ES2882133T3

ES2882133T3 - Procedimiento y aparato para mejorar la calidad percibida de la reproducción de sonido al combinar cancelación de ruido activa y compensación de ruido perceptual

Info

Publication number: ES2882133T3
Application number: ES13726121T
Authority: ES
Inventors: Christian Uhle; Jürgen Herre; Andreas Walther; Felix Fleischmann; Patrick Gampp
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2021-12-01
Anticipated expiration: 2033-03-25
Also published as: RU2626987C2; US9706296B2; CA2868376C; CA2868376A1; EP2645362A1; CN104303227A; AU2013241928A1; JP2015515202A; WO2013144099A1; KR20140131367A; US20150003625A1; MX342589B; EP2831871B1; KR101798120B1; EP2831871A1; CN104303227B; RU2014143021A; BR112014023850B1; MX2014011556A; JP6111319B2

Abstract

Un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido, que comprende: una unidad de cancelación de ruido activa (110; 1410; 1510; 1610; 1710; 1810) para cancelar el ruido de interferencia parcialmente generando una señal de cancelación de ruido cancelando porciones de la señal de ruido de una señal de audio ambiental que está siendo grabada por al menos un micrófono (1405; 1505; 1605; 1705), un estimador de características de ruido residual (120; 1420; 1520; 1620; 1720; 1820) para estimar una característica de ruido residual dependiendo de la señal de audio ambiental y la señal de cancelación de ruido, una unidad de compensación de ruido perceptual (130; 1430; 1530; 1630; 1730; 1830) para generar una señal con compensación de ruido basada en una señal de audio deseada y la característica de ruido residual, y un combinador (140; 1440; 1540; 1640; 1740; 1840) para combinar la señal de cancelación de ruido y la señal con compensación de ruido para obtener una señal de salida de audio que se reproducirá por al menos un altavoz (1450; 1550; 1650; 1750), estando el aparato caracterizado porque la característica de ruido residual indica una característica de las porciones de ruido del ruido ambiental que permanecerían cuando solo se reproduzca la señal de cancelación de ruido.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y aparato para mejorar la calidad percibida de la reproducción de sonido al combinar cancelación de ruido activa y compensación de ruido perceptual

[0001] La presente invención se refiere al procesamiento de señal de audio y, en particular, a un procedimiento y aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido al combinar cancelación de ruido activo y compensación de ruido perceptual, por ejemplo, al mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido en audífonos.

[0002] El procesamiento de la señal de audio se vuelve cada vez más importante. En muchos escenarios de escucha, por ejemplo, en una cabina de un vehículo, las señales de audio se presentan en un entorno ruidoso y mediante esto, la calidad de sonido e inteligibilidad se ven afectados. Una estrategia para reducir el impacto de ruido ambiental en la experiencia de escucha es la cancelación de ruido activa (control de ruido activo) véase, por ejemplo, [1], [2]. ANC (ANC = cancelación de ruido activa) reduce el ruido de interferencia en el lado de receptor a grados variables. En general, los componentes del ruido de baja frecuencia pueden ser cancelados de forma más adecuada que los componentes de alta frecuencia y el ruido estacionario puede ser cancelado mejor que el no estacionario y el tono puro mejor que el ruido aleatorio.

[0003] La cancelación de ruido activa es una técnica para suprimir el ruido acústico basado en el principio de interferencia acústica. La idea básica de cancelar el ruido de interferencia al usar una copia de fase invertida del mismo será descrito por primera vez en la patente de Paul Lueg en 1936, véase [7].

[0004] Los principios de ANC se resumen en [1] y [2]. El campo de sonido emitido por la fuente de ruido (fuente primaria) se mide utilizando un transductor. Esta señal de referencia se usa para generar una señal secundaria que se suministra a un altavoz secundario. Si la onda acústica emitida por la fuente secundaria (el llamado “anti-ruido”) está exactamente fuera de fase con la onda acústica del ruido, el ruido se cancela debido a interferencia destructiva en la región detrás del altavoz y opuesta a la fuente de ruido, la “zona de silencio”. Idealmente, los transductores de onda plana se usan tanto para el micrófono como para altavoz.

[0005] Aunque el anti-ruido puede ser generado al retardar y escalar la medición del ruido primario, el anti ruido se calcula frecuentemente de manera adaptable para tratar con variaciones posibles en la ruta acústica entre el transductor de ruido y el transductor anti-sonido. Tales implementaciones están basadas en filtros adaptables cuyos coeficientes de filtro se calculan al minimizar una señal de error utilizando el algoritmo de mínimos cuadrados (LMS), algoritmo X LMS filtrado (FXLMS), FXLMS con fugas u otros algoritmos de optimización.

[0006] ANC se puede implementar ya sea como control de alimentación directa o control de retroalimentación.

[0007] La figura 3 ilustra un diagrama de bloques de una implementación de ANC con estructura de alimentación directa. Una fuente de ruido 310 emite ruido primario 320. El ruido primario 320 es registrado por un micrófono de referencia 330 como una señal de audio ambiental d(t). La señal de audio ambiental se suministra a un filtro adaptable 340. El filtro adaptable está configurado para filtrar la señal de audio ambiental d(t) para obtener una señal filtrada. La señal filtrada se emplea para dirigir un altavoz 350.

[0008] Como ya se ha afirmado, la estructura ilustrada por la figura 3 es una estructura de alimentación directa. En una estructura de alimentación directa, el micrófono referenciado puede ser colocado, por ejemplo, de tal manera que el ruido primario sea captado antes de que llegue a la fuente secundaria, como se muestra en la figura 3.

[0009] Frecuentemente, un segundo micrófono se monta después de la fuente secundaria para medir la señal de ruido residual. En tal estructura, el segundo micrófono representa un micrófono de ruido residual o un micrófono de error. Tal estructura se muestra en la figura 4.

[0010] La figura 4 ilustra un diagrama de bloques de una implementación de ANC con estructura de alimentación directa con un micrófono de error adicional 460. Un algoritmo adaptable calcula los coeficientes de filtro para generar el anti-ruido utilizando la señal de micrófono de referencia de tal manera que se minimice el ruido residual.

[0011] La figura 5 ilustra un diagrama de bloques de una implementación de ANC con la estructura de retroalimentación. Implementaciones en estructuras de retroalimentación, como se muestra en la figura 5 utilizan solo un micrófono para medir el error y genera la señal secundaria. Un sistema de ANC de retroalimentación para aplicación de audífonos se describe en [8].

[0012] El efecto de la cancelación depende de la exactitud de la superposición de los campos de sonido de la fuente de ruido y la fuente secundaria. En la práctica, la señal de ruido de interferencia no se elimina por completo. ANC es especialmente apropiado para componentes de señal de ruido de baja frecuencia y señales estacionarias, pero falla al eliminar los componentes de señal de ruido de alta frecuencia y no estacionarios.

[0013] La compensación de ruido perceptual (PNC) es un procedimiento de procesamiento de señal para compensar los efectos perceptuales de ruido de interferencia al utilizar conocimiento psicoacústico. El principio básico detrás de PNC es aplicar ecualización variable en el tiempo de tal manera que se amplifican los componentes espectrales de la señal de audio de entrada que son enmascarados por el ruido de interferencia. La idea principal ha sido referida como, por ejemplo, compensación de ruido, véase, por ejemplo [3], compensación de enmascaramiento, véase, por ejemplo [4], ecualización de sonido en medio ambiente ruidoso, véase, por ejemplo [5] o control de sonido dinámico, véase, por ejemplo [6].

