用于耳戴式播放设备的音频系统和信号处理方法与流程

用于耳戴式播放设备的音频系统和信号处理方法
1.本公开涉及一种音频系统和一种信号处理方法，均用于耳戴式播放设备(例如头戴式耳机)，该耳戴式播放设备包括扬声器。
2.如今，包括耳塞的大量头戴式耳机采用增强用户声音体验的技术(诸如噪声消除技术)。例如，此类噪声消除技术被称为有源噪声控制或环境噪声消除，二者都缩写为anc。anc通常利用记录环境噪声，该环境噪声被处理以生成抗噪声信号，然后该抗噪声信号与有用的音频信号组合以经由头戴式耳机的扬声器播放。anc也能够用于其他音频设备，如手机或移动电话。
3.各种anc方法利用反馈(fb)麦克风、前馈(ff)麦克风或者反馈麦克风和前馈麦克风的组合。有效的ff和fb anc是通过调谐滤波器或通过根据给定的系统声学(例如经由均衡器)调节音频信号来实现的。
4.混合噪声消除头戴式耳机是众所周知的。例如，麦克风放置在直接声学耦合到耳膜的空间内，通常靠近头戴式耳机驱动器的前部。这被称为反馈(fb)麦克风。第二麦克风(前馈(ff)麦克风)放置在头戴式耳机的外部，使得该第二麦克风与头戴式耳机驱动器声学解耦。
5.为了使每个系统有效工作，头戴式耳机优选对用户的耳朵/头部进行近乎完美的密封，该密封在设备佩戴时不会发生变化，并且对任何用户都是一致的。由于配合不良导致的这种密封的任何变化都将改变声学效果，并最终改变anc的性能。这种密封通常位于耳垫与用户头部之间，或者位于耳塞的橡胶头与耳道壁之间。
6.对于大多数噪声消除头戴式耳机和耳塞，在佩戴时以及针对不同用户都要努力保持一致的配合，以确保头戴式耳机声学效果不会发生变化，并且始终与噪音滤波器有着良好的匹配。然而，当不同的人佩戴时，“泄漏”的耳塞和头戴式耳机(其在耳垫/耳塞与耳朵之间没有形成密封)在声学上会有很大的差异。此外，由于典型的日常头部运动，当耳塞在用户的耳朵中移动时，他们的声学效果可能会有所不同。因此，对于任何泄漏的头戴式耳机或耳塞，需要进行一些调整，以确保滤波器始终与声学效果匹配。
7.要实现的目的是提供一种用于根据耳戴式播放设备(如头戴式耳机、耳塞或移动手机)的声学泄漏状况调节有源噪声控制算法的改进构思。
8.这个目的通过独立权利要求的主题来实现。改进构思的实施例和改进方案在从属权利要求中限定。
9.改进构思基于这样的思想，即在所述耳戴式播放设备的常规使用期间，估计声学泄漏状况的程度，即确定在耳戴式播放设备与用户的耳道之间的声学泄漏的程度。因此，该泄漏状况例如通过经由噪声控制算法去除传输到用户耳道的声音信号的不需要部分而通常用于增强用户的声音体验。所述不需要部分可以是环境噪声，其程度例如取决于声学泄漏的程度。为了在不衰减所需信号(例如音频信号(诸如音乐信号))的情况下实现足够的噪声控制，改进构思还采用补偿滤波器，该滤波器将耳戴式播放设备的驱动器与fb麦克风响应传递函数相匹配，使得可以执行有效的信号去除以获得最佳的噪声控制结果。
10.相比之下，目前，用于传统耳塞和头戴式耳机的噪声控制滤波器(诸如前馈滤波器
和反馈滤波器)的调谐仅在anc设备的生产期间或生产结束时例如通过测量设备的声学特性来执行一次。特别地，在校准过程中，使用一些测量夹具(如人工头)，在人工头的耳道中安装麦克风来进行调谐。包括一些测试声音的播放的测量由某种处理设备进行协调，该处理设备能够是个人计算机等。为了使生产的每个anc设备达到最佳anc性能，必须在处理设备的控制下对anc设备中的每个进行专用测量，这非常耗时，尤其是在需要校准较大体积的anc设备的情况下。
11.在下文中，将解释改进构思，有时将头戴式耳机或耳塞作为播放设备的示例。然而，应当理解，本示例是非限制性的，并且也会被在用户使用期间能够发生不同的声学泄漏状况的其他类型的播放设备的技术人员理解。一般来说，术语“播放设备”应包括所有类型的音频再现设备。
