噪聲消除麥克風裝置的制造方法
【專利說明】噪聲消除麥克風裝置
[0001]相關串請
[0002]本申請要求2013年3月13日提交的美國臨時申請第61/780，108號的權益。本申請還要求2013年6月25日提交的美國臨時申請第61/839，211號的權益。本申請還要求2013年6月25日提交的美國臨時申請第61/839，227號的權益。本申請還要求2013年12月6日提交的美國臨時申請第61/912，844號的權益。
[0003]本申請與代理人案號為第0717.2220-001 號的 Dashen Fan 的“Eye Glasses WithMicrophone Array”在同一天(2014年2月14日)被共同提交。本申請與代理人案號為第0717.2221-001 號的 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。本申請與代理人案號為第0717.2229-001號的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]以上申請的整個教示通過引用合并于此。
【背景技術】
[0005]在很多記錄聲音的計算機和電子系統中，理想的是降低背景噪聲。降低背景噪聲可以向用戶提供諸如輸出更清楚的音頻信號之類的優點。降低背景噪聲還可以向諸如自動語音識別之類的過程提供優點。
[0006]噪聲消除近距離通話麥克風的聲學特性通常非常有用。這樣的麥克風(本文中也稱為“mic”)通常具有長吊桿形狀因子，其將麥克風定位在用戶的嘴巴前面。然而，這樣的形狀因子具有缺點，包括由于來自用戶的嘴巴的不間斷的濕度在麥克風隔膜(ECM麥克風)的表面上累積而產生的惡化的性能以及多數用戶感受到的由于形狀因子而產生的不便和煩惱。
[0007]因此，需要一種克服或者最小化以上提及的問題的噪聲消除麥克風裝置及其使用方法。
【發明內容】
[0008]更具體地，一些實施例包括:縮短吊桿，從用戶的嘴巴移走麥克風，使用諸如聚合物或橡膠延伸部或套之類的聲學外殼以延伸麥克風的聲學端口，因此延伸有效的近距離通話范圍同時維持用于遠距離噪聲的噪聲消除屬性。
[0009]本發明的示例實施例包括短吊桿頭戴式耳麥(諸如用于合適用于企業電話中心、工業和一般移動使用的電話的音頻頭戴式耳麥)、安裝在眼鏡框架上或者內的具有輸入線(導線、線纜或者其他連接器)的內嵌式“耳塞”頭戴式耳麥、近眼(NTE)頭戴式耳麥顯示器或者頭戴式耳麥計算設備、用于非常嘈雜的環境的長吊桿頭戴式耳麥(諸如工業、軍事和航空應用)、以及可以用于提供影院或交響樂廳類型品質聲學而沒有結構成本的鵝頸式桌面風格麥克風。
[0010]示例實施例以及本發明的另外的細節和優點按照權利要求更詳細地被呈現。本文中所呈現的本發明的耦合的特征可以在物理上和/或在通信上耦合(例如使用有線連接或者無線地)。
[0011]示例實施例包括一種降低噪聲的方法，該方法包括:基于至少兩個接收到的音頻信號在波束形成器處形成主信號以及一個或多個參考信號；在語音活動檢測器處檢測語音活動，其中語音活動檢測器接收主信號和參考信號并且輸出期望的語音活動信號；在自適應噪聲消除器處自適應地消除噪聲，其中自適應噪聲消除器接收主信號、參考信號和期望的語音活動信號并且輸出自適應噪聲消除信號；以及在接收所述期望的語音活動信號和自適應噪聲消除信號并且輸出期望的語音信號的降噪器處降低噪聲。
