耳机包括两个耳承，每个耳承具有用于回放音频信号的声音并容纳在由具有环耳衬垫的壳体界定的声腔中的换能器(18)。主动噪声控制包括并联的前馈带通滤波器(32)、反馈带通滤波器(42)和稳定带通滤波器(44)，带通滤波器(32)从外部微音器(28)接收信号，反馈带通滤波器(42)将由内部微音器(36)传递的误差信号(e)作为输入接收，而稳定带通滤波器(44)局部地增加失稳区域内的反馈滤波器的传递函数的相位，尤其是1kHz左右的水床效应区域。求和电路(46)传递由这些滤波器传递的信号的加权线性组合以及拟回放的音频信号(S)。控制是非适应性的，这些滤波器(32、42、44)的参数是静态的。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及具有主动噪声控制系统的首频耳机。
技术介绍
这种耳机可用于收听来自诸如MP3播放机、无线电、智能电话等设备的音频源(例如音乐)，耳机经由有线连接或实际上经由无线连接(尤其是蓝牙型(蓝牙SIG的注册商标))连接于这些设备。如果其设有适于拾取耳机佩戴者的声音的微音器(miCTophone)套件，则耳机除了收听音频源之外也可用于通信功能，例如“免提”电话功能。耳机的换能器则重现耳机佩戴者与之会话的远程扬声器的声音。耳机具有通过头带连接在一起的两个耳承。每个耳承包括密闭壳体，该密闭壳体容纳声音回放换能器(在这里更简单地称为“换能器”)并被设计成压靠在用户的耳朵周围，并且环耳衬垫被放入以将耳朵与外部声音环境隔开。当耳机用于噪声环境(地铁、热闹的街区、火车、飞机等)时，通过耳机的耳承部分地保护佩戴者不受噪音影响，因为耳承借助密闭壳体和环耳衬垫提供隔音。然耳，单纯地被动保护只是部分的，并且尤其在低频谱部分，外部声音的一部分可能穿过耳机的壳体或甚至透过佩戴者的头骨到达耳朵。这就是为什么已研发出所谓的主动噪声控制(ANC)技术，这类技术基于借助设置在耳机的耳承壳体上的微音器拾取入射噪声分量并将声波在时间和三维方向上叠加在所述噪声分量上的原理，该声波理想地是噪声分量的压力波的逆反副本。其理念是形成对噪声分量的破坏性干扰，由此减少和理想地抵消干扰声波的压力变化。实现这种原理牵涉到克服很大数量的困难，这些困难由此引发种种不同的提案，这些提案可被分成两类。第一类是使用适应性滤波器的ANC方法，即具有由实时地进行动作以分析信号的算法来动态和连续地修正的传递函数的滤波器。这种处理是可能的，尤其是作为借助被编程为实时地执行算法的专用处理器对信号进行数字化和处理的技术的发展的结果而产生的。DE 3733132A1是利用这类适应性滤波器的ANC处理的典型例子。牵涉到适应性滤波器的ANC方法的其他例子尤其记载在US 6041126A, US 2003/0228019A1以及WO2005/112849A2 中。那些技术就减噪而言可能是有效的，但它们的缺点是必须是数字的并且需要相对大量的计算功率，其结果是设计相对复杂并且制造相当昂贵。此外，数字处理引起补偿信号中不可忽略的延时，并且适应性特征牵涉到算法的某些最小收敛时间长度。所有这些对系统的反应性是有害的，尤其是对不规则噪声的响应。结果，消除噪声相对于本质上周期性的并处于窄带中的噪声而言是尤为有效的。本专利技术的技术所属的第二类ANC方法是滤波器系统是静态的，S卩非适应性的，其中所使用的各滤波器的参数是预定的。这类ANC系统将闭环中的反馈式与开环中的前馈式的静态滤波组合起来。反馈通道基于通过置于由耳承壳体、环耳衬垫和换能器界定的声腔(在下文中被称为“前”腔)内的微音器拾取的信号。换句话说，该微音器设置成靠近用户的耳朵并主要接受由换能器产生的信号以及在前腔内仍然能感知的残留、非抵消的噪声信号。