[0014] La compensación de ruido perceptual procesa una señal de audio de tal manera que su timbre y volumen, cuando se presentan en el entorno ruidoso se percibe como similar o cercano a aquellos cuando se presentan sin procesar en silencio. El ruido aditivo conduce a una disminución del volumen de la señal deseada debido a los efectos de enmascaramiento total o parcial. La sensación resultante se conoce como volumen parcial. Debido al procesamiento selectivo de frecuencia en el sistema auditivo humano, el ruido de interferencia afecta al equilibrio espectral percibido de la señal deseada y, por consiguiente, su timbre.

[0015] Se han aplicado los principios básicos de PNC, por ejemplo, en [3]. Desarrollos recientes por ejemplo se han descrito en [9], [10], [11] y [6]. El razonamiento del procedimiento es aplicar factores de ponderación espectral variables en el tiempo a la señal deseada, de tal manera que la sensación de volumen y timbre se restaure.

[0016] El procedimiento de ponderación espectral de PNC divide la señal de audio de entrada en M bandas de frecuencia, preferentemente según una escala de frecuencia motivada perceptualmente, que tiene el ancho de una banda fundamental, por ejemplo, la escala Bark o ERB. Las señales de sub-banda derivadas ^Sm[k] se escalan con factores de ganancia variables en el tiempo g^m[k], con un índice de sub-banda m = 1...M e índice de tiempo k. Las ganancias se calculan de tal manera que el volumen específico parcial N’, por ejemplo, el volumen evocado a cada banda de frecuencia auditiva, de la señal procesada en ruido son equivalentes al volumen específico de la señal de audio sin procesar en silencio o una fracción beta del mismo, como se muestra en la fracción (1), con em[k] siendo las señales de sub-banda del ruido aditivo:

PN'q[m,k\ = Np[m,k\ (1)

donde Aq[l?í,fc] f ( s m [fc]) es ^{e| volumen en silencio y donde}A rp es el ruido parcial de la señal procesada en ruido e[k].

[0017] Los modelos de volumen calculan el volumen específico parcial N'[m,] de una señal s[k] cuando se presentan simultáneamente con una señal de enmascaramiento e[k].

[0018] Las ganancias g^m[k] se pueden calcular utilizando un modelo de volumen parcial, véase, por ejemplo [10].

[0019] En lo siguiente, se hace referencia a modelos de cálculo del volumen parcial. Los modelos de volumen calculan el volumen específico parcial N'(^sm[k] e^m[k]) de una señal s[k] cuando se presentan simultáneamente con una señal de enmascaramiento e[k]:

N ' [m, fc] = f ( s m [fc], em [*]) (2)

[0020] Una implementación particular de un modelo perceptual de volumen parcial se muestra en la figura 6. Se deriva de los modelos presentados en [12] y [13] que en sí mismos extraen una investigación anterior por Fletcher, Munson, Stevens y Zwicker con algunas modificaciones. Procedimientos alternativos para el cálculo del volumen específico se han desarrollado en el pasado, como por ejemplo se describen en [14].

[0021] Las señales de entrada se procesan en el dominio de frecuencia utilizando una transformada de Fourier de tiempo corto (STFT), por ejemplo, con una longitud de marco de 21 ms, superposición del 50 % y una función de ventana de Hann. Imitando la resolución de frecuencia y la resolución temporal del sistema auditivo humano, se obtienen señales de sub-banda al agrupar los coeficientes espectrales. La transferencia a través del oído externo y oído medio se simula con un filtro fijo. Adicionalmente, la función de transferencia del sistema de reproducción se puede incorporar opcionalmente, pero se descuida aquí por simplicidad.

[0022] La figura 7 ilustra la función de transferencia que modela la ruta a través del oído externo y oído medio.

[0023] La función de excitación se calcula para bandas de filtro auditivo espaciadas en la escala de ancho de banda rectangular equivalente (ERB) o la escala de Bark.

[0024] La figura 8 ilustra un espaciamiento simplificado de bandas de filtro auditivo como un ejemplo para un espaciamiento motivado perceptualmente de las bandas de frecuencia.

[0025] Además de la integración temporal debido a la formación de ventana de la STFT, se puede usar una integración recursiva con diferentes constantes de tiempo durante el ataque y extinción. El volumen parcial específico, por ejemplo, el volumen parcial evocado en cada una de las bandas de filtro auditivo, se calcula a partir de los niveles de excitación de la señal de interés (el estímulo) y el ruido de interferencia según las ecuaciones (17)-(20) en [12]. Estas ecuaciones abarcan los cuatro casos en los que la señal está por encima del umbral de audición en ruido o no y en los que la excitación de la señal de mezcla es menor de 100 dB SPL o no. Si no se suministra ninguna señal interferencia al modelo, por ejemplo, e[k] = 0, el resultado es igual al volumen total N[k] del estímulo s[k] y debe predecir la información representada en los contornos de volumen igual (ELC) como se muestra en la figura 9. Ahí, la figura 9 ilustra contornos de volumen igual, ISO226-2003, de [15].

[0026] Ejemplos de salidas del modelo se muestran en las figuras 10 y 11.

[0027] La figura 10 ilustra el volumen parcial específico, ejemplarmente para la banda de frecuencia 4, donde la función de excitación de ruido varía de 0 a 100 dB.

[0028] La figura 11 ilustra el volumen parcial específico en ruido con excitación de ruido de 40 dB.

[0029] La patente de EE. UU. 7.050.966 (véase [16]) describe un procedimiento para mejorar la inteligibilidad de habla en ruido y menciona la combinación de ANC y PNC, sin embargo, no se da ninguna enseñanza de cómo ANC y PNC se pueden combinar ventajosamente.

[0030] El documento US 2011/293103 A1 describe procedimientos y aparatos para generar una señal anti ruido y ecualizar una señal de audio reproducida, por ejemplo, una señal telefónica de extremo lejano, donde tanto la generación como la ecualización se basan en información de una señal acústica de error.

[0031] El documento EP 1770685 A1 describe un sistema, en el que se aplica un efecto de enmascaramiento para reducir la percepción humana de una señal de ruido. Una señal de entrada se ajusta en función de la intensidad del ruido auditivo aplicando el conocimiento existente sobre las propiedades de la percepción auditiva humana y se proporciona al usuario humano como una señal de sonido de enmascaramiento, de modo que el sonido de enmascaramiento eleve el umbral de percepción auditiva humana para al menos parte de la señal de ruido, por lo que la percepción del usuario de esa parte de la señal de ruido se reduce o elimina. El sonido de enmascaramiento se combina con el control de ruido activo donde se proporciona un sonido en anti-fase con la señal de ruido para reducir aún más la percepción humana de la señal de ruido.

[0032] El objeto de la presente invención es proporcionar conceptos mejorados para mejorar la calidad percibida de la reproducción del sonido. El objeto de la presente invención es resuelto por un aparato para la mejora de la calidad percibida de reproducción de sonido según la reivindicación 1 por un audífono según la reivindicación 8, por un procedimiento según la reivindicación 11 y por un programa informático según la reivindicación 13.

[0033] Se proporciona un aparato para mejorar la calidad percibida de la reproducción de sonido de una señal de salida de audio. El aparato comprende una unidad de cancelación de ruido activa para generar una señal de cancelación de ruido basada en una señal de audio ambiental, donde la señal de audio ambiental comprende porciones de señal de ruido, las porciones de señal de ruido resultan de grabar el ruido ambiental. Además, el aparato comprende un estimador de características de ruido residual para determinar una característica de ruido residual dependiente del ruido ambiental y la señal de cancelación de ruido. Además, el aparato comprende una unidad de compensación de ruido perceptual para generar una señal compensada en el ruido basada en una señal de audio objetivo (una señal deseada) y basada en la característica de ruido residual. Además, el aparato comprende un combinador para combinar la señal de cancelación de ruido y la señal ruido-compensada para obtener la señal de salida de audio.