[0012]本發明的另外的示例實施例可以包括一種噪聲消除數字信號處理器(DSP)，該噪聲消除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兩個音頻信號并且基于該至少兩個音頻信號輸出主信號以及一個或多個參考信號；語音活動檢測器，被配置成或者在通信上耦合以接收主信號和參考信號并且輸出或者產生期望的語音活動信號；以及自適應噪聲消除器，被配置成或者在通信上耦合以接收主信號、參考信號和期望的語音活動信號并且輸出或者產生自適應噪聲消除信號；以及降噪器，被配置成或者在通信上耦合以接收期望的語音活動信號和自適應噪聲消除信號并且輸出或者產生期望的語音信號。
[0013]本發明的另外的示例實施例可以包括被配置成或者在通信上耦合以控制自適應噪聲消除器和降噪器的期望的語音活動信號。語音活動檢測器還可以包括:一個或多個短時檢測器，在通信上耦合以或者被配置成分別檢測所接收的主信號和參考信號中的每個信號的短時功率；一個或多個對數定標器或者放大器，在通信上耦合以或者被配置成分別變換每個短時檢測器的短時功率檢測為對數刻度(例如以dB為單位)；以及一個或多個組合器，在通信上耦合以或者被配置成接收主信號和參考信號中的一個參考信號的放大的短時功率檢測，并且基于主信號檢測和參考信號檢測之間的差值產生或者輸出語音活動差值信號(例如以dB為單位)。短時檢測器可以耦合以接收參考信號或者主信號作為輸入并且向級聯放大器輸出所檢測的短時功率。短時檢測器和放大器可以對于每個相應的信號而言是串聯的。放大器可以是對數變換器(也被稱為對數放大器或者對數定標器)。組合器可以組合相鄰信號(諸如主信號與至少一個參考信號中的一個參考信號)以通過從主信號中減去參考信號的檢測來產生語音活動差值信號(反之亦然)。
[0014]在另外的示例實施例中，語音活動差值信號可以在通信上耦合到輸出期望的語音活動信號的單信號通道語音活動檢測器。語音活動檢測器還可以包括一個或多個或門或者與門，或門或者與門的選擇基于麥克風配置，或門或者與門被布置成接收多個期望的語音活動信號并且基于或門真值(或者邏輯)表輸出多個期望的語音活動信號之一。多個期望的語音活動信號還可以是最終合并的期望的語音活動信號。短時檢測器可以是均方根(RMS)檢測器、功率檢測器、能量檢測器等。
[0015]在另外的示例實施例中，波束形成器可以包括一個或多個低通濾波器(LPF)(例如去加重濾波器)。LPF可以被布置成在由語音活動檢測器接收之前對主信號和參考信號中的每個信號進行濾波。可以使用單一的多信號LPF或者可以使用用于每個信號的各個LPF0 LPF可以具有相同的頻率響應或者傳輸函數特性。替選地，LPF可以具有用于每個信號的不同的頻率響應和傳輸函數特性。LPF可以具有從大致在IkHz與4kHz之間的頻率處開始并且繼續到奈奎斯特頻率的漸進式滾降斜坡。波束形成器還可以包括被布置成對參考信號和/或主信號進行濾波的頻率響應匹配濾波器。頻率響應匹配濾波器可以用于調節增益、相位和/或對信號的頻率響應定形狀。頻率響應匹配濾波器可以用于匹配參考信號和/或主信號的頻率響應。