12.在根据改进构思的用于耳戴式播放设备(如头戴式耳机、耳塞、移动电话、手机等)的音频系统的实施例中，该系统包括被配置为基于音频输出信号生成扬声器信号的扬声器。该系统还包括被配置为基于环境噪声和扬声器信号生成受干扰的音频信号的误差麦克风。音频系统的另外的麦克风被配置为基于环境噪声生成噪声信号。音频系统还包括第一噪声滤波器，该第一噪声滤波器被配置为通过对噪声信号应用滤波操作来生成第一补偿信号，并且基于经补偿的误差信号进行适配。
13.根据改进构思的音频系统还包括第一混合器，该第一混合器被配置为通过叠加音频信号、第一补偿信号和第二补偿信号来生成音频输出信号。音频系统的补偿滤波器被配置为通过对音频信号应用滤波操作来生成第三补偿信号，并基于声学泄漏状况进行适配。第二噪声滤波器被配置为通过对中间补偿信号应用滤波操作来生成第二补偿信号，该中间补偿信号是通过从受干扰的音频信号中减去第三补偿信号来生成的。
14.音频系统还包括误差补偿单元，该误差补偿单元被配置为基于受干扰的音频信号和第三补偿信号生成经补偿的误差信号。此外，音频系统还包括检测单元，该检测单元被配置为基于第一噪声滤波器的响应或者基于受干扰的音频信号和音频输出信号来估计声学泄漏状况。
15.例如，音频系统的扬声器被设置在播放设备的壳体中，使得第一空间被设置在扬声器的声音发射优先侧。壳体可以具有用于将第一空间耦合到用户耳道空间的开口。壳体还可以包括前通风口，该前通风口覆盖有声学电阻器，并将第一空间耦合到周围环境。由于耳塞与用户耳朵的配合不完美，前部空间还将经由声学泄漏耦合到周围环境。这种声学泄漏因人而异，取决于耳机在特定时间如何放置在耳朵中。误差麦克风例如是反馈误差麦克风，其设置在第一空间内，使其检测来自扬声器的声音输出以及环境声音(即环境噪声)。例如，它靠近开口设置。
16.此外，第二空间在壳体内设置在扬声器的背离声音发射优先侧的一侧。第二空间经由壳体的后通风口声学耦合到周围环境，该后通风口也可以覆盖有声学电阻器。另外的麦克风例如可以是前馈麦克风，其例如设置在后部空间的外部(即在壳体的外部)，以便主要感测环境噪声。
17.第一噪声滤波器例如是前馈噪声滤波器，并且被配置为通过对来自前馈麦克风的噪声信号进行滤波来生成第一补偿信号。前馈有源噪声控制ff anc算法经由前馈麦克风检测头戴式耳机外部的环境噪声，经由第一噪声滤波器对其进行处理，并向扬声器提供抗噪
声信号、第一补偿信号，使得抗噪声信号和噪声信号在耳朵的位置发生叠加，以产生噪声消除。具体而言，耳朵和/或误差麦克风的位置处的残余噪声err能够通过以下公式表征：
18.err＝ae-affm
·f·
de，
19.其中，ae是环境到耳朵的声学传递函数，affm是环境到ff麦克风的传递函数，f是ff滤波器，de是驱动器到耳朵的声学传递函数。
20.为了最小化残余噪声，有效的ff anc需要将第一噪声滤波器f与目标声学响应相匹配：
[0021][0022]
例如，第二噪声滤波器是反馈噪声滤波器，并且被配置为通过对中间补偿信号进行滤波来生成第二补偿信号，该中间补偿信号可以对应于受干扰的音频信号，其中所需信号(例如音频信号)或从所需信号导出的信号(即第三补偿信号)被减去。换句话说，中间补偿信号主要(如果不是仅仅)由受干扰的音频信号的一部分组成，该受干扰的音频信号的这部分由环境噪声通过误差麦克风产生，以下称为噪声部分。
[0023]
第一混合器被配置成通过叠加音频信号、第一补偿信号和第二补偿信号来生成提供给扬声器的音频输出信号。在这种情况下，第一补偿信号和第二补偿信号对应于破坏性地干扰在扬声器与误差麦克风和/或耳戴式播放设备的用户耳道的之间的环境噪声的信号。
[0024]
