CN103260101B - 噪声消除*** - Google Patents
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Abstract
一种耳机，包括一个具有扬声器的耳机主体以及一个突出部，该突出部从所述耳机主体的第一表面延伸出，以定位在使用者的耳道入口处。所述耳机主体包括在所述第一表面上的一个声音出口，以允许所述扬声器产生的声音离开耳机主体。所述突出部从所述耳机主体的第一表面延伸出，邻近于所述声音出口，并且所述突出部包含一个声音入口端，连接至一个用于检测进入耳道的声音的传声器。一种噪声消除***，包括噪声消除电路，用于施加一个频率依赖性的滤波特性以及施加一个增益至表示环境噪声的输入信号，所述频率依赖性的滤波特性和所述增益中的至少一个是自适应的。所述耳机还有一个环境噪声传声器以及一个连接至所述声音入口端的误差传声器。
Description
技术领域
本发明涉及一种噪声消除***，以及一种与该***一起使用的耳机。
背景技术
提供一种噪声消除***，用于供放声(sound-reproducing)装置——诸如耳机——使用是已知的。放声装置包括扬声器，用于从便携式音乐播放器、电话手持机(handset)等接收表示所希望的声音——诸如音乐或语音——的电信号。噪声消除***包括设置在放声装置上的传声器(microphone)，以产生表示环境噪声(ambient noise)的电信号。该环境噪声信号随后被施加至信号处理电路以产生噪声消除信号，该噪声消除信号被施加至所述扬声器。
信号处理电路的目的在于产生一个噪声消除信号，当被施加至扬声器时，该噪声消除信号产生一个与到达使用者的耳朵的环境声音幅度相等但相位相反的声音。如果这可以实现，则相消干扰将具有减少能够被使用者听到的噪声的效果。
为了实现该目的，例如从GB-2441835A中已知，信号处理电路需要对环境噪声信号施加频率选择性滤波，该频率选择性滤波需要考虑如下因素：噪声传声器的响应的频率依赖性(frequency-dependent)的幅度和相位特性；信号处理电路中的任何电放大的频率依赖性的幅度和相位特性；以及扬声器的响应的频率依赖性的幅度和相位特性。这些特性对于任意给定的单独耳机装置通常都是相对稳定的，虽然存在制造容差，但对于任意式样的耳机都可以确定这些特性。
不过，额外地，频率选择性滤波需要考虑另外两个因素，即：从周围环境进入使用者的耳朵的声路径的频率依赖性的幅度和相位特性；以及，从扬声器到使用者的耳朵的声路径的相位和频率响应。这些取决于耳机的泄露特性，即，耳机与佩戴者耳朵的联接处的泄露。
已知泄露路径的频率依赖性的特性可大幅变化，这取决于放声装置如何与使用者的耳朵相互作用。更具体而言，一个重要因素是泄露的区域，这影响了耳朵所感知的所有信号的幅度和相位。例如，在旨在佩戴于使用者的外耳内的耳机的情况中，频率依赖性的泄露特性将取决于使用者的耳朵的确切形状、以及耳机被推入耳朵中有多紧。
这造成难以实施充分表示频率依赖性的幅度和相位泄露特性的频率选择性滤波。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种耳机，以在使用中定位于使用者的耳甲(concha)中，其中所述耳机包括：
一个耳机主体，包含一个用于产生声音的扬声器；以及
一个突出部，从所述耳机主体的第一表面延伸出，以定位在使用者的耳道中或者耳道的入口处；
其中所述突出部包含一个声音入口端，该声音入口端连接至一个用于检测进入耳道的声音的传声器。
根据本发明的第二方面，提供了一种噪声消除***，包括：