[0016]在另外的示例實施例中，雙向壓力梯度麥克風元件可以向VAD模塊和通道噪聲降低模塊提供或者輸出至少兩個音頻信號。雙向壓力梯度麥克風元件可以具有兩個聲學端口。壓力梯度麥克風元件可以被密封在聲學外殼或者聲學延伸部或者橡膠套(諸如聚合物或橡膠延伸部或套)內。本文中所使用的術語“密封”或者“被密封”通常指代氣密性或者密閉性密封。聲學延伸部可以包括用于每個聲學端口的聲學導管。聲學導管可以延伸每個聲學端口的范圍。因此，可以增加麥克風的近場通話范圍。壓力梯度麥克風元件或者用聲學外殼可以進一步被氣密性地安裝在管子內。管子可以是圓柱形、方形或者任何其他形狀。管子可以包括至少一對聲學開口和擋風板材料。聲學開口以等于或大于每個聲學端口的范圍的距離沿著管子被縱向等距間隔。擋風板材料可以是泡沫或者擋風材料并且可以用于填充在聲學開口與聲學端口之間的管子的內部。圓柱形管子可以是耦合到頭戴式耳麥設備的短吊桿。
[0017]在另外的示例實施例中，麥克風陣列可以生成至少兩個音頻信號。至少兩個音頻信號可以在波束形成器處被接收。可以對音頻信號進行數字化。麥克風陣列可以包括至少兩個壓力梯度麥克風元件，每個壓力梯度麥克風元件具有兩個聲學端口。聲學端口可以是用于聲波的進入點(輸入)。兩個壓力梯度麥克風元件可以是雙向的和相同的。兩個壓力梯度麥克風元件還可以被密封在聲學外殼、聲學延伸部或者氣密性橡膠套內。聲學外殼、延伸部或者橡膠套可以包括用于每個聲學端口的聲學導管。聲學導管可以延伸每個聲學端口的范圍。因此，可以增加麥克風的近場通話范圍。壓力梯度麥克風元件還可以被氣密性地串聯安裝在基本上圓柱形的管子內。圓柱形管子可以包括至少三個聲學開口和擋風板材料或者泡沫填充材料。聲學開口可以以等于或大于每個聲學端口的范圍的距離沿著管子被縱向等距間隔。擋風板材料或者泡沫填充材料可以用于填充在聲學開口與聲學端口之間的管子內部空間，從而阻擋風和風噪聲。擋風板可以是泡沫材料或者其他材料(例如橡膠套上的擋風套筒)。圓柱狀的管子可以是耦合到頭戴式耳麥設備的短吊桿。圓柱狀的管子還可以耦合到鵝頸式桌面麥克風設備。
[0018]在另外的實施例中，兩個全向麥克風和附加的波束形成可以替代具有聲學延伸部的壓力梯度麥克風。例如，每個壓力梯度麥克風元件可以被兩個全向麥克風元件代替，其中一個全向麥克風元件大致被定位在每個聲學端口的位置處(在每個聲學擴展導管的端部處)。由兩個全向麥克風元件產生的輸出或輸出音頻信號可以被波束形成器接收并且被處理以產生等同于壓力梯度麥克風波束圖案的波束圖案。波束形成器可以是模擬波束形成器或者數字波束形成器(其電子地形成波束)。具有聲學端口延伸部的雙向麥克風可以被兩個全向麥克風代替，每個全向麥克風在聲學延伸部導管的端部和附加波束形成器電路處大致被定位在聲學端口的位置處。
[0019]在另外的示例實施例中，麥克風陣列可以耦合到長吊桿頭戴式耳麥設備。這樣的長吊桿頭戴式耳麥可以呈現為常規的近距離通話麥克風；然而，其是具有兩個并聯的麥克風的大吊桿麥克風。麥克風吊桿的端部可以被布置用于在用戶的嘴巴前面定位，而其余麥克風元件被布置用于在用戶的嘴巴側面定位。麥克風的端部因此保持距用戶的嘴巴很短的距離。這樣的近距離通話長吊桿設計可以在非常嚴重的噪聲環境中使用，包括軍事、航空和工業環境。這樣的設備可以提供有用的噪聲消除性能。麥克風陣列可以包括兩個壓力梯度噪聲消除麥克風，其中麥克風之一被直接定位在用戶的嘴巴的前面，而另一個麥克風被定位在用戶的嘴巴的側面。兩個麥克風在單個外殼(殼體)或者相同的殼體中可以相同。麥克風圖案可以在方向上彼此平行并且垂直于吊桿。外殼內的每個麥克風可以具有前開口和后開口。數字信號處理電路可以位于外殼內并且在麥克風之間。陣列可以包括取代壓力梯度噪聲消除麥克風的雙向麥