例如，补偿滤波器是类似于在us 2017/0140746 a1中描述的滤波器。根据改进构思，本公开中的补偿滤波器具有双重目的。出于这两个目的，补偿滤波器对音频信号应用滤波操作，用于生成第三补偿信号，使得第三补偿信号主要或仅仅由从扬声器信号生成并由误差麦克风检测到的受干扰的音频信号的一部分组成，以下称为扬声器部分。
[0025]
首先，这提供了一种音乐补偿机制，其用于补偿由反馈有源噪声控制fb anc算法衰减的音频信号，因为在这种情况下，第二噪声滤波器主要或仅仅地将滤波器函数应用于受干扰的音频信号的噪声部分。具体而言，提供给第二噪声滤波器的中间补偿信号主要或仅仅由受干扰的音频信号的噪声部分如果有的话仅与可忽略的扬声器部分一起组成。
[0026]
其次，对于音乐去除机制，第三补偿信号被提供给误差补偿单元，该误差补偿单元从受干扰的音频信号和从第三补偿信号生成经补偿的误差信号。例如，误差补偿单元适配第三补偿信号，以使其与受干扰的音频信号的扬声器部分相匹配。具体而言，误差补偿单元生成经补偿的误差信号，该经补偿的误差信号包括受干扰的音频信号的噪声部分，以及扬声器部分的最多仅可忽略贡献。
[0027]
因此，经补偿的误差信号被用于例如通过检测单元或调谐单元来适配第一噪声滤波器的响应，使得由另外的麦克风检测到的环境噪声能够例如如上所述通过前馈有源噪声控制算法ff anc以更有效的方式从受干扰的音频信号(即由误差麦克风检测到的信号)中去除。为此，有效ff-anc的第一噪声滤波器的响应的精确匹配因此需要仅包括受干扰的音频信号的噪声贡献的接近完美的经补偿的误差信号。
[0028]
实际上，声学传递函数能够根据头戴式耳机的配合情况而发生变化。对于具有将前空间声学耦合到周围环境的高度可变泄漏的泄漏耳机，传递函数ae、de和从驱动器到误差麦克风的声学传递函数dfbm实质性地改变，使得响应于耳道中的声学信号，有必要至少
适配第一噪声滤波器，并且可选地适配第二噪声滤波器，以最小化误差。
[0029]
从第一噪声滤波器的适配响应或从驱动器到误差麦克风的传递函数，能够通过检测单元来检测和估计声学泄漏状况。例如，检测单元被配置为将音频输出信号与受干扰的音频信号进行比较，并基于比较的结果(例如基于两个信号之间的偏差)估计声学泄漏状况。
[0030]
替代地或附加地，检测单元被配置为监测第一噪声滤波器的响应，并基于所述响应估计声学泄漏状况。例如，检测单元被配置为将第一噪声滤波器的响应与用于估计声学泄漏状况的预定响应进行比较。
[0031]
因此，声学泄漏状况用来适配补偿滤波器。例如，补偿滤波器的响应根据电流或变化的声学泄漏进行适配。例如，补偿滤波器的响应被配置为匹配在扬声器与误差麦克风之间的依赖于声音泄漏的驱动器响应。这样，能够实现如上所述的有效噪声控制算法，以增强耳戴式播放设备的用户的声音体验。
[0032]
在一些实施例中，误差补偿单元包括第二混合器，该第二混合器被配置成通过从受干扰的音频信号中减去基于第三补偿信号的去除信号来生成经补偿的误差信号。
[0033]
为了使第三补偿信号尽可能匹配受干扰的音频信号的噪声部分，这些实施例中的误差补偿单元被配置为进一步调节第三补偿信号，以例如通过应用另外的滤波器函数来实现驱动器到误差麦克风响应的更好的匹配。
[0034]
在一些实施例中，误差补偿单元还包括滤波器元件，该滤波器元件被配置为从第三补偿信号生成去除信号。此外，为了生成去除信号，滤波器元件能够被配置为对第三补偿信号应用滤波操作。替代地或附加地，为了生成去除信号，误差补偿单元能够被配置成根据第三补偿信号和经补偿的误差信号来控制滤波器元件的可调增益。
[0035]
例如，误差补偿单元包括反馈回路，该反馈回路被配置成基于在经补偿的误差信号与第三补偿信号之间的偏差来控制滤波器元件(例如滤波器元件的可调增益和/或响应)。这使得第三补偿信号与受干扰的音频信号的扬声器部分能够有效匹配。这样，受干扰的音频信号的噪声部分能够有效地被隔离为经补偿的误差信号。
