降低电嘶嘶声的anc主动噪声控制音频头戴式耳机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及头戴式耳机，尤其涉及包括"主动噪声控制"系统的音频头戴式耳机。
【背景技术】
[0002] 这种头戴式耳机可被用于收听来自诸如MP3播放器、收音机、智能电话等装置的 音频源（例如音乐），该头戴式耳机通过有线连接或通过无线连接（特别是蓝牙连接（注册 商标为"Bluetooth SIG"））连接到该装置。
[0003] 如果其设有适于拾取头戴式耳机佩戴者的语音的话筒套件，则作为音频源收听的 补充，该头戴式耳机还可用于通信功能，例如"免提"电话功能。头戴式耳机换能器随后重 现该头戴式耳机佩戴者与之对话的远程说话者的语音。
[0004] 该头戴式耳机（headset) -般包括由头带连接的两个耳机（earphone)。每个耳 机包括容纳声音重现换能器（后文简称为"换能器"）并且旨在被施加于用户耳朵周围的 闭合外壳，其中在该闭合外壳和用户耳朵中间具有将耳朵与外部声音环境隔绝的罩耳垫 (circumaural pad) 〇
[0005] 还存在"入耳（intra-aural) "型耳机，其具有被置于耳道内的元件，因此没有围绕 或覆盖耳朵的垫。在后文中，主要将其称为"头戴式耳机"型的耳机，其具有容纳在围绕耳 朵（"罩耳式"头戴式耳机）或者停在耳朵上（"贴耳式（supra-aural)"头戴式耳机）的 外壳中的换能器，但是此示例不能被认为是限制性的，因为正如所理解的，本发明也可被应 用于入耳式耳机。
[0006]当在噪杂环境（地铁、繁华街道、火车、飞机等）中使用该头戴式耳机时，佩戴者收 到头戴式耳机的部分保护，借助闭合外壳和罩耳垫，头戴式耳机将其隔离。
[0007] 然而，这种纯被动式保护仅仅是部分的，因为部分声音（特别是频谱中的低频部 分）可穿过耳机外壳或经由佩戴者的头颅被传送到耳朵。
[0008] 这就是之所以开发所谓的"主动噪声控制"或即ANC技术的原因，ANC技术的原理 包括拾取入射噪声分量并且在时间和空间上将一声波叠加到此噪声分量上，该声波在理想 情况下是该噪声分量的压力波的反转副本。问题是用该方式创建与该噪声分量的破坏性干 扰并且减少（在理想情况下抵消）寄生声波的压力的变动。
[0009] EP 2 597 889 A1 (Parrot)描述了这样一种头戴式耳机，其被提供有将闭环反馈 和开环前馈滤波类型进行组合的ANC系统。反馈滤波路径基于置于耳机外壳、罩耳垫和换 能器所界定的声腔内的话筒。换句话说，该话筒被置于用户的耳朵附近并主要接收由换能 器产生的信号以及在前腔内仍然能感知的残留的未被抵消的噪声信号。该话筒的信号（从 中减去要由换能器重现的音乐源的音频信号）构成用于该ANC系统的反馈环路的误差信 号。前馈滤波路径使用由收集存在于该头戴式耳机的佩戴者的直接接触环境中的寄生噪声 的外部话筒所拾取的信号。最后，第三滤波路径处理来自要重现的音频源的音频信号。这 三条滤波路径的输出信号被组合并应用到该换能器以重现与周围噪声抑制信号相关联的 音乐源信号。
[0010]现有ANC系统遭受由"电撕撕声"的存在所带来的限制，这种电撕撕声在该ANC系 统被激活时会被感知：的确，反馈话筒提供了作为声信号的图像、并且伴随有低的电噪声的 电信号，并且ANC滤波器的放大（通常为20到30dB量级）增加了这种电噪声。而且，由话 筒拾取的噪声被不期望的所谓水床效应增大：在噪声抑制的主频带之外，噪声以能被完美 感知并且当然是有害的方式在相对窄的频带（一般为1kHz)中被放大。如果太显著，则这 种现象甚至可能产生拉森效应（Larsen effect)，拉森效应是一种当垫被意外移除时对于 许多头戴式耳机而言可观察到的现象。这些现象在换能器上产生了噪声，这种噪声有时候 可能比要被抑制的噪声更能被听到并且更恼人，特别是在要被抑制的噪声很低的情况下。 [0011]具体而言，反馈ANC滤波器的增益很高时低频中噪声的衰减非常好，但是作为代 价，撕撕声增大。因此期望根据环境噪声来适配反馈ANC滤波器的增益：如果此环境噪声很 低，则需要较小的ANC增益和/或带来减小的水床效应的增益。该滤波器此时将不那么高 效，但是撕撕声也会减小。相反，在强环境噪声的情况下，高ANC增益是优选的，因为所产生 的电撕撕声相对于环境噪声而言变得可以忽略不计。
