ES2281160T3 - Sistema de anulacion de ruido activo de ganancia variable con deteccion de ruido residual mejorada. - Google Patents

Abstract

UN SISTEMA ACTIVO DE CANCELACION DE RUIDO INCLUYE UNA SERIE DE CARACTERISTICAS PARA UNA CANCELACION MAS EFECTIVA, MAYOR FIABILIDAD Y MEJOR ESTABILIDAD. UNA CARACTERISTICA PARTICULAR ADAPTADA A SISTEMAS DE AURICULARES INCLUYE LA LOCALIZACION DE UN MICROFONO RESIDUAL DESVIADO RADIALMENTE DEL CENTRO DE UN GENERADOR DE SONIDO, PARA DETECTAR UNA SEÑAL MAS SIMILAR A LA QUE INCIDE SOBRE EL PABELLON AUDITIVO DEL USUARIO. ADEMAS, UN DISEÑO DE AURICULAR CON LA PARTE POSTERIOR ABIERTA INCLUYE PERFORACIONES EN LA PARTE LATERAL DEL AURICULAR, EN LUGAR DE HACERSE EN LA PARTE POSTERIOR, DE MODO QUE LAS PERFORACIONES SEAN MENOS SUSCEPTIBLES A UN BLOQUEO INADVERTIDO. EL SISTEMA INCLUYE IGUALMENTE UN MECANISMO PARA DETECTAR CAMBIOS EN LAS CARACTERISTICAS ACUSTICAS DEL AMBIENTE QUE PUEDEN SER CAUSADOS, POR EJEMPLO, POR PRESION EJERCIDA SOBRE LOS AURICULARES, Y QUE PODRIAN DESESTABILIZAR EL SISTEMA DE CANCELACION. EL SISTEMA RESPONDE AUTOMATICAMENTE A DICHOS CAMBIOS, POR EJEMPLO, REDUCIENDO LA GANANCIA O LA RESPUESTA DE FRECUENCIA DEL SISTEMA A FIN DE CONSERVAR LA ESTABILIDAD. EL SISTEMA INCLUYE ADEMAS OTROS PROCEDIMIENTOS PARA DETECTAR LA INESTABILIDAD INMINENTE, Y PARA COMPENSAR, POR EJEMPLO, PARA DETECTAR LA APARICION DE SEÑALES DENTRO DE FRECUENCIAS DE REFUERZO CARACTERISTICAS DEL INICIO DE LA ESTABILIDAD, Y AJUSTAR LA GANANCIA DE LA RESPUESTA DE FRECUENCIA DEL SISTEMA O SUPRIMIR LAS SEÑALES REFORZADAS. EL SISTEMA INCLUYE ADEMAS UN MECANISMO PARA CONSERVAR LA DURACION DE LAS BATERIAS DESCONECTANDO EL SISTEMA CUANDO LOS NIVELES SONOROS SON BAJOS, O AJUSTANDO LA ALIMENTACION DE POTENCIA AL SISTEMA DE MANERA QUE COINCIDA CON LOS REQUISITOS DE ALIMENTACION DEL SISTEMA EN ESE MOMENTO DADO.

Description

Sistema de anulación de ruido activo de ganancia variable con detección de ruido residual mejorada.

La presente invención se refiere a un auricular para un casco con auriculares de anulación de ruido activo de un tipo que no forma un aislamiento acústico entre el auricular y la cabeza del usuario, que comprende una carcasa, un accionador para producir antirruido y un micrófono, dispuesto de manera que se encuentra en el interior del conducto auditivo de un usuario, para producir una señal residual, y a un sistema de casco con auriculares de anulación de ruido activo de un tipo que no forma un aislamiento acústico entre el auricular y la cabeza del usuario, que comprende un auricular adaptado para sostenerse contra el oído de un usuario, un procesador, para generar las señales de accionamiento para el accionador según dicha señal residual, y unos medios para aumentar la respuesta de baja frecuencia del auricular.

De manera convencional, los cascos con auriculares pasivos y los protectores auditivos sobre los oídos comprenden una par de auriculares acoplados mediante una banda para la cabeza elástica. Una almohadilla de espuma anular adjunta a cada auricular forma una amortiguación entre la carcasa del auricular y la cabeza del usuario. La cinta para la cabeza elástica aprieta los auriculares contra la cabeza del usuario. El sonido ambiente se atenúa antes de alcanzar el oído de la persona que lo lleva por oclusión del sonido mediante los auriculares y absorción del sonido transmitido mediante materiales dentro de los auriculares. El grado de atenuación conseguido depende de la naturaleza del ruido ambiental y de las calidades y características del casco con auriculares individual o protectores auditivos.

