專利名稱：采用雙話筒回聲抵銷的噪聲抑制系統(tǒng)的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明是有關(guān)聲學(xué)裝置，詳細(xì)的說本發(fā)明是在有噪聲環(huán)境下抑制噪聲的系統(tǒng)。
發(fā)明的背景在許多場合下存在著有害的噪聲。譬如，工廠中的機(jī)器、飛機(jī)發(fā)動機(jī)、汽車交通等產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度有損于聽覺，干擾語言的交流。
有害噪聲的主要組分是來自噪聲源的直接聲波d(t)。有害噪聲的第二組分是直接聲波到反射面反射回來的回波，如建筑物的外墻或者內(nèi)墻。在空曠的環(huán)境下，噪聲主要是直接噪聲。當(dāng)在一般環(huán)境下，總是存在著從主要聲源到達(dá)建筑物或墻面反射回來的回波，這個(gè)回波加在原來直接的噪聲上。在有限的封閉環(huán)境下，同一個(gè)聲波在內(nèi)墻和室內(nèi)物體的表面余產(chǎn)生多次回波r(t).話筒收到的噪聲s(t)包括直接聲波d(t)和由反射回來的多次反射波。
譬如在采礦工業(yè)中的一個(gè)主要問題是反射回響噪聲，通常采礦是地下，在一個(gè)封閉的地點(diǎn)進(jìn)行的，由基本勻質(zhì)材料的反射墻圍繞著，日常使用的強(qiáng)大的采礦設(shè)備產(chǎn)生著聲音響聲，在這種噪聲環(huán)境下，使采礦工人語言交流非常困難，除此之外，直接噪聲再加上從礦道表面的回響和礦道中采礦設(shè)備響聲會導(dǎo)致很高的噪聲強(qiáng)度，傷害工人的聽覺，很多文獻(xiàn)都記載著人長期暴露在高強(qiáng)噪聲下有喪失聽力的危險(xiǎn)。噪聲的消除人們已有了各種來降低噪聲強(qiáng)度的裝置，最直接的辦法是圍繞著噪聲源放置消聲板以減少聲音強(qiáng)度，把這種消聲板放在反射墻面和其他物體的前面，切斷聲波的路徑，許多吸聲材料可以消耗聲能，把它轉(zhuǎn)換成熱能，某些消聲板，在高頻聲源下很有效，但是，這些消聲板體積巨大，在低頻聲源下并不有效，在某些工業(yè)企業(yè)中，如礦山采用此種消聲板是不切實(shí)用的。
另外有一種稱謂主動消除噪聲裝置，用發(fā)射一種人造的聲音來抵消有害的噪聲以達(dá)到消除噪聲的目的。主動消除噪聲系統(tǒng)采用了一個(gè)話筒、一個(gè)放大器和一個(gè)揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器安置成能在一定區(qū)域內(nèi)抵消噪聲，一般是安置在操作人員附近的區(qū)域。話筒用來測量與來自遠(yuǎn)處直接噪聲源有關(guān)的局部區(qū)域的的噪聲，放大器驅(qū)動了揚(yáng)聲器使之產(chǎn)生一種振幅相同、相位相反的聲音來抵消局部區(qū)域的聲音。雖用這種辦法可以顯著地減低聲音，但是這只是在指定的區(qū)域內(nèi)而在其他區(qū)域不能降低噪聲。除此之外，這樣的布局易于產(chǎn)生干涉聲場，反令在其他區(qū)域中增加噪聲強(qiáng)度。
上述系統(tǒng)的另一種形式是包括了一個(gè)第二話筒，放在接收噪聲的地點(diǎn)，使第二話筒的輸出是消除噪聲的誤差測量，用來調(diào)整在閉路循環(huán)系統(tǒng)中自適應(yīng)濾波器的系數(shù)，更進(jìn)一步減少在第二話筒接收到的噪聲。
另一種主動消除噪聲的系統(tǒng)是把話筒放在非常接近于噪聲源旁，可以說是一個(gè)點(diǎn)聲源。信號處理電路產(chǎn)生了一個(gè)相位相反的信號，這個(gè)信號以話筒及揚(yáng)聲器之間的距離來調(diào)整，這種系統(tǒng)局限用于單一頻率發(fā)射的點(diǎn)聲源，對由巨大振動的表面所產(chǎn)生的噪聲，這種復(fù)雜的振動產(chǎn)生一組寬頻帶的噪聲，因此工作效果并不理想。
另一種主動消除噪聲系統(tǒng)采用了一對話筒和操作人員佩帶的耳機(jī)，第一個(gè)話筒檢測到背景噪聲的訊號樣本。第二個(gè)話筒放在離第一個(gè)話筒有一些距離處，從它檢測到背景噪聲的第二個(gè)訊號樣本。為了消處噪聲，通過一個(gè)自適應(yīng)濾波器來處理從第二個(gè)話筒得到的訊號，且合成與從一個(gè)話筒得到的信號相位相反，處理過的從第二話筒中得到的訊號有助于抵消從一個(gè)話筒到達(dá)的噪聲訊號，這樣耳機(jī)主動減少了噪聲進(jìn)入人耳的強(qiáng)度，工人戴上這種耳在噪聲區(qū)中起到了保護(hù)聽力的作用，但是這種耳機(jī)阻止了工人聽到警鈴的聲音，也阻止了工人之間的語言交流。
