噪声抑制设备的制作方法

专利名称：：噪声抑制设备的制作方法相关的申请本申请是1992年10月29日提交的序列号07/968180的受理申请的部分延续，该受理申请在此处引为参考。本申请还参考了1993年10月5日提交的美国专利5251263。
背景技术：
：发明领域本发明涉及噪声抑制设备，更具体地说是涉及一种设备，供电话送受话器或悬挂式传声器装置或悬挂式头戴送受话器之类使用，用来抑制或降低背景噪声。现有技术的描述应当理解的是，在许多场合中不希望有背景噪声的存在。例如考虑这样一种场合，某操作者正试图利用处于嘈杂环境中的电话或类似装置进行电话交谈。在此场合下，该电话的送受话器中的传声器接收到大的背景噪声，并将它转换成电信号，然后将该电信号提供给正与操作者进行交谈的交谈人的电话，在此处电信号又转换成声信号。结果是，正与操作者交谈的交谈人总是听到大的背景噪声。此外，当交谈人讲话时，其讲话声与背景噪声混在一起，因而对于其它人来说也许很难听懂。结果是，操作者也许不得不对着电话的传声器大声讲话。而且，代表背景噪声的信号也从操作者的送受话器内的传声器传给操作者送受话器内的扬声器。这样，操作者也会持续不断地从操作者送受话器内的扬声器听到背景噪声，并且当其他人讲话时，该噪声也会妨碍对其讲话的理解。作为另一个例子，考虑一下这样的场合，某飞行员正驾驶着直升飞机或类似装备，他希望通过射频(RF)通信与另一人通话。在此情形下，该飞行员通常对所谓的悬挂式传声器或悬挂式头戴送受话器讲话，由于送受话器与无线电发送/接收装置相连，因而讲话声被转换成RF信号，并被传送给第二接收/发送装置，在该处被转换成语音，从而被其他人听到。正如上述的电话位于嘈杂环境的场合一样，来自直升飞机的大的背景噪声被悬挂式传声器或头戴送受话器装置接收并被转换成电信号，然后送给接收装置。结果是，与飞行员通话的人员听到了大的背景噪声。当飞行员在驾驶直升飞机的同时使无线电发送/接收装置置于“接通”位置时，这一点尤其让人烦恼。作为又一个例子，考虑话音辨别和/或识别系统。某操作者必须对该系统讲话，以便能够访问例如一个具体的装置，或者操作计算机或自动取款机(teller)，背景噪声会禁止访问(由于背景噪声的存在而无法识别或辨别)或者由于误核实而造成访问错误。为了减少背景噪声，进而改进置于嘈杂环境中的电话或悬挂式传声器或头戴送受话器等的性能，可以采用压差传声器。一般而言，压差传声器对靠得很近的两点的压力差起反应。当用于背景噪声的压差是各向同性的场合之中时，因这种背景噪声而由压差传声器产生的电信号实际上为零。但是，在大多数实际场合中，背景噪声的压力差并非各向同性，因而在这些场合下压差传声器的性能受到不利影响。而且，由于话音或语音沿不止一个方向传播，因而对应于此的由传声器产生的电信号会有所降低。这样，尽管在电话送受话器或悬挂式传声器中安装了压差传声器，但是所要求的噪声抑制并未充分实现，其性能不能满足要求。此外，由于压差传声器的两个相对面对声压起反应，如上所述，现有电话的送受话器必须彻底加以修改，以便使传声器的这两个面能够对声压起反应。此外，由于在电话送受话器中使用了这类传声器，结果是应对由此产生的电信号进行放大。这样，为了将现有电话的电话送受话器中的常规传声器替换为压差传声器，通常必须将送受话器更新，因此代价过高。压差传声器的一种替代方案，是采用一种声反馈型系统。这样的系统通常包括用于对扬声器的转移函数进行补偿的补偿滤波器。由于扬声器的特性由这些滤波器加以严格控制，滤波器的费用相对较高。因此，这类声反馈系统通常较昂贵。这样，现有技术不能提供供电话和/或悬挂式传声器装置等使用的将背景噪声降低至可接受水平的较价廉的装置，和使现有电话能够将背景噪声降至可接受水平的成本较低的装置。发明目的和概述本发明的目的之一在于提供降噪设备，它克服了现有技术中存在的问题。更具体地说，本发明的目的之一在于提供降噪设备，它将背景噪声降低至可接受的水平。