[发明专利]一种改良型自适应降噪耳机及其降噪方法

权利要求书

1.一种改良型自适应降噪耳机，其特征在于，包括

外麦克风(04)，其用于采集耳机所处环境的外界噪声(01)；

内麦克风(02)，其用于采集人耳(06)所听到的相同的声音波形；

第一模数转换器(03)，其配置有两个，分别与外麦克风(04)和内麦克风(02)连接，用于将外麦克风(04)和内麦克风(02)采集的波形转换为数字信号；

控制器(05)，其与第一模数转换器(03)的输出端连接，用于接收数字信号并控制系统输出；控制器(05)包括用于提取噪声信号有效区域的权重滤波器(0502)以及用于以误差信号、噪声信号为变量，对系统做出实时自适应调节的自适应滤波器(0501)；

第二模数转换器(07)，其与控制器(05)的输出端连接，用于将控制器(05)输出的数字信号转换为音频信号。

2.根据权利要求1所述的改良型自适应降噪耳机，其特征在于，

所述权重滤波器(0502)采用固定系数的权值矢量，其取值通过系统硬件属性确定，自适应滤波器(0501)采用LMP算法，其权系数矢量和内部参数根据系统输入信号根据系统输入动态调整。

3.一种改良型自适应降噪耳机的降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：

外界噪声(01)的信号n(t)直接被外麦克风(04)采集，经第一模数转换器(03)转换为数字信号，延时A个采样周期送入将信号n(n-A)送入控制器(05)；

外界噪声(01)经过耳机自身物理降噪后的噪音n*(t)被内麦克风(02)采集，同时v采集到的信号还有系统输出y(t)，即系统给出的当前时刻n*(t)的相反信号，以及耳机音乐信号m(t)，设u(t)＝m(t)+y(t)+n*(t)，u(t)经第一模数转换器(03)转换为数字信号u(n-A)送入控制器(05)；

u(n-A)、n(n-A)、m(n)为控制器(05)的输入，经时长为B个采样周期计算后得到输出y(n)，y(n)经延时C个采样周期的第二模数转换器(07)转换后得到音频信号y(t)，此时y(t)与耳机音乐信号m(t)相加输出至人耳(06)。

4.根据权利要求3所述的改良型自适应降噪耳机的降噪方法，其特征在于，

所述控制器(05)通过减法器得到误差信号e(n-A)＝u(n-A)-m(n)，噪声信号通过权重滤波器(0502)滤波得到系统输入x(n-A)，再经过自适应滤波器(0501)得到系统输出y(n)；

其中权重滤波器(0502)实质是一固定权系数矢量ω_xn，该矢量的各元素数值为常量，ω_xn的计算由截至频率f_n，阶数n，阻带衰减率As确定，其中阶数n由系统硬件计算能力与滤波效果确定，As由系统输出最大幅值与最小幅值确定：

截止频率f_n由噪声采样频率f_s、第一模数转换器(03)、控制器(05)，第二模数转换器(07)，系统电路分别延迟的A、B、C、D个采样周期所确定：

其目的是将周期小于系统总延迟的3倍的频率段滤除，大于f_n的频率段在噪声抵消过程中由于系统延迟会出现抬升现象；

自适应滤波器(0501)中采用最小平均p范数作为优化准则，对噪声进行自适应滤波；其中系统输出：

y(n)＝X^T(n)*W(n) (5-3)

式(5-3)中X(n)为系统当前输入与前k个时刻的输入组成的向量；

X(n)＝[x(n)x(n-1)x(n-2)...x(n-k)]^T (5-4)

W(n)为系统k+1阶权系数矢量：

W(n)＝[w₀(n)w₁(n)w₂(n)...w_k(n)]^T (5-5)

W(n)通过LMP最速下降法进行迭代，迭代公式为：

W(n+1)＝W(n)+μ*p*|e(n)|^p-1*sign(e(n))*X(n) (5-6)

式(5-6)中，e(n)为系统误差，

e(n)＝u(n-A)-m(n)＝n^*(n-A)+y(n) (5-7)

式(5-6)中，sign为符号函数，μ为迭代步长，其取值范围为：

0＜μ＜1/[(k+1)P_in] (5-8)

其中k+1为权系数数目，P_in为输入信号功率，μ的具体取值根据系统计算能力、精度要求和收敛速度要求综合考量；

式(5-6)中，p取值范围为：

1≤p≤α (5-9)

式(5-9)中，α取值由样本分位数法估计，将X(n)中元素按照升序排列得到；

x₍₁₎，x₍₂₎，...，x_(k)，x_(k+1) (5-10)

式(5-9)满足：

x₍₁₎≤x₍₂₎≤...≤x_(k)≤x_(k+1) (5-11)

估计其f分位数：

式(5-12)中，

由

确定i的取值；

则输入信号的样本分位数为：

通过查表或内插的方法得到所对应的α估计值。