總而言之，上面所說的主動消除操聲系統(tǒng)在帶有復(fù)雜回響構(gòu)造對較高的噪聲背景環(huán)境下，特別是在有限的區(qū)間，如通常遇到的采礦工業(yè)，工作都不理想。增強(qiáng)語言交流消除噪聲系統(tǒng)除了保護(hù)聽力外，也用作通訊系統(tǒng)，幫助工人在噪聲環(huán)境下聽到講話的訊號。降低噪聲通訊系統(tǒng)從背景噪聲合成訊號的成分中區(qū)分出想要聽到的講話成分。用消除減少背景噪聲成分增高信噪比，從而提高了聽到語言的質(zhì)量。
有一種消除噪聲系統(tǒng)采用了一對話筒連接到工人帶的耳機(jī)上，第一個(gè)話筒(對人聲)檢測到第一訊號包括了想聽到的語言加上背景中的噪聲，第二個(gè)話筒(對噪聲)放在離第一個(gè)話筒一定距離處，檢測到訊號樣本，包括了大部分的背景噪聲和小部分想聽到的語言訊號，從第二個(gè)話筒得到的訊號(背景噪聲)在自適應(yīng)濾波器中處理，減掉從第一個(gè)話筒得到的訊號(語言加上背景噪聲)，以此來減少或消除第一個(gè)信號中背景噪聲的成分。
既然第二個(gè)話筒是放在離第一個(gè)話筒一定的距離處，背景噪聲的訊號樣本(在第二個(gè)話筒處)并不是與在到達(dá)第一個(gè)話筒的相同的背景噪聲訊完全一樣。自適應(yīng)濾波器的功用是在補(bǔ)償從第一個(gè)和第二個(gè)話筒到達(dá)的背景噪聲的聲波路徑。
美國專利5754665(授于Hosoi)顯示了一種采用二個(gè)話筒、二個(gè)自適應(yīng)濾波器的雙重消除噪聲器，用于汽車中電話揚(yáng)聲器系統(tǒng)，第一個(gè)和第二個(gè)話筒分別放在靠近駕駛員和乘客處，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)話筒用于講話，第二個(gè)話筒則用來收集噪聲，反之亦然，采用第一個(gè)自適應(yīng)濾波器可以得到降低噪聲了的第一個(gè)語言訊號，當(dāng)?shù)诙€(gè)話筒用作對話時(shí)，第一個(gè)話筒用來收集噪聲，采用第二個(gè)自適應(yīng)濾波器來得到降低噪聲了的第一個(gè)語言訊號，這兩個(gè)降低噪聲的訊號加在一起組成了送出去的對話聲音訊號。
發(fā)明的小結(jié)為了消除有害的噪聲，必須準(zhǔn)確估計(jì)要消除的噪聲，在空曠的環(huán)境下，即噪聲源可以近似地作為一個(gè)點(diǎn)源，二個(gè)話筒可以根據(jù)需要放在足夠遠(yuǎn)處，離每個(gè)話筒仍會收到一基本上相似估計(jì)的背景噪聲，但是，在限定環(huán)境內(nèi)由多種聲波回射引起混響噪聲，聲場是非常復(fù)雜的。在這個(gè)環(huán)境中每一個(gè)點(diǎn)上有著非常不同的背景噪聲信號，二個(gè)話筒放得越遠(yuǎn)，聲場越是不相似，其結(jié)果是在限定環(huán)境內(nèi)使用分得很開的話筒，想準(zhǔn)確估計(jì)抵消的噪聲是困難的。
如果把二個(gè)話筒移得很近，第二個(gè)話筒應(yīng)該能較好估計(jì)想要消除的第一個(gè)話筒中的噪聲，但是，如果把二個(gè)話筒放得很近，每個(gè)話筒會產(chǎn)生附加的回聲，影響另一個(gè)話筒，這就是說第一個(gè)話筒會像一個(gè)揚(yáng)聲器(聲源)，輸送聲場的回波，影響第二個(gè)話筒，同樣地，第二個(gè)話筒也會像一個(gè)揚(yáng)聲器(聲源)，輸送聲場的回波，影響第一個(gè)話筒，所以，第一個(gè)話筒的訊號包括了背景噪聲和背景噪聲的反射的總和，這樣就引起很差地估計(jì)想消除的噪聲。
本發(fā)明體現(xiàn)雙話筒的噪聲抑制系統(tǒng)，其中二個(gè)話筒間回波實(shí)質(zhì)上是抵消抑制了。從一個(gè)話筒到另一個(gè)話筒的混響是用第一和第二線性回波抵消了。每個(gè)線性回波的補(bǔ)償器設(shè)計(jì)模擬二個(gè)話筒間聲程延遲和傳送特性。
本發(fā)明是概括在一副戴在人耳外的耳機(jī)中，這副耳機(jī)本身是摸制單元，包括整體雙話筒，電池，耳塞形揚(yáng)聲器及電子訊號處理，這種耳機(jī)容易戴帶不會影響語言交流及實(shí)際工作。
第一部分，根據(jù)本發(fā)明的抑制噪聲系統(tǒng)用來作為聽力保護(hù)器，基本上全部或大部消除影響到耳機(jī)中話筒中的噪聲。
第二部分，根據(jù)本發(fā)明的抑制噪聲系統(tǒng)用來作為抑制噪聲的通話系統(tǒng)，消除了背景噪聲而使戴耳機(jī)的工人能聽到語言訊號。
附圖的圖解

圖1是表示使用本發(fā)明的雙重回波預(yù)測線性補(bǔ)償器的方塊圖。
圖2是圖畫形式表示根據(jù)本發(fā)明似戴帶在人耳的耳機(jī)，聲場如何傳到耳機(jī)。
圖3是以圖畫形式表示在限定空間內(nèi)回響噪聲場。
圖4是表示回響的聲音如何經(jīng)過不同路徑到達(dá)本發(fā)明抑制噪聲系統(tǒng)的雙話筒上。
