噪声消除麦克风装置的制造方法
【专利说明】噪声消除麦克风装置
[0001]相关串请
[0002]本申请要求2013年3月13日提交的美国临时申请第61/780，108号的权益。本申请还要求2013年6月25日提交的美国临时申请第61/839，211号的权益。本申请还要求2013年6月25日提交的美国临时申请第61/839，227号的权益。本申请还要求2013年12月6日提交的美国临时申请第61/912，844号的权益。
[0003]本申请与代理人案号为第0717.2220-001 号的 Dashen Fan 的“Eye Glasses WithMicrophone Array”在同一天(2014年2月14日)被共同提交。本申请与代理人案号为第0717.2221-001 号的 Dashen Fan 的“Sound Induct1n Ear Speaker For Eye Glasses”在同一天(2014年2月14日)被共同提交。本申请与代理人案号为第0717.2229-001号的Kenny Chow 等人的 “Eyewear Spectacle With Aud1 Speaker In The Temple，，在同一天(2014年2月14日)被共同提交。
[0004]以上申请的整个教示通过引用合并于此。
【背景技术】
[0005]在很多记录声音的计算机和电子系统中，理想的是降低背景噪声。降低背景噪声可以向用户提供诸如输出更清楚的音频信号之类的优点。降低背景噪声还可以向诸如自动语音识别之类的过程提供优点。
[0006]噪声消除近距离通话麦克风的声学特性通常非常有用。这样的麦克风(本文中也称为“mic”)通常具有长吊杆形状因子，其将麦克风定位在用户的嘴巴前面。然而，这样的形状因子具有缺点，包括由于来自用户的嘴巴的不间断的湿度在麦克风隔膜(ECM麦克风)的表面上累积而产生的恶化的性能以及多数用户感受到的由于形状因子而产生的不便和烦恼。
[0007]因此，需要一种克服或者最小化以上提及的问题的噪声消除麦克风装置及其使用方法。
【发明内容】
[0008]更具体地，一些实施例包括:缩短吊杆，从用户的嘴巴移走麦克风，使用诸如聚合物或橡胶延伸部或套之类的声学外壳以延伸麦克风的声学端口，因此延伸有效的近距离通话范围同时维持用于远距离噪声的噪声消除属性。
[0009]本发明的示例实施例包括短吊杆头戴式耳麦(诸如用于合适用于企业电话中心、工业和一般移动使用的电话的音频头戴式耳麦)、安装在眼镜框架上或者内的具有输入线(导线、线缆或者其他连接器)的内嵌式“耳塞”头戴式耳麦、近眼(NTE)头戴式耳麦显示器或者头戴式耳麦计算设备、用于非常嘈杂的环境的长吊杆头戴式耳麦(诸如工业、军事和航空应用)、以及可以用于提供影院或交响乐厅类型品质声学而没有结构成本的鹅颈式桌面风格麦克风。
[0010]示例实施例以及本发明的另外的细节和优点按照权利要求更详细地被呈现。本文中所呈现的本发明的耦合的特征可以在物理上和/或在通信上耦合(例如使用有线连接或者无线地)。
[0011]示例实施例包括一种降低噪声的方法，该方法包括:基于至少两个接收到的音频信号在波束形成器处形成主信号以及一个或多个参考信号；在语音活动检测器处检测语音活动，其中语音活动检测器接收主信号和参考信号并且输出期望的语音活动信号；在自适应噪声消除器处自适应地消除噪声，其中自适应噪声消除器接收主信号、参考信号和期望的语音活动信号并且输出自适应噪声消除信号；以及在接收所述期望的语音活动信号和自适应噪声消除信号并且输出期望的语音信号的降噪器处降低噪声。
[0012]本发明的另外的示例实施例可以包括一种噪声消除数字信号处理器(DSP)，该噪声消除DSP包括:波束形成器，被配置成或者在通信上耦合以接收至少两个音频信号并且基于该至少两个音频信号输出主信号以及一个或多个参考信号；语音活动检测器，被配置成或者在通信上耦合以接收主信号和参考信号并且输出或者产生期望的语音活动信号；以及自适应噪声消除器，被配置成或者在通信上耦合以接收主信号、参考信号和期望的语音活动信号并且输出或者产生自适应噪声消除信号；以及降噪器，被配置成或者在通信上耦合以接收期望的语音活动信号和自适应噪声消除信号并且输出或者产生期望的语音信号。
[0013]本发明的另外的示例实施例可以包括被配置成或者在通信上耦合以控制自适应噪声消除器和降噪器的期望的语音活动信号。语音活动检测器还可以包括:一个或多个短时检测器，在通信上耦合以或者被配置成分别检测所接收的主信号和参考信号中的每个信号的短时功率；一个或多个对数定标器或者放大器，在通信上耦合以或者被配置成分别变换每个短时检测器的短时功率检测为对数刻度(例如以dB为单位)；以及一个或多个组合器，在通信上耦合以或者被配置成接收主信号和参考信号中的一个参考信号的放大的短时功率检测，并且基于主信号检测和参考信号检测之间的差值产生或者输出语音活动差值信号(例如以dB为单位)。短时检测器可以耦合以接收参考信号或者主信号作为输入并且向级联放大器输出所检测的短时功率。短时检测器和放大器可以对于每个相应的信号而言是串联的。放大器可以是对数变换器(也被称为对数放大器或者对数定标器)。组合器可以组合相邻信号(诸如主信号与至少一个参考信号中的一个参考信号)以通过从主信号中减去参考信号的检测来产生语音活动差值信号(反之亦然)。
