專利名稱：帶有監(jiān)視功能的降噪電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有監(jiān)視功能的降噪電路，特別是但不限于頭戴式耳機(jī)。
背景技術(shù)：
帶有無源降噪的頭戴式耳機(jī)通常配備有完全包圍耳朵(S卩，罩耳式)耳墊，并且耳墊提供對(duì)環(huán)境噪聲的無源降低或隔離。降低的程度在很大程度上取決于環(huán)境噪聲的性質(zhì)以及頭戴式耳機(jī)的耳墊的聲學(xué)特性。由于耳墊的特性，大多數(shù)無源降噪頭戴式耳機(jī)衰減環(huán)境噪聲的較高頻率分量(約從200HZ開始及更高)，并且頭戴式耳機(jī)用戶仍然會(huì)聽到較低頻率分量。結(jié)果，這種無源頭戴式耳機(jī)在某些嘈雜環(huán)境中不能提供充分或有效降噪。為解決以上問題，已在頭戴式耳機(jī)中提供了有源降噪電路，并且這種電路被配置用于消除或衰減環(huán)境噪聲的較低頻率分量以引起更加有效的噪聲衰減。理想的是，檢測(cè)到環(huán)境噪聲波形，并且產(chǎn)生幅度相等但極性相反的相同抗噪波形。噪聲波形和抗噪波形的互相作用引起噪聲波形的消除。本發(fā)明的目的在于提供帶有監(jiān)視功能的降噪電路，其提供了對(duì)類似的已知電路的有用備選。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一個(gè)方面中，提供了一種用于頭戴式耳機(jī)的帶有監(jiān)視功能的降噪電路，所述頭戴式耳機(jī)具有至少一個(gè)揚(yáng)聲 器驅(qū)動(dòng)器，所述電路包括麥克風(fēng),被配置用于將環(huán)境聲音轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)，所述麥克風(fēng)被部署為鄰近揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的隔膜；有源降噪路徑，其被配置用于基于相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)提供環(huán)境聲音的有源降噪；聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑，其被配置用于恢復(fù)相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)的在音域內(nèi)的衰減信號(hào)，以提高環(huán)境聲音的聲音信號(hào)的可聽性；以及切換裝置，被布置用于將相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)選擇性地傳送到有源降噪路徑或聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑。優(yōu)選地，聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑包括聲音清晰度補(bǔ)償器，該聲音清晰度補(bǔ)償器被配置用于增強(qiáng)在音域內(nèi)的衰減信號(hào)的頻率響應(yīng)。聲音清晰度補(bǔ)償器可以包括帶通濾波器和耦合到該帶通濾波器的輸出端的信號(hào)放大器?？蛇x地，聲音清晰度補(bǔ)償器可以包括多于一個(gè)以并聯(lián)方式級(jí)聯(lián)的帶通濾波器。進(jìn)一步可選地，聲音清晰度補(bǔ)償器可以包括高通濾波器。所述頻率響應(yīng)可取決于頭戴式耳機(jī)的耳罩的構(gòu)造和設(shè)計(jì)，所述頻率響應(yīng)在音域的200Hz 和 IKHz 之間。優(yōu)選地，降噪電路還包括麥克風(fēng)放大器，該麥克風(fēng)放大器被布置用于放大相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)，并且其中，切換裝置被布置用于接收放大后的相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)。有利地，有源降噪路徑包括有源去噪濾波器。麥克風(fēng)可被布置為面對(duì)用戶。此外或者作為替代，麥克風(fēng)可被布置在揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的各膜的前面。
可想到，上述降噪電路可并入在頭戴式耳機(jī)中，并且這形成本發(fā)明的第二個(gè)方面。


下面將以示例的方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，其中圖1是包括本發(fā)明的有源降噪電路的頭戴式耳機(jī)100的示意圖；圖2是示出圖1的有源降噪電路的框圖，其中包括聲音清晰度補(bǔ)償器；圖3示出圖1的頭戴式耳機(jī)100提供的普通無源隔離頻率響應(yīng)；圖4是圖2的聲音清晰度補(bǔ)償器的示意圖；圖5是示出圖2的聲音清晰度補(bǔ)償器的效果的曲線圖；并且圖6是圖4的聲音清晰度補(bǔ)償器的變體的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1是示出頭戴式耳機(jī)100的示意圖，頭戴式耳機(jī)100包括由頭箍104連接的一對(duì)耳罩102a、102b。每個(gè)耳罩102a、102b包括罩耳式耳墊106a、106b,并且被布置成適合于圍繞耳朵。每個(gè)耳罩102a、102b包括具有隔膜110的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器108 (為避免圖中的雜舌L圖1中只示出一個(gè))。頭戴式耳機(jī)100還包括帶有監(jiān)視功能的有源降噪電路200 (圖1中未示出)，有源降噪電路200包括麥克風(fēng)112。麥克風(fēng)112被部署為鄰近隔膜110的前面，并被布置成面對(duì)用戶的耳朵。麥克風(fēng)112被安置成面對(duì)用戶的耳朵以便檢測(cè)用戶耳朵可聽到的環(huán)境噪聲。從揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器108發(fā)出的音頻輸出可通過有源去噪電路200利用相位反轉(zhuǎn)來消除，有源去噪電路200在說明書的后續(xù)部分中更為詳細(xì)地描述。