圖5和圖6是表示本發(fā)明中的雙話筒之間的回響。
圖7A表示體現(xiàn)本發(fā)明的雙回波線性補(bǔ)償器的方塊圖。
圖7B表示根據(jù)本發(fā)明的圖7A所示的雙回波線性補(bǔ)償器的回聲預(yù)測電路的方塊圖。
圖8表示體現(xiàn)本發(fā)明第一部分的抑制噪聲系統(tǒng)。
圖9表示體現(xiàn)本發(fā)明第二部分的抑制噪聲的通話系統(tǒng)。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的噪聲抑制系統(tǒng)的替代方案。
具體說明圖1是表示采用雙話筒抑制噪聲系統(tǒng)(ANS)的總方塊圖，第一個(gè)話筒MIC1和第二個(gè)話筒MIC2并聯(lián)在雙回波預(yù)測線性補(bǔ)償器10上ANS的概念是基于用另一個(gè)話筒來消除一個(gè)話筒的噪聲，如應(yīng)用以前的技術(shù)，ANS系統(tǒng)的電子部分10首先是采用模似系統(tǒng)。這種系統(tǒng)體積太大，無法安裝在耳機(jī)中。
每個(gè)噪聲源A或B發(fā)出不同的直接聲波沿著不同的路徑到達(dá)MIC1和MIC2。從噪聲源A到MIC1的聲波路徑用傳遞函數(shù)E2(z)來表示。從噪聲源A到MIC2的聲波路徑用傳遞函數(shù)E1(z)來表示。在MIC1和MIC2之間的聲波路徑用傳遞函數(shù)E3(z)來表示。
圖2顯示了本發(fā)明中采用的耳機(jī)14。耳機(jī)14包含了一個(gè)耳塞揚(yáng)聲器12，塞在人耳36中，耳機(jī)14中還包含了一對話筒，MIC1和MIC2很接近地裝在耳機(jī)14中從給定的聲源21發(fā)出的聲音經(jīng)過直接路徑26和16分別到達(dá)MIC1和MIC2中，從聲源21來的聲波也經(jīng)過各種反射路徑到達(dá)MIC1，特別是聲波28從附近墻面23反射聲波30到達(dá)MIC1。此外，聲波32從附近的墻面23反射波34到達(dá)MIC1。
對MIC2來講，從聲源21來的聲波也經(jīng)過各種路徑到達(dá)，特別是聲波22從附近墻面23的反射波24達(dá)到MIC2，另外一個(gè)聲波20是從不同的方向到達(dá)MIC2，即由聲波18在對面墻面25反射回來。這樣，在M1C1和MIC2上的聲場包括了由原來的聲音和許多回波組成的復(fù)雜的混聲。
圖3更進(jìn)一步表示了在有限空間內(nèi)的情況，聲源40包括直接路徑44和許多反射路徑，像46A、46B、48A.、48B和50，這稱為混響噪聲。
圖4表示了耳機(jī)中話筒的相互關(guān)系，為簡單起見，圖4簡單地表示圖1中所示的模型，其中MIC1作為一個(gè)回波源發(fā)生器傳送訊號到MIC2中，這二個(gè)話筒MIC1和MIC2固定在相同軸線72上，在耳機(jī)的每一邊，垂直于耳機(jī)的直接路徑70。
在均勻的介質(zhì)中，每個(gè)話筒會收到回響聲音，聲波64在附近墻面53反射出來以反射聲波68到達(dá)MIC1，它有助于抵消聲波60從附近墻面55反射聲波62到達(dá)MIC1。同樣，聲波52從附近墻面53以反射聲波54到達(dá)MIC2，它有助于抵消聲波56從附近墻面55上反射聲波58到達(dá)MIC2。除了沿著從MIC1到MIC2回聲路徑的混響聲波r3(t)外，所有的在每一個(gè)話筒上的混響聲波越于相互抵消。從MIC1收到的混響聲波r3(t)與從MIC2收到的混響聲波-r3(t)是反相的。
取決于噪聲源51，由每個(gè)話筒上收到的混響聲波與另一個(gè)話筒的延遲模式，在一個(gè)話筒上的直接聲波d1(t)會是另一個(gè)話筒上直接聲波d2(t)的延遲模式。如果噪聲源51位于沿著垂直軸線70，在二個(gè)話筒間等距離，即d1(t)＝d2(t)，直接從聲源收到的直接聲波會實(shí)際上相似。
圖5和圖6簡單地表示了多種回聲，在圖5中，MIC2作為回波聲源發(fā)生器512輸送噪聲訊號 (t)到MIC1中。在圖6中過程恰相反，MIC1作為回波源發(fā)生器，輸送噪聲訊號 (t)到MIC2中。線性回波消除器是用來重置通過內(nèi)部話筒聲波路徑(圖1中E3)的噪聲訊號。
已經(jīng)說明過了，從MIC2中收到的噪聲包含了從MIC1中的回波，反之亦然，與回波消除器所起的作用相似，圖5中的s1(t)有一種被抵消的限度，即用估計(jì)的d2(t)來抵消 (t)(d2(t)延遲模式，包括某些回響)所以噪聲抑制器(ANS)和線性回聲消除器(LEC)都有同樣的問題來找出最佳估計(jì)從話筒到話筒的回波路徑E3(見圖1)圖7A表示在本發(fā)明中用一對線性回聲消除器的噪聲抑制系統(tǒng)，MIC1聯(lián)到第一回波預(yù)測自適應(yīng)濾波器710和第一個(gè)加法器712。MIC2聯(lián)到第二個(gè)回波預(yù)測自適應(yīng)濾波器714和第二個(gè)加法器718。用第一個(gè)加法器712的輸出來從s1(t)中減去預(yù)測的噪聲 (t)，用第二個(gè)加法器718輸出來從s2(t)中減去預(yù)測的噪聲 (t)，在第一個(gè)加法器712和第二個(gè)加法器718各自的輸出由剩余誤差項(xiàng)疊加在加法器716上，驅(qū)動輸出揚(yáng)聲器717。用適當(dāng)?shù)腁/D轉(zhuǎn)換器(圖上未畫出)在以48KHz的取樣速率的脈沖調(diào)制話筒。
