主动降噪系统技术方案

本发明专利技术提出了一种主动降噪系统，其包括被声学耦合到暴露于噪声的使用者耳朵的耳机。耳机具有带孔径的杯状外壳；用于将电信号转换成要被辐射到使用者耳朵的声学信号的发送换能器，其被布置在杯状外壳的孔径处，从而定义了耳机空腔；以及将声学信号转换成电信号的接收换能器，其被布置在耳机空腔内；从发送换能器延伸到耳朵并具有第一传递特性的第一声学路径；从发送换能器延伸到接收换能器并具有第二传递特性的第二声学路径；以及电连接到接收换能器和发送换能器的控制单元，其通过生成将要提供给发送换能器的降噪电信号来补偿环境噪声。降噪电信号是从用第三传递特性滤波的接收换能器信号得出的，并且第二和第三传递特性一起模拟第一传递特性。

【技术实现步骤摘要】

本文揭示了一种降噪系统，其包括用于允许使用者欣赏，例如，已降低了环境噪声的再现音乐等的头戴式耳机。
技术介绍
通常可以获得的是被结合在头戴式耳机中的主动降噪系统，也称为主动噪声消除(ANC)系统。目前实际使用的降噪系统被分为两种类型，包括反馈型和前馈型。在戴在使用者耳朵上的反馈型降噪头戴式耳机中，麦克风被设置在一种声管中。进入声管的外部噪声通过麦克风被收集、相位反转并从布置在麦克风和噪声源之间的扬声器发出，从而减少外部噪声。在前馈型的降噪头戴式耳机中，当该耳机被戴到使用者的头上时，第一麦克风位于扬声器和耳道之间，即，在耳朵附近。第二麦克风被设置在噪声源和扬声器之间，并且被用于收集外部声音。第二麦克风的输出被用于使得从第一麦克风到扬声器的路径的传输特性与沿着外部噪声到达耳道的路径的传输特性相同。进入声管并通过第一麦克风收集的外部噪声被相位反转，并从布置在第一麦克风和噪声源之间的扬声器发出，以减少外部噪声。在这两种类型中，麦克风都必须被布置在扬声器前方并靠近使用者的耳朵，这样做一方面使得使用者很不舒适，另一方面可能会导致麦克风的严重损坏，因为在该位置上对麦克风的机械保护被减弱。因此，存在着用于头戴式耳机的改善的降噪系统的普遍需求。
技术实现思路
本文描述的主动降噪系统的一个实施例包括，当暴露于环境噪声时，声学上耦合到使用者耳朵上的耳机。该耳机包括带有孔径的杯状外壳；将电信号转换成被辐射给使用者耳朵的声信号并被布置在杯状外壳的孔径处从而形成耳机空腔的发送换能器；以及将声信号转换成电信号，被布置在耳机空腔内的接收换能器。该系统进一步包括从发射换能器向耳朵延伸并具有第一传递特性的第一声学路径；从发射换能器向接收换能器延伸并具有第二传递特性的第二声学路径；以及被电连接到接收换能器和发送换能器，并通过生成被提供给发射换能器的降噪电信号来补偿环境噪声的控制单元。降噪电信号是通过用第三传递特性滤波接收-换能器信号而得到的，并且其中第二和第三传递特性一起模拟(model)第一传递特性。附图说明下面基于附图中示出的示范性实施例更加具体地描述了各种具体实施例。除非另外说明，在所有附图中同样的组件被标注为相同的参考数字。图1是公知的反馈主动降噪系统的示意图；图2是公知的前馈降噪系统的示意图；图3是本文揭示的反馈主动降噪系统的一个实施例的示意图；-->图4是本文揭示的主动降噪系统的一个实施例中采用的耳机的示意图；图5是在公知的主动降噪系统中信号流的示意图；图6是本文揭示的具有闭环结构的主动降噪系统的一个实施例中的信号流的示意图；图7是本文揭示的具有闭环结构的主动降噪系统的一个可替代实施例中的信号流的示意图；图8是图7中示出的系统之下的基本原理的示意图；图9是本文揭示的采用滤-x最小均方(FxLMS)算法的主动降噪系统的一个实施例的示意图；图10是本文揭示的具有开环结构的主动降噪系统的一个实施例的示意图；图11是说明在扩散噪声场中且麦克风距离为2cm的MSC函数的示意图；以及图12是说明在扩散噪声场中且麦克风距离为2cm的阻尼函数的示意图。具体实施方式图1是公知的具有声管1的反馈型的主动降噪系统的示意图，在声管1的第一端处，噪声(所谓的主噪声2)从噪声源3被引入声管1中。主噪声2的声波经过管1传播到管1的第二端，例如，在声管被戴在使用者头上时，该声波从声管的第二端被辐射到使用者的耳朵中。为了在管中降低或消除主噪声2，扬声器(例如，扩音器4)将消除声音5引入管1中。该消除声音5具有至少对应于外部噪声、但优选地与外部噪声相同的幅度，然而相位相反。进入管1的外部噪声2通过误差麦克风6被收集，并且通过反馈ANC处理单元7被相位反转，然后从扩音器4被发射以降低主噪声2。误差麦克风6被布置在扩音器4的下游，并且因此，与到扩音器4的距离相比，更加靠近管1的第二端，即，在以上的实例中，误差麦克风6更靠近使用者的耳朵。为了建立如图2所示的公知的前馈型的主动降噪系统，如图1所示，附加的参考麦克风8被设置在系统中的噪声源3和扩音器4之间，并且反馈ANC处理单元7被前馈ANC处理单元9代替。参考麦克风8收集主噪声2，并且参考麦克风8的输出被用于调整从扩音器4到误差麦克风6的路径的传输特性，使其与主噪声2到达管1的第二端，即，使用者的耳朵，所沿的路径的传输特性相匹配。使用从扩音器4到误差麦克风6的信号路径的调整后的传输特性，将由误差麦克风6收集的主噪声2的相位反转，并从布置在两个麦克风6和8之间的扩音器4发射，以降低外部噪声。信号的反转和传输路径调整是由前馈ANC处理单元9执行的。图3中示出了本文揭示的反馈主动降噪系统的一个实施例。图3的系统与图1的系统不同，因为误差麦克风6被实际布置在管1的第一端和扩音器4之间，而不是被布置在扩音器4和管1的第二端之间。而且，滤波器10被连接在误差麦克风6和反馈ANC处理单元7之间。滤波器10被调整成使得麦克风6虚拟地位于扩音器4的下游，即，在扩音器4和管1的第二端之间，模拟(modeling)虚拟误差麦克风6’。图4是本文揭示的主动降噪系统的一个实施例中采用的耳机11的示意图。耳机11可以是头戴式耳机(未示出)的一部分，并且可以被声学耦合到使用者13的耳朵12上。在该实例中，耳朵12被暴露于环境噪声，环境噪声形成了从噪声源3发出的主噪声2。耳机-->11包括带有孔径15的杯状外壳14。该孔径可以被栅、网格、或任意其他声音可透过的结构或材料覆盖。将电信号转换成被辐射到耳朵12的声学信号且在该实例中由扬声器16形成的发送换能器被布置在外壳14的孔径15处，从而形成耳机空腔17。扬声器16可被密封地安装到外壳14上，以提供气密的空腔17，即，创建密封容积。可替代地，根据具体情况，可将空腔17通风(vented)。将声学信号转换成电信号的接收换能器，例如，误差麦克风18被布置在耳机空腔17内。据此，误差麦克风18被布置在扬声器16和噪声源2之间。声学路径19从扬声器16延伸到耳朵12，并且其传递特性为HSE(z)。声学路径20从扬声器16延伸到误差麦克风18，并且其传递特性为HSM(z)。图5是公知的主动降噪系统(例如，图1的系统)中的信号流的示意图，该系统进一步包括信号源21，用于提供由扬声器22声学辐射的期望信号x[n]。该扬声器还起到例如图1的系统中的扩音器4的消除扩音器的作用。由扬声器22辐射的声音经由传递特性为HSM(z)的(次)路径24被传递给误差麦克风23(如，图1的麦克风6)。麦克风23接收来自扬声器22的声音和来自噪声源(未示出)的噪声N[n]，并由此生成电信号e[n]。信号e[n]被提供给减法器25，减法器25从信号e[n]减去滤波器26的输出信号以生成信号N*[n]，信号N*[n]是噪声N[n]的电表达形式。滤波器26的传递特性为H*SM(z)，该传递特性H*SM(z)是次路径24的传递特性HSM(z)的估计值。信号N*[n]由滤波器27滤波，其中滤波器27的传递特性与传递特性H*SM(z)的反相相等，然后被提供给减法器28，减法器28从期望信号x[n]减去滤波器27的输出信号以生成将要提供给扬声器22的信号。滤波器26被提供了与扬声器22相同的信号。在以上参考图5描述的系统中，使用了所谓的闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种主动降噪系统，包括：被声学耦合到被暴露于噪声的使用者耳朵的耳机，该耳机包括带有孔径的杯状的外壳；发送换能器，其将电信号转换成被辐射到使用者耳朵的声学信号，并且所述发送换能器被布置在所述杯状外壳的孔径处，从而定义耳机空腔；以及接收换能述发送换能器，并且通过生成提供给所述发送换能器的降噪电信号来补偿所述环境噪声，其中所述降噪电信号是从用第三传递特性滤波的接收换能器信号得出的，并且其中所述第二传递特性和所述第三传递特性一起模拟所述第一传递特性。器，其将声学信号转换成电信号，并且被布置在耳机空腔内；第一声学路径，其从所述发送换能器延伸到耳朵，并且具有第一传递特性；第二声学路径，其从所述发送换能器延伸到所述接收换能器，并且具有第二传递特性；以及控制单元，其被电连接到所述接收换能器和所