麥克風(fēng)112被布置在揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的隔膜110前面并且十分靠近揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的隔膜110，并且被布置成面對(duì)耳朵以便更加準(zhǔn)確地拾取耳朵將會(huì)拾取的不期望的環(huán)境噪聲。在監(jiān)視模式期間，麥克風(fēng)112也用于拾取期望環(huán)境聲音，例如語音或話音通信。下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，使得通過使用麥克風(fēng)112，準(zhǔn)確地拾取不期望的環(huán)境噪聲，并且仍然令人滿意地補(bǔ)償了期望環(huán)境聲音。圖2是并入在頭戴式耳機(jī)100的一個(gè)耳罩102b內(nèi)的有源降噪電路200的框圖。有源降噪電路200被容納在耳罩102b的殼體內(nèi)，并且包括麥克風(fēng)預(yù)放大器202、第一切換裝置204、抗噪消除ANC濾波器206、聲音清晰度補(bǔ)償器208、第二切換裝置210、加法器212以及頭戴式耳機(jī)放大器214。如前所述，麥克風(fēng)112被布置成接收不期望的和期望的聲波。麥克風(fēng)112將聲波轉(zhuǎn)換成電能，并將其作為反饋信號(hào)提供給麥克風(fēng)預(yù)放大器202，麥克風(fēng)預(yù)放大器202在將信號(hào)傳送給第一切換裝置204之前，提升反饋信號(hào)的增益。第一切換裝置204包括開關(guān)204a和兩個(gè)連接端204b、204c。當(dāng)開關(guān)204a與第一連接端204b接觸時(shí)，這產(chǎn)生有源降噪路徑以便增強(qiáng)的反饋信號(hào)傳送到ANC濾波器206。當(dāng)開關(guān)204a與第二連接端204c接觸時(shí)，這產(chǎn)生聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑，以便增強(qiáng)的反饋信號(hào)被引導(dǎo)至聲音清晰度補(bǔ)償器208。ANC濾波器206被配置用于補(bǔ)償無源耳墊106b在消除環(huán)境噪聲低頻分量方面的不足。就這一點(diǎn)而言，ANC濾波器206被布置成對(duì)提升后的反饋信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，以使得不期望的環(huán)境聲音(即噪聲)的低頻分量傳送到第二切換裝置210。第二切換裝置210可具有與第一切換裝置204相同的配置，并且其包括開關(guān)210a和兩個(gè)連接端210b、210c。當(dāng)開關(guān)210a與第一連接端210b接觸時(shí)，這將濾波后的反饋信號(hào)從ANC濾波器206傳送到加法器 212。加法器212具有兩個(gè)輸入端212a、212b和一輸出端212c,第一輸入端212a被配置為正極性，而第二輸入端21b被配置為負(fù)輸入端。第一輸入端212a連接到音頻補(bǔ)償器216，音頻補(bǔ)償器216又連接到音頻源218，音頻源218向耳罩102a、102b傳送或者流傳輸音頻信號(hào)，例如音樂或視頻的聲軌。由于在實(shí)現(xiàn)有源去噪的情況下，音頻源218的一部分可能失真或丟失(對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響)，因此音頻補(bǔ)償器216將音頻輸入恢復(fù)成其原來的波形，并提供此作為加法器212的第一輸入端212a的音頻輸入。第二輸入端212b連接到第二切換裝置210，并且由于其負(fù)極性，這將來自ANC濾波器206的濾波反饋信號(hào)的極性反轉(zhuǎn)，以創(chuàng)建抗噪信號(hào)。加法器212的輸出是包括音頻輸入和抗噪信號(hào)的組合信號(hào)，該組合輸入然后被傳送到頭戴式耳機(jī)放大器214。頭戴式耳機(jī)放大器214被布置成提升組合信號(hào)的增益以便由頭戴式耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器108進(jìn)行處理。收到組合信號(hào)后，頭戴式耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器108將組合信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻輸入和抗噪信號(hào)的聲波?？乖胄盘?hào)意圖消除未被耳墊106a、106b衰減的、由耳朵拾取的低頻噪聲分量。這樣，有源降噪或去噪得以實(shí)現(xiàn)。