圖7B更進(jìn)一步表示回波預(yù)測濾波器710和714。每一個(gè)回波預(yù)測濾波器收到輸入訊號s(t)并減去(在加法器726中)輸入訊號s(t)的延遲濾波器724模式p(t)。延遲722是選擇到在MIC1和MIC2間聲波延遲相等。用自適應(yīng)濾波器724來得到輸入訊號的濾波模式，延遲和濾波過的訊號p(t)在加法器726中減去(用符號加法來減去)其差是誤差訊號e(t)用來調(diào)整自適應(yīng)濾波器724的系數(shù)。在收斂時(shí)，為了產(chǎn)生預(yù)測的噪聲界限 (t)，自適應(yīng)濾波器724模擬了在MIC1和MIC2之間聲波路徑的轉(zhuǎn)換函數(shù)E3。
眾所周知自適應(yīng)濾波在許多訊號處理應(yīng)用中是很有用的技術(shù)。自適應(yīng)濾波器通常用在閉環(huán)系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中某些測量誤差(誤差項(xiàng))可減至很小。自適應(yīng)濾波器有一個(gè)輸入，一個(gè)輸出端和一個(gè)誤差端。自適應(yīng)濾波器內(nèi)部應(yīng)用了一種合適的算法(對誤差輸入有反應(yīng))來調(diào)整自適應(yīng)濾波器的參數(shù)以減少誤差項(xiàng)。
濾波了的最小均方誤差(LMS)算法是常用的方法來適應(yīng)一個(gè)濾波器LMS算法既簡單又健全，在很多應(yīng)用中被廣泛采用，自適應(yīng)濾波器典型地包含了一種有限脈沖反應(yīng)(FIR)濾波器，使用有可調(diào)濾波器系數(shù)數(shù)字分頭遲線LMS算法是用在誤差輸入中調(diào)整濾波器系數(shù)的數(shù)值。在本發(fā)明中把自適應(yīng)濾波器用在閉路反饋系統(tǒng)中調(diào)整自適應(yīng)濾波器來模擬MIC1和MIC2之間的聲波路徑的特性，從這種意義來講，圖7中各半個(gè)實(shí)施就像電話線回聲消除器，這種消除器補(bǔ)償了電話聽筒中送話聲和受話器之間聲音路徑的耦合。
在圖7工作中，自適應(yīng)濾波器710的參數(shù)是設(shè)在一個(gè)最初的估計(jì)，在某種程度上來講，自適應(yīng)濾波器710的輸出并不等于同一訊號的延遲值，719輸出的誤差項(xiàng)e1(t)反饋來調(diào)整自適應(yīng)濾波器710。經(jīng)過連續(xù)的迭代后，自適應(yīng)濾波器710的參數(shù)被調(diào)整了，這樣就減少了輸出719的誤差項(xiàng)。
同樣自適應(yīng)濾波器714也設(shè)在一個(gè)最初的估計(jì)上，在某種程度上來講自適應(yīng)濾波器714的輸出并不等于同一訊號的延遲值，用720輸出的誤差項(xiàng)e1(t)反饋來調(diào)整自適應(yīng)濾波器714。經(jīng)過連續(xù)的迭代后，自適應(yīng)濾波器714的參數(shù)被調(diào)整了，這樣就減少了輸出720的誤差項(xiàng)。。
每個(gè)話筒MIC1、MIC2的信號各自適應(yīng)濾波器來產(chǎn)生一個(gè)仿形的回波稱為d(t)，它是減掉了從其他話筒訊號(包括回波)如圖所示回波消除器采用了傳到了自適應(yīng)濾波器的參考訊號(分頭延遲路線)來產(chǎn)生一個(gè)仿形回波。在收斂上自適應(yīng)濾波器轉(zhuǎn)換函數(shù)作用是與二個(gè)話筒的回波洛經(jīng)是相同的。
系統(tǒng)收斂和穩(wěn)定取決于兩路回波消除器的穩(wěn)定性，選擇步級尺寸參數(shù)μ的數(shù)值(用在已知的LMS算法中)對穩(wěn)定性是重要的，LEC算法的收斂足夠條件是0＜μ＜2(20)/(λmax(Rxx))式中λmax是自動調(diào)整矩陣的最大特征值。
