阅读说明：本技术 主动降噪方法、装置、系统以及相关设备 (Active noise reduction method, device and system and related equipment ) 是由 方泽凯 朱嘉俊 郝鑫 于 2020-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及主动降噪方法及相关设备,通过在误差噪声的通路上引入补偿滤波器以补偿FXLMS算法中引入次级通路频响后造成的衰减,使得经过滤波后的误差噪声再进行LMS运算后更新自适应滤波器时能够获得更好滤波系数,减低次级通路频响衰减对降噪性能的影响,使整体频段上的降噪性能更为均衡,进一步提高降噪性能。(The invention relates to an active noise reduction method and related equipment, wherein a compensation filter is introduced into an error noise path to compensate attenuation caused by introducing a secondary path frequency response into an FXLMS algorithm, so that better filter coefficients can be obtained when an adaptive filter is updated after LMS operation is carried out on filtered error noise, the influence of the secondary path frequency response attenuation on the noise reduction performance is reduced, the noise reduction performance on the whole frequency band is more balanced, and the noise reduction performance is further improved.)

主动降噪方法、装置、系统以及相关设备

技术领域

本发明涉及主动降噪领域，尤其涉及主动降噪方法、装置、系统、耳机、频设备、芯片以及存储介质。

背景技术

被动降噪和主动降噪(Active Noise Control,ANC)是目前最主要的两种噪音消除方式。比较常见的被动降噪方式，如采用耳塞、耳罩等，其原理是利用隔音、吸音等声学材料或者声学结构来消除噪声能量，通常对高频噪声的控制非常有效。对于低频噪声，被动降噪需要增加控制材料的重量或者吸音材料的厚度来获得较好的降噪效果，使得被动降噪构件笨重而庞大。ANC基于干涉原理，通过次级通路(消噪扬声器等)产生与噪声同幅度、相位相反的波形进行抵消。与被动降噪相比，主动降噪低频性能好，不需要对原有结构做较大的调整。

现有的ANC系统一般采用前馈式和回馈式结构。前馈式结构利用两个麦克风来接收外面的噪音，参考麦克风接收外噪声源信号，经过适应性滤波器产生驱动信号后，驱动消噪扬声器输出与噪音相位相反的声波，再利用误差麦克风来接受残余的噪音信号，作为反馈参数调整适应性滤波器的系数，直到达到预期值或噪音消除后停止，如图1所示。目前，对于适应性滤波器，通常采用传统的自适应算法比如LMS(最小化均方误差准则)获得系数，即通过调整自适应滤波器系数使得误差噪声的方差最小，如图2所示，是采用基于LMS算法改进后的FXLMS算法的一个ANC结构图，其中，初级通路是指从参考麦克风位置到误差麦克风位置的这段通路，其转移函数为初级通路频响，也即系统频响P(z)，次级通路是指从滤波器输出，经消噪扬声器到误差麦克风的这段通路，其转移函数即为次级通路频响S(z)。FXLMS算法在主动降噪过程中，考虑了次级通路的存在所带来的延迟问题，因此加入了一个等价于次级通路转移函数的滤波器(通常称为X-滤波)对参考信号进行滤波，以此来消除系统的稳定性问题，也即相当于在ANC系统中引入了次级通路频响，但是，FXLMS算法没有考虑到引入的次级通路频响对最终降噪性能的影响，如图3所示为基于FXLMS算法仿真得到的次级通路频响，该频响为真实环境中采集数据获得，图4所示为使用传统FXLMS算法得到的降噪性能，从图4的降噪效果可以看出，基于FXLMS算的主动降噪性能(主要体现在误差信号的功率)在不同频段的降噪效果受次级通路频响的影响，次级通路频响呈衰减时，降噪效果差。由此，需要进一步解决引入次级通路等价滤波器后其频响对降噪效果的影响。

发明内容

基于上述现状，本发明的主要目的在于提供主动降噪方法、装置、系统、耳机音频设备、芯片以及存储介质，通过在次级通路上增加一个补偿滤波器以补偿现有技术中引入次级通路频响时对整体降噪性能所带来的影响，进一步优化降噪性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种主动降噪方法，包括如下步骤：

S01，通过参考麦克风拾取噪声源噪声得到参考噪声信号；

S02，使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述消噪驱动信号经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；