[0036]
在一些实施例中，误差补偿单元被配置为通过对第三补偿信号和经补偿的误差信号应用误差最小化算法、尤其是最小均方算法来控制可调增益。
[0037]
在所确定的泄漏状况不准确的情况下，例如在音频系统的适配过程期间或之前，补偿滤波器的滤波器参数可能部分不准确。在这些情况下，误差最小化算法尤其能够导致额外的准确度和/或更快的适配。
[0038]
在一些实施例中，第二噪声滤波器还被配置为基于泄漏状况进行适配。
[0039]
在这些实施例中，第二噪声滤波器(即反馈滤波器)的响应也基于电流或变化的声学泄漏状况进行适配。这允许进一步提高有源噪声控制的效率，因为fb anc的性能能够在很大程度上依赖于声学泄漏状况。
[0040]
在一些实施例中，检测单元被配置为在扬声器信号与环境噪声之间的比率超过设定阈值时，基于受干扰的音频信号和音频输出信号来估计泄漏状况。此外，这些实施例中的检测单元被配置为基于第一噪声滤波器、尤其是第一噪声滤波器的滤波器参数来估计泄漏状况。
[0041]
根据扬声器信号的声压级，从而根据环境噪声在受干扰的音频信号中的贡献，声
学泄漏的确定可能以一种方式比另一种方式更准确。例如，与环境噪声级相比，如果以高声压级从扬声器输出音频信号，则与从扬声器输出低电平音频信号或无音频信号的情况相比，经由驱动器响应确定声学泄漏状况可以更准确。在后一种情况下，经由第一滤波器的响应确定泄漏更准确。因此，这些实施例中的检测单元被配置为确定扬声器信号与环境噪声之间的比率，并基于该确定按照相应的方法估计声学泄漏状况。
[0042]
在一些实施例中，泄漏状况表征播放设备的环境与由用户的耳道和播放设备的空腔限定的空间之间的声学泄漏。在此，空腔被设置在扬声器的声音发射优先侧。
[0043]
在一些实施例中，估计泄漏状况包括确定泄漏值。
[0044]
描述声学泄漏状况的一种方便方法是确定实际泄漏值，该实际泄漏值量化了当前存在的声学泄漏状况。例如，泄漏值被计算为0至1之间的归一化值，将确定的声学泄漏缩放(scaling)到预定的最大声学泄漏和/或最小声学泄漏。泄漏值为0表示可能的最小声学泄漏或无泄漏，泄漏值为1表示最大可接受的声学泄漏，即在播放设备在前部空间与周围环境之间具有非常大的泄漏的情况下。
[0045]
在一些实施例中，补偿滤波器基于泄漏状况与查找表中的参考泄漏状况的比较来进行适配。
[0046]
例如，查找表包括许多预定的声学泄漏状况，例如在与补偿滤波器的参数相关联的不同声学泄漏状况下测量的校准泄漏值。检测单元或调谐单元可以包括具有所述查找表的存储器，并且被配置为通过根据估计的声学泄漏状况设置相关联的参数之一来适配补偿滤波器的响应。
[0047]
查找表能够是粗略的，例如它包括五个预定的声学泄漏状况。然后，如果估计的泄漏状况处于两个预定的声学泄漏状况之间，则能够将检测单元或调谐单元配置为从查找表的两个相邻点内插得到补偿滤波器的参数。这个过程对于音乐补偿机制来说已经足够了。
[0048]
然而，对于音乐去除机制，对受干扰的音频信号的噪声部分进行更高级别的隔离是必不可少的。因此，对于音乐去除机制，采用误差补偿单元以便减少在补偿滤波器的响应与驱动器响应之间的显著误差。这实现了在生成补偿误差信号期间从受干扰的音频信号中去除音乐信号的显著提高的准确度。
[0049]
将误差补偿单元用于音乐补偿和音乐去除机制(例如经由补偿滤波器本身的可调增益)以用于高度优化的音乐补偿和音乐去除滤波器似乎是显而易见的，然而，这实际上是不利的。具体而言，音乐补偿滤波器的任何适配(例如经由适配增益)都需要误差信号来反馈与目标响应的任何偏差，如上文针对一些实施例所述。如果可调增益是补偿滤波器本身的增益，则被配置为减少用于生成经补偿的误差信号的扬声器部分的反馈回路的操作能够导致补偿滤波器的增益的期望适配，以便匹配驱动器响应，从而从受干扰的音频信号中有效地去除尽可能多的扬声器信号。然而，反馈回路的操作也能够导致补偿滤波器的增益降低，以减少到达第二噪声滤波器的音频信号量。这是一种不希望出现的效果，因为从用户的角度来看，音频信号(例如音乐)会显著衰减。