En varias aplicaciones, sin embargo, la atenuación pasiva es insuficiente. Algunos ambientes son simplemente demasiado ruidosos para la comodidad o incluso para la seguridad con sólo protectores auditivos pasivos. En otros ambientes, la anulación de ruido externo es primordial, y no pueden lograrse resultados satisfactorios utilizando medios pasivos. Aunque la amplitud del ruido externo puede disminuirse significativamente, es casi imposible aislar completamente al usuario del ruido externo utilizando medios pasivos. Además, los protectores auditivos pasivos atenúan todo el sonido, sin tener en cuenta si el usuario necesita o quiere oír sonidos concretos.

Los sistemas de anulación de ruido activo eliminan el sonido no deseado utilizando interferencia destructiva. La anulación se consigue propagando antirruido idéntico a las ondas de sonido no deseadas, pero invertido, que interactúa con la forma de onda no deseada y da como resultado la anulación. Un casco con auriculares de anulación activo con retroalimentación comprende normalmente un generador de sonido en cada auricular para producir antirruido y un micrófono residual, ubicado asimismo en cada auricular, para proporcionar señales de retroalimentación a un controlador que genera la señales de antirruido apropiadas. Cada micrófono detecta el sonido no deseado dentro de cada auricular y proporciona las señales correspondientes al controlador. El controlador suministra señales de antirruido al generador de sonido que corresponden al sonido detectado en el auricular, pero invertido, con respecto a la forma de onda no deseada. Cuando el antirruido interactúa con el sonido dentro de cada auricular, la interferencia destructiva entre el ruido y el antirruido anula el sonido no deseado.

De manera ideal, el micrófono residual en los sistemas de retroalimentación percibe los mismos sonidos que el tímpano del oyente. Bajo esta consideración, es vital la proximidad efectiva al tímpano; la finalidad de los sistemas de anulación es reducir el sonido no deseado en el tímpano a cero, pero en realidad actúan sobre el sonido detectado por el micrófono. En consecuencia, es deseable que el micrófono se coloque lo suficientemente cerca del tímpano para detectar un campo de ruido razonablemente similar al percibido por el oyente. Sin embargo, el tímpano se ubica en una parte profunda del canal auditivo. Colocar un micrófono dentro del canal auditivo es generalmente poco práctico y muy incómodo para el usuario. Además, el ubicar el micrófono a una distancia considerable del generador de sonido causa: un desplazamiento de fase entre las señales residuales y de anulación y provoca inestabilidad. Como resultado, los sistemas de anulación activos aproximan de manera convencional el sonido percibido por el oyente ubicando el micrófono lo más cerca posible del canal auditivo sin llegar a penetrarlo realmente.

De manera convencional, el micrófono se coloca directamente entre el generador de sonido y el oído en alineación axial con el generador de sonido y de ahí el campo de antirruido, por ejemplo dispuesto en el centro de una rejilla que cubre el generador de sonido. Para cascos con auriculares que no formen un aislamiento acústico entre el auricular y la cabeza del usuario, el sonido de anulación detectado mediante un micrófono colocado en el centro de este tipo es considerablemente diferente del sonido de anulación percibido por el usuario. Debido a la proximidad del micrófono al generador de sonido y al centro del campo de antirruido, el sonido de anulación detectado por el micrófono se atenúa muy poco. A medida que el punto de medición se aleja del generador de sonido, el nivel del sonido detectado disminuye debido a la resistencia acústica relativamente baja del almohadillado de espuma entre la carcasa del auricular y la cabeza del usuario. Así, la incidencia del sonido de anulación sobre el tímpano del oyente es de una amplitud considerablemente menor que el sonido primario detectado por el micrófono. En consecuencia, la eficacia del sistema de anulación sufre porque el antirruido en el canal auditivo no es suficiente para anular las ondas de sonido.

Para mejorar las respuestas de baja frecuencia, algunos cascos con auriculares utilizan un diseño abierto en la parte posterior. Por ejemplo, en muchos diseños se realizan una serie de perforaciones en la parte posterior del casco con auriculares, permitiendo al aire entrar y salir de la cámara dispuesta detrás del generador de sonido para aumentar la respuesta de frecuencias más baja.