本发明的另一目的在于提供如前所述的供电话或悬挂式传声器或头戴送受话器装置使用的降噪设备，或提供降噪传声器装置等等。本发明的又一目的在于提供如前所述的相对廉价的降噪设备。本发明的又另一目的在于提供一种供电话使用的相对价廉的降噪设备，该设备可用标准通用在线电源操作。本发明的再另一目的在于提供相对廉价的降噪设备，该设备易于安装到现有电话送受话器上并且可用标准通用在线电源操作。本发明的又再一目的在于提供供电话使用的较廉价的降噪设备，或者易于安装到现有电话送受话器上的、使操作者能够可选择地放大接收信号的降噪设备，或者可用于悬挂式传声器或头戴送受话器中的降噪设备，或可用作为噪声抑制传声器的降噪设备。根据本发明的一个方面，提供一个供电话使用的由提供给电话送受话器的标准电源操作的电话送受话器设备，以便在两个或更多的操作者之间发送和接收代表语音的信号。该设备包括一个外壳，它有一个用于接收由采用该设备的操作者的语音和语音附近的背景噪声组成的第一声信号、并将该第一声信号转换成第一信号的第一传声器装置，和一个相对于第一传声器装置成预定夹角放置的、用于接收基本上由背景噪声组成的第二声信号并将第二声信号转换成第二信号的第二传声器装置；和一个将第一信号减去第二信号从而获得基本上代表语音信号的装置。在另一方面，本发明提供一种悬挂式传声器或头戴送受话器装置，用于发送和接收代表至少一个、优选两个或更多个操作者语音的信号。该装置包括外壳，它有一个用于接收由采用该装置的操作者的语音和语音附近的背景噪声组成的第一声信号、并将该第一声信号转换成第一信号的第一传声器装置，和一个相对于第一传声器装置成预定角和/或距离放置的、用于接收基本上由背景噪声组成的第二声信号并将第二声信号转换成第二信号的第二传声器装置，和一个将第一信号减去第二信号从而获得基本上代表语音的信号的设备。悬挂式传声器或头戴送受话器例如可以用于飞行(例如直升飞机或飞机)或其它的诸如电话、或话音识别和/或核实系统之类的背景下，以便访问具体装置或计算机(无论是通过直接或间接的接口还是通过电话线)或自动取款机，或者其它识别和/或核实系统。此处披露的带有减运算设备的成预定角和/或距离放置的第一和第二传声器也可以用于声监视或遥测装置中的传声器乃至诸如带有旁瓣的指向性传声器之类的指向性传声器的环境噪声抑制领域。根据本发明的其它目的、特征和好处，将在结合附图、阅读下文针对所例示实施方案的详细说明之后变得显而易见。附图中各相应的元件由相同的参考标号加以识别。附图简述图1示间性给出具有根据本发明的降噪设备的电话；图2是用于图1电话中的降噪设备的框图；图3A是图1电话的接收机部分的平面前视图；图3B是顶部去除后的图1电话的接收机部分的立面侧视图；图4是图2框图的简图；图5是图2示降噪设备的另一简图；图6A、6B和6C示意性给出一个悬挂式传声器装置，它利用了根据本发明的实施方案的降噪设备；图7A和7B是据以解释本发明操作的简图；图8示意性给出了根据本发明的降噪设备；图9A、9B、9C、9D和9E示意性给出本发明的悬挂式传声器和头戴送受话器实施方案(图9A和9B各自给出一个将传声器特定放置的实施方案；图9C给出头戴送受话器的总览图，图9D和9E给出悬挂式传声器的侧视图)；图10A和10B是图8的降噪设备的简图；图11示意了一个相位反转电路；图12示意了一个反向充电的传声器电路；和图13A和13B示意了本发明的各实施方案的有效抑制曲线。优选实施方案详述图1给出一个电话8，它使用了根据本发明的一个实施方案的降噪设备。如图中所示，电话8一般包括一个送受话器10，具有扬声器部分41和接收机部分42，及电话单元18，它们之间可通过电话线48连接。或者，电话可以是无绳电话，这样送受话器10可通过RF波连接至电话单元18。接收机部分42包括第一和第二传声器12和14(图2)，用于调节提供给扬声器部分41的信号的音量的开关40，以及具有凹进部分44和网格部分46的帽48。图2示意了电话8的框图。