噪声消除电路，用于施加一个频率依赖性的滤波特性以及施加一个增益至表示环境噪声的输入信号，以产生一个噪声消除信号，其中所述频率依赖性的滤波特性和所述增益中的至少一个是自适应的；以及
一个耳机，以在使用中定位于使用者的耳甲中，其中所述耳机包括：
一个耳机主体，包含一个用于产生声音的扬声器，其中所述扬声器连接至所述噪声消除电路以接收所述噪声消除信号；
一个环境噪声传声器，用于检测在所述耳机的区域中的环境噪声，以及用于将一个环境噪声信号作为输入供给至所述噪声消除电路；以及
一个突出部，从所述耳机主体的第一表面延伸出，以定位在使用者的耳道中；
其中所述突出部包含一个声音入口端，该声音入口端连接至一个误差传声器，以用于检测进入耳道的声音，并且用于产生一个误差信号，其中所述误差传声器连接至所述噪声消除电路，以及
其中所述噪声消除电路被配置为根据所述误差信号适配所述频率依赖性的滤波特性和所述增益中的至少一个。
根据本发明的第三方面，提供了一种耳机***，包括：
一个插孔(jack)，用于***至一个声源中；以及
至少一个根据第一方面的耳机。
根据本发明的第四方面，提供了一种放声***，包括声源以及根据第三方面的耳机***。
本发明具有的优势在于误差传声器可方便地检测进入使用者耳道的声音的环境噪声的量。
附图说明
为了更好地理解本发明，并且阐释如何实施本发明，现在将通过实施例方式参照附图来描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的一个方面的耳机的使用；
图2示出了用于供本发明的耳机使用的第一噪声消除***；
图3是一个立体图，示出了根据本发明的一个方面的耳机的形式；
图4是一个正视图，示出了图3的耳机；
图5是示出了图3的耳机的侧视图；以及
图6是示出了根据本发明的一个方面的耳机的替代形式的立体图。
具体实施方式
图1示出了一个放声***10，包括一个信号源12和一个耳机***14。信号源12可以是一个回放(playback)装置例如MP3播放器，或者是一个用于接收声音信号的装置例如移动电话手持机等。
耳机***14可包括一个***信号源12中的插孔16和一个信号处理单元18。尽管在图1中示出了一个分立的信号处理单元18，但是本发明同样适用于在信号源中或者甚至在耳机自身中进行信号处理的***。
在该实施例中，放声***10是一个立体声***，所以信号处理单元18包括与两个耳机连接的对应引线(lead)20、22，其中在图1中仅仅示出了一个耳机24，应理解，该对耳机中的另一个耳机是第一个的简单镜像。引线20、22中的每一个都可以由若干线(wire)构成，以允许沿着它们传送分立的信号，如下面更加详细所描述的。
耳机24的尺寸和形状允许它在使用者32外耳30的耳道28的入口处适配在耳甲26内。
耳机24包括一个突出的引导件34，该引导件34从耳机的前表面延伸，从而它可被定位在使用者耳道28的入口中或入口处。
图2示出了放声***10内的噪声消除***的总体形式。具体地，信号处理单元18从输入40上的信号源12接收一个期望的信号。这可能是例如表示用户希望听到的语音或音乐的信号。
期望的信号被施加到加法器42的第一输入，并且来自加法器42的输出经由引线20中的第一线44输出至耳机24中的扬声器46。
耳机24还包括至少一个传声器48，用于检测耳机附近的环境噪声。例如，传声器48可以定位在耳机24的后表面。来自传声器48的环境噪声信号可以沿着引线20中的第二线50传送至信号处理单元18。
环境噪声信号被传送至滤波器52，并且传送至增益单元54以产生噪声消除信号，该噪声消除信号被施加至加法器42的第二输入，从而它被添加到期望的信号，因为期望的信号被供应至扬声器46。
