一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)降噪增益的降噪方法、裝置及降噪耳機(jī)的設(shè)計(jì)研究

【摘 要】現(xiàn)有主動(dòng)降噪耳機(jī)均無自動(dòng)調(diào)節(jié)降噪增益的功能，一般只能通過物理按鍵，觸摸按鍵，或手機(jī)端APP來調(diào)節(jié)降噪增益，操作不便不智能且繁瑣。本設(shè)計(jì)提出一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)降噪增益的降噪方法、裝置及降噪耳機(jī)，實(shí)現(xiàn)降噪性能智能可調(diào)，根據(jù)外界環(huán)境的當(dāng)前噪聲等級(jí)，設(shè)置與當(dāng)前噪聲等級(jí)對(duì)應(yīng)的降噪增益值，這使得降噪耳機(jī)能夠智能地自適應(yīng)調(diào)節(jié)降噪增益，在不同場景噪聲環(huán)境下，有著實(shí)時(shí)可適應(yīng)的降噪效果，耳機(jī)能智能自動(dòng)檢測噪聲等級(jí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)降噪增益，形成閉環(huán)降噪可調(diào)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)機(jī)制，有效提升降噪耳機(jī)用戶體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】自適應(yīng)調(diào)節(jié)降噪增益；降噪耳機(jī)

一、背景技術(shù)

主動(dòng)降噪耳機(jī)是通過降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪聲相等的反相聲波，并利用該反相聲波去中和耳朵聽到的語音信號(hào)中的噪聲，從而實(shí)現(xiàn)降噪的效果，其原理為：先由安置于耳機(jī)內(nèi)的訊號(hào)麥克風(fēng)偵測耳朵能夠聽到的環(huán)境中的噪聲，再將噪聲訊號(hào)傳至控制電路，控制電路進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，通過揚(yáng)聲器發(fā)射與噪聲相位相反、振幅相同的聲波來抵擋噪聲，使得噪聲消失。

現(xiàn)主動(dòng)降噪耳機(jī)有三種類型，第一種手動(dòng)開啟降噪開關(guān)實(shí)現(xiàn)降噪且降噪增益固定；第二種通過觸摸按鍵或電位器調(diào)節(jié)；第三種通過手機(jī)降噪APP調(diào)節(jié)。第一種必須手動(dòng)實(shí)現(xiàn)降噪功能，降噪效果不變，長期配戴對(duì)耳膜有強(qiáng)烈的壓迫感，功耗一直較大，不利于長時(shí)間待機(jī)。第二種已經(jīng)實(shí)現(xiàn)降噪增益可調(diào)，解決了功耗和配戴的舒適性問題，仍須通過觸摸按鍵或電位器來調(diào)節(jié)，容易誤操作。第三種已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了降噪增益可調(diào)，但必須通過APP來滑動(dòng)調(diào)節(jié)，才能實(shí)現(xiàn)其功能。

二、研究內(nèi)容

本設(shè)計(jì)提供一種降噪增益智能可調(diào)的降噪耳機(jī)新技術(shù)方案。一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)降噪增益的降噪裝置，包括：接收安裝在耳機(jī)聽筒上的麥克風(fēng)，根據(jù)所述噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度，確定當(dāng)前噪聲等級(jí)；設(shè)置與所述當(dāng)前噪聲等級(jí)對(duì)應(yīng)的當(dāng)前降噪增益值；按照所述當(dāng)前降噪增益值，對(duì)所述噪聲信號(hào)進(jìn)行降噪處理。根據(jù)所述噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度，確定外界環(huán)境的當(dāng)前噪聲等級(jí)包括：將所述噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度與反映噪聲等級(jí)的設(shè)定值進(jìn)行比較，得到比較結(jié)果；根據(jù)所述比較結(jié)果確定外界環(huán)境的當(dāng)前噪聲等級(jí)。根據(jù)所述當(dāng)前噪聲等級(jí)判斷是否進(jìn)行降噪處理，如是，再設(shè)置與所述當(dāng)前噪聲等級(jí)對(duì)應(yīng)的降噪增益值。通過查找反映噪聲等級(jí)與降噪增益值之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的對(duì)照表，確定對(duì)應(yīng)所述當(dāng)前噪聲等級(jí)的降噪增益值；設(shè)置單元用于設(shè)置所述當(dāng)前降噪增益值等于確定的所述降噪增益值。本設(shè)計(jì)提出的降噪耳機(jī)包括上述自適應(yīng)調(diào)節(jié)降噪增益的降噪裝置，包括處理器和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)指令，指令用于控制處理器進(jìn)行操作以執(zhí)行上述自適應(yīng)調(diào)節(jié)降噪增益的降噪方法。