如图所示，送受话器10一般包括第一传声器12和第二传声器14，减运算装置16，该减运算装置在优选实施方案中是一个运算放大器(“运放”)，一个优选为运放的放大器20，和扬声器22。第一和第二传声器12和14，运放16和放大器20优选置于接收机部分42内(见图1)。由语音之类和背景噪声组成的声信号被送往第一传声器12，并于此转换成相应的电信号，然后被送给运放16的正端。背景噪声被送往第二传声器14，在此转换成相应的电信号，然后被送给运放16的负端。运放16被用于将来自第一传声器12的语音和噪声信号减去来自第二传声器14的噪声信号，然后从该处将基本上代表语音的电信号送给电话单元18，语音信号从该处经电话线送往所期望的电话。来自运放16的输出信号在电话单元18中与来自电话线的接收信号组合在一起，然后送给放大器20。运放16和17最好是较低功率的集成电路(IC)，诸如互补型金属氧化物半导体(CMOS)，也可以由一个或多个CMOSIC芯片构成。尽管在图2中未示出，放大器20可以由操作者使用开关40(图1)可选择地设定，以便将所接收的信号放大至所期望电平。来自放大器20的放大信号被送往扬声器22，由此该放大信号被转换成声信号，以便被操作者听到。图3A和3B举例说明了接收部分42的两个视图，其中图3A的视图中移去了帽48。如图中所示，接收部分42一般包括一个外壳74，一个电路板组件78，第一和第二传声器12和14，以及帽48。第一和第二传声器12和14优选是驻极体传声器或诸如此类的传声器，它们如下所述地被放置。这些传声器由保持件76放置好或固定，保持件76可由例如泡沫状材料构成，被固定至外壳74上。第一和第二传声器12和14的各自输出经各自线路(未示出)提供给运放16，该运放16被包含在电路板组件78上，而组件78继而附着于外壳74。如同此后更为全面说明的，电路板78可包括其它的电路元件，用于处理从第一和第二传声器接收的信号，并用于放大待提供给扬声器22(图2)的信号。可以利用一个盖72，它可以通过使用粘合剂或类似物附着于外壳74上，或者也可以被超声焊接在一起。盖72和带有电路板组件78的外壳74、保持件76和第一和第二传声器12和14构成一个组件71。帽48可以由诸如聚碳酸酯的塑料类材料制成，它包括环侧件43、和部分45，部分45具有典型厚度T，它与侧件43相连接且安排得比侧件的上端部分低一个诸如0.020英寸的最小预定量，由此形成一个凹进部分44。部分45包括一个厚度T′小于厚度T的部分46，该部件46上有多个通孔，酷似一个网状部分。在优选实施方案中，部分46的厚度T′小于0.030英寸。由于部分46代表部分45的较小部分，减小其厚度并不会导致帽48的整体结构刚性变差。或者，部分46也可以用刚性较好的材料例如不锈钢或类似材料制成，并与部分45组合在一起。应当理解的是，通过使部分45和46从侧件43的上端部分凹进，即使当接收机部分42置于某表面上时，与该表面相接触的是侧件43，而不是部分45或46。任何负载不是直接作用于部分45和/或部分46，而是作用于侧件43上。帽48置于组件71上，使得第一传声器12和第二传声器14放置于部分46之下，第一传声器距部分46的底侧较近。这样，在优选不超过1英寸的距离处对接收机部分42讲话的某操作者，其语音经过相当短的距离通过部分46到达第一传声器。结果是，声失真得以减小。图3A和3B给出第一和第二传声器12和14在接收机部分42中的排列情况。具体而言，如图3B所示，第一和第二传声器彼此之间应相对成夹角φ放置，该φ角优选值在30°和60°之间。此外，第一和第二传声器还分别加以安排，使得在平行于第一传声器12的接收或“敏感”表面的平面与来自操作者的语言方向之间的角度为θ，而在垂直于第二传声器14的敏感表面的某轴与语音方向之间的角度为90°-θ+φ，如图3B所示；使语音方向和第二传声器之间成ψ角，如图3A所示。在优选实施方案中，角Q值不大于约35°，角ψ值约为180°。