[发明专利]用于收听音频音乐源和/或免提电话功能的具有非适应型的主动噪声控制的音频耳机

说明书

发明领域

本发明涉及具有主动噪声控制系统的音频耳机。 

背景技术

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（microphone）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WO 2005/112849A2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。 

本发明的技术所属的第二类ANC方法是滤波器系统是静态的，即非适应性的，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。