S03，通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；

S04，将当前时刻的所述参考噪声信号x(n)经X-滤波器进行X-滤波处理后，得到修正参考噪声信号x′(n)；其中，所述X-滤波器为所述次级通路的等价滤波器，所述X-滤波器的传递函数为所述次级通路传递函数的估计值；

S05，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经过补偿滤波器进行补偿滤波处理后，得到修正误差噪声信号e′(n)；其中，所述补偿滤波器为对所述X-滤波器的衰减补偿，所述补偿滤波器在所述X-滤波器衰减的预设频段对所述误差噪声信号e(n)进行增益补偿；

S06，基于所述修正参考噪声信号x′(n)和所述修正误差噪声信号e′(n)，更新下一时刻的所述自适应滤波器的系数；

S07，重复步骤S01-S06直至所述误差噪声信号e(n)的均方值收敛到预设值，此时，所述次级噪声y(n)为与所述初级噪声d(n)幅度相同、相位相反的声波，所述次级噪声y(n)能抵消所述初级噪声d(n)。

优选地，步骤S04之后，步骤S06之前，所述方法还包括：

S04″，将所述修正参考噪声信号x′(n)经过所述补偿滤波器进行补偿滤波处理，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)。

优选地，在步骤S04″之前，所述方法还包括：S04′，将所述修正参考噪声信号x′(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)；对应的，在步骤S05之前，所述方法还包括：S05′，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的当前时刻的所述误差噪声信号e(n)，其中，所述整形滤波器的频响函数为与人耳听觉曲线匹配的曲线。

优选地，所述补偿滤波器的频响为所述X-滤波器频响的逆或所述次级通路频响的逆。

优选地，所述补偿滤波器的频响为所述初级通路频响和所述次级通路频响的比值。

优选地，所述补偿滤波器的系数为所述自适应滤波器的系数经N次迭代获得，其中，N为整数。

优选地，所述补偿滤波器的系数的计算过程包括如下步骤：

步骤S201，在T时间内，保持所述补偿滤波器的系数不变，通过步骤S01-S06迭代更新所述自适应滤波器的系数,以T时刻的系数更新所述补偿滤波器的系数；

步骤S202，执行N次步骤S201，获得迭代更新后的所述补偿滤波器的系数；

其中，T为预设收敛时间。

为实现上述目的，本发明还提供一种主动降噪装置，所述主动降噪装置包括：

参考噪声拾取模块，用于持续通过参考麦克风拾取噪声源噪声得到参考噪声信号x(n)，将所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成初级噪声d(n)；

次级噪声产生模块，用于使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述消噪驱动信号经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；

LMS模块，用于迭代更新所述自适应滤波器的系数直至误差噪声信号的均方值收敛到预设值；

所述次级噪声产生模块在所述误差噪声信号e(n)的均方值收敛到所述预设值时，产生的所述次级噪声y(n)为与所述初级噪声d(n)幅度相同、相位相反的声波，所述次级噪声y(n)能抵消与所述初级噪声d(n)；

其中，LMS模块包括：

误差噪声信号获取单元，用于通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；

参考噪声修正单元，用于将当前时刻的所述参考噪声信号x(n)经X-滤波器进行X-滤波处理后，得到修正参考噪声信号x′(n)；其中，所述X-滤波器为所述次级通路的等价滤波器，所述X-滤波器的传递函数为所述次级通路传递函数的估计值；

误差噪声修正单元，用于将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经过补偿滤波器进行补偿滤波处理后，得到修正误差噪声信号e′(n)；其中，所述补偿滤波器为对所述X-滤波器的衰减补偿，所述补偿滤波器在所述X-滤波器衰减的预设频段对所述误差噪声信号e(n)进行增益补偿；

滤波系数更新单元，用于基于所述修正参考噪声信号x′(n)和所述修正误差噪声信号e′(n)，更新下一时刻的所述自适应滤波器的系数。

为实现上述目的，本发明还提供一种主动降噪装置，用于执行如前所述的主动降噪方法，包括：自适应滤波器、X-滤波器、补偿滤波器、以及系数更新模块，其中，所述自适应滤波器的输入端与参考麦克风连接以接收参考噪声信号x(n)，输出端输出次级噪声y(n)至消噪扬声器；所述X-滤波器的输入端与所述参考麦克风连接以接收参考噪声信号x(n)，输出端与所述系数更新模块一输入端连接；所述补偿滤波器的输入端与误差麦克风连接以获取误差噪声信号e(n)，输出端与所述系数更新模块一输入端连接；所述系数更新模块计算所述自适应滤波器的系数后，输出至所述自适应滤波器以更新所述自适应滤波器系数。