三、實(shí)施方式

本設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)有無法自適應(yīng)調(diào)節(jié)主動(dòng)降噪耳機(jī)降噪增益的問題，具體實(shí)施方式：

1、接收安裝在耳機(jī)聽筒上的麥克風(fēng)采集的語音信號(hào)，作為噪聲信號(hào)。如果耳機(jī)上只安裝有一個(gè)麥克風(fēng)，則該麥克風(fēng)采集的語音信號(hào)，作為噪聲信號(hào)。如果耳機(jī)上均設(shè)置有麥克風(fēng)，可以為接收安裝在耳機(jī)聽筒上的麥克風(fēng)采集的語音信號(hào)，作為第一、二噪聲信號(hào)。

2、根據(jù)噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度，確定外界環(huán)境的當(dāng)前噪聲等級(jí)。具體方法：將第一噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度與反映噪聲等級(jí)的設(shè)定值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果確定當(dāng)前噪聲等級(jí)。其中，第一噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度可以為當(dāng)前聲音強(qiáng)度值，也可以為在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)聲音強(qiáng)度的平均值或者方差等，例如，當(dāng)前時(shí)間為t0，設(shè)定時(shí)間為Δt，第一噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度可以為在（t0-Δt）時(shí)刻至t0時(shí)刻之間聲音強(qiáng)度的平均值或者方差等。

第一噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度為在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)聲音強(qiáng)度的平均值，這樣，當(dāng)外界環(huán)境中突然出現(xiàn)聲音強(qiáng)度突然瞬間增大的時(shí)候，由于當(dāng)前聲音強(qiáng)度為設(shè)定時(shí)間內(nèi)聲音強(qiáng)度的平均值，因此瞬間增大的聲音強(qiáng)度對(duì)該平均值影響較小，就可以有效解決環(huán)境噪聲突變帶來的干擾。

反映噪聲等級(jí)的設(shè)定值可以為劃分噪聲等級(jí)的聲音強(qiáng)度值，例如，聲音強(qiáng)度在0-5dB范圍內(nèi)的噪聲等級(jí)為0，聲音強(qiáng)度在5dB-15dB范圍內(nèi)的噪聲等級(jí)為1，聲音強(qiáng)度在15dB-30dB范圍內(nèi)的噪聲等級(jí)為2，聲音強(qiáng)度在30dB以上的噪聲等級(jí)為3，那么，反映噪聲等級(jí)的設(shè)定值即為5dB、15dB和30dB。