圖7的系統(tǒng)傾向于不分青紅皂白地消除所有的噪聲，包括不需要的聲音(背景噪聲)和需要的聲音(講話)，對任何需要的干擾(即講話)采用了講話檢測器(圖上未畫出)。發(fā)明的另一部分在圖8中，另一種消除每個(gè)話筒回聲路徑是采用雙重預(yù)測電路來預(yù)測回聲p1(n)和p2(n)，特別的是延遲元件812，自適應(yīng)濾波器814和加法器816組成了第一個(gè)預(yù)測電路，來預(yù)測從MIC1來的p1(n)(通過數(shù)字---模擬變換器810)，同樣延遲元件822，自適應(yīng)濾波器824和加法器826組成了第二個(gè)預(yù)測電路，來預(yù)測從MIC2來的p2(n)(通過數(shù)字---模擬變換器820)，輸出是由加法器818、828和830組成，通過一種數(shù)字---模擬變換器832驅(qū)動揚(yáng)聲器833。
為了預(yù)測MIC2收到MIC1的回波，MIC1訊號延遲812的值自適應(yīng)濾波器814來處理，從MIC1的訊號減掉816，調(diào)整延遲812相等于MIC1和MIC2間的聲音的延遲，在收斂上調(diào)整了自適應(yīng)濾波器814的參數(shù)，這樣可模擬MIC2和MIC1之間聲路徑的特征，一旦從每個(gè)話筒中獲得回波的預(yù)測數(shù)值，各個(gè)回波聲p1(n)和p2(n)，從另一個(gè)話筒收到的訊號s2(n)s1(n)減去828，818特別是，在MIC1中預(yù)測的MIC2回波p1(n)的數(shù)值從MIC2訊號中減去828，同樣，MIC2中預(yù)測的MIC1回波聲p2(n)的數(shù)值從MIC1訊號中減去818。
在操作上，A/D轉(zhuǎn)換器810把從MIC1來的訊號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，隨后在延遲元件812上延遲。在延遲812上預(yù)置值是話筒MIC1和話筒MIC2之間距離的函數(shù)。把延遲值設(shè)在等于聲波在MIC1和MIC2間經(jīng)過的時(shí)間，從MIC1的延遲信號是由自適應(yīng)濾波器814來處理，它模擬從MIC1到MIC2傳聲路線的轉(zhuǎn)移特性，自適應(yīng)濾波器814的輸出了MIC1信號減去816(使用符號加法常規(guī)來減去)。在某種程度上，誤差e1(n)并不在加法器816的輸出上等于零。使用LMS算法，可調(diào)整自適應(yīng)濾波器814的系數(shù)。在收斂上，自適應(yīng)濾波器814的輸出是p1(n)，是在MIC2從MIC1中收到的回波的預(yù)測(延遲)形式。
從MIC1中回波的預(yù)測值p1(n)要減掉從MIC2在加法器828中的訊號(使用符號加法常規(guī)來減去)。用這種方法，從MIC1到達(dá)的在MIC2的預(yù)測回波減去(抵消)從MIC2來的訊號，顯現(xiàn)在加法器828的輸出上。
第二個(gè)預(yù)測電路的操作是相似的。特別是A/D變換器820變成把從MIC2來的訊號成數(shù)字形式，它隨后在延遲元件822上延遲，延遲822的預(yù)置值亦是話筒MIC1和話筒MIC2之間距離的函數(shù)，調(diào)整到與延遲812相同的延遲數(shù)值。從MIC2來的延遲訊號在自適應(yīng)濾波器824上處理，它模擬從MIC2到MIC1聲波路徑的轉(zhuǎn)換特征，自適應(yīng)濾波器824的輸出從MIC2訊號上減去826(使用符號加法常規(guī)來減去)，從某種程度上來講，誤差e2(n)在加法器826輸出上不等于零，使用LMS算法來調(diào)整自適應(yīng)濾波器824的系數(shù)，在收斂上，自適應(yīng)濾波器824的輸出是從MIC2接收到的MIC1回波的預(yù)測(延遲)形式。
從MIC2中回波的預(yù)測值p2(n)曾減掉從MIC1在加法器818中的訊號(使用符號加法常規(guī)來減去)，用這種方法，從MIC2到達(dá)的在MIC1的預(yù)測回波會減去(抵消)從MIC1來的信號，顯現(xiàn)在加法器818的輸出上。
加法器818和828的輸出總和在加法器830上，但成一個(gè)輸出信號，驅(qū)動揚(yáng)聲器833。圖8的電路是一種仰制噪聲系統(tǒng)，主要用在聽力保護(hù)上所有噪聲基本上會被消除。語言交流系統(tǒng)圖9和圖10表示另一種噪聲仰制系統(tǒng)，它允許在仰制背景噪聲情況下而又能聽到講話訊號，仰制噪聲部分是類似于圖8所示的仰制噪聲系統(tǒng)，它由一對預(yù)測電路和一對加法器所組成。特別的是，圖9中各個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器910、920，延遲元件912、924，自適應(yīng)濾波器914、924和加法器916、926、918、928是相互連接的，其工作方式與圖8中相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器810、820，延遲元件812、824，自適應(yīng)濾波器814、824和加法器816、826、818、828相同。只要語言探測器913沒有探測到語言，這個(gè)仰制噪聲系統(tǒng)是自適應(yīng)的。當(dāng)語言不存在時(shí)，各自的與門940A、940B連接各自加法器916、926的誤差訊號輸出去修改自適應(yīng)濾波器914、924的系數(shù)。
