[发明专利]具有平衡电路的无源声压级限制器

说明书

技术领域

本发明一般涉及音频系统，并且，更尤其涉及在一套头挂式耳机(headphone)或耳机(earphone)中用于限制声压级的器件。

背景技术

很大比例的人口受到听力损耗或损伤的影响。例如，据国家耳聋与其它交流障碍性疾病研究所(National Institute on Deafness and Other Communication Disorders)估计，在美国，有百分之十七的或接近三千六百万成年人具有某种程度的听力损耗。同时，在年龄和听力损耗之间具有很强的关联，美国医学协会(American Medical Association)做出的一项令人惊奇的研究指出，接近百分之十五的学龄儿童有听力损耗。此外，有报告指出，听力问题在所有年龄组中都呈上升趋势。

最初导致听力损耗的原因是：遗传、衰老、疾病、外伤、耳毒性药物(ototoxic medication)，以及长时间暴露于吵闹的噪声中。鉴于在工作中和在我们的闲暇时间中所经受的噪声电平，近些年来，我们每天的生活环境已经变得更为嘈杂，无疑噪声导致的听力损耗就是听力问题增长的主要原因。此外，鉴于噪声诱导的听力损耗是声压级(SPL)和暴露时长的结果，日常以及在某些情况下几乎不间断地使用头挂式耳机和耳塞(earbuds)毫无疑问是导致听力问题显著增长的作用因素，尤其是在年轻的群体中。

根据它们的不同设计，头挂式耳机和耳塞将扬声器换能器放置在接近于使用者耳鼓膜处。虽然这种配置可能是很方便的，并且，在某些情况下，提供了完美的收听体验，但是，如果音量电平被设置得过高，对它们的使用可能易于导致听力损耗。不幸地，最近的研究已经显示出，在25％至50％之间的挂式耳机/耳塞使用者以足以导致听力损耗的高音量电平进行日常收听。使这个问题进一步加剧的事实是，大部分使用者将会调高音频电平，以试图压过背景噪声(例如，交通噪声、同事，等)。

除了教育人们关于过大的音量电平的危害以外，许多产品最近已经进入市场，这些产品试图控制通过头挂式耳麦(headset)被传送的SPL。但是，将最大SPL设置成可接受的电平是很困难的，这是由于不同的头挂式耳机/耳塞展示出的灵敏度不同，并因此对于相同的驱动电平传送的声压级不同。

限制SPL的一种方法是在头挂式耳机/耳塞和音频源之间放置电阻。该电阻降低了到达头挂式耳机/耳塞的电流，从而限制了所产生的SPL。不幸地，为了将SPL设置成特定的、期望的电平，必须已知来自该音频源的最大驱动电平以及该头挂式耳机/耳塞的灵敏度。因此，这种方法要求针对每一组源/听筒的组合选择特定的电阻。

另一种经常使用的用于限制SPL的方法是，限制来自音频源的最大输出音量，即，驱动电压。在许多MP3和的音乐播放器中都包括这种特征。但是，只有在设置最大声音电平之前已知该头挂式耳机/耳塞的灵敏度，这种方法才起作用。否则，将头挂式耳机/耳塞从低灵敏度听筒改变成高灵敏度听筒，而不改变最大输出电平，将使其超过所期望的SPL。相反，将头挂式耳机/耳塞从高灵敏度听筒改变成低灵敏度听筒可能产生不可接受的低音量电平。

限制SPL的另一种方法是使用基于电阻和二极管的组合的限制电路。由于这种方法一般仅在已知头挂式耳机/耳塞的灵敏度的情况下使用，所以该限制电路可被永久地耦接到听筒上，例如通过将该限制电路浇铸到耳机听筒的电缆布线中。除了仅对特定的头挂式耳麦起作用以外，大多数使用者发现这种方法并不能令人满意，这是因为二极管的非线性特性在高SPL电平处导致了非常强烈的可察觉失真。

虽然当前有许多方法被用于限制头挂式耳机和耳塞的声压级，并且因此阻止了潜在的听力损害，但是，由于这些方法无法将声源驱动电平的变化和听筒灵敏度考虑在内，所以它们趋向于有限的适用性。此外，这些方法经常产生无法接受的电平失真，因此，乐于使用它们的人数进一步减少。因此，需要一种非失真SPL限制器设计，其可被应用于范围广泛的源/听筒组合中。本发明提供了这样的限制器设计。

发明内容