使用复用麦克风信号以使能有源噪声消除的耳机的制作方法

本申请一般涉及音频耳机，并更具体地涉及具有复用麦克风信号的耳机。
背景技术：
：高端耳机和头戴耳麦有时配备有源噪声消除(ANC)。具有ANC的耳机典型地需要两个或更多个麦克风和复合电路或处理以创建合适的消除或补偿信号以反馈给听筒。这通常需要耳机或头戴耳麦内的电池电力，这很不方便。尝试在耳机或头戴耳麦外部做ANC处理一般涉及麦克风信号的数字化或音频插口(即，插头插座)的定制以添加附加非标准连接器，以便路由麦克风信号。然而，这增加了附加成本或针对不与现有设备后向兼容的特定音频插口的需要。附图说明作为示例，参考示出了本发明的示例实施例的附图，附图中：图1示出了具有ANC麦克风信号的模拟复用的耳机的一个实施例的简化电路图；图2示出了具有麦克风信号的模拟复用的头戴耳麦的一个实施例的简化电路图；图3示出了具有ANC麦克风信号的模拟复用的耳机的另一实施例的简化电路图；图4示出了具有ANC麦克风信号的模拟复用的耳机的另一实施例的简化电路图；图5示出了具有ANC麦克风信号的频域复用的头戴耳麦的一个实施例的简化电路图；图6示出了具有ANC麦克风信号的频域复用的头戴耳麦的另一实施 例的简化电路图；图7示出了具有音频插口的示例计算设备的简化框图；且图8示出了示例计算设备和音频头戴耳机的简化框图。在不同的附图中已经使用类似的附图标记来表示类似的组件。具体实施方式一方面，本公开中的一些实施例包括音频头戴耳麦，该音频头戴耳麦包括具有四个连接器的音频插头。音频插头包括与地连接的一个连接器，与左扬声器相连的一个连接器、与右扬声器相连的一个连接器，并且最后一个连接器专用于传送来自复用到单个连接器上的两个或更多个麦克风的信号。连接器位于与现有四连接器音频插座兼容的位置，以提供与两个扬声器、麦克风和现有音频头戴耳麦的地线连接的音频插座后向兼容。两个或更多个麦克风可以提供在与音频头戴耳麦连接的设备处的双声道记录能力，该音频头戴耳麦包括具有四个连接器的标准插座和/或针对音频头戴耳麦的两个扬声器的有源噪声消除(“ANC”)，假设每个扬声器与相应麦克风相邻。在一些实施例中，ANC处理可以在接受两个或更多个麦克风信号的连接设备处发生，并产生插入输出至扬声器的声音数据中的一个或更多个噪声消除信号。这样，ANC处理在设备处发生，而不是在音频头戴耳麦本身中发生，这通过避免对音频头戴耳麦处产生噪声消除信号的电路的需要而降低了音频头戴耳麦的成本。在一方面，本申请描述了使能有源噪声消除的耳机。耳机包括包含在左和右扬声器外壳中的左和右扬声器；左扬声器外壳中的至少一个麦克风和右扬声器外壳中的至少一个麦克风，每个麦克风产生相应麦克风信号；模拟复用器，用于将相应麦克风信号复用到组合信号中；以及多芯线，具有地线、与左扬声器耦合的左扬声器信号线、与右扬声器耦合的右扬声器信号线以及与模拟复用器耦合以接收组合信号的麦克风输出线，其中多芯线终止于音频插头中。这一方面，本申请描述了使能有源噪声消除的耳机，包括：至少两个麦克风，每个麦克风产生相应麦克风信号；模拟复用器，用于将相 应麦克风信号复用到组合信号中；以及多芯线，具有地线，分别与相应的那个扬声器耦合的至少两个扬声器信号线以及与模拟复用器耦合以接收组合信号的麦克风输出，其中多芯线终止于音频插头中。在另一方面，本申请描述了使能有源噪声消除的头戴耳麦，包括：包含在左和右扬声器外壳中的左和右扬声器；左扬声器外壳中的至少一个麦克风和右扬声器外壳中的至少一个麦克风以及第三麦克风，每个麦克风产生相应麦克风信号；模拟复用器，用于将相应麦克风信号复用到组合信号中；以及多芯线，具有地线、与左扬声器耦合的左扬声器信号线、与右扬声器耦合的右扬声器信号线以及与模拟复用器耦合以接收组合信号的麦克风输出线，其中多芯线终止于音频插头中。在又一方面，本申请描述了存储计算机可执行程序指令的非瞬时计算机可读介质，所述计算机可执行程序指令在被执行时将处理器配置为执行所描述的方法。本领域普通技术人员将通过结合附图阅读以下示例的描述，来理解本申请的其他方面和特征。在本申请中，术语“和/或”旨在覆盖列出元素的所有可能组合和子组合，包括列出元素的单独的任意一个、任意子组合或所有元素，而不是必须排除附加元素。在本申请中，短语“…或…中的至少一个”旨在覆盖列出元素的任意一个或多个，包括列出元素的单独的任意一个、任意子组合或所有元素，而不是必须排除任何附加元素，且不是必须要求所有元素。以下描述可以参照耳机或头戴耳麦。耳机通常被理解为安装至头带的一对扬声器，每一个用于左耳和右耳之一。在一些情况下，耳机可能不具有头带，例如使用耳塞类型的耳机。头戴耳麦通常被理解为具有接收来自用户的音频输入的至少一个麦克风的耳机。例如，头戴耳麦可以用于在线游戏、电话呼叫、录音室或其他这种情况。本申请不旨在限于耳机或头戴耳麦。有时，术语“耳机”或“头戴耳麦”可以在本文中互换使用。