Ejemplos de auriculares para sistemas de anulación de ruido activos se dan a conocer en los documentos EP-A-0468610, EP-A-0237454 y US-A-5181252.

Un auricular según la presente invención se caracteriza porque el micrófono se dispone en relación al accionador de tal manera que, en el funcionamiento, el antirruido detectado por el micrófono se atenúa con respecto al antirruido que se hubiera detectado si el micrófono hubiera estado desprotegido en cualquier ubicación coaxial con el accionador entre el accionador y el canal auditivo del usuario.

Preferentemente, el micrófono se dispone descentrado con respecto al accionador.

Preferentemente, el micrófono se protege del antirruido producido por el accionador.

Preferentemente, el accionador es un altavoz que presenta un diafragma circular y el micrófono se sitúa radialmente desplazado del centro del diafragma.

Preferentemente, la carcasa comprende un reborde anterior para una disposición próxima al oído del usuario, una parte posterior y una parte transversal entre dicho reborde y partes posteriores que forman una cavidad interna, disponiéndose dicho accionador y dicho micrófono dentro de dicha cavidad interna de la carcasa, y por lo menos una abertura en dicha carcasa, que comunica con dicha cavidad interna, se dispone detrás de dicho accionador para mejorar la respuesta de baja frecuencia del auricular. Más preferentemente, dicha abertura o aberturas se disponen en dicha parte transversal de dicha carcasa. Aún más preferentemente, dicha parte transversal se adentra desde dicha parte de reborde anterior.

Un sistema de cascos con auriculares de anulación de ruido activo según la presente invención se caracteriza por unos medios para proporcionar una señal deseada seleccionada al oído del usuario mediante el accionador, unos medios para variar de manera selectiva la función de transferencia del sistema en respuesta a condiciones predeterminadas indicativas de inestabilidad potencial, unos medios para generar indicios de condiciones indicativas de necesidades de energía reducidas del sistema y disminución sensible del consumo de energía de determinadas partes del sistema y siendo el auricular un auricular según la presente invención.

A continuación se describirá una forma de realización de la presente invención a título de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 ilustra una forma de realización de un casco con auriculares que incorpora un sistema de anulación de ruido según la presente invención;

las figuras 2A-2B describen respectivamente vistas lateral en sección y frontal de uno de los auriculares del casco con auriculares de la figura 1; y

las figuras 3 y 3A son diagramas de bloque de sistemas de control para el casco con auriculares de la figura 1.

El término casco con auriculares tal como se utiliza en la presente memoria comprende pero no se limita a protectores del oído, auriculares; audífonos y cascos con auriculares telefónicos y cascos con auriculares. El término ruido tal como se utiliza en la presente memoria comprende tanto señales acústicas periódicas como no periódicas, incluyendo vibraciones en cuerpos sólidos y líquidos.

Según la figura 1 un casco 100 con auriculares de anulación de ruido comprende de manera adecuada un primer auricular 1 y un segundo auricular 2, acoplados mediante una banda 3 elástica para la cabeza. Los micrófonos externos 300a, b se montan en la parte exterior de los auriculares 1, 2, de forma adecuada bajo la banda 3 para la cabeza Los auriculares 1 y 2 encierran respectivamente unidades de generación de sonido y micrófonos internos (no representados), que se acoplan eléctricamente mediante los grupos respectivos de cables 4, 5 a un controlador 6. El controlador 6 puede estar conformado en una sola pieza con uno o más auriculares 1 y 2, por la banda 3 para la cabeza o, por otra parte, de uno o más de los otros componentes para formar un casco con auriculares unitario. Preferentemente, sin embargo, el controlador 6 constituye una unidad separada para facilitar el montaje, y, cuando se utilizan baterías como una fuente de energía, proporciona el espacio adecuado para alojar las baterías.

Los cables 4 y 5 se acoplan preferentemente de manera extraíble al controlador 6 a través de un conector 5a adecuado. Si se desea, el controlador 6 también puede conectarse, adecuadamente a través de un enchufe 56 hembra de audio convencional de 118 mch, a una fuente de sonido que desee hacerse pasar a través del casco 100 con auriculares y comunicarse con el usuario. Las fuentes de sonido de paso a título de ejemplo comprenden elementos tales como equipos de sonido de consumidor convencionales tales como radios, y reproductores de cinta o CD, y sistemas de intercomunicación u otros sistemas de comunicación.

