УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ВОСПРИНИМАЕМОГО КАЧЕСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКА ПУТЕМ ОБЪЕДИНЕНИЯ АКТИВНОГО ШУМОПОДАВЛЕНИЯ И КОМПЕНСАЦИИ ВОСПРИНИМАЕМОГО ШУМА Российский патент 2017 года по МПК G10K11/178 

Настоящее изобретение относится к обработке аудиосигнала и, в частности, к устройству и способу для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука путем объединения активного шумоподавления и компенсации воспринимаемого шума, например, путем улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука через головные телефоны.

Обработка аудиосигнала становится все более и более важной. Во многих сценариях прослушивания, например, в кабине транспортного средства, аудиосигналы представлены в зашумленной среде, и, тем самым, на их качество звука и разборчивость оказывается негативное воздействие. Одним из подходов к сокращению воздействия окружающего шума на впечатление от прослушивания является активное шумоподавление (активное управление шумом), см., например, [1], [2]. ANC (ANC = активное шумоподавление) снижает создающий помеху (интерферирующий) шум на стороне приемника в переменной степени. В общем, низкочастотные компоненты шума могут быть подавлены более успешно, чем высокочастотные компоненты, и стационарный шум может быть подавлен лучше, чем нестационарный, и чистый тон - лучше, чем случайный шум.

Активное шумоподавление представляет собой методику для подавления акустического шума на основе принципа акустической интерференции. Основная идея подавления создающего помеху шума с использованием инвертированной по фазе копии была впервые описана в патенте на имя Paul Lueg в 1936, см. [7].

Принципы ANC подытожены в [1] и [2]. Звуковое поле, излучаемое источником шума (первичным источником) измеряется с использованием преобразователя. Этот опорный сигнал используется для генерации вторичного сигнала, который вводится во вторичный громкоговоритель. Если акустическая волна, испускаемая вторичным источником (так называемый "анти-шум”), в точности противофазна акустической волне шума, то шум будет подавлен вследствие деструктивной интерференции в области за громкоговорителем и противоположной источнику шума, "зоне покоя". В идеале, преобразователи плоской волны используются как для микрофона, так и для громкоговорителя.

Хотя анти-шум может быть сгенерирован путем задержки и масштабирования измерения первичного шума, анти-шум часто вычисляется адаптивно, чтобы учитывать возможные изменения в акустическом пути между шумом и преобразователем “анти-звука”. Такие реализации основаны на адаптивных фильтрах, коэффициенты фильтрации которых вычисляются путем минимизации сигнала ошибки с использованием метода минимизации среднеквадратичной ошибки (LMS), алгоритма отфильтрованного-X LMS (FXLMS), алгоритма FXLMS с утечкой или других алгоритмов оптимизации.

ANC может быть реализовано либо как управление с прямой связью, либо как управление с обратной связью.

Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему реализации ANC со структурой прямой связи. Источник 310 шума испускает первичный шум 320. Первичный шум 320 записывается с помощью опорного микрофона 330 в качестве окружающего аудиосигнала d(t). Окружающей аудиосигнал подается в адаптивный фильтр 340. Адаптивный фильтр выполнен с возможностью фильтрации окружающего аудиосигнала d(t), чтобы получить отфильтрованный сигнал. Отфильтрованный сигнал используется, чтобы управлять громкоговорителем 350.

Как отмечено выше, структура, показанная на фиг. 3, представляет собой структуру прямой связи. В структуре прямой связи, опорный микрофон может, например, быть размещен таким образом, что первичный шум принимается, прежде чем он достигнет вторичного источника, как показано на фиг. 3.

Часто, второй микрофон монтируется после вторичного источника, чтобы измерять остаточный шумовой сигнал. В такой структуре, второй микрофон представляет собой микрофон остаточного шума или микрофон погрешности. Такая структура показана на фиг. 4.

Фиг. 4 иллюстрирует блок-схему реализации ANC со структурой прямой связи с дополнительным микрофоном 460 погрешности. Адаптивный алгоритм вычисляет коэффициенты фильтра для генерации анти-шума с использованием сигнала опорного микрофона таким образом, что остаточный шум минимизируется.

Фиг. 5 иллюстрирует блок-схему реализации ANC со структурой обратной связи. Реализации структур обратной связи, как показано на фиг. 5, используют только один микрофон для измерения погрешности и генерации вторичного сигнала. Система ANC с обратной связью для применения в головном телефоне описана в [8].

Эффект подавления зависит от точности суперпозиции звуковых полей источника шума и вторичного источника. На практике создающий помеху (интерферирующий) шумовой сигнал не удаляется полностью. ANC особенно подходит для низкочастотных компонентов шумового сигнала и стационарных сигналов, но не устраняет высокочастотные и нестационарные компоненты шумового сигнала.

Компенсация воспринимаемого шума (PNC) является способом обработки сигналов для компенсации эффектов восприятия создающего помеху шума с использованием психоакустического знания. Основным принципом PNC является применение изменяющегося во времени выравнивания таким образом, что усиливаются спектральные компоненты входного аудиосигнала, которые маскируются создающим помеху шумом. Основная идея, упоминаемая как компенсация шума, описана, например, в [3], компенсация маскирования - см., например, [4], выравнивание (коррекция) звука в зашумленной среде - см., например, [5], или динамическое управление звуком - см., например, [6].

Компенсация воспринимаемого шума обрабатывает аудиосигнал таким образом, что его тембр и громкость, при представлении в зашумленной среде, воспринимаются как сходные или близкие к представляемым в необработанном виде в спокойной среде (в отсутствие шума). Аддитивный шум приводит к уменьшению громкости полезного сигнала за счет частичного или полного эффекта маскирования. Результирующее ощущение известно как парциальная громкость. В связи с частотно-избирательной обработкой в слуховой системе человека, создающий помеху шум влияет на воспринимаемый спектральный баланс полезного сигнала и, тем самым, его тембр.

Основные принципы PNC были применены, например, в [3]. Последние разработки, например, описаны в [9], [10], [11] и [6]. Обоснование способа заключается в применении изменяющихся во времени спектральных весовых коэффициентов к полезному сигналу таким образом, что ощущение громкости и тембра восстанавливается.

Способ спектрального взвешивания PNC разделяет входной аудиосигнал на M частотных диапазонов, предпочтительно в соответствии с обусловленной восприятием шкалой частот, имеющей ширину полосы, равную критической полосе, например, шкалой Bark или ERB. Полученные поддиапазонные сигналы s_m[k] масштабируются изменяющимися во времени коэффициентами усиления g_m[k], с индексом поддиапазона m=1…M и временным индексом k. Коэффициенты усиления вычисляются таким образом, что парциальная удельная громкость N', например, громкость, вызванная в каждом слышимом частотном диапазоне обрабатываемого сигнала в шуме, эквивалентна удельной громкости необработанного аудиосигнала в отсутствие шума или ее доле β, как показано в уравнении (1), где е_m[k] являются поддиапазонными сигналами аддитивного шума:

где

является громкостью в отсутствие шума, и где

является парциальной громкостью обработанного сигнала в шуме e[k].

