述加速度ff滤波器是包括多个固定滤波器系数的固定加速度ff滤波器，其中，所述固定加速度ff滤波器的所述多个固定滤波器系数基于wiener-hopf方程的解。

10、在一种可能的实现方式中，所述固定加速度ff滤波器的所述多个固定滤波器系数wacc基于以下方程：

11、

12、其中，ψgg表示所述扬声器和所述内部麦克风之间的所述通信通道的所述脉冲响应的自相关矩阵，φhg表示所述脉冲响应和所述加速度传感器和所述内部麦克风之间的所述通信通道的所述脉冲响应之间的互相关向量。

13、在一种可能的实现方式中，所述anr耳机还包括存储器，用于存储所述固定加速度ff滤波器的所述多个固定滤波器系数wacc。

14、在一种可能的实现方式中，所述加速度传感器和所述内部麦克风之间的所述通信通道的所述脉冲响应是基于对所述anr耳机的一个或多个预定加速度响应的所述残留噪声信号的测量。例如，这些测量可以通过激励振动器来执行，其中，所述anr耳机佩戴在仿真头上，后者又安装在振动器上。

15、在一种可能的实现方式中，所述加速度传感器和所述内部麦克风之间的所述通信通道的所述脉冲响应是基于对所述anr耳机的一个或多个测得的加速度响应的所述残留噪声信号的测量。例如，这些测量可以通过让佩戴所述anr耳机的用户执行一项或多项物理活动，如行走来进行。

16、在一种可能的实现方式中，所述加速度前馈(feedforward，ff)滤波器是包括多个自适应滤波器系数的自适应滤波器。

17、在一种可能的实现方式中，所述控制器用于基于滤波x最小均方(filtered-xleast mean square，fxlms)算法来确定所述多个自适应滤波器系数。

18、在一种可能的实现方式中，如果所述多个自适应滤波器系数的所述调整值在一个或多个预定义的允许范围内，则所述控制器用于调整所述多个自适应滤波器系数。

19、在一种可能的实现方式中，所述anr耳机还包括用于插入用户耳道中的弹性外壳。从声学角度来看，所述弹性外壳可以封闭用户的耳道，从而减少耳道内的剩余噪声。

20、根据第二方面，提供了一种用于操作主动降噪(active noise reduction，anr)耳机的方法，以在用户的耳道中生成声音信号。所述方法包括：

21、通过扬声器信号驱动扬声器，用于生成所述声音信号；

22、通过外部麦克风检测环境噪声信号；

23、通过内部麦克风检测用户耳朵附近的残留噪声信号；

24、通过加速度传感器生成指示所述anr耳机经历的一次或多次加速度的加速度信号；

25、根据复合补偿信号来生成所述扬声器信号，所述复合补偿信号是基于所述环境噪声信号的环境噪声补偿信号、基于所述残留噪声信号的残留噪声补偿信号和基于所述加速度信号的加速度补偿信号的组合。

26、根据本发明第二方面的方法可以由根据本发明第一方面的所述anr耳机执行。因此，根据第二方面的方法的其它特征直接来自根据第一方面的所述anr耳机的功能以及上文和下文所述的不同实现方式。换句话说，根据第二方面的方法的其它特征和实现方式对应于根据第一方面的所述anr耳机的特征和实现方式。

27、根据第三方面，提供了一种计算机程序产品，包括用于存储程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码在由计算机或处理器执行时，使得所述计算机或所述处理器执行根据所述第二方面所述的方法。

28、以下附图和说明书详细阐述了一个或多个实施例。其它特征、目的和优点在说明书、附图以及权利要求书中是显而易见的。