[发明专利]自适应前馈降噪

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2011年3月31日提交的美国申请13/077,190的优先权，其内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及自适应前馈降噪。

背景技术

环境中环境声学噪声的存在可以对人类听力具有广泛影响。环境噪声的一些示例，诸如喷气式飞机机舱内的引擎噪声，可以对乘客造成轻微的烦扰。环境噪声的其它示例，诸如建筑工地上的电钻可以造成永久性听力损失。

用于降低环境声学噪声的技术是研究的活跃领域，提供诸如更加愉悦的听觉体验以及避免听力损失之类的优点。

在最简易的降噪技术之一中，耳杯可以被设计为使得其尺寸适合佩戴者的头部，并且吸声特性造成环境声学噪声的被动衰减。例如，诸如那些在航空母舰的飞行甲板上佩戴的听力保护耳罩之类的耳罩可以被设计成吸收并且反射可能有破坏性的声学噪声。

为进一步改善声学降噪，可以使用更多吸声材料，可以增加耳杯的尺寸，或者可以改善耳杯对佩戴者的头部的适配。然而，在诸如耳罩之类的听力保护设备的笨重和舒适与它们提供的被动噪声衰减量之间存在权衡。为了彻底降低环境噪声，耳罩可能需要是不合理地大和/或不舒适的。相反，这些设备的设计者规定了允许到达设备的佩戴者的可接收噪声量。

被动降噪在高频（例如，位于3kHz以上的那些频率）是最有效的，而在那些频率以下则具有降低的有效性。此外，被动降噪的有效性易受与设备到耳部的耦合有关的因素的影响。诸如用户的头部的形状、眼镜的存在等因素均影响围绕耳部的设备的密封，允许额外的噪声到达设备的佩戴者。

由于被动降噪技术的缺点，降噪系统的一些设计者使用电子设备来主动地降低噪声。参考图1，示例性声学噪声消除系统100包含被设计用于检测未被由耳杯101提供的被动衰减所消除的不需要的声学噪声104的电子设备。系统100然后使用反馈路径通过创建“抗噪声”信号（即，与所检测到的噪声相等并且相反的信号）来消除所检测到的噪声。例如，简易的反馈路径114可以通过使用传声器106感测在由耳杯101和佩戴者的头部109的耦合而形成的腔体中不需要的声学噪声并且将其转换成电信号来建立。电信号传递到反馈补偿器110，在反馈补偿器110处，电信号被放大并且反相来产生抗噪声信号。然后使用诸如耳机驱动器112之类的换能器将抗噪声信号呈现给佩戴者的耳部108。在腔体内，经换能的抗噪声信号和不需要的声学噪声104破坏性地组合，导致耳杯内的净声学噪声的降低。典型地，该类型的反馈降噪在低音频和中音频范围（例如小于1kHz）是最有效的。由于在声学传输延迟方面置于声学系统上的限制，所以增加该带宽。

诸如图1中呈现的系统之类的反馈主动降噪系统典型地在1kHz附近（或者在“中间频带”）展示出不良衰减的区域。如上面提及的，这是由于被动衰减在大于3kHz的频率最有效并且反馈衰减在小于1kHz的频率最有效。

用于增加在1kHz附近的噪声衰减的一个解决方案是跨越上述频带的前馈滤波器。参考图2，另一示例性声学噪声消除系统200除了包括先前呈现的反馈路径114之外还包括开环前馈路径220以改善对不需要的声学噪声104的衰减。前馈路径220使用第二传声器216感测耳杯101之外的环境中的不需要的声学噪声104，并且将其转换成电信号。前馈路径220然后使用对该电信号进行滤波的固定前馈补偿器218来处理该电信号。固定前馈补偿器218的滤波器特性表现出由耳杯101提供的典型的被动衰减。经滤波的电信号用于创建抗噪声信号，该抗噪声信号是未被耳杯101被动地衰减的噪声的反相的估计。使用诸如耳机驱动器112之类的换能器将抗噪声信号呈现给佩戴者的耳部108。该前馈滤波的方法在被动衰减和反馈衰减无效的频率范围（即，1kHz到3kHz）处、在1kHz区域内可以比被动衰减和反馈衰减更有效。

由于其开环设计，上述系统不能适应发生在更加动态的环境中的变化。特别是，由于耳杯101到耳机佩戴者109的头部的不一致耦合导致的对适配的变化可以降低这样的系统的噪声衰减性能。