[0050]
因此，所提出用于音乐补偿机制的查找表的解决方案消除了这一冲突，并且还简化了处理，因为操作自适应过程需要额外的计算步骤，用于实现确保稳定性的安全措施。由于没有直接参考，具有例如1db的小误差的用于音乐补偿机制的查找表是可以接受的。也就是说，当噪声消除关闭时，用户会感觉到来自头戴式耳机的声音频谱相对于驱动器响应略
有不同，然而，这种差异小到在正常操作中几乎不明显，并且与变化的泄漏导致的频谱差异相比很小。
[0051]
相反，如果在受干扰的音频信号的噪声部分与第三补偿信号之间的音乐去除机制中存在类似的小误差，则用于生成经补偿的误差信号的扬声器信号的衰减或去除将显著减小。由于要从受干扰的音频信号中减去第三补偿信号，即直接将第三补偿信号与受干扰的音频信号进行比较，因此需要接近完美的匹配以获得良好的衰减。因此，由误差补偿单元实现的附加自适应阶段被用于音乐去除机制。
[0052]
该目的还通过一种耳戴式播放设备来解决，该耳戴式播放设备包括根据上述实施例之一的音频系统。例如，耳戴式播放设备是头戴式耳机或耳塞。一般来说，术语播放设备包括所有类型的音频再现设备。在指定了术语音乐的情况下，应当理解，该术语能够包括任何已知信号，例如语音记录。
[0053]
该目的还通过一种用于耳戴式播放设备的信号处理方法来解决，该耳戴式播放设备具有基于音频输出信号生成扬声器信号的扬声器、具有被配置为基于环境噪声生成噪声信号的另外的麦克风、并且具有被配置为基于扬声器信号和环境噪声生成受干扰的音频信号的误差麦克风。该方法包括：通过对噪声信号应用第一噪声滤波器的滤波操作来生成第一补偿信号；通过叠加音频信号、第一补偿信号和第二补偿信号来生成音频输出信号；以及通过对音频信号应用补偿滤波器的滤波操作来生成第三补偿信号。该方法还包括通过对中间补偿信号应用第二噪声滤波器的滤波操作来生成第二补偿信号，该中间补偿信号通过从受干扰的音频信号中减去第三补偿信号来生成。
[0054]
该方法还包括基于受干扰的音频信号和第三补偿信号生成经补偿的误差信号、基于第一噪声滤波器或受干扰的音频信号和音频输出信号估计泄漏状况、基于经补偿的误差信号适配第一噪声滤波器以及基于泄漏状况适配补偿滤波器。
[0055]
从上述音频系统的实施例中，该信号处理方法的其他实施例对于技术人员来说是显而易见的。
[0056]
下面将借助附图更详细地描述该改进构思。在所有附图中，具有相同或相似功能的元件具有相同的附图标记。因此，在以下对附图的描述中不必重复对它们的描述。
[0057]
在附图中：
[0058]
图1示出了头戴式耳机的示意图；
[0059]
图2示出了通用自适应anc系统的框图；
[0060]
图3示出了“泄漏”型耳塞的示例表示；
[0061]
图4示出了用户佩戴的示例头戴式耳机，其具有来自环境声源的多个声音路径；
[0062]
图5示出了启用anc的手机的示例表示；以及
[0063]
图6示出了用于根据改进构思的耳戴式播放设备的音频系统的示例性实施例的框图。
[0064]
图1示出了呈头戴式耳机hp形式的启用anc的播放设备的示意图，在该示例中，该头戴式耳机被设计为耳罩式耳机或耳包式耳机。仅示出了头戴式耳机hp对应于单个音频通道的部分。然而，对于本领域技术人员来说，扩展到立体声头戴式耳机将是显而易见的。头戴式耳机hp包括承载扬声器sp、反馈噪声麦克风或误差麦克风fb_mic和环境噪声麦克风或前馈麦克风ff_mic的壳体hs。误差麦克风fb_mic被特别引导或设置成使其记录环境噪声和