从来自该微音器的信号减去将由换能器回放的来自音乐源的音频信号，由此构成ANC系统的反馈环的误差信号。前馈滤波器通道利用由拾取耳机佩戴者的直接环境中存在的干扰噪声的外部微音器拾取的信号。尤其在US 2010/0272276A1中记载了一种这样的系统，该系统除了反馈和前馈滤波器通道还提供第三滤波器通道，该第三滤波器通道对拟回放的来自音乐源的音频信号进行处理。来自这三个滤波器通道的输出信号被组合并施加于换能器，以结合用于抑制周围噪声的信号来回放来自音乐源的信号。由于各滤波器的参数是静态的，因此静态滤波技术能一样好地以模拟技术或数字技术在与适应性滤波器技术相比需要较少的资源的方式下实现。然而，静态滤波方法具有局限性和缺陷。第一个缺陷是对换能器和误差微音器(即设置在前腔内的内部微音器)之间的电声路径中的变化相对更敏感。作为前腔的体积变化及其相对于外侧密封的变化的结果，可修正这两个元件之间的电声响应。可能使这种电声响应改变的主要因素是耳机在头上的定位、用户耳朵的形状、耳机压靠在头上的紧密度以及环耳衬垫压靠在头上所在位置处头发的有无。其他变化可以是由于所使用的电子器件(电阻器、电容器、换能器和微音器)，因为它们表现出可能随时间波动的电气特性。声音响应的这些变化可能造成被称为“水床(waterbed)”效应的非期望效果:在主噪声抑制频带之外，噪声在通常I千赫(kHz)的相对窄的频带内以完全可感知且自然是不想要的方式变得放大。如果这种现象过于严重，它甚至可能引起拉森(Larsen)效应，即当衬垫无意中脱落时将通过许多耳机观察到的现象。要考虑在内的另一因素是前腔的体积——在小的前腔体积使换能器和误差微音器(error microphone)之间的电声响应的可变性增加的范围内，因为在这类情形中在正常的收听位置和用户将耳机移动更靠近头部的过渡位置之间的体积具有较大的相对变化。前腔的小体积因此是反馈环中的稳定性丧失的一附加因素，具有与前面所讨论的相同的结果。在实践中，为了舒适度和重量这两个原因，需要用相对小的体积来制造耳承，并且这不利于ANC系统中的稳定性需求。具体地说，通过使得确保足够的稳定性和最大化的性能成为可能的增益和相位余量，调整各滤波通道以产生与给定电声响应相对应的性能。在这方面，考虑使闭环系统必须一般展现出大于45°的相位余量以及至少10分贝(dB)的增益余量。然而，经常发现这些理论余量是不足的，因为在具有主动噪声控制的耳机领域的实践中发现的电声响应的较大可变性
技术实现思路
在这种非适应性ANC系统中，本专利技术解决的问题是通过增加的增益和相位余量应对不稳定性的风险，增加的增益和相位余量使得尽管是小体积的前腔，避免水床效应或拉森效应的任何出现也是可能的，而不管耳机在头上的定位的变化、耳承的紧密度以及由环耳衬垫提供的较好或较差密封。必须自然地获得稳定性的增加而不降低ANC系统的抗噪性能，即在抵消干扰噪声分量时它也必须继续具有相同效果，不管这些干扰噪声分量具有更多或更少周期性特征也不管其频谱如何。自然地，来自音乐源的音频信号(或电话应用中的远程扬声器的声音)一定不能失真，并且其频谱必须不因ANC处理而消减，即使噪声消除信号和拟回放的音频信号由相同的通道放大并由同一换能器再现。本专利技术所基于的理念在于，减少高频谱部分(即在不稳定的频率带)中的回放滤波器的通带，由此减少或消除任何水床效应或拉森效应的风险。如下面讨论的，以这种方式限制通带可能引起至少15dB (优选为至少17dB)的增益余量的增加以及至少45° (优选为至少60° )的相位余量增加。并行地，前馈滤波器补偿将被消除的噪声频谱的较高频率(即IkHz左右)下的性能损失。最后，稳定器滤波器与反馈滤波器并联。稳定器滤波器通过增加水床效应的临界区域内的相位来增加反馈滤波器的相位余量:为了补偿归因于声音的相位的减小，尤其是作为声音从换能器传播至误差微音器所遵循的路径的结果，通过稳定器滤波器产生受限谐振以使相位增大并因此使相位余量增大。