加法器918、928的輸出連接到語言處理器的輸入。語言處理器由二個(gè)自適應(yīng)濾波器930、933，加法器932、936、934和與門940、942所組成。在圖9中，在加法器934中組合處理的語言訊號之前，語言處理器在獨(dú)立的自適應(yīng)濾波器930，933中調(diào)節(jié)語言。圖10表示語言處理器的一個(gè)替代的實(shí)施例。在圖10中，自適應(yīng)濾波器930，933是相互關(guān)聯(lián)的。尤其是，通過將加法器928的輸出連接到加法器932(圖10)的輸入，而不是加法器936(圖9)的輸入，而將自適應(yīng)濾波器930，933交叉耦合。同樣，在圖10中通過將加法器918連接到加法器936(圖10)的輸入而不是加法器932的輸入，而將自適應(yīng)濾波器930，933交叉耦合。
聯(lián)接到MIC1和MIC2的語言檢測器913，當(dāng)在背景噪聲中有語言存在時(shí)會有指示。語言檢測器913的實(shí)現(xiàn)有許多技術(shù)可用，包括頻譜分析法或時(shí)疇分析法。
加法器918的輸出聯(lián)接到第一個(gè)自適應(yīng)濾波器930和第一個(gè)加法器932，加法器928的輸出是聯(lián)接到第二個(gè)自適應(yīng)濾波器933和第二個(gè)加法器936。第一個(gè)加法器的輸出用作誤差項(xiàng)e4去調(diào)整第二個(gè)自適應(yīng)濾波器933，通過與門942。與門942的另一輸入是聯(lián)接到表示語言出現(xiàn)的訊號，第二個(gè)加法器932的輸出用作誤差項(xiàng)e3來調(diào)整第一個(gè)自適應(yīng)濾波器930的參數(shù)，通過與門940。與門940的另一輸入是接到表示語言出現(xiàn)的訊號處。
第一個(gè)和第二個(gè)加法器936、932的各自輸出端的剩余誤差項(xiàng)e3和e4是在加法器934相減，以驅(qū)動輸出揚(yáng)聲器938。語言處理器放大了由二個(gè)加法器932、936輸出之差(e3-e4)，作為合成語言訊號。合適的數(shù)字訊號去模擬轉(zhuǎn)換器能換成加法器934的輸出，去驅(qū)動揚(yáng)聲器938。
在工作時(shí)，當(dāng)語言不存在時(shí)，與門940、940A、942、942A允許各自的自適應(yīng)濾波器930、914、933、924使用各自的誤差訊號來修改各自的系數(shù)。自適應(yīng)濾波器930、914、933、924連續(xù)地調(diào)整把所有聲音作為噪聲來抵消。其結(jié)果，電路的工作消除了輸入噪聲。但是，為了不要消除所希望聽到的語言訊號，與門940、940A、942、942A對從語言檢測器913來的出現(xiàn)語言情況有反應(yīng)，此時(shí)，取消了修改誤差的作用，換句話說，當(dāng)語言出現(xiàn)時(shí)，自適應(yīng)濾波器是停止做工了，不會再來抵消所希望的語言訊號。
當(dāng)檢測到語言時(shí)，與門940、940A、942、942A強(qiáng)迫自適應(yīng)濾波器930、914、933、924停止修改各自適應(yīng)的濾波系數(shù)，保持了計(jì)算的數(shù)值等于在檢測到語言前剛剛計(jì)算的數(shù)值，在自適應(yīng)濾波器系數(shù)“凍結(jié)”下，后來的語言作為誤差信號。假定，背景噪聲在語言出現(xiàn)時(shí)，實(shí)質(zhì)上有改變。從D/A轉(zhuǎn)換器到揚(yáng)聲器938輸出的這個(gè)系統(tǒng)基本上等于消除了背景噪聲的語言輸入信號。
權(quán)利要求
1.在用第一、第二話筒收到聲音訊號和用揚(yáng)聲器來產(chǎn)生聲音訊號的通訊系統(tǒng)中，一種用來仰制從所說的第一、第二話筒收到的噪聲的方法，這種方法包括從第一個(gè)話筒收到第一訊號；從第二個(gè)話筒收到第二訊號；在第一自適應(yīng)濾波器中處理第一訊號來提供第一預(yù)測回波訊號；從第一訊號中減去第一預(yù)測回波訊號提供了第一自適應(yīng)濾波器控制信號，第一自適應(yīng)濾波器對第一自適應(yīng)濾波控制訊號有反應(yīng)，來修改第一自適應(yīng)濾波器的參數(shù)；從第二訊號中減去第一預(yù)測回波訊號來提供第一混響訊號；在第二自適應(yīng)濾波器處理第二訊號來提供第二預(yù)測回波訊號；從第二訊號中減去第二預(yù)測回聲訊號來提供第二自適應(yīng)濾波器控制信號，第二自適應(yīng)濾波器對第二自適應(yīng)濾波器控制訊號有反應(yīng)來修改第二自適應(yīng)濾波器的參數(shù)；從第一訊號中減去第二預(yù)測回波訊號來提供第二混響訊號；把第一混響訊號和第二混響訊號加起來形成一個(gè)給揚(yáng)聲器的輸出信號；這樣從第一和第二話筒的噪音基本上被仰制了。