[发明专利]降低电嘶嘶声的ANC主动噪声控制音频头戴式耳机

说明书

技术领域

本发明涉及头戴式耳机，尤其涉及包括“主动噪声控制”系统的音频头戴式耳机。

背景技术

这种头戴式耳机可被用于收听来自诸如MP3播放器、收音机、智能电话等装置的音频源(例如音乐)，该头戴式耳机通过有线连接或通过无线连接(特别是蓝牙连接(注册商标为“Bluetooth SIG”))连接到该装置。

如果其设有适于拾取头戴式耳机佩戴者的语音的话筒套件，则作为音频源收听的补充，该头戴式耳机还可用于通信功能，例如“免提”电话功能。头戴式耳机换能器随后重现该头戴式耳机佩戴者与之对话的远程说话者的语音。

该头戴式耳机(headset)一般包括由头带连接的两个耳机(earphone)。每个耳机包括容纳声音重现换能器(后文简称为“换能器”)并且旨在被施加于用户耳朵周围的闭合外壳，其中在该闭合外壳和用户耳朵中间具有将耳朵与外部声音环境隔绝的罩耳垫(circumaural pad)。

还存在“入耳(intra-aural)”型耳机，其具有被置于耳道内的元件，因此没有围绕或覆盖耳朵的垫。在后文中，主要将其称为“头戴式耳机”型的耳机，其具有容纳在围绕耳朵(“罩耳式”头戴式耳机)或者停在耳朵上(“贴耳式(supra-aural)”头戴式耳机)的外壳中的换能器，但是此示例不能被认为是限制性的，因为正如所理解的，本发明也可被应用于入耳式耳机。

当在噪杂环境(地铁、繁华街道、火车、飞机等)中使用该头戴式耳机时，佩戴者收到头戴式耳机的部分保护，借助闭合外壳和罩耳垫，头戴式耳机将其隔离。

然而，这种纯被动式保护仅仅是部分的，因为部分声音(特别是频谱中的低频部分)可穿过耳机外壳或经由佩戴者的头颅被传送到耳朵。

这就是之所以开发所谓的“主动噪声控制”或即ANC技术的原因，ANC技术的原理包括拾取入射噪声分量并且在时间和空间上将一声波叠加到此噪声分量上，该声波在理想情况下是该噪声分量的压力波的反转副本。问题是用该方式创建与该噪声分量的破坏性干扰并且减少(在理想情况下抵消)寄生声波的压力的变动。

EP 2 597 889 A1(Parrot)描述了这样一种头戴式耳机，其被提供有将闭环反馈和开环前馈滤波类型进行组合的ANC系统。反馈滤波路径基于置于耳机外壳、罩耳垫和换能器所界定的声腔内的话筒。换句话说，该话筒被置于用户的耳朵附近并主要接收由换能器产生的信号以及在前腔内仍然能感知的残留的未被抵消的噪声信号。该话筒的信号(从中减去要由换能器重现的音乐源的音频信号)构成用于该ANC系统的反馈环路的误差信号。前馈滤波路径使用由收集存在于该头戴式耳机的佩戴者的直接接触环境中的寄生噪声的外部话筒所拾取的信号。最后，第三滤波路径处理来自要重现的音频源的音频信号。这三条滤波路径的输出信号被组合并应用到该换能器以重现与周围噪声抑制信号相关联的音乐源信号。

现有ANC系统遭受由“电嘶嘶声”的存在所带来的限制，这种电嘶嘶声在该ANC系统被激活时会被感知：的确，反馈话筒提供了作为声信号的图像、并且伴随有低的电噪声的电信号，并且ANC滤波器的放大(通常为20到30dB量级)增加了这种电噪声。而且，由话筒拾取的噪声被不期望的所谓水床效应增大：在噪声抑制的主频带之外，噪声以能被完美感知并且当然是有害的方式在相对窄的频带(一般为1kHz)中被放大。如果太显著，则这种现象甚至可能产生拉森效应(Larsen effect)，拉森效应是一种当垫被意外移除时对于许多头戴式耳机而言可观察到的现象。这些现象在换能器上产生了噪声，这种噪声有时候可能比要被抑制的噪声更能被听到并且更恼人，特别是在要被抑制的噪声很低的情况下。

具体而言，反馈ANC滤波器的增益很高时低频中噪声的衰减非常好，但是作为代价，嘶嘶声增大。因此期望根据环境噪声来适配反馈ANC滤波器的增益：如果此环境噪声很低，则需要较小的ANC增益和/或带来减小的水床效应的增益。该滤波器此时将不那么高效，但是嘶嘶声也会减小。相反，在强环境噪声的情况下，高ANC增益是优选的，因为所产生的电嘶嘶声相对于环境噪声而言变得可以忽略不计。

WO 2010/129219 A1(EP 2 425421 A0)描述了一种自适应型的ANC系统，即，使用滤波器，通过用于实时分析信号的算法来动态且连续地修改所述滤波器的传递函数。置于头戴式耳机外壳上的外部话筒收集环境噪声，分析噪声水平以调整该反馈滤波器的传递函数。