包括自适应消噪系统的系数的动态偏置的自适应消噪系统及方法
【专利说明】包括自适应消噪系统的系数的动态偏置的自适应消噪系统及方法
[0001]相关申请交叉引用
[0002]本发明主张于2013年7月25日提交的美国专利申请序列号13/950，854的优先权，继而美国专利申请序列号13/950，854主张于2013年4月15日提交的美国临时专利申请序列号61 /811，915的优先权，各案全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及与声换能器有关的自适应消噪，更特定地，涉及通过动态偏置自适应消噪系统的系数来检测和抵消存在声换能器附近的周围噪声。
【背景技术】
[0004]无线电话(诸如移动电话/蜂窝式电话、无绳电话)及其他消费音频设备(诸如MP3播放器)被广泛应用。通过使用麦克风来测量周围声事件，然后使用信号处理将抗噪信号注入设备输出中以抵消周围声事件来提供消噪，此类设备的性能就清晰度而论可得到改良。因为根据所存在的噪声源及设备自身的位置，在个人音频设备(诸如无线电话)周围的声环境可发生很大变化，所以期望调适消噪以考虑所述环境变化。
[0005]自适应消噪可用在个人音频设备的许多元件中，包括耳机。耳机还可被用来在各种情况下播放音频内容给所述耳机，所述耳机提供自适应消噪给收听者。例如，在打电话时，音频内容可占用在300Hz与3.4kHz (包括在内)之间的电话语音频带，或在高保真音频播放情况下，对于一些音频轨道，音频内容可占用20Hz至20kHz (包括在内)的频率范围，或对于一些压缩音频内容，音频内容可占用100Hz至8kHz的频率范围。无论周围噪声的带宽或源音频信号的带宽，在所有情况下，自适应消噪系统必须为稳定。取决于通过换能器的源音频信号的电声路径的模型的任何自适应系统(例如，滤波-X最小均方前馈自适应系统)必须包括以此种方式涉及的各种信号的频谱，以至避免自适应不稳定。
【发明内容】
[0006]根据本发明的教示，与周围噪声的检测和减少相关联的缺点和问题可减少或消除，所述周围噪声与声换能器相关联。
[0007]根据本发明的实施例，一种个人音频设备可包括换能器、参考麦克风、误差麦克风和处理电路。换能器可再现音频信号，所述音频信号既包括播放给收听者的源音频信号又包括抗噪信号，所述抗噪信号用于应对在换能器的声输出中的周围音频声音的影响。参考麦克风可提供表示周围音频声音的参考麦克风信号。误差麦克风可位于接近换能器，且可提供表示换能器的声输出及在换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号。处理电路可实现:自适应滤波器，具有响应，其由参考麦克风信号生成抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在；系数控制方块，所述系数控制方块通过调适自适应滤波器的响应以使在误差麦克风信号中的周围音频声音最小化，将自适应滤波器的响应整形成与误差麦克风信号和参考麦克风信号一致；和系数偏置控制方块，所述系数偏置控制方块在源音频信号的频率响应外的频率范围内使系数控制方块的系数偏向零。
[0008]根据本发明的这些和其他实施例，一种方法，用于抵消在个人音频设备的换能器附近的周围音频声音，可包括接收表示周围音频声音的参考麦克风信号。所述方法还可包括接收表示换能器的输出及在换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号。所述方法还可包括通过调适自适应滤波器的响应以使在误差麦克风信号中的周围音频声音最小化，由参考麦克风的测量结果自适应生成抗噪信号，所述抗噪信号应对在换能器的声输出处的周围音频声音的影响，所述自适应滤波器对参考麦克风的输出进行滤波。所述方法可另外包括在源音频信号的频率响应外的频率范围内使用于控制自适应滤波器的响应的系数偏向零。此外，所述方法可包括将抗噪信号与源音频信号进行组合以生成提供给换能器的音频信号。