在扬声器sp上播放的声音两者。可选地，误差麦克风fb_mic被设置成靠近扬声器，例如靠近扬声器sp的边缘或靠近扬声器的膜。替代地，误差麦克风fb_mic可以被设置成靠近头戴式耳机hp的用户的耳道。环境噪声/前馈麦克风ff_mic被特别引导或设置成使其主要记录来自头戴式耳机hp外部的环境噪声。
[0065]
当用户佩戴头戴式耳机hp时，可以根据改进构思使用误差麦克风fb_mic以提供误差信号，该误差信号是确定头戴式耳机hp的佩戴状况或声学泄漏状况的基础。
[0066]
在图1的实施例中，可以包括根据改进构思的检测单元det、调谐单元tu和/或误差补偿单元ecu的适配单元adp位于头戴式耳机hp内，用于执行各种信号处理操作，其示例将在以下公开内容中描述。调谐单元tu、检测单元det和误差补偿单元ecu可以被设置为单个单元或单独地设置。它们也可以放置在头戴式耳机hp之外，例如放置在位于移动手机或电话中或者头戴式耳机hp的电线内的外部设备中。
[0067]
图2示出了通用自适应anc系统的框图。该系统包括误差麦克风fb_mic和前馈麦克风ff_mic，两者都将它们的输出信号提供给适配单元adp。用前馈麦克风ff_mic记录的噪声信号还被提供给前馈滤波器f，用于生成经由扬声器sp输出的抗噪声信号。在误差麦克风fb_mic处，从扬声器sp输出的声音与环境噪声结合，并被记录为误差信号，该误差信号包括anc后的环境噪声的剩余部分。声音适配单元adp使用该误差信号来调节前馈滤波器的滤波器响应。
[0068]
图3示出了“泄漏”型耳塞的示例表示，即在周围环境与耳道ec之间存在一些泄漏的耳塞。特别地，在周围环境与耳道ec之间存在声音路径，在图中表示为“声学泄漏”。
[0069]
图4示出了用户佩戴的具有多个声音路径的头戴式耳机hp的示例配置。图4中所示的头戴式耳机hp是启用噪声消除的音频系统as的任何耳戴式播放设备的示例，并且能够例如包括入耳式耳机或耳塞、贴耳式耳机或耳罩式耳机。除了头戴式耳机，耳戴式播放设备还可以是移动电话或类似设备。
[0070]
本示例中的头戴式耳机hp具有扬声器sp、反馈噪声麦克风fb_mic以及可选的环境噪声麦克风ff_mic，该环境噪声麦克风例如被设计为前馈噪声消除麦克风。为了更好地概览，此处未示出头戴式耳机hp的内部处理细节。
[0071]
在图4所示的配置中，存在多个声音路径，这些声音路径中的每一个均能够由各自的声学响应函数或声学传递函数表示。例如，第一声学传递函数dfbm表示在扬声器sp与反馈噪声麦克风fb_mic之间的声音路径，并且可以被称为驱动器到反馈响应函数。第一声学传递函数dfbm可以包括扬声器sp本身的响应。第二声学传递函数de表示在头戴式耳机的扬声器sp(可能包括扬声器sp本身的响应)与暴露于扬声器sp的用户的耳膜ed之间的声学路径，并且可以被称为驱动器到耳朵响应函数。第三声学传递函数ae表示在环境声源与耳膜ed之间的穿过用户的耳道ec的声学路径，并且可以被称为环境到耳朵响应函数。第四声学传递函数afbm表示在环境声源与反馈噪声麦克风fb_mic之间的声学路径，并且可以被称为环境到反馈响应函数。本公开限定的驱动器响应是由第一声学传递函数dfbm和第四声学传递函数afbm，即误差麦克风fb_mic检测到的总声音信号引起的。
[0072]
关于环境噪声麦克风ff_mic，第五声学传递函数affm表示在环境声源与环境噪声麦克风ff_mic之间的声学路径，并且可以被称为环境到前馈响应函数。
[0073]
头戴式耳机hp的响应函数或传递函数，尤其是在麦克风fb_mic和ff_mic与扬声器
sp之间的响应函数或传递函数，能够与反馈滤波器函数b和前馈滤波器函数f一起使用，该滤波器函数可以在操作期间被参数化为噪声消除滤波器。
[0074]