頭戴式耳機(jī)100的用戶能夠在需要時(shí)(例如在用戶使用頭戴式耳機(jī)100的時(shí)候與另一個(gè)人進(jìn)行對(duì)話時(shí))收聽環(huán)境聲音是有利的。這提高了頭戴式耳機(jī)100的易用性和語音(對(duì)話)可聽性。第一和第二切換裝置204、210用作撥動(dòng)開關(guān)，以使得頭戴式耳機(jī)100的用戶能夠選擇將反饋信號(hào)傳送到環(huán)境聲音被阻`擋/降低的有源降噪路徑，還是傳送到加強(qiáng)環(huán)境聲音(例如語音)以提高用戶可聽性的聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑。由于麥克風(fēng)112的位置，這使得麥克風(fēng)112很難拾取頭戴式耳機(jī)100外部的期望環(huán)境聲音。然而，這通過聲音清晰度補(bǔ)償器208得以解決。聲音清晰度補(bǔ)償器208具有連接到第一切換裝置204的第二連接端204c的輸入端和連接到第二切換裝置210的第二連接端210c的輸出端。為了激活聲音清晰度補(bǔ)償器208，用戶通過選擇第一切換裝置204的開關(guān)204a和第二切換裝置210的開關(guān)210a分別與第二連接端204c和210c接觸來激活監(jiān)視模式。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，經(jīng)過聲音清晰度補(bǔ)償器208的信號(hào)是異相的，因此，需要第二切換裝置210使得經(jīng)過音頻補(bǔ)償器216的信號(hào)和經(jīng)過聲音清晰度補(bǔ)償器208的信號(hào)是同相的。聲音清晰度補(bǔ)償器208的配置是基于對(duì)圖1的有源降噪頭戴式耳機(jī)100的無源隔離頻率響應(yīng)的研究的。在圖3中示出普通的無源隔離頻率響應(yīng)。環(huán)境噪聲的低于&的低頻分量不被耳罩102a、102b的無源隔離(由耳墊106a、106b提供)阻擋。環(huán)境噪聲的高于fQ的較高頻率分量通過無源隔離而被極大地減少。在頻率處，音頻電平的降低可能是比fo處的音頻電平低_20dB。正常對(duì)話期間的人類音域通常在90Hz到400Hz之間?；菊Z音頻率及其更高次諧波展現(xiàn)出人的完整聲音概況。因此，在沒有聲音清晰度補(bǔ)償器208的情況下，在用戶正在使用頭戴式耳機(jī)100時(shí)發(fā)生正常對(duì)話并不是理想的。例如，如果無源隔離僅從200Hz開始衰減，顯然，只有人類音域的一部分被聽到，并且語音將是不清晰的。結(jié)果，聲音清晰度補(bǔ)償器208被配置用于針對(duì)由頭戴式耳機(jī)100用戶接收的在對(duì)話期間的可聽語音，將fd和之間的環(huán)境噪聲的衰減電平恢復(fù)到OdB (見圖3的虛線)。由于亥姆霍茲(Helmholtz)諧振，典型的反饋有源去噪頭戴式耳機(jī)在頻率處連續(xù)產(chǎn)生高音噪聲。應(yīng)注意的是，fo和的值取決于耳罩102a、102b的構(gòu)造和設(shè)計(jì)。然而，很有可能fo和的值會(huì)落在90Hz到400Hz之間的人類音域內(nèi)。因此，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在聲音清晰度補(bǔ)償器208恢復(fù)聲音信號(hào)的過程中，建議濾除及更高的頻率。為了得到最佳性能，聲音清晰度補(bǔ)償器208在從&到的區(qū)域內(nèi)工作，以便恢復(fù)衰減的音頻電平。這有效地?cái)U(kuò)寬了可聽頻率帶寬，將音域基本頻率以及其二次或三次諧波包括在內(nèi)。結(jié)果，這保持了音域的完整性，并且用戶能夠享受穩(wěn)定而清晰的對(duì)話。聲音清晰度補(bǔ)償器208的示意圖在圖4中示出，并且其包括多重反饋(MFB)帶通濾波器220和信號(hào)放大器222。MFB濾波器220包括具有負(fù)極性輸入端226、接地的正極性輸入端228和濾波器輸出端230的運(yùn)算放大器U100。負(fù)極性輸入端226通過電容器C100、C102和電阻器R100、R101電耦合到補(bǔ)償器輸入端224。補(bǔ)償器輸入端224連接到第一切換裝置204的第二連接端204c。MFB濾波器220包括反饋電阻器R102和反饋電容器C101，反饋電阻器R102和反饋電容器ClOl耦合在濾波器輸出端230和負(fù)極性輸入端226之間。信號(hào)放大器222包括運(yùn)算放大器U101，其被配置為反相放大器。運(yùn)算放大器UlOl具有負(fù)極性輸入端232、接地的正極性輸入端234和電耦合到第二切換裝置210的第二連接端210c的放大器輸出端236。電阻器R104 I禹合在放大器輸出端236和負(fù)極性輸入端232之間，并且與電阻器R103 —起為運(yùn)算放大器UlOl提供增益。負(fù)極性輸入端232通過直流阻擋電容器C103耦合到MFB帶通濾波器220的濾波器輸出端230。MFB帶通濾波器220被如此配置 基于頭戴式耳機(jī)100的無源隔離概況，對(duì)于以所選頻率為中心的中間頻率，具有高增益和高品質(zhì)因數(shù)。中間頻率的中心在&和之間，如圖3所示，以避免亥姆霍茲諧振。表I列出了圖4所示電路中使用的部件及其相應(yīng)值，以便獲得如下的濾波器增益、品質(zhì)因數(shù)和中間頻率濾波器增益，K=-16. 7品質(zhì)因數(shù)，Q=8.1中間頻率，^=915
權(quán)利要求