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中說明了在第一自適應(yīng)濾波器中處理第一訊號提供第一預(yù)測回波訊號的步驟，更包括了延遲第一訊號的步驟即延遲第一信號的數(shù)值基本上等于從第二話筒到第一話筒間傳送聲波的時(shí)間延遲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，說明了在第一自適應(yīng)濾波器中處理第一訊號來提供第一預(yù)測回波訊號的步驟，更包括了調(diào)整第一自適應(yīng)濾波器，來獲得與從第二話筒到第一話筒聲波路徑的基本相同轉(zhuǎn)換特性的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，說明了在第二自適應(yīng)濾波器中處理第二訊號來提供第二預(yù)測回波訊號的步驟，更進(jìn)一步包括了延遲第二訊號的步驟，即延遲第二訊號的數(shù)值基本上等于第一話筒到第二話筒間聲波傳送的時(shí)間延遲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，說明了在第二自適應(yīng)濾波器中處理第二訊號來提供第二預(yù)測回波訊號的步驟，更包括了調(diào)整第二自適應(yīng)濾波器來從第一話筒到第二話筒聲波路徑的基本相同轉(zhuǎn)換特性的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，更包括了檢測語言的存在，反應(yīng)在第一、第二訊號中，當(dāng)檢測到有語言時(shí)，暫時(shí)停止第一、第二自適應(yīng)濾波器的工作。
7.在用第一、第二話筒來收到聲音訊號和揚(yáng)聲器來產(chǎn)生聲音訊號的通訊系統(tǒng)中，一種用來仰制從第一和第二話筒收到的噪聲的裝置，這種裝置包括了從第一話筒收到第一訊號的裝置；從第二話筒收到第二訊號的裝置；在第一自適應(yīng)濾波器中處理第一訊號來提供第一預(yù)測回波訊號的裝置；從第一訊號中減去第一預(yù)測回波訊號來提供第一自適應(yīng)濾波器控制訊號的裝置。第一自適應(yīng)濾波器對第一自適應(yīng)濾波器控制訊號有反應(yīng)來修改第一自適應(yīng)濾波器的參數(shù)；從第二訊號中減去第一預(yù)測回波訊號來提供第一混響訊號的裝置；在第二自適應(yīng)濾波器中處理第二訊號來提供第二預(yù)測回波訊號的裝置；從第二訊號中減去第二預(yù)測回波訊號來提供第二自適應(yīng)濾波器控制訊號裝置，第二自適應(yīng)濾波器對第二自適應(yīng)濾波器控制信號有反應(yīng)來修改第二自適應(yīng)濾波器的參數(shù)；從第一訊號中減去第二預(yù)測回波訊號來提供第二混響訊號的裝置；相加第一混響訊號和第二混響訊號來形成揚(yáng)聲器輸出信號的裝置，其中從第一和第二話筒收到的噪聲基本上被仰制了。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，這些用在第一自適應(yīng)濾波器來處理第一訊號以提供第一預(yù)測回波訊號的裝置，更包括了延遲第一訊號，其數(shù)值基本上等于從第二話筒到第一話筒聲波傳送的時(shí)間延遲。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，這些用在第一自適應(yīng)濾波器來處理第一訊號以提供第一預(yù)測回波訊號的裝置，更包括了調(diào)整第一自適應(yīng)濾波器，使它變成從第二話筒到第一話筒的聲波路徑有基本相同的轉(zhuǎn)移特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，這些用在第二自適應(yīng)濾波器來處理第二訊號以提供第二預(yù)測回波訊號的裝置，更包括了延遲第二訊號，其數(shù)值基本等于從第一話筒到第二話筒聲波傳送的時(shí)間延遲。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，這些用在第二自適應(yīng)濾波器來處理第二訊號以提供第二預(yù)測回波訊號的裝置，更包括了調(diào)整第二自適應(yīng)濾波器使它與從第一話筒到第二話筒的聲波路線有基本相同的轉(zhuǎn)移特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，更包括了檢測對第一、第二訊號有反應(yīng)語言存在的裝置及當(dāng)檢測到語言時(shí)，暫時(shí)停止第一、第二自適應(yīng)濾波器工作的裝置。