这些三个通道(反馈、前馈和稳定)是并联的，并且作为输出从滤波器传来的多个信号藉由传递这些各种信号的线性组合的组合器彼此并与用于回放的音频信号进行组合，以供换能器进行放大和回放。更准确地，本专利技术提供一种具有主动噪声控制系统的耳机，该耳机本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种音频耳机，包括两个耳承(10)，所述两个耳承(10)通过头带(12)连接在一起并且各自包括用于回放拟再现的音频信号的声音的换能器(18)，所述换能器被容纳在由设有环耳衬垫(16)的壳体(14)界定的声腔内，所述耳机包括主动噪声控制系统，所述主动噪声控制系统包括：·具有第一带通滤波器(32)的开环前馈第一支路，其接收由适于拾取耳机环境中存在的声音噪声(30)的外部微音器(28)所传递的信号作为输入；·具有第二带通滤波器(42)的闭环反馈第二支路，其接收由腔内的内部微音器(36)传递的误差信号(e)作为输入；·具有第三滤波器(44)的第三支路；以及·混合器电路(46)，所述混合器电路接收由第一、第二和第三滤波器传递的信号以及拟回放的音频信号(S)作为输入，并将放大后(54)适于控制换能器(18)的信号作为输出来传递；所述耳机的特征在于：·所述主动噪声控制是非适应性控制，所述第一、第二和第三滤波器(32、42、44)的参数是预定参数；·所述第三滤波器(44)是与所述反馈第二支路并联的稳定器带通滤波器，其接收由内部微音器传递的信号作为输入，并传递作为输入被施加于组合电路的信号作为输出，所述第三滤波器适于在预定不稳定区域内局部地增加所述第二滤波器的传递函数的相位；以及·第一、第二和第三支路被并联地布置，并且所述混合电路是求和电路(46)，所述求和电路将由第一、第二和第三滤波器(32、42、44)传递的信号连同拟回放的音频信号(S)的至少一部分一起的线性组合作为输出来传递，并且相应的增益(G5?G8)权重被施加到这些信号。...
【技术特征摘要】
2011.11.22 FR 11606421.一种音频耳机，包括两个耳承(10)，所述两个耳承(10)通过头带(12)连接在一起并且各自包括用于回放拟再现的音频信号的声音的换能器(18)，所述换能器被容纳在由设有环耳衬垫(16)的壳体(14)界定的声腔内，所述耳机包括主动噪声控制系统，所述主动噪声控制系统包括: 具有第一带通滤波器(32)的开环前馈第一支路，其接收由适于拾取耳机环境中存在的声音噪声(30)的外部微音器(28)所传递的信号作为输入； 具有第二带通滤波器(42)的闭环反馈第二支路，其接收由腔内的内部微音器(36)传递的误差信号(e)作为输入； 具有第三滤波器(44)的第三支路；以及 混合器电路(46)，所述混合器电路接收由第一、第二和第三滤波器传递的信号以及拟回放的音频信号(S)作为输入，并将放大后(54)适于控制换能器(18)的信号作为输出来传递； 所述耳机的特征在于: 所述主动噪声控制是非适应性控制，所述第一、第二和第三滤波器(32、42、44)的参数是预定参数； 所述第三滤波器(44)是与所述反馈第二支路并联的稳定器带通滤波器，其接收由内部微音器传递的信号作为输入，并传递作为输入被施加于组合电路的信号作为输出，所述第三滤波器适于在预定不稳定区域内局部地增加所述第二滤波器的传递...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·华，
申请(专利权)人：鹦鹉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。