[0034] Según la presente invención, se proporcionan conceptos para reproducir la señal de audio de tal manera que su timbre, volumen e inteligibilidad, cuando se presentan en un ruido ambiental, sean similares o cercanas a aquellas cuando se presentan sin procesar en silencio. Los conceptos propuestos incorporan una combinación de cancelación de ruido activa y compensación de ruido perceptual. La cancelación de ruido activa se aplica para eliminar las señales de ruido de interferencia tanto como sea posible. La compensación de ruido perceptual se aplica para compensar los componentes de ruido restantes. La combinación de ambos se puede implementar de forma eficaz al usar los mismos transductores.

[0035] Las realizaciones de la presente invención se basan en el concepto de procesar la señal de audio deseada s[k] al tener en cuenta hallazgos psicoacústicos. Mediante esto, el efecto perceptual adverso de los componentes de ruido residual e[k] se compensan subsecuentemente por el procesamiento de las señales de audio deseadas s[k] al tener en cuenta hallazgos psicoacústicos de la compensación de ruido perceptual.

[0036] Las realizaciones se basan en el hallazgo de que ANC puede cancelar físicamente ruido de interferencia solo o parcialmente. Es imperfecto y consecuentemente algo de ruido residual permanece en las entradas del oído del oyente como se muestra en el diagrama esquemático de una implementación ejemplar de un sistema de reproducción de sonido según el estado de la técnica de la figura 12.

[0037] Según una realización, el estimador de características de ruido residual se puede configurar para determinar la característica de ruido residual, de tal manera que la característica de ruido residual indique una característica de porciones de ruido de ruido ambiental que permanecerían cuando solamente se reproduce la señal de cancelación de ruido.

[0038] En una realización adicional, el estimador de características de ruido residual puede estar dispuesto para recibir la señal de audio ambiental. El estimador de característica de ruido residual puede estar dispuesto para recibir información en cuanto a la señal de cancelación de ruido de la unidad de cancelación de ruido activo y donde el estimador de características de ruido residual se configura para determinar la característica de ruido residual en base a la señal de audio ambiental y en base a la información en cuanto a la señal de cancelación de ruido. El valor estimativo de ruido remanente puede indicar, por ejemplo, las porciones de ruido del ruido ambiental que permanecerían cuando solamente se reproduce la señal de cancelación de ruido.

[0039] Según otra realización, el estimador de características de ruido residual puede estar dispuesto para recibir la señal de cancelación de ruido como la información en cuanto a la señal de cancelación de ruido de la unidad de cancelación de ruido activo. El estimador de características de ruido residual se puede configurar para determinar el valor estimativo del ruido remanente en base a la señal de audio ambiental y en base a la señal de cancelación de ruido.

[0040] Según una realización adicional, el estimador de características de ruido residual se puede configurar para determinar el valor estimativo de ruido remanente al añadir la señal de audio ambiental y la señal de cancelación de ruido.

[0041] En otra realización, el aparato comprende además al menos un altavoz y al menos un micrófono. El micrófono se puede configurar para registrar la señal de audio ambiental, el altavoz se puede configurar para emitir la señal de salida de audio y donde el micrófono y altavoz pueden estar dispuestos para implementar una estructura de alimentación directa.

[0042] Según otra realización, el estimador de características de ruido residual puede estar dispuesto para recibir la señal de audio ambiental, donde el estimador de características de ruido residual puede estar dispuesto para recibir información en cuanto a la señal ruido-compensada de la unidad de compensación de ruido perceptual. El estimador de características de ruido residual puede estar configurado para determinar como la característica de ruido residual un valor estimativo de ruido remanente en base a la señal de audio ambiental y en base a la señal ruido-compensada. El valor estimativo de ruido remanente puede indicar, por ejemplo, las porciones de ruido del ruido ambiental que permanecerían cuando solamente se reproduce la señal de cancelación de ruido.

[0043] En otra realización, el estimador de características de ruido residual puede estar dispuesto para recibir la señal ruido-compensada como la información en cuanto a la señal ruido-compensada de la unidad de compensación de ruido perceptual. El estimador de características de ruido residual puede estar configurado para determinar el valor estimativo de ruido remanente en base a la señal de audio ambiental y en base a la señal ruidocompensada.

[0044] Según una realización adicional, el estimador de características de ruido residual puede estar configurado para determinar el valor estimativo de ruido remanente al restar componentes escalados de la señal ruido-compensada de la señal de audio ambiental.

[0045] En otra realización, el aparato puede comprender además al menos un altavoz y al menos un micrófono. El micrófono se puede configurar para registrar la señal de audio ambiental, el altavoz se puede configurar para emitir la señal de audio de salida y el micrófono y altavoz pueden estar dispuestos para implementar una estructura de retroalimentación.

[0046] Según otra realización, el aparato puede comprender además una unidad de separación de fuentes para detectar porciones de señal de la señal de audio ambiental que no serán compensadas, por ejemplo, habla o sonidos de alarma.

[0047] En una realización adicional, la unidad de separación de fuentes se puede configurar para eliminar las porciones de señal de la señal de audio ambiental que no serán compensadas desde la señal de audio ambiental.

[0048] Según una realización, se proporciona un audífono. El audífono comprende dos auriculares, un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según una de las realizaciones descritas anteriormente y al menos un micrófono para registrar la señal de audio ambiental. En este contexto, se proporcionan conceptos para la reproducción de señales de audio sobre los audífonos en medio ambiente ruidoso.

[0049] Además, se proporciona un procedimiento para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido de una señal de salida de audio. El procedimiento comprende: generar una señal de cancelación de ruido basada en una señal de audio ambiental, donde la señal de audio ambiental comprende partes de señal de ruido, las partes de señal de ruido resultantes de grabar ruido ambiental.

[0050] Determinar una característica de ruido residual dependiendo del ruido ambiental y la señal de cancelación de ruido.

[0051] Generar una señal ruido-compensada basada en una señal de audio objetivo y basada en la característica de ruido residual, y

combinar la señal de cancelación de ruido y la señal ruido-compensada para obtener la señal de salida de audio.

[0052] Además, se proporciona un programa informático para implementar el procedimiento descrito anteriormente cuando se ejecuta en un ordenador o procesador de señales.

[0053] En lo siguiente, se describirán con más detalle las realizaciones de la presente invención con referencia a las figuras, en las que:

La figura 1 es un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según una realización,

La figura 2 ilustra un audífono según una realización,

La figura 3 es un diagrama de bloques de una implementación de cancelación de ruido activa con una estructura de alimentación directa,

La figura 4 es un diagrama de bloques de una implementación de cancelación de ruido activa con una estructura de alimentación directa con un micrófono de error adicional,

La figura 5 es un diagrama de bloques de una implementación de cancelación de ruido activa con una estructura de retroalimentación,

La figura 6 es un diagrama de bloques de un modelo perceptual de volumen parcial,

La figura 7 es un ejemplo de una función de transferencia a través del oído externo y oído medio,

La figura 8 es un espaciamiento simplificado de bandas de filtro auditivo,

La figura 9 son contornos de volumen igual;

La figura 10 es un volumen parcial específico, ejemplar para la banda de frecuencia 4 y una función de excitación de ruido que varía de 0 a 100 dB,

La figura 11 es un volumen parcial específico en ruido con excitación de ruido de 40 dB,

La figura 12 es un diagrama de bloques de una implementación ejemplar de un sistema de reproducción de so con cancelación de ruido acústico según el estado de la técnica con la estructura de alimentación directa,

La figura 13 es un diagrama de bloques de un sistema de reproducción de sonido con compensación de ruido perceptual según el estado de la técnica,

La figura 14 es un diagrama de bloques de una implementación ejemplar de un

sistema de reproducción de so con ANC y PNC según una realización, donde el sensor de ruido primario se usa para estimar las características del ruido residual,

La figura 15 es un diagrama de bloques de una implementación alternativa de un sistema de reproducción de sonido con ANC y PNC según una realización alternativa, donde el sensor de ruido primario se usa para estimar las características del ruido residual,