Un controlador 6 separado facilita la incorporación del controlador 6 en otra pieza del equipo o aparato, como por ejemplo, en el reposabrazos o reposacabezas de un asiento de un avión (indicado de forma general en la figura 1 como 6a), en el lugar que se desee. El uso de una unidad de controlador separada comporta asimismo que la parte del sistema que el usuario lleva sobre la cabeza sea más ligera y más cómoda. Además, la parte extraíble del sistema es menos cara. En contextos en los que las unidades de cascos con auriculares se distribuyen en diferentes momentos a un gran número de usuarios diferentes para su utilización con un controlador instalado determinado, tal como en el uso con pasajeros de líneas aéreas, esto puede presentar una ventaja significativa. En el contexto del uso en una línea aérea, las señales de audio convencionales del avión serían la fuente de señales de paso al controlador 6.

El controlador 6 puede comprender un controlador virtual de tierra. Se describen ejemplos en el documento WO-A-93/03479. Un aspecto de un controlador 6 tal como se describe en la solicitud citada se adapta particularmente para anular tonos armónicamente relacionados en el ruido. En consecuencia, un controlador 6 de tierra virtual de este tipo emplea una entrada de señales de sincronización, derivada de manera adecuada de una fuente de señales de sincronización apropiada, como por ejemplo, de un circuito de bucle de enganche de fase alimentado con una señal desde un micrófono montado en el exterior de los auriculares.

El controlador 6 puede comprender de forma alternativa controladores más sofisticados, como por ejemplo, controladores de filtro X o controladores periódicos. Un controlador de filtro X adecuado se describe en la patente US nº 4.473.906, publicada el 25 de septiembre de 1984, de Warnaka, et al., y un controlador periódico adecuado se describe en la patente US nº 4.654.871, publicada el 31 de marzo de 1987, de Chaplin et al. Varios aspectos de la presente invención pueden aplicarse también a sistemas de control de ruidos predictivos.

Haciendo referencia a continuación a la figura 2A, cada auricular 1, 2 incluye de forma adecuada un generador de sonido 22, una carcasa que presenta una superficie 24 interna, adecuadamente cóncava, una rejilla 26, un micrófono 28 y una almohadilla 30. Adecuadamente, los auriculares 1 y 2 son sustancialmente idénticos; por lo que sólo se describe un auricular (1) en la presente memoria. La superficie 24 interna y la almohadilla 30 forman una cavidad interna dentro del auricular 1. La unidad de generación de sonido 22 se sitúa detrás de una perforación (orificio) formado en la superficie 24 interna, y la perforación se cubre con la rejilla 26. La rejilla 26 está adecuadamente constituida por plástico o metal y transmite normalmente ciertas propiedades acústicas al sistema de sonido para conseguir la respuesta acústica deseada, además de proporcionar una función de protección.

El generador de sonido 22 recibe una señal de activación que comprende una adecuada anulación del controlador 6 (y, si se desea, señales de entrada de paso) y las transforma en vibración mecánica. Estas vibraciones mecánicas generan ondas sonoras que se propagan a través de la rejilla 26 y a la cavidad interna del oído del usuario.

La almohadilla 30 de espuma se fija, adecuadamente de manera coaxial, al perímetro de la superficie 24 interna del auricular 1. La almohadilla 30 de espuma es preferentemente anular, aunque se contempla que la almohadilla 30 de espuma pueda diseñarse de otra manera, es decir, que pueda cubrir el generador de sonido 22 y la superficie 24 interna. La almohadilla 30 de espuma proporciona un acolchado entre el auricular 1 y la cabeza del usuario, y se sujeta suavemente entre la cabeza del usuario y el auricular 1. Típicamente, la naturaleza de la almohadilla 30 de espuma es tal que no proporciona un aislamiento acústico entre el auricular 1 y la cabeza del usuario o su oído. Varios aspectos de la presente invención, sin embargo son aplicables a los cascos con auriculares provistos de una almohadilla que sí forma un aislamiento acústico entre los cascos con auriculares y la cabeza del usuario.

