[发明专利]一种噪声消除的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及噪声消除技术，具体涉及一种噪声消除的系统和方法。

背景技术

随着手机、网络音视频软件的广泛应用，人与人之间可以越来越方便的 实现随时随地的通话，人们在进行通话时也就越来越多地处于噪声环境之 下，通话环境中的噪声对于通话质量的负面影响日益明显。除了人与人之间 进行语音通话之外，当前多媒体数码设备（例如MP3、MP4和各种手持游 戏机等各种能够输出音频数据的设备）的使用也越来越广泛，这些设备不需 要随时连接有线电源，因此人们在使用这些设备时通常更多的处于相对嘈杂 的环境下，从而周围背景噪声对于使用者的使用体验造成的负面影响同样相 当严重。比如在喧闹的街道、房间和广场中，又或者在汽车、火车等交通工 具中，周围背景噪声对于通话双方的通话质量的影响有时会非常严重，而对 于佩带耳机聆听音乐、观赏电影或进行电玩游戏的多媒体数码设备使用者的 使用体验的影响有时则会更加让人无法忍受。

在这种情况下，如何有效消除背景环境中的噪声的负面影响从而向使用 者提供更好的使用体验，就成为各厂商的一项十分必要且紧迫的技术课题。 根据不同时期的技术发展水平，噪声消除技术基本分为两大类：

1、被动噪声消除；

被动噪声消除通过利用隔音性较好的材料来降低噪声，该技术主要用于 消除高频噪声，通常采用隔音性较好的材料做成耳机、耳罩等，从而能够有 效隔离周围环境的高频噪声。但由于中低频声波的波长较长、穿透力较强， 单纯使用被动噪声消除技术对于中低频噪声的效果并不理想，因此该技术通 常还要进一步结合下面第二种噪声消除技术同时使用；

2、主动噪声消除（Active Noise Cancellation，ANC）；

ANC的基本原理在于：通过麦克风采集背景噪声，经过信号分析和计 算，由扬声装置产生一个与背景噪声等幅且反相的“反”噪声（Anti-Noise） 信号，根据波的叠加原理，背景噪声和所述Anti-Noise信号叠加后相互抵消， 从而能够使听众在听觉上感觉不到背景噪声，从而降低背景噪声的影响。主 动噪声消除设备通常包括前馈式（Feed-forward）和反馈式（Feed-back）两 种结构，本文中主要讨论体积较小的耳机等设备中使用的ANC技术，因此 对于前馈式不作具体说明，只详细说明反馈式结构。

图1为一种常见的反馈式ANC耳机的组成结构框图，图中左右两侧的 工作过程同时进行且相互独立，具体实现可以采用头戴式的耳罩式耳机或者 轻便小巧的入耳式耳塞，其中左侧耳机LEP中集成设置有麦克风LM和扬 声器LS，右侧耳机REP中则集成设置了麦克风RM和扬声器RS，耳机中 还包含ANC控制器（图1中为了便于在图中描绘，将其画在左右两侧的耳 机以外，在实际应用中，所述ANC控制器通常集成在其中一侧的耳机当中）， 在该结构图中：

麦克风LM，用于采集去噪后信号e（t）并送入ANC控制器，所述去 噪后信号即为人的左耳实际听到的音频信号；

ANC控制器，用于根据接收的麦克风LM发来的去噪后信号e（t）和 由数码设备发送给耳机的待播放音频信号a（t）（后文中简称为远端语音信 号），计算出Anti-Noise信号y（t），将所述y（t）与a（t）叠加后输出到 扬声器LS进行播放；

扬声器LS输出a（t）和y（t）的叠加信号，该信号在传播过程中与耳 机使用环境下的背景噪声n（t）叠加后，由于y（t）和n（t）能够互相抵消， 从而能够消除人耳实际听到的噪声。

理论上，y（t）和n（t）是完全相反的一对信号，能够实现完全的互相 抵消。但在实际应用中，Anti-Noise信号y（t）与实际背景噪声n（t）无法 实现精确的完全抵消，因此扬声器LS输出所述叠加信号后，麦克风LM继 续采集得到的e（t）中仍然包含有未被完全消除的残余噪声，所述e（t）输 入ANC控制器后，ANC控制器根据此时的e（t）和a（t）计算得到更新的 Anti-Noise信号y（t），将其与a（t）叠加后通过扬声器LS进行输出，则 可以进一步地减小人耳实际听到的噪声，如此经过不断的重复计算，最终系 统中的e（t）将趋向最小，即收敛于远端语音信号a（t），相应地，背景噪 声的影响则被降到最低。另外，右侧的麦克风RM、扬声器RS和ANC控制 器的工作方式与左侧独立且工作原理相同，此处不再赘述。