噪声降低装置、方法、程序以及噪声降低音频输出装置

具体实施方式

下面参照附图说明按照本发明的噪声降低装置的几个实施例。在下面要说明的每个实施例中，按照本发明的噪声降低装置被应用于作为按照本发明的噪声降低音频输出装置的实施例的耳机装置。

进行有源噪声降低的系统包括反馈系统(反馈型)和前馈系统(前馈型)。本发明可应用于这两种噪声降低系统。

有两种用于按照噪声环境改变噪声降低装置的特性的系统：按照用户的选择指令改变所述特性的手动选择系统以及按照噪声环境自动地改变所述特性的自动选择系统。

[手动选择系统]

[第一实施例(反馈型噪声降低装置)]

首先说明其中本发明被应用于反馈型噪声降低系统的一个实施例。图1是表示采用按照本发明的噪声降低装置的实施例的耳机装置的实施例的结构示例的方框图。

为了简化说明，图1只表示听者1的右耳侧的耳机装置的一部分的结构。对于后面要说明的实施例也是如此。附带说明，显然，左耳侧的部分也以相同的方式构成。

图1表示如下状态，听者1戴着按照本实施例的耳机装置，由此听者1的右耳被用于右耳的耳机装置壳体(壳体单元)2盖住。在耳机壳体2的内部提供有耳机驱动单元(下面简称为驱动器)11，其作为电声转换装置，用于以声学方式再现作为电信号的音频信号。

例如在经过音频信号输入端12之后的音乐信号经由均衡电路13和加法电路14被提供给功率放大器15。音乐信号经由功率放大器15被提供到驱动器11，然后被声学地再现，由此向听者1的右耳发出该音乐信号的再现声音。

音频信号输入端12由耳机插头构成，其被插入便携式音乐再现装置的耳机插孔中。在音频信号输入端12和驱动器11之间的用于左耳和右耳的音频信号传输线中提供有噪声降低装置部分20，该噪声降低装置部分20不仅包括均衡电路13、加法电路14和功率放大器15，而且还包括后面要说明的作为声电转换装置的麦克风21、麦克风放大器(下面简称为扩音放大器)22、用于噪声降低的滤波电路23、存储器24、存储器控制器25、操作单元26等等。

虽然图中未示出，但是在噪声降低装置部分20和驱动器11、麦克风21以及构成音频信号输入端12的耳机插头之间的连接由连接电缆实现。标号20a、20b和20c表示连接端部分，在这些部分处，连接电缆连接到噪声降低装置部分20。

图1的第一实施例在听者1的音乐收听环境中通过反馈系统降低从耳机壳体2外部的噪声源3进入耳机壳体2内的听者1的音乐收听位置的噪声，从而可以在良好的环境中收听音乐。

在反馈型噪声降低系统中，在声音合成位置(噪声消除点Pc)处的噪声被麦克风收集，在该声音合成位置处，噪声和噪声降低音频信号的声学再现声音被合成，声音合成位置是听者1的音乐收听位置。

因此，在第一实施例中，在耳机壳体(壳体单元)2内部的噪声消除点Pc处提供用于收集噪声的麦克风21。麦克风21的位置是一个控制点。因而，考虑到噪声衰减效果，噪声消除点Pc一般设置在靠近耳部的位置，即，在驱动器11的膜片前方的位置。麦克风21被提供在这个位置。

由噪声降低音频信号产生单元产生由麦克风收集的噪声的反相位分量作为噪声降低音频信号。产生的噪声降低音频信号被提供给驱动器11，以便被声学地再现。由此降低从外面进入耳机壳体2的噪声。

在噪声源3的噪声和进入耳机壳体2的噪声3’不具有相同的特性。然而，在反馈型噪声降低系统中，进入耳机壳体2的噪声3’，即要被降低的噪声3’由麦克风21收集。

因而，在反馈系统中，噪声降低音频信号产生单元产生噪声3’的反相位分量，从而消除在噪声消除点Pc处由麦克风21收集的噪声3’便足够了。

本实施例使用数字滤波电路23作为反馈系统的噪声降低音频信号产生单元。在本实施例中，噪声降低音频信号由反馈系统产生，因此数字滤波电路23下面被称为FB滤波电路23。

FB滤波电路23包括：DSP(数字信号处理器)232，被提供在DSP 232前面一级中的A/D转换电路231，以及被提供在DSP 232后面一级中的D/A转换电路233。

由麦克风21通过收集声音而获得的模拟音频信号被经由扩音放大器22提供给FB滤波电路23。模拟音频信号由A/D转换电路231转换成数字音频信号。该数字音频信号被提供给DSP 232。

DSP 232包括用于产生反馈系统的数字噪声降低音频信号的数字滤波器。该数字滤波器产生数字噪声降低音频信号，该信号具有对应于滤波系数的特性，该滤波系数是基于输入到数字滤波器的数字音频信号而在数字滤波器中设置的一个参数。在本实施例中，在DSP 232的数字滤波器中设置的滤波系数从存储器24经由存储器控制器25提供。

在本实施例中，存储器24存储作为多个(多组)如后面所述的参数的滤波系数，以便能够利用反馈系统的噪声降低音频信号降低在多个不同噪声环境中的噪声，所述信号是由DSP 232的数字滤波器产生的。

存储器控制器25从存储器24中读出一个特定的滤波系数(一组特定的滤波系数)，并在DSP 232的数字滤波器中设置该滤波系数(该一组滤波系数)。

在本实施例中的存储器控制器25被提供有操作单元26的操作输出信号。按照来自操作单元26的操作输出信号，存储器控制器25从存储器24中选择并读出一个特定的滤波系数(一组特定的滤波系数)，并在DSP 232的数字滤波器中设置该滤波系数(该一组滤波系数)。

然后，DSP 232的数字滤波器产生数字噪声降低音频信号，所述数字噪声降低音频信号对应于经由存储器控制器25从存储器24中选择地读出的并如上所述被在DSP 232的数字滤波器中设置的滤波系数。

然后把DSP 232产生的数字噪声降低音频信号在D/A转换电路233中转换成模拟噪声降低音频信号。该模拟噪声降低音频信号作为FB滤波电路23的输出信号被提供给加法电路14。

听者1想要通过耳机收听的输入音频信号(音乐信号等)S经由音频信号输入端12和均衡电路13被提供给加法电路14。均衡电路13校正输入音频信号的声音特性。

作为加法电路14的加法结果的音频信号经由功率放大器15被提供给驱动器11以便被声学地再现。由驱动器11声学地再现并发出的声音包括基于在FB滤波电路23中产生的噪声降低音频信号的声学再现分量。基于噪声降低音频信号的声学再现分量、包括在由驱动器11声学再现并发出的声音中的声学再现分量、以及噪声3’被声学合成，由此在噪声消除点Pc处降低(消除)噪声3’。

下面将参照图2使用传递函数说明上述的反馈型噪声降低装置的噪声降低操作。

图2是使用对应于图1的方框图的几个部分的传递函数来表示这些部分的方框图。在图2中，A是功率放大器15的传递函数，D是驱动器1的传递函数，M是对应于麦克风21和扩音放大器22的部分的传递函数，以及-β是被设计用于反馈的滤波器的传递函数。H是从驱动器11到麦克风21的空间的传递函数，以及E是对其提供要收听的音频信号S的均衡器13的传递函数。假定上述传递函数中的每一个由复数表达式表示。

在图2中，N是从外部噪声源进入耳机壳体2内的麦克风21的位置附近的噪声，P是到达听者1的耳部的声压。附带地，外部噪声被传送到耳机壳体2的内部，这是因为由声压而从耳垫部分的缝隙中泄漏噪声，或者因为耳机壳体2受到声压并由此产生振动，从而产生例如被传送到耳机壳体2内部的声音。

当如图2所示时，图2的块可以由图3中的等式1表示。按等式1对噪声N进行直接衰减，噪声N被衰减为1/(1+ADHMβ)。然而，为了使等式1的系统在进行噪声降低的频带内作为噪声消除机构稳定地操作，可能需要保持图3中的等式2。

一般地说，结合大于1的反馈型的噪声降低系统中传递函数的乘积的绝对值(1<<|ADHMβ|)，并结合在经典控制理论中的奈奎斯特稳定性准则，关于图3的等式2的系统的稳定性可被解释如下。