将理解，在某种程度上，以下任意详细实施例描述具有合适的修改的耳机，那些实施例可以用头戴耳麦实现，并且反之亦然。以下描述还提到音频插口，音频插口旨在意味着音频插头插座， 其中插头和插座分别具有当插口插入插座中以将插头上的连接器与插座中的连接器对齐时，旨在传递音频信号的相应连接器。本文中可以互换地使用术语“插头插座”和“插口”。耳机和头戴耳麦有时配备噪声减小技术。可以使用无源或有源方法来实现噪声减小技术。无源方法具有仅使用机械装置并由此不需要电源的优点，但通常具有更大和更笨重的设计以包括声学吸收或反射材料的缺点。有源方法通过测量周围噪声电平并产生被发送至耳机或听筒以显著衰减耳朵处的噪声电平的合适的抗噪声信号，来提供有源噪声补偿(ANC)。使用ANC的优点是在宽度1-3kHz的频带中范围5-25dB的衰减。一种常用的ANC的应用是飞行期间的噪声抑制，原因在于高噪声电平和对于良好音频体验的需要，例如当使用机上娱乐系统时。通过使用配备有ANC的耳机，可以减小与机上座舱体验相关联的疲劳。为了提供ANC，在耳机或头戴耳麦中需要至少两个麦克风，麦克风与用户的每个耳朵相邻，原因在于噪声电平随距离和时间变化。ANC通常是前馈或后馈噪声抑制，尽管在一些更昂贵的解决方案中可以在采用前馈和后馈噪声抑制的双系统中使用四个麦克风。前馈系统通过测量听筒外侧的噪声并预测听筒内侧的噪声电平来测量噪声，使用从听筒的外侧到内侧的声学传递函数的估计来工作。后馈系统直接在耳机内侧测量声压级别并将其与所需声压级别进行比较。由于处理中的延迟，后馈系统可能经受噪声抑制系统的较低带宽，但是具有不需要听筒内侧和外侧之间的精确确定的传递函数的优点。在一些实施例中，还可以针对双声道记录使用噪声消除麦克风并由此使能提供更真实的声音环境的双声道电话呼叫。双声道记录支持非常真实的回放体验，原因在于声音在每个耳朵处正确记录并由此支持真正的回放。现有的耳机ANC系统由于在标准3.5毫米的音频插口上的有限的(四个)数量的端子而使控制电路位于耳机内部。ANC电路还需要电力，这意味着耳机将需要单次使用或可充电的电池，这是不方便的。总之，附加电路单元对耳机增加了显著的成本和重量，由此限制了使用该解决方案的消费者空间。由于需要对ANC过程供电，耳机可能定期需要新电 池或定期需要对它的电池充电。已经做出了一些提议以在分离的设备中执行ANC处理，例如包含处理器的手持设备。不幸的是，现有3和4端子音频插口不能经由耳机或头戴耳麦电缆向分离的设备提供ANC麦克风信号。一种选择是引入具有5、6或更多端子的新音频插口，以将ANC麦克风信号路由至分离设备。这产生了后向兼容问题，并基于添加至音频插口的机械端子数量(和电缆的线路)而限制ANC麦克风数量。另一种选择是耳机或头戴耳麦中ANC麦克风信号的全数字化，其可以然后例如使用无线技术或经由耳机电缆中继至分离设备。这些解决方案可能成本很高，可能仍需要耳机或头戴耳麦中的电源(例如电池)，可能引入地弹(groundbounce)问题由此影响回放音频质量，并可能无法与现有3或4端子音频插座后向兼容。根据本申请的一方面，多个ANC麦克风信号被模拟复用至组合模拟信号中，在耳机电缆中仅需要一根线。模拟复用的使用避免了混合数字和模拟解决方案的潜在地弹问题，并可以用非常节约成本的电路来实现，而不需要耳机或头戴耳麦中的本地电源(即电池)。可以使用现有4端子音频插口实现这种布置，由此使耳机或头戴耳麦与现有音频插座后向兼容。现在参考图1，图1示出了耳机10的一个示例集合的简化电路图。耳机10包括左扬声器12和右扬声器14。左扬声器12接收左扬声器信号24并且右扬声器14接收右扬声器信号26。耳机10还包括用于ANC的至少两个麦克风：左麦克风16和右麦克风18。左麦克风16和右麦克风18可以是前馈或后馈。耳机10还包括模拟复用器20，用于将来自左麦克风16和右麦克风18的信号组合到组合的麦克输出信号28中。模拟复用器20使用时域复用或频域复用。在使用频域复用的实施例中，一些实施例可以使用幅度调制并且一些可以使用频率调制。在一些实施例中，模拟复用器20在100-700kHz之间的复用频率上(无论时间复用或频率复用)工作以保持与当前滤波器组件兼容。实现模拟复用器20以确保与复用器相关联的电流消耗是平稳电流或周期改变，并且周期性超过人的听觉范围之外。耳机10具有四条输入/输出线路：组合的麦克输出信号28、左扬声器信号24、右扬声器信号26和地连接22。因此，可以使用传统4芯线和4端子连接器来实现耳机20。麦克输出信号28向与耳机20连接的手持设备或其他计算设备供应检测到的周围噪声信号，耳机20然后执行ANC的计算和处理。然后经由左扬声器信号24和右扬声器信号26向耳机10提供合适的噪声消除信号。将理解，尽管在该示例中示出了两个麦克风(左麦克风16和右麦克风18)，但其他实施例可以配备更多的麦克风而不需要音频插头中的附加连接器，原因在于全部麦克风信号模拟复用至单个麦克风输出线上。