为实现上述目的，本发明还提供一种主动降噪系统，包括用于拾取噪声源噪声的参考麦克风、用于拾取误差噪声信号的误差麦克风以及如前所述的主动降噪控制装置。

为实现上述目的，本发明还提供一种耳机，具有耳罩，还具有如前所述的主动降噪系统，其中，所述参考麦克风设置成拾取所述耳罩外部的噪声信号，所述误差麦克风设置成拾取所述耳罩内部的噪声信号。

为实现上述目的，本发明还提供一种音频设备，所述音频设备包括如前所述的主动降噪装置。

为实现上述目的，本发明还提供一种芯片，其上具有集成电路，所述集成电路被设计成用于实现如前所述的主动降噪方法。

为实现上述目的，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时，执行如前所述的主动降噪方法。

有益效果：

在本发明的实施例中，通过在误差噪声的通路上引入补偿滤波器，对FXLMS算法中引入次级通路频响后造成的衰减进行补偿，使得经过滤波后的误差噪声再进行LMS运算后更新自适应滤波器时能够获得更好滤波系数，减低次级通路频响衰减对降噪性能的影响，使整体频段上的降噪性能更为均衡，进一步提高降噪性能。

本发明的其他有益效果，将在

具体实施方式

中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

附图说明

以下将参照附图对根据本发明的优选实施方式进行描述。图中：

图1为现有技术中ANC系统的一个应用环境图；

图2为现有技术中基于FXLMS算法的ANC系统的一个结构示意图；

图3所示是现有技术中基于FXLMS算法的ANC系统的次级通路频响仿真示意图；

图4所示是与图3对应的ANC系统的主动降噪性能仿真示意图；

图5所示是本发明一实施例中主动降噪方法的流程示意图；

图6所示是本发明一实施例中主动降噪算法的算法框架示意图；

图7所示是本发明另一实施例中主动降噪算法的算法框架示意图；

图8所示是本发明另一实施例中主动降噪算法的算法框架示意图；

图9所示是本发明一实施例中整形滤波器H_nw(z)的频响仿真示意图；

图10所示是本发明另一实施例中主动降噪算法的算法框架示意图；

图11所示是本发明一实施例中使用传统FXLMS算法进行主动降噪和采用本实施例改进后的主动降噪方法进行降噪后的效果比对图；

图12是使用传统LMS算法进行主动降噪和采用本实施例改进后的主动降噪方法进行降噪后的误差噪声信号的收敛过程比对图；

图13所示是本发明一实施例中主动降噪装置的功能模块图；

图14所示是本发明一实施例中主动降噪系统的结构示意图；

图15所示是本发明另一实施例中主动降噪系统的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案进行更详细的说明，以促进对本发明的进一步理解，下面结合附图描述本发明的具体实施方式。但应当理解，所有示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的唯一限定。

请参考图5，所示是本发明一实施例中主动降噪方法的流程示意图。在本实施例中，该主动降噪方法包括如下步骤：

S01，通过参考麦克风拾取噪声源噪声得到参考噪声信号x(n)；

S02，使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述消噪驱动信号经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；

S03，通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；

S04，将当前时刻的所述参考噪声信号x(n)经X-滤波器进行X-滤波处理后，得到修正参考噪声信号x′(n)；其中，所述X-滤波器为所述次级通路的等价滤波器，所述X-滤波器的传递函数为所述次级通路传递函数的估计值；

S05，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经过补偿滤波器进行补偿滤波处理后，得到修正误差噪声信号e′(n)；其中，所述补偿滤波器为对所述X-滤波器的衰减补偿，所述补偿滤波器在所述X-滤波器衰减的预设频段对所述误差噪声信号e(n)进行增益补偿；

S06，基于所述修正参考噪声信号x′(n)和所述修正误差噪声信号e′(n)，更新下一时刻的所述自适应滤波器的系数；

S07，重复步骤S01-S06直至所述误差噪声信号e(n)的均方值收敛到预设值，此时，所述次级噪声y(n)为与所述初级噪声d(n)幅度相同、相位相反的声波，所述次级噪声y(n)能抵消所述初级噪声d(n)。