Según un aspecto de la presente invención, el micrófono 28 puede colocarse en uno u otro lado de la rejilla 26 que está lo más próxima al generador de sonido 22 o que está lo más próxima al oído. Como se muestra en la figura 2A, el micrófono 28 está adecuadamente colocado desviado (radialmente, de manera adecuada) del centro de la rejilla 26, y, más particularmente, desviado del centro del generador de sonido 22. El micrófono 28 puede colocarse en cualquier dirección desde el centro del generador 22 de sonido. En la forma de realización preferida, sin embargo, el micrófono 28 está desviado del centro en la dirección correspondiente a la parte superior de la cabeza del usuario. Aunque el micrófono 28 puede disponerse también desviado en direcciones correspondientes a las partes inferior o laterales del auricular 1, la recepción puede bloquearse por el micrófono 28 que cubre el oído del usuario. La posición particular del micrófono 28 depende de varios parámetros acústicos, tales como la distancia del generador de sonido 22 desde el tímpano del usuario, el tamaño de la cavidad interna, las características de la rejilla 26 y otras propiedades que afectan a la propagación del sonido en la cavidad interna.

Atenuando de manera eficaz la anulación del ruido detectada por el micrófono 28, puede hacerse que el sistema anule el ruido recibido en el tímpano del usuario de manera más precisa. Tal atenuación puede realizarse disponiendo el micrófono 28 desviado del centro del generador de sonido 22. Como la disposición del micrófono 28 está desviada lateralmente del centro del generador de sonido 22, la amplitud del sonido de anulación (antirruido) detectado por el micrófono 28 disminuye en comparación con la amplitud del antirruido en una posición alineada con el centro del generador de sonido 22. Como el objetivo del sistema de anulación del ruido es minimizar el ruido no deseado percibido por el usuario, la posición más ventajosa del micrófono 28 es la posición en la que se aproxima más al sonido percibido por el usuario. Esta posición varía según el diseño particular de los cascos 100 para auriculares. La mejor posición puede determinarse por ensayo y error, o detectando las variaciones de la presión de sonido en la rejilla 26 para determinar la posición que muestra la respuesta de frecuencia más similar a la del tímpano. Situando el micrófono 28 en una posición adecuada desviada del centro de la rejilla 26, el sonido percibido por el usuario puede aproximarse sin los problemas asociados a la inserción de un micrófono en el conducto auditivo del usuario.

Alternativamente, la atenuación puede realizarse con el micrófono 28 colocado cerca del centro de la rejilla 26, pero protegido del generador de sonido 22. Por ejemplo, si el centro de la rejilla 26 es una placa continua sólida, el micrófono 28 puede montarse en el centro de la rejilla 26 si el centro de la placa protege de manera suficiente al micrófono 28 para simular de manera precisa el sonido percibido en el tímpano del usuario.

Haciendo referencia a continuación a la figura 2B, el auricular 1 que presenta una parte posterior abierta para ampliar la respuesta de baja frecuencia adecuadamente incluye una carcasa 259 externa, y una pared 257 interna separada de la carcasa 259 externa por una cavidad 286 de aire. El generador de sonido 22 se dispone con la pared 257 interna, y comprende un diafragma 250. La pared 257 forma una cámara 252 detrás del diafragma 250. La parte posterior de la cámara 252, es decir, la pared 257, incluye las perforaciones 254 para permitir que el aire entre en la cámara 252 y salga de la cámara 252 y entre en el espacio 256 formado entre la carcasa 259 externa y la parte posterior de la cámara 252 (pared 257). Las perforaciones 258 se forman en el lateral de la carcasa 259 externa, compensando la presión de aire entre la cámara 252, el espacio 256 entre la cámara 252 y el auricular 1, y el aire ambiental.

Alternativamente, la carcasa 259 externa puede ser sólida, y comprender un reborde anterior para su disposición próxima al oído del usuario, una parte posterior y una parte transversal entre el reborde y de las partes posteriores, se adentra radialmente desde el reborde. Pueden formarse aberturas a través de la carcasa 259 que comunican con la cavidad interna por detrás del diafragma 250 del generador de sonido para ampliar la respuesta de baja frecuencia del auricular. Como las aberturas abiertas en una pared transversal, que se adentran desde el reborde de la carcasa, son menos susceptibles de bloqueo.

La disposición de perforaciones 258 en el lateral del auricular 1 mejora la respuesta de baja frecuencia de los cascos con auriculares 100. Las perforaciones 258 se limitan preferentemente en número y tamaño para cerrarse acústicamente a frecuencias por encima de una predeterminada frecuencia de corte. En la forma de realización preferida, se proporcionan tres perforaciones de 2 milímetros cuadrados para proporcionar una frecuencia de corte de aproximadamente 1.000 Hz. Por lo tanto sólo las frecuencias por debajo de aproximadamente 1.000 Hz se mejoran.