如果可以适当地控制信号处理单元18中的滤波器52和增益单元54所执行的信号处理，则将噪声消除信号施加至扬声器46的效果是产生一个将环境噪声抵消至至少某一程度的声音，从而可更加清晰地听见期望的声音。
如公知的，有效的噪声消除要求滤波器52和增益单元54的滤波特性应当很好地匹配至该***的其他特性。因而，滤波器52可具有的频率响应特性补偿了环境噪声传声器48或扬声器46的响应中的任何频率依赖性的变量。此外，滤波器52可具有的频率响应特性补偿环境噪声中的任何频率依赖性的变量，在耳机被佩戴时，所述环境噪声围绕着耳机到达使用者的耳朵。滤波器52的这些特性可以基于耳机24的知识来进行预设置，信号处理单元18与所述耳机24一起使用。
图2中示出的***是一个自适应前馈***，在该自适应前馈***中，环境噪声信号被传送通过固定滤波器52和可控增益单元54。在其他实施方案中，滤波器52可以是可控的并且增益单元52是固定的，而在另一些实施方案中，滤波器52和增益单元54都是可控的。
因而，耳机24还包括一个定位为邻近于扬声器46的误差传声器60，从而在使用时，该误差传声器60可检测存在于使用者耳道的入口处的声音。
由误差传声器60产生的信号沿着引线20中的第三线62传送至信号处理单元18中的控制块64。
如已知的，控制块64还可接收其他输入信号，例如来自输入40的输入信号和/或来自噪声传声器48的输入信号。控制块64基于其所接收的输入信号来适配由增益单元54所施加的增益，从而优化噪声消除。如前述提及的，在其他实施方案中，控制块64可替代地或者附加地适配滤波器52的特性。
更具体地，在理想情形中，由误差传声器60检测到的声音应当精确地对应于输入40上所接收的期望的声音，而没有来自环境噪声的任何成分。在由误差传声器60检测到的声音未精确地对应于输入40上所接收的期望的声音，或者存在来自环境噪声的成分时，可控制滤波器52和/或增益单元54从而减少这样的误差。
确定噪声消除***是否可以消除环境噪声的一个重要因素可被描述为耳机的泄漏。
当耳机24松弛地保持在使用者耳朵的耳甲26中时，存在相对高的泄漏。也就是说，耳机24提供了对到达使用者耳道28的环境声音的低声阻，并且提供了对从扬声器46到达外部的声音的低声阻。在这样的情形中，要求相对高程度的噪声消除，所以如果要实现有效的噪声消除，则在增益单元54中施加至由噪声传声器48所接收的环境噪声信号的增益值必须相对高。
当耳机24紧紧地保持在使用者耳道28的入口处时，它提供了对到达耳道的环境声音的高声阻，并且同样地提供了对从扬声器46到达周围环境的声音的高声阻，这就是所说的相对低的泄漏。在所述情形中，少量的到达耳朵的噪声需要清除，所以如果要实现可接受的噪声消除，则在增益单元54中施加至由噪声传声器48所接收的环境噪声信号的增益值必须相对低。
在示出的实施方案中，由增益单元54所施加的增益值是可调整的，所以有必要选择提供可接受程度的噪声消除的增益值，然而耳机被使用者使用。
同样真实的是，耳机24在使用者耳朵的耳甲26中所佩戴的方式将对声音泄漏路径的频率特性具有影响，环境声音通过该声音泄漏路径到达使用者的耳道28。因而，在本发明的其他实施方案中，基于由误差传声器60所产生的信号来适配滤波器52的频率特性。
图3、图4和图5示出了一种耳机形式，具有合适的误差传声器，用于检测存在于使用者耳道的入口处的声音。
具体地，图3、图4和图5示出了一个耳机24，具有壳体112形式的耳机主体，该耳机主体具有的尺寸和形状允许其被放置在使用者的外耳中，邻近于使用者耳道的入口。与壳体112连接的是引线20。壳体112可由硬性塑料材料或者任何其他合适的材料制成。
