[发明专利]一种主动降噪音频设备的自动校准方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及主动降噪校准领域，具体来说用于自动校准噪音消除的个人音频设备以达到该音频设备最好的降噪效果，尤其是一种主动降噪音频设备的自动校准方法及装置。

背景技术

主动降噪设备的基本原理，腔体外侧的麦克风用于采集周围的环境声，通过主动降噪(ANC)模块，产生和环境噪声相反的抗噪声信号并注入发声模块以抵消环境噪音。

但是在实际应用中，因为麦克风采集到的环境声和人耳最终听到的环境声的差异(这种差异由采音麦克风和人耳位置的延迟)，麦克风个体的频率相位响应差异，以及发生单元的差异，导致即使硬件完全相同的两个产品主动降噪(ANC)的效果可能也不会完全一样。因此根据数学模型计算出来的滤波器系数以及增益等并不能完全体现该音频设备的主动降噪效果(ANC)。即使在实验室针对某一具体的主动降噪(ANC)音频设备调试出最好的效果，但是得到的系数并不能适应其他硬件相同的设备，不利于主动降噪(ANC)音频设备的批量生产。

现有技术测试环境是包括：声卡、计算机、高保真发声设备、声电转换设备、ANC(主动降噪)音频设备。

其中，声卡：所示列为声卡(但也并不单指声卡，可包括其他可以模数/数模转化的设备)将计算机校准时产生的激励信号转换为电信号和采集ANC音频设备对该激励信号的响应；

计算机：运行数字处理软件，将激励信号转换为电信号和采集ANC音频设备对该激励信号的响应通过数字处理软件处理进行处理。

高保真发声设备：也并不单指音响，也可以为其他可发声设备，将声卡产生的电信号无损地转换为声音信号；

声电转换设备：所示列为假人耳(但是也并不单指假耳，也可以为其他的高性能声电转化设备)和麦克风功率放大器：用于放大电信号功率，便于声卡处理。

ANC(主动降噪)音频设备：所示列为主动降噪(ANC)耳机(但是也并不单指耳机，也可以为其他主动降噪设备)。

ANC MIC用于采集环境声音，此环境声音被视为外部噪声，为ANC音频设备需要消除的声音。MIC输出信号通过MIC硬件适配电路。适配电路耦合MIC的信号，对输入信号增益做适当的调整以匹配后端的ADC，适配电路有时也包括一些滤波器，滤波器可以对输入信号做适当的调整以适配ANC滤波器的设计。比如可以设计成低通滤波器以阻止不需要的高频信号进到ANC主控算法模块，同时，滤波电路也用作相位调整作用，对输入的模拟信号做适当的相位调整(众所周知，ANC算法对相位很敏感，平顺的相位响应对ANC降噪设备性能有极大的提高)。高精度ADC用于模数转换，把MIC适配电路输出的模拟信号转换为ANC算法模块能识别的数字音频信号。滤波器动态余量调整模块用于对输入的数字音频信号做一定程度的压缩以防止后端的适应性滤波器运算溢出。Equalization(归一化处理)方便适应性滤波器的数字运算，适应性滤波器是ANC主动降噪的关键，该滤波器负责把采集到的MIC信号转换为和输出信号相反的信号。麦克风采集到的环境声和人耳最终听到的环境声一般存在一定层度的差异，这种差异主要体现为相位上的差异，如果差异过大，会导致ANC音频设备产生的抗噪声信号性能下降，最严重的会导致ANC音频设备产生和输入完全相同的抗噪声输出信号，在此情况，ANC音频设备非但没起到抗噪声的作用，反而会把外部的噪声放大输出，所以适应性滤波器需检测出这种相位差，并把相位纠正到和输入信号相反的相位上来以便能正确的产生抗噪声信号，理论上将，如果能把MIC输入信号纠正到和人耳感知到的噪声完全相反的相位上，就能完全消除环境噪声。但是在现实中往往不可能通过适应性滤波器产生如此完美的反向信号。增益控制模块控制抗噪声输出信号的大小以适配不同的麦克风和喇叭，此模块输出信号和内部音源混合后通过DAC和功率放大器输出到发生单元。

通常的调试方法由信号发生器发出扫频信号/白噪声/粉红噪声/棕色噪声等，噪声被抗噪声(ANC)设备上的麦克风采集并通过模数转换后输出到适应性滤波器以及后端的增益模块产生的抗噪声信号经声卡模数转换后被假人耳内的麦克风采集到，此信号被输送到声卡的输入经模数转换输出到数字信号处理的软件中，调试人员根据采集到的抗噪声信号结果然后调整适应性滤波器系数以及增益，然后再重复上述的步骤，如此往复，直到得到一个比较满意的结果。这种方法不仅费时费力，而且得到的结果往往取决于调试人员的经验以及调试人员的个人主观感受。

发明内容