请同时参考图6，所示是本实施例中主动降噪方法中改进后的FXLMS算法的算法框架示意图。在本实施例中，补偿滤波器H_s(z)用于补偿X-滤波器的频响的衰减，参考噪声信号x(n)经初级通路P(z)后到达人耳处，形成初级噪声d(n)，用于抵消初级噪声d(n)的次级噪声y(n)由消噪扬声器产生，而消噪扬声器的消噪驱动信号y′(n)由自适应滤波器W(z)产生，参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器W(z)后产生消噪驱动信号y′(n)，经次级通路S(z)，由消噪扬声器产生达到人耳处的次级噪声y(n)，理想的次级噪声y(n)与初级噪声d(n)是同幅度、相位相反的波形，由此可以抵消初级噪声d(n)，达到降噪效果。实际中，次级噪声y(n)存在一个逐渐逼近初级噪声d(n)的过程，该过程通过两者的误差噪声信号e(n)多次迭代调整自适应滤波器W(z)的系数实现，最终，自适应滤波器达到收敛状态时，误差噪声信号e(n)的均方值收敛到预设值。自适应滤波器W(z)系数的调整由LMS算法模块进行，其有两个输入，分别来自参考噪声信号x(n)和误差噪声信号e(n)。FXLMS算法的修正主要针对参考噪声信号x(n)，其加入X-滤波器S′(z)对参考噪声信号x(n)进行滤波，以补偿次级通路S(z)的存在导致LMS两侧输入不同步的问题。在本实施例中，主要通过修正另一个输入量误差噪声信号e(n)来进一步补偿引入的X-滤波器S′(z)的频响衰减对降噪性能的影响，如图3和4所示，误差噪声在X-滤波器S′(z)频响的衰减频段，特别是在0HZ起始部分，和1.5KH后的部分，其衰减导致误差噪声信号e(n)功率接近降噪前的功率，因此，为了能够对X-滤波器S′(z)的衰减频段进行补偿，可以在误差麦克风所在的通路上，级联补偿滤波器H_s(z)，在同样的频段上对误差噪声信号e(n)进行同等幅度的增益补偿。由于X-滤波器S′(z)为次级通路的等价滤波器，因此补偿滤波器H_s(z)的频响曲线可以采用与次级通路频响曲线相反变化的曲线，由此，可以对误差噪声信号e(n)按照次级通路频响曲线相反的方向进行滤波整形，从而实现对引入的级通路频响衰减的补偿。

可以理解，图3和图4仅用于帮助解释引入X-滤波器S′(z)对降噪性能的影响，但不能认为是对补偿频段的限制。对于不同的噪声和不同的系统，其实际衰减的频段可以为任意频段。

可以理解，在一优选实施例中，对于X-滤波器S′(z)对应误差噪声信号e(n)降噪性能良好的频段，可以不做处理，由补偿滤波器H_s(z)对所述误差噪声信号e(n)进行全通处理。

在现有技术中，S′(z)通常可以通过在线或离线的方式获得，本发明对此不作详细描述。

在本实施例中，基于改进后的FXLMS算法，自适应滤波器W(z)系数的更新过程如下：

w(n+1)＝w(n)+ue′(n)*x′(n)；

e′(n)＝e(n)*h_s(n)；

x(n)′＝x(n)*s′(n)；

其中，w(n)表示自适应滤波器W(z)的系数向量；e′(n)为误差噪声信号e(n)经过修正后的输出；s′(n)为X-滤波器的冲击响应；h_s(n)为补偿滤波器H_s(z)的冲击响应。

在本发明实施例中，通过在误差噪声的通路上引入补偿滤波器，对FXLMS算法中引入次级通路频响后造成的衰减进行补偿，使得经过滤波后的误差噪声再进行LMS运算后更新自适应滤波器时能够获得更好滤波系数，减低次级通路频响衰减对降噪性能的影响，使整体频段上的降噪性能更为均衡，进一步提高降噪性能。

优选地，在一可选实施例中，为进一步提高系统稳定性，消除引入新的滤波器带来的延迟可能导致的系统不稳定性，可以在LMS模块的另一输入端，即参考噪声信号x(n)所在通路上进一步级联补偿滤波器H_s(z)。此时，步骤S04之后，步骤S06之前，所述方法还包括：

S04″，将所述修正参考噪声信号x′(n)经过所述补偿滤波器进行补偿滤波处理，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)。