将考虑“开环”的传递函数(-ADHMβ)，通过断开图2中的与噪声N有关的环路部分(从麦克风21到驱动器11的环路部分)中的一部分而形成开环。这个开环具有图4的波德图(Bode diagram)表示的特性。

当考虑这个开环时，根据奈奎斯特稳定性准则，需要满足两个条件，即在图4中通过0度相位的点时增益低于0分贝，以及图4中的增益是0分贝或更高时没有包括0度相位的点，以便保持上述的等式2。

当不满足这两个条件时，在环路中实现正反馈，因而引起振荡(嚎鸣(howling))。在图4中，Pa和Pb代表相位裕度，Ga和Gb代表增益裕度。当这些裕度小时，振荡的危险基于佩带耳机的各个差异和变化而增加。

下面说明除去上述的噪声降低功能之外从耳机的驱动器再现所需声音的情况。

图2中要被收听的音频信号S是主要从耳机的驱动器再现的信号的总称，该信号实际上不仅包括音乐信号，而且包括壳体外部的麦克风的声音(用作助听功能)、经由通信得到的音频信号(用作耳塞装置)等等。

在上述的等式1中，对信号S进行直接衰减，当均衡器E按照图3所示的等式3被设置时，声压P由图3的等式4表示。

因而，假定麦克风21的位置非常靠近耳部的位置，因为H是从驱动器11到麦克风21(耳部)的传递函数，并且A和D分别是功率放大器15和驱动器11的传递函数，则示出获得了类似于无噪声降低功能的普通耳机的特性。附带说明，此时，当从频率轴上看时，均衡电路13的传递特性E基本上等于开环特性。

如上所述，利用具有图1的配置的耳机装置，可以在降低噪声的同时收听待收听的音频信号而没有任何问题。然而，在这种情况下，为了获得足够的噪声降低效果，可能需要在由DSP 232构成的数字滤波器中设置与从外部噪声源3向耳机壳体内部传输的噪声的特性对应的滤波系数。

如上所述，有各种产生噪声的噪声环境，并且噪声的频率特性和相位特性对应于各个噪声环境。因此，不能期望在所有噪声环境中都利用单个滤波系数来获得足够的噪声降低效果。

因而，在本实施例中，如上所述，通过在存储器24中预先存储来准备多个(多组)与各种噪声环境对应的滤波系数。选择被认为合适的滤波系数，并从多个滤波系数中读出该滤波系数，然后在FB滤波电路23中的由DSP 232构成的数字滤波器中设置该滤波系数。

需要收集每种噪声环境下的噪声，并计算要在数字滤波器中设置的可用于降低(消除)该噪声的合适滤波系数，并把所述系数预先存储在存储器24中。例如，在例如火车站站台、机场、在地面上运行的火车内、地铁列车内、集市、大商店内等的各种噪声环境下收集噪声。计算可以降低(消除)该噪声合适的滤波系数并预先存储在存储器24中。

在第一实施例中，用户从在存储器24中存储的多个(多组)滤波系数中手动地选择合适的滤波系数。因而，要由用户操作的操作单元26连接到存储器控制器25。

在本实施例中的操作单元26例如具有非锁定型按钮开关作为滤波系数改变操作装置。每当听者按下按钮开关时，存储器控制器25改变从存储器24读出的滤波系数组，并把改变后的滤波系数组提供给FB滤波电路23。

图5是在这种情况下在存储器控制器25中进行的存储器读出控制的流程图。存储器控制器25监视来自操作单元26的操作信号，以确定按钮开关是否被按下，从而给出用于改变滤波系数的操作指令(步骤S1)。

当在步骤S1确定没有给出滤波系数改变操作指令时，存储器控制器25重复步骤S1，并等待滤波系数改变操作指令。当在步骤S1确定给出滤波系数改变操作指令时，存储器控制器25把从存储器24读出的滤波系数组改变为与至此的滤波系数不同的下一个滤波系数，然后把这下一个滤波系数提供给FB滤波电路23(步骤S2)。此后，处理返回步骤S1。

在这种情况下，存储器控制器25预先确定关于在存储器24中存储的多个(多组)滤波系数的读出顺序，并且当确定给出滤波系数改变操作指令时，按照读出顺序依次循环地读取并改变多个滤波系数。

假定例如几组系数，即，可以提供4种噪声降低效果的几组滤波系数被写入存储器24中，其中这几组滤波系数由图6所示的“噪声衰减曲线(噪声衰减特性)”表示。在图6的示例中，对于噪声分别主要分布在低频带、低中频带、中频带和宽带情况下的4种噪声特性，在每种情况下提供用于降低噪声的曲线特性的滤波系数被存储在存储器24中。

在这种情况下，假定提供图6所示的用于降低主要分布在低频带的噪声的低频带导向曲线的噪声降低特性的滤波系数是第一滤波系数，提供图6所示的用于降低主要分布在低中频带的噪声的低中频带导向曲线的噪声降低特性的滤波系数是第二滤波系数，提供图6所示的用于降低主要分布在中频带的噪声的中频带导向曲线的噪声降低特性的滤波系数是第三滤波系数，提供图6所示的用于降低主要分布在宽带的噪声的宽带导向曲线的噪声降低特性的滤波系数是第四滤波系数。那么，每当按钮开关被按下以给出滤波系数改变操作指令时，例如，从存储器24读取的滤波系数从第一滤波系数改变到第二滤波系数、到第三滤波系数、到第四滤波系数、到第一滤波系数、...。

当这样改变滤波系数时，听者1用他/她的耳部检查噪声降低效果，在读出听者感到获得了足够的噪声降低效果的滤波系数之后停止按下按钮开关。然后，存储器控制器25继续读取在此时读取的滤波系数，并被控制而进入读取由用户选择的滤波系数的状态。

在这种情况下，为了使听者更可靠地检查噪声降低效果，最好听者在基于音频信号S的再现声音不是从驱动器11发出的环境中检查噪声降低效果。能够适用于这种情况的方法包括允许听者在没有输入音频信号S的环境中在对操作单元26进行操作的同时检查噪声降低效果的方法，以及当音频信号S正被输入和再现时，从按下操作单元26的按钮开关起的一个预定时间内对输入到加法电路14的音频信号静音的方法，这种方法基本上足以检查噪声降低效果。

附带说明，上述的图6的示例对应于这样的情况：假定噪声主要分布在四种频带，即低频带、低中频带、中频带和宽频带的状态，这样设置滤波系数，使得提供在各个情况下的用于降低噪声的曲线特性，然后在存储器24中存储滤波系数，而不是这样的情况：实际测量在每个噪声环境下的噪声而后设置与其对应的滤波系数，如上所述。

即使利用简单设置的滤波系数，按照本实施例的噪声降低装置也可以选择适合于每种噪声环境的滤波系数。因此与在现有的模拟滤波系统中滤波系数被固定地设置的情况相比，可以获得较好的噪声降低效果。

附带说明，在上述的实施例中的存储器控制器25也可以在DSP232内构成。

虽然在上述的说明中没有参考均衡电路13的均衡器特性，但是在反馈型噪声降低装置的情况下，当数字滤波器的滤波系数被改变因而噪声降低曲线被改变时，可能需要响应于数字滤波器的滤波系数的改变而改变均衡器特性，这是因为在外部输入的待收听音频信号S上产生与噪声降低效果的频率曲线对应的效果。

因而，例如，在存储器24中对应于数字滤波器的多个滤波系数中的每一个而存储用于改变均衡电路13的均衡器特性的参数。存储器控制器25响应于滤波系数的改变而对均衡电路13提供参数，因而均衡电路13的均衡器特性改变。

附带说明，均衡电路13可以在DSP 232内作为数字均衡电路的结构而被构成。在这种情况下，音频信号S被转换成数字信号，并把数字信号提供给DSP 232内的均衡电路。此时，如下方式是足够的：存储器控制器25响应于数字滤波器的滤波系数的改变而从存储器24中读出参数，并把所述参数提供给数字均衡电路，从而改变数字均衡电路的均衡器特性。

[第二实施例(前馈型噪声降低装置)]

图7表示采用了按照本发明的噪声降低装置的实施例的耳机装置的实施例的结构示例。图7是表示采用前馈系统代替图1的反馈系统的情况的方框图。在图7中，与图1相同的部分用相同的标号表示。

