本公開涉及主動噪聲控制(ANC)頭戴式耳機和用于操作ANC頭戴式耳機的方法。

發(fā)明背景

頭戴式耳機可包括也被稱為主動噪聲消除(ANC)的主動噪聲降低。通常，噪聲降低可被分類為反饋噪聲降低或前饋噪聲降低或其組合。在反饋噪聲降低系統(tǒng)中，麥克風位于從噪聲源延伸到收聽者的耳朵的聲路徑中。揚聲器位于麥克風和噪聲源之間。來自噪聲源的噪聲和從揚聲器發(fā)出的反噪聲由麥克風收集，且基于其中的殘余噪聲，反噪聲被控制以降低來自噪聲源的噪聲。在前饋噪聲降低系統(tǒng)中，麥克風位于噪聲源和揚聲器之間。噪聲由麥克風收集，在相位上反轉(zhuǎn)并從揚聲器發(fā)出以降低外部噪聲。在組合前饋/反饋(混合)噪聲降低系統(tǒng)中，第一麥克風位于在揚聲器和收聽者的耳朵之間的聲路徑中。第二麥克風位于在噪聲源和揚聲器之間的聲路徑中并從噪聲源收集噪聲。第二麥克風的輸出用于使從第一麥克風到揚聲器的聲路徑的傳輸特性與來自噪聲源的噪聲到達收聽者的耳朵所沿著的聲路徑的傳輸特性相同。揚聲器位于第一麥克風和噪聲源之間。由第一麥克風收集的噪聲在相位上反轉(zhuǎn)并從揚聲器發(fā)出以降低外部噪聲。希望改進已知的頭戴式耳機以便降低由多個噪聲源從多個方向發(fā)出的噪聲。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

主動噪聲降低頭戴式耳機包括具有內(nèi)表面和外表面的剛性杯狀外殼，其中內(nèi)表面包括具有開口的腔。頭戴式耳機還包括被配置來在 有規(guī)律地分布在外表面上的至少三個位置處拾取聲音并提供代表所拾取的聲音的第一電信號的麥克風布置和被配置來基于第一電信號提供第二電信號的主動噪聲控制濾波器。此外，頭戴式耳機包括被布置在腔的開口中并被配置來從第二電信號產(chǎn)生聲音的揚聲器。主動噪聲控制濾波器具有被配置來使得穿過外殼從外表面那邊行進到內(nèi)表面那邊的噪聲由揚聲器所產(chǎn)生的聲音降低的傳遞特性。

公開了具有剛性杯狀外殼的頭戴式耳機的主動噪聲降低方法，剛性杯狀外殼具有凸表面和包括具有開口的腔的凹表面。該方法包括在有規(guī)律地分布在凸表面上的至少三個位置處拾取聲音以及提供代表所拾取的聲音的第一電信號。該方法還包括：過濾第一電信號以提供第二電信號，以及在腔的開口中從第二電信號產(chǎn)生聲音。使用被配置來使得穿過外殼從凸表面那邊行進到凹表面那邊的噪聲由在開口中產(chǎn)生的聲音降低的傳遞特性來執(zhí)行濾波。

當檢查下面的附圖和詳細描述時，其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將是或?qū)⒆兊妹黠@。意圖是全部這樣的額外系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點被包括在這個說明書中，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并被下面的權(quán)利要求保護。

附圖簡要說明

參考附圖從非限制性實施方案的下面的描述中可更好地理解本公開，其中下面：

圖1是示例性反饋型主動噪聲控制(ANC)耳機的簡化圖示；

圖2是示例性前饋型ANC耳機的簡化圖示；

圖3是示例性混合型ANC耳機的簡化圖示；

圖4是具有常規(guī)單個小(參考)麥克風的示例性耳機的簡化圖示；

圖5是具有界面式(參考)麥克風(areal microphone)的示例性耳機的簡化圖示；

圖6是具有近似于界面式麥克風的(參考)麥克風陣列的示例性耳機的簡化圖示；

圖7是在圖6中示出的麥克風陣列的下游連接的電路的簡化電路圖；

圖8是有規(guī)律地布置在耳機的外殼上的示例性麥克風陣列的簡化圖示；以及

圖9是帶有麥克風陣列和具有桶狀形狀的外殼的另一示例性耳機的簡化圖示。

具體實施方式

圖1是示例性反饋型主動噪聲控制(ANC)耳機100(例如作為具有兩個耳機的頭戴式耳機的部分)的簡化圖示。由管101表示的聲路徑(也被稱為通道)由也被稱為外聽道的耳道和耳機100的部分建立，噪聲、即主要噪聲102在第一端109處從噪聲源103被引入到耳機100的部分內(nèi)。主要噪聲102的聲波穿過管101行進到管101的第二端110，當耳機100附著到收聽者的頭時，聲波從第二端110輻射到例如收聽者的耳朵104的鼓膜。為了降低或消除在管101中的主要噪聲102，聲輻射換能器例如揚聲器105將抵消聲音106引入到管101內(nèi)。抵消聲音106具有對應于主要噪聲102或與主要噪聲102相同的振幅，但是相反的相位。進入管101的主要噪聲102由誤差麥克風107收集并由反饋ANC處理模塊108處理以產(chǎn)生抵消信號并接著由揚聲器105發(fā)出以降低主要噪聲102。誤差麥克風107布置在揚聲器105的下游并因此比揚聲器105更接近管101的第二端110，即它更接近收聽者的耳朵104，特別是它的鼓膜。