为了更好地概览，图4中省略了对麦克风信号的任何处理或任何信号传输。然而，对麦克风信号进行处理以执行anc可以在位于头戴式耳机或其他耳戴式播放设备内的处理器中实现，或者在头戴式耳机外部的专用处理单元中实现。处理器或处理单元可以被称为适配单元。如果处理单元被集成到播放设备中，则播放设备本身可以形成启用噪声消除的音频系统as。如果在外部执行处理，则外部设备或处理器与播放设备一起可以形成启用噪声消除的音频系统as。例如，可以在移动设备(如移动电话或移动音频播放器)中执行处理，头戴式耳机有线或无线地连接到该移动设备。
[0075]
在各种实施例中，fb或误差麦克风fb_mic可以位于专用腔体中，例如在ams的申请ep17208972.4中详述的。
[0076]
现在参照图5，呈现了启用噪声消除的音频系统as的另一个示例。在该示例实施方式中，该系统由移动设备(如移动电话mp)形成，该移动设备包括播放设备，其具有扬声器sp、反馈或误差麦克风fb_mic、环境噪声或前馈麦克风ff_mic以及用于在操作期间执行尤其是anc和/或其他信号处理的适配单元adp。
[0077]
在另外的实施方式(未示出)中，头戴式耳机hp(例如如图1或图4所示的头戴式耳机hp)能够连接到移动电话mp，其中，来自麦克风fb_mic、ff_mic的信号从头戴式耳机传输到移动电话mp、特别是移动电话的处理器proc，用于生成要在头戴式耳机的扬声器上播放的音频信号。例如，根据头戴式耳机是否连接到移动电话，利用移动电话内部的部件(即扬声器和麦克风)或利用头戴式耳机的扬声器和麦克风来执行anc，从而分别使用不同组滤波器参数。
[0078]
下面将结合具体使用示例对改进构思的几种实施方式进行描述。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，针对实施方式描述的细节仍然可以应用于其他实施方式。
[0079]
图6示出了根据改进构思的混合anc音频系统as的框图。音频系统as包括误差麦克风fb_mic和前馈麦克风ff_mic。来自前馈麦克风ff_mic的噪声信号n被提供给前馈型第一噪声滤波器f，用于生成作为抗噪声信号的第一补偿信号cs1，该抗噪声信号被提供给第一混合器ml。在误差麦克风fb_mic处，扬声器信号sps与环境噪声noise相结合，并被记录为受干扰的音频信号e，该受干扰的音频信号包括anc之后的环境噪声的剩余部分。
[0080]
受干扰的音频信号e被提供给第三混合器m3，该混合器执行音乐补偿处理，即从所述受干扰的音频信号e中减去第三补偿信号cs3，并将得到的中间补偿信号提供给反馈型第二噪声滤波器b，用于生成另一抗噪声信号(第二补偿信号cs2)。对于减法，第三混合器m3可以是加法混合器，其包括例如在其输入之一上的信号反相器。通过第一混合器ml将第二补偿信号cs2与音频信号in(例如音乐信号)和第一补偿信号cs1叠加以生成音频输出信号，该音频输出信号通过扬声器sp被转换为扬声器信号sps。
[0081]
第三补偿信号cs3通过补偿滤波器c从音频信号in生成。如上所述，除了用于音乐去除处理的误差补偿单元ecu之外，第三补偿信号cs3被提供给第三混合器m3。详细地，误差补偿单元ecu被配置为调节第三补偿信号cs3，使其与受干扰的音频信号e的扬声器部分相匹配。误差补偿单元ecu的第二混合器m2通过从受干扰的音频信号e中减去经调节的补偿信号来生成经补偿的误差信号em，使得经补偿的误差信号em仅或基本上仅包括受干扰的音频
信号e的噪声部分。
[0082]
通过将可调滤波器元件x的滤波操作应用于第三补偿信号cs3，来从第三补偿信号cs3生成经调节的补偿信号。例如，可调滤波器元件x是可调增益的，并通过包括控制单元ctrl的反馈回路进行调节，该控制单元对第三补偿信号cs3和经补偿的误差信号em进行比较，并基于该比较调节可调滤波器元件x的增益。为此，例如，控制单元ctrl应用误差最小化算法(例如最小均方算法)。
