CN109243422A - 用于免提麦克风的安静区 - Google Patents

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CN109243422A
CN109243422A CN201810735456.0A CN201810735456A CN109243422A CN 109243422 A CN109243422 A CN 109243422A CN 201810735456 A CN201810735456 A CN 201810735456A CN 109243422 A CN109243422 A CN 109243422A
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noise
loudspeaker
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vehicle
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约书亚·惠勒
斯科特·安德鲁·安曼
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

免提语音***具有安装在乘客舱中固定位置的麦克风。来自麦克风的音频信号可以由语音识别***使用以检测驾驶员的口头命令，或者可以由蜂窝电话收发器使用以通过电话发送口头对话的声音。一对扬声器安装在麦克风的***。多个噪声传感器配置为表征进入乘客舱的侵入性噪声。主动噪声消除控制器响应于噪声传感器而产生由扬声器输出的反噪声，以建立以麦克风为中心的安静区。

Description

用于免提麦克风的安静区
技术领域
本发明大体涉及在嘈杂的环境中获得用麦克风检测口述语音的高信噪比性能，并且更具体地，涉及在机动车辆中的免提麦克风周围创建“安静区”的主动噪声消除。
背景技术
自动语音识别(ASR)和免提呼叫(HFC)功能已成为机动车辆中的流行功能。通常，因为进入乘客舱的车辆噪声压倒了驾驶员在试图发出命令时的声音，客户对ASR***的满意度仍然是一个挑战。汽车制造商已经试图通过将免提麦克风靠近驾驶员放置并限制车舱内侵入性环境噪声来提高信噪比(SNR)。
车舱噪声也已经通过使用主动噪声消除(ANC)***解决，该***从车舱内扬声器注入反噪声，反噪声是噪声的反相，因此大部分噪声都被消除。由于乘客舱声场的复杂性以及在如此大体积的空间内产生所需的反噪声所涉及的困难和/或费用，ANC***已经限于仅在乘员头部周围的小体积内消除噪声或者仅消除较低频率的噪声。
ANC通过测量声学信号、然后对扬声器进行延迟和反相计算以输出消除信号来进行工作，使得两个信号同时到达乘员的耳朵。为了成功消除噪声，从扬声器到乘员耳朵的距离通常必须不大于ANC***试图消除的频率的波长。传统车辆中最常见的ANC***着重于消除非常低频率的噪声，如发动机怠速或车身的“轰轰”噪声,因为相应的低频波长足够长，从而可以从现有的门载扬声器发送消除音以创建包含驾驶员头部位置的大型“低频安静区”。为了给ANC提供更大的频率范围，还使用了更靠近乘客头部的扬声器放置，例如放置在头枕中的扬声器。
关于ASR和HFC***的性能，已经认识到完整的车舱ANC可以有益于改进SNR以及口头命令的识别准确性。然而，人类语音的相关音频范围超出了全车舱ANC***的能力。因此，这些改进受到限制，而噪声仍然是个问题。
在表征要消除的声学噪声信号时，已知的ANC***已经使用各种传感器，包括乘客舱内部和外部的麦克风。消除信号也已经来自车辆内的受控变量，例如发动机转速命令。为了仅消除侵入性噪声，噪声感测应排除车舱内任何预期的声音。例如，在音频***媒体播放器(例如CD播放器或收音机)的情况下，从要消除的声音过滤掉音频输出是已知的。不可能从车舱麦克风的信号中过滤掉驾驶员发出的口头命令，因为这会破坏麦克风的用途。因此，扩大基于车舱麦克风的噪声消除的范围更加困难。
发明内容
本发明利用侧对免提麦克风的小占用空间、全范围扬声器来改善车辆中的免提麦克风的宽带噪声水平。传感器放置在车辆中的噪声产生位置，以确定在麦克风的“安静区”需要消除什么音频噪声，以确保明确了解驾驶员的指令。
在本发明的一个方面中，免提语音***包括安装在乘客舱中的固定位置的麦克风。一对扬声器安装在麦克风的周边。多个噪声传感器配置为表征进入车舱内的侵入性噪声。主动噪声消除控制器响应于噪声传感器产生由扬声器输出的反噪声，而建立以麦克风为中心的安静区。
根据本发明，提供一种免提语音***，包括：
安装在乘客舱中的固定位置的麦克风；
