同的但互補的頻率范圍操作。當描述反饋或前饋噪聲消除路徑是操作的的頻率范圍 時，我們指的是環(huán)境噪聲被減小的范圍；在該范圍之外，噪聲并不被改變或者可以被略微放 大。在它們的操作范圍重疊之處，電路的衰減可以有意地被減小以避免創(chuàng)建消除比在其它 地方更大的范圍。即，ANR耳機的衰減可以在不同的頻率范圍中被修改以提供比本將通過在 所有頻率處簡單地最大化穩(wěn)定性或者基本聲學限制以內的衰減而實現的更加一致的響應。 理想地，在反饋路徑、前饋路徑繼而耳機的被動衰減之間，在整個可聽范圍提供噪聲降低的 一致的量。我們將這樣的系統(tǒng)稱為提供環(huán)境聲音的有效消除。為了提供以下描述的主動透 聽的特征，理想的是反饋路徑在至少500Hz以上具有高頻交叉頻率（衰減降到OdB以下）。 前饋回路通常將在延伸至高于反饋路徑的頻率范圍操作。
[0039] 該申請涉及通過主動噪聲降低系統(tǒng)的復雜操縱實現的透聽的改進。不同的透聽拓 撲在圖2A至2C中被圖不。在圖2A所不的簡易版本中，ANR電路被關閉，允許環(huán)境聲首200 穿過或者圍繞耳杯，提供被動監(jiān)聽。在圖2B所示的版本中，如以上所討論的直接的透講特 征使用由ANR電路或一些其它電路被耦合至內部揚聲器104的外部麥克風120以直接地在 耳杯內部再現環(huán)境聲音。ANR系統(tǒng)的反饋部分保留為未修改，將透講麥克風信號當作待被再 現的普通的音頻信號，或者將ANR系統(tǒng)的反饋部分關閉。透講信號通常是被限制為嗓音帶 的頻帶。出于該原因，直接的透講系統(tǒng)趨向于聽起來人工的，如同用戶正在通過電話收聽其 周圍的環(huán)境。在一些示例中，前饋麥克風提供雙功能用作透講麥克風，使得其檢測到的聲音 被再現而不是被消除。
[0040] 我們定義主動的透聽以描述改變耳機的主動噪聲消除參數的特征，使得用戶可以 聽見環(huán)境中的一些或所有環(huán)境聲音。主動透聽的目標是讓用戶如同他們根本并未佩戴耳機 一樣而聽見環(huán)境。即，當如在圖2B中的直接透講趨于聽起來人工的時，并且如在圖2A中的 被動監(jiān)聽通過耳機的被動衰減使得環(huán)境聲音含混不清，主動透聽很難使得環(huán)境聲音聽起來 完全自然。
[0041] 如圖2C所示，通過使用一個或多個前饋麥克風108(僅示出一個）以檢測環(huán)境聲 音而提供了主動透聽（HT)，并且針對至少前饋噪聲消除回路調節(jié)ANR濾波器以允許環(huán)境聲 音200的受控量穿過耳杯102,其具有比本會在普通噪聲消除（NC)操作中應用的較少的消 除。疑問中的環(huán)境聲音可以包括所有環(huán)境聲音、僅僅是他人的嗓音、或者佩戴者自己的嗓 音。
[0042] 環(huán)境聲音的自然的誘聽。
[0043] 提供環(huán)境聲音的自然的透聽（我們稱之為"環(huán)境自然度"）通過對主動噪聲消除 濾波器的修改被完成。在具有反饋和前饋噪聲消除電路兩者的系統(tǒng)中，消除電路中的一者 或兩者可以被修改。如在美國專利8, 155, 334中解釋并結合到本文的，以數字信號處理器 實施的前饋濾波器可以被修改以通過不完全消除所有環(huán)境噪聲或環(huán)境噪聲的子集而提供 透講。在該申請的示例中，前饋濾波器被修改為與在人類語音帶之外衰減聲音相比，在人類 語音帶以內較少地衰減聲音。該申請還簡易提供并行的模擬濾波器作為數字濾波器的替代 物，一個模擬濾波器用于全衰減，另一個用于在語音帶中的減小的衰減。
[0044] 為了使得被允許通過的聲音聽起來更加自然，補償由被動衰減造成的聲音的改 變，并且在音頻頻率的整個范圍上提供自然的透聽，前饋濾波器可以以更復雜的方式被修 改。圖3示出了用在像圖2C的示例中的ANR電路和相關的部件的框圖。我們將各種部件 對在系統(tǒng)中各個點之間移動的聲音的作用稱之為響應或者傳遞函數。一些感興趣的響應被 定義如下：
[0045] a) G_:從噪聲到耳朵的響應，沒有耳機
[0046] b)Gpfb:從噪聲通過耳機到耳朵的響應，并且反饋ANR是活動的
[0047] c) Gnx:從噪聲到外部（前饋）麥克風的響應