垫116围绕壳体112的第一端部区域安装。垫116可由比壳体112具有较低硬性(例如，较软)的材料制成，例如塑料或橡胶，并且垫116可被设计成可通过轻微伸展从壳体112移除，从而如果需要则可更换垫116。垫116用作垫圈，提供壳体112和使用者外耳之间的局部密封，并且允许舒适地佩戴耳机。
在其他实施方案中，所述壳体可具有单一结构。也就是说，壳体和垫可形成为单个主体。
壳体112具有一个或多个孔118，允许环境声音进入壳体，从而可通过传声器48(在图3、图4和图5中未示出)检测这些环境声音。所述孔118或每一孔118优选地定位为远离壳体的第一端部区域，从而当佩戴耳机时，这些孔118不被使用者的耳朵所堵塞。
扬声器46(在图3、图4和图5中未示出)被安装在壳体112内侧，且被定位和定向为使得它通过表面132上的声音出口120将声音引导出壳体，所述声音出口120被放置为抵靠在使用者耳朵上。声音出口120可包括：一个孔，在壳体112中；以及，垫116，由透声但防水的材料覆盖，例如网状物。
声音出口120被定位为使得，当耳机24被佩戴在预期位置处时，声音出口120邻近于使用者耳道的入口。
为了帮助确保耳机24被佩戴在预期位置中，突出的引导件34从壳体112邻近于声音出口120的表面延伸。为了舒适，使用者将自然地调整耳机的位置，使得引导件34位于耳道的入口处，这将自动地使声音出口120邻近于耳道的入口。
引导件34具有一个声音入口孔125，误差传声器60(在图3、图4和图5中未示出)被安装在声音入口孔125的后方或者被安装在壳体112的内侧的一个位置，使得误差传声器60可检测进入通过声音入口孔125的声音，或者可检测沿着适当设计的声音通道传送的声音。
因而，声音入口孔125的定位使得误差传声器60可检测使用者耳道的入口处的声音。
如上面所描述的，由误差传声器60所产生的信号在该实施方案中被用来在耳机24被佩戴于使用者耳朵中时，将信号处理单元18的增益适配至经过耳机24泄漏的声音的量。在图3、图4和图5中示出的实施方案中，由于耳机24的结构意味着泄漏值的范围被限制这一事实，所述适配更加容易，尽管在使用者的耳朵中如何佩戴耳机会有所不同。
因而，在耳机的表面132上设置有两个***134、136，所述***134、136在它们之间限定了一个声音通道138。所述***具有足够的刚性，使得即使耳机24被适度紧地压靠在使用者的耳朵上，声音通道138仍将足以允许环境声音一定程度地泄漏至使用者的耳道中。
这意味着，泄漏值的范围被限制，从而同样限制了一个必要的范围，信号处理单元18的增益需要在该必要的范围内进行适配。这使得更易于提供优化的增益量，从而改善了噪声消除效应。
同样地，对泄漏值的范围的限制意味着还限制了如下一个范围，信号处理单元18的频率特性需要在该范围内进行适配。在该示出的实施方案中，在没有对频率特性的任何适配的情况下，噪声消除效应是足够的。
图6示出了根据本发明的耳机24的一个替代实施方案。
图6中示出的耳机24具有一个壳体形式的耳机主体，该壳体具有第一端部区域152，该第一端部区域具有的尺寸和形状允许将其放置在使用者的外耳中，邻近于使用者耳道的入口。该壳体还具有第二端部区域154，具有一个孔156，引线20(在图6中未示出)可从该孔156中突出。该壳体的第一端部区域152可以由硬性塑料材料或任何其他合适的材料制成。
垫158绕壳体的第一端部区域152安装。垫158可由比壳体具有较低硬性(例如，较软)的材料制成，例如塑料或橡胶，并且垫158可被设计成通过轻微伸展能够从壳体移除，使得如果需要可更换垫。垫158用作垫圈，提供壳体和使用者外耳之间的局部密封，并且允许舒适地佩戴耳机。
在其他实施方案中，所述壳体可具有单一结构。也就是说，壳体的第一端部区域152和垫可形成为单个主体。