La figura 16 es un diagrama de bloques de una implementación ejemplar de un sistema de reproducción de sonido con ANC y PNC según otra realización alternativa, donde el sensor de ruido primario se usa para estimar las características del ruido residual,

La figura 17 es un diagrama de bloques de una implementación alternativa de un sistema de reproducción de sonido con ANC y PNC según una realización adicional, donde el sensor de ruido primario se usa para estimar las características del ruido residual,

La figura 18 es un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según una realización adicional, donde el aparato comprende una unidad de separación de fuentes,

La figura 19 ilustra un audífono según una realización que comprende dos aparatos para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según la realización de la figura 16,

La figura 20 ilustra un audífono según una realización que comprende dos aparatos para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según la realización de la figura 17,

La figura 21 ilustra una disposición de prueba para modelar la transferencia a través de los audífonos y procesamiento de ANC como un sistema invariante en el tiempo lineal según una realización,

La figura 22 ilustra sistemas de LTI modelados correspondientes a la disposición de prueba de la figura 21 según una realización, y

La figura 23 ilustra un diagrama de flujo que ilustra las etapas llevadas a cabo para modelar la transferencia a través de los audífonos y procesamiento de An C como un sistema invariante en el tiempo lineal según una realización.

[0054] La figura 1 ilustra un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido de una señal de audio de salida según una realización. El aparato comprende una unidad de cancelación de ruido activa 110 para generar una señal de cancelación de ruido en base a una señal de audio ambiental. La señal de audio ambiental comprende porciones de señal de ruido, donde las porciones de señal de ruido resultan de registrar ruido ambiental. Además, el aparato comprende un estimador de características de ruido residual 120 para determinar una característica de ruido residual dependiendo del ruido ambiental y la señal de cancelación de ruido. Además, el aparato comprende un aparato de compensación de ruido perceptual 130 para generar una señal de ruidocompensada basada en una señal de audio objetivo y en base a las características de ruido residual. Además, el aparato comprende un combinador 140 para combinar la señal de cancelación de ruido y la señal ruido-compensada para obtener la señal de salida de audio. En este contexto, el ruido ambiental puede ser cualquier clase de ruido que se presenta en un entorno, por ejemplo, un entorno de un micrófono de grabación, un entorno de un altavoz o un entorno donde un oyente percibe ondas de sonido emitidas.

[0055] Las realizaciones del aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido de una señal de salida de audio se basan en el hallazgo de que ANC puede cancelar físicamente el ruido de interferencia solo o parcialmente. ANC es imperfecto y consecuentemente algo de ruido residual permanece en las entradas del oído del oyente como se muestra en el diagrama esquemático de la implementación ejemplar según el estado de la técnica ilustrado en la figura 12.

[0056] Para superar esta desventaja, según algunas realizaciones, el estimador de características de ruido residual 120 puede estar configurado para determinar la característica de ruido residual, de tal manera que la característica de ruido residual indica una característica de porciones de ruido del ruido ambiental que permanecerían cuando solo se reproduce la señal de cancelación de ruido, por ejemplo, cuando la señal de cancelación de ruido sería reproducida, por ejemplo, por un altavoz.

[0057] Un aparato según la realización descrita anteriormente se puede emplear en un audífono. La figura 2 ilustra un audífono correspondiente según tal realización.

[0058] El audífono comprende dos auriculares 241, 242. El auricular 241 puede comprender, por ejemplo, al menos un micrófono 261 y un aparato 251 para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según una de las realizaciones descritas anteriormente. En la realización del audífono de la figura 2, el aparato 251 para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido puede estar integrado en el auricular 241. Un altavoz del auricular 241 puede reproducir la señal de salida de audio del aparato 251 para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido. Del mismo modo, el auricular 242 puede comprender, por ejemplo, al menos un micrófono 262 y un aparato 252 para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según una de las realizaciones descritas anteriormente. En la realización del audífono de la figura 2, el aparato 252 para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido puede estar integrado al auricular 242. Un altavoz del auricular 242 puede reproducir la señal de salida de audio del aparato 252 para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido. Además, la figura 2 ilustra un oyente 280 que usa el audífono.

[0059] El audífono implementa ANC. En realizaciones, uno o más micrófonos se montan en el audífono de la figura 2 para medir el ruido ambiental y/o el ruido residual en las entradas del oído. Las señales de micrófono se usan para generar la señal secundaria para cancelar el ruido. Adicionalmente, se lleva a cabo procesamiento de PNC, que mejora la calidad de sonido percibida al compensar la señal de ruido remanente al aplicar pesos variantes en el tiempo y pesos espectrales dependientes de la señal (filtros) a las señales de entrada deseadas. El valor estimativo de las características de ruido residual necesarias para el procesamiento de PNC para calcular los filtros se obtiene de las señales del micrófono.

[0060] Existen diferentes estructuras de implementaciones de ANC. Un elemento distintivo entre tales estructuras es la posición del sensor de ruido en la cadena procesada, que conduce a dos estructuras de control básicas, es decir, estructura de alimentación directa y estructura de retroalimentación. Los antecedentes técnicos en cuanto a implementaciones de ANC ya se han descrito anteriormente.

[0061] En el estado de la técnica, que se ilustra en la figura 12, el ruido de interferencia no se cancela completamente. El ruido residual se puede compensar en sus efectos adversos en cuanto a la calidad de la señal de audio reproducida al utilizar PNC, un procedimiento de procesamiento de señal basado en psicoacústica. PNC aplica ecualización tiempo-variante, de tal manera que se amplifican los componentes espectrales de la señal de entrada que son enmascarados por el ruido de interferencia. Esto se obtiene comúnmente al utilizar un procedimiento de ponderación espectral donde las ganancias de sub-banda se calculan al tener en cuenta el conocimiento psicoacústico y las características de la señal deseada (la señal de audio objetivo) y el ruido de interferencia. Antecedentes más técnicos en cuanto a implementaciones de PNC ya se han proporcionado anteriormente. Una reproducción de sonido con PNC según el estado de la técnica se ilustra en la figura 13.

[0062] La figura 14 y 15 ilustran sistemas de reproducción de sonido según las realizaciones. Ambas implementaciones incluyen medios para estimar las características del ruido residual, referido como estimador de características de ruido residual (RNCE). Una diferencia entre las dos implementaciones es la estructura de control usada para el ANC (estructura de alimentación directa y estructura de retroalimentación).

[0063] La figura 14 ilustra un aparato según una realización y, en particular, una combinación de PNC con ANC en una estructura de alimentación directa. El RNCE se basa en el sensor de ruido primario sin un micrófono dedicado para medir el ruido residual. El aparato de la realización de la figura 14 comprende una unidad de cancelación de ruido activa 1410, un estimador de características de ruido residual 1420, una unidad de compensación de ruido perceptual 1430 y un combinador 1440, que pueden corresponder a la unidad de cancelación de ruido activa 110, el estimador de características de ruido residual 120, la unidad de compensación de ruido perceptual 130 y el combinador 140 de la realización de la figura 1, respectivamente.

[0064] El aparato de la realización de la figura 14 comprende además un altavoz 450 y un micrófono 1405. El micrófono 1405 está configurado para registrar la señal de audio ambiental. Además, el altavoz 1450 está configurado para emitir la señal de sonido de audio. En la realización de la figura 14, el micrófono y altavoz están dispuestos para implementar una estructura de alimentación directa. Una estructura de alimentación directa puede representar por ejemplo una disposición de un micrófono y un altavoz, donde el micrófono no recibe ondas de sonido emitidas por el altavoz.