噪声降低装置部分30包括：作为声电转换装置的麦克风31、扩音放大器32、用于噪声降低的滤波电路33、存储器34、存储器控制35、操作单元36等等。

与在上述的反馈型噪声降低装置部分20中一样，噪声降低装置部分30通过连接电缆连接到驱动器11、麦克风31、以及构成音频信号输入端12的耳机插头。标号30a、30b和30c表示连接电缆连接到噪声降低装置部分30的连接端部分。

第二实施例在听者1的音乐收听环境中通过前馈系统降低从耳机壳体2外部的噪声源3进入耳机壳体2内的听者1的音乐收听位置的噪声，从而可以在良好的环境中收听音乐。

前馈型噪声降低系统主要具有位于耳机壳体2外部的麦克风31，如图7所示。由麦克风31收集的噪声3经过合适的滤波处理而产生噪声降低音频信号。产生的噪声降低音频信号由耳机壳体2内的驱动器11声学地再现，由此消除在靠近听者1的耳部的位置的噪声(噪声3’)。

由麦克风31收集的噪声3和耳机壳体2内的噪声3’具有与这两种噪声的空间位置之间的差别(包括耳机壳体2的外部和内部之间的差别)对应的不同特性。因而，在前馈系统中，考虑到由麦克风31收集的来自噪声源3的噪声和在噪声消除点Pc处的噪声3’的空间传递函数之间的差别，产生噪声降低音频信号。

在本实施例中，使用数字滤波电路33作为前馈系统的噪声降低音频信号产生单元。在本实施例中，通过前馈系统产生噪声降低音频信号，因此数字滤波电路33在下面被称为FF滤波电路33。

以与FB滤波电路23完全相同的方式，FF滤波电路33包括：DSP(数字信号处理器)332，被提供在DSP 332的前一级的A/D转换电路331以及被提供在DSP 332的后一级的D/A转换电路333。

如图7所示，借助于麦克风31收集声音而获得的模拟音频信号经由扩音放大器32被提供给FF滤波电路33。通过A/D转换电路331把模拟音频信号转换成数字音频信号。数字音频信号被提供给DSP332。

DSP 332包括用于产生前馈系统的数字噪声降低音频信号的数字滤波器。该数字滤波器从输入到该数字滤波器的数字音频信号产生具有与作为在该数字滤波器中设置的参数的滤波系数对应的特性。在本实施例中，在DSP 332的数字滤波器中设置的滤波系数从存储器34经由存储器控制器35被提供。

在本实施例中，存储器34存储滤波系数作为后面说明的多个(多组)参数，以便能够利用由DSP 332的数字滤波器产生的前馈系统的噪声降低音频信号来降低在多个不同的噪声环境下的噪声。

存储器控制器35从存储器34中读取一个(一组)特定的滤波系数，在DSP 332的数字滤波器中设置所述一个(所述一组)滤波系数。

本实施例中的存储器控制器35被提供有操作单元36的操作输出信号。按照来自操作单元36的操作输出信号，存储器控制器35从存储器34中选择并读取一个特定的滤波系数(一组特定的滤波系数)，并在DSP 332的数字滤波器中设置所述一个滤波系数(所述一组滤波系数)。

然后，DSP 332的数字滤波器产生数字噪声降低音频信号，所述数字噪声降低音频信号对应于经由存储器控制器35从存储器34中选择性读取的并如上所述在DSP 332的数字滤波器中设置的滤波系数。

然后把DSP 332产生的数字噪声降低音频信号在D/A转换电路333中转换成模拟噪声降低音频信号。该模拟噪声降低音频信号被作为FF滤波电路33的输出信号提供给加法电路14。

听者1想要通过耳机收听的输入音频信号(音乐信号等)S经由音频信号输入端12和均衡电路13被提供给加法电路14。均衡电路13校正输入音频信号的声音特性。

作为由加法电路14相加结果的音频信号经由功率放大器15被提供给驱动器11以便被声学地再现。由驱动器11声学地再现并发出的声音包括基于在FF滤波电路33中产生的噪声降低音频信号的声学再现分量。基于噪声降低音频信号的声学再现分量、包括在由驱动器11声学地再现并发出的声音中的声学再现分量、以及噪声3’被声学地合成，由此在噪声消除点Pc处降低(消除)噪声3’。

在第二实施例中的存储器34、存储器控制器35和操作单元36的多个部分按照与第一实施例中的存储器24、存储器控制器25以及操作单元26完全相同的方式被构成。每当操作单元36的按钮开关被按下时，依次循环地从存储器34中读取对应于不同噪声环境的滤波系数，然后所述滤波系数被提供给FF滤波电路33。

此外，FF滤波电路33的结构和FB滤波电路23的结构完全相同。然而，第一实施例和第二实施例的区别在于：在第一实施例中被提供给由DSP 232形成的数字滤波器的滤波系数是反馈系统的滤波系数，而在第二实施例中提供给由DSP 332形成的数字滤波器的滤波系数是前馈系统的滤波系数。

下面参照图8使用传递函数说明前馈型噪声降低装置的噪声降低操作。图8是使用对应于图7的方框图的几个部分的传递函数来表示这些部分的方框图。

在图8中，A是功率放大器15的传递函数，D是驱动器11的传递函数，M是对应于麦克风31和扩音放大器32的部分的传递函数，以及-α是针对前馈涉及的滤波器的传递函数。H是从驱动器11到噪声消除点Pc的空间的传递函数，E是应用于要收听的音频信号S的均衡器13的传递函数。F是从外部噪声源3的噪声位置N到听者耳部内的噪声消除点Pc的位置的传递函数。

当如图8所示时，图8的块可以由图3中的等式5表示。附带说明，F’是从噪声源到扩音器的位置的传递函数。假定每个上述传递函数都用复数表达式表示。

考虑理想状态，并假定传递函数F可以用图3中的等式6表示，图3中的等式5可以由图3中的等式7表示。由此，表明噪声被消除了，只留下音乐信号(或想要收听的音乐信号等等)，从而可以听到与在普通耳机操作中相同的声音。此时的声压P由图3的等式7表示。

然而，实际上难于构成具有使得图3中的等式6完全成立的传递函数的理想滤波器。尤其是关于中频带和高频带，佩带耳机的方式和耳部的形状存在很大的个体差异，并且例如基于噪声的位置和扩音器的位置而使特性改变。因而，一般地说，就中频带和高频带而言，不能进行有源噪声降低处理，因而通常由耳机壳体2进行无源声音隔离。

附带说明，图3中的等式6表示，如由该等式显然可以看出的，从噪声源到耳部位置的传递函数用包括数字滤波器的传递函数α的电路模拟。

附带说明，在前馈型的第二实施例中的噪声消除点Pc可被设置在听者的任意耳部位置，如图7所示，这与图1所示的反馈型的第一实施例不同。

然而，在通常情况下，α是固定的，并在设计阶段针对某个目标特性被确定。

因为人的耳部形状之间的差别，不能获得充分的噪声降低效果，或者添加的相位不相反的噪声分量例如可能引起产生怪声的现象。一般地说，如图9所示，利用第二实施例的前馈型系统，存在极小的振动可能性，因而获得了高的稳定性，但是难于获得充分的衰减量。另一方面，利用第一实施例的反馈系统，可以期望得到大的衰减量，但是需要对系统的稳定性给予注意。

附带说明，上述实施例中的存储器控制器35可形成在DSP 332内。也可以在DSP 332内构成均衡电路13，把音频信号S转换成数字信号，并把数字信号提供给DSP 332内的均衡电路。

[第三和第四实施例]

在上述的第一和第二实施例中，滤波电路是数字式的，并在存储器中准备多种滤波系数。如果需要，从多种滤波系数中选择一个合适的滤波系数，然后将在数字滤波器中设置所述滤波系数。

然而，数字式的FB滤波电路23和FF滤波电路33具有在A/D转换电路231和331以及D/A转换电路233和333内的延迟问题。这个延迟问题将在下面参照反馈型噪声降低系统进行讨论。

例如，作为一个普通的示例当使用具有48kHz的采样频率Fs的A/D转换电路和D/A转换电路时，假定在A/D转换电路和D/A转换电路内引起的延迟量在每个A/D转换电路和D/A转换电路中是20个采样，则除了在DSP中的操作延迟之外，在FB滤波电路23的块内包括总共40个采样的延迟。结果，所述延迟作为开环的延迟被施加于整个系统。