[0048] d)Gffe:反饋濾波器的輸出以及通過驅動器104的與其相加至耳朵的任何信號的 響應，并且反饋ANR是活動的
[0049] ANR電路的各種電子信號通路應用以下濾波器，我們可以將這些濾波器稱為通路 的增益：
[0050] Kfb:反饋補償濾波器的增益
[0051] Kff:前饋補償濾波器的增益
[0052] Kht:主動透聽濾波器（在圖3中，Kff和Kht可替代地應用到相同的通路）的增益
[0053] 我們定義目標透聽插入增益為Thtlg，即，總系統(tǒng)應當如何對環(huán)境聲音進行濾波。如 果T htlg= I(OdB)，那么用戶應當聽見與他們不佩戴耳機相比相同的圍繞他們的世界。實際 中，除了 OdB以外的目標值通常是期望的。例如，在諸如低于IOOHz的低頻率處的消除在主 動透聽模式期間仍然是有用的，因為這樣的聲音趨于是不舒適的并且不包含有用的信息。 然而，延伸至覆蓋至少300Hz至3kHz的范圍的T htig通帶（pass-band)對于使得圍繞用戶 的那些嗓音清晰易懂而言是必要的。優(yōu)選地，通帶從140Hz延伸至5kHz以實現自然度的感 覺。通帶可以被成形為改進在主動透聽模式中的自然度的感知，例如，輕微的高頻滾降可以 補償由耳機的存在導致的空間聽見的變形。最終，濾波器應當被設計為提供平滑的和分段 線性的總系統(tǒng)響應。通過"平滑的和分段線性"，我們在dB/對數頻率刻度上提及系統(tǒng)響應 的繪圖的一般形狀。
[0054] 結合這些因數，當佩戴耳機時在耳朵處的對環(huán)境噪聲的總響應是Gpfb+G nx*Kht*Gffe。 期望的響應是G_*Thtlg。即，被動和反饋響應G pfb與實際的透聽響應G nx*Kht*Gffe的結合應當 聽起來像目標透聽插入增益T htlg被應用至開放耳朵的響應G _。系統(tǒng)被調諧為通過測量各 種實際的響應（那些Gxx項）和并且定義濾波器Kht(在可實現性的限制以內）而傳送期望 的響應以使得實際的系統(tǒng)響應與目標盡可能近，其基于等式：
[0056] 針對Kht解等式⑴導出：
[0058] 為了最佳地實現期望的Thtlg，在前饋信號路徑中實施的濾波器Kht可以是非最小相 位，即其可以具有在右半平面中的零值。例如，這可以允許當消除由于加熱和冷卻系統(tǒng)而出 現在許多建筑物中的環(huán)境隆隆聲（rumble)時主動透聽傳遞人類語音。通過設計K ht使得 Thtlg僅在主動透聽通帶中接近OdB而提供這樣的結合。在主動透聽通帶之外，K ht被設計為 使得Thtlg接近并且理想地相等于由導致顯著衰減的前饋濾波器（即，通常的K ff)實現的插 入增益（事實上是插入損耗）。針對有效的衰減（Kff)和主動透聽（K ht)所需的前饋濾波器 的符號通常是與透聽通帶相反的。設計在通帶的低頻邊緣處滾降并且轉換至有效的Kff響 應的K ht可以通過在該轉換附近包括至少一個右半平面零值而被實現。
[0059] 在總體上，利用主動透聽濾波器Kht替換前饋濾波器K ff同時維持反饋回路K fb使 得ANR系統(tǒng)能夠與通過耳機的被動聲路徑結合，從而在聽起來與沒有耳機相同的耳朵處創(chuàng) 建自然的感受。為了允許K ht傳遞外面世界所意圖的聲音，反饋回路與通過耳機的被動聲路 徑的結合應當提供在所有感興趣的頻率處的至少SdB的衰減。即，當反饋回路是活動的但 前饋路徑不是活動的時在耳朵處聽見的噪聲水平應當比當根本并不佩戴耳機時在耳朵處 的噪聲水平小至少8dB(注意"小至少8dB"指的是水平的比率，而不是在相同外部尺度上的 若干分貝）。當G pfb小于或等于-SdB時，當期望的T htlg= OdB時，其對實際的透聽插入增 益的作用小于3dB誤差。如果反饋回路能夠處理更多增益，衰減可以高得多，或者被動衰減 更大。為了在一些情況下實現該自然度，如以下討論的，還可以期望的是從其最大能力減小 反饋回路的增益K fb。
[0060] 在普通ANR模式與主動透聽模式之間的耳朵處的總噪聲降低之差應當為最少 12dBA。這提供了從具有安靜的背景音樂的主動透聽模式到導致劇烈變化的噪聲降低的切 換的環(huán)境噪聲水平的足夠的改變。這是因為當切換模式時存在音樂遮蔽，感知到的環(huán)境噪 聲的響度快速減小。在透聽模式中背景中安靜地存在的音樂可以使得噪聲事實上在噪聲降 低模式中聽不見，只要在透聽與噪聲降低模式之間存在至少12dBA的噪聲降低變化。