安装在麦克风***的一对扬声器；
配置为表征进入乘客舱的侵入性噪声的噪声传感器；和
主动噪声消除控制器，主动噪声消除控制器响应于噪声传感器而产生由扬声器输出的反噪声，以建立以麦克风为中心的安静区。
根据本发明的一个实施例，扬声器与麦克风共面并且距离麦克风4英寸或更近。
根据本发明的一个实施例，由扬声器输出的反噪声包括从200Hz到3kHz的语音频率范围。
根据本发明的一个实施例，麦克风是单向的。
根据本发明的一个实施例，固定位置为在顶置控制台上。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括加速度计，加速度计安装在受到导致侵入性噪声的振动影响的乘客舱外部的车辆结构上。
根据本发明的一个实施例，加速度计具有粘附到车辆结构的表面的安装表面，使得加速度计的感测轴垂直于车辆结构的表面。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面传递与车辆的发动机相关的振动。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面包括车辆的车身面板。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面包括流体连接到乘客舱的HVAC(暖通空调)空气处理通道。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括以与相应的侵入噪声相关的方式控制车辆功能的操作的电子控制器。
根据本发明，提供一种车辆中的语音识别控制***，包括：
安装在乘客舱中的固定位置的麦克风；
安装在麦克风***的一对扬声器；
配置为表征进入乘客舱的侵入性噪声的噪声传感器；和
主动噪声消除控制器，主动噪声消除控制器响应于噪声传感器而产生由扬声器输出的反噪声，以建立以麦克风为中心的安静区；和
连接到麦克风的语音识别器，语音识别器处理由麦克风产生的音频信号，以检测使用者在乘客舱内说出的命令。
根据本发明的一个实施例，***还包括：
连接到麦克风以处理音频信号以无线发送使用者说出的会话的无线通信单元。
根据本发明的一个实施例，扬声器与麦克风共面并且距离麦克风4英寸或更近。
根据本发明的一个实施例，由扬声器输出的反噪声包括从200Hz到3kHz的语音频率范围。
根据本发明的一个实施例，麦克风是单向的。
根据本发明的一个实施例，固定位置为在顶置控制台上。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括加速度计，加速度计安装在受到导致侵入性噪声的振动影响的乘客舱外部的车辆结构上。
根据本发明的一个实施例，加速度计具有粘附到车辆结构的表面的安装表面，使得加速度计的感测轴垂直于车辆结构的表面。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面包括车辆的车身面板。
根据本发明，提供一种免提语音***，包括：
安装在乘客舱中的麦克风；
各自安装在麦克风***4英寸内的一对扬声器；
配置为表征进入乘客舱的侵入性噪声的噪声传感器；和
主动噪声消除控制器，主动噪声消除控制器响应于噪声传感器而在从200Hz到3kHz的范围内产生由扬声器输出的反噪声，以仅在***范围内建立以麦克风为中心的安静区。
根据本发明的一个实施例，扬声器与麦克风共面。
根据本发明的一个实施例，麦克风是单向的。
根据本发明的一个实施例，固定位置为在顶置控制台上。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括加速度计，加速度计安装在受到导致侵入性噪声的振动影响的乘客舱外部的车辆结构上。
根据本发明的一个实施例，加速度计具有粘附到车辆结构的表面的安装表面，使得加速度计的感测轴垂直于车辆结构的表面。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面传递与车辆的发动机相关的振动。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面由包括车辆的车身面板。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面包括流体连接到乘客舱的HVAC空气处理通道。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括以与相应的侵入噪声相关的方式控制车辆功能的操作的电子控制器。
根据本发明，提供一种车辆中的语音识别控制***，包括：
安装在乘客舱中的固定位置的麦克风；
各自安装在麦克风***4英寸内的一对扬声器；