每个扬声器12和14可以包括包耳(over-ear)扬声器、压耳(on-ear)扬声器和入耳(in-ear)扬声器中的一个或多个。在一些实施方式中，扬声器12、14可以包括不同的扬声器组件或单个扬声器设备；例如，扬声器12、14可以分别包括不同的扬声器设备，包括但不限于高音喇叭和低音喇叭。现在参考图2，图2示出了示例头戴耳麦50的简化示图。头戴耳麦50包括接收左扬声器信号24的左扬声器12和接收右扬声器信号26和右扬声器14，并包括左麦克风16和右麦克风18以及模拟复用器20。在一些实施例中，可以包括附加麦克风。在该示例中，头戴耳麦50还包括一个或更多个输入设备30，32，34，36，以控制一个或更多个设置或功能。示例包括第一扬声器12和第二扬声器14的音量、左麦克风16和右麦克风18的静音、对讲功能或其他这种操作。具体地，一个或多个输入设备30、32、34、36可以用于在头戴耳麦50与其配接的设备处控制扬声器12，14的音量、使麦克风18静默、发起对讲(PTT)功能和/或控制音频文件播放等。在一些实施方式中，输入设备30，32，34，36可以通过开关实现并且可以具有相关联的电阻器38和40，并且可以直接与麦克输出信号线28连接。例如，例如在机上回放模式和/或音频设备等中，输入设备30被配置为将左麦克风16和右麦克风18中的一个或更多个与地线22短接。通常，可以通过连接的音频设备检测输入设备30，32，34，36的促动，例如通过检测音频头戴耳麦50内的阻抗变化的音频设备，并且然后 音频设备可以相应的响应。例如，如图2中所示，音频头戴耳麦50包括电阻器38，40，其当输入设备32，34之一被促动时，导致麦克风16，18的麦克输出信号线28上的阻抗改变。然而，在一些其他实施例中，头戴耳麦50可以适用于包括当促动输入设备30，32，34，36的一个或更多个时产生脉冲或音调的音调或测试脉冲生成组件，音调传送至配接的音频设备以控制音频设备的音频功能。在一些实施方式中，这种测试脉冲或音调可以在人类的听觉范围以外，并因此人类听不见。如所示，输入设备30，32，34，36的每一个可以是相应的可促动开关，然而其他类型的输入设备在相应实施方式的范围内。在其他实施方式中，头戴耳麦50还可以包括与输入设备30，32，34，36类似或不同的附加输入设备。在另一附加实施方式中，头戴耳麦50还可以包括一个或更多个指示器输出设备，包括但不限于一个或更多个显示器、LED(发光二极管)和/或其他类型的指示器输出设备。如上所述，输入设备30，32，34，36在该示例中分别是在底座等上安装的可促动开关，其可以实现为按钮、下按按钮、滑动开关等。在该示例实施例中，输入设备32包括音量增加下按按钮、输入设备34包括音量减小下按按钮、输入设备30包括飞行/静音开关，并且输入设备36包括对讲按钮。此外，尽管头戴耳麦50包括4个输入设备30，32，34，36，在其他实施方式中，头戴耳麦50可以包括少于4个输入设备和多于4个输入设备。在一个示例中，可以针对座舱内飞行应用使用滑动开关(如所示)或锁定开关来实现飞行/静音切换；换言之，这种滑动开关提供了当前四连接器音频插头与三连接器音频插座的后向兼容性，其中连接器28，24的短路可以提供稳定的地连接。还理解，头戴耳麦50包括将麦克风16，18和扬声器12，14与头戴耳麦50的其他组件连接的音频电缆，以及将音频插头与头戴耳麦50的其他组件连接的音频电缆。虽然未示出，头戴耳麦50可以包括EMI(电磁干扰)滤波组件，包括但不限于电容器、电感器、铁氧体磁珠、电阻器等。在一些实施方式中，麦克风16，18和扬声器12，14可以共享音频电缆内的相同地22，而在其他实施方式中，可以针对每个麦克风16，18和每个扬声器12，14使用分离的相应地线，电缆内的每个分离的相应地 线与音频插口连接和/或在音频插口处融合。如图2中所示，在该示例中头戴耳麦50可以包括与麦克输出信号线28连接的存储器42。存储器42可以存储左麦克风16和左扬声器12之间以及右麦克风18和右扬声器14之间的相应的声学传递函数44。更一般地，当存在时，存储器42可以经由音频插口的一个或更多个连接器22，24，26，28访问，使得可以经由音频插口从外部设备访问存储器42处存储的相应声学传递函数44。例如，可以经由麦克输出信号28的连接器端口访问所示的存储器42，尽管在其他实施方式中，可以经由另一连接器访问存储器42。此外，与头戴耳麦50连接的设备可以基于从麦克风16，18接收的音频数据来确定声学传递函数，并例如经由连接器28将确定的声学传递函数44上载到存储器42中。通常，存储器42包括闪存、非易失性存储器、非瞬时性存储器、存储单元和/或存储模块中的一个或更多个，并且可以永久的存储声学传递函数44。例如，当头戴耳麦50与新设备配对时，新设备可以读取声学传递函数44并相应处理从头戴耳麦50接收到的声音数据和麦克风数据，和/或更新声学传递函数44。现在参考图3，图3示出了耳机100的一个示例时间复用的实施例的简化电路图。耳机100配备左扬声器12、右扬声器14、左麦克风16和右麦克风18。在该实施例中，通过开关120实现模拟复用器。开关120备选地将左麦克风16和右麦克风18与地22连接，由此经由麦克输出信号28线上的麦克风16和18对信号输出进行时间复用。开关120可以使用例如NMOS器件来实现开关120，NMOS器件用于在切换信号的控制下将左麦克风16或右麦克风14与地22连接。在另一实施例中，可以在麦克输出信号28端子和麦克风16和18之间实现开关120。这种开关120将是“上拉”开关而不是示出的“下拉”开关，并且可以使用例如PMOS器件来实现。在一些实施例中，可以使用双栅极晶体管(例如，PMOS双栅极器件)来实现开关120，一个栅极附接至驻极体膜并且一个栅极用于开关动作，即开关、放大器和麦克风组合到单个器件中。典型麦克风(例如驻极体麦克风)的频率响应由于高阻抗结型场 效应晶体管(JFET)的快速频率响应而非常高，意味着开关120能够相当快速的在两个麦克风16和18之间切换，而不必要地遇到稳定时间和瞬态的问题。切换速度的主要限制来源于可以用于EMI滤波的外部组件和麦克风电缆自身的电容。现在参照图4，图4示出了其中开关信号112控制开关120的耳机110的一个示例实施例。开关信号112可以通过扬声器连接之一(例如接收左扬声器信号24的左扬声器连接)来供给耳机110。开关信号112可以处于显著高的频率，其不影响音频质量并且收听者不易察觉。例如，开关时钟信号可以处于192kHz或其的多倍。时钟提取电路114(例如，高通滤波器、延迟锁定环路(DLL)或锁相环(PLL))可以用于对到来的左扬声器信号24进行滤波，以提取开关信号112。时钟提取电路114可以通过与地线22和麦克输出信号线28的连接(即麦克偏置线)来供电。典型地，开关频率将是所需信号的所需带宽的至少两倍。在实际应用中，开关频率可以在频率范围100-800kHz中以降低损耗并减小EMI问题。可以注意，如果最终输出采样率为48kHz，192kHz的切换信号将允许采用来自左扬声器的两个采样和来自右扬声器的两个采样，即这将代表过采样系统。类似地，如果使用4麦克风信道并且输出采样率为48kHz(这是电信应用中的标准采样率)，该配置允许确切的每信道一个采样。如果在左信道信号24上不存在时钟信号，开关120可以默认为已知位置，例如总是打开左麦克风以确保与较旧系统的后向兼容。还可以初始地选择该位置并默认直至已经在线24上检测到可靠时钟信号。将理解，可以经由左扬声器信号24或右扬声器信号26供应开关信号112。在一些实施例中，可以使用麦克风偏置本身(麦克输出信号28)来发送时钟信号，例如通过周期地改变麦克风偏置电压，使得电压调制选择麦克风，而麦克风本身对电流消耗进行调制。当实现麦克风切换时，确保在开关操作(先断后合)之间不存在重叠可以是有利的，以避免信号之间的干扰，尽管还可以允许在麦克风线28中同时来自两个麦克风的电流的某一重叠。为了安全，开关可以包括静电放电(ESD)保护。信号的EMI滤波可以是有利的并且可以位于邻近麦克风，以避免开关由于非线性产生干扰。现在将参照图5，其示出了利用麦克风信号的幅度调制(AM)使用频率复用的头戴耳麦200的一个示例实施例。该示例针对包括用于用户音频通信的麦克风以及ANC的麦克风的头戴耳麦。头戴耳麦200包括分别接收左扬声器信号24和右扬声器信号26的左扬声器12和右扬声器14。耳机200还包括主麦克风210和两个ANC麦克风：左麦克风212和右麦克风214。全部麦克风210、212、214通过单个麦克输出端子输出，尽管复用至不同的信道。在该示例中，连接主麦克风210而没有任何频移(即，在0Hz的载频处)。使用复用器216&218将左和右麦克风212，214移至不同的频率信道。这些复用器将对载波进行幅度调制并由此使能信息同时从多个麦克风传送。在该实施例中，第一锁相环(PLL)206将左麦克风212输出移至第一频率信道，并且第二锁相环(PLL)208将右麦克风214输出至被选择以避免来自谐波、EMI等的干扰的与第一频率信道不同的第二频率信道。设计中的一个考虑是与接收AM调制信号的滤波相关联的延时。因此，可以针对调制信号和这些信号的解调选择与单独的音频限制所需相比更大的带宽，以减小系统的延迟。可以通过输入载波信号204驱动PLL206和208，可以例如经由左扬声器信号24或右扬声器信号26供应输入载波信号204。在输入载波信号204被输入PLL206，208之前，可以通过高通滤波器、延迟锁定环路(DLL)、PLL或其他时钟提取单元202接通输入载波信号204。在一些实施例中，可以对提供给扬声器12的信号滤波，并且在其他情况下，可以将信号直接馈送给扬声器。在该示例实施例中，麦克风信号是幅度调制的，原因在于它们仅在频率上移动至与相应PLL206，208产生的信号频率相对应的载波频率。在一个示例实施方式中，PLL206产生192kHz信号并且PLL208产生384kHz信号。在一些实施例中，如果接收输入载波信号204处于期望的载波频率并且足够干净以用作复用麦克风信号的载波，可以不需要PLL206。为每个信道分配的带宽将正常在16kHz至32kHz的范围内，但是将根据例如延迟要求的其他限制条件而更大或更小。典型的麦克风需 要不大于20kHz带宽，并且成人的听觉范围通常甚至更低。通过图6中的简化电路图示出了头戴耳麦300的另一示例实施例。在该示例中，头戴耳麦300使用频率调制的频率复用，用于对麦克风信号进行复用。时钟滤波单元202可以代表DLL、PLL、高通或带通滤波器或类似的时钟恢复/滤波电路。输入载波信号204是输入PLL302和306，其在压控振荡器(VCO)304和308使用的所需频率处产生载波信号。VCO从ANC麦克风212，214接收信号，并基于来自PLL302和306的参考将那些模拟幅度信号转换至相应载波频率处的频率调制信号。输出来自VCO304和308的FM信号作为组合麦克输出信号310。如前述示例中，尽管在一些实施方式中来自主麦克风210的信号是未调制的基于模拟幅度的信号，也可以调制或至少当存在载波时调制来自麦克风210的信号。该布置的一种优点是与不采用载波的较旧系统的后向兼容性。通过直接调制麦克风偏置电流，麦克风210确保后向兼容性。使用例如192kHz的输入载波信号，头戴耳麦300可以在多个输入载波信号处产生载波频率，例如在192kHz、384kHz、576kHz等处。在一些实施例中，在1MHz或更高(例如，1-2MHz之间)的信道可以是有利的，以获得VCO304和308中更好的线性度。因为在低兆赫兹范围中不存在FM无线电站，将几乎不存在干扰的风险。实际实验已经显示了4MHz是音频突破(ABT)EMI问题的下限。这种类型的EMI测试采用在0.15-80MHz频率范围内的调制载波的插入，并且由于在低兆赫兹范围中不存在FM信号，并且ABT测试在低于4MHz时一般通过，0.1-4.0MHz是频率调制麦克风信号的一个合适的范围。将信道置于1-2MHz之间还将避免来自使用FM调制的任意商业2.3-2.8MHz红外(IR)系统的潜在干扰。再次参照图3和4，它们示出了涉及时域复用的ANC麦克风信号的实施例。开关/采样频率选择可以部分基于麦克风信号具有大约20kHz的带宽的事实。考虑奈奎斯特采样理论，应当使用至少40kHz的采样频率，以及一些安全余量以避免混叠。使用N个信道，采样应当是至少N*40kHz。另一方面，如果开关/采样发生得过快，则稳定时间和EMI可能开 始表现出问题。如上提及的，EMI在约4MHz处表现出问题。如果假设最小采样率N*48kHz，则可以在100-1000kHz之间找到合适的可使用范围。在一个实施例中，合适的采样率可以是384kHz。如可以在耳机与其连接的手持移动设备或其他计算设备中发现的那样，这种频率可以与标准19.20MHz电信时钟和标准12.288MHz音频时钟系统二者工作良好。可以通过时钟信号的整数倍划分来获得开关时钟，即0.384MHz＝12.288MHz/32并且0.384MHz＝19.200MHz/50。可以从麦克风偏置供电获得开关操作的功率。开关操作所需的电流可以是20-60μA，其是整个麦克风偏置供电预算(200-500μA)的一部分。将理解的是，将存在针对开关操作的有限稳定时间。每个麦克风可以表现得稍微不同，并且具有不同的工作点，原因在于每个麦克风可以具有稍微不同的内部晶体管和不同的声学环境。麦克风之间的差异可以足够显著，以产生麦克风之间的100mV的差异(10mV可以更典型，但是100mV可以用于最差情况预算的设计目的)。基于该差异，由于充电的稳定时间的时间常量是dT＝100mV*220pF/250μA＝88ns，其中220pF是可向麦克风之一贡献的粗糙电容，并且250μA表示通过麦克风之一的电流(在双麦克风的实施例中)。220pF估计仅部分地贡献给麦克风内部的JFET的电容(约15-20pF)，主要部分基于EMI滤波和固有电缆电容的需要，其向电路引入了200pF或更多的电容。如果切换周期是大约3000ns(其与大约333kHz的开关频率相对应)，则稳定时间的重叠大约是2.9％。如果内部电容增加至330pF，则重叠大约是5％，这仍是可管理的水平。使用较高的采样频率，将存在更大的重叠，并且稳定时间将成为显著高开关频率的关注。另一设计考虑是kT/C噪声。每当电容器充电时，将由于充电路径中的热噪声而存在一些电容器上的热噪声。该噪声可以被计算为kT/C，其中k是玻尔兹曼常数、T是开式温度并且C是法拉为单位测量的电容。可以用dBSPL测量声学声压级别。根据参考用94dBSPL测量，标准驻极体麦克风的正常动态范围是大约60dB。因此，标准驻极体麦克风的正常噪声级别是大约34dBSPL。这里，设计产生了-38dBV@94dBSPL 的灵敏度。因此，来自开关操作的等价噪声级别(来自220pF的4.29μV)指示kT/C级别与24.6dBSPL噪声相等。这显著低于标准电信麦克风的正常期望噪声级别。因此，开关操作不显著增加噪声级别。在一些实施例中可以调整的一个因素是偏置电阻器的值，即麦克风偏置发生器的输出阻抗。这可以设置为大约“正常”值的两倍，例如大约4-5kΩ，替代于2.2kΩ的工业值。通过将偏置电压增加至3.0-3.3V以及增加偏置发生器输出阻抗，可以获得6-8dB的信号增益。应当仔细选择偏置发生器输出阻抗，原因在于使用高得多的输出阻抗，存在由于输出信号的饱和不能合适地测量最高声压级别的风险。如上所述，向麦克风添加的电容可以用于EMI滤波。较大的电容器将减小kT/C开关噪声，但是较大的电容还影响信道之间的稳定时间和潜在重叠，并限制麦克风的频率响应。在一些实施方式中，可以使用铁氧体磁珠。在许多实施例中，针对ESD保护组件静电放电(ESD)触发值应当是5V或更大，以避免ABT问题。如果来自麦克风的高信号电平处的失真是关注的问题，则偏置电阻器可以减小至较低的值，以通过减小灵敏度允许更高的信号摆幅。在一个实施例中，这可以通过缓慢调制PMOS晶体管来实现，其作为可变偏置电阻器高效工作。在这种实施例中，为了避免来自改变的偏置电阻的过多失真，调制应当是慢的。这种调制可以与允许大声学级别的记录，而仍确保在低信号电平处呈现低噪声。这样，偏置发生器的输出阻抗将在低声学级别处为高，并在较高声学级别处为低，由此避免直接在传感器处提供自动增益控制(AGC)动作。这将同时提高动态范围和信噪比(SNR)。在下表中阐述了使用不同滤波电容器的说明性实施例的集合的参数集合的一个示例：在计算中，已经假设温度为20℃(293K)。注意耳机电缆自身将贡献大约120pF的集总电容。该值取决于电缆、它的长度和结构(典型地1pF/cm电缆长度)。上表中示出的滤波器电容值包括该集总电容。稳定时间基于120dBSPL并假设麦克风之间的非常好的匹配。信道之间的重叠假设共6个音频信道。这是给定48kHz采样要求和384kHz开关频率(与12.288和19.20MHz时钟频率二者兼容)下可能的最大数量的信道。时隙之一可以用于针对简单读和写命令的数字信令，例如，I2C类型信令(例如，串行发送和接收信息)。在一些实例中，该信令时隙还可以用于音频，并仅偶尔中断以传送消息。应当不频繁地发送任何数字消息，以避免引入音频噪声。此外，包括的任何数字逻辑应当尽可能地以在未激活时尽可能恒定或接近恒定的电流消耗来实现，并且以在激活时尽可能恒定地实现，从而避免(例如，来自地弹的)噪声和干扰。在一些实例中，PLL可以用于将头戴耳麦和它连接的ANC处理单元同步。在附加实施例中，时隙之一可以用作来自麦克风的地参考，由此降低EMI的灵敏度并减小串扰。将理解的是，使用上述实施例，ANC处理在与耳机或头戴耳麦连接的手持设备或其他处理/计算设备中执行。在一些实施例中，手持设备可以包括智能电话、手持音频回放设备(例如，MP3播放器)、平板计算机、平板手机或笔记本计算机。在一些实施例中，处理/计算设备可以包括台式或其他计算机，音频娱乐系统或立体声、机上娱乐系统、专用ANC处理设备或系统或某一其他计算设备。以下对ANC处理设备的提及 包括全部这些可能实施例。接收时域复用信号的ANC处理设备可以包括用于全部信道的单个A/D转换器。在一些实施例中，ANC处理设备包括抽头滤波器，其还可以在信道之间时间共享。在一些实施方式中，可以完全在模拟域中执行ANC操作，在这种情况下使用模拟方法(例如，自适应切换的FIR/IIR滤波器)形成校正/补偿信号。如上所述，ANC在航班飞行的环境中通常是有帮助的。周围座舱噪声会导致乘客不适，并会妨碍乘客使用机上娱乐系统来享受机上音频-视觉娱乐的能力。现在，由于与在每副耳机中包括ANC能力相关联的高成本，为乘客提供配备有ANC的耳机是不实际的。因此，在一方面，本申请提出在飞机本身内提供ANC处理功能和电路，并依赖耳机来仅提供模拟麦克风信号。飞机可以为耳机供应足以偏置ANC麦克风的电力，由此消除针对电池供电的耳机的需要。在一些实施例中，在邻近音频插座的座位的扶手或其他部分中提供ANC处理电路。如本文所述，使用模拟复用耳机，音频插口可以是传统的4端子音频插口，尽管在一些情况下，音频插口可以是5端子音频插口，并且耳机可以不使用模拟复用，例如通过使用5端子支持两个扬声器、两个麦克风和地线。在具体实施方式中，上述ANC处理可以被实现为航空娱乐系统的组件，例如，向头戴耳麦输出声音的设备，相关联的音频插座位于飞机座位的扶手中，并且剩余组件位于飞机座椅、扶手本身和/或机上娱乐系统中的一个或更多个中。在其他实施方式中，音频插座可以位于与扶手不同的另一物理位置中，另一物理位置紧邻乘客座椅和/或机上娱乐系统。现在参考图7和8。图7示出了用于结合连接的耳机10或头戴耳麦50执行ANC处理的示例设备401的简化框图。图8示出了设备401和头戴耳麦50的示例框图。设备401包括处理器420、数字信号处理器(DSP)421和编解码器423。音频插座407被配置为容纳音频插头409，音频插头409将插座407与头戴耳麦50连接。设备401还包括麦克风434、扬声器432、显示器426、输入设备428、接口424和存储器422。在该示例中音频插头 409是具四个连接器的典型TRRS(尖，环，环，套筒)插头：尖408、环1406、环2404和套筒402。尽管编解码器423、DSP421和处理器420被示为设备401的分离组件，在其他实施方式中，编解码器423、DSP421和处理器420可以组合到单个处理器中和/或实现为多个处理器。具体地，编解码器423、DSP421和处理器420的每一个包括硬件处理器和/或硬件组件。实际上，编解码器423、DSP421和/或处理器420可被实施为多个处理器，包括但不限于一个或更多个中央处理器(CPU)。编解码器423，DSP421和/或处理器420还可以包括一个或更多个硬件处理器。编解码器423，DSP421和/或处理器420被配置为与存储器422通信。存储器422可以包括非易失性存储单元(例如，可擦除电可编程只读存储器(″EEPROM″)、闪存)以及易失性存储单元(例如，随机存取存储器(″RAM″))。实施在此描述的设备401的功能教导的编程指令通常被永久保存在存储器422中，并被在执行这种编程指令期间适当地利用易失性存储器的编解码器423、DSP421和/或处理器420使用。本领域技术人员现在将认识到，存储器422是可存储可使用编解码器423、DSP421和/或处理器420执行的编程指令的计算机可读介质的示例。此外，存储器422还是存储单元和/或存储模块的示例。具体地，DSP421和/或处理器420可以被配置为以下中的一个或更多个：处理从第一麦克风16和第二麦克风18接收到的双声道音频；以及充当有源噪声消除单元，以处理来自头戴耳麦50的音频数据，以产生噪声消除信号，并将噪声消除信号插入去向左扬声器12(图2)和右扬声器14(图2)的声音数据输出中。DSP421和/或处理器420还可以被配置为：例如通过确定在连接器402，404，406&408的一个或更多个的两端上的阻抗改变，来确定何时在插座407中容纳音频插头409。例如，DSP421和/或处理器420可以被配置为：测量插头409的至少两个接触点(例如，与尖408和环2404相对应的连接器)之间的阻抗，并可以确定当阻抗满足阈值阻抗条件时(例如，当测量阻抗与关联于左扬声器12的阻抗(例如，约32Ω)类似时)，可以确定在插座 407中容纳了音频插头409。具体地，头戴耳麦50可以数学建模为与插座407连接的阻抗矩阵。该矩阵的内容可以基于电压或电流仿真，通过设备401的DSP421和/或处理器420执行插头409的相应连接器的一系列电压或电流测量来确定，用任意合适的组合来执行对头戴耳麦50和/或与插座407连接的任意其他备件的阻抗测量。在一些实施方式中，阻抗测量可以基于线性测量，而在其他实施方式中，测量可以基于被配置为检测阻抗中的非线性度的不同电流和/或电压仿真。例如，参照图8，设备401可以通过测量连接器402，404，406&408的每一个的阻抗来确定阻抗矩阵U的元素U1，U2，U3和U4。然后可以通过U＝ZI+Uref来表示阻抗矩阵本身，其中U，Uref和I是矢量，并且Z是阻抗矩阵，其可以用于对双声道头戴耳麦建模。具体地，阻抗矩阵可以表示如下，假设参考电压为0：U1ZMIC1000I1U2＝00000I2U3＝0ZSPKR00I3U400ZSPKL0I4这假设RING2(连接器404)上的地连接被设置为0伏(即，U2＝0)，以及设备401向插头409的剩余连接器(与连接器402(套筒，U1)、406(RING1，U3)，408(TIP，U4)相对应)施加测试电流，以测量得到的电压。RING2(连接器404)(i.e.阻抗矩阵中的U2＝0)可以包括电流的返回路径。因此，使用基尔霍夫定律，I2＝I1+I3+I4。可以通过与TIP和RING2连接器相对应的相应连接器404&408之间的阻抗来确定插头409插入插座407中，以找到阻抗ZSPKL。这可以通过执行以下步骤来实现：对与RING2相对应的连接器404接地、以及使用具有高输出阻抗的设备401的电压发生器向与TIP相对应的连接器408施加电压，以及测量与TIP相对应的连接器408上的电压，同时悬空插头409的与TIP相对应的连接器以外的全部其他连接器。因此，当 在插座407处容纳四连接器或三连接器插口时，与TIP相对应的连接器408处的电压将实质减小。