如图7所示，此时，自适应滤波器W(z)系数的更新过程如下：

w(n+1)＝w(n)+ue′(n)*x′(n)；

e′(n)＝e(n)*h_s(n)；

x(n)′＝x(n)*s′(n)*h_s(n)；

其中，w(n)表示自适应滤波器W(z)的系数向量；e′(n)为误差噪声信号e(n)经过两次修正后的输出；s′(n)为X-滤波器的冲击响应；h_s(n)为补偿滤波器H_s(z)的冲击响应。

优选地，在一可选实施例中，可以对LMS的两个输入量同时进行整形滤波，使滤波后的输入量能匹配人耳听觉曲线，此时，在步骤S04″之前，所述方法还包括：

S04′，将所述修正参考噪声信号x′(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)；

对应的，在步骤S05之前，所述方法还包括：

S05′，将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的当前时刻的所述误差噪声信号e(n)。

请同步参考图8，考虑人耳主观上对不同的频率感受不一致的事实，也即人耳在不同频率上对同等幅度的信号感受的响度是不一致的，整形滤波器H_nw(z)的频响函数为与人耳听觉曲线匹配的曲线。加入整形滤波器器H_nw(z)可以对误差噪声信号e(n)和参考噪声信号按照人耳心理声学曲线相反的方式进行滤波整形，再输入到LMS模块以调整自适应滤波器W(z)的系数向量，在产生抵消噪声的过程中考虑了人耳在不同频率上对同等幅度的信号感受的响度是不一致，能够得到更好的滤系数。

可以理解的，在本实施例中，对于误差噪声信号e(n)和参考噪声信号x(n)分别进行了多次滤波后再输入至LMS模块进行系数更新计算。滤波的先后顺序并作为对本发明实施例的限制。在不同的实时场景中，可以随意调整对误差噪声信号e(n)和参考噪声信号x(n)的滤波顺序。例如，对于参考噪声信号x(n)，可以先进行补偿滤波，再进行整形滤波，最后进行X-滤波。

优选地，在一可选实施例中，整形滤波器H_nw(z)的冲击响应h_nw(n)可以选择A计权曲线，此时整形滤波器H_nw(z)为A计权滤波器。A计权滤波器通过以下式子产生：

A＝2.0+20log(R_a(f))；

整形滤波器H_nw(z)的频响如图9所示，由此，加入整形滤波器器H_nw(z)可以对误差噪声信号e(n)按照人耳心理声学曲线相反的方式进行滤波整形，再将滤波之后的修正误差噪声信号e′(n)输入LMS模块，调整自适应滤波器W(z)的系数向量，在产生抵消噪声的过程中考虑了人耳在不同频率上对同等幅度的信号感受的响度是不一致，对噪声进行匹配人耳听觉曲线的整形以获得符合心理声学的降噪性能，进一步提高用户的降噪体验。

优选地，在一可选实施例中，补偿滤波器H_s(z)的频响H_s(z)为X-滤波器频响S′(z)的逆或次级通路频响的逆。由于补偿滤波器H_s(z)是为了用于减少X-滤波器频响S′(z)引入的次级通路频响衰减的影响，由于X-滤波器是次级通路的估计值，S′(z)和S(z)两者可以视为相同的曲线，因此，在一实施例中，补偿滤波器H_s(z)的频响H_s(z)为X-滤波器频响S′(z)的逆或次级通路频响S(z)的逆，这样，可以完全抵消次级通路频响对降噪性能的影响，也即，h_s(n)的理想值是s′(n)或s(n)的逆的估计值，此时。图8所示的算法框架图实际上已经优化为如图9所示，此时，在参考噪声信号x(n)所在的通路上，补偿滤波器H_s(z)和X-滤波器S′(z)实际上互相抵消，只需考虑延时问题以对齐参考噪声信号x(n)和误差噪声信号e(n)，此时，以D(z)表示延迟操作，自适应滤波器W(z)系数的更新过程如下：