配置为表征进入乘客舱的侵入性噪声的噪声传感器；和
主动噪声消除控制器，主动噪声消除控制器响应于噪声传感器而在从200Hz到3kHz的范围内产生由扬声器输出的反噪声，以建立仅在***范围内并且麦克风为中心的安静区；和
连接到麦克风的语音识别器，语音识别器处理由麦克风产生的音频信号，以检测使用者在乘客舱内说出的命令。
根据本发明的一个实施例，***还包括：
连接到麦克风以处理音频信号以无线发送使用者说出的会话的无线通信单元。
根据本发明的一个实施例，扬声器与麦克风共面。
根据本发明的一个实施例，麦克风是单向的。
根据本发明的一个实施例，固定位置为在顶置控制台上。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括加速度计，加速度计安装在受到导致侵入性噪声的振动影响的乘客舱外部的车辆结构上。
根据本发明的一个实施例，加速度计具有粘附到车辆结构的表面的安装表面，使得加速度计的感测轴垂直于车辆结构的表面。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面包括车辆的车身面板。
根据本发明，提供一种免提语音***，包括：
安装在乘客舱中的麦克风；
各自安装在麦克风***4英寸内的一对扬声器；
配置为表征进入乘客舱的侵入性噪声的噪声传感器；和
主动噪声消除控制器，主动噪声消除控制器响应于噪声传感器而在从200Hz到3kHz的范围内产生由扬声器输出的反噪声，以仅在***范围内建立以麦克风为中心并且不包括乘客舱的任何乘员的安静区。
根据本发明的一个实施例，扬声器与麦克风共面。
根据本发明的一个实施例，麦克风是单向的。
根据本发明的一个实施例，固定位置为在顶置控制台上。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括加速度计，加速度计安装在受到导致侵入性噪声的振动影响的乘客舱外部的车辆结构上。
根据本发明的一个实施例，加速度计具有粘附到车辆结构的表面的安装表面，使得加速度计的感测轴垂直于车辆结构的表面。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面传递与车辆的发动机相关的振动。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面包括车辆的车身面板。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面包括流体连接到乘客舱的HVAC空气处理通道。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括以与相应的侵入噪声相关的方式控制车辆功能的操作的电子控制器。
根据本发明，提供一种车辆中的语音识别控制***，包括：
安装在乘客舱中的固定位置的麦克风；
各自安装在麦克风***4英寸内的一对扬声器；
配置为表征进入乘客舱的侵入性噪声的噪声传感器；和
主动噪声消除控制器，主动噪声消除控制器响应于噪声传感器而在从200Hz到3kHz的范围内产生由扬声器输出的反噪声，以建立仅在***范围内并且以麦克风为中心并且不包括乘客舱的任何乘员的安静区；和
连接到麦克风的语音识别器，语音识别器处理由麦克风产生的音频信号，以检测使用者在乘客舱内说出的命令。
根据本发明的一个实施例，***还包括：
连接到麦克风以处理音频信号以无线发送使用者说出的会话的无线通信单元。
根据本发明的一个实施例，扬声器与麦克风共面。
根据本发明的一个实施例，麦克风是单向的。
根据本发明的一个实施例，固定位置为在顶置控制台上。
根据本发明的一个实施例，噪声传感器包括加速度计，加速度计安装在受到导致侵入性噪声的振动影响的乘客舱外部的车辆结构上。
根据本发明的一个实施例，加速度计具有粘附到车辆结构的表面的安装表面，使得加速度计的感测轴垂直于车辆结构的表面。
根据本发明的一个实施例，车辆结构的表面包括车辆的车身面板。
附图说明
图1是示出添加反噪声以静化噪声信号的图；
图2是示出车辆中的传统ANC***的示意性框图；
图3是示出车辆中的传统语音识别/免提语音***的示意性框图；
图4是具有免提麦克风和ANC扬声器的顶置控制台的平面图；
图5是示出本发明的一个优选实施例的框图；
图6是如本发明的一个实施例中使用的安装到振动面板的加速度计的透视图；
图7是图6的加速度计的安装件的横截面图；
图8是本发明的另一个优选***的框图。
具体实施方式