如此安排第一和第二传声器的结果是，第一传声器12接收来自操作者的语音和附近存在的背景噪声，而第二传声器14基本上只接近与第一传声器所接收的相同的背景噪声。尽管，如前所提及，角φ的值优选在30°和60°之间，然而即使角φ的实际值不在此范围之内，第一和第二传声器12和14依然能够令人满意地工作。但是，当角φ明显地小于30°或明显地大于60°，性能将有所降低。即，当角度φ明显地小于30°时，第二传声器14既接收到语音又接收到背景噪音。结果是，当从第一传声器12的输出信号中减去第二传声器14的输出信号时，可能消去一部分语音，甚至是全部语音都被消去。另一方面，当角φ明显地大于60°时，由第二传声器14接收到的背景噪声可能与第一传声器12所接收的不同。结果是，从第一传声器12的输出信号中减去第二传声器14的输出信号，并不能充分地消去第一传声器所接收的背景噪声。类似地，尽管角θ和ψ的值优选地分别为小于35°和约180°，如前所述，但是即使第一和第二传声器的放置所形成夹角不同于这些角度，它们也会令人满意地工作。但是，当角θ和ψ的值明显地不同于这些相应的优选值时，其性能可能有所下降。即，当角θ明显地大于35°时，第二传声器14可能会接收到语音和背景噪声。类似地，当角ψ明显地小于或大于180°时，第二传声器14可能会同时接收语音和背景噪声。结果是，在无论哪一场合下，当从第一传声器12的输出信号中减去第二传声器14的输出信号时，可能会消去一部分甚至会是全部语音。应当理解的是，通过使用上述装置和接收机部分42的元件所采用的材料，制成这种接收机部分的费用较低。此外，通过使用如上所述的CMOS芯片，接收机部分的功率消耗保持在较低水平上。结果是，接收机部分可以用送受话器现有的标准电源供电，这样就不需采用额外电源或变压器等此类器件。此外，尽管已对将接收机部分装配于新的电话8的送受话器10的情况作了说明，这种接收机部分，或其略加改动后的方案可以被用于现有电话的送受话器中。即，在该后一场合中，只需将现有电话的送受话器内所包含的帽和传声器替换为接收机部分42。这样，接收机部分42的如此用法提供了一种相对简单且低费用的方法，使得现有电话的送受话器略加修改即可容纳本降噪设备。图4举例说明了图1和2所示的电话8的一个电路结构的简图。如图4中所示，第一传声器12经电阻202连接至输入端子200，该电阻202用来作限流电阻用，以便修正来自第一传声器的输出的偏压。第一传声器12还经电阻210连接至运放16的正端子，并通过电阻212连接至可变电阻214。第二传声器14通过可变电阻208连接至输入端201，并与运放16的负端相连，可变电阻208起限流电阻的作用，以便修正第二传声器的输出的偏压。限流电阻208优选是一个可变限流电阻，它使得第二传声器的输出信号的电平在预定值内与第一传声器12的输出信号的电平相匹配。具体而言，限流电阻208使第二传声器14的输出信号被加权，从而当具有相似电平的信号从第一传声器12输出时，其差的幅值最小。限流电阻208的值可以根据最小化原则加以选择。输入端198与电阻204和206，以及运放16的负端相连，电阻204和206用于对输入端198处所接收的电压进行分压。运放16的输出端与电容220、222和226以及电阻224和228相连，而电阻228又与电话单元18的“传声器输入”端相连。运放16的输出端还通过可变电阻214、电阻216及电容218与地相连接。电阻210、212和216以及可变电阻214为运放16的输出提供了可变增益，例如20到1的放大倍数。电容218、220和222用于除去运放16的输出信号中可能存在的残余dc(直流)电平。电阻224、228和电容226用来作低通滤波器用，它在某预定值例如3.7kHz处有一断点。电话单元18还与电话线相连，用于通过传声器输入端接收信号，以及将这些信号经电话线传送给所期望的电话。电话单元18还用来经电话线从另一个或另一些电话线接收信号，并将这些信号和那些经传声器输入端接收的信号组合在一起，如上所述，并将这些组合信号送往扬声器输入端231。输入端231经电容230、电阻232和运放17的负端相连，并经电阻234和可变电阻240相连，电容230用来阻断直流信号。输入端199和运放17的正端相连。运放17的输出端经电容242和244以及电阻246与扬声器22相连。该运放的输出还经可变电阻240、电阻238和电容236与地相连接。图4所示的电话8的操作将在下文加以说明。当驱动手持装置10时，通过将送受话器10从开关钩(未示出)或类似装置中提起，标准电话线电压即施加至输入端198、199、200和201。已由限流电阻202作偏置修正后的来自第一传声器12的信号经电阻210提供给运放16的正端。已由限流电阻208作偏置修正后的来自第二传声器14的输出信号被送往运放16的负端，运放16将从第一传声器12接收的信号与从第二传声器14接收的信号相减，并输出所产生的相减信号。输出信号中可能存在的直流电平被除去，而信号被放大。诸如大于3.7KHz的高频信号从放大的输出信号中被除去，所得信号则被送往电话单元18。这样，一个与分别由第一和第二传声器12和14所产生电压之间的差值成正比的电压信号被送往电话单元18。电话单元18的输出信号被送往放大器20的输入端231，该信号是通过传声器输入端和电话线所接收的信号的组合。来自输入端231的信号被送给电容230，使得可能存在的任何直流信号被除去。来自电容230的输出经电阻232送往运放17的负端。运放17将从输入端199接收的信号与来自电话单元18的信号相减，并将相减后的信号送出。通过由操作者使用开关40(图1)，使用电阻232、234和238以及可变电阻240，可以对这种信号有选择地加以放大。放大信号中可能存在的任何直流信号可以由电容242、244和236加以除去。来自电容244的输出信号由电阻246加以限流，然后送往扬声器22，在此处转换成声信号。图5举例说明了一个替代电路，用于对从第一和第二传声器12和14获得的信号进行处理，以便向电话单元18提供一个与第一和第二传声器所产生的电压差成正比的电流输出。具体而言，图5的电路设计包括一个有多个输入端300、301、370和390的送受话器10′，每个输入端适于接受现有标准在线电源。第一传声器12经限流电阻302与输入端300相连，此外还与优选为CMOS运放的减法装置316的正端相连。第二传声器14的输出经可变限流电阻308与输入端301相连，且还与运放316的负端相连。运放316输出的信号经滤波级350被提供给优选是CMOS运放的减法装置351的负端。滤波级350用于提供诸如在预定频率处信号衰落等的预定频响特性。应当理解的是，尽管在图5中示意的是两级滤波，但是可以利用任意数目的滤波级。输入端390与电阻392和394相连，并且与运放351的正端相连，电阻392和394用于减小提供给该处的信号。来自运放351的输出信号被送往晶体管366的基极。输入端391与齐纳二极管360、电容362、和电阻364相连，继而电阻364与晶体管366的集电极和电话单元18的传声器输入端相连。晶体管366的发射极经电阻367和368与运放351的负端相连，以便在此形成一个反馈回路。运放351及有关元件提供了在滤波级350和晶体管366之间的电绝缘。晶体管366用来放大送往电话单元18的信号。来自电话单元18的输出与输入端231(图4)相耦合，然后按前面参考图4的送受话器10说明的方式加以处理，以便从扬声器22提供声信号。下文将对电话8′的操作进行说明。在向送受话器10′供电时，通过从开关钩(未示出)或类似装置上提起送受话器时，标准电话线电压即被送往输入端300、301、370、390和391。已被限流电阻302作偏置修正后的来自第一传声器12的信号被送给运放316的正端。来自第二传声器的已被限流电阻308作偏置修正后的输出信号被送往运放316的负端。