[0061] 在一些示例中，像在美國專利8, 184, 822中描述的并通過引用被結合到本文的數 字信號處理器有利地將反饋回路與通過前饋麥克風的路徑相加，避免了可能導致Kht具有 通常是音質ADC/DAC結合的通常為數百微秒的時延的結合（在結合的信號中的深零點）。優(yōu) 選地，系統(tǒng)使用具有小于250 μ s的時延的DSP而被實施，使得結合的（其將是具有250 μ s 時延的2kHz)第一電勢零點比在Gpfb的典型的最小插入損耗頻率高一個八度，其通常是大 約1kHz。在引用的專利中描述的可配置的處理器也允許主動穿過聽見濾波器K ht容易替換 前饋濾波器Kff。
[0062] -旦環(huán)境自然度被實現，附加的特征可以通過在多于一個前饋濾波器Kht之間進 行選擇而被提供，提供不同的總響應特性。例如，一個濾波器可以是期望的以用于在飛機中 提供透聽，在飛機中響的、低頻聲音趨向于遮蔽會話，所以在該頻率中的一些消除應當被維 持，而嗓音帶信號應當被盡可能自然地傳遞。另一濾波器在總體更安靜的環(huán)境中可以是期 望的，其中用戶希望或需要準確地聽見環(huán)境聲音，諸如以當在街上走時提供情景感知。在主 動透聽模式之間進行選擇可以通過使用用戶界面被完成，該界面諸如按鈕、開關或與該耳 機配對的智能電話上的應用程序。在一些示例中，用于選擇透聽模式的用戶界面是音量控 制，使得不同的透聽濾波器基于由用戶所選的音量設定而被選擇。
[0063] 透聽濾波器選擇還可以響應于環(huán)境噪聲頻譜或者水平是自動的。例如，如果環(huán)境 噪聲通常是安靜的或通常是寬頻譜的，可以選擇寬頻譜透聽濾波器，但如果環(huán)境噪聲在諸 如飛行器引擎或地鐵的呼嘯之類的特定頻率范圍處具有高信號內容，比起提供環(huán)境自然度 將要求的而言，該范圍可以被更多地消除。濾波器還可以被選擇以提供寬頻譜透聽，但在減 小的音量水平處提供。例如，設定T htlg= 0. 5將提供在寬頻率范圍上的6dB的插入損耗。 環(huán)境聲音用于自動選擇透聽濾波器的測量可以是頻譜或水平的時間平均測量，其可以被周 期性地或連續(xù)地更新?？商娲?，測量可以在用戶激活透聽模式的時間處即刻被做出，或者 立即在用戶做出選擇之前或之后的采樣時間的時間平均可以被使用。
[0064] 用于主動透聽濾波器的自動選擇的一個示例是工業(yè)聽力保護。具有反饋和前饋的 主動噪聲降低加上給出20dB衰減的被動衰減的耳機可以被用來在高至105dBA的噪聲水平 (即，其從105dBA減小20dB到85dBA)保護聽力（至可接受的標準），其覆蓋工業(yè)噪聲污染 的大部分。然而，在噪聲水平隨時間改變或隨地點改變的工業(yè)環(huán)境中，當相對安靜時（例 如，小于70dBA)，由于其阻礙了工人之間的通信，不希望全部20dB的衰減。多模式主動透 聽耳機可以作為動態(tài)噪聲降低聽力保護器工作。這樣的設備將監(jiān)聽在前饋麥克風處的環(huán) 境水平，并且如果水平小于70dBA，應用濾波器K ht至創(chuàng)建T htlg= OdB的前饋路徑。隨著噪 聲水平升高至高于70dBA，耳機檢測到此和通過Kht濾波器參數的多個集合（諸如從查找表 中）的步驟以逐漸減小插入增益。優(yōu)選地，耳機將具有許多可能的濾波器集合以應用，并且 環(huán)境水平的檢測以長時間常數被完成。可聽作用將是在圍繞用戶的實際噪聲水平從70到 105dBA的緩慢增長壓縮到從70到僅僅85dBA的感知的增長，同時繼續(xù)傳遞語音和噪聲的短 期動態(tài)。
[0065] 以上的附圖和描述考慮單個耳杯。通常，主動噪聲降低耳機具有兩個耳杯。在一 些示例中，對兩個耳杯應用相同的透聽濾波器，但在其它示例中，可以應用不同的濾波器， 或者透聽濾波器K ht可以被應用至僅僅一個耳杯，同時前饋消除濾波器K ff在其它耳杯中被 維持。這在多個示例中可以是有利的。如果耳機是用于與其它車輛或控制中心通信的駕駛 員的耳機，僅在一個耳杯中打開透聽可以允許駕駛員與不佩戴耳機的機組成員說話，同時 通過保持在其它耳杯中的噪聲消除活動而維持通信信號或警告的知覺。