图1提供了主动噪声消除(ANC)***操作的图形表示。例如内燃发动机10的噪声源产生传播到车辆的乘客舱12中的不需要的声学噪声11。侵入性噪声的其它来源包括但不限于HVAC鼓风机、车辆悬架***、和车身面板(例如车顶、车门、和行李厢盖)。在本发明中，还可能需要消除故意引入的声学声音，例如可以容易地表征以消除的音频***/媒体播放器的输出或其它电子生成的声音。位于车舱12内的是扬声器***13，扬声器***13用作产生反噪声波14的反噪声(即消除)源，反噪声波14抵达车舱12内的公共位置，使得声波11和13结合导致声波15减小。
图2示出具有常规ANC***的车辆20，其中ANC控制器21从包括发动机噪声传感器(例如麦克风)22、悬挂噪声麦克风23、和车厢噪声麦克风24的多个噪声传感器接收噪声信号。如本领域中已知的，发动机噪声可以替代性地基于来自发动机控制模块25的发动机控制参数来估计。由于控制参数(例如点火正时信号)可以与侵入客舱的发动机噪声相关，因此控制参数可以用于产生反噪声信号以消除侵入性噪声。使用已知技术，ANC控制器21产生提供给输出扬声器26-29的噪声消除信号，输出扬声器26-29可以是例如用于音频娱乐***的现有扬声器。
如上所述，由于相应的波长足够长使得消除音可以从现有的门载扬声器发送，因此图2的ANC***通常限制为消除低频噪声。为了也消除更高的频率，如美国专利9,431,001中所示的将扬声器放置在头枕中是已知的。但是，当仅针对驾驶员头部的噪声消除时，仍然未检查到车舱内其它地方的环境噪声。
图3示出了具有传统语音识别(VR)控制***和免提蜂窝电话***的车辆30。免提麦克风(HFM)31拾取乘员(例如驾驶员)的口头语音信号并将其提供给VR模块32和无线收发器模块33。VR模块32使用已知方法将口头命令转换成电子命令，将电子命令发送到各种模块34和收发器模块33以发起各种控制动作。VR模块32的有效性/准确度可能受到到达HFM31的声学噪声的负面影响。已知的ANC***由于在口头语音的频谱(例如大约200Hz至大约3kHz)上持续存在噪声，因此VR性能仅略微提高。
图4示出了本发明的第一实施例，第一实施例创建了以HFM 41的位置为中心的“安静区”40。两个小占用空间/全范围扬声器42和43安装在HFM 41的***，HFM 41安装在乘客舱内的固定位置。在优选实施例中，扬声器42和43安装在HFM 41的相对侧上。通过将扬声器42和43靠近HFM 41安装，安静区40相比使用离兴趣点更远的门载扬声器的传统***具有更宽的ANC能力的频率范围。HFM 41和扬声器42和43可以优选地是单个常见组件(例如安装在车辆顶篷(未示出)中的顶置控制台44)的一部分。普通组件(例如控制台)可以是大致平坦的，使得扬声器42和43与HFM 41大致共面。HFM 41可以是单向(例如心形的)免提麦克风。为了有效地消除在大约200Hz至大约3kHz的语音频率范围内的噪声，每个扬声器42和43的中心优选地安装在离HFM41的中心大约4英寸或更小的范围内。更优选地，噪声消除可以扩展到高达约7kHz(例如，如包含在宽带蓝牙规范中)，并且相应的波长要求扬声器放置在离麦克风约2英寸的范围内。扬声器42和43与HFM 41的紧密靠近还意味着，为了实现有效消除所需的反噪声信号的辐射幅度可以保持足够低，以使占用者对反噪声信号的可听性最小化。
图5示出了根据本发明的一个实施例的采用主动噪声控制***的车辆50。乘客舱51为驾驶员和乘客提供了受到可能干扰语音识别***和免提呼叫***的操作的侵入性噪声影响的内部环境。为了在免提麦克风(HFM)53周围提供安静区56，主动噪声消除(ANC)控制器52驱动设置在HFM 53***的噪声消除扬声器54和55。HFM 53的电输出端连接到放大器57，放大器57将调节的语音信号提供给VR控制器58和无线收发器59。例如，收发器59可以是车载蜂窝电话收发器，或者可以是用于与便携式智能电话通信的蓝牙节点。
为了表征要消除的噪声，将多个噪声传感器(例如加速度计或麦克风)放置于在车舱内辐射噪声的已知区域中，以对这些信号进行分类和量化，噪声将与驾驶员的语音对抗。麦克风可以用来直接感测空气中的声学振动，而加速度计可以安装在受机械振动影响的车辆结构上，这种机械振动会导致入侵性噪声。优选地，每个加速度计具有粘附到振动车辆结构的表面的安装表面，使得加速度计的感测轴垂直于车辆结构的表面。用于感测噪声/振动的位置包括安装到车顶面板的车顶传感器60，安装到流体连接至乘客舱51的HVAC(暖通空调)空气处理通道(例如HVAC箱或风道)的HVAC传感器61、安装在发动机舱中的发动机传感器62、安装到例如支柱的悬架结构的悬架传感器63、安装在车门面板上的车门传感器64、以及安装在行李厢盖或举升门上的行李厢传感器65。放置加速度计/麦克风的其它潜在位置包括底盘和车窗。替代感测发动机声音或振动，ANC控制器52可替代地连接到发动机控制器66，发动机控制器66提供作为用于确定适当的反噪声信号的基础的发动机控制参数。