[0065] La figura 15 ilustra una implementación en estructura de retroalimentación que toma ventaja de un micrófono dedicado para medir el ruido residual. En particular, la figura 15 ilustra un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido, donde el aparato comprende de nuevo una unidad de cancelación de ruido activa 1510, un estimador de características de sonido residual 1520, una unidad de combinación de ruido perceptual 1530 y un combinador 1540, que pueden corresponder a la unidad de cancelación de ruido activa 110, el estimador de características de ruido residual 120, la unidad de combinación de ruido perceptual 130 y el combinador 140 de la unidad de la figura 1, respectivamente.

[0066] Como en la realización de la figura 14, el aparato de la realización de la figura 15 comprende además un altavoz 1550 y un micrófono 1505. El micrófono 1505 está configurado para registrar la señal de audio ambiental. Además, el altavoz 1550 está configurado para emitir la señal de salida de audio. En contraste con la figura 14, en la figura 15, el micrófono y el altavoz están dispuestos para implementar una estructura de retroalimentación. Una estructura de retroalimentación puede representar, por ejemplo, una disposición de un micrófono y un altavoz, donde el micrófono recibe ondas de sonido emitidas por el altavoz.

[0067] La figura 16 ilustra un aparato según una realización que describe más detalles que la figura 14. El aparato de la realización de la figura 16 comprende una unidad de cancelación de ruido activa 1610, un estimador de características de ruido residual 1620, una unidad de combinación de ruido perceptual 1630 y un combinador 1640, un micrófono 1605 y un altavoz 1650. El micrófono 1605 y el altavoz 1650 implementan una estructura de alimentación directa.

[0068] En la realización de la figura 16, el estimador de características residual 1620 está dispuesto para recibir información en cuanto a la señal de cancelación de ruido de la unidad de cancelación de ruido activa 1610. Esto se indica por la flecha 1660. El estimador de características de ruido residual 1620 está configurado para determinar como la característica de ruido residual un valor estimativo de ruido remanente que puede indicar, por ejemplo, las porciones de ruido de ruido ambiental que permanecerían cuando solo se reproduciría la señal de cancelación de ruido (y no, por ejemplo, también una señal resultante de PNC).

[0069] Ya que la figura 16 implementa una estructura de alimentación directa, la señal de audio ambiental puede comprender solo, por ejemplo, componentes de señal de ruido. El estimador de características de ruido residual 1620 puede recibir la señal de cancelación de ruido de la unidad de cancelación de ruido activa 1610 y puede, por ejemplo, añadir esta señal de cancelación de ruido (anti-ruido) a la señal de audio ambiental. La señal resultante puede ser, a continuación, el valor estimativo de ruido que representa el ruido ambiental que permanecería cuando solo se reproduce la señal de cancelación de ruido.

[0070] La figura 17 ilustra un aparato según una realización que ilustra más detalles de la figura 15. El aparato de la realización de la figura 17 comprende una unidad de cancelación de ruido activo 1710, un estimador de características de ruido residual 1720, una unidad de combinación de ruido perceptual 1730, un combinador 1740, un micrófono 1705 y un altavoz 1750. El micrófono 1705 y el altavoz 1750 implementan una estructura de retroalimentación.

[0071] En la realización de la figura 17, el estimador de características de ruido residual 1720 está dispuesto para recibir información en cuanto a la señal ruido-compensada de la unidad de combinación de ruido perceptual 1730. Esto se indica por la flecha 1770. El estimador de características de ruido residual 1720 puede estar configurado para determinar como la característica de ruido residual un valor estimativo de ruido remanente que puede indicar, por ejemplo, las porciones de ruido del ruido ambiental que permanecerían cuando solo se reproduciría la señal de cancelación de ruido (y no también la señal resultante de PNC).

[0072] Ya que la figura 17 implementa una estructura de retroalimentación, la señal de audio ambiental que representa las ondas de sonido grabadas en el entorno del micrófono comprende también la señal ruidocompensada. El estimador de características de ruido residual 1720 puede recibir la señal ruido-compensada de la unidad de compensación de ruido perceptual 1730 y puede restar los componentes escalados de la señal ruidocompensada recibida de la señal de audio ambiental. Por ejemplo, los componentes escalados de la señal ruidocompensada recibida se pueden determinar al escalar la señal ruido-compensada recibida por un factor de escala predeterminado. La señal resultante puede ser entonces el valor estimativo de ruido que representa el ruido ambiental que permanecería cuando solo se reproduce la señal de cancelación de ruido. El factor de escala predeterminado puede ser, por ejemplo, una diferencia de nivel de señal promedio de una señal cuando se emite en el altavoz y un nivel de señal promedio de la señal cuando se registra en el micrófono.

[0073] Algunas ventajas de combinar ANC y PNC son:

• Calidad de sonido mejorada: compensar adicionalmente el ruido residual es una mejora con respecto a ANC y viceversa, la cancelación de los componentes de ruido de baja frecuencia antes de PNC garantiza experiencia de escucha a bajos niveles de reproducción.

• Implementación eficaz en el coste: ANC y PNC pueden usar los mismos transductores (tanto micrófonos como altavoces). El RNCE se puede obtener de un sensor de ruido, por ejemplo, un sensor de ruido residual o del sensor de ruido primario al tener en cuenta las características de supresión de ANC.

[0074] Se pueden usar dos maneras diferentes para obtener el valor estimativo de ruido. Estas dos maneras dependen de la estructura de la implementación de ANC:

• Si la implementación del ANC comprende un micrófono para medir el ruido residual, el valor estimativo de ruido se obtiene de este sensor y la diafonía de la señal deseada al sensor necesita ser suprimida.

• Si el ANC se implementa en una estructura de alimentación directa solo con un micrófono para detectar el ruido primario, el valor estimativo de ruido se puede obtener de este sensor utilizando un modelo de la transferencia a través del audífono (incluyendo amortiguación mecánica del ruido externo debido a absorción pasiva por el audífono y el ANC).

[0075] En general, la estimación de ruido puede comprender:

1. La cancelación de la diafonía de la representación de la música al micrófono.

2. El modelado de la función de transferencia/atenuación del ruido externo a través del auricular y el procesamiento de ANC.

3. Opcionalmente un análisis de señal, posiblemente combinado con un procesamiento de separación de fuentes, con el fin de evitar compensación/marcación de ciertos sonidos externos que se desea que sean percibidos por el oyente del audífono, por ejemplo, habla y sonidos de alarma.

[0076] Para obtener supresión de diafonía, el PNC escala la señal deseada con valores de ganancia de sub banda que son monotónicamente integrados con el nivel de sub-banda de ruido incrementado. Si la reproducción de música es captada por el micrófono y se suma al valor estimativo de ruido, la retroalimentación resultante puede conducir potencialmente a sobre-compensación y amplificación excesiva de señales de sub-banda correspondientes. Por consiguiente, la diafonía de la reproducción de música a los micrófonos necesita ser suprimida.

[0077] Antes de que el ruido ambiental llegue a las entradas del oído, es amortiguado por la atenuación pasiva de los auriculares y mediante el procesamiento de ANC. La transferencia a través del audífono es modelada por la función W, véase ecuación (3):

donde d[k] denota un ruido externo y donde e[k] denota un valor estimativo del ruido.

[0078] La transferencia se puede modelar como un sistema tiempo-invariante lineal (LTI) o como un sistema no lineal. Tales procedimientos de identificación de sistema usan una serie de medidas de las señales de entrada y salida y determinan los parámetros de modelo, de tal manera que se minimiza una medida de error entre mediciones de salida y salida predicha.

[0079] En el primer caso (modelado como un sistema de LTI), el sistema se describe por su respuesta de impulso o función de transferencia de magnitud.