Модели громкости вычисляют парциальную удельную громкость N’[m,k] сигнала s[k] при представлении одновременно с маскирующим сигналом е[k].

Коэффициенты усиления g_m[k] могут быть вычислены с использованием модели парциальной громкости, см., например, [10].

В дальнейшем ссылка дается на вычислительные модели парциальной громкости. Модели громкости вычисляют парциальную удельную громкость сигнала s[k] при представлении одновременно с маскирующим сигналом е[k]:

Конкретная реализация модели восприятия парциальной громкости показана на фиг. 6. Она выведена из моделей, представленных в [12], [13], которые сами обращались к более ранним исследованиям Fletcher, Munson, Stevens и Zwicker с некоторыми изменениями. Альтернативные способы для вычисления удельной громкости были разработаны в прошлом, как, например, описано в [14].

Входные сигналы обрабатываются в частотной области с помощью кратковременного преобразования Фурье (STFT), например, с кадром длительностью 21 мс, 50% перекрытием и оконной функцией Ханна. Имитируя частотное разрешение и временное разрешение слуховой системы человека, поддиапазонные сигналы получают путем группировки спектральных коэффициентов. Передача через наружное и среднее ухо моделируется фиксированным фильтром. Дополнительно, опционально может быть включена передаточная функция системы воспроизведения, но не учитывается здесь для простоты.

Фиг. 7 иллюстрирует передаточную функцию моделирующую путь через наружное и среднее ухо.

Функция возбуждения вычисляется для слуховых диапазонов фильтров, разнесенных по шкале эквивалентной прямоугольной ширины полосы (ERB) или по шкале Bark.

Фиг. 8 иллюстрирует упрощенное разнесение слуховых диапазонов фильтров в качестве примера для обусловленного восприятием разнесения частотных диапазонов.

В дополнение к временной интеграции в связи с оконной обработкой STFT, может быть использована рекурсивная интеграция с различными постоянными времени в течение наступления и спада. Удельная парциальная громкость, например, парциальная громкость, вызванная в каждом из слуховых диапазонов фильтров, вычисляется из уровней возбуждения из представляющего интерес сигнала (стимула) и создающего помеху шума в соответствии с уравнениями (17)-(20) в [12]. Эти уравнения охватывают четыре случая, когда сигнал выше порога слышимости в шуме или нет, и когда возбуждение сигнала смеси меньше, чем 100 дБ SPL, или нет. Если никакой создающий помеху сигнал не вводится в модель, например, e[k]=0, то результат эквивалентен общей громкости N[k] стимула s[k] и должен предсказывать информацию, представленную в контурах равной громкости (ELC), как показано на фиг. 9. Там фиг. 9 иллюстрирует контура равной громкости, ISO226-2003, из [15].

Примеры выходов модели показаны на фиг. 10 и 11.

Фиг. 10 иллюстрирует конкретную парциальную громкость, в качестве примера для частотного диапазона 4, причем функция возбуждения шума находится в диапазоне от 0 до 100 дБ.

Фиг. 11 иллюстрирует удельную парциальную громкость в шуме с возбуждением шума 40 дБ.

В патенте США 7,050,966 (см. [16]) описывается способ повышения разборчивости речи в шуме и упоминается комбинация ANC и PNC, однако не раскрывается никакого решения, каким образом можно с успехом комбинировать ANC и PNC.

Задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованных концепций для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука. Данная задача настоящего изобретения решается устройством для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука согласно пункту 1 формулы изобретения, головным телефоном согласно пункту 13, способом согласно пункту 16 и компьютерной программой согласно пункту 17.

Предложено устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука аудиовыходного сигнала. Устройство содержит модуль активного шумоподавления для генерации сигнала шумоподавления на основе окружающего аудиосигнала, при этом окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума. Кроме того, устройство содержит модуль оценки характеристик остаточного шума для определения характеристики остаточного шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления. Кроме того, устройство содержит модуль компенсации воспринимаемого шума для генерации скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала (полезного сигнала) и на основе характеристики остаточного шума. Кроме того, устройство содержит модуль объединения для объединения сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала, чтобы получить выходной аудиосигнал.

В соответствии с настоящим изобретением предложены концепции для воспроизведения аудиосигналов таким образом, что их тембр, громкость и разборчивость, при представлении ​​в окружающем шуме, аналогичны или близки к таковым при представлении без обработки в отсутствие шума. Предложенные концепции включают объединение активного шумоподавления и компенсации воспринимаемого шума. Активное шумоподавление применяется для удаления создающих помеху (интерферирующих) шумовых сигналов в максимально возможной степени. Компенсация воспринимаемого шума применяется для компенсации остающихся шумовых компонентов. Объединение обоих методов может быть эффективно реализовано с использованием одних и тех же преобразователей.

Варианты осуществления настоящего изобретения основаны на концепции обработки полезного аудиосигнала s[k] с учетом психоакустических данных. При этом отрицательное воздействие на восприятие компонентов е[k] остаточного шума впоследствии компенсируется путем обработки полезных аудиосигналов s[k] с учетом психоакустических данных компенсации воспринимаемого шума.

Изобретение основано на обнаружении того, что ANC может физически подавить создающий помехи шум лишь частично. Это является неидеальным, и, следовательно, некоторый остаточный шум остается у слуховых входов слушателя, как показано на схематичной диаграмме примерной реализации системы воспроизведения звука согласно уровню техники на фиг. 12.

В соответствии с вариантом осуществления, модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью определения характеристики остаточного шума таким образом, что характеристика остаточного шума указывает характеристику шумовых участков окружающего шума, которые остались бы при воспроизведении только сигнала шумоподавления.

В другом варианте осуществления модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью приема окружающего аудиосигнала. Модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью приема информации о сигнале шумоподавления из модуля активного шумоподавления, и при этом модуль оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью определения характеристики остаточного шума на основе окружающего аудиосигнала и на основе информации о сигнале шумоподавления. Оценка остаточного шума может, например, указывать, шумовые участки окружающего шума, которые остались бы при воспроизведении только сигнала шумоподавления.

Согласно другому варианту осуществления, модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью приема сигнала шумоподавления в качестве информации о сигнале шумоподавления от модуля активного шумоподавления. Модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью определения оценки остающегося шума на основе окружающего аудиосигнала и на основе сигнала шумоподавления.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления, модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью определения оценки остающегося шума путем суммирования окружающего аудиосигнала и сигнала шумоподавления.

В другом варианте осуществления устройство дополнительно содержит по меньшей мере один громкоговоритель и по меньшей мере один микрофон. Микрофон может быть выполнен с возможностью записи окружающего аудиосигнала, громкоговоритель может быть выполнен с возможностью вывода выходного аудиосигнала, и при этом микрофон и громкоговоритель могут быть выполнены с возможностью реализации структуры прямой связи.

Согласно другому варианту осуществления, модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью приема окружающего аудиосигнала, при этом модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью приема информации о скомпенсированном по шуму сигнале от модуля компенсации воспринимаемого шума. Модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью определения, в качестве характеристики остаточного шума, оценки остающегося шума на основе окружающего аудиосигнала и на основе скомпенсированного по шуму сигнала. Оценка остающегося шума может, например, указывать шумовые участки окружающего шума, которые остались бы при воспроизведении только сигнала шумоподавления.