[0009]根据本发明的这些和其他实施例，一种集成电路，用于实现个人音频设备的至少一部分，可包括输出、参考麦克风输入、误差麦克风输入和处理电路。输出可提供信号给换能器，所述信号既包括播放给收听者的源音频信号又包括抗噪信号，所述抗噪信号用于应对在换能器的声输出中的周围音频声音的影响。参考麦克风输入可接收表示周围音频声音的参考麦克风信号。误差麦克风输入可接收表示换能器的输出及在换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号。处理电路可实现:自适应滤波器，具有响应，其由参考麦克风信号生成抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在；系数控制方块，所述系数控制方块通过调适自适应滤波器的响应以使在误差麦克风信号中的周围音频声音最小化，将自适应滤波器的响应整形成与误差麦克风信号和参考麦克风信号一致；和系数偏置控制方块，所述系数偏置控制方块在源音频信号的频率响应外的频率范围内使系数控制方块的系数偏向零。
[0010]根据本发明的这些和其他实施例，一种个人音频设备可包括换能器、参考麦克风、误差麦克风和处理电路。换能器可再现音频信号，所述音频信号既包括播放给收听者的源音频信号又包括抗噪信号，所述抗噪信号用于应对在换能器的声输出中的周围音频声音的影响。参考麦克风可提供表示周围音频声音的参考麦克风信号。误差麦克风可位于接近换能器，且可提供表示换能器的声输出及在换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号。处理电路可实现:前馈滤波器，具有响应，其由参考麦克风信号生成抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在；次级路径估计自适应滤波器，被配置为对源音频信号的电声路径进行建模且具有响应，其由源音频信号生成次级路径估计；系数控制方块，所述系数控制方块通过调适次级路径估计滤波器的响应以使播放校正误差最小化，将次级路径估计自适应滤波器的响应整形成与源音频信号和播放校正误差一致，其中播放校正误差基于误差麦克风信号与次级路径估计之差；和系数偏置控制方块，所述系数偏置控制方块在源音频信号的频率响应外的频率范围内使系数控制方块的系数偏向零。
[0011]根据本发明的这些和其他实施例，一种方法，用于抵消在个人音频设备的换能器附近的周围音频声音，可包括接收表示周围音频声音的参考麦克风信号。所述方法还可包括接收表示换能器的输出及在换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号。所述方法还可包括通过对参考麦克风的输出进行滤波，由参考麦克风的测量结果生成抗噪信号分量，应对在换能器的声输出处的周围音频声音的影响。所述方法可另外包括通过利用次级路径估计自适应滤波器对源音频信号进行滤波，并调适次级路径估计自适应滤波器的响应以使播放校正误差最小化，由源音频信号自适应生成次级路径估计，所述次级路径估计自适应滤波器对源音频信号的电声路径进行建模，所述播放校正误差基于误差信号与次级路径估计之差。此外，所述方法可包括在源音频信号的频率响应外的频率范围内使用于控制次级路径估计自适应滤波器的响应的系数偏向零。所述方法还可包括将抗噪信号与源音频信号进行组合以生成提供给换能器的音频信号。
[0012]根据本发明的这些和其他实施例，一种集成电路，用于实现个人音频设备的至少一部分，可包括输出、参考麦克风输入、误差麦克风输入和处理电路。输出可提供信号给换能器，所述信号既包括播放给收听者的源音频信号又包括抗噪信号，所述抗噪信号用于应对在换能器的声输出中的周围音频声音的影响。参考麦克风输入可接收表示周围音频声音的参考麦克风信号。误差麦克风输入可接收表示换能器的输出及在换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号。处理电路可实现:前馈滤波器，具有响应，其由参考麦克风信号生成抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在；次级路径估计自适应滤波器，用于对源音频信号的电声路径进行建模且具有响应，其由源音频信号生成次级路径估计；系数控制方块，所述系数控制方块通过调适次级路径估计滤波器的响应以使播放校正误差最小化，将次级路径估计自适应滤波器的响应整形成与源音频信号和播放校正误差一致，其中播放校正误差基于误差麦克风信号与次级路径估计之差；和系数偏置控制方块，所述系数偏置控制方块在源音频信号的频率响应外的频率范围内使系数控制方块的系数偏向零。
[0013]本