如本领域中已知的，ANC控制器52包括传递函数(例如，根据在噪声感测换能器和HFM之间获取的脉冲响应来确定)，使得针对麦克风附近的扬声器确定必要的延迟和卷积参数以消除不需要的噪声。控制器52或例如音频控制模块的另一控制器/放大器添加各种消除信号并且为扬声器54和55供电，使得当不需要的噪声从源到达时，来自扬声器54和55的消除信号在噪声到达HFM 53之前降低其影响。
图6示出了用于安装到车辆结构(例如车身面板)71的加速度计组件70。加速度传感器单元72通过同轴电缆73连接到连接器插头(例如BNC插头(Bayonet Nut Connector(刺刀螺母连接器)))74。传感器单元72以其中加速度传感器单元72的传感轴垂直于车辆结构71的表面的取向刚性地附接到结构71。车载插座75接收插头74并且具有连接到信号处理器77的传输电缆76。如图7中更详细地示出的，粘合层78将传感器单元72附接到车辆结构71。
图8示出了本发明的另一个描述，其中在扬声器81和82之间建立了安静区80。安静区适于容纳用于将口述发声转换为用于免提呼叫和/或语音识别的电信号的免提麦克风(未示出)。扬声器81和82由组合器83驱动，组合器83从各种源接收分别补偿各个侵入/不需要的噪声源的反噪声信号。多个噪声传感器84包括车身面板传感器(例如加速度计)85、HVAC传感器(例如加速度计或麦克风)87、和发动机传感器(例如加速度计或发动机控制器)90。传感器85、87、和90分别连接到反噪声发生器86、88、和91，反噪声发生器86、88、和91的输出端连接到组合器83。为了减少来自媒体播放器的音频娱乐***的故意产生的噪声的影响，来自媒体播放器93的音频输出端通过反噪声发生器92连接到组合器83的另一个输入端。因此，组合的反噪声信号仅表示到达麦克风的已知或测量的噪声(即不包含驾驶员/乘客说出的声音)，从而以最小的噪声污染获得所说的声音。

Claims (15)

1.一种免提语音***，包括：
安装在乘客舱中的固定位置的麦克风；
安装在所述麦克风***的一对扬声器；
配置为表征进入所述乘客舱的侵入性噪声的噪声传感器；和
主动噪声消除控制器，所述主动噪声消除控制器响应于所述噪声传感器而产生由所述扬声器输出的反噪声，以建立以所述麦克风为中心的安静区。
2.根据权利要求1所述的***，其中所述扬声器与所述麦克风共面并且距离所述麦克风4英寸或更近。
3.根据权利要求1所述的***，其中由所述扬声器输出的所述反噪声包括从200Hz到3kHz的语音频率范围。
4.根据权利要求1所述的***，其中所述麦克风是单向的。
5.根据权利要求1所述的***，其中所述固定位置为在顶置控制台上。
6.根据权利要求1所述的***，其中所述噪声传感器包括加速度计，所述加速度计安装在受到导致所述侵入性噪声的振动影响的所述乘客舱外部的车辆结构上。
7.根据权利要求6所述的***，其中所述加速度计具有粘附到所述车辆结构的表面的安装表面，使得所述加速度计的感测轴垂直于所述车辆结构的所述表面。
8.根据权利要求7所述的***，其中所述车辆结构的所述表面传递与所述车辆的发动机相关的振动。
9.根据权利要求7所述的***，其中所述车辆结构的所述表面包括所述车辆的车身面板。
10.根据权利要求7所述的***，其中所述车辆结构的所述表面包括流体连接到所述乘客舱的HVAC空气处理通道。
11.一种车辆中的语音识别控制***，包括：
安装在乘客舱中的固定位置的麦克风；
安装在所述麦克风***的一对扬声器；
配置为表征进入所述乘客舱的侵入性噪声的噪声传感器；和
主动噪声消除控制器，所述主动噪声消除控制器响应于所述噪声传感器而产生由所述扬声器输出的反噪声，以建立以所述麦克风为中心的安静区；和
连接到所述麦克风的语音识别器，所述语音识别器处理由所述麦克风产生的音频信号，以检测使用者在所述乘客舱内说出的命令。
12.根据权利要求11所述的***，还包括：
连接到所述麦克风以处理所述音频信号以无线发送使用者说出的会话的无线通信单元。
13.根据权利要求11所述的***，其中所述扬声器与所述麦克风共面并且距离所述麦克风4英寸或更近。
14.根据权利要求11所述的***，其中所述麦克风是单向的，并且其中所述固定位置为在顶置控制台上。
15.根据权利要求11所述的***，其中所述噪声传感器包括加速度计，所述加速度计安装在受到导致所述侵入性噪声的振动影响的所述乘客舱外部的车辆结构上。
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