В другом варианте осуществления модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью приема скомпенсированного по шуму сигнала в качестве информации о скомпенсированном по шуму сигнале от модуля компенсации воспринимаемого шума. Модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью определения оценки остающегося шума на основе окружающего аудиосигнала и на основе скомпенсированного по шуму сигнала.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления, модуль оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью определения оценки остающегося шума путем вычитания масштабированных компонентов скомпенсированного по шуму сигнала из окружающего аудиосигнала.

В другом варианте осуществления устройство может, кроме того, содержать по меньшей мере один громкоговоритель и по меньшей мере один микрофон. Микрофон может быть выполнен с возможностью записи окружающего аудиосигнала, громкоговоритель может быть выполнен с возможностью вывода выходного аудиосигнала, и микрофон и громкоговоритель могут быть выполнены с возможностью реализации структуры обратной связи.

Согласно другому варианту осуществления, устройство может дополнительно содержать модуль выделения источника для обнаружения сигнальных участков окружающего аудиосигнала, которые не должны компенсироваться, например, речи или звуков тревожной сигнализации.

В еще одном варианте осуществления модуль выделения источника может быть выполнен с возможностью удаления сигнальных участков окружающего аудиосигнала, которые не должны компенсироваться из окружающего аудиосигнала.

В соответствии с вариантом осуществления, предложен головной телефон. Головной телефон содержит два наушника, устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с одним из описанных выше вариантов осуществления, и, по меньшей мере, один микрофон для записи окружающего аудиосигнала. В этом контексте предложены концепции для воспроизведения аудиосигналов через головные телефоны в зашумленных средах.

В варианте осуществления предложен способ улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука выходного аудиосигнала. Способ включает в себя:

- генерирование сигнала шумоподавления на основе окружающего аудиосигнала, при этом окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума;

- определение характеристики остаточного шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления;

- генерирование скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала и на основе характеристики остаточного шума; и

- объединение сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала для получения выходного аудиосигнала.

Кроме того, предложена компьютерная программа для реализации описанного выше способа при исполнении на компьютере или процессоре сигналов.

В дальнейшем варианты осуществления настоящего изобретения описаны более подробно со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

Фиг. 1 - устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с вариантом осуществления,

Фиг. 2 - головной телефон согласно варианту осуществления,

Фиг. 3 - блок-схема реализации активного шумоподавления со структурой прямой связи,

Фиг. 4 - блок-схема реализации активного шумоподавления со структурой прямой связи с дополнительным микрофоном погрешности,

Фиг. 5 - блок-схема реализации активного шумоподавления со структурой обратной связи,

Фиг. 6 - блок-схема модели восприятия парциальной громкости,

Фиг. 7 - пример передаточной функции через наружное и среднее ухо,

Фиг. 8 - упрощенное разнесение слышимых диапазонов фильтров,

Фиг. 9 - контура равной громкости,

Фиг. 10 - удельная парциальная громкость, в качестве примера для частотного диапазона 4, и функция возбуждения шума в пределах от 0 до 100 дБ,

Фиг. 11 - удельная парциальная громкость шума при возбуждении шума 40 дБ,

Фиг. 12 - блок-схема примерной реализации системы воспроизведения звука с акустическим шумоподавлением в соответствии с уровнем техники со структурой прямой связи,

Фиг. 13 - блок-схема системы воспроизведения звука с компенсацией воспринимаемого шума в соответствии с уровнем техники,

Фиг. 14 - блок-схема примерной реализации системы воспроизведения звука с ANC и PNC в соответствии с вариантом осуществления, где датчик первичного шума используется для оценки характеристик остаточного шума,

Фиг. 15 - блок-схема альтернативной реализации системы воспроизведения звука с ANC и PNC в соответствии с другим вариантом осуществления, где датчик остаточного шума используется для оценки характеристик остаточного шума,

Фиг. 16 - блок-схема примерной реализации системы воспроизведения звука с ANC и PNC в соответствии с другим вариантом осуществления, где датчик первичного шума используется для оценки характеристик остаточного шума,

Фиг. 17 - блок-схема альтернативной реализации системы воспроизведения звука с ANC и PNC в соответствии с другим вариантом осуществления, где датчик остаточного шума используется для оценки характеристик остаточного шума,

Фиг. 18 - устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с другим вариантом осуществления, причем устройство содержит блок выделения источника,

Фиг. 19 - головной телефон в соответствии с вариантом осуществления, содержащий два устройства для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с вариантом осуществления по фиг. 16,

Фиг. 20 - головной телефон в соответствии с вариантом осуществления, содержащий два устройства для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с вариантом осуществления по фиг. 17,

Фиг. 21 - тестовая установка для моделирования передачи через головные телефоны и обработки ANC как линейной инвариантной к времени (LTI) системы согласно варианту осуществления,

Фиг. 22 - смоделированные системы LTI, соответствующие тестовой установке по фиг. 21 согласно варианту осуществления, и

Фиг. 23 - блок-схема последовательности этапов, выполняемых для моделирования передачи через головные телефоны и обработки ANC как линейной инвариантной к времени системы в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг. 1 иллюстрирует устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука для выходного аудиосигнала в соответствии с вариантом осуществления. Устройство содержит модуль 110 активного шумоподавления для генерирования сигнала шумоподавления на основе окружающего аудиосигнала. Окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума. Кроме того, устройство содержит модуль 120 оценки характеристик остаточного шума для определения характеристики остаточного шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления. Кроме того, устройство включает в себя модуль 130 компенсации воспринимаемого шума для генерации скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала и на основе характеристики остаточного шума. Кроме того, устройство содержит модуль 140 объединения для объединения сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала, чтобы получить выходной аудиосигнал. В этом контексте окружающий шум может быть шумом любого вида, который возникает в среде, например, среде записывающего микрофона, среде громкоговорителя или среде, в которой слушатель воспринимает излучаемые звуковые волны.

Варианты осуществления устройства для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука выходного аудиосигнала основаны на знании того, что ANC может физически подавить создающий помеху шум лишь частично. ANC является не идеальным, и, следовательно, некоторый остаточный шум остается около слуховых входов слушателя, как показано на схематичной диаграмме примерной реализации в соответствии с уровнем техники, как показано на фиг. 12.

Чтобы преодолеть этот недостаток, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, модуль 120 оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью определения характеристики остаточного шума, так что характеристика остаточного шума указывает характеристику шумовых участков окружающего шума, которые остались бы при воспроизведении только сигнала шумоподавления, например, если бы сигнал шумоподавления воспроизводился, например, посредством громкоговорителя.

Устройство в соответствии с описанным выше вариантом осуществления может быть использовано в головном телефоне (наушниках). Фиг. 2 иллюстрирует соответствующий головной телефон согласно такому варианту осуществления.