壳体的第一端部区域152具有一个或多个孔160，允许环境声音进入壳体，从而可通过传声器48(在图6中未示出)检测这些环境声音。所述孔160或每一孔160优选地定位在壳体的第一端部区域152的后侧上，从而当佩戴耳机时，这些孔160不被使用者的耳朵所堵塞。
扬声器46(在图6中未示出)被安装在壳体内侧，且被定位和定向为使得它通过壳体的第一端部区域152的前侧中的声音出口162将声音引导出壳体，所述声音出口162可包括：一个孔，在壳体中；以及，垫158，由透声但防水的材料覆盖，例如网状物。
声音出口162被定位为使得，当耳机24被佩戴在预期位置处时，声音出口162邻近于使用者耳道的入口。
为了帮助确保耳机24被佩戴在预期位置处，突出的引导件34从壳体邻近于声音出口162的第一端部区域152的前侧表面延伸，所述突出的引导件34是具有大致C形横截面的弯曲结构174。为了舒适，使用者将自然地调整耳机的位置，从而引导结构174位于耳道的入口处，这将自动地使声音出口162邻近于耳道的入口。
引导结构174具有一个声音入口孔176，误差传声器60(在图6中未示出)被安装在引导结构174中。替代地，通路可将声音入口孔176连接至误差传声器60，该误差传声器60然后可位于壳体的第一端部区域152内侧(或者在壳体中)。
因而，在误差传声器60的这些位置的任一个中，使用者耳道的入口处的声音可通过声音入口孔176进入，并且可被误差传声器60检测到。
如上面所描述的，由误差传声器60所产生的信号在该实施方案中被用来在耳机24被佩戴在使用者耳朵中时，将信号处理单元18的增益适配至经过耳机24泄漏的声音的量。在图6中示出的实施方案中，由于耳机24的结构意味着泄漏值的范围被限制这一事实，所述适配更加容易，尽管在使用者的耳朵中如何佩戴耳机会有所不同。
因而，在垫158中设置有三个通道178、180、182。所述垫158是足以顺应性的，从而可被大多数使用者舒适地佩戴，但是也具有足够的刚性，使得即使耳机24被适度紧地压靠在使用者的耳朵上，声音通道178、180、182仍将足以允许环境声音一定程度地泄漏进入使用者的耳道中。
如上面所描述的，这意味着，泄漏值的范围被限制，从而同样限制了一个必要的范围，信号处理单元18的增益需要在该必要的范围内进行适配。这使得更易于提供优化的增益量，从而改善了噪声消除效应。同样地，对泄漏值的范围的限制意味着还限制了如下一个范围，信号处理单元18的频率特性需要在该范围内进行适配。在该示出的实施方案中，在没有对频率特性的任何适配的情况下，噪声消除效应是足够的。
在本发明的某些实施方案中，传声器位于耳机中，从而能够检测进入耳机的佩戴者的耳道中的声音。在示出的实施方案中，由耳机所产生的信号被用作噪声消除***的输入。然而，在本发明的其他实施方案中，由传声器所产生的信号被用作其他控制***或电路的输入。
例如，由误差传声器60检测到的信号可被供应至响度限制器功能部件(loudnesslimiter function)，以确保到达使用者耳朵的音量未超过基于舒适或安全而指定的限度。如果由误差传声器检测到的信号超出该限度，则通过扬声器48播放的声音可被限制。
作为另一实施例，应理解，由误差传声器60检测到的信号可被用作一个对耳机24如何被佩戴在使用者耳朵中的指示符。在一个放声***中，表示期望声音的信号例如语音或音乐被传送通过信号均衡器(equaliser)，该信号均衡器能够将频率选择性增益(frequency selective gain)施加至信号。该均衡器将着力补偿收听者所使用的收听***的任何频率依赖性的属性。在收听***是耳机形式的情形中，收听***的频率依赖性的属性将取决于例如耳机压靠在使用者耳朵中的紧致程度。通常，放声***的设计者将不会知道耳机将会如何被佩戴，因此需要设置一个假定典型应用的均衡轮廓。在该情形中，由误差传声器检测到的信号可被用作经过耳机泄漏的环境噪声的量的测量，从而可被用作该收听***的频率依赖性的属性的测量，因为它们取决于耳机被压靠在耳朵中的方式。因而，由误差传声器检测到的信号可被用作均衡设备中的输入，并可用于控制频率选择性信号均衡。