[0014]在另外的示例实施例中，语音活动差值信号可以在通信上耦合到输出期望的语音活动信号的单信号通道语音活动检测器。语音活动检测器还可以包括一个或多个或门或者与门，或门或者与门的选择基于麦克风配置，或门或者与门被布置成接收多个期望的语音活动信号并且基于或门真值(或者逻辑)表输出多个期望的语音活动信号之一。多个期望的语音活动信号还可以是最终合并的期望的语音活动信号。短时检测器可以是均方根(RMS)检测器、功率检测器、能量检测器等。
[0015]在另外的示例实施例中，波束形成器可以包括一个或多个低通滤波器(LPF)(例如去加重滤波器)。LPF可以被布置成在由语音活动检测器接收之前对主信号和参考信号中的每个信号进行滤波。可以使用单一的多信号LPF或者可以使用用于每个信号的各个LPF0 LPF可以具有相同的频率响应或者传输函数特性。替选地，LPF可以具有用于每个信号的不同的频率响应和传输函数特性。LPF可以具有从大致在IkHz与4kHz之间的频率处开始并且继续到奈奎斯特频率的渐进式滚降斜坡。波束形成器还可以包括被布置成对参考信号和/或主信号进行滤波的频率响应匹配滤波器。频率响应匹配滤波器可以用于调节增益、相位和/或对信号的频率响应定形状。频率响应匹配滤波器可以用于匹配参考信号和/或主信号的频率响应。
[0016]在另外的示例实施例中，双向压力梯度麦克风元件可以向VAD模块和通道噪声降低模块提供或者输出至少两个音频信号。双向压力梯度麦克风元件可以具有两个声学端口。压力梯度麦克风元件可以被密封在声学外壳或者声学延伸部或者橡胶套(诸如聚合物或橡胶延伸部或套)内。本文中所使用的术语“密封”或者“被密封”通常指代气密性或者密闭性密封。声学延伸部可以包括用于每个声学端口的声学导管。声学导管可以延伸每个声学端口的范围。因此，可以增加麦克风的近场通话范围。压力梯度麦克风元件或者用声学外壳可以进一步被气密性地安装在管子内。管子可以是圆柱形、方形或者任何其他形状。管子可以包括至少一对声学开口和挡风板材料。声学开口以等于或大于每个声学端口的范围的距离沿着管子被纵向等距间隔。挡风板材料可以是泡沫或者挡风材料并且可以用于填充在声学开口与声学端口之间的管子的内部。圆柱形管子可以是耦合到头戴式耳麦设备的短吊杆。
[0017]在另外的示例实施例中，麦克风阵列可以生成至少两个音频信号。至少两个音频信号可以在波束形成器处被接收。可以对音频信号进行数字化。麦克风阵列可以包括至少两个压力梯度麦克风元件，每个压力梯度麦克风元件具有两个声学端口。声学端口可以是用于声波的进入点(输入)。两个压力梯度麦克风元件可以是双向的和相同的。两个压力梯度麦克风元件还可以被密封在声学外壳、声学延伸部或者气密性橡胶套内。声学外壳、延伸部或者橡胶套可以包括用于每个声学端口的声学导管。声学导管可以延伸每个声学端口的范围。因此，可以增加麦克风的近场通话范围。压力梯度麦克风元件还可以被气密性地串联安装在基本上圆柱形的管子内。圆柱形管子可以包括至少三个声学开口和挡风板材料或者泡沫填充材料。声学开口可以以等于或大于每个声学端口的范围的距离沿着管子被纵向等距间隔。挡风板材料或者泡沫填充材料可以用于填充在声学开口与声学端口之间的管子内部空间，从而阻挡风和风噪声。挡风板可以是泡沫材料或者其他材料(例如橡胶套上的挡风套筒)。圆柱状的管子可以是耦合到头戴式耳麦设备的短吊杆。圆柱状的管子还可以耦合到鹅颈式桌面麦克风设备。
[0018]在另外的实施例中，两个全向麦克风和附加的波束形成可以替代具有声学延伸部的压力梯度麦克风。例如，每个压力梯度麦克风元件可以被两个全向麦克风元件代替，其中一个全向麦克风元件大致被定位在每个声学端口的位置处(在每个声学扩展导管的端部处)。由两个全向麦克风元件产生的输出或输出音频信号可以被波束形成器接收并且被处理以产生等同于压力梯度麦克风波束图案的波束图案。波束形成器可以是模拟波束形成器或者数字波束形成器(其电子地形成波束)。具有声学端口延伸部的双向麦克风可以被两个全向麦克风代替，每个全向麦克风在声学延伸部导管的端部和附加波束形成器电路处大致被定位在声学端口的位置处。
[0019]在另外的示例实施例中，麦克风阵列可以耦合到长吊杆头戴式耳麦设备。这样的长吊杆头戴式耳麦可以呈现为常规的近距离通话麦克风；然而，其是具有两个并联的麦克风的大吊杆麦克风。麦克风吊杆的端部可以被布置用于在用户的嘴巴前面定位，而其余麦克风元件被布置用于在用户的嘴巴侧面定位。麦克风的端部因此保持距用户的嘴巴很短的距离。这样的近距离通话长吊杆设计可以在非常严重的噪声环境中使用，包括军事、航空和工业环境。这样的设备可以提供有用的噪声消除性能。麦克风阵列可以包括两个压力梯度噪声消除麦克风，其中麦克风之一被直接定位在用户的嘴巴的前面，而另一个麦克风被定位在用户的嘴巴的侧面。两个麦克风在单个外壳(壳体)或者相同的壳体中可以相同。麦克风图案可以在方向上彼此平行并且垂直于吊杆。外壳内的每个麦克风可以具有前开口和后开口。数字信号处理电路可以位于外壳内并且在麦克风之间。阵列可以包括取代压力梯度噪声消除麦克风的双向麦