Головной телефон состоит из двух наушников 241, 242. Наушник 241 может, например, содержать по меньшей мере один микрофон 261 и устройство 251 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с одним из описанных выше вариантов осуществления. В варианте осуществления головного телефона по фиг. 2, устройство 251 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука может быть интегрировано в наушник 241. Громкоговоритель наушника 241 может воспроизводить выходной аудиосигнал устройства 251 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука. Аналогичным образом, наушник 242 может, например, содержать по меньшей мере один микрофон 262 и устройство 252 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с одним из описанных выше вариантов осуществления. В варианте осуществления головного телефона по фиг. 2, устройство 252 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука может быть интегрировано в наушник 242. Громкоговоритель наушника 242 может воспроизводить выходной аудиосигнал устройства 252 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука. Кроме того, фиг. 2 иллюстрирует слушателя 280, носящего головной телефон.

Головной телефон реализует ANC. В вариантах осуществления, один или несколько микрофонов установлены на головном телефоне по фиг. 2 для измерения окружающего шума и/или остаточного шума у слуховых входов. Микрофонные сигналы используются для генерирования вторичного сигнала для подавления шума. Дополнительно выполняется обработка PNC, которая улучшает качество воспринимаемого звука, компенсируя остающийся шумовой сигнал путем применения переменных во времени и зависимых от сигнала спектральных весов (фильтров) к полезным входным сигналам. Оценку характеристик остаточного шума, необходимых для обработки PNC для вычисления фильтров, получают из микрофонных сигналов.

Существуют различные структуры реализаций ANC. Отличительным признаком между такими структурами является положение датчика шума в цепи обработки, что приводит к двум основным структурам управления, а именно, к структуре прямой связи и структуре обратной связи. Техническая предпосылка реализаций ANC уже была описана выше.

Согласно уровню техники, который иллюстрируется на фиг. 12, создающий помеху шум не подавляется полностью. Остаточный шум может быть скомпенсирован в его отрицательных воздействиях на качество воспроизводимого аудиосигнала с помощью PNC, т.е. способа обработки сигнала, основанного на психоакустике. PNC применяет переменное во времени выравнивание таким образом, что усиливаются спектральные компоненты входного сигнала, которые маскируются создающим помеху шумом. Это обычно достигается с помощью метода спектрального взвешивания, где коэффициенты усиления поддиапазонов вычисляются, принимая во внимание психоакустическое знание и характеристики полезного сигнала (целевого аудиосигнала) и создающего помеху шума. Более подробные технические предпосылки для реализаций PNC уже приводились выше. Воспроизведение звука с PNC в соответствии с уровнем техники изображено на фиг. 13.

Фиг. 14 и 15 иллюстрируют системы воспроизведения звука в соответствии с вариантами осуществления. Обе реализации включают в себя средство для оценки характеристик остаточного шума, упоминаемое как модуль оценки характеристик остаточного шума (RNCE). Разница между этими двумя реализациями заключается в структуре управления, используемой для ANC (структура прямой связи и структура обратной связи).

Фиг. 14 иллюстрирует устройство согласно варианту осуществления и, в частности, комбинацию PNC с ANC в структуре прямой связи. RNCE основан на датчике первичного шума без специального микрофона для измерения остаточного шума. Устройство варианта осуществления по фиг. 14 содержит модуль 1410 активного шумоподавления, модуль 1420 оценки характеристик остаточного шума, модуль 1430 компенсации воспринимаемого шума и модуль 1440 объединения, которые могут соответствовать модулю 110 активного шумоподавления, модулю 120 оценки характеристик остаточного шума, модулю 130 компенсации воспринимаемого шума и модулю 140 объединения согласно фиг. 1, соответственно.

Устройство по фиг. 14, кроме того, включает в себя громкоговоритель 1450 и микрофон 1405. Микрофон 1405 выполнен с возможностью записи окружающего аудиосигнала. Кроме того, громкоговоритель 1450 выполнен с возможностью вывода выходного аудиосигнала. В варианте осуществления по фиг. 14, микрофон и громкоговоритель расположены с возможностью реализовать структуру прямой связи. Структура прямой связи может, например, представлять расположение микрофона и громкоговорителя, в котором микрофон не принимает звуковые волны, испускаемые громкоговорителем.

Фиг. 15 иллюстрирует реализацию в структуре обратной связи, которая использует выделенный микрофон для измерения остаточного шума. В частности, фиг. 15 иллюстрирует устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука, причем устройство вновь содержит модуль 1510 активного шумоподавления, модуль 1520 оценки характеристик остаточного шума, модуль 1530 компенсации воспринимаемого шума и модуль 1540 объединения, которые могут соответствовать модулю 110 активного шумоподавления, модулю 120 оценки характеристик остаточного шума, модулю 130 компенсации воспринимаемого шума и модулю 140 объединения согласно фиг. 1, соответственно.

Как и в варианте осуществления по фиг. 14, устройство в варианте осуществления по фиг. 15, кроме того, включает в себя громкоговоритель 1550 и микрофон 1505. Микрофон 1505 выполнен с возможностью записи окружающего аудиосигнала. Кроме того, громкоговоритель 1550 выполнен с возможностью вывода выходного аудиосигнала. В отличие от фиг. 14, на фиг. 15 микрофон и громкоговоритель расположены с возможностью реализовать структуру обратной связи. Структура обратной связи может, например, представлять расположение микрофона и громкоговорителя, в котором микрофон принимает звуковые волны, испускаемые громкоговорителем.

Фиг. 16 иллюстрирует устройство согласно варианту осуществления, показывающему больше деталей, чем на фиг. 14. Устройство в варианте осуществления по фиг. 16 содержит модуль 1610 активного шумоподавления, модуль 1620 оценки характеристик остаточного шума, модуль 1630 компенсации воспринимаемого шума, модуль 1640 объединения, микрофон 1605 и громкоговоритель 1650. Микрофон 1605 и громкоговоритель 1650 реализуют структуру прямой связи.

В варианте осуществления по фиг. 16, модуль 1620 оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью приема информации о сигнале шумоподавления из модуля 1610 активного шумоподавления. Это показано стрелкой 1660. Модуль 1620 оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью определения в качестве характеристики остаточного шума оценки остающегося шума, которая может, например, указывать, шумовые участки окружающего шума, которые остались бы, если бы воспроизводился только сигнал шумоподавления (а не, например, также сигнал, являющийся результатом PNC).

Так как фиг. 16 реализует структуру прямой связи, окружающий аудиосигнал может, например, содержать только компоненты шумового сигнала. Модуль 1620 оценки характеристик остаточного шума может принимать сигнал шумоподавления из модуля 1610 активного шумоподавления и может, например, добавлять этот сигнал шумоподавления (анти-шум) к окружающему аудиосигналу. Результирующий сигнал может тогда быть оценкой шума, представляющей окружающий шум, который остался бы, если бы воспроизводился только сигнал шумоподавления.

Фиг. 17 иллюстрирует устройство согласно варианту осуществления, представляющему больше деталей, чем фиг. 15. Устройство в варианте осуществления по фиг. 17 содержит модуль 1710 активного шумоподавления, модуль 1720 оценки характеристик остаточного шума, модуль 1730 компенсации воспринимаемого шума, модуль 1740 объединения, микрофон 1705 и громкоговоритель 1750. Микрофон 1705 и громкоговоритель 1750 реализуют структуру обратной связи.