具体地说，与48kHz采样频率下的40个采样的延迟对应的增益和相位如图10A所示。相位旋转开始于几十赫兹，相位大幅旋转，直到Fs/2(24kHz)的频率。如图11A、11B和11C所示，可容易地理解认识到在48kHz的采样频率下一个采样的延迟对应于在Fs/2的频率下180(π)度的延迟，两个采样和三个采样的类似延迟对应于2π和3π的延迟。

图12A和12B表示在假定为反馈结构的实际噪声降低系统的耳机配置中从驱动器1的位置到麦克风21的传递函数的测量。这些图表明，在这种情况下，麦克风21被设置在驱动器11的膜片的前表面附近，并且因为麦克风21和驱动器11之间的短距离，发生相对小的相位旋转。

在图12A和12B中所示的传递函数对应于等式1和等式2中的ADHM。使该传递函数与在频率轴上具有传递函数-β的特性的滤波器相乘的结果构成实际上的开环。开环的形状可能需要满足上述的使用等式2和图4表示的条件。

再次观察图10A的相位特性可以看出，在0度开始，在大约1kHz出旋转一周(2π)。除此之外，在图12A和12B的ADHM特性中，存在取决于从驱动器11到麦克风21的距离的相位延迟。

在FB滤波电路23中，可由自由设计的DSP 232构成的数字滤波器部分与A/D转换电路231以及D/A转换电路233中的延迟元件串联连接。然而，从因果率来看，基本上难于在数字滤波器部分中设计相位提前的滤波器。虽然基于滤波器形状的构造仅在一个特定频带中“局部”相位提前是可能的，但是可能无法构成用于宽带的相位提前电路，例如补偿由于这个延迟而引起的相位旋转。

考虑到这一点，即使通过DSP 232设计传递函数-β的理想数字滤波器时，在这种情况下，利用反馈结构可以获得噪声降低效果的频带被限制于大约1kHz，此时产生一周的较低的相位旋转。当假定甚至包括ADHM特性的开环并允许相位裕度和增益裕度时，衰减量和衰减频带被进一步降低。

在这个意义上，可以看出，对于如图12A和12B所示特性所需的β特性(在传递函数-β的块内的反相系统)是这样的：如图13A和13B所示，在要产生噪声降低效果的频带内，增益形状基本上是人字形，同时没有过大地发生相位旋转(在从图13B的低频带到高频带的范围内，相位特性没有旋转一周)。因而，直接的目标是设计整个系统，以使得阻止相位旋转一周。

附带说明，实质上，当在要进行噪声降低的频带(主要是低频带)内相位旋转较小时，频带外部的相位改变无关紧要，只要增益不被减小。然而，一般地说，在高频带内的大量相位旋转对低频带具有不小的影响。因而，本实施例的目的在于进行设计使得在宽频带内具有减小的相位旋转。

此外，图13A和13B所示的特性可设计为模拟电路。在这个意义上，与形成上述数字滤波器的优点进行交换，与利用模拟电路进行系统设计的情况相比，不希望过大地影响噪声降低效果。

增加采样频率降低了在A/D转换电路和D/A转换电路中的延迟。具有增加的采样频率的耳机装置作为产品是非常昂贵的，然而用于军事目的和工业目的还是可行的。然而，这种耳机装置作为用于普通用户的产品(例如用于收听音乐等的装置)太昂贵，因而不太可行。

因而，在第三和第四实施例中，提供一种方法，其可以进一步增加噪声降低效果，同时利用在第一和第二实施例中的数字化的优点。

图14是表示按照第三实施例的耳机装置的结构的方框图。第三实施例是使用第一实施例的反馈系统对噪声降低装置部分20的结构的改进。

在第三实施例中，如图14所示，FB滤波电路23通过提供由模拟滤波电路234构成的模拟处理系统而构成，其中模拟滤波电路234与由A/D转换电路231、DSP 232以及D/A转换电路233构成的数字处理系统并联连接。

由模拟滤波电路234产生的模拟噪声降低音频信号被添加于加法电路14。除此之外，按照第三实施例的耳机装置的结构与图1所示的结构完全相同。

附带说明，图14所示的模拟滤波电路234实际上包括这样的情况：实质上在不对输入音频信号进行滤波处理的情况下使输入音频信号原样经过模拟滤波电路234，并把输入音频信号提供给加法器14。在这种情况下，在模拟处理系统中没有模拟元件，因而就变化和稳定性而言可以获得高可靠性的系统。

在按照第三实施例的FB滤波电路23中，上述的要在存储器24中存储的滤波系数被这样设计，使得在由数字处理系统和模拟处理系统进行并行处理之后的两个信号加在一起的结果具有图13A和13B所示的增益特性和相位特性，作为传递函数β的特性。

按照第三实施例，通过与数字处理系统的路径并联地增加模拟处理系统的路径，可以减轻上述的问题，并按照各种噪声环境进行有效的噪声降低。

当模拟处理系统的路径(在输入音频信号经过的情况下)被并联地添加于数字处理系统的路径时的特性如图15A、15B和15C所示。图15A表示在本示例中的传递函数的脉冲响应的头部(多达128个采样)。图15B表示相位特性。图15C表示增益特性。

图15B表示按照第三实施例的通过添加模拟路径来抑制相位旋转，并且在从低频带到高频带的范围内不发生一周的相位旋转。

从另一方面观察上述特性，包括数字滤波器的处理系统对作为用于噪声降低的主要部分的低频特性的影响变得更大，而对于中频带和高频带有效地使用快速响应模拟路径的特性，在所述频带中由于A/D转换电路和D/A转换电路的延迟，相位旋转趋于较大。

因而，按照第三实施例，可以提供一种噪声降低装置和耳机装置，其可以进行适用于各种噪声环境的噪声降低而不增加结构的规模。

虽然第三实施例表示通过反馈系统进行噪声降低的情况，但第三实施例同样适用于通过第二实施例的前馈系统进行噪声降低的情况。

第四实施例使用上述的进行前馈系统的噪声降低的第二实施例中的数字滤波器来补救上述问题。图16表示第四实施例的配置示例。

具体地说，在第四实施例中，FF滤波电路33通过提供由模拟滤波电路334构成的模拟处理系统而构成，其中模拟滤波电路334与由A/D转换电路331、DSP 332以及D/A转换电路333构成的数字处理系统并联连接。

由模拟滤波电路334产生的模拟噪声降低音频信号被添加于加法电路14。除此之外，按照第四实施例的耳机装置的结构和图7所示的结构完全相同。

附带说明，图16所示的模拟滤波电路334包括这样的情况：在不对输入的音频信号进行滤波的情况下使输入音频信号按原样经过模拟滤波电路334，并把输入音频信号提供给加法电路14。在这种情况下，在模拟处理系统中不存在模拟元件，因而就变化和稳定性而言获得高可靠性的系统。

在按照第四实施例的FF滤波电路33中，上述的要在存储器34中存储的滤波系数被这样设计，使得在由数字处理系统和模拟处理系统进行并行处理之后的两个信号加在一起的结果具有图13A和13B所示的增益特性和相位特性，作为传递函数α的特性。

附带说明，在前述实施例中的存储器控制器25和35也可以被构成在DSP 232和332中。也可以在DSP 232或332中构成均衡电路13，把音频信号S转换成数字信号，并把数字信号提供给DSP 232或332内的均衡电路。

[第五实施例]

如上所述，利用第二实施例的前馈系统，存在很小的振动可能性，因而获得了高可靠性，然而难于获得足够的衰减量，而利用第一实施例的反馈系统，可以期望大衰减量，但是可能需要注意系统稳定性。

因而，第五实施例提供一种具有两个系统的优点的噪声降低系统。即，如图17所示，第五实施例具有反馈系统的噪声降低装置部分20和前馈系统的噪声降低装置部分30。

附带说明，图17使用传递函数表示方块结构。在反馈系统的噪声降低装置部分20中，对应于麦克风21和扩音放大器22的部分的传递函数是M1。用于对FB滤波电路23产生的噪声降低音频信号进行输出放大的功率放大器的传递函数是A1。用于声学地再现噪声降低音频信号的驱动器的传递函数是D1。从驱动器到噪声消除点Pc的空间传递函数是H1。

在前馈系统的噪声降低装置部分30中，对应于麦克风31和扩音放大器32的部分的传递函数是M2。用于对由FF滤波电路33产生的噪声降低音频信号进行输出放大的功率放大器的传递函数是A2。用于声学地再现噪声降低音频信号的驱动器的传递函数是D2。从驱动器到消除点Pc的空间传递函数是H2。