[0083]
第一噪声滤波器f的响应根据经补偿的误差信号em进行调节，使得通过第一补偿信号cs1(即通过ff anc)，更有效地去除受干扰的音频信号e中的残余噪声部分。
[0084]
检测单元det被配置为根据第一噪声滤波器f的响应或根据受干扰的音频信号e和音频输出信号来估计声学泄漏状况。如果相对于环境噪声noise或噪声n的电平，音频信号in的电平超过预定阈值，则检测单元det例如根据驱动器响应(即受干扰的音频信号e和音频输出信号)来估计声学泄漏状况，否则根据第一噪声滤波器f的响应来估计声学泄漏状况。为了确定是否超过所述阈值，检测单元例如能够被配置为测量音频部分相对于受干扰的音频信号e的噪声部分的电平。
[0085]
关于通过驱动器响应对声学泄漏状况的估计，检测单元能够被配置为将音频输出信号与受干扰的音频信号进行比较，并基于比较的结果(例如基于两个信号之间的偏差)估计声学泄漏状况。
[0086]
关于通过第一噪声滤波器f的响应对声学泄漏状况的估计，检测单元能够被配置为监测第一噪声滤波器f的可调节响应，并基于所述响应来估计声学泄漏状况。例如，检测单元被配置为将第一噪声滤波器f的响应与预定响应进行比较来估计声学泄漏状况。
[0087]
检测引擎det能够被配置为生成用于量化耳塞的实际泄漏状况的泄漏值。因此，泄漏值被提供给调谐单元tu，用于调节补偿滤波器c的响应，使其与驱动器响应(即，从扬声器sp到误差麦克风fb_mic的传递函数)相匹配。例如，调谐单元tu包括具有查找表的存储器，该查找表包括多个参考泄漏值和各自相关联的滤波器响应。然后，调谐单元tu被配置为通过根据从检测单元det接收到的泄漏值设置相关联的滤波器响应之一来调节补偿滤波器c的响应。如果从检测单元det接收到的泄漏值在参考泄漏值中的两个之间，则调谐单元tu还能够被配置为内插得到补偿滤波器c的适配结果。
[0088]
此外，调谐单元tu还能够被配置成根据从检测单元det接收到的泄漏值(例如基于第二查找表)来调节第二噪声滤波器b的响应。
[0089]
调谐单元tu、检测单元det和误差补偿单元ecu的组合基本上构成了图1、图2和图5所示的适配单元adp，并且例如能够被设置为单个封装中的组合asic。
[0090]
如图6所示的音频系统as的实施例实现了包括fb anc和自适应ff anc的anc，并将补偿滤波器c与驱动器响应相匹配，使得能够执行音乐补偿和音乐去除处理两者，以在考虑到声学泄漏且不衰减所需输入信号in的情况下，实现增强的anc。可选地，fb anc同样能够基于泄漏情况自适应。
[0091]
附图标记
[0092]
hp头戴式耳机
[0093]
hs壳体
[0094]
sp驱动器或扬声器
[0095]
fb_mic误差麦克风或反馈麦克风
[0096]
ff_mic环境麦克风或前馈麦克风
[0097]
f第一噪声(前馈)滤波器
[0098]
b第二噪声(反馈)滤波器
[0099]
c补偿滤波器
[0100]
adp适配单元
[0101]
ctrl控制单元
[0102]
det检测单元
[0103]
ec耳道
[0104]
ecu误差补偿单元
[0105]
ed耳膜
[0106]
m1、m2、m3混合器
[0107]
tu调谐单元
[0108]
x可调滤波器元件
[0109]
dfbm驱动器到反馈响应函数
[0110]
de驱动器到耳朵响应函数
[0111]
ae环境到耳朵响应函数
[0112]
afbm环境到反馈响应函数
[0113]
affm环境到前馈响应函数
[0114]
noise环境噪声
[0115]
mp移动电话
[0116]
cs1、cs2、cs3补偿信号
[0117]
e受干扰的音频信号
[0118]
em经补偿的误差信号
[0119]
in输入信号
[0120]
n噪声信号
[0121]
sps扬声器信号