圖2是示例性前饋型ANC耳機200的簡化圖示。耳機200不同 于圖1所示的耳機100，因為麥克風201布置在管101的第一端109和揚聲器105之間，而不是如圖1所示的耳機100中的麥克風107一樣布置在揚聲器105和管101的第二端110之間。此外，代替反饋ANC處理模塊108，前饋ANC處理模塊202連接在麥克風、即麥克風201和揚聲器105之間。如所示的前饋ANC處理模塊202可以是例如非自適應濾波器，即具有固定傳遞函數(shù)的濾波器，但可以可選地結(jié)合額外的誤差麥克風203是自適應的，誤差麥克風203布置在揚聲器105和管101的第二端110之間并控制前饋ANC處理模塊202(的傳遞函數(shù))。

圖3是示例性混合型ANC耳機300的簡化圖示?；谏厦娼Y(jié)合圖1和圖2所述的頭戴式耳機100和200，(參考)麥克風201感測主要噪聲102，且它的輸出用于模擬從揚聲器105到(誤差)麥克風107的傳輸特性，使得它匹配主要噪聲102到達管101的第二端110所沿著的路徑的傳輸特性。主要噪聲102和從揚聲器105輻射的聲音由(誤差)麥克風107感測，使用從揚聲器105到誤差麥克風107的信號路徑的所適應的(例如估計的)傳輸特性在相位上反轉(zhuǎn)，并接著由布置在兩個麥克風201和107之間的揚聲器105發(fā)出，從而降低在收聽者的耳朵104處的不希望有的噪聲。信號反轉(zhuǎn)、傳輸路徑模擬(估計)和——視情況而定——適應由混合ANC處理模塊301執(zhí)行。例如，混合ANC處理模塊301可包括類似于處理來自麥克風201的信號的圖2所示的前饋ANC處理模塊202的前饋處理模塊以及類似于處理來自麥克風107的信號的圖1所示的反饋ANC處理模塊108的反饋處理模塊。

在圖4所示的示例性耳機400(具有兩個耳機的前饋ANC頭戴式耳機的部分)中，剛性杯狀外殼401具有內(nèi)、例如凸表面402和包括具有開口405的腔404的外、例如凹表面403。用于將電信號轉(zhuǎn)換成聲音的電聲換能器例如揚聲器406布置在腔404的開口405中并從由主動噪聲控制濾波器407提供的電信號產(chǎn)生聲音。主動噪聲控制(ANC)濾波器407通常被提供有僅來自單個(參考)麥克風408 的電信號，單個(參考)麥克風408只在外殼401的凸表面402上的一個位置處拾取聲音。ANC濾波器407可例如被配置來提供前饋型或混合型的主動噪聲控制。即使麥克風408具有全向特性，由噪聲源409發(fā)出的聲音的部分410仍可由麥克風408拾取，而另一部分411可以不被麥克風408拾取。但是，部分410和411都可到達戴著頭戴式耳機的收聽者(未示出)的耳朵，使得由麥克風408拾取的聲音和因而對應于所拾取的聲音的電信號不或不完全代表到達收聽者的耳朵的聲音。多少麥克風信號對應于由收聽者感知的聲音取決于噪聲源409的位置和方向性。作為結(jié)果，頭戴式耳機的噪聲降低性能尤其取決于噪聲源409相對于麥克風408的位置的位置和噪聲源409的方向性。

在基于圖4所示的耳機400的圖5所示的示例性耳機500中，麥克風408由可覆蓋凸表面401的面積的多于50％、例如多于75％、多于90％或高達100％的界面式麥克風501(即具有延伸的膜面積的麥克風)代替。可由任何壓力或力敏膜例如機電膜(EMFi)制造界面式麥克風501，機電膜是具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的永電體材料。由于與強永久電荷組合的有孔隙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，EMFi優(yōu)于其它固體聚合物永電體的優(yōu)點基于其柔韌性，這使EMFi對垂直于其表面施加的動力非常敏感?；静牧峡梢允堑蛢r聚丙烯(PP)。