在图17的实施例中，存储器34存储要提供给FB滤波电路23和FF滤波电路33中每一个的多组滤波系数。如上所述，存储器控制器25和35按照用户经由操作单元36进行的按钮操作从多组滤波系数中选择合适的滤波系数，用于存储器控制器25和35中的每一个。然后，存储器控制器25和35中的每一个分别在滤波电路23和33中设置所述滤波系数。

在图17的示例中，用于声学地再现在反馈系统的噪声降低装置部分中产生的噪声降低音频信号的系统和用于声学地再现在前馈系统的噪声降低装置部分中产生的噪声降低音频信号的系统被彼此单独地提供。在图17的示例中，用于声学地再现在反馈系统的噪声降低装置部分中产生的噪声降低音频信号的系统的功率放大器和驱动器只用于噪声降低，而用于声学地再现在前馈系统的噪声降低装置部分中产生的噪声降低音频信号的系统的功率放大器和驱动器不仅用于噪声降低，而且还用于声学地再现要收听的音频信号S。

在图17的示例中要收听的音频信号S由A/D转换电路37转换成数字音频信号，然后被提供给FF滤波电路33中的DSP 332。虽然图中未示出，但是本示例中的DSP 332不仅包括用于产生前馈系统的噪声降低音频信号的数字滤波器，而且包括用于调节要收听的音频信号S的音频特性的均衡电路，以及加法电路。均衡电路的输出音频信号和在数字滤波器中产生的噪声降低音频信号在加法电路中被加在一起，然后由DSP 332输出。

第五实施例中的反馈系统的噪声降低装置部分20和前馈系统的噪声降低装置部分30相互独立地如上所述进行噪声降低处理操作。然而，在两个系统中，噪声消除点Pc是同一个位置。

因而，按照第五实施例，反馈系统的噪声降低处理和前馈系统的噪声降低处理互补地工作，因而可以实现具有两种系统的优点的噪声降低系统。

附带说明，在图17中，在反馈系统和前馈系统两者中的数字滤波器的滤波系数被改变。然而，可以只选择和改变一个系统的数字滤波器(例如前馈系统的数字滤波器)的滤波系数。

此外，在图17的示例中，FB滤波电路23和FF滤波电路33由各自的单独DSP构成。然而，FB滤波电路23和FF滤波电路33可以由一个DSP构成，以便简化整个电路结构。此外，在图17的示例中，在反馈系统的噪声降低装置部分20中的功率放大器和驱动器与在前馈系统的噪声降低装置部分30中的功率放大器和驱动器单独地提供。然而，这些功率放大器和驱动器可以由前述实施例中的一个功率放大器15和一个驱动器11构成。这种构成的示例如图18所示。

具体地说，图18的示例具有包括A/D转换电路41、DSP 42和D/A转换电路43的滤波电路40。来自扩音放大器22的模拟音频信号被A/D转换电路44转换成数字音频信号。然后把该数字音频信号提供给DSP 42。经由输入端12输入的要收听的音频信号S被A/D转换电路37转换成数字音频信号。然后把该数字音频信号提供给DSP 42。

在这个示例中，如图19所示，DSP 42包括：数字滤波电路421，用于获得反馈系统的噪声降低音频信号；数字滤波电路422，用于获得前馈系统的噪声降低音频信号；数字均衡电路423；以及加法电路424。

来自A/D转换电路44的数字音频信号(由麦克风21收集的声音的数字信号)被提供给数字滤波电路421。来自A/D转换电路41的数字音频信号(由麦克风31收集的声音的数字信号)被提供给数字滤波电路422。来自A/D转换电路37的数字音频信号(要收听的声音的数字信号)被提供给均衡电路423。

如上所述，在本示例中，存储器34存储用于数字滤波电路421的多个(多组)滤波系数和用于数字滤波电路422的多个(多组)滤波系数。按照经由操作单元36进行的用户操作，存储器控制器35从存储器34中选择用于数字滤波电路421和数字滤波电路422的滤波系数。存储器控制器35把所述滤波系数提供给数字滤波电路421和数字滤波电路422。

存储器34还存储用于使数字均衡电路423的均衡器特性对应于数字滤波电路422的多个(多组)滤波系数的参数。按照用户经由操作单元36进行的操作，存储器控制器35以这样的方式从存储器34中选择性地读取用于均衡器特性的参数，该方式与数字滤波电路422的滤波系数的选择相对应。然后，存储器控制器35把该参数提供给数字均衡电路423。

在数字滤波电路421和数字滤波电路422中产生的噪声降低音频信号以及来自均衡电路423的数字音频信号被提供给加法电路424，以便相加。相加结果被提供给D/A转换电路43，以便被转换成模拟音频信号。来自D/A转换电路43的模拟音频信号经由功率放大器15被提供给驱动器11。从而，在噪声消除点Pc降低(消除)噪声3’。

图18的标号40a、40b、40c、40d代表连接端子部分，用于连接在噪声降低装置部分与驱动器11、麦克风21、麦克风31、以及输入端12(耳机插头)之间的连接电缆。

[第六实施例]

从只进行数字处理的第五实施例中的A/D转换电路和D/A转换电路中的延迟问题看来，第六实施例弥补了上述的第三和第四实施例中的相关问题。

具体地说，与图14和图16所示的第三和第四实施例一样，第六实施例具有与数字滤波系统并联连接的模拟滤波系统。图20是按照第六实施例的噪声降低装置部分50的示例的方框图。

在按照第六实施例的噪声降低装置部分50中，如图20所示，对图19的结构添加用于产生反馈系统的模拟噪声降低音频信号的模拟滤波电路51、用于产生前馈系统的模拟噪声降低音频信号的模拟滤波电路52，以及加法电路53。

来自扩音放大器22的模拟音频信号被提供给A/D转换电路44，还被提供给用于产生反馈系统的模拟噪声降低音频信号的模拟滤波电路51。来自模拟滤波电路51的模拟噪声降低音频信号被提供给加法电路53。

来自扩音放大器32的模拟音频信号被提供给A/D转换电路41，还被提供给用于产生前馈系统的模拟噪声降低音频信号的模拟滤波电路52。来自模拟滤波电路52的模拟噪声降低音频信号被提供给加法电路53。

加法电路53还被提供由通过把噪声降低音频信号与来自滤波电路40的要收听的音频信号加在一起而获得的相加信号。然后，来自加法电路53的音频信号被经由功率放大器15提供给驱动器11。从而，本实施例使用反馈系统的噪声降低处理和前馈系统的噪声降低处理，并解决了只由数字滤波器产生噪声降低音频信号时的问题。因而能够提供可用于普通消费者的噪声降低装置和耳机装置。

[手动选择系统(第一到第六实施例)的改进示例]

在第一到第六实施例中，每当按下操作单元26的按钮开关时，从存储器24中依次且循环地读取对应于不同噪声环境的滤波系数，然后提供给FB滤波电路23。然而，每当听者按下按钮开关时，可以在显示单元上显示不同噪声环境的名称(例如“火车站站台”、“飞机”、“车厢内”等)，或者加法电路14把噪声环境的名称的音频信号加到要由驱动器11声学地再现的音频信号上，从而通知用户为其改变滤波系数的噪声环境。

当噪声降低装置部分具有显示屏时，可在显示屏上显示分别与多种可选择的滤波系数对应的噪声环境的名称列表，从而用户从列表屏幕中选择并指定被认为合适的对于噪声环境的滤波系数。

此外，操作单元26和36不限于按钮开关，可以使用各种结构的操作装置。例如，可以利用振动传感器等检测由听者1对耳机壳体2的轻击(轻拍)，并且与按下按钮开关一样，振动传感器等的检测输出可被设置为改变到下一个滤波系数的定时。

此外，上述实施例每当进行用户操作时都改变滤波系数。然而，当进行用户操作时，存储器控制器25或35可以在预定的固定时间段内在数字滤波器中顺序地设置来自存储器24或34的多个滤波系数中的每一个，从而允许听者在所述固定的时间间隔内收听。

在这种情况下，在听者完成对于所有滤波系数的收听之后，从听者接收用于指示最合适的滤波系数的序号的输入。或者，在选择被用户判断为最佳滤波系数的滤波系数时，用户进行预定用户操作。由此用户确定最佳滤波系数。在后一种情况下，需要顺序地选择多个滤波系数以允许听者在固定的时间段内收听的操作对于多个滤波系数被重复多次。