w(n+1)＝w(n)+ue′(n)*x′(n)；

e′(n)＝e(n)*h_nw(n)*h_s(n)；

x(n)′＝x(n)*h_nw(n)*delay(n)；

其中，delay(n)对参考噪声信号x(n)做延迟处理，以避免两侧输入不同步。

优选地，在一可选实施例中，补偿滤波器的频响H_s(z)为初级通路和次级通路频响的比值，即

在实际工程应用中，次级通路频响的逆，或是X-滤波器的逆都不容易求得。在FXLMS算法中，当自适应滤波器W(z)收敛时，自适应滤波器的系数频响

在一般的主动降噪系统中，P(z)呈现低通的响应，因此，W(z)接近于次级通路频响的逆，可以用来代替次级通路频响的逆，此时，

优选地，在一可选实施例中，在一实施例中可以通过迭代的方式来逐步逼近确定补偿滤波器H_s(z)的系数，此时，补偿滤波器H_s(z)的系数自适应滤波器W(z)的系数经N次迭代获得，计算过程包括如下步骤：

步骤S201，在T时间内，保持所述补偿滤波器的系数不变，基于所述修正参考噪声信号x′(n)和所述修正误差噪声信号e′(n)，通过步骤S01-S06迭代更新所述自适应滤波器的系数，以T时刻的系数更新所述补偿滤波器的系数；

步骤S202，执行N次步骤S201，获得迭代更新后的所述补偿滤波器的系数；

补偿滤波器H_s(z)的系数与自适应滤波器W(z)的系数相关，但是，使用哪一个时刻的自适应滤波器W(z)系数是可选的，此时，可以通过迭代的方式来确定，可以通过多次试验确定迭代次数，以使最终的误差噪声信号e(n)能在要求的时间内达到收敛。对于FIR而言，冲击响应也即滤波器系数。在初始状态时，第一次迭代时，所述补偿滤波器H_s(z)的系数可以设置为1，此时，实际上并不考虑补偿次级通路的频响衰减，即h_s(n)＝1，补偿滤波器H_s(z)的系数的迭代过程如下：

在具体的实施场景中，迭代次数N和收敛时间T可以根据实际系统做相应的调整，时间T保证滤波器自适应过程能使误差噪声信号e(n)收敛到预设值以下。请同时参考图11和12，图11是使用传统FXLMS算法进行主动降噪和采用本实施例改进后的主动降噪方法进行降噪效果比对图，图12是两者的误差噪声信号的收敛过程比对图，从图中可以明显看出，本发明实施例的主动降噪方法，降噪性能优于传统算法，整体频段上噪声功率明显下降，误差噪声信号收敛效果也更好，基于图中仿真数据计算，本发明实施例的主动降噪方法在总频带上噪声功率从传统的-8dB下降至-21dB左右，整体降噪效果均衡，在工程实践上具有较高的参考意义。

本发明进一步提供一种主动降噪装置。请参考图13，所示是一实施例中主动降噪装置10的功能模块图。在本实施例中，主动降噪装置10包括：

参考噪声拾取模块11，用于持续通过参考麦克风拾取噪声源噪声以得到参考噪声信号；

次级噪声产生模块12，用于使所述参考噪声信号x(n)经过自适应滤波器产生消噪驱动信号，所述经次级通路驱动消噪扬声器产生次级噪声y(n)；

LMS模块13，用于迭代更新所述自适应滤波器的系数直至误差噪声信号的均方值收敛到预设值；

其中，LMS模块13包括：

误差噪声信号获取单元131，用于通过误差麦克风拾取初级噪声d(n)和所述次级噪声y(n)叠加后的信号，获得当前时刻的误差噪声信号e(n)；其中，所述初级噪声d(n)为所述噪声源噪声经初级通路传递至收音位置处形成的信号；

参考噪声修正单元132，用于将当前时刻的所述参考噪声信号x(n)经X-滤波器进行X-滤波处理后，得到修正参考噪声信号x′(n)；其中，所述X-滤波器为所述次级通路的等价滤波器，所述X-滤波器的传递函数为所述次级通路传递函数的估计值；

误差噪声修正单元133，用于将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经过补偿滤波器进行补偿滤波处理后，得到修正误差噪声信号e′(n)；其中，所述补偿滤波器为对所述X-滤波器的衰减补偿，所述补偿滤波器在所述X-滤波器衰减的预设频段对所述误差噪声信号e(n)进行增益补偿；

滤波系数更新单元134，用于基于所述修正参考噪声信号x′(n)和所述修正误差噪声信号e′(n)，更新下一时刻的所述自适应滤波器的系数。

优选地，在一可选实施例中，参考噪声修正单元还用于在进行X-滤波处理后，进行如下处理：

将所述修正参考噪声信号x′(n)经过所述补偿滤波器进行补偿滤波处理，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)。