1.一種帶有監(jiān)視功能的降噪電路，用于具有至少一個(gè)揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的頭戴式耳機(jī)，所述電路包括麥克風(fēng)，其被配置用于將環(huán)境聲音轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)，所述麥克風(fēng)被部署為鄰近所述揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的隔膜；有源降噪路徑，其被配置用于基于所述相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)提供所述環(huán)境聲音的有源降噪；聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑，其被配置用于恢復(fù)所述相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)在音域內(nèi)的衰減信號(hào)，以提高所述環(huán)境聲音的聲音信號(hào)的可聽性；以及切換裝置，其被布置用于將所述相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)選擇性地傳送到所述有源降噪路徑或所述聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降噪電路，其中所述聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑包括聲音清晰度補(bǔ)償器，該聲音清晰度補(bǔ)償器被配置用于增強(qiáng)所述在音域內(nèi)的衰減信號(hào)的頻率響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降噪電路，其中所述聲音清晰度補(bǔ)償器包括帶通濾波器和耦合到所述帶通濾波器的輸出端的信號(hào)放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降噪電路，其中所述聲音清晰度補(bǔ)償器包括多個(gè)以并聯(lián)方式級(jí)聯(lián)的帶通濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降噪電路，其中所述聲音清晰度補(bǔ)償器包括高通濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的降噪電路，其中所述頻率響應(yīng)取決于所述頭戴式耳機(jī)的耳罩的構(gòu)造和設(shè)計(jì)，所述頻率響應(yīng)在音域的200Hz和IKHz之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降噪電路，還包括麥克風(fēng)放大器，該麥克風(fēng)放大器被布置用于放大所述相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)，并且其中所述切換裝置被布置用于接收放大后的相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降噪電路，其中所述有源降噪路徑包括有源去噪濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降噪電路，其中所述麥克風(fēng)被布置為面對(duì)用戶。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的降噪電路，其中所述麥克風(fēng)被布置在所述揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的隔膜的前面。
11.一種頭戴式耳機(jī)，包括權(quán)利要求1所述的降噪電路。
全文摘要
這里公開了用于頭戴式耳機(jī)(100)的降噪電路(200)。在所描述的實(shí)施例中，頭戴式耳機(jī)(100)包括揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器(110)并且電路(200)包括麥克風(fēng)(112)，麥克風(fēng)(112)被配置用于將環(huán)境聲音轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)并被部署為鄰近揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的隔膜。電路(200)還包括有源降噪路徑，其被配置用于基于相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)提供環(huán)境聲音的有源降噪；以及聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑，其被配置用于恢復(fù)相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)在音域內(nèi)的衰減信號(hào)，以提高環(huán)境聲音的聲音信號(hào)的可聽性。電路(200)還包括切換裝置(204、210)，被布置用于將相應(yīng)的電環(huán)境信號(hào)選擇性地傳送到有源降噪路徑或聲音信號(hào)補(bǔ)償路徑。
文檔編號(hào)H04R5/04GK103039090SQ201180024038
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者謝志成, 慧如·雷切爾·許, 部·?！だ酌傻隆ざ?申請(qǐng)人:創(chuàng)新科技有限公司