[发明专利]防止反馈话筒信号的饱和效应的ANC噪声有源控制音频头戴组件

说明书

本发明涉及包括“有源噪声控制”系统的音频头戴组件(headset)。

这种头戴组件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乐源(例如音乐)，该头戴组件通过有线连接或通过无线连接(特别是蓝牙链接(注册商标为“BluetoothSIG”))连接到该装置。

如果其设有适于拾取头戴组件佩戴者的语音的话筒套件，则作为音乐源收听的补充，该头戴组件还可用于通信功能，例如“免提”电话功能。头戴组件换能器随后再现该头戴组件佩戴者与之对话的远程说话者的语音。

该头戴组件(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再现换能器(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(circumauralpad)。

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，主要将引用“头戴组件”型耳机，其具有容纳在围绕耳朵(“罩耳式”头戴组件)或者靠在耳朵上(“压耳式(supra-aural)”头戴组件)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。

当在嘈杂环境(地铁、繁华街道、火车、飞机等)中使用该头戴组件时，佩戴者受到头戴组件耳机的部分保护，借助闭合外壳和罩耳垫头戴组件将其隔离。

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“有源噪声控制”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。

EP2597889A1(鹦鹉公司)描述了这样一种头戴组件，其设置有将闭环反馈和开环前馈滤波类型进行组合的ANC系统。反馈滤波路径基于放置在耳机外壳、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未被抵消的残留噪声信号。该话筒的信号(从中减去要由换能器再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组件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再现的音乐源的音频信号。这三条滤波路径的输出信号被组合并应用到该换能器以再现与周围噪声抑制信号相关联的音乐源信号。

EP2518724A1(鹦鹉公司)描述了一种组合话筒/头戴组件型设备，其尤其可用于“免提”电话功能。该头戴组件装备有生理传感器，该生理传感器抵靠头戴组件佩戴者的面颊或鬓角施加，并且收集具有本质上极少受环境噪音破坏的性质的声音振动。特别地，生理传感器可以位于放置在头戴组件耳机的垫片表皮的内面上的加速度计内，以便以尽可能更近的耦合来抵靠用户的面颊或鬓角施加。如此收集的信号在滤波和与由传统外部话筒拾取的信号相组合之后允许向通信系统递送近旁说话者(头戴组件佩戴者)的语音信号，其智能性将大幅改善。这一传感器的另一优点是使用从该传感器递送的信号来计算动态滤波器的截止频率的可能性。

WO2010/129219A1(EP2425421A0)描述了另一种设备，该设备包括自适应型ANC系统，即，使用其传递函数通过用于实时分析信号的算法来动态且连续地修改的滤波器。放置在头戴组件耳机的外壳上的外部话筒收集环境噪声，该环境噪声水平被分析以调节反馈滤波器的传递函数，以便适配于头戴组件的外部环境中存在的噪声。

现有ANC系统经受在耳机内部声腔经历突然压缩和解压时出现的现象，所述突然压缩和解压是听不到的，但是其幅度如此高以使得话筒的膜被突然挤压并产生超出其标称限制的电信号。

特别是在双手操纵耳机期间或者在用户大步走或跑时出现这种现象。头戴组件的移动随后在前腔中产生过度的过压或抑制，其转换为低频的高电力峰值。由话筒拾取的过量信号在反馈ANC滤波器中产生饱和(saturation)，所述饱和导致在换能器的输出处产生并且使用户不适的可听见的信号或“啪哒声”。