В варианте осуществления по фиг. 17, модуль 1720 оценки характеристики остаточного шума выполнен с возможностью приема информации о скомпенсированном по шуму сигнале из модуля 1730 компенсации воспринимаемого шума. Это показано стрелкой 1770. Модуль 1720 оценки характеристик остаточного шума может быть выполнен с возможностью определения, в качестве характеристики остаточного шума, оценки остающегося шума, которая может, например, указывать, шумовые участки окружающего шума, которые остались бы, если бы воспроизводился только сигнал шумоподавления (а не также сигнал, являющийся результатом PNC).

Так как фиг. 17 реализует структуру обратной связи, окружающий аудиосигнал, который представляет записанные звуковые волны в среде микрофона, также содержит скомпенсированный по шуму сигнал. Модуль 1720 оценки характеристик остаточного шума может принимать скомпенсированный по шуму сигнал из модуля 1730 компенсации воспринимаемого шума и может вычитать масштабированные компоненты принятого скомпенсированного по шуму сигнала из окружающего аудиосигнала. Например, масштабированные компоненты принятого скомпенсированного по шуму сигнала могут быть определены путем масштабирования принятого скомпенсированного по шуму сигнала на предопределенный коэффициент масштабирования. Результирующий сигнал затем может быть оценкой шума, представляющей окружающий шум, который оставался бы при воспроизведении только сигнала шумоподавления. Предопределенный коэффициент масштабирования может, например, представлять собой разность уровней сигнала между средним сигнальным уровнем сигнала, излучаемого громкоговорителем, и средним сигнальным уровнем сигнала, записываемого микрофоном. Некоторыми из преимуществ объединения ANC и PNC являются следующие:

- Улучшенное качество звука: дополнительная компенсация остаточного шума является улучшением по сравнению с ANC, и, наоборот, подавление компонентов низкочастотного шума перед PNC гарантирует восприятия при прослушивании на низких уровнях воспроизведения.

- Экономически эффективная реализация: ANC и PNC могут использовать те же преобразователи (как микрофоны, так и громкоговорители). RNCE могут быть получены от датчика шума, например, датчика остаточного шума, или от датчика первичного шума, принимая во внимание характеристики подавления ANC.

Могут быть использованы два различных способа получения оценки шума. Эти два способа зависят от структуры реализации ANC:

- Если реализация ANC характеризуется наличием микрофона для измерения остаточного шума, оценку шума получают из этого датчика, и перекрестная помеха («перетекание») полезного сигнала в датчик должна быть подавлена.

- Если ANC реализуется в структуре прямой связи с только одним микрофоном для восприятия первичного шума, оценка шума может быть получена от этого датчика с использованием модели передачи через головной телефон (включая механическую разгрузку внешнего шума за счет пассивного поглощения головным телефоном и ANC).

В целом, оценка шума может включать в себя:

1. Подавление перекрестной помехи от музыкального воспроизведения в микрофон.

2. Моделирование передаточной функции/ослабления внешнего шума посредством наушника и обработки ANC.

3. Опционально, анализ сигналов, возможно, в сочетании с обработкой выделения источника, чтобы избежать компенсации/маркировки определенных внешних звуков, которые являются полезными для восприятия слушателем через головной телефон, например, речь и звуки тревожной сигнализации.

Для реализации подавления перекрестной помехи, PNC масштабирует полезный сигнал значениями поддиапазонного коэффициента усиления, которые монотонно возрастают с увеличением поддиапазонного уровня шума. Если воспроизведение музыки принимается микрофоном и добавляется к оценке шума, результирующая обратная связь может потенциально привести к перекомпенсации и избыточному усилению соответствующих поддиапазонных сигналов. Поэтому перекрестная помеха от воспроизведения музыки в микрофоны должна быть подавлена.

Прежде чем окружающий шум достигнет слуховых входов, он гасится пассивным ослаблением наушников и обработкой ANC. Передача через наушники моделируется функцией f_HP, см. уравнение (3):

,

где d[k] обозначает внешний шум, и где e[k] обозначает оценку шума.

Передача может быть смоделирована как линейная инвариантная по времени (LTI) система или как нелинейная система. Такие способы идентификации системы используют ряд измерений входных и выходных сигналов и определяют параметры модели, так что мера погрешности между измерениями выхода и предсказанным выходом минимизируется.

В первом случае (моделирование как LTI системы) система описывается ее импульсным откликом или амплитудной передаточной функцией.

Фиг. 21 иллюстрирует тестовую установку для моделирования передачи через головные телефоны (наушники) и обработки ANC как линейной инвариантной к времени системы согласно варианту осуществления. На фиг. 21 тестовый сигнал вводится в первый громкоговоритель 2110. Тестовый сигнал должен иметь широкий частотный спектр. В ответ на это первый громкоговоритель 2110 выводит звуковые волны, которые затем записываются первым микрофоном 2120, расположенным на наушнике 242 головного телефона в качестве первого записанного аудиосигнала. Первый записанный аудиосигнал записывает звуковые волны, которые еще не прошли через наушник 242. Кроме того, обработка ANC еще не была выполнена.

Тестовый сигнал может рассматриваться как сигнал возбуждения первой LTI системы. Кроме того, первый записанный аудиосигнал может рассматриваться как выходной сигнал первой LTI системы. В варианте осуществления, импульсный отклик первой LTI системы вычисляется на основе тестового сигнала и на основе первого записанного аудиосигнала в качестве первого импульсного отклика. Для этой цели тестовый сигнал должен иметь широкий частотный спектр. Кроме того, первый импульсный отклик переносится в частотную область, например, путем выполнения STFT (кратковременного преобразования Фурье), чтобы получить первый частотный отклик. В альтернативном варианте осуществления первый частотный отклик непосредственно определяется на основе представлений в частотной области тестового сигнала и первого записанного аудиосигнала.

Кроме того, для получения второго записанного микрофонного сигнала, второй микрофон 2130 записывает звуковые волны, которые прошли через наушник 242, и после того как было выполнено ANC. Для выполнения ANC, громкоговоритель 272 наушника 242 используется для вывода так называемого “анти-шума” для подавления звуковых волн от первого громкоговорителя.

Вновь, тестовый сигнал можно рассматривать как сигнал возбуждения еще одной, второй LTI системы. Второй записанный микрофонный сигнал можно рассматривать в качестве выходного сигнала второй LTI системы. В соответствии с вариантом осуществления, импульсный отклик второй LTI системы вычисляется на основе тестового сигнала и на основе второго записанного аудиосигнала в качестве второго импульсного отклика. Кроме того, второй импульсный отклик переносится в частотную область для получения второго частотного отклика. В альтернативном варианте осуществления второй частотный отклик непосредственно определяется на основании представлений в частотной области тестового сигнала и первого записанного аудиосигнала.