[0080] La figura 21 ilustra una disposición de prueba para modelado de la transferencia a través de los audífonos y procesamiento de ANC como un sistema de tiempo-invariante lineal según una realización. En la figura 21, una señal de prueba se suministra a un primer altavoz 2110. La señal de prueba tendría un efecto de frecuencia amplio. En respuesta, el primer altavoz 2110 emite ondas de sonido que son registradas a continuación por un micrófono 2120 dispuesto en el auricular 242 de un audífono como una primera señal de audio registrada. La primera señal de audio registrada registra ondas de sonido que todavía no han pasado a través del auricular 242. Además, el procesamiento de ANC todavía no se ha llevado a cabo.

[0081] La señal de prueba se puede considerar como una señal de excitación de un primer sistema de LTI. Además, la primera señal de audio registrada se puede considerar como una señal de salida del primer sistema de LTI. En una realización, una respuesta de impulso del primer sistema de LTI se calcula en base a la señal de prueba y en base a la primera señal de audio registrada como una primera respuesta de impulso. Para este propósito, la señal de prueba tendría un espectro de frecuencia amplio. Además, la primera respuesta de impulso se transfiere al domino de frecuencia, por ejemplo, al llevar a cabo STFT (transformada de Fourier de tiempo corto) para obtener una primera respuesta de frecuencia. En una realización alternativa, la primera respuesta de frecuencia se determina directamente en base a representaciones de frecuencia-dominio de la señal de prueba y la primera señal de audio registrada.

[0082] Además, para obtener una segunda señal de micrófono registrada, un segundo micrófono 2130 registra ondas de sonido que han pasado a través de los auriculares 242 y después de que se haya llevado a cabo ANC. Para llevar a cabo ANC, se emplea un altavoz del auricular 272 copadle auricular 242 para emitir el llamado “anti-ruido” para cancelar las ondas de sonido del primer altavoz.

[0083] De nuevo, la señal de prueba se puede considerar como una señal de excitación de un segundo sistema de LTI adicional. La segunda señal de micrófono registrada se puede considerar como una señal de salida del segundo sistema de LTI. Según una realización, una respuesta de impulso del segundo sistema de LTI se calcula en base a la señal de prueba y en base a la segunda señal de audio registrada como una segunda respuesta de impulso. Además, la segunda respuesta de impulso se transfiere al dominio de frecuencia para obtener una segunda respuesta de frecuencia. En una realización alternativa, la segunda respuesta de frecuencia se determina directamente en base a representaciones de frecuencia-dominio de la señal de prueba y la primera señal de audio registrada.

[0084] Eso se explica en más detalle con referencia a la figura 22. El segundo sistema de LTI 2220 se puede considerar que comprende dos sistemas de LTI, es decir, el primer sistema de LTI 2210, ya descrito con respecto a la figura 21 y un tercer sistema de LTI 2230. El primer sistema de LTI 2210 recibe la señal de prueba (emitida por el primer altavoz 2110) como una señal de excitación. Además, el primer sistema de LTI 2210 emite la primera señal de audio registrada (registrada por el primer micrófono 2120). El tercer sistema de LTI 2230 recibe la primera señal de audio registrada como una señal de excitación y emite la segunda señal de audio registrada (registrada por el segundo micrófono).

[0085] Para modelar ANC y la influencia de la transferencia de las ondas de sonido a través de las copas para los oídos, se determina el tercer sistema de LTI 2230. En una realización, la respuesta de frecuencia del tercer sistema de LTI 2230 se calcula como una tercera respuesta de frecuencia basada en la primera respuesta de frecuencia del primer sistema de LTI 2210 y basada en la segunda respuesta de frecuencia del segundo sistema de LTI 2220.

[0086] En una realización, la segunda respuesta de frecuencia del segundo sistema de LTI 2220 es dividida por la primera respuesta de frecuencia del primer sistema de LTI 2210 para obtener la tercera respuesta de frecuencia del tercer sistema de LTI 2230.

[0087] La figura 23 ilustra un diagrama de flujo que ilustra las etapas para modelar la transferencia a través de los audífonos y procesamiento de ANC como un sistema de tiempo-invariante lineal según una realización.

[0088] En la etapa 2310, una señal de prueba se suministra a un primer altavoz. El primer altavoz emite ondas de sonido en respuesta a la señal de prueba.

[0089] En la etapa 2320, un primer micrófono dispuesto en un auricular del audífono registra ondas de sonido para obtener una primera señal de audio registrada.

[0090] En la etapa 2330, una primera respuesta de frecuencia de un primer sistema de LTI se determina en base a la señal de prueba como una señal de excitación del primer sistema de LTI y en base a la primera señal de audio registrada como una señal de salida del primer sistema de LTI.

[0091] En la etapa 2340, un segundo micrófono registra una segunda señal de audio registrada después de que las ondas de sonido hayan pasado a través del auricular y después de que se haya llevado a cabo ANC.

[0092] En la etapa 2350, se determina una segunda respuesta de frecuencia de un segundo sistema de LTI en base a la señal de prueba como señal de excitación del segundo sistema de LTI y en base a la segunda señal de audio registrada como señal de salida del segundo sistema de LTI.

[0093] En la etapa 2360, se determina una tercera respuesta de frecuencia de un tercer sistema de LTI en base a la señal de prueba como señal de excitación del segundo sistema de LTI y en base a la segunda señal de audio registrada como señal de salida del segundo sistema de LTI.

[0094] En una realización alternativa, la primera respuesta de impulso y la primera respuesta de frecuencia del sistema de LTI y la segunda respuesta de impulso y la segunda respuesta de frecuencia del sistema de LTI no se determinan. En lugar de esto, la respuesta de frecuencia del tercer sistema de LTI se determina en base a la primera señal de audio registrada como una señal de excitación del tercer sistema de LTI y en base a la segunda señal de audio registrada como una señal de salida del tercer sistema de LTI.

[0095] En las realizaciones, la tercera respuesta de frecuencia se puede transformar del dominio frecuencia al domino de tiempo para obtener la respuesta e impulso de los terceros sistemas de LTI.

[0096] En algunas realizaciones, la respuesta de frecuencia y/o la respuesta de impulso del tercer sistema de LTI, que refleja el efecto del ANC y de la transferencia de las ondas de sonido a través del auricular, está disponible para un estimador de características de ruido residual. En algunas realizaciones, el estimador de características de ruido residual puede determinar la respuesta de frecuencia y/o la respuesta de impulso del tercer sistema de LTI.

[0097] El estimador de las características de ruido residual puede usar la respuesta de frecuencia y/o la respuesta de impulso del tercer sistema de LTI para determinar una característica de ruido residual de la señal de audio ambiental. Por ejemplo, el estimador de características de ruido residual puede multiplicar una representación del dominio de frecuencia de la señal de audio ambiental y la respuesta de frecuencia del tercer sistema de LTI para determinar la característica de ruido residual. La representación del dominio de frecuencia de la señal de audio ambiental se puede obtener, por ejemplo, al llevar a cabo una transformada de Fourier en una representación de dominio de tiempo de la seña de audio ambiental. En una realización alternativa, el estimador de características de ruido puede determinar la convolución de una representación de dominio de tiempo de la señal de audio ambiental y la respuesta de impulso del tercer sistema de LTI.

[0098] Existe una variedad de estrategias para identificación de sistemas no lineales, por ejemplo, serie Volterra o redes neurales artificiales (ANN) o cadenas de Markov.

[0099] Por ejemplo, las redes neurales artificiales (ANN) se pueden preparar mediante la recepción de la primera señal de audio registrada de la figura 21 y figura 22 como una señal de entrada y la segunda señal de audio registrada de la figura 21 y figura 22 como una señal de salida.

[0100] Si el ANC se implementa en una estructura de alimentación directa con solo un micrófono para detectar el ruido primario y puesto que se conoce el anti-ruido, el valor estimativo de ruido puede derivarse de la adición del ruido y el anti-ruido.

