用于优化耳机中的噪声消除的方法及用于话音通信的耳机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常设及一种用于优化耳机中的噪声消除的方法，耳机包括头戴受话器和 包括至少第一麦克风和第二麦克风的麦克风单元。更概括地说，该方法设及：从至少第一麦 克风生成至少第一音频信号，其中，第一音频信号包括来自耳机的用户的语音部分和来自 周围的噪声部分；W及从至少第二麦克风生成至少第二音频信号，其中，第二音频信号包括 来自耳机的用户的语音部分和来自周围的噪声部分。
【背景技术】
[0002] 噪声消除麦克风被用于减小具有麦克风吊杆的耳机中的背景噪声。
[0003] 噪声消除麦克风的性能取决于其相对于耳机用户的嘴的定位-其被校准为相对 于嘴的一个特定距离和角度。当噪声消除麦克风被错误地放置时，例如，当麦克风吊杆指向 嘴W下或W上时，语音拾取特征，诸如嘴对线（mouth-to-line)传递功能改变。灵敏度明显 降低，意味着传输的语音不可接受地轻柔。另一方面，噪声拾取相对不受麦克风的错位的影 响，导致传输信号中的信噪比减小。语音拾取的频率响应也可能由于错位而改变，传输语音 的低频率相对于高频率而衰减。
[0004] 噪声消除麦克风的基本限制在于空间灵敏度在生产时已固定。如果由于麦克风吊 杆的错位，用户语音没有源自预定位置（即，相对于麦克风组件的距离和方向），所传输信 号的信噪比将是次优的。在下面，定位是指嘴与麦克风组件之间的距离W及麦克风组件的 定向。 阳0化]全向麦克风对定位不太敏感。运意味着在麦克风吊杆错误定位的情况下，相对于 使用全向麦克风，使用噪声消除麦克风是不利的。
[0006] 经验显示，耳机的用户常常错误地放置他们的麦克风，因此需要替代解决方案。
[0007] 双麦克风DSP解决方案（在下面称作波束形成器）由麦克风组件中的两个全向麦 克风组成，其可W取代并改进噪声消除麦克风。运在很大程度上通过保持自适应空间灵敏 度W适合麦克风吊杆/麦克风对的所有或者一些定位来完成。用于运种系统的典型全向麦 克风利用单个麦克风的振幅和相位响应的变化而产生。另外，麦克风响应响应于溫度、湿 度、机械冲击及其他因素（漂移）而随时间无法预料地改变。如果要实现满意的噪声消除 性能，则不能忽视响应变化。根据具体的噪声消除应用，可W代表不同问题集的两种方式之 一来处理麦克风灵敏度的变化：
[0008] 1.通过需要对于距离和/或角度而言的已知位置处的一个或多个主动声源的一 些过程来校准麦克风灵敏度。校准可W在生产时进行或者在系统的使用中进行。校准工具 可W用作制造过程的一部分。如果麦克风吊杆/噪声消除麦克风处于相对于嘴已知的位置 处，则可W使用用户语音。如果已知关于背景噪声的某些特征，则可W使用背景噪声。该方 法不处理漂移。
[0009] 2.使用对于麦克风敏感度和麦克风吊杆/麦克风对的位置的所有情况都固有地 能最佳工作并且不明确或者隐含计算位置或者错位的系统。该系统为了校准的目的在任何 时候都不依赖已知位置的声源，因为在噪声消除应用的寿命中未出现运种情形。因为麦克 风灵敏度和麦克风吊杆/麦克风对的位置是共同设及且不可分割的影响（参见下文），所W 不可能明确地或者隐含地从麦克风灵敏度或者麦克风吊杆/麦克风对的位置的观察信号 提取f胃息。
[0010] US7346176 (Plantronics)和 US7561700 (Plantronics)公开了检测麦克风装置是 否相对于声源错误地定位并且自动补偿运种错位的系统和方法。定位评估电路确定麦克风 装置是否错误定位。控制器促进错位的自动补偿。该系统和方法需要对麦克风进行预校准。
[0011] US8693703 (GN Netcom)公开了使至少两个音频信号结合W生成增强的系统输出 信号的方法。该方法包括步骤：a)使用第一变换器（诸如第一麦克风）测量第一空间位置 处的声音信号，W生成包括第一目标信号部分和第一噪声信号部分的第一音频信号，b)使 用第二变换器（诸如第二麦克风）测量第二空间位置处的声音信号，W生成包括第二目标 信号部分和第二噪声信号部分的第二音频信号，C)处理第一音频信号W使第一目标信号与 第二目标信号在预定频率范围内相位匹配且振幅匹配并且生成第一处理输出，d)计算第二 音频信号与第一处理输出之间的差W生成减成输出，e)计算第二音频信号与第一处理输出 之间的总和W生成加成输出，f)处理减成输出W使噪声信号部分对系统输出信号的贡献最 小化并且生成第二处理输出，和g)计算加成输出与第二处理输出之间的差W生成系统输 出信号。
[0012] 因此，不考虑麦克风的位置，使用未校准的麦克风获得耳机中的稳健的和最佳的 噪声消除仍然是问题。
【发明内容】
[0013] 本发明公开了一种用于优化耳机中的噪声消除的方法，耳机包括头戴受话器和包 括至少第一麦克风和第二麦克风的麦克风单元，该方法包括：
[0014] -从至少第一麦克风生成至少第一音频信号，其中，第一音频信号包括来自耳机的 用户的语音部分和来自周围的噪声部分；