[0012] TO 2010/129219 A1(EP 2 425421 A0)描述了一种自适应型的 ANC 系统，g卩，使用 滤波器，通过用于实时分析信号的算法来动态且连续地修改所述滤波器的传递函数。置于 头戴式耳机外壳上的外部话筒收集环境噪声，分析噪声水平以调整该反馈滤波器的传递函 数。
[0013] 这种方法的缺点在于：反馈ANC不适配到用户真正感知的噪声，而是适配到耳机 的外部环境中存在的噪声。现在，真正感知的噪声可能被声音泄漏修改，声音泄漏根据头戴 式耳机在头上的定位、用户的耳朵的形状、头戴式耳机在头上的不同松紧度、罩耳垫所停驻 处的头发的存在而每个人都不同。当存在声音泄漏时，ANC效率被降低，从而，为了抑制更 多的噪声，将需要增加ANC增益，结果是带来更高水平的电撕撕声。
[0014] EP 1 923 864 A2描述了一种包括内部话筒的ANC系统，该内部话筒被置于头戴 式耳机的声音耳腔内并且引导（pilot)降噪器的反馈支路。在音乐寂静时段期间或在由 ANC系统强制使音乐停止的时段期间在若干频带下分析所拾取的信号。根据所获得的结果 来修改滤波器系数，以便根据所拾取的信号的特性来最好地适配此滤波器的响应曲线。所 提出的降噪技术仅对电撕撕声的减小和水床效应现象提供了有限的结果。尤其是，不同传 递函数之间的切换尤其能被用户感知，在要被重现的音频信号的寂静时段期间发生这种切 换时尤其如此。
【发明内容】
[0015]鉴于上文，本发明的目标是提出一种新的ANC降噪技术：
[0016]-其提供对电撕撕声现象的显著减小；
[0017] _其不使ANC系统的抗噪声性能降级，即，用户所感知的残留噪声总是能被最好 地减小，特别是伴有i)对低频的强衰减以及ii)宽抑制频带；
[0018]-当滤波改变被操作时仅可能地使头戴式耳机佩戴者最少感知；
[0019]-整体上，而不使来自音频源（或在电话应用中的远程讲话者语音）的声音信号 失真，并且ANC处理不切断此信号的频谱一一尽管噪声抵消信号和要重现的音频信号由同 一信道放大并且由同一换能器重现。
[0020] 为了实现这些目标，本发明提出一种带有ANC主动噪声控制系统的音频头戴式耳 机，按照本身可以从上面提及的EP 1 923 864 A2中知晓的方式，其包括：
[0021]-内部ANC话筒，其被置于该头戴式耳机的声音耳腔内部并且被适配为递送在此 腔内拾取的信号；以及
[0022] -数字信号处理器DSP，包括：
[0023] ?闭环反馈支路，其包括适于向由该ANC话筒拾取的信号应用滤波传递函数的反 馈ANC滤波器，该反馈ANC滤波器是多个能选择性切换的、预先配置的反馈ANC滤波器中的 一个；
[0024] ?用于实时分析该ANC话筒所拾取的信号的装置，其适于验证此信号的当前特性 (包括该信号在多个频带中的能量值）是否满足预定准则集；
[0025] ?选择装置，其适于根据由所述分析装置所执行的对该准则集的验证的结果来选 择该预先配置的反馈ANC滤波器之一；以及
[0026] ?混合装置，其接收在该反馈ANC滤波器的输出端处由该反馈支路所递送的信号 以及要被重现的音频信号作为输入，并且递送适于引导该换能器的信号作为输出。
[0027] 本发明的特性在于，该DSP进一步包括：
[0028] ?均衡支路，其包括适于在向混合装置应用要被重现的音频信号之前向要重现的 音频信号应用均衡传递函数的均衡滤波器，该均衡装置是多个能选择性切换的、预先配置 的均衡滤波器中的一个。
[0029] 而且，该选择装置是适于同时进行以下操作的装置：
[0030]i)根据所述准则集的验证的结果来选择该预先配置的反馈ANC滤波器之一；以及
[0031] ii)根据当前选择的反馈ANC滤波器选择该预先配置的均衡滤波器之一。
[0032] 在一优选实施例中，该预定准则集进一步包括对要重现的所述音频信号的存在或 不存在的检测，并且所述预定准则包括将所述能量值与其相比较的两个不同的相应阈值系 列，其中根据要重现的音频信号是否存在来选择这两个系列之一。
[0033] 有利地，该头戴式耳机进一步包括外部话筒，其置于该声腔外部并且适于拾取该 耳机的环境中存在的声音噪声，该DSP此时包括开环前馈支路，该前馈支路包括适于向由 该外部话筒递送的信号应用前馈滤波传递函数的前馈ANC滤波器。该前馈ANC滤波