优选地，在一可选实施例中，所述参考噪声修正单元还用于在进行滤波补偿处理前，进行如下处理：

将所述修正参考噪声信号x′(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的所述修正参考噪声信号x′(n)；

对应的，所述误差噪声修正单元还用于在进行补偿滤波处理前，进行如下处理：

将当前时刻的所述误差噪声信号e(n)经整形滤波器进行整形滤波，得到更新后的当前时刻的所述误差噪声信号e(n)，其中，所述整形滤波器的频响函数为与人耳听觉曲线匹配的曲线。

优选地，在一可选实施例中，所述补偿滤波器的频响为所述X-滤波器频响的逆或所述次级通路的频响的逆。

优选地，在一可选实施例中，所述补偿滤波器的频响为所述次级通路的频响的逆。

优选地，在一可选实施例中，在该实施例中，所述主动降噪装置10还包括：

补偿系数计算模块14，用于将所述自适应滤波器的系数经N次迭代获得所述补偿滤波器的系数；其中，N为整数。

优选地，在一可选实施例中，补偿系数计算模块14包括：

自适应迭代单元，用于在T时间内，保持所述补偿滤波器的系数不变，通过LMS模块迭代更新所述自适应滤波器的系数,以T时刻的系数更新所述补偿滤波器的系数；

补偿迭代单元，用于在自适应迭代单元进行N次更新后，获得迭代更新后的所述补偿滤波器的系数；其中，T为预设收敛时间。

主动降噪装置10实现主动降噪方法的过程，请参考前述实施例的描述，本处不在赘述。

本发明进一步提供一种主动降噪装置，应用于主动降噪系统中，该主动降噪装置20能够实现前述实施例的主动降噪方法，如图14所示，在一实施例中，主动降噪装置包括自适应滤波器、X-滤波器、补偿滤波器、以及系数更新模块，其中，自适应滤波器的输入端与参考麦克风连接以接收参考噪声信号x(n)，输出端输出次级噪声y(n)至消噪扬声器；X-滤波器的输入端与参考麦克风连接以接收参考噪声信号x(n)，输出端与系数更新模块一输入端连接；补偿滤波器的输入端与误差麦克风连接以获取误差噪声信号e(n)，输出端与系数更新模块一输入端连接；系数更新模块计算自适应滤波器的系数后，输出至自适应滤波器以更新自适应滤波器系数。

可以理解，从自适应滤波器输出到误差麦克风22的过程中，自适应滤波器输出的驱动信号一般需要经过DAC转换、低通滤波器、和功率放大后，驱动消噪扬声器发出能够抵消参考噪声信号的次级噪声。同样的，参考麦克风采集到噪声源噪声后，一般也需要经过前置放大器、低通滤波器以及ADC转换后才能得到参考噪声信号(图中未示出)，误差麦克风采集到误差噪声信号后，也需要经前置放大器、低通滤波器以及ADC转换后作为反馈信号输入主动降噪装置，调整自适应滤波器系数，进一步优化主动降噪效果。本发明能实施例对于获取参考噪声信号前的信号预处理过程和驱动信号到次级噪声的信号处理过程不做限制。

本发明进一步提供一种主动降噪系统，如图15所示，在一实施例中，主动降噪系统200包括用于拾取噪声源噪声的参考麦克风1、用于拾取误差噪声信号的误差麦克风2以及如前述实施例的主动降噪装置10或主动降噪装置20。

在本实施例，从参考麦克风1到误差麦克风2的通路为初级通路100，从主动降噪装置自适应滤波器输出到误差麦克风2，以及从误差麦克风2到主动降噪装置10的通路成为次级通路200。

本发明进一步提供一种耳机，具有耳罩，还具有如前所述的主动降噪系统，其中，参考麦克风设置成拾取所述耳罩外部的噪声信号，误差麦克风设置成拾取所述耳罩内部的噪声信号。

本发明进一步提供一种芯片，其上具有集成电路，该集成电路被设计成用于实现如前述实施例所述的主动降噪方法。

本发明进一步提供音频设备，音频设备包括如前述实施例所述的主动降噪装置10或主动降噪装置20。

本发明进一步提供一种存储介质，存储介质存有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时，执行如前述实施例所述的主动降噪方法。

本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。