[发明专利]主动噪声降低耳机以及操作主动噪声降低耳机的方法

说明书

在主动噪声降低耳机中，信号处理器应用滤波器并且控制前馈和反馈主动噪声消除信号路径两者的增益。该信号处理器被配置为在提供环境声音的有效消除的第一操作模式期间向前馈信号路径应用第一前馈滤波器并且向反馈信号路径应用第一反馈滤波器，并且在提供具有环境自然度的环境声音的主动透听的第二操作模式期间向前馈信号路径应用第二前馈滤波器。

背景技术

本公开涉及在主动噪声降低(ANR)耳机中提供自然的透听(hear-through)，与ANR耳机中的透听同时再现音频信号，并且排除ANR耳机中的闭塞效应(occlusion effect)。

噪声降低耳机被用来阻止环境噪声到达用户的耳朵。噪声降低耳机可以是主动的，即ANR耳机，在其中电子电路被用来生成与环境噪声相消干涉从而消除它的抗噪声信号，或者噪声降低耳机可以是被动的，在其中耳机物理地阻塞及减弱环境声音。大多数主动耳机还提供被动噪声降低措施。用于通信或者用于收听娱乐音频的耳机可以包括主动和被动噪声降低能力中的一者或两者。ANR耳机可以针对音频(其包括通信和娱乐两者)和消除使用相同的扬声器，或者可以针对每个具有单独的扬声器。

一些耳机提供了通常称为“透讲(talk-through)”或“监听(monitoring)”的特征，在其中外部麦克风被用来检测用户可能想听见的外部声音。那些声音被耳机内部的扬声器再现。在具有透讲功能的ANR耳机中，用于透讲的扬声器可以是与用于噪声消除的相同的扬声器，或者可以是附加的扬声器。外部麦克风还可以被用于前馈主动噪声消除，用于通信的目的拾取用户自己的嗓音，或者外部麦克风可以专用于提供透讲。典型的透讲系统仅向外部信号应用最小信号处理，并且我们将这些称为“直接透讲”系统。有时直接透讲系统使用带通滤波器以限制外部声音至嗓音带或感兴趣的一些其它带。直接透讲特征可以是手动触发的或者可以被诸如嗓音或警报之类的感兴趣的声音的检测触发。

一些ANR耳机包括临时地减弱噪声消除使得用户可以听见环境的特征，但它们并不同时提供透讲，反而，它们依赖于被动地穿过耳机的足够声音以使得环境可听见。我们将该特征称为被动监听。

发明内容

通常，在一些方面，主动噪声降低耳机包括被配置为耦合至佩戴者的耳朵以定义包括佩戴者的耳道以内的空气的体积以及耳杯以内的体积的声体积的耳杯，声耦合至外部环境并且电耦合至前馈主动噪声消除信号路径的前馈麦克风，被声耦合至声体积并且被电耦合至反馈主动噪声消除信号路径的反馈麦克风，经由耳杯以内的体积被声耦合至声体积并且被电耦合至前馈和反馈主动噪声消除信号路径两者的输出换能器，以及被配置为应用滤波器和控制前馈和反馈主动噪声消除信号路径两者的增益的信号处理器。该信号处理器被配置为在提供环境声音的有效消除的第一操作模式向前馈信号路径应用第一前馈滤波器并且向反馈信号路径应用第一反馈滤波器，并且在提供具有环境自然度的环境声音的主动透听的第二操作模式向前馈信号路径应用第二前馈滤波器。

各个实施方式可以包括以下中的一个或多个。前馈滤波器可以致使耳机具有在佩戴者的耳朵处的可以是平滑及分段线性的总系统响应。在第一操作模式与第二操作模式之间的语音噪声的总噪声降低之差可以至少为12dBA。第二前馈滤波器可以具有被选择为致使公式与预定目标值大致相等的值K_ht。信号处理器可以进一步被配置为在第二操作模式期间向反馈信号路径应用与第一反馈滤波器不同的第二反馈滤波器。反馈信号路径和耳杯的结合可以在100Hz与10kHz之间的所有频率处以最少8dB减小到达耳道的入口的环境噪声。反馈信号路径可以在高于500Hz延伸的频率范围是操作的。第二前馈滤波器可以致使总系统响应在延伸到高于3kHz的频率的区域中是平滑的及分段线性的。第二前馈滤波器可以致使总系统响应在延伸到低于300Hz的频率的区域中是平滑的及分段线性的。反馈信号路径可以在数字信号处理器中被实施并且可以具有小于250μs的时延。第二前馈滤波器定义在特征化前馈信号路径的传递函数中的非最小相位零点。