【技术特征摘要】
2010.02.25 EP 10154629.91.一种主动降噪系统，包括：被声学耦合到被暴露于噪声的使用者耳朵的耳机，该耳机包括带有孔径的杯状的外壳；发送换能器，其将电信号转换成被辐射到使用者耳朵的声学信号，并且所述发送换能器被布置在所述杯状外壳的孔径处，从而定义耳机空腔；以及接收换能器，其将声学信号转换成电信号，并且被布置在耳机空腔内；第一声学路径，其从所述发送换能器延伸到耳朵，并且具有第一传递特性；第二声学路径，其从所述发送换能器延伸到所述接收换能器，并且具有第二传递特性；以及控制单元，其被电连接到所述接收换能器和所述发送换能器，并且通过生成提供给所述发送换能器的降噪电信号来补偿所述环境噪声，其中所述降噪电信号是从用第三传递特性滤波的接收换能器信号得出的，并且其中所述第二传递特性和所述第三传递特性一起模拟所述第一传递特性。2.如权利要求1所述的系统，其中，随着时间的过去，所述降噪信号与环境噪声信号相比，具有相同的幅度但相反的相位。3.如前述权利要求中的任一项所述的系统，进一步包括信号源，其提供通过所述发送换能器辐射的期望信号。4.如权利要求3所述的系统，其中所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯·克里斯托夫，迈克尔·沃姆，迈克尔·珀克曼，
申请(专利权)人：哈曼贝克自动系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE