环境降噪控制系统的利记博彩app

专利名称：环境降噪控制系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及主要用于耳戴式的带有扬声器的设备(这些设备在下
文中筒称为"ESD")的环境降噪控制系统，这些耳戴式的带有扬声器 的设备如耳机和头戴式耳机。本发明对于那些用于与诸如个人音乐播 放器和蜂窝电话之类的便携电子设备一起使用的ESD具有特殊应用， 尽管该应用不是唯一的。
将在本发明的控制下减少的该环境噪声，是发生在戴着ESD的个 人的周围的噪声。该环境噪声由位于壳体之上(或之内)的构成了 ESD 的一部分的麦克风检测，被电学反相并滤波，并且馈入该ESD的扬声 器之中，以创建一个声学信号，在原理上，该声学信号的量值与环境 声学噪声基本相等，但在极性上与环境声学噪声基本相反。从而，在 环境声学噪声与通过扬声器产生的反相噪声之间发生破坏性的波干 涉，因此，如听者所感知到的，该环境噪声被减少了。
当前，某些ESD通过短导线和连接器被直接线连接到声源，例如 个人音乐播放器和蜂窝电话，而某些ESD使用例如"蓝牙，，格式的协 议通过无线链路耦接到这样的声源。本发明可以通过有线与无线耦接 方式来应用。
当前使用的有好几个种类或族群的ESD,既作为单独的单耳设备， 也可作为立体音响对，如下所述。
1. 耳内型(密封)，带有耳道密封凸缘(通常被称为"耳塞")。
2. 耳内型(未密封)，带有相对较松的到耳内的安装，以及随之产
生的围绕着该设备的声学泄漏路径。
3. 耳垫型，带有一泡沫垫，其平躺靠着耳廓(外耳皮瓣)。
4. 带有外部声学密封的"压耳型"耳上类型与(3)类似，但却围绕 边缘带有更厚的外围声学密封，以达成对某些从外部世界透入耳朵的 更高频声音的声学衰减。
5. 绕耳型其中较大的壳体被用于该设备，略大于耳廓自身，以 使得当位于头部的侧面的位置时， 一个围绕该壳体的边缘的较大的、 垫型的泡沫橡胶密封形成了环境与内部空腔之间充分的声学密封，其
中该内部空腔现存于耳朵和该设备外壳的内表面之间。
类型1和5均含有一种形式的声学密封，以^^为该佩戴者提供某种 程度的声音隔离，但人们发现这导致了多种不适。
比如，类型1的耳机，当长期容纳于耳道入口处时，会导致身体上 的不适。此外，它们的声音隔离属性，就其在降低其佩戴者对于他们 的实际环境的感知的方面，可能是很危险的。此外，因为耳道被有效 地密封，在飞行器中使用这样的设备可以导致耳朵"爆音"以及随着 机舱压力改变带来的不适。此外，如果该设备的壳体擦到一目标，例 如枕头或者布制品，就会经常产生非常响亮的(而且令人心烦意乱的) 机械传递摩擦的声音，而这声音会直接进入耳道之中。此外，如果该 佩戴者正在进食，则咀嚼噪声通过该乳突骨被传输入耳道，再次造成 了一个巨大的且令人不悦的声学信号。
类型5的设备也力图将佩戴者的耳朵与环境隔离，虽然它们的结 构是围绕着外耳形成一个小腔，以使得该耳道自身并不被直接隔离， 该耳道仍然被声学地连接到这个腔。围绕耳朵的该密封腔并不通风， 因此会迅速变得温热、潮湿且不适。此外，如果低频下左右频道信号 之间存在微小的不平衡，例如由于两个耳机设备没有被理想地对称地 加以放置，则非自然的左右相位差异的出现将会引入令人不悦的声学 效果，其中这种相位差异被描述为"相位的(phasey)"、"吮吸效 应"和"耳拦截"。
由声学密封的系统所提供的声音隔离是一个固定的功能它既不 能被改变，也不能被关掉。如果该佩戴者希望暂时地听到外部世界， 比如为了对话或者穿越道路，有必要从耳朵上去掉该ESD，以后再将 其放回原处。这一点在日常使用中是很大的缺陷，并且如果佩戴者连 续地摘下然后佩戴该设备，则可能导致潜在的危险情况。
本发明主要涉及设备类型(2)、 (3)和(4)的使用，其中在该设备自 身周围具有某些声学泄漏，将该佩戴者的耳朵连接到环境中。尽管这 通常会使得电子降噪更难于达到，但声学泄漏为该佩戴者带来了更加 舒服的听觉体验，而这是一个非常重要的因素。该设备的耳垫型的舒 适因素优于绕耳型，因为(a)其本身相对较轻；(b)其允许围绕耳朵 的自然气流和通风，从而避免了出汗和刺激；且(c)其不易受到与进食
和咀嚼行为有关的人为事件的影响。
带有相对较大的声学泄漏的ESD的另一个主要好处是，大多数人 的定向听觉能力依然完整无损，从而使佩戴者在安有该设备时仍然具 有空间听觉能力。从而，当不存在响亮的音乐或降噪的信号的情况下， 用户仍然可以以合理的自然的方式听到这个世界。这无疑是一种安全 情形，不像声学密封的系统那样将听者从实际环境隔离。
还有必须注意到，现有的用于ESD的环境降噪系统是基于两种完 全不同的原理之一，即"反馈"的方法，和"前馈"的方法。
反馈方法，例如在US 4,455, 675中所描述的，是基于后部封闭、 绕耳型的ESD。在耳朵和ESD的外壳的内侧之间形成的腔内， 一个微 型麦克风被直接放置在该ESD的扬声器前面，且其通过一个负反馈回 路(一个反相放大器)被反馈给该扬声器，以使其形成一个简单的伺服 系统，其中该扬声器不断地试图在该麦克风处创建零声压级。尽管这 个原理很筒单，在实践中有效地实施却相当困难，尤其是在耳垫型中。
前馈方法在例如US5，138， 664中被公开，且在

图1中以基本的形 式对其进行描述。它可以被用于上述所有不同形式的ESD。与反馈系 统不同的是， 一个麦克风IO被置于该ESD外壳11的外部，以检测要 进入或围绕该设备的噪声信号。被检测到的信号被预放大，并且在一 个适合的反相放大器12中被反相，且在13处#^加到驱动信号中，该 驱动信号通过緩冲器放大器14被提供给合成电路13,其中通过驱动 放大器15被馈入到该ESD的扬声器16中，从而创建了合成信号S， 该S包括(例如)佩戴者想要听到的音乐成分，以及降噪信号成分。 因而，在由该ESD的外壳11和18所示意性示出的外耳之间形成的腔 17之内，邻近该扬声器16的出口端口处，该合成信号S的降噪信号 成分与进入的环境噪声信号之间发生破坏性的波的减少。为此，合成 信号S的降噪成分必须具有基本与进入的噪声信号相等的量值，且极 性必须基本相反(即，反相，或相对该噪声信号作180°相移)。在 实践中，也有必要在信号反向阶段引入某些电子信号处理，以一个或 多个电子滤波器的形式，以便使抵消信号的幅度和相位与噪声信号的 幅度和相位尽可能接近地匹配，如英国专利申请No. GB0701483. 0所公 开的，该英国专利已被转让给本申请人，且在此处以援引的方式将其
全部内容纳入本文中。
该基本的环境降噪的前馈方法易于实施， 一个用于普通耳机的工 作系统能够借助于简单的电介体麦克风小盒和一对运算放大器，以较
低的成本组装而成，所述的一对运算放大器用于在与馈入ESD的扬声 器的音乐信号之类的音频驱动信号混合(如在13处)前将其模拟信号 放大并反相。这是通过可调整的增益装置(未示出)例如电位计来完成 的，以调整信号S的降噪成分的量值使之基本等于噪声信号的量值。 利用该方法可以达到某种程度的降噪效果，并且，尽管当前系统远未 达到完美，该前馈原理形成了多种市面上可买到的降噪耳机的基本原 理。然而，在这样的系统中，即便该降噪信号被最优化地调整并被平 衡，仍然存在着大量的残留噪声信号，且因此通常观察到大多数商业 系统仅仅宣称在低于大约lkHz工作；也即，所用带宽近似于反馈方法 的带宽，并提供相对适量的降噪量度。
一些现有的降噪耳机，允许用户关掉降噪功能，在这种情况下该 设备的扬声器连接从该内部降噪驱动放大器15的输出端断开，而直接 连到音频输入连接(示意性地在19示出)，使得如果电池耗尽，或者 为了保留电池能量，作为一种传统耳机来工作。
长期存在的降噪功效低下的情况，最近被一种更加有效率的前馈 降噪系统的发明改变，该前馈降噪系统基于使用时间上准确对准的信 号和相关的麦克风技术，该发明在英国专利申请No.GB 0601536. 6及 其相应国际专利申请No. PCT/GB2007/000120之中净皮加以描述并4皮要 求了专利保护，此二者均已转让给本申请人，且在此处以援引的方式 将它们全部内容纳入本文中。本系统提供了更大程度的降噪，与现有 技术相比，该系统在更高频率下(例如，在3. 5kHz的数量级)都是有 效率的。
发明人现已确定，根据该ESD被使用的环境，提供有效的环境降
噪在量度或程度上的自动变化具有可观的益处，因此，本发明旨在提 供降噪控制系统，其中所施加的环境降噪的程度可受一个或多个外部 事件控制；也即，在ESD的佩戴者控制之外的事件，从而允许实现多 种运行模式。
根据本发明，提供一种用于ESD的降噪控制系统，包括用于检测 前往ESD佩戴者的耳朵的环境噪声、用于形成指示了所述噪声的电信 号并且用于利用所述信号以降低该ESD佩戴者能听到的所述环境噪声 的量度的装置；以及用于为所述降噪设置多个预定的和不连续的等级 的控制装置；所述控制装置还包括用于自动响应在所述佩戴者的控制 之外的至少一个控制事件的响应装置，以将所述降噪的程度设置到所 述不连续的等级中的一个预选的等级。
优选地，该系统还包括以下这种装置，该装置用于对所述电信号 进行反相和滤波，并用于将所述^皮反相并被滤波的信号及时馈入所述 ESD中的一个扬声器装置，以使得所述扬声器装置在所述被检测到的 环境噪声到达其附近时，产生能够与该环境噪声进行破坏性干涉的声 音。
进一步优选地，该系统还包括与意为引起听者注意的声音相关的 更多电信号的一个源，以及用于将该更多电信号与该被反相并被滤波 的信号合并以创建一个应用到所述扬声器装置的复合信号的装置。
在本发明的一个优选实施例中，意为引起听者注意的声音包括音 乐。作为选择，或附加地，这些声音可以是语音或通过远程通信链路 接收到的其他声音。
对于控制事件的响应可以是即时的，延迟的或根据一个时间表例 如斜坡函数的。
在一些优选实施方案中，所述控制装置适用于分别控制所述被反 相的信号，以及所述与意为引起听者注意的声音相关的更多电信号。 在这样的情况下，尤其优选的是该控制装置包括一个数字信号处理器。
在一些实施方案中，更进一步优选地，提供多个用于与意为引起 听者注意的声音相关的各个电信号的信道，以供所述控制装置分别控 制所述信道中的至少第 一信道和第二信道中的所述信号。
本发明可以通过直接电连接和/或无线通信，接收用于引起听者注 意的外部信号。
在采用无线通信的地方，优选的是该类通信符合蓝牙协议。 本发明可以有益地与提供了虚拟3D音效的音频系统联合应用。 本发明还涵盖了那些含有前述任一发明系统的一个或多个部件的 个人音乐播放器或蜂窝电话设备。
因此，本发明为ESD用户提供了一种用于可变的、可控的环境降 噪的系统。它尤其适用于和在前述英国专利申请中所描述的并要求了 专利保护的高效率的时间对准系统一起使用，与当前可用的商业产品 的低于lkHz的限制不同的是，所述时间对准系统对于最高达3kHz甚 至更高的频率都是有效的。在本发明的各种优点中包括，相关联的ESD 型使用舒适(重量轻，并未刚性地夹到头上，而且提供一些通风)，且 有效的降噪的量度或程度可以是电子可控的；这两点特性对于意为与 移动电子设备一起使用的耳机来说是特别令人期望的。该降噪等级可 以以二进制的"开-关，，模式控制，或者可以在一个范围内的不同的预 定等级之间直接切换，或者可以根据一个时间表，例如斜坡函数，以 在"连续可变，，的基础上，平滑或离散递增地提供等级之间的调整。
这个连续可变的功能使得可以在环境降噪的不同等级之间作出平 滑淡入的转变，如将要描述的那样。例如，当环境降噪初始启动时， 可以使环境降噪在一个例如1秒的时间段内从其0。/。的降噪因子(RF)的 "闭值"淡入到其最大效果(RF-100。/。)；从而为听者提供了平滑地实现 的转变，不受可听到的滴答声和其他令人不悦的切换的人为事件的影 响。
对降噪等级的控制根据那些所选择的本身在听者的控制之外的事 件而进行，从而能够为增强的用户满意度和安全性实现不同的自动功 能。
除直接连接的ESD的应用之外，本发明还适用于电话应用，例如 无线电链接(蓝牙)ESD，其中呼入的来电可以用来触发一个预定的事件 序列，且该来电的停止可以为该用户恢复最初的听觉条件。
在实践中，可达到的有效降噪量度受到与ESD的放置等相关的物 理变量的限制，且随着运行范围内的频率而变化。为举例说明的目的， 在下述的实施例中将假设，使用了一种相对高效的环境降噪系统，该 系统在该ESD的佩戴者的耳鼓处提供20分贝的降噪，以及因此100% 的降噪因子相应于20分贝的降噪。
本发明可以用于反馈型和前馈型环境降噪，尽管其最适合前馈系 统，其中从环境到耳鼓具有固有的声学泄漏。为了说明清楚，本文中 的实施例涉及前馈方法。此外，为了附图的简易起见，示出了一个简
单的麦克风系统，但应该注意到优选为时间对准的、多麦克风的装置
(例如在前述英国专利申请No. GB 0601536. 6和国际专利申请No. PCT/GB2007/000120之中所描述并要求专利保护的类型)，因这在使 用中更为有效。
为使得本发明被清楚地理解并容易实施，其中将参考附图，仅以 举例方式描述某些实施方案，其中
图1以分块图的形式示出了 ，用于环境降噪的传统前馈电路装置； 图2a和2b分别示出了适于在根据本发明的实施例的系统中使用
的电子模拟开关和增益调整设备；
图3示出了用于根据本发明的第二实施方案的系统的电路装置； 图4示出了用于根据本发明的第三实施方案的系统的电路装置； 图5示出了用于根据本发明的第四实施方案的系统的电路装置； 图6示出了根据本发明的实施例的被配置为环境降噪限制系统的
系统的运行的说明性图表；
图7示出了根据本发明的实施例的被配置为实施依赖于音乐的环
境噪声控制的系统的运行的说明性图表；
图8示出了一个流程图，其解释了图7中的实施方案的运行；以
及
图9示出了根据本发明的实施例的被配置为对降噪信号、音乐信 号和通信信号进行电子控制的系统。
虽然下述实施例和附图涉及模拟电路实施方式，环境降噪信号处 理也可以替代地或附加地在数字域中被实现；本发明对于模拟和/或数 字处理途径可以同等地应用。
本发明的某些优选实施方案提供了具有可被一个或多个外部事件 控制的可变降噪程度的环境降噪系统。每个控制事件可以借助于几种 不同运行模式中的一个或多个来启动一个或多个控制了环境降噪的程 度的行为。这些控制事件、行为和运行模式的示例性实施例在下文列 出，接着对本发明所提供的多个实施方案和两种自动运行模式进行描 述。
控制事件的实施例
El.来电启动。来电呼叫触发了一个或多个行为，或一系列事件，
例如当该呼叫在进行中时则启动在其他情形下处于休眠的降噪，而当 该呼叫终止时再将该降噪关掉。
E2.时钟和计时器控制。本地电子时钟或计时器被用来在一规定时 间段内控制降噪等级。例如，在飞行器上行进的佩戴者可能希望安静 地睡眠直到一特定时间，然后将环境噪声恢复，以用作一种温和的唤 醒警报的方法。替代地，使用完全降噪的佩戴者可能希望将环境噪声 暂时恢复，例如10秒，以进行简短对话，此后再次恢复完全降噪。
E3.行为的检测。 一个行为检测传感器被用于检测佩戴者头部的运 动。当该佩戴者基本不动时，它就启动该降噪系统，这可能是佩戴者 睡着或听音乐的时候，但是当该佩戴者在移动或走来走去时，降噪系 统即被关闭以恢复环境声音。
E4.自动噪声模式。环境噪声信号被微处理器监控并与一阈值相比 较，以使得当用户周围的环境噪声超过该阈值时，降噪被启动。以合 适的方式来实现这一点，以使得该系统表现为"限制器"，或作为用 于真实世界噪声的自动增益控制(AGC),如下文所描述。
E5.自动音乐模式。进入的音频/音乐信号被微处理器所监控，并 且与阈值进行比较，以使得当音乐被播放时，或当其他音频信号存在 时，降噪被启动。当该音乐停止时，例如，在音乐片段之间，或因为 它被关闭或暂停，使该降噪关闭、削弱或淡出，为该佩戴者恢复环境 声音。
-f亍为的实施例
Al.开-关瞬间。降噪被瞬间地切换为开或关。 A2.开-关淡入。在一段预定的或选择的时间段内，降噪被平滑地 淡入到开或关。
A3.安全等级。该降噪等级被切换或淡入到一个为用户安全预设的 中间值，比如说-6dB，以使得该用户仍然能听到环境声音，虽然是在 降低的响度等级(对于-6dB是50%)，以保持对于警报以及诸如此类的 一些感知。
运行模式的实施例
Ml.触发器模式。 一个事件触发一个行为，且该事件的停止将恢复 最初条件。
M2.单稳态模式。 一个事件触发一个行为以执行一段预定时间。 M3.双稳态模式。 一个事件触发一个行为，而另一个事件恢复初始 条件。
M4.自动模式。不同的"自动"模式例如，自动噪声模式(E4) 和自动音乐模式(E5),如上所述。
图1,其已经被引用过，示出了前馈型环境降噪系统的基本部件 和结构的分块图表。在此实例中的ESD包括一个头戴式耳机，以及一 个麦克风IO(或者优选地为一个麦克风阵列)被置于头戴式耳机外壳 ll之上，以记录进入的环境噪声，并生成指示了所迷进入的环境噪声 的电信号，该电信号被馈入一个预放大器、滤波器和倒向级12，此后 该信号在13处与进入的意为引起听者注意的音频(例如音乐)相关的 信号(当这些信号在14处被适当地緩冲之后)求和，被求和的降噪和音 乐/音频信号被馈入驱动放大器15,该驱动放大器能够驱动耳机扬声 器驱动器传感器16。选择该整体系统的增益，以使得在耳鼓处的所得 到的音频降噪信号的幅度基本等于进入的耳鼓处的环境噪声信号的幅 度，从而保证了对环境噪声的最大化的破坏性降低。如前述的英国专 利申请所描述的，必须加倍小心以保证这两个信号在耳鼓处的相位匹 配，优选地通过设计 一个时间对准系统以及依靠适当的电子滤波。
为了改变并控制所执行的降噪的量度或程度，降噪信号的量值必 须从其最大值、优化值切换或减少到某些其他值，例如0。将可理解， 这可以在图1的电路中的几个点处来实现，且理想地是在信号求和之 前，在预放大器/倒向级12的输出端来实现。增益降低可以借助于固 态模拟开关20(图2a)，或者电子电位计25(图2b)来实现。
一种适当的模拟开关的实例是MAX325CPA(由Maxim制造)，它是 一种基于耦接的具有低R。n值(约33Q)的M0SFET器件的双刀双掷开关。 图2a示出了该器件的一半，其中数字控制信号A打开了终端P和Q之 间的连接，而数字控制信号B关闭了终端R和S之间的连接。适合的 电子电位计的实例包括了 AD8400系列(由Analog Devices制造)，还 有AD5207,其包括了 256步进双10kft电位计，带有串行的8位数字
输入。这些设备表现得像是模拟电位计，但却具有由8位数字控制字 所设定的"滑块"位置。
用于在不同等级的环境降噪之间切换的装置在图3中以分块形式 示出。在这种情况下，通过以所需的8位数字号码指定该电子电位计 26，可以以可变方式控制噪声信号的增益，通常以256个增量的增益 的可变方式控制。从而，如果要求将降噪信号从关状态(RF=0%;数字 的"0")启动到完全开的状态(RF^00。/。；数字的"256"),那么该电 位计在一个较短时间内，例如1或2秒内，被快速地指定了从0到256 的增量数，从而使环境降噪平滑地淡入最大效果。
对于听者来说，这比听到突然的转变要更加令人愉悦和舒服。
可以通过在其与噪声信号求和之前，将类似的、可控的、可变增 益的级28施加到音乐级上来以实现进一步程度的混合，如图4中所示。 这使得能够对降噪等级和音乐等级进行独立的双路控制，进而使得可 以借助图5的系统实施多种自动运行模式。
图5是图4的扩展，其中数字信号处理器(DSP) 30被纳入以监控 音乐输入和来自该麦克风的环境噪声信号，或两者中任一。该处理器 被导线连接到环境噪声增益控制级26'和音乐信号增益控制级28'的 控制总线，并且对该控制总线进行控制。从而提供了将两个信号中的 任意一个在0%到100%之间，或者在任何中间值之间独立地淡入的功 能，緩急应要求而定。
两种自动化模式的实施方案，已经简要地在上文引用为E4(自动 噪声模式)和E5(自动音乐模式)，将更进一步详述。
自动噪声模式(E4):
这种运行模式的目的是允许ESD的佩戴者听到所有低等级环境声 音，但却限制超高的声音。例如，如果佩戴者正在走过城镇，能听到 接近的汽车的声音、人们谈话的声音等等是比较有利的(也是比较安 全的)，但是，当路过一个非常嘈杂的建筑工地，或当高速列车通过 火车站时，非常理想的是将这些短暂发生的非常响亮的噪声降低到让
人感到舒服些的等级。
这一点可以通过使用在图5中示出的电路来实现，其中进入的环
境噪声信号被DSP30所监控，并与预定阔值相比较，以使得当在该用 户周围的环境噪声等级超过阈值时，启动降噪。以合适的方式来实现 这一点，以使得该系统对于真实世界的噪声表现为"限制器"，或者 自动增益控制(AGC)。如果本系统的最大降噪能力是，例如，降噪20dB， 且阈值等级被设置为60dB，图6示出了一位虚拟的城镇旅人在五分钟 时间内的路线中的示例性的 一 系列事件的时间过程，以描述本发明的 这个实施方案。
图6的最上方的图表示出了 5分钟的时间段内的以分贝为单位的 作为时间的函数的环境噪声等级，指示为60dB的阈值等级，以及四个 事件标记A、 B、 C和D。中央的图表，示出了降噪等级控制，并且表 示了由该DSP执行的环境降噪的量度，从0dB到最大20dB。图6的最 下方的图表，表示了在发生降噪之后所得到的被佩戴者感知的噪声等 级。该图表上有两条线虚线表示了当该系统被关闭时感知的噪声等 级，而实线表示了当该系统被开启时感知的噪声等级。
起初，环境噪声等级相当低，在55dB处，但在A点， 一辆噪声很 大的卡车停在佩戴者旁边，将环境噪声等级升到了 70dB。这超过了启 动阈值，因此DSP30调整降噪级的增益，以实现10dB的环境降噪，从 而将在佩戴者耳鼓处感知到的噪声等级降到60dB。在点B,卡车继续 行进，环境噪声恢复到最初的55dB，从而落入阚值之下，DSP30将降 噪再次关闭。在C点，该佩戴者走过了一个嘈杂的建筑工地，其产生 了 80dB的环境噪声等级，因此该DSP产生20dB降噪，导致由该听者 感知的噪声等级再次成为仅60dB。然而，该20dB是可用的降噪的最 大程度，因此在标记D之前环境噪声等级的进一步上升，将导致所感 知的噪声等级线性地增加，超过该60dB的目标。提及后者的目的在于
示出本系统的良好性质，因为超过最大降噪能力的超载并不会导致有 害的人为事件。
自动音乐模式(E5):
这种运行模式的目的在于当音乐播放时打开最大环境降噪，而当 音乐频道无声时将环境降噪关闭，以使得当音乐未播放时，该佩戴者可 以听到所有环境声音。
例如，如果ESD的佩戴者在嘈杂的地铁上行进，理想(以及更安 全)的是在音乐片段之间或是在无线电节目之间的无声暂停期间听到 所有的本地环境声音。此外，如果佩戴者希望下车并赶上另一趟车，
暂停该音乐片段将是有好处的，在那一刻环境降噪将被关闭，从而使 得佩戴者在进行换车时能正常地去听，且此后当音乐再次开启时，降 噪也自动启动到最大效果。
这与不得不分别同时开启和关闭音乐与降噪相比要简单，而且与 任由环境降噪不停地打开相比，这对该佩戴者更加安全。
本实施例在图7中示出，其示出了一个虚拟的地铁通勤者在五分 钟的时间段内的过程中的示例性的 一 系列事件的时间过程。
图7最上方的图表示出了 5分钟的时间段内的以任意数值(0到1) 为单位的作为时间的函数的音乐信号等级，指示为大约5%的最大值的 阔值等级，以及四个事件标记P、 Q、 R和S。中央的图表，示出了降 噪等级控制，并且表示了由该DSP实施的环境降噪的量度，从0dB到 最大20dB。然而，它仅仅在关闭(OdB)和开启(20dB)之间切换。图7 最下方的图表示出了在降噪发生之后由该佩戴者感知的合成的音乐和 环境噪声的信号。在该特定图表上有两条线 一条线表示了感知的噪 声等级，以示出当音乐正在播放时的环境降噪(以及当音乐未播放时 的无降噪)，而另一条线示出了音乐等级本身，以指示音乐片段间隔 (Q-R)以及音乐暂停(S)事件。
起初，到P点为止，该音乐被关闭，而该音乐信号位于阈值等级 之下，使环境降噪被关闭。从而，该佩戴者听到了周围环境噪声，在 大约75dB的等级。在P点，该佩戴者将音乐切换为开，该音乐超越了 该阈值等级，导致该降噪被打开，从而将在佩戴者耳鼓处感知的噪声 从75dB降到55dB。在Q点，第一音乐片段停止，而在下一音乐片段 开始之前有一个较短的间隔；该音乐信号降到低于阈值，导致降噪被 关闭，从而佩戴者在音乐片段之间正常地听到周围环境声音。在R点， 第二音乐片段开始，从而导致环境降噪再次被打开。
将可理解，如果没有降噪，音乐和噪声在佩戴者的耳鼓处将具有 相似的声压等级，使得几乎无法欣赏音乐。在S点，该用户希望离开 车厢，越过站台登上另一列车，因此该佩戴者暂停了音乐，导致该等 级降到阈值之下，从而导致该DSP关闭降噪，使该佩戴者能够正常地 听到周围环境声音，从而提供了安全的缺省条件。
图8示出了一个流程图，它指示了一组典型的控制功能，这些功 能被应用于自动音乐模式下的一个实施方案中。
图9示出了另一个实施方案，包括了对图4的系统的扩展，除了 环境降噪信道和音乐信道之外，添加了 一个带有可电学控制的增益级 41的第三音频信道35。该附加的第三信道35表示远程通信信道，适 用于电话，用于将声音信息从蜂窝电话或类似的电话装置传递到听者 的耳朵，该电话装置包括基于互联网的电话装置。这样的音频信息包 括警报装置，如铃声，以及话语通信。
本装置允许在下列设备上实现复杂的音频管理系统，例如，以被 网络连接到蜂窝电话的无线立体声耳机装置为形式的ESD，其中该蜂 窝电话也装有随身听(MP3)音乐播放器功能，如下所述。
1. ESD的佩戴者正在通过蓝牙耳机听音乐，且同时环境降噪打开。 步骤26、 28和41的不同的增益等级被分别设为降噪100%打开；音 乐100%打开，通信0%打开。
2. 来电被检测到，其导致下列的事件序列发生
(a) 该音乐等级在(例如)2秒时间段内从100%淡出到50%;
(b) 降噪等级在相同时间段内从100%淡出到50%;
(c) 通信信道在5秒的时间段内从0%淡入到50%。 这个序列温和地降低了音乐等级，并淡入到一个适中的环境噪声
量度，以到达佩戴者的耳朵，同时逐渐淡入警报响铃声。这与一个突 发的、足够响亮的警报相比不那么令人难受，并且使得佩戴者能够习 惯当前的环境，以便评估呼叫者的状态，并决定是接听还是查看该来 电。
3. 如果来电被接听，下列事件发生。
(a) 在(例如)2秒的时间段内，音乐等级从50%淡出到0%以下；
(b) 在同一时间段内降噪等级再次从50%淡入回到100%;
(c) 通信信道几乎瞬间地(0. 2s)淡入到整个。 这个序列降低音乐等级到0，为在对话中达到最优化的可分辨程
度，调用了全环境降噪和最大通信信号。
4.如果该来电被拒听，或者在来电通话的末尾，则初始的听觉条 件(上述的1)在2秒的时间段内被恢复。
这一序列事件允许了在多个音频信道之间的平滑、自动化过渡， 并且带来了令人愉悦的和舒适的用户体验。
关于本文中描述的所有实施方案，应能理解该控制系统的所有电 子部件可以被置于ESD的外壳内，或位于一个(直接地或无线地)连 接到ESD的分离的壳体或"荚(pod)"之中，或者分布在该ESD和该 荚之间，取决于设计选择和操作方便性等因数。
替代地，该电子处理，或与此处相关的一个或多个部件，可以被 集成到一个移动电子设备当中，例如手持式蜂窝电话或MP3个人音乐 播放器。
此外，本发明的任意实施方案可以与提供了虚拟3D音效的声音系 统联合应用。
尽管本发明已经参照某些特定实施方案作了描述，但这些实施方 案仅以举例的方式加以提供，以描述本发明的范围和优点，但本发明 的范围并不意为被任何此类实施方案的细节所限制。
权利要求