Disponiendo las perforaciones 258 en el lateral del auricular 1, particularmente donde la pared lateral se adentra desde la periferia del auricular, se reduce la probabilidad de obstrucción de las perforaciones 258, mejorando la fiabilidad de la función de transferencia característica. Los laterales del auricular 1 son menos susceptibles de cubrirse inadvertidamente por las manos del usuario o por otra obstrucción. Sin embargo las perforaciones en el lateral del auricular 1 proporcionan una respuesta de baja frecuencia mejorada.

Haciendo referencia a continuación a la figura 3, se describirá el controlador 6 de la figura 1 de manera más completa. El controlador 6 comprende adecuadamente: un adecuado circuito de anulación 310, filtros 302 y 304, respectivamente, de paso de banda, un adecuado circuito de comparación 306, y un circuito de control 308 de ganancia adecuado. Una señal residual desde el micrófono 28 se aplica al circuito de anulación 310 en el controlador 6, que adecuadamente procesa la señal residual para desarrollar una señal de anulación. La señal de anulación representa la señal residual, pero invertida, y, si se desea, filtrada y modificada adecuadamente según una función de transferencia característica de las propiedades electromecánicas del sistema. La señal de anulación se proporciona entonces al generador de sonido 22 para que el antirruido resultante corresponda al sonido detectado por el micrófono 28, pero invertido respecto al sonido detectado.

Para garantizar una suficiente anulación, el controlador 6 proporciona una ganancia particular respecto a la amplitud de la señal. Si la ganancia del controlador 6 es demasiado baja, la señal de anulación es insuficiente y el ruido se anula de manera menos eficaz. A la inversa, si la ganancia es demasiado alta, un sistema de retroalimentación desestabiliza y cae en oscilaciones. De manera similar, la eficacia de un sistema de alimentación anticipada se deteriora si la ganancia es demasiado alta. Por lo tanto, la ganancia del controlador 6 se regula preferentemente de manera controlada, con el objetivo de proporcionar la ganancia más alta posible sin perder la estabilidad.

El controlador 6 emplea preferentemente circuitos 308 de control automáticos de ganancia para regular la ganancia del sistema de anulación de ruido. Un aspecto de la presente invención utiliza el efecto de mejora común a muchos sistemas de control de retroalimentación. En sistemas de tierra virtuales, por ejemplo, las frecuencias dentro de determinados ciertos intervalos de frecuencia de mejora se amplían inmediatamente antes de que el sistema se desestabilice. Generalmente, el efecto de mejora se da inicialmente entre dos intervalos, un intervalo de mejora de alta frecuencia y un intervalo de mejora de baja frecuencia. Por lo tanto, a medida que la ganancia se incrementa, las ondas sonoras en los intervalos de mejora alto y bajo (a los que se hace referencia como intervalos de frecuencia de mejora en adelante) se amplían en lugar de anularse. A medida que la ganancia aumenta adicionalmente, el sistema cae en la inestabilidad.

Los intervalos de frecuencia de mejora normalmente están bien definidos para un sistema, y el sistema se diseña adecuadamente para tener un intervalo particular de frecuencia de mejora fuera del ancho de banda de anulación. El sistema puede diseñarse también para que el grado de mejora sea proporcional a la ganancia. En la realización ejemplificada en la figura 3, un micrófono externo 300 se monta adecuadamente en la parte externa del auricular 1. El micrófono externo 300 proporciona una señal de salida que corresponde al campo de ruido detectado en el exterior del auricular 1. Las señales de salida de los micrófonos 28 y 300 se aplican al circuito 310 de anulación como señales de retroalimentación y de alimentación anticipada, respectivamente, y a través de los respectivos filtros 302, 304 de paso de banda, al circuito 306 de comparación. Los filtros 302, 304 de paso de banda presentan cada uno un paso de banda predeterminado, al menos parcialmente dentro del intervalo de frecuencia de mejora alta, preferentemente con una frecuencia de centro de manera adecuada aproximadamente en el centro, del intervalo de frecuencia de mejora. En la presente forma de realización, sólo se controla el intervalo de frecuencia de mejora alta, aunque también puede usarse como alternativa o de manera complementaria frecuencias de mejora bajas.