附带说明，当进行改变滤波系数的用户操作时，在当用户要确定最佳滤波系数时要收听的音频信号S正被再现，因而用户难于进行确定的情况下，需要强制地使音频信号S在这种预定时间段内静音，以便允许用户确定噪声降低效果。

[自动改变系统]

所有上述第一到第六实施例都按照用户操作选择要在数字滤波器中设置的滤波系数，然后设置该滤波系数。下面要说明的实施例对应于使用耳机装置的地点内的噪声环境自动地设置滤波系数。

如下所述，存在几个关于这种对应于使用耳机装置的场所内的噪声环境自动地设置滤波系数的结构的示例。应用这些示例来代替上述的第一到第六实施例中基于操作单元26或36的操作进行手动选择，因而这些示例可应用于第一到第六实施例的结构中的噪声降低装置。下面将说明这些示例的几个实施例。

[第七实施例]

第七实施例采用下述的自动选择方法代替在具有并联的上述反馈系统和模拟滤波系统的第三实施例的结构中的操作单元26。图21是表示按照第七实施例的耳机装置的结构示例的方框图。

在第七实施例中的FB滤波电路23的DSP 232不仅包括为反馈系统准备的数字滤波电路2321，而且还包括噪声分析单元2322和最佳特性估计单元2323。

噪声分析单元2322分析由麦克风21收集的噪声的特性，然后把分析结果提供给最佳滤波系数估计单元2323。在本实施例中的最佳滤波系数估计单元2323基于来自噪声分析单元2322的分析结果从存储在存储器24中的多个滤波系数中选择一个滤波系数，该滤波系数提供最接近于与噪声波形曲线相反的特性曲线的噪声降低曲线特性。最佳滤波系数估计单元2323由此确定一个最佳滤波系数(一组最佳滤波系数)。然后，最佳滤波系数估计单元2323把确定结果提供给存储器控制器25。

响应于来自最佳滤波系数估计单元2323的最佳滤波系数的确定结果，存储器控制器25从存储器24中读取对应于最佳滤波系数的确定结果的滤波系数。然后存储器控制器25把该滤波系数提供给数字滤波电路2321，以便在数字滤波电路2321中设置该滤波系数。

第七实施例利用来自开始控制单元61的开始控制信号，控制自动选择上述最佳滤波系数的处理操作的开始。具体地说，来自开始控制单元61的开始控制信号被提供给存储器控制器25，还被提供给噪声分析单元2322和最佳滤波系数估计单元2323。

最好是分析没有基于要收听的音频信号S的声学再现声音的环境中的噪声。在第七实施例中经由输入端12输入的音频信号S被提供给均衡电路13，还被提供给开始控制单元61。在均衡电路13与加法电路14之间提供用于对音频信号S静音的静音电路16。

当要开始自动选择最佳滤波系数的处理操作时，开始控制单元61确定是否存在音频信号S。当开始控制单元61确定存在音频信号S时，开始控制单元61通过静音控制信号在静音电路16中在预定时间内对来自均衡电路13的音频信号S静音，从而由麦克风21进行声音收集的位置被控制为没有基于音频信号S而再现的声音。在这种情况下的预定时间是能够进行噪声分析和选择最佳滤波系数所需的时间。

在本实施例中的开始控制单元61在以下定时开始自动选择最佳滤波系数的处理操作。开始定时例如是(1)接通电源的时刻，(2)当听者操作自动选择处理开始开关时，(3)以固定时间间隔，(4)当噪声发生大的改变时，以及(5)当检测到噪声等于或大于一个预定级别时。

当耳机装置被提供有来自再现音频信号S的再现装置的电源电压时，可以由开始控制单元61检测构成输入端12的耳机插头是否插入再现装置的耳机插孔中以被提供电源电压，来确定在上述的情况(1)中电源是否被接通。

在上述的情况(2)中，开始控制单元61具有图中未示出的自动选择处理开始开关。开始控制单元61基于自动选择处理开始开关是否被操作来确定开始定时。

此外，在没有提供自动选择处理开始开关的情况下，例如，可以从麦克风21或31的声音收集音频信号中检测听者1进行的对耳机壳体2的轻击(轻拍)，检测的输出可被设置为自动选择最佳滤波系数的开始处理操作的定时。

在上述的情况(3)中，开始控制单元61具有图中未示出的时间间隔计时器。每当开始控制单元61测量利用时间间隔定时器预先设置的预定时间时，开始控制单元61开始自动选择最佳滤波系数的处理操作。在这种情况下，由时间间隔定时器测量的预定时间可由听者设置。当听者在通过耳机装置收听来自再现装置的音频信号S的同时移动时，例如，听者可以把由时间间隔定时器测量的预定时间设置为一个短的时间。当听者在通过耳机装置收听来自再现装置的音频信号S的同时不移动时，例如，听者可以把由时间间隔定时器测量的预定时间设置为一个长的时间。

在上述的情况(4)中，在本实施例中的开始控制单元61在音频信号S不被再现时以预定周期的中断定时收集噪声。当音频信号S被再现时，开始控制单元61在音频信号S的静音部分中收集噪声。然后，当开始控制单元61确定在所收集噪声与前一个定时收集的噪声之间的差超过预先设置的预定阈值时，开始控制单元61开始自动选择最佳滤波系数的处理操作。这是因为当噪声改变较大时，可以确定噪声环境发生了改变。

在上述的情况(5)中，如上述的情况(4)一样，当音频信号S未被再现时开始控制单元61以预定周期的中断定时收集噪声。当音频信号S被再现时，开始控制单元61在音频信号S的静音部分中收集噪声。然后，当开始控制单元61确定所收集噪声超过预先设置的预定阈值时，开始控制单元61开始自动选择最佳滤波系数的处理操作。这是因为认为当低噪状态改变为高噪状态时，最好进行噪声降低。

上述情况(1)到(5)只是开始自动选择最佳滤波系数的处理操作的定时的示例，显然，开始定时可以是其它定时。此外，不必使用上述情况(1)到(5)中所有的开始定时，只使用这些开始定时中的一个或一个以上的定时便足够了。

图22是表示在开始控制单元61中进行的处理操作流示例的流程图。开始控制单元61进行监视以确定是否达到开始自动选择最佳滤波系数的处理操作的定时(步骤S11)。

当在步骤S11确定达到开始定时时，开始控制单元61基于音频信号S的有无，确定要收听的音频信号S是否正被再现(步骤S12)。

当在步骤S12确定音频信号S没有正被再现时，开始控制单元61向噪声分析单元2322、最佳滤波系数估计单元2323和存储器控制器25发送开始控制信号，以开始自动选择最佳滤波系数的处理操作(步骤S14)。

当在步骤S12确定音频信号S正被再现时，开始控制单元61向静音电路16提供静音控制信号，以在预定时间内对正被再现的音频信号S强制进行静音控制(步骤S13)。

进行到步骤S13之后的步骤S14，开始控制单元61向噪声分析单元2322、最佳滤波系数估计单元2323和存储器控制器25发送开始控制信号，以开始自动选择最佳滤波系数的处理操作。

下面将说明噪声分析单元2322和最佳滤波系数估计单元2323的具体示例。图23表示噪声分析单元2322和最佳滤波系数估计单元2323的结构的第一具体示例。这个示例表示一种通过对噪声波形使用FFT(快速傅立叶变换)处理来进行噪声分析和检测的方法。

如图23所示，来自A/D转换电路231的信号(该信号由噪声构成，因为当已开始自动选择最佳滤波系数的处理操作时不存在音频信号S)被提供给噪声分析单元2322中的低通滤波器71，从而除去信号中的高频分量。然后把信号提供给数据离散降低处理单元72，从而信号的数据被适当地离散地降低。然后，来自数据离散降低处理单元72的在预定时间段内的数据被提供给FFT处理单元73，以进行FFT操作。FFT操作的结果被提供给最佳滤波系数估计单元2323。

最佳滤波系数估计单元2323从FFT操作的结果中识别出噪声波形曲线。然后最佳滤波系数估计单元2323从存储器24中的多个滤波系数中选择一个滤波系数，该滤波系数提供接近于噪声波形曲线的相反曲线特性的衰减曲线特性。