上述的比較方法可以通過一個(gè)或者多個(gè)比較器來實(shí)現(xiàn)，比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。例如設(shè)定值個(gè)數(shù)為1個(gè)，那么，一個(gè)兩路輸入的比較器就可以實(shí)現(xiàn)第一噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度與設(shè)定值之間的比較；在本設(shè)計(jì)的一個(gè)具體實(shí)施例中，設(shè)定值有3個(gè)，分別為5dB、15dB和30dB，通過3個(gè)兩路輸入的比較器實(shí)現(xiàn)第一噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度與設(shè)定值之間的比較，具體為，將5dB、15dB和30dB對(duì)應(yīng)的電壓值分別作為3個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓值，將第一噪聲信號(hào)的當(dāng)前聲音強(qiáng)度值對(duì)應(yīng)的當(dāng)前電壓值傳送至3個(gè)比較器的另一個(gè)輸入端，使得當(dāng)前電壓值大于對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓值時(shí)，對(duì)應(yīng)的比較器輸出高電平1；當(dāng)前電壓值小于對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓值時(shí)，對(duì)應(yīng)的比較器輸出低電平0，這樣，當(dāng)前聲音強(qiáng)度值在0-5dB范圍內(nèi)時(shí)，三個(gè)比較器輸出的電平值例如可以分別為000；當(dāng)前聲音強(qiáng)度值在5dB-15dB范圍內(nèi)時(shí)，三個(gè)比較器輸出的電平值例如可以分別為100；當(dāng)前聲音強(qiáng)度值在15dB-30dB范圍內(nèi)時(shí)，三個(gè)比較器輸出的電平值例如可以分別為110；當(dāng)前聲音強(qiáng)度值在30dB以上時(shí)，三個(gè)比較器輸出的電平值例如可以分別為111。確定當(dāng)前噪聲等級(jí)的具體方法可通過查找反映比較結(jié)果與噪聲等級(jí)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的對(duì)照表，來確定對(duì)應(yīng)當(dāng)前比較結(jié)果的當(dāng)前噪聲等級(jí)，比較結(jié)果為000對(duì)應(yīng)的噪聲等級(jí)為0；比較結(jié)果為100對(duì)應(yīng)的噪聲等級(jí)為1；比較結(jié)果為110對(duì)應(yīng)的噪聲等級(jí)為2，；比較結(jié)果為111對(duì)應(yīng)的噪聲等級(jí)為3。這樣就能夠通過比較結(jié)果快速確定外界環(huán)境的當(dāng)前噪聲等級(jí)。

對(duì)第一噪聲信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理，得到濾波噪聲信號(hào)。低通濾波處理將高頻噪聲信號(hào)從第一噪聲信號(hào)中過濾掉，得到中低頻的濾波噪聲信號(hào)。由于主動(dòng)降噪針對(duì)的是環(huán)境中低頻噪聲信號(hào)，將高頻噪聲信號(hào)過濾掉，可以有效防止高頻噪聲信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)降噪增益的影響，使降噪效果更好。兩個(gè)耳機(jī)聽筒上均設(shè)置有麥克風(fēng)，將第一、二降噪信號(hào)分別發(fā)送至對(duì)應(yīng)的耳機(jī)揚(yáng)聲器。分別對(duì)第一、二噪聲信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)降噪處理，揚(yáng)聲器發(fā)射同一聽筒內(nèi)的麥克風(fēng)接收的語音信號(hào)的降噪信號(hào)，安裝在兩個(gè)耳機(jī)聽筒上的麥克風(fēng)及揚(yáng)聲器之間互不干擾。通過對(duì)應(yīng)耳機(jī)聽筒的揚(yáng)聲器發(fā)射與噪聲信號(hào)相位相反、振幅照降噪增益值進(jìn)行放大的降噪信號(hào)，可以使得達(dá)到降噪效果的同時(shí)，與耳膜舒適性完美結(jié)合，達(dá)到平衡。在本設(shè)計(jì)的具體實(shí)施中，降噪信號(hào)先進(jìn)行濾波處理后傳送至對(duì)應(yīng)的耳機(jī)揚(yáng)聲器，這樣，可以改善語音信號(hào)的信噪比，提高語音清晰度

四、與同類技術(shù)產(chǎn)品相比的優(yōu)勢

目前國內(nèi)國外市場的主動(dòng)降噪耳機(jī)，都沒有自適應(yīng)降噪這一功能，本設(shè)計(jì)可填補(bǔ)這一空白，自適應(yīng)降噪技術(shù)將是主動(dòng)降噪耳機(jī)下一代產(chǎn)品性能重點(diǎn)突破的方向，并且自適應(yīng)降噪技術(shù)還可加入AI智能算法，給降噪耳機(jī)賦予新的生命，本技術(shù)在國際上屬于領(lǐng)先地位，相關(guān)實(shí)施方法已獲得中國發(fā)明專利和世界PTC專利。

作者簡介：

羅育培，男，1986年4月出生，籍貫湖南株洲，民族漢族，閩南師范大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化本科畢業(yè)，高級(jí)工程師

（作者單位：深圳市升弘創(chuàng)新科技有限公司）