[发明专利]通过结合有源噪音消除及感知噪音补偿改善声音重现的感知质量的装置和方法

说明书

提供了一种用于改善音频输出信号的声音重现的感知质量的装置。所述装置包括用于基于环境音频信号生成噪音消除信号的有源噪音消除单元(110)，其中环境音频信号包括噪音信号部分，所述噪音信号部分由记录环境噪音引起。而且，所述装置包括用于根据环境噪音及噪音消除信号确定残余噪音特征的残余噪音特征估计器(120)。此外，所述装置包括用于基于音频目标信号及基于残余噪音特征生成噪音补偿信号的感知噪音补偿单元(130)。而且，所述装置包括用于合成噪音消除信号及噪音补偿信号以得到音频输出信号的合成器(140)。

技术领域

本发明涉及音频信号处理，尤其涉及一种通过结合有源噪音消除及感知噪音补偿以改善声音重现的感知质量的装置和方法，例如，通过改善耳机上的声音重现的感知质量。

背景技术

音频信号处理变得越来越重要。在许多倾听场景中，例如，在车内，音频信号在嘈杂的环境中呈现，因此，它们的音质及清晰度受到影响。一种减小环境噪音对倾听体验的影响的方法是有源噪音消除(有源噪音控制)，例如，参见文献[1]和文献[2]。ANC(有源噪音消除)在接收器侧不同程度地减小干扰噪音。通常地，低频噪音分量比高频分量能够更成功地被消除，稳定噪音比不稳定噪音能够更好地被消除，纯音比随机噪音能够更好地被消除。

有源噪音消除是一种基于声干涉原理抑制声学噪音的技术，使用干扰噪音的倒相副本消除干扰噪音的基本思想在1936年的Paul Lueg的专利中被首次描述，参见文献[7]。

文献[1]和文献[2]对ANC的原理进行了总结。使用换能器测量通过噪音源(主要源)发出的声场。这个参考信号用于生成输入次级扬声器的次级信号。如果通过次级源发出的声波(所谓的“抗噪音”)与噪音的声波正好为异相，噪音由于扬声器后且与噪音源相对的区域中的相消性干扰而被消除，形成“静音区”。理想地，平面波换能器既用于麦克风也用于扬声器。

尽管通过延迟和主噪音的测量可以生成抗噪音，但是经常自适应地计算抗噪音以处理噪音与反声(anti-sound)换能器之间的声道中的可能变化。这种实施方式基于自适应滤波器，通过使用最小均方(LMS)算法、滤波-X LMS(FXLMS)算法、有漏洞的(leaky)FXLMS算法或其他优化算法对误差信号进行最小化而计算自适应滤波器的滤波系数。

ANC可以实施为前馈控制或反馈控制。

图3示出前馈结构的ANC实现的框图。噪音源310发出主噪音320。主噪音320被参考麦克风330记录为环境音频信号d(t)。该环境音频信号输入自适应滤波器340。自适应滤波器用于对环境音频信号d(t)进行滤波以得到滤波后的信号。该滤波后的信号用于控制扬声器350。

如前所述，图3所示的结构为前馈结构。在前馈结构中，参考麦克风可被例如布置为使得主噪音在到达次级源之前被采集，如图3所示。

经常地，在次级源之后安装第二麦克风以测量残余噪音信号。在这种结构中，第二麦克风表现为残余噪音麦克风或误差麦克风。这种结构在图4中示出。

图4示出具有附加误差麦克风460的前馈结构的ANC实现的框图。自适应算法使用参考麦克风信号计算用于生成抗噪音的滤波系数，以便最小化残余噪音。

图5示出反馈结构的ANC实现的框图。如图5所示，反馈结构的实施方式使用仅仅一个麦克风来测量误差并生成次级信号。文献[8]中描述用于耳机应用的反馈ANC系统。

消除的效果取决于噪音源和次级源的声场重叠的精确性。在实际中，干扰噪音信号无法完全消除。ANC尤其适用于低频噪音信号分量及稳定信号，但不能消除高频及不稳定噪音信号分量。