例如，当在存储器24中存储的基于多个滤波系数的噪声降低特性如前面所述的图6所示，并且FFT操作结果的噪声波形曲线主要具有低频带内的能量时，提供(1)低频带导向曲线的噪声降低特性的滤波系数被选作最佳滤波系数。

在图23中使用低通滤波器71和数据离散降低处理单元72，这首先是因为噪声特性包括大量低频分量，并且因为一般地说难于精确地控制高频带，并且首先难于对高频带应用噪声消除，因此可以进行下采样以降低计算量。

附带说明，在这个示例中，存储器24在各个滤波系数时可以存储用于衰减曲线的相反特性曲线的FFT结果，以便在把各个滤波系数设置为对应于具有小的误差的相反特性曲线的滤波系数作为最佳滤波系数时，在来自FFT处理单元73的FFT结果与所存储的用于衰减曲线的相反特性曲线的FFT结果之间进行比较。

下面说明噪声分析单元2322和最佳滤波系数估计单元2323的第二个具体示例。图24表示噪声分析单元2322和最佳滤波系数估计单元2323的第二个具体示例。

如图24所示，在第二示例中的噪声分析单元2322包括：多个带通滤波器，即6个带通滤波器81、82、83、84、85和86；以及6个能量值计算和存储单元91、92、93、94、95和96，用于以dB值计算6个带通滤波器81、82、83、84、85和86的各个输出的能量值，并在内置寄存器中存储这些能量值。

在本示例中，6个带通滤波器81、82、83、84、85和86的通过中心频率是50Hz、100Hz、200Hz、400Hz、800Hz以及1.6kHz。

来自A/D转换电路231的信号(如上所述，该信号由噪声构成，因为当开始自动选择最佳滤波系数的处理操作时不存在音频信号S)被提供给6个带通滤波器81、82、83、84、85和86中的每一个。然后，6个带通滤波器81、82、83、84、85和86的各自输出被提供给6个能量值计算和存储单元91、92、93、94、95和96，从而计算能量值A(0)、A(1)、A(2)、A(3)、A(4)和A(5)，并分别把这些能量值存储在内置寄存器中。

如图25所示，例如，在第二示例中的存储器24存储与上述的4种噪声降低曲线(1)、(2)、(3)和(4)对应的4组滤波系数，并与各个滤波系数对应地存储噪声降低曲线(1)、(2)、(3)和(4)中的50Hz、100Hz、200Hz、400Hz、800Hz以及1.6kHz处的衰减量表示值(dB值)。

例如，在低频带导向曲线(1)中的50Hz、100Hz、200Hz、400Hz、800Hz以及1.6kHz处的衰减量表示值(dB值)被作为与相应滤波系数对应的B1(0)、B1(1)、B1(2)、...、B1(5)而存储。在低中频带导向曲线(2)中的50Hz、100Hz、200Hz、400Hz、800Hz以及1.6kHz处的衰减量表示值(dB值)被作为与相应滤波系数对应的B1(0)、B1(1)、B1(2)、...、B1(5)而存储。

在第二示例中的最佳滤波系数估计单元2323检测在各个能量值计算和存储单元91到96中存储的能量值A(0)、A(1)、A(2)、A(3)、A(4)和A(5)与基于在存储器24中存储的滤波系数的噪声降低曲线的衰减量表示值之间的差。然后，最佳滤波系数估计单元2323确定与差的总和最小的噪声降低曲线对应的滤波系数作为最佳滤波系数。

即，在能量值A(0)、A(1)、A(2)、A(3)、A(4)和A(5)与基于在存储器24中存储的滤波系数的每个噪声降低曲线的衰减量表示值之间的差的总和等于由每个噪声降低曲线实现的输入噪声的衰减的结果的剩余量。较小的总和表示噪声被更多地降低。

在图26的流程图中表示在第二示例中的噪声分析单元2322和最佳滤波系数估计单元2323中的处理操作的流程图的示例。

首先，计算在噪声分析单元2322中的作为带通滤波器81、82、83、84、85和86的输出的能量值A(0)、A(1)、A(2)、A(3)、A(4)和A(5)，并将所述能量值被存储在寄存器中(步骤S21)。

接着，最佳滤波系数估计单元2323读取所存储的能量值A(0)到A(5)，并进行能量-幅值转换，以便校正这些值(步骤S22)。这个校正操作是必需的，这是因为，当BPF 81到86中每一个的总体选择性Q是常数，并且例如馈送具有恒定频率幅值的白噪声时，通过的波形的能量值不是常数，并且在低频带中输出较高的能量值。此外，所需的校正可能取决于如何采用总体选择性Q。这些校正在一个块中进行。

接着，最佳滤波系数估计单元2323首先从能量值A(0)到A(5)的校正值中减去来自存储器24的衰减曲线(1)的低频带导向曲线的表示值B1(0)到B1(5)(步骤S23)。

接着，最佳滤波系数估计单元2323通过可听性特性曲线校正减得的值，由此获得值C1(0)到C1(5)(步骤S24)。最佳滤波系数估计单元2323接着计算值C1(0)到C1(5)被转换成的线性值的总值(步骤S25)。这个总值被用作一个衰减曲线的估计得分。

在这种情况下的可听度特性曲线可以是所谓的A曲线或所谓的C曲线，其可以通过利用所考虑的绝对音量转换响度来获得，或者可以在开始时被设置。

然后，最佳滤波系数估计单元2323对所有衰减曲线(1)到(4)执行上述的步骤S23到S25的操作，以获得对应于每个衰减曲线的估计分数(步骤S26)。

在计算出对应于所有曲线的分值之后，最佳滤波系数估计单元2323确定，可以期望对应于最小估计分值的衰减曲线具有最大噪声降低效果，并确定对应于该衰减曲线的滤波系数为最佳滤波系数(步骤S27)。

附带说明，在上述实施例中的存储器控制器25可在DSP 232内构成。还可以在DSP 232内构成均衡电路13，把音频信号S转换成数字信号，并把数字信号提供给DSP 232内的均衡电路。

[第八实施例]

第八实施例采用下述的自动选择方法来代替具有并联的上述前馈系统和模拟滤波系统的第四实施例的结构中的操作单元26。图27是表示按照第八实施例的耳机装置的结构示例的方框图。

如在第七实施例中那样，在第八实施例中的FF滤波电路33的DSP 332不仅包括用于前馈系统的数字滤波电路3321，还包括噪声分析单元3322和最佳特性估计单元3323。

在第八实施例中的噪声分析单元3322分析由麦克风31收集的噪声的特性，然后把分析结果提供给最佳滤波系数估计单元3323。噪声分析单元3322和最佳滤波系数估计单元3323的结构和处理操作与第七实施例中相同。然而，第八实施例在下述关于对自动选择最佳滤波系数的处理操作的开始进行控制的方面与第七实施例不同。

上述的第七实施例当音频信号S被再现时进行强制静音，而第八实施例在不进行静音的情况下检测音频信号S的静音部分，并在静音部分进行自动选择最佳滤波系数的处理操作。

即，第八实施例具有开始控制单元62，但是没有在均衡电路13与加法电路14之间的静音电路16。开始控制单元62向噪声分析单元3322、最佳滤波系数估计单元3323以及存储器控制器35提供开始控制单元62的开始控制信号。

如上所述，存储器34存储对应于前馈系统的多个(多组)滤波系数。如在第七实施例中那样，在开始控制单元62的开始控制下，存储器控制器35从存储器34中的多个滤波系数中读取最佳滤波系数，然后在数字滤波电路3321中设置最佳滤波系数。此外，第八实施例以与第七实施例完全相同的方式被构成。

下面参照图28的流程图说明第八实施例的开始控制单元62的开始控制操作的流程的示例。

开始控制单元62进行监视以便确定是否达到开始自动选择最佳滤波系数的处理操作的定时(步骤S31)。如第七实施例一样，第八实施例可以使用上述的开始定时(1)到(5)。

当开始控制单元62在步骤S31确定已经达到开始定时时，开始控制单元62基于音频信号S的有无，确定要收听的音频信号S是否正在被再现(步骤S32)。

当开始控制单元62在步骤S32确定音频信号S没有正被再现时，开始控制单元62向噪声分析单元3322、最佳滤波系数估计单元3323和存储器控制器35发送开始控制信号，以便开始对最佳滤波系数进行自动选择的处理操作(步骤S34)。