在其他实施方式中，与U4相对应的相应连接器408可以被设置为0伏特并且可以向插头409的其他相应连接器施加电流或电压源，例如406，由此迫使电流通过由(ZSPKL+ZSPKR)确定的阻抗并检测有效阻抗(既非开路也非短路)。这可以用作确定音频插头的插入和移除的备选方法。测量与TIP相对应的连接器的插入的优点在于：这将首先在音频插头完全插入插座407时检测，并因此能够可靠地测量阻抗矩阵Z中的其他值，而不在测量中引入任意延迟以等待音频插头被完全插入。非声学检测可以通过对检测脉冲进行频谱成形以具有低于人类听觉阈值的频谱能量含量(例如通过对检测脉冲进行高通滤波)来实现。当在插座407处容纳四连接器音频插头409时，电流将流经麦克风并可以测量改变。在一般情况下，可以选择施加电流或电压的任意组合，并可以测量电压或电流中的相应改变。此外，可以选择并频谱形成电压和电流的组合，使得通过扬声器12，14的测试是非音频的。因此，提供了用于检查插头插入的简单和有效方法。还注意到上述矩阵与北美标准相对应；当应用欧洲标准时，将相应地对矩阵和测量进行适配。在一个实施例中，耳机包括用于发信令通知耳机类型的电路或其他这种组件，使得尽管耳机使用传统的4端子插口ANC电路仍能够检测该耳机是否支持ANC。在一些实施例中，ANC测试电路可以在连接时讯问耳机以评估耳机类型。在一个示例中，该电路可以使用阻抗测量(例如耳机类型)、非线性测量(例如针对阻抗测量使用不同电压)、脉冲(例如针对高频带外音调提供或检查)以及读取有源电路(例如从支持该功能的耳机读取参数或类型ID)的组合。在另一实施例中，在两个或更多个乘客之间共享ANC电路。例如，在一排乘客中的两个或三个或更多个乘客可以共享ANC电路以执行ANC处理，并为每个乘客的耳机提供合适的补偿/噪声消除信号。此外，由于四连接器音频插口一般与三连接器音频插座后向兼容，该四连接器头戴耳麦50还与三连接器音频插座后向兼容。然而，在三连接器音频插座的一些实施方式中，通过适配头戴耳麦50以包括开关来实现头戴耳麦50的后向兼容性，当促动开关时，将右麦克风套筒连接器 28与地环连接器24电短路；例如，这种开关可以包括滑动地开关。在一些具有三连接器音频插座的机上系统的情况下是这种情况，其中可以在RING2和SLEEVE之间的中点或甚至仅接触套筒来设置地连接。在这种情况下，通过例如使用滑动开关短路RING2和SLEEVE来获得可靠地连接。在一些头戴耳麦50用于机上娱乐系统的实施方式中，机上娱乐系统通常被适配为包括ANC设备和/或处理器和/或电路，其可以是以下的一个或更多个：位于向传统机上娱乐系统(其可以包括电池和/或DSP)提供接口的加密狗中、位于扶手内侧、中心地位于机上设备中和/或位于使用有线或无线连接与机上娱乐系统通信的手持设备中。在一些实施方式中，扶手处的音频插座向中心位置的ANC电路提供连接性。通常，这种机上娱乐系统针对相关联飞机的每个座位可以包括一个ANC设备。然而，在其他实施方式中，单个功能性ANC单元可以为飞机中扶手的两个或更多个音频插座提供ANC功能，由此例如通过为邻近座位和/或邻近设置的座位的一行提供处理来减小成本和空间。在这些实施方式的一些中，包括扶手中的机上ANC支持的机上娱乐系统等可以包括用于自动头戴耳麦/耳机检测的电路，以例如使用可以通过可能由数字检测方法补充的上述矩阵方法来确定连接的头戴耳麦是否不具有麦克风、具有一个麦克风还是更多个麦克风，和/或连接的麦克风是否符合北美标准或欧洲(或其他)标准。因此，这种系统将识别在音频插座处连接了什么类型的头戴耳麦，并响应地：将其本身配置为与该类型兼容，并当头戴耳麦支持ANC功能时使能ANC。在一些情况下，系统可以读取位于头戴耳麦中的存储器(例如存储器44)以获得关于头戴耳麦的附加信息(例如关于麦克风和扬声器之间的声学传递函数)，或提供针对特定品牌定制的调谐简档和/或头部相关传递(HRF)函数或关于头戴耳麦支持哪些航线的信息。将清楚的是，根据本申请的处理和系统可以在多个计算设备中实现，包括但不限于服务器、合适编程的通用计算机和移动设备。处理可以通过软件来实现，该软件包含用于将处理器或多个处理器配置为执行本文所述功能的指令。软件指令可以存储在任何合适的非瞬时计算机可 读存储器上，包括CD、RAM、ROM、闪存等。将理解的是，可以使用标准计算机编程技术和语言来实现本文描述的设备以及实现所描述的方法/处理的模块、例程、进程、线程或其他软件组件。本申请不限于特定处理器、计算机语言、计算机编程惯例、数据结构、其他这种实现细节。本领域技术人员将认识到，可以将所描述的处理实现为存储在易失性或非易失性存储器中的计算机可执行代码的一部分、专用集成芯片(ASIC)的一部分等。可以对所述实施例进行某种调整和修改。因此，上文讨论的实施例被视为是示意性的而不是限制性的。当前第1页1 2 3