Это объясняется более подробно со ссылкой на фиг. 22. Вторая LTI система 2220 может рассматриваться как содержащая две LTI системы, а именно первую LTI систему 2210, уже описанную со ссылкой на фиг. 21, и третью LTI систему 2230. Первая LTI система 2210 принимает тестовый сигнал (выведенный первым громкоговорителем 2110) в качестве сигнала возбуждения. Кроме того, первая LTI система 2210 выводит первый записанный аудиосигнал (записанный первым микрофоном 2120). Третья LTI система 2230 принимает первый записанный аудиосигнал в качестве сигнала возбуждения и выводит второй записанный аудиосигнал (записанный вторым микрофоном).

Для моделирования ANC и влияния передачи звуковых волн через наушники, определена третья LTI система 2230. В варианте осуществления частотный отклик третьей LTI системы 2230 вычисляется как третий частотный отклик на основе первого частотного отклика первой LTI системы 2210 и на основе второго частотного отклика второй LTI системы 2220.

В варианте осуществления второй частотный отклик второй LTI системы 2220 делится на первый частотный отклик первой LTI системы 2210, чтобы получить третий частотный отклик третьей LTI системы 2230.

Фиг. 23 иллюстрирует блок-схему, изображающую этапы для моделирования передачи через головные телефоны (наушники) и обработки ANC как линейной инвариантной по времени системы в соответствии с вариантом осуществления.

На этапе 2310 тестовый сигнал подается в первый громкоговоритель. Первый громкоговоритель выводит звуковые волны в ответ на тестовый сигнал.

На этапе 2320 первый микрофон, расположенный на наушнике головного телефона, записывает звуковые волны для получения первого записанного аудиосигнала.

На этапе 2330 первый частотный отклик первой LTI системы определяется на основе тестового сигнала в качестве сигнала возбуждения первой LTI системы и на основе первого записанного аудиосигнала в качестве выходного сигнала первой LTI системы.

На этапе 2340 второй микрофон записывает второй записываемый аудиосигнал после того, как звуковые волны прошли через наушник, и после того, как было выполнено ANC.

На этапе 2350 второй частотный отклик второй LTI системы определяется на основе тестового сигнала в качестве сигнала возбуждения второй LTI системы и на основе второго записанного аудиосигнала в качестве выходного сигнала второй LTI системы.

На этапе 2360 третий частотный отклик третьей LTI системы определяется на основе первого частотного отклика первой LTI системы и на основе второго частотного отклика второй LTI системы.

В альтернативном варианте осуществления первый импульсный отклик и первый частотный отклик LTI системы и второй импульсный отклик и второй частотный отклик LTI системы не определяются. Вместо этого, частотный отклик третьей LTI системы определяется на основе первого записанного аудиосигнала в качестве сигнала возбуждения третьей LTI системы и на основе второго записанного аудиосигнала в качестве выходного сигнала третьей LTI системы.

В вариантах осуществления третий частотный отклик может быть преобразован из частотной области во временную область для получения импульсного отклика третьей LTI системы.

В некоторых вариантах осуществления частотный отклик и/или импульсный отклик третьей LTI системы, которая отражает эффект ANC и передачи звуковых волн через наушник, доступен для модуля оценки характеристик остаточного шума. В некоторых вариантах осуществления модуль оценки характеристик остаточного шума может определить частотный отклик и/или импульсный отклик третьей LTI системы.

Модуль оценки характеристик остаточного шума может использовать частотный отклик и/или импульсный отклик третьей LTI системы для определения характеристики остаточного шума окружающего аудиосигнала. Например, модуль оценки характеристик остаточного шума может перемножать представление частотной области окружающего аудиосигнала и частотный отклик третьей LTI системы, чтобы определить характеристику остаточного шума. Представление частотной области окружающего аудиосигнала может, например, быть получено путем выполнения преобразования Фурье на представлении временной области окружающего аудиосигнала. В альтернативном варианте, модуль оценки характеристик шума может определять свертку представления временной области окружающего аудиосигнала и импульсного отклика третьей LTI системы.

Существует множество подходов для идентификации нелинейных систем, например, ряд Вольтерры или искусственные нейронные сети (ANN) или марковские цепи.

Например, искусственные нейронные сети (ANN) могут обучаться путем приема первого записанного аудиосигнала по фиг. 21 и фиг. 22 в качестве входного сигнала и второго записанного аудиосигнала по фиг. 21 и фиг. 22 в качестве выходного сигнала.

Если ANC реализовано в структуре прямой связи с только одним микрофоном для восприятия первичного шума, и поскольку анти-шум известен, оценка шума может быть получена из суммирования шума и анти-шума.

Спектральную огибающую получают из временного сигнала оценки шума посредством STFT (кратковременного преобразования Фурье) или альтернативного частотного преобразования или банка фильтров. Используя метод регрессии для аппроксимации пути передачи, например, используя ANN, оценка шума может быть реализована, чтобы непосредственно оценивать спектральную огибающую, предпочтительно с использованием признаков, извлеченных из измерения шума, например, полученного из датчика первичного шума, вычисленного в частотной области.

Полученная оценка шума опционально подвергается пост- обработке путем сглаживания траекторий поддиапазонных сигналов огибающих, например, сглаживания по оси времени, и путем сглаживания спектральной огибающей, например сглаживания по оси частот.

Чтобы не компенсировать семантически значимый звук, например речь и звуки тревожной сигнализации, выполняется интеллектуальный анализ сигнала. Микрофонный сигнал делится на окружающий шум, который компенсируется, и семантически значимый звук, который исключается из оценки шума, либо путем применения обработки выделения источника, либо путем обнаружения присутствия семантически значимых звуков и манипулирования оценкой шума в случаях положительных обнаружений.

В последнем случае, манипулирование оценкой шума выполняется так, что если обнаруживаются звуки, которые должны быть представлены слушателю, оценивание шума приостанавливается и, таким образом, как PNC, так и ANC отключаются. Оценка шума не обновляется во внешних звуках захвата микрофонных сигналов, которые не должны компенсироваться.

Фиг. 18 иллюстрирует соответствующее устройство в соответствии с вариантом осуществления. Устройство в варианте осуществления по фиг. 18 содержит модуль 1810 активного шумоподавления, модуль 1820 оценки характеристик остаточного шума, модуль 1830 компенсации воспринимаемого шума и модуль 1840 объединения, которые могут соответствовать модулю 110 активного шумоподавления, модулю 120 оценки характеристик остаточного шума, модуль 130 компенсации воспринимаемого шума и модулю 140 объединения варианта осуществления по фиг. 1, соответственно. Устройство, кроме того, содержит модуль 1805 выделения источника, который выполнен с возможностью обнаружения сигнальных участков окружающего аудиосигнала, которые не должны компенсироваться. Модуль 1805 выделения источника, кроме того, выполнен с возможностью удаления сигнальных участков окружающего аудиосигнала, которые не должны компенсироваться, из окружающего аудиосигнала.