1. 一种用于耳戴式的带有扬声器的设备(“ESD”)的降噪控制系统，包括用于检测前往ESD佩戴者的耳朵的环境噪声、用于形成指示了所述噪声的电信号并且用于利用所述信号以降低该ESD佩戴者能听到的所述环境噪声的量度的装置；以及用于为所述降噪设置多个预定的和不连续的等级的控制装置；所述控制装置还包括用于自动响应在所述佩戴者的控制之外的至少一个控制事件的响应装置，以将所述降噪的程度设置到所述不连续的等级中的一个预选择的等级。
2. 根据权利要求1的系统，其中该系统还包括以下这种装置，该 装置用于对所述电信号进行反相和滤波，并用于将所述被反相并被滤 波的信号及时馈入所述ESD中的一个扬声器装置，以使得所述扬声器 装置在所述被检测到的环境噪声到达其附近时，产生能够与该环境噪 声进行破坏性干涉的声音。
3. 根据权利要求1或权利要求2的系统，还包括用于基本即时地 响应所述控制事件的装置。
4. 根据权利要求1或权利要求2的系统，还包括用于根据一个预 定时间表来响应所述控制事件的装置。
5. 根据权利要求4的系统，其中所述预定时间表符合斜坡函数。
6. 根据权利要求3至5中任意一项的系统，其中所述用于响应的 装置适用于在多个所述不连续的等级之间连续改变被影响的程度。
7. 根据权利要求2的系统，包括与意为引起佩戴者注意的声音相 关的更多电信号的一个源，以及用于将该更多电信号与该被反相并被 滤波的信号合并以创建一个应用到所述扬声器装置的复合信号的装 置。
8. 根据权利要求7的系统，其中该意为引起该佩戴者注意的声音 包括音乐。
9. 根据权利要求7或权利要求8的系统，其中该意为引起该佩戴 者注意的声音包括语音或通过远程通信链路接收到的其他声音。
10. 根据权利要求7至9中任意一项的系统，其中所述控制装置适 用于分别控制所述被反相和被滤波的信号以及所述与意为引起该佩戴 者注意的声音相关的更多电信号。
11. 根据权利要求7至10中任意一项的系统，包括多个用于与意 为引起该佩戴者注意的声音相关的各个电信号的信道，且其中所述控 制装置适用于分别控制在所述信道中的至少第一信道和第二信道中的 所述信号。
12. 根据权利要求IO或权利要求11的系统，其中所述控制装置包 括一个数字信号处理器。
13. 根据权利要求7至12中任意一项的系统，其适用于通过直接 电连接接收所述意为引起佩戴者注意的信号。
14. 根据权利要求7至12中任意一项的系统，其适用于通过无线 通信接收所述意为引起佩戴者注意的信号。
15. 根据权利要求14的系统，其中所述无线通信符合蓝牙协议。
16. 根据前述任一权利要求的系统，其适用于接收来自提供了虚拟 3D音效的音频系统的声学信号。
17. 根据前述任一权利要求的系统，其中被选择的控制事件是被检 测到的环境噪声等级的函数。
18. 根据权利要求7至15中任意一项的系统，其中所选择的控制事件是意为引起佩戴者注意的声音的函数。
19. 根据权利要求1至16中任何一项的系统，其中所选择的控制 事件是被检测到的该ESD的物理运动的变化的函数，该ESD的物理运 动表示了该佩戴者头部的运动。
20. —种个人音乐播放器，含有根据前述任一权利要求的系统的一 个或多个部件。
21. —种蜂窝电话，含有根据权利要求1至19中任何一项的系统 的一个或多个部件。
全文摘要
本发明提供了一种用于耳戴式的带有扬声器的设备(“ESD”)的降噪控制系统。该系统被配置为用于检测环境噪声，并形成可被利用以降低该ESD佩戴者能听到的所述环境噪声的量度的电信号。该系统设定多个预定的和不连续的降噪等级，并自动响应在所述佩戴者的控制之外的至少一个控制事件，以将所述降噪的程度设置到所述不连续的等级中的一个。通常，该系统对所述电信号进行反相和滤波，并将所述被反相并被滤波的信号及时馈入该ESD中的扬声器，以使得该扬声器产生能够破坏性地与该环境噪声干涉的声音。
文档编号H04R3/00GK101385385SQ200780005206
公开日2009年3月11日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年4月1日
发明者A·西贝鲍尔德 申请人:沃福森微电子股份有限公司