[0101] La envolvente espectral se deriva de la señal de tiempo del valor estimativo de ruido de STFT (transformada de Fourier de tiempo corto) o una transformada de frecuencia alternativa o banco de filtros. Utilizando un procedimiento de regresión para aproximar la trayectoria de transferencia, utilizando por ejemplo ANN, la estimación de ruido se puede implementar para estimar directamente la envolvente espectral, preferentemente utilizando elementos extraídos de la medición de ruido, por ejemplo, obtenidos del sensor de ruido primario, calculado en el dominio de frecuencia.

[0102] El valor estimativo de ruido derivado es opcionalmente post-procesado mediante suavizado de las trayectorias de las señales envolventes de sub-banda, por ejemplo, suavizado a lo largo del eje de tiempo y mediante suavizado de envolvente espectral, por ejemplo, suavizado a lo largo del eje de frecuencia.

[0103] Con el fin de no compensar sonido semánticamente significativo, por ejemplo, habla y sonidos de alarma se lleva a cabo un análisis de señal inteligente. La señal del micrófono se divide en el ruido ambiental que se compensa y el sonido semánticamente significativo que se excluyen del valor estimativo de ruido, ya sea mediante la aplicación de un procesamiento de separación de fuente o al detectar la presencia de sonidos semánticamente significativos y manipulación del valor estimativo del ruido en casos de detecciones positivas.

[0104] En el último caso, la manipulación del valor estimativo de ruido se lleva a cabo de tal manera que, si se detectan los sonidos que es necesario presentar al oyente, la estimación del ruido se pausa y mediante esto, tanto PNC como ANC se deshabilitan. El valor estimativo de ruido no se actualiza en las señales de micrófono capturadas fuera de sonidos que no se supone que sean compensados.

[0105] La figura 18 ilustra un aparato correspondiente según una realización. El aparato de la realización de la figura 18 comprende una unidad de cancelación de ruido activo 1810, un estimador de características de ruido residual 1820, una unidad de combinación de ruido perceptual 1830 y un combinador 1840, que pueden corresponder a la unidad de cancelación de ruido activo 110, el estimador de características de ruido residual 120, la unidad de compensación de ruido perceptual 130 y el combinador 140 de la realización de la figura 1, respectivamente. El aparato comprende además una unidad de separación de fuentes 1805 que está configurada para detectar porciones de señal de la señal de audio ambiental que no serán compensadas. La unidad de separación de fuentes 1805 está configurada además para eliminar las porciones de señal de la señal de audio ambiental que no serán compensadas desde la señal de audio ambiental.

[0106] La figura 19 ilustra un audífono según una realización que comprende un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según la realización de la figura 16. Como en la figura 2, el auricular 241 comprende un micrófono 261 y un aparato 251 para mejorar la calidad percibida de la reproducción de sonido. La figura 19 ilustra además un altavoz 271 del auricular 241. El signo de referencia 291 denota un lado interno 291 del auricular 241. El lado interno 291 del auricular 241 es el lado del auricular que está en contacto con la oreja 281 de un usuario 281 que usa el audífono como se ilustra en la figura 19. En la realización de la figura 19, el micrófono 261 está dispuesto de tal manera que el altavoz 271 de la copa para los oídos 241 esté ubicado entre el micrófono 261 y el lado interno 291 del auricular 241. Así, el auricular 241 de la figura 19 implementa la estructura de alimentación directa de la figura 16. Del mismo modo, el auricular 242 comprende otro aparato 252 para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido y otro micrófono 262 que está dispuesto de tal manera que el altavoz 272 del auricular 242 está ubicado entre el micrófono 262 y el lado interno 292 del auricular 242. El lado interno 292 del auricular 242 es el lado del auricular 242 que está en contacto con la oreja 282 del oyente 280 que usa el audífono como se ilustra en la figura 19. Así, el auricular 242 de la figura 19 implementa también la estructura de alimentación directa de la figura 16.

[0107] La figura 20 ilustra un audífono según una realización que comprende un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido según la realización de la figura 17. Como en la figura 2, el auricular 241 comprende un micrófono 261 y un aparato 251 para mejorar la calidad percibida de la reproducción de sonido. La figura 20 ilustra además un altavoz 271 del auricular 241. El signo de referencia 291 denota el lado interno 291 del auricular 241. El lado interno 291 del auricular 241 es el lado del auricular que está en contacto con la oreja 281 del oyente 280 que usa el audífono como se ilustra en la figura 20. En la realización de la figura 20, el micrófono 261 está dispuesto de tal manera que el micrófono 261 del auricular 241 esté ubicado entre el altavoz 261 y el lado interno 291 del auricular 241. Así, el auricular 241 de la figura 20 implementa la estructura de retroalimentación de la figura 17. Del mismo modo, el auricular 242 comprende otro aparato 252 para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido y otro micrófono 262 está dispuesto de tal manera que el micrófono 262 del auricular 242 esté ubicado entre el altavoz 272 y el lado interno 292 del auricular 242. El lado interno 292 del auricular 242 es el lado del auricular 242 que está en contacto con la oreja 282 del oyente 280 que usa el altavoz como se ilustra en la figura 20. Así, el auricular 242 de la figura 20 implementa también la estructura de retroalimentación de la figura 17.

[0108] Los audífonos según otras realizaciones pueden comprender más de dos micrófonos, por ejemplo, cuatro micrófonos. Por ejemplo, cada auricular puede comprender dos micrófonos, siendo uno de ellos un micrófono de referencia y el otro un micrófono de error adicional, siendo usado el micrófono de error adicional para mejorar el ANC como se menciona en la figura 4.

[0109] Aunque algunos aspectos se han descrito en el contexto de un aparato, está claro que estos aspectos también representan una descripción del procedimiento correspondiente, donde un bloque o dispositivo corresponde a una etapa del procedimiento o un elemento de una etapa del procedimiento. Análogamente, aspectos descritos en el contexto de una etapa de procedimiento representan también una descripción de un bloque correspondiente o artículo o elemento de un aparato correspondiente.

[0110] La señal descompuesta de la invención puede almacenarse en un medio de almacenamiento digital o se puede transmitir en un medio de transmisión, tal como un medio de transmisión inalámbrico o un medio de transmisión por cable tal como Internet.

[0111] Dependiendo de ciertos requisitos de implementación, las realizaciones de la invención se pueden implementar en elementos físicos o en elementos de programación. La implementación puede llevarse a cabo utilizando medios de almacenamiento digital, por ejemplo, un disco floppy, un DVD, un CD, un CD-ROM, un EPROM, un EEPROM o una memoria instantánea que tiene señales de control que se pueden leer electrónicamente almacenadas en la misma que cooperan (o son capaces de cooperar) con un sistema programable de tal manera que se lleve a cabo el procedimiento respectivo.

[0112] Algunas realizaciones según la invención comprenden un soporte de datos no transitorio que tiene señales de control que se pueden leer electrónicamente que son capaces de cooperar con un sistema informático programable, de tal manera que se lleva a cabo uno de los procedimientos descritos en esta invención.

[0113] En general, las realizaciones de la presente invención se pueden implementar como un producto de programa informático con códigos de programa, los códigos de programa son operativos para efectuar uno de los procedimientos cuando el producto de programa informático se ejecuta en un ordenador. Los códigos de programa se pueden almacenar, por ejemplo, en un soporte legible por máquina.

[0114] Otras realizaciones comprenden el programa informático para efectuar uno de los procedimientos descritos presenten esta invención, almacenados en un soporte legible por máquina.

[0115] En otras palabras, una realización del procedimiento de la invención es, por consiguiente, un programa informático que tiene códigos de programa para efectuar uno de los procedimientos descritos en esta invención, cuando el programa informático se ejecuta en un ordenador.

[0116] Una realización adicional de los procedimientos de la invención es, por consiguiente, un soporte de datos (o medio de almacenamiento digital o un medio que se puede leer por ordenador) que comprende, registrado en él mismo, el programa informático para efectuar uno de los procedimientos descritos en esta invención.