EMFi可由被空氣孔隙分離的幾個聚丙烯層組成。施加到膜的表面的外力將改變空氣孔隙的厚度。駐存在聚丙烯/孔隙界面上的電荷將然后相對于彼此移動，且作為結(jié)果，產(chǎn)生電極的鏡像電荷。所產(chǎn)生的電荷與膜厚度的變化成比例。由于材料的彈性，所產(chǎn)生的電荷也與作用在膜上的力(或壓力)成比例。通過在連續(xù)過程中執(zhí)行的對形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的特別制造的聚合物進行雙軸取向來制造基本有孔隙的PP膜?？衫缭诿绹鴮＠?,654,546或Jukka Lekkala和Mika Paajanen的“EMFi-New Electret Material for Sensors and Actuators”(第十屆國際永電體研討會,1999)中找到EMFi的更詳細的描述。在制造過程期間，EMFi材料由電暈放電裝置充電。最后，膜被涂覆 有導電電極層，完成EMFi結(jié)構(gòu)。膜具有三層，其中幾微米厚的表面層是光滑和均勻的，而占優(yōu)勢的較厚的中間區(qū)段充滿由葉狀PP層分離的平孔隙。

可選地，界面式麥克風可通過多個麥克風601被近似，每個麥克風601具有比待近似的界面式麥克風明顯小的膜面積。麥克風601形成麥克風陣列并有規(guī)律地分布在凸表面402上，且麥克風601的方向性可使得它們重疊，使得對于半球體的任何立體角，麥克風601中的至少一個從在任何位置處的方向噪聲源直接接收噪聲。

例如，麥克風602可具有全向特性，且它們的輸出信號可如圖7所示通過加法器701加起來以提供可代替上面關(guān)于圖5所述的界面式麥克風501的輸出信號的輸出信號。由于麥克風輸出信號的合計，麥克風602的陣列展示與界面式麥克風類似的方向行為，這意味著它可被看作在聽覺上捕獲零房間模式的傳感器。此外，由于麥克風輸出信號的合計，由麥克風產(chǎn)生的噪聲降低了10log₁₀(N)[dB]，其中N是所使用的麥克風的數(shù)量。除了那以外，通常，小膜麥克風602的噪聲行為本身已經(jīng)好于界面式麥克風501的噪聲行為。

圖8是麥克風602的陣列的前視圖，麥克風602的橫向視圖在圖6中示出。如可看到的，麥克風有規(guī)律地分布在凸表面402上，這意味著麥克風602可根據(jù)某個已制定的規(guī)則、法則、原理或類型而形成、構(gòu)建、布置或排序。特別地，麥克風602可等邊或等角地被布置為規(guī)則多邊形(二維布置)或可具有是全等規(guī)則多邊形的面，全部多面角作為規(guī)則多面體(三維布置)是全等的。例如，可使用可布置在等邊三角形的角處的三個麥克風602。其它布置可具有布置在正方形的角中的四個麥克風。有規(guī)律地分布的三個或四個麥克風或更多麥克風的多個布置可組合以形成更復雜的布置。例如，圖8示出13個麥克風602的菱形布置。

外殼可具有各種形式，例如，如在圖4-6中所示的頭戴式耳機中 的似碟形狀或如在圖9中所示的似桶形狀(外殼901)，其中麥克風602布置在底壁902上以及在桶的側(cè)壁903上。ANC濾波器407例如結(jié)合前饋ANC或混合ANC處理模塊可具有常規(guī)類型，其基本自適應和非自適應結(jié)構(gòu)例如在Sen M.Kuo和Dennis R.Morgan的“Active Noise Control:A Tutorial Review”(Proceedings of the IEEE,第87卷,第6期,1999年6月)中被描述。

為了說明和描述的目的呈現(xiàn)實施方案的描述。對實施方案的適當修改和變化可按照上述描述被執(zhí)行，或可從實踐方法時獲取。例如，除非另外提到，可由適當?shù)脑O(shè)備和/或設(shè)備的組合執(zhí)行一個或多個所述方法。也可以用除了在本申請中描述的順序以外的各種順序、并行地和/或同時執(zhí)行所述方法和相關(guān)行動。所述系統(tǒng)在性質(zhì)上是示例性的，并可包括額外的元件和/或省略元件。本公開的主題包括各種系統(tǒng)和配置的全部新穎和非明顯的組合和子組合以及所公開的其它特征、功能和/或性質(zhì)。

如在本申請中使用的，以單數(shù)形式敘述并以詞“一”繼續(xù)的元件或步驟應被理解為不排除多個所述元件或步驟，除非這樣的排除被規(guī)定。此外，對本公開的“一個實施方案”或“一個示例”的提及并沒有意圖被解釋為排除也合并所敘述的特征的額外實施方案的存在。術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標簽，且并不意欲對它們的對象強加數(shù)字要求或特定的位置順序。