[0015] -从至少第二麦克风生成至少第二音频信号，其中，第二音频信号包括来自耳机的 用户的语音部分和来自周围的噪声部分；
[0016] -通过过滤（filter,滤波）并求和第一音频信号的至少一部分和第二音频信号的 至少一部分生成噪声消除输出，
[0017] 其中，过滤自适应地（adaptively适应性地）配置为持续地使噪声消除输出的功 率最小化，并且
[0018] 其中，过滤自适应地配置为持续地提供至少噪声消除输出的对应于从至少一个麦 克风中生成的基准音频信号的语音部分的语音部分的振幅频谱。
[0019] 因此，优势是过滤自适应地配置为持续地提供至少噪声消除输出的对应于从至少 一个麦克风中生成的基准音频信号的语音部分的语音部分的振幅频谱，因为由此在保持语 音的同时消除噪声。因此，语音未被消除，而语音消除是现有技术中耳机执行噪声消除的问 题。
[0020] 运里描述的方法提供上述的问题的解决方案。该方法通过提供一种噪声消除方法 来解决运个问题，该噪声消除方法的优势是避免依赖工厂校准，工厂校准需要时间成本并 且工厂校准无法处理麦克风漂移。此外，该方法在解决该问题时避免了使用用户语音用于 校准时必须设定麦克风吊杆和/或麦克风对处于特定位置，并且运是优势，因为难W或甚 至不可能假设背景噪声的任何特征。而且，该方法对于所有的麦克风位置都是最佳的。
[0021] 如果放置得接近嘴，耳机中的噪声消除麦克风系统则具有减小周围环境的噪声的 最大潜力并且运需要长的麦克风吊杆。噪声消除麦克风系统可W通过放置得接近嘴而W更 多的方式产生益处：接近嘴是来自嘴的语音信号与来自周围环境的噪声信号之间的最高比 率。接近嘴，语音信号的振幅还由于与嘴的距离而减小且同时噪声信号的振幅几乎保持不 变。噪声消除麦克风系统捕获空间中的两点处的声压。如果两点在相对于嘴径向的线上定 向，则语音振幅在运两点处不同。然而，来自周围环境的噪声振幅实际上在两点处相同。噪 声消除麦克风利用该性质（即，语音振幅在两点处不同）来辨别语音与噪声。语音振幅中 的该差异通过与嘴的距离的增加而减小。因此，在与嘴较远的距离处，例如，如果噪声消除 麦克风系统装配在短麦克风吊杆中，则噪声消除麦克风变得不太有效。因此，此处所公开的 方法在能够将噪声消除麦克风系统定位得接近嘴的长麦克风吊杆中尤其有利。
[0022] 在耳机具有长麦克风吊杆的现有技术中，问题是如果用户没有根据理想的位置布 置麦克风吊杆，从那W后耳机的性能严重地降低，运是因为耳机的设置和/或处理器假设 麦克风吊杆且因此麦克风布置最优，即接近用户的嘴。耳机用户没有正确地布置麦克风吊 杆（即，使麦克风接近嘴）是普遍的问题。本发明的方法解决该问题，因为该方法不做关于 麦克风位置的任何假设。
[0023] 利用例如长麦克风吊杆，根据具有麦克风的麦克风吊杆相对于用户的嘴所布置的 位置，在来自用户的语音部分的振幅方面将有大的差异。然而，在噪声部分的振幅方面没有 差异或者仅很小的差异，因此无论麦克风吊杆和麦克风相对于用户的嘴布置在何处，噪声 部分基本上是相同的。运是由于噪声来自周围环境，即来自多个方向且来自远场。语音仅 来自用户的嘴，即来自接近于空间中的处于麦克风的近场的一个点，运意味着麦克风处的 语音部分的振幅是不同的。
[0024] 如果麦克风吊杆位置改变，噪声消除麦克风系统也可W改变它相对于嘴的距离和 方位。在简单、固定的噪声消除麦克风中，改变它的输出信号中的语音振幅将具有强烈的影 响。全向麦克风在它的输出信号的语音振幅中将显示出较小的变化。当使用全向麦克风 时，自适应地配置的噪声消除麦克风系统可W使用它的两个全向麦克风中的一个作为用于 语音的基准麦克风并约束噪声消除，W传输具有与语音基准的振幅相似的振幅的噪声消除 语音。 阳0巧]当麦克风吊杆位置改变时，与麦克风吊杆端部最近的前麦克风与嘴的距离改变的 可能比麦克风吊杆上的后麦克风多。另一方面，嘴与后麦克风之间的距离变化较小并且后 麦克风处的语音振幅也是如此。因此，后麦克风有利于提供语音基准。
[00%] 而且，现有技术的耳机中的问题是，麦克风在派送至用户之前在工厂被校准，并且 因为麦克风特征由于许多原因，诸如使用、磨损、热量等而可能随时间改变，所W麦克风经 过一段时间后可能未正确地校准。本发明的方法解决该问题，因为该方法不做关于麦克风 灵敏度、电子设备等的任何假设。
[0027] 可W利用A/D转换器在16曲Z的频率府）下进行采样。
[0028] 过滤配置为持续自适应地使噪声消除输出的功率最小化。持续可意味着不间断地 和有规律地，当在一个麦克风中检测或者接收到语音时，诸如每秒一次或多次，诸如每200 毫秒。优选地，可W在整个时间段进行过滤。因此，持续地进行过滤的自适应，诸如通过话 音活动检测器（VAD)和/或通过非话音活动检测器（NVAD)激活和停用。
[0029] 通常，自适应滤波器或者自适应滤波器算法的核屯、部分可能不了解什么是语音和 什么是噪声。其可W仅自适应地修改滤波器使得输出最小化。然而，通过将自适应滤波器 放在不能减小输入的