El circuito de comparación 306 incluye de manera adecuada un circuito divisor, que comprende un sistema de circuitos para dividir las señales de alta frecuencia de mejora filtradas internas y externas para determinar un indicativo de la proporción de sus amplitudes respectivas. El circuito 306 de comparación genera de manera adecuada una señal de salida que indica la desviación desde un valor umbral predeterminado. El valor umbral se fija adecuadamente ligeramente por encima del indicativo, es decir, valor de mejora valor de proporción, asociado con un funcionamiento adecuadamente estable del sistema. La salida del circuito de comparación 306 se proporciona entonces adecuadamente para el circuito de control de ganancia 308, que de manera adecuada ajusta la ganancia del circuito de anulación 310 de manera que se mantiene un determinado grado de mejora.

Mientras que el sistema de retroalimentación está estable, el grado de mejora de alta frecuencia creado por el sistema de retroalimentación se mantiene relativamente constante. En consecuencia, la proporción entre la señal externa no procesada y la señal interna procesada se mantiene esencialmente constante. Sin embargo cuando el sistema comienza a desestabilizarse, la mejora de las señales dentro del intervalo de mejora aumenta. Por lo tanto, aunque la señal procedente del micrófono externo 300 no resulta afectada, la señal procedente del micrófono interno 28 aumenta, aumentando por lo tanto la proporción de mejora. En la forma de realización preferida, el sistema de retroalimentación se diseña para que el grado de mejora, y por lo tanto la proporción de mejora, sea proporcional a la ganancia. A medida que el sistema se aproxima a la inestabilidad, la proporción de mejora excede el valor umbral, indicando que la inestabilidad es inminente. El circuito de comparación 306 genera una señal de salida adecuada proporcional al grado de mejora para el circuito 308 de control de ganancia para reducir o aumentar la ganancia del circuito 310 de anulación. A medida que se reduce la ganancia, el sistema retorna al funcionamiento estable, y la mejora de nuevo cae por debajo del valor umbral.

De manera similar las frecuencias de banda intermedia dentro de la banda de anulación que normalmente no están sometidas a la mejora pueden controlarse para una anulación excesiva. La mayoría de los sistemas de anulación se diseñan para proporcionar una determinada cantidad de anulación, por ejemplo 20 dB. Si el sistema supera este umbral, puede volverse inestable. De manera alternativa, para un sistema de alimentación anticipada, la anulación excesiva en realidad reduce la efectividad global del sistema al mejorar las señales en los intervalos de frecuencia de mejora. Por lo tanto, las señales internas y externas pueden controlarse para determinar el grado de anulación que está proporcionando el sistema. El sistema de circuitos de comparación determina si la señal de anulación es demasiado alta; si es así, la ganancia del sistema se reduce hasta que la señal de anulación está otra vez dentro de los parámetros adecuados.

Si se desea, un sistema de anulación de retroalimentación según la presente invención puede emplear de manera adicional un micrófono 300 en un sistema de alimentación anticipada que funciona conjuntamente con el sistema de retroalimentación para reducir la mejora de alta frecuencia causada por un sistema de retroalimentación de alta ganancia. Puede resultar deseable en varias aplicaciones emplear un auricular 1 con una parte posterior abierta para la respuesta máxima de baja frecuencia. El micrófono externo 300 se sitúa a una distancia adecuada predeterminada del generador de sonido 22. El sonido detectado por el micrófono 300 externo se transforma en señales eléctricas proporcionadas para el circuito de anulación 310. El circuito de anulación 310 genera entonces una señal de anulación basada en parte en la señal detectada externa, proporcionada al generador de sonido 22. Debido a que la velocidad de propagación de las ondas sonoras y la distancia entre el micrófono externo 300 y el generador de sonido 22 se conocen, el retardo de propagación de las ondas sonoras entre el micrófono externo 300 y el generador de sonido 22 pueden calcularse para facilitar la correcta relación de fase entre el ruido y el antirruido. Por lo tanto, el generador de sonido 22 genera ondas sonoras precisamente invertidas respecto a las ondas sonoras detectadas por el micrófono externo 300 que se propagan a lo largo de una línea entre el micrófono externo 300 y el generador de sonido 22.