Фиг. 19 иллюстрирует головной телефон согласно варианту осуществления, содержащий устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука согласно варианту осуществления по фиг. 16. Как на фиг. 2, наушник 241 содержит микрофон 261 и устройство 251 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука. Фиг. 19, кроме того, иллюстрирует громкоговоритель 271 наушника 241. Ссылочная позиция 291 обозначает внутреннюю сторону 291 наушника 241. Внутренняя сторона 291 наушника 241 является стороной наушника, которая находится в контакте с ухом 281 слушателя 280, носящего головной телефон, как показано на фиг. 19. В варианте осуществления по фиг. 19, микрофон 261 выполнен таким образом, что громкоговоритель 271 наушника 241 расположен между микрофоном 261 и внутренней стороной 291 наушника 241. Таким образом, наушник 241 на фиг. 19 реализует структуру прямой связи по фиг. 16. Аналогичным образом, наушник 242 включает в себя другое устройство 252 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука и другой микрофон 262, расположенный таким образом, что громкоговоритель 272 наушника 242 расположен между микрофоном 262 и внутренней стороной 292 наушника 242. Внутренняя сторона 292 наушника 242 является стороной наушника 242, которая находится в контакте с ухом 282 слушателя 280, носящего головной телефон, как показано на фиг. 19. Таким образом, наушник 242 на фиг. 19 также реализует структуру прямой связи по фиг. 16.

Фиг. 20 иллюстрирует головной телефон в соответствии с вариантом осуществления, содержащим устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с вариантом по фиг. 17. Как на фиг. 2, наушник 241 содержит микрофон 261 и устройство 251 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука. Фиг. 20 также иллюстрирует громкоговоритель 271 наушника 241. Ссылочная позиция 291 обозначает внутреннюю сторону 291 наушника 241. Внутренняя сторона 291 наушника 241 является стороной наушника, которая находится в контакте с ухом 281 слушателя 280, носящего головной телефон, как показано на фиг. 20. В варианте осуществления по фиг. 20, микрофон 261 расположен таким образом, что микрофон 261 наушника 241 расположен между громкоговорителем 271 и внутренней стороной 291 наушника 241. Таким образом, наушник 241 по фиг. 20 реализует структуру обратной связи по фиг. 17. Аналогичным образом, наушник 242 включает в себя другое устройство 252 для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука и другой микрофон 262, расположенный так, что микрофон 262 наушника 242 расположен между громкоговорителем 272 и внутренней стороной 292 наушника 242. Внутренняя сторона 292 наушника 242 является стороной наушника 242, которая находится в контакте с ухом 282 слушателя 280, носящего головной телефон, как показано на фиг. 20. Таким образом, наушник 242 по фиг. 20 также реализует структуру обратной связи по фиг. 17.

Головные телефоны в соответствии с другими вариантами осуществления, могут содержать более двух микрофонов, например, четыре микрофона. Например, каждый наушник может содержать два микрофона, один из которых является опорным микрофоном, а другой является дополнительным микрофоном погрешности, причем дополнительный микрофон погрешности используется для улучшения ANC, как указано на фиг. 4.

Хотя некоторые аспекты были описаны в контексте устройства, понятно, что эти аспекты также представляют собой описание соответствующего способа, в котором модуль или устройство соответствует этапу способа или признаку этапа способа. Аналогично, аспекты, описанные в контексте этапа способа, также представляют собой описание соответствующего модуля или элемента или признака соответствующего устройства.

Соответствующий изобретению разложенный сигнал может быть сохранен на цифровом носителе хранения данных или может быть передан по передающей среде, такой как беспроводная передающая среда или проводная передающая среда, такая как Интернет.

В зависимости от некоторых требований реализации, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в аппаратных средствах или в программном обеспечении. Реализация может быть выполнена с использованием цифрового носителя хранения данных, например дискеты, DVD, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM или флэш-памяти, имеющего электронным образом считываемые управляющие сигналы, сохраненные на нем, которые взаимодействуют (или способны взаимодействовать) с программируемой компьютерной системой, так что выполняется соответствующий способ.

Некоторые варианты осуществления в соответствии с изобретением включают, некратковременный носитель данных, имеющий электронным образом считываемые управляющие сигналы, которые способны взаимодействовать с программируемой компьютерной системой таким образом, что выполняется один из способов, описанных здесь.

В общем, варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы в качестве компьютерного программного продукта с программным кодом, причем программный код действует для выполнения одного из способов, когда компьютерный программный продукт выполняется на компьютере. Программный код может, например, быть сохранен на машиночитаемом носителе.

Другие варианты осуществления включают в себя компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в данном документе, сохраненных на машиночитаемом носителе.

Другими словами, вариантом осуществления способа, соответствующего изобретению, является, таким образом, компьютерная программа, имеющая программный код для выполнения одного из способов, описанных в данном документе, когда компьютерная программа выполняется на компьютере.

Другим вариантом осуществления способов, соответствующих изобретению, является, таким образом, носитель данных (или цифровой носитель хранения данных, или считываемый компьютером носитель), содержащий записанную на нем компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в данном документе.

Еще одним вариантом осуществления способа, соответствующего изобретению, является, таким образом, поток данных или последовательность сигналов, представляющих компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в данном документе. Поток данных или последовательность сигналов, например, может быть сконфигурирован(а) для передачи через соединение передачи данных, например, через Интернет.

Еще один вариант осуществления включает в себя средство обработки, например компьютер или программируемое логическое устройство, сконфигурированное или адаптированное для выполнения одного из способов, описанных в данном документе.

Еще один вариант осуществления включает в себя компьютер, имеющий инсталлированную на нем компьютерную программу для выполнения одного из способов, описанных в данном документе.

В некоторых вариантах осуществления программируемое логическое устройство (например, программируемая пользователем вентильная матрица) может быть использовано для выполнения некоторых или всех функциональных возможностей способов, описанных в данном документе. В некоторых вариантах осуществления программируемая пользователем вентильная матрица может взаимодействовать с микропроцессором для выполнения одного из способов, описанных в данном документе. В общем случае, эти способы предпочтительно выполняются любым устройством аппаратных средств.

Описанные выше варианты осуществления являются просто иллюстративными для принципов настоящего изобретения. Понятно, что модификации и варианты конфигураций и деталей, описанных здесь, будут очевидны для специалистов в данной области техники. Поэтому предполагается, что ограничение устанавливается только объемом пунктов формулы изобретения, а не конкретными деталями, представленными посредством описания и объяснения вариантов осуществления в данном документе.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

Изобретение относится к обработке аудиосигнала и, в частности, к устройству и способу для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука путем объединения активного шумоподавления и компенсации воспринимаемого шума, например, путем улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука через головные телефоны. Устройство содержит модуль (110) активного шумоподавления для генерирования сигнала шумоподавления на основе окружающего аудиосигнала, при этом окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума. Кроме того, устройство содержит модуль (120) оценки характеристик остаточного шума для определения характеристики остаточного шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления. Кроме того, устройство содержит модуль (130) компенсации воспринимаемого шума для генерации скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала и на основе характеристики остаточного шума. Кроме того, устройство содержит модуль (140) объединения для объединения сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала для получения выходного аудиосигнала. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука выходного аудиосигнала, содержащее:

модуль (110; 1410; 1510; 1610; 1710; 1810) активного шумоподавления для генерации сигнала шумоподавления с использованием окружающего аудиосигнала в качестве входа, при этом окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума,

модуль (120; 1420; 1520; 1620; 1720; 1820) оценки характеристик остаточного шума для определения оценки остающегося шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления,

модуль (130; 1430; 1530; 1630; 1730; 1830) компенсации воспринимаемого шума для генерации скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала и оценки остающегося шума, и

модуль (140; 1440; 1540; 1640; 1740; 1840) объединения для объединения сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала для получения выходного аудиосигнала,

причем модуль (120; 1420; 1620; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью принимать окружающий аудиосигнал,

причем модуль (120; 1420; 1620; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью принимать сигнал шумоподавления от модуля (110; 1410; 1610; 1810) активного шумоподавления, и

причем модуль (120; 1420; 1620; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью определения оценки остающегося шума с использованием окружающего аудиосигнала и с использованием сигнала шумоподавления.