应理解，在这些实施例的任一个中，误差传声器可位于任何方便的位置，以检测使用者耳道的入口中或入口处的声音。
还将明显的是，可在未使用噪声消除的***中提供响度限制器功能和与泄漏有关的自适应信号均衡，只要存在一个适当定位以检测使用者耳道的入口中或入口处的声音的传声器。
因而，所描述的耳机允许精确测量经过耳机泄漏进入使用者耳道的声音。
Claims (11)
1.一种耳机，在使用中定位于使用者的耳甲中，其中所述耳机包括：
一个耳机主体，包含一个用于产生声音的扬声器，其中所述耳机主体包括位于该耳机主体的第一表面上的一个声音出口，以允许所述扬声器产生的声音离开所述耳机主体；以及
一个突出部，从所述耳机主体的第一表面延伸出，邻近于所述声音出口，以定位在使用者的耳道中或者耳道的入口处；
其中所述突出部包含一个声音入口端，该声音入口端与所述声音出口端分立，该声音入口端被连接至一个用于检测进入耳道的环境声音的误差传声器，
其中用于检测进入耳道的声音的所述误差传声器位于所述突出部内。
2.根据权利要求1所述的耳机，包括设置在所述耳机主体的第一表面处的至少一个声音通道。
3.根据权利要求2所述的耳机，包括形成在所述耳机主体的第一表面上的多个***，并且在所述***之间限定所述至少一个声音通道。
4.根据前述权利要求任一项所述的耳机，包括一个环境噪声传声器，用于检测在所述耳机的区域中的环境噪声。
5.根据权利要求4所述的耳机，其中所述耳机主体包括一个声音入口孔，所述声音入口孔位于该耳机主体与所述第一表面分立的一个表面上，以及其中所述环境噪声传声器被定位以检测通过所述声音入口孔进入的声音。
6.一种噪声消除***，包括：
噪声消除电路，用于施加一个频率依赖性的滤波特性以及施加一个增益至表示环境噪声的输入信号，以产生一个噪声消除信号，其中所述频率依赖性的滤波特性和所述增益中的至少一个是自适应的；以及
一个根据权利要求1中所述的耳机，在使用中定位于使用者的耳甲中，所述耳机的扬声器连接至所述噪声消除电路以接收所述噪声消除信号；以及其中所述耳机还包括：
一个环境噪声传声器，用于检测在所述耳机的区域中的环境噪声，以及用于将一个环境噪声信号作为输入供给至所述噪声消除电路；以及
其中所述传声器连接至所述声音入口端，所述声音入口端包含在所述耳机的突出部中，且所述传声器适于产生一个误差信号，且所述传声器连接至所述噪声消除电路，以及
其中所述噪声消除电路被配置为根据所述误差信号来适配所述频率依赖性的滤波特性和所述增益中的至少一个，
其中用于检测进入耳道的声音的所述误差传声器位于所述突出部内。
7.根据权利要求6所述的噪声消除***，其中所述耳机包括设置在所述耳机主体的第一表面处的至少一个声音通道。
8.根据权利要求7所述的噪声消除***，包括形成在所述耳机主体的第一表面上的多个***，并且在所述***之间限定所述至少一个声音通道。
9.一种耳机***，包括：
一个插孔，用于***至一个声源中；以及
至少一个根据权利要求1至5中任一项所述的耳机。
10.根据权利要求9所述的耳机***，包括一对耳机，每一个都如根据权利要求1至5中任一项所述。
11.一种放声***，包括声源以及根据权利要求9或10所述的耳机***。
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