当开始控制单元62在步骤S32确定音频信号S正被再现时，开始控制单元62监视音频信号S的静音部分，以检测静音部分(步骤S33)。当开始控制单元62检测到静音部分时，处理进行到步骤S34，其中开始控制单元62向噪声分析单元3322、最佳滤波系数估计单元3323和存储器控制器35发送开始控制信号，以便开始自动选择最佳滤波系数的处理操作。

在第八实施例中的自动选择最佳滤波系数的处理操作与第七实施例中的相同，因而省略其说明。

附带说明，在上述实施例中的存储器控制器35可被构成在DSP332内。也可以在DSP 332内构成均衡电路13，把音频信号S转换成数字信号，并把数字信号提供给DSP 232内的均衡电路。

[第九实施例]

在上述的第七实施例或第八实施例中，在开始定时并且在通过强制中断再现的音频信号而创建静音部分时或者在再现音频信号S本身具有静音部分时，进行自动选择最佳滤波系数的处理操作。第九实施例通过从由麦克风31收集声音而获得的音频信号中除去再现音频信号S的分量而只提取噪声，并分析提取的噪声。因而，可以以良好的精度进行噪声测量，同时允许再现声音流过。

下面说明按照第九实施例的耳机装置的结构的示例被应用于前馈系统的噪声降低装置的情况。图29是表示在这种情况下的耳机装置的结构示例的方框图。

如图29所示，将H设为从耳机壳体2内的驱动器11到耳机壳体2外部的麦克风31的传递函数。通过预先进行测量，可以使传递函数H是已知的传递函数。

传递函数H本身通常是复杂的，包括许多谐振和在耳机壳体2内的许多反射。实际上，因为计算量的问题，使用近似于传递函数H的特性的传递函数H’。在许多情况下，当使用传递函数H执行操作时，传递函数H的脉冲响应h被技能型FIR(有限脉冲响应)操作。然而，由DSP进行的FIR操作消耗大量的计算机资源。因此，传递函数H的特性被近似为传递函数H’，并将这个传递函数实现为IIR(无限脉冲响应)滤波器。

如图29所示，在第九实施例中的DSP 332包括：数字滤波电路3321；包括上述的噪声分析单元3322和最佳滤波系数估计单元3323的噪声分析和估计单元3324；数字均衡电路3325；传递函数H’乘法单元3326；减法电路3327；以及加法电路3328。

在图29的示例中，经由输入端12的音频信号S在A/D转换电路37中被转换成数字音频信号。然后把数字音频信号提供给FF滤波电路33的DSP 332中的数字均衡电路3325。

数字均衡电路3325的输出信号经由加法电路3328被提供给D/A转换电路333，还被提供给传递函数H’乘法单元3326。传递函数H’乘法单元3326由传递函数H’乘以数字均衡电路3325的输出信号，然后把结果提供给减法电路3327。

减法电路3327被提供有包括由麦克风31收集的噪声3的音频信号S的再现声音信号，这个再现声音信号是从A/D转换电路331经由扩音放大器32提供的。从包括噪声3的音频信号S中减去来自传递函数H’乘法单元3326的音频信号。

因为传递函数H’是从耳机壳体2内的驱动器11到耳机壳体2外部上的麦克风31的传递函数，所以来自传递函数H’乘法单元3326的音频信号对应于音频信号S的再现声音信号，该再现声音信号是通过麦克风31收集声音而获得的。因而，从减法电路3327只获得噪声3的分量。减法电路3327的输出信号被提供给噪声分析和估计单元3324。

在噪声分析和估计单元3324中，如上所述，作为输入信号的噪声分量在噪声分析单元中被分析，把噪声分析的结果提供给最佳滤波系数估计单元。如上所述，最佳滤波系数估计单元确定最佳滤波系数，然后把确定结果提供给存储器控制器35。基于最佳滤波系数的确定结果，存储器控制器35从存储器34中读出最佳滤波系数，然后在数字滤波电路3321中设置最佳滤波系数。

在数字滤波电路3321中产生的噪声降低音频信号被提供给加法电路3328，以便与来自数字均衡电路3325的音频信号相加。把相加输出信号提供给D/A转换电路333。

如上所述，在第九实施例中，利用图29所示的结构，可以获得在通过估计在麦克风31进行声音收集的位置处的音频信号S的再现声音的时间波形而获得的值与来自麦克风31的声音收集音频信号之间的差，由此只提取实际噪声分量而不中断音频信号S的再现声音。

[其它实施例和自动选择系统的改进的示例]

在上述的第七到第九实施例中，分析由麦克风21或31收集的噪声，使用分析结果来选择最佳滤波系数。然而，可以不经分析噪声而自动地选择最佳滤波系数。

具体地说，在反馈系统的噪声降低装置中，在噪声消除点Pc的声音由麦克风21收集，因此从麦克风21收集的声音的音频信号中可以确定噪声是否被降低(消除)。

因而，在反馈系统的噪声降低装置中，当达到开始定时时，存储器控制器25或35在预先设置的预定时间段内在数字滤波器中逐个地按顺序设置来自存储器24或34的多个滤波系数，在每个滤波系数时收集在噪声消除点Pc处的剩余噪声，然后估计该剩余噪声。然后，对应于最低剩余噪声的滤波系数被确定为最佳滤波系数。

此外，在这种情况下，当进行估计时，音频信号S被静音，或者音频信号S的静音部分被检测，以便消除音频信号S的影响。此外，如图29的实施例，可以从来自麦克风21的音频信号中减去由传递函数H’乘以音频信号S的结果，并检测剩余的噪声，并基于减法输出对剩余的噪声进行估计。

附带说明，在前馈系统的情况下，如上所述，通过提供用于在噪声消除点Pc收集声音的麦克风，能够在噪声消除点Pc处估计剩余噪声，并自动地确定最佳滤波系数。

显然，在使用反馈系统和前馈系统的情况下，利用用于在噪声消除点Pc处收集声音的麦克风，能够估计在噪声消除点Pc处的剩余噪声，并自动地确定最佳滤波系数。

[其它实施例以及改进的示例]

在每一个以上实施例的说明中，在FB滤波电路和FF滤波电路中的数字滤波电路通过使用DSP被构成。然而，可以通过使用微型计算机(或微处理器)代替DSP，利用软件程序进行数字滤波电路的处理。

当使用微型计算机(或微处理器)代替DSP时，存储控制器的部分也可以由软件程序构成。相反地，可以在DSP中构成存储器控制器的部分。

在上述的第一到第四以及第七和第八实施例中，均衡电路13被构成为模拟电路。然而，均衡电路13可以如第五实施例、第六实施例和第九实施例那样被构成为DSP内的数字均衡电路，或者由微型计算机的软件程序构成。

关于在分析噪声并自动地选择滤波系数的情况下用于收集噪声的麦克风，在如图17所示的第五实施例中使用麦克风21和麦克风31的情况下，可以使用麦克风21和麦克风31中的一个，或者使用麦克风21和麦克风31两者。

附带说明，在第七实施例和第八实施例中，分析噪声，然后选择最佳滤波系数。然而，当可以精确地进行噪声分析时，期望能够基于噪声分析结果估计衰减曲线，并计算可以提供估计的衰减曲线的滤波系数。此时，不需要在存储器中存储多个滤波系数。

然而，用于估计这种衰减曲线的噪声分析可能需要复杂且昂贵的结构，这是因为可能需要精细的FFT或者需要使用大量带通滤波器。在这方面，可以简单而廉价地构成上述实施例，因为不需要精确的衰减曲线，并且只要能够基于预先准备的多个滤波系数在衰减曲线中确定最佳衰减曲线便足够了。

虽然在上面的实施例中对按照本发明实施例的噪声降低音频输出装置是耳机装置的情况进行了说明，但上述实施例可应用于具有麦克风的耳机装置、耳机装置和通信终端，例如便携电话终端等。此外，按照本发明实施例的噪声降低音频输出装置可应用于与耳机、耳塞或听筒组合的便携式音乐再现装置。

虽然上述实施例中的噪声降低装置部分被提供在耳机装置的一侧上，但该噪声降低装置部分也可以被提供在耳机装置插入其中的便携式音乐再现装置中，或者被提供在用于具有麦克风的耳机或耳塞的便携式音乐再现装置的一侧上。

本领域技术人员应当理解，可以在所附权利要求或其等价物的范围内，基于设计要求和其它因素进行各种修改、组合、子组合以及替代。