2. Устройство по п. 1, в котором модуль (120; 1420; 1620; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью определения оценки остающегося шума путем сложения окружающего аудиосигнала и сигнала шумоподавления.

3. Устройство по п. 1,

причем устройство дополнительно содержит по меньшей мере один громкоговоритель (1450; 1650) и по меньшей мере один микрофон (1405; 1605),

при этом микрофон (1405; 1605) выполнен с возможностью записи окружающего аудиосигнала,

при этом громкоговоритель (1450; 1650) выполнен с возможностью вывода выходного аудиосигнала, и

причем микрофон (1405; 1605) и громкоговоритель (1450; 1650) выполнены с возможностью реализовать структуру обратной связи.

4. Устройство по п. 1, причем устройство дополнительно содержит модуль (1805) выделения источника для обнаружения сигнальных участков окружающего аудиосигнала, которые не должны компенсироваться.

5. Устройство по п. 4, в котором модуль (1805) выделения источника выполнен с возможностью удаления сигнальных участков окружающего аудиосигнала, которые не должны компенсироваться, из окружающего аудиосигнала.

6. Устройство для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука выходного аудиосигнала, содержащее:

модуль (110; 1410; 1510; 1610; 1710; 1810) активного шумоподавления для генерации сигнала шумоподавления с использованием окружающего аудиосигнала в качестве входа, при этом окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума,

модуль (120; 1420; 1520; 1620; 1720; 1820) оценки характеристик остаточного шума для определения оценки остающегося шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления,

модуль (130; 1430; 1530; 1630; 1730; 1830) компенсации воспринимаемого шума для генерации скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала и оценки остающегося шума, и

модуль (140; 1440; 1540; 1640; 1740; 1840) объединения для объединения сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала для получения выходного аудиосигнала,

причем модуль (120; 1520; 1720; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью принимать окружающий аудиосигнал,

причем модуль (120; 1520; 1720; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью принимать скомпенсированный по шуму сигнал от модуля (130; 1530; 1730; 1830) компенсации воспринимаемого шума, и

причем модуль (120; 1520; 1720; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью определения оценки остающегося шума на основе окружающего аудиосигнала и на основе скомпенсированного по шуму сигнала,

причем модуль (120; 1520; 1720; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью определения оценки остающегося шума путем вычитания масштабированных компонентов скомпенсированного по шуму сигнала из окружающего аудиосигнала, и

причем модуль (120; 1520; 1720; 1820) оценки характеристик остаточного шума выполнен с возможностью определения масштабированных компонентов скомпенсированного по шуму сигнала путем масштабирования принятого скомпенсированного по шуму сигнала предопределенным коэффициентом масштабирования, причем предопределенный коэффициент масштабирования указывает разность уровней сигнала между средним сигнальным уровнем излученного сигнала при излучении громкоговорителем (1550; 1750) и средним сигнальным уровнем излученного сигнала при записи микрофоном (1505; 1705).

7. Устройство по п. 6,

причем устройство дополнительно содержит громкоговоритель (1550; 1750) и микрофон (1505; 1705),

при этом микрофон (1505; 1705) выполнен с возможностью записи окружающего аудиосигнала,

при этом громкоговоритель (1550; 1750) выполнен с возможностью вывода выходного аудиосигнала, и

причем микрофон (1505; 1705) и громкоговоритель (1550; 1750) выполнены с возможностью реализовать структуру обратной связи.

8. Устройство по п. 6, причем устройство дополнительно содержит модуль (1805) выделения источника для обнаружения сигнальных участков окружающего аудиосигнала, которые не должны компенсироваться.

9. Устройство по п. 8, в котором модуль (1805) выделения источника выполнен с возможностью удаления сигнальных участков окружающего аудиосигнала, которые не должны компенсироваться, из окружающего аудиосигнала.

10. Головной телефон, содержащий два наушника (241, 242), при этом каждый из наушников (241, 242) содержит:

устройство (251, 252) для улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука в соответствии с одним из предыдущих пунктов,

громкоговоритель (271, 272) и

по меньшей мере один микрофон (261, 262) для записи окружающего аудиосигнала.

11. Головной телефон по п. 10, в котором каждый из громкоговорителей (271, 272) наушников (241, 242) расположен между одним из микрофонов (261, 262) одного из наушников (241, 242) и внутренней стороной (291, 292) упомянутого наушника (241, 242).

12. Головной телефон по п. 11, в котором каждый из микрофонов (261, 262) наушников (241, 242) расположен между одним из громкоговорителей (271, 272) одного из наушников (241, 242) и внутренней стороной (291, 292) упомянутого наушника (241, 242).

13. Способ улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука выходного аудиосигнала, содержащий:

генерирование сигнала шумоподавления с использованием окружающего аудиосигнала в качестве входа, при этом окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума,

определение оценки остающегося шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления,

генерирование скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала и оценки остающегося шума, и

объединение сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала для получения выходного аудиосигнала,

причем определение оценки остающегося шума выполняется с использованием окружающего аудиосигнала и сигнала шумоподавления.

14. Способ улучшения воспринимаемого качества воспроизведения звука выходного аудиосигнала, содержащий:

генерирование сигнала шумоподавления с использованием окружающего аудиосигнала в качестве входа, при этом окружающий аудиосигнал содержит участки шумового сигнала, причем участки шумового сигнала являются результатом записи окружающего шума,

определение оценки остающегося шума в зависимости от окружающего шума и сигнала шумоподавления,

генерирование скомпенсированного по шуму сигнала на основе целевого аудиосигнала и оценки остающегося шума, и

объединение сигнала шумоподавления и скомпенсированного по шуму сигнала для получения выходного аудиосигнала,

при этом определение оценки остающегося шума выполняется на основе окружающего аудиосигнала и на основе скомпенсированного по шуму сигнала,

причем определение оценки остающегося шума выполняется путем вычитания масштабированных компонентов скомпенсированного по шуму сигнала из окружающего аудиосигнала, и

причем определение масштабированных компонентов скомпенсированного по шуму сигнала выполняется путем масштабирования принятого скомпенсированного по шуму сигнала предопределенным коэффициентом масштабирования, причем предопределенный коэффициент масштабирования указывает разность уровней сигнала между средним сигнальным уровнем излученного сигнала при излучении громкоговорителем и средним сигнальным уровнем излученного сигнала при записи микрофоном.

15. Компьютерно-читаемый носитель, содержащий компьютерную программу для осуществления способа по п. 13 или 14 при исполнении на компьютере или процессоре сигналов.