Los sistemas de alimentación anticipada son generalmente muy sensibles a las variaciones de la función de transferencia característica del sistema, haciéndolos inadecuados para muchas aplicaciones en las que las propiedades acústicas del sistema de anulación están expuestas a variación. El sistema de alimentación anticipada de la realización dada a conocer, sin embargo actúa conjuntamente con el sistema de retroalimentación para mejorar el rendimiento del sistema y su estabilidad. El sistema de retroalimentación proporciona de manera efectiva la anulación en las frecuencias de banda intermedia del sistema de cancelación, pero a medida que se acerca a la inestabilidad, la amplitud de las señales en la región de mejora mejora. Si no se comprueba, las frecuencias mejoradas alcanzan la amplitud suficiente para desestabilizar el sistema. El sistema de alimentación anticipada, sin embargo, anula de manera efectiva las componentes de alta frecuencia del ruido incidente dentro del intervalo de mejora, mejorando por lo tanto la calidad global del sistema.

El sistema de alimentación anticipada puede asimismo incorporarse al circuito cerrado de retroalimentación para mejorar la anulación en la banda de anulación del sistema. Tal como muestra la figura 3A, las señales generadas por el micrófono externo 300 se mezclan con la señal residual generada por el micrófono interno 28 (como contraria a mezclarse con la señal de anulación generada por el circuito de anulación 310 y aplicada como un componente de la señal del activador aplicada al generador de sonido). Debido a que la señal de alimentación anticipada se mezcla con la señal residual en lugar de la señal de anulación, la señal de alimentación anticipada no está sujeta a anulación por la parte de retroalimentación del sistema de anulación. El sistema de alimentación anticipada se diseña para anular dentro de la banda de anulación, que se suma a la anulación proporcionada por el sistema de retroalimentación. Como resultado, la ganancia del sistema de retroalimentación puede reducirse hasta un nivel menos susceptible de inestabilidad.

Claims (8)

1. Auricular para un casco con auriculares de anulación de ruido activo, de un tipo que no forma un aislamiento acústico entre el auricular y la cabeza del usuario, que comprende una carcasa, un accionador (22) para producir antirruido y un micrófono (28), dispuesto de manera que se encuentra fuera del conducto auditivo de un usuario, para producir una señal residual, caracterizado porque el micrófono (28) se dispone en relación al accionador (22) de manera que, en funcionamiento, el antirruido detectado por el micrófono (28) se atenúa con respecto al antirruido que lo habría detectado si el micrófono (28) hubiera estado desprotegido en cualquier ubicación coaxial con el accionador (22) entre el accionador (22) y el conducto auditivo del usuario.

2. Auricular según la reivindicación 1, en el que el micrófono (28) se dispone descentrado respecto al accionador (22).

3. Auricular según la reivindicación 1, en el que el micrófono (28) se protege del antirruido que produce el accionador (22).

4. Auricular según la reivindicación 1 ó 2, en el que el accionador (22) es un altavoz que presenta un diafragma circular y el micrófono (28) se desplazado radialmente del centro del diafragma.

5. Auricular según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la carcasa comprende un reborde anterior para su disposición próxima al oído del usuario, una parte posterior y una parte transversal intermedia a dicho reborde y de las partes posteriores que forman una cavidad interna, disponiéndose dicho accionador (22) y dicho micrófono (28) en dicha cavidad interna de la carcasa, y por lo menos una abertura (258) en dicha carcasa, que comunica con dicha cavidad interna, se dispone detrás de dicho accionador (22) para mejorar la respuesta de baja frecuencia del auricular.

6. Auricular según la reivindicación 5, en el que dicha abertura o aberturas se disponen en dicha parte transversal de dicha carcasa.

7. Auricular según la reivindicación 6, en el que dicha parte transversal se inserta desde la parte de reborde anterior.

8. Sistema de cascos con auriculares de anulación de ruido activo de un tipo que no forma un aislamiento acústico entre el auricular y la cabeza del usuario, que comprende:

un auricular (1) adaptado para sostenerse contra el oído de un usuario;

un procesador (6), para generar las señales de accionamiento para el accionador (22) según dicha señal residual, y

unos medios (258) para mejorar la respuesta de baja frecuencia del auricular (1);

caracterizado por

unos medios (1700, 1702) para proporcionar una señal deseada seleccionada al oído del usuario mediante el accionador (28);

unos medios (414, 416, 847, 947, 1065, 1066) para variar de manera selectiva la función de transferencia del sistema en respuesta a condiciones predeterminadas indicativas de inestabilidad potencial;

unos medios (1300) para generar indicios de condiciones indicativas de necesidades de energía reducidas del sistema y disminuir de manera sensible el consumo de energía de determinadas partes del sistema; y

siendo el auricular (1) un auricular según la reivindicación 1.