13.在有揚(yáng)聲器的通信系統(tǒng)中仰制噪聲的一種裝置，這種裝置包括了第一話筒；第二話筒；第一自適應(yīng)濾波器，含有輸入端、輸出端和控制端，這個(gè)輸入端是聯(lián)在第一話筒上；第一加法器有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端，第一輸入端聯(lián)到第一自適應(yīng)濾波器的輸出端，第二輸入端聯(lián)到第一話筒和第一加法器的輸出端聯(lián)接第一自適應(yīng)濾波器的控制端；第二自適應(yīng)濾波器，含有輸入端、輸出端和控制端，這個(gè)輸入端是聯(lián)在第二話筒上；第二加法器，含有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端，第一輸入端連接在第二自適應(yīng)濾波器的輸出端上，第二輸入端聯(lián)在第二話筒上，第二加法器的輸出端連接在第二自適應(yīng)濾波器的控制端上；第三加法器含有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端，第三加法器的第一輸入端連接于第一自適應(yīng)濾波器的輸出端上，第三加法器的第二個(gè)輸入端聯(lián)在第二話筒上；第四加法器含有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端，，第四加法器的第一輸入端連接于第二自適應(yīng)濾波器的輸出端上，第四加法器的第二輸入端連接在第一話筒上；第五加法器含有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端，，第五加法器的第一輸入端連接在第三加法器的輸出端上，第五加法器的第二輸入端連接在第第四加法器輸出端上，第五加法器的輸出端連接在揚(yáng)聲器上，其中從第一和第二話筒收到的聲波噪聲基本上被仰制了。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，更包括了含有各自輸入端和輸出端的第一延遲元件，第一延遲元件的第一端聯(lián)接第一話筒上，第一延遲元件的輸出端連接在第一自適應(yīng)濾波器的輸入端上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，調(diào)節(jié)第一自適應(yīng)濾波器使其與從第二話筒到第一話筒中聲波路徑有基本相同的轉(zhuǎn)移特性。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，更包括了含有各自的輸入端和輸出端的延遲元件，第二延遲元件的第一端聯(lián)接在第一話筒上，第二延遲元件的輸出端連接在第一自適應(yīng)濾波器的輸入端上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，調(diào)節(jié)第二自適應(yīng)濾波器使其與從第一話筒到第二話筒的聲波路徑有基本相同的轉(zhuǎn)移特性。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，更包括了聯(lián)到第一、第二話筒上的語言檢測器，用來檢測語言的存在。當(dāng)檢測到語言時(shí)，第一、第二自適應(yīng)濾波器有反應(yīng)時(shí)，可暫時(shí)停止第一和第二自適應(yīng)濾波器的工作。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其中所述第五加法器的所述第一端通過一個(gè)第三自適應(yīng)濾波器連接到所述第三加法器的輸出，并且所述第五加法器的第二端通過一個(gè)第四自適應(yīng)濾波器連接帶所述第四加法器的輸出。
全文摘要
主動噪聲抑制系統(tǒng)是用在噪聲的環(huán)境下，它包括了二個(gè)話筒噪聲抑制系統(tǒng)。在二個(gè)話筒間的回波可以基本上被抵消或抑制。抵消噪聲是使用第一和第二線性回波抵消器，它模擬在二個(gè)話筒間聲波路徑的延遲和傳送特性，其第一作用是噪聲抑制系統(tǒng)作為一種聽力保護(hù)器，基本上抵消全部或大部分被耳機(jī)二個(gè)話筒所收到的噪聲，其第二作用是，本發(fā)明的噪聲抑制系統(tǒng)可作為一種抑制噪聲的通訊系統(tǒng)，允許帶耳機(jī)的人聽到語言信號而又抑制了背景噪聲。
文檔編號H04R1/40GK1391688SQ00815842
公開日2003年1月15日 申請日期2000年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月27日
發(fā)明者馬文·杰貝爾 申請人:杰貝爾合作有限責(zé)任公司