[0117] Una realización adicional del procedimiento de la invención es, por consiguiente, una corriente de datos o una secuencia de señales que representa el programa informático para efectuar uno de los procedimientos descritos en esta invención. La corriente de datos o la secuencia de señales se puede configurar, por ejemplo, para ser transferida a través de una conexión de comunicación de datos, por ejemplo, a través de Internet.

[0118] Una realización adicional comprende medios de procesamiento, por ejemplo, un ordenador o un dispositivo lógico programable configurado para o apto para efectuar uno de los procedimientos descritos en esta invención.

[0119] Una realización adicional comprende un ordenador que tiene instalado en él mismo el programa informático para efectuar uno de los procedimientos descritos en esta invención.

[0120] En algunas realizaciones, se puede usar un dispositivo lógico programable (por ejemplo, una matriz de puerta programable en el campo) para efectuar algunas o todas las funcionalidades de los procedimientos descritos en esta invención. En algunas realizaciones, una matriz de puerta programable en el campo puede cooperar con un microprocesador con el fin de efectuar uno de los procedimientos descritos en esta invención. En general, los procedimientos se llevan a cabo preferentemente por cualquier aparato de hardware.

[0121] Las realizaciones descritas anteriormente son meramente ilustrativas de los principios de la presente invención. Se comprende que modificaciones y variaciones de las disposiciones y detalles descritos en esta invención serán evidentes para otros expertos en la técnica. Por consiguiente, se pretende estar limitados solamente por el alcance de las reivindicaciones de patente pendientes y no por los detalles específicos presentados a modo de descripción y explicación de las realizaciones de esta invención.

Referencias

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Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para mejorar la calidad percibida de reproducción de sonido, que comprende:

una unidad de cancelación de ruido activa (110; 1410; 1510; 1610; 1710; 1810) para cancelar el ruido de interferencia parcialmente generando una señal de cancelación de ruido cancelando porciones de la señal de ruido de una señal de audio ambiental que está siendo grabada por al menos un micrófono (1405; 1505; 1605; 1705),

un estimador de características de ruido residual (120; 1420; 1520; 1620; 1720; 1820) para estimar una característica de ruido residual dependiendo de la señal de audio ambiental y la señal de cancelación de ruido, una unidad de compensación de ruido perceptual (130; 1430; 1530; 1630; 1730; 1830) para generar una señal con compensación de ruido basada en una señal de audio deseada y la característica de ruido residual, y un combinador (140; 1440; 1540; 1640; 1740; 1840) para combinar la señal de cancelación de ruido y la señal con compensación de ruido para obtener una señal de salida de audio que se reproducirá por al menos un altavoz (1450; 1550; 1650; 1750),

estando el aparato caracterizado porque la característica de ruido residual indica una característica de las porciones de ruido del ruido ambiental que permanecerían cuando solo se reproduzca la señal de cancelación de ruido.

2. Un aparato según la reivindicación 1, en el que el estimador de características de ruido residual (120; 1420; 1520; 1620; 1720; 1820) está configurado para estimar la característica de ruido residual añadiendo la señal de audio ambiental y la señal de cancelación de ruido.

3. Un aparato según la reivindicación 1,

en el que el estimador de características de ruido residual (1620) está dispuesto para recibir la señal de audio ambiental,

en el que el estimador de características de ruido residual (1620) está dispuesto para recibir información sobre la señal de cancelación de ruido de la unidad de cancelación de ruido activa (1610), y

en el que el estimador de características de ruido residual (1620) está configurado para determinar como característica de ruido residual una estimación de ruido restante basada en la señal de audio ambiental y en la información de la señal de cancelación de ruido.

4. Un aparato según la reivindicación 1

en el que el estimador de características de ruido residual (1520; 1720) está dispuesto para recibir la señal compensada de ruido de la unidad de compensación de ruido perceptual (1530; 1730), y

en el que el estimador de características de ruido residual (1520; 1720) está configurado para estimar la característica de ruido residual restando componentes escalados de la señal con compensación de ruido de la señal de audio ambiental y

en el que el estimador de características de ruido residual (1520; 1720) está configurado para determinar los componentes escalados de la señal compensada de ruido escalando la señal compensada de ruido recibida por un factor de escala predeterminado,

en el que el factor de escala predeterminado es una diferencia de nivel de señal entre un nivel de señal medio cuando se emite en al menos un altavoz (1550; 1750) y un nivel de señal medio de la señal emitida cuando se graba en al menos un micrófono (1505; 1705).

5. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

en el que el aparato comprende además el al menos un micrófono (1405; 1605),

en el que el aparato comprende además el al menos un altavoz (1450; 1650),

en el que el al menos un micrófono (1405; 1605) y el al menos un altavoz (1450; 1650) están dispuestos para implementar una estructura de retroalimentación.

6. Un aparato según la reivindicación 1 o 2, en el que el aparato comprende además una unidad de separación de fuentes (1805) para detectar porciones de señal de la señal de audio ambiental que no se compensarán.

7. Un aparato según la reivindicación 6, en el que la unidad de separación de fuentes (1805) está configurada para eliminar las porciones de señal de la señal de audio ambiental que no se compensarán.

8. Un auricular que comprende dos auriculares (241, 242), en el que cada uno de los auriculares (241, 242) comprende:

un aparato (251, 252) para mejorar una calidad percibida de reproducción de sonido según una de las reivindicaciones anteriores,

un altavoz (271, 272), y

al menos un micrófono (261, 262) para grabar la señal de audio ambiental.

9. Un auricular según la reivindicación 8, en el que cada uno de los altavoces (271, 272) de los auriculares (241, 242) está dispuesto entre uno de los micrófonos (261, 262) de uno de los auriculares (241, 242) y un lado interior (291, 292) de dicho auricular (241, 242).

10. Un auricular según la reivindicación 8, en el que cada uno de los micrófonos (261, 262) de los auriculares (241, 242) está dispuesto entre uno de los altavoces (271, 272) de uno de los auriculares (241, 242) y un lado interior (291,292) de dicho auricular (241, 242).

11. Un procedimiento para mejorar la calidad percibida de la reproducción de sonido, que comprende: cancelar el ruido de interferencia parcialmente generando una señal de cancelación de ruido cancelando porciones de la señal de ruido de una señal de audio ambiental que está siendo grabada por al menos un micrófono (1405; 1505; 1605; 1705), estimando una característica de ruido residual dependiendo de la señal de audio ambiental y el ruido señal de cancelación,

generar una señal con compensación de ruido basada en una señal de audio deseada y la característica de ruido residual, y

combinar la señal de cancelación de ruido y la señal compensada de ruido para obtener una señal de salida de audio que será reproducida por al menos un altavoz (1450; 1550; 1650; 1750),

estando el procedimiento caracterizado porque la característica de ruido residual indica una característica de las porciones de ruido del ruido ambiental que permanecerían cuando solo se reproduzca la señal de cancelación de ruido.

12. Un procedimiento según la reivindicación 11,

en el que la estimación de las características de ruido residual se basa en la señal compensada de ruido y se obtiene restando los componentes escalados de la señal con compensación de ruido de la señal de audio ambiental y

en el que los componentes escalados de la señal compensada de ruido se obtienen escalando la señal compensada de ruido recibida en un factor de escala predeterminado,

en el que el factor de escala predeterminado es una diferencia de nivel de señal entre un nivel de señal promedio cuando se emite en al menos un altavoz (1450; 1550; 1650; 1750) y un nivel de señal promedio de la señal emitida cuando se graba en el al menos un micrófono (1405; 1505; 1605; 1705).

13. Un producto de programa informático que comprende instrucciones que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo las etapas del procedimiento de la reivindicación 11 o 12.