电阻308优选是一个可变限流电阻，它使得来自第二传声器14的输出信号的电平，按基本类似于此前对电阻208所说明的方式，在预定值内匹配于第一传声器12的输出信号电平。来自运放316的输出差信号经滤波级350提供，以便将输出信号的上限频率限制为某预定值，例如3.7KHz，滤波级350可能包括一或多个RC网络或其等效电路。来自滤波级350的输出信号被提供给运放351的负端，而来自输入端390的此前已被分成某预定值例如原值的二分之一的电压信号，被送往运放351的正端，而运放351继而计算它们的差，并将相应的输出信号提供给晶体管366的基极。来自输入端391的电压经电阻364提供给晶体管366的集电极。结果是，放大信号从送受话器10′提供给电话单元18，以便从此经电话线提供给目标电话，以及按上面参考图4说明的方式，与从电话接收的信号组合在一起以便送往输入端231。如图4和5中所描述的无参考标号的各个电路元件如图所示一般连接，下文不再讨论，这是因为对于本领域的技术人员来说这些连接和数值均是显而易见，对于本发明的理解并非必需。图6A、6B和6C举例说明了一种悬挂式传声器100，它利用了根据本发明的某实施方案的噪声抑制设备。具体而言，悬挂式传声器100一般包括外壳174、电路板组件178，第一和第二传声器112和114，以及部分147。外壳174可以由塑料类或金属类材料制成，它包括一个圆形部分108，其上有一个通孔，使得轴106可以插入其中。结果是，悬挂式电话100可以绕轴106旋转，如图6A示意。第一和第二传声器112和114分别经线102和104与电路板组件178相连。电路板组件178包含与电路板组件178上的相似的电路，该电路如前所述对来自第一和第二传声器12和14的信号进行处理，以便将之送往电话单元18，因而出于简洁起见，此处不再说明。因此，电路板组件178用于从第一传声器112接收语音和背景噪声信号，并从中减去来自第二传声器114的背景噪声信号，以便提取基本上代表语音的信号。该信号被送往发送装置(未示出)，以便转换成RF信号，并送往某远端接收装置(未示出)。第一和第二传声器112和114由保持件176固定好，保持件176可由例如泡沫状材料制成。一个网状屏146附着于剖去部分147，以保护第一和第二传声器，该网状屏可由诸如塑料或金属材料或类似材料制成。网146的预定厚度可以是例如约0.030英寸或小于1英寸。第一和第二传声器112和114可以是驻极体传声器，其安排方式类似于前面所描述的送受话器10的第一和第二传声器12和14。即第一和第二传声器112和114分别定位，使得在平行于第一传声器的接收或敏感表面的平面和来自操作者的语言的方向之间具有角度θ′，而在垂直于第二传声器的敏感表面的某轴与语言的方向之间具有角度[(90-θ′)+φ′]，如图5A所示。此外，安排第一传声器112和第二传声器114，使得其间夹角为φ′，该角的优选值在30°和60°之间。第一和第二传声器112和114位于网146及外壳174的剖去部分147接近处，以便不会接收到有较明显失真的声信号。尽管上述实施方案的描述中仅有一个第一传声器12(112)和一个第二传声器14(114)，但是本发明并非局限于此，对于第一传声器和/或第二传声器均可使用任意数量的传声器。例如，接收机部分42′(未示出)可以如此设计，包括两个或多个传声器作第一传声器12′用(未示出)两个或多个传声器作为第二传声器14′(未示出)。在该构造中，当使用多个传声器作为第一和/或第二传声器时，优选地，为作为第一传声器12′的除一个传声器以外的所有传声器以及作为第二传声器14′的所有传声器提供各自的可变限流电阻。这样，来自第一和第二传声器12′和14′的输出中，将包括数个这种传声器输出电压的加权和。限流电阻最好设置成各自数值，以便使第一和第二传声器12′和14′的差的某个函数最小。选择限流电阻的数值或等价地，选择每个传声器加权函数的原则，可以根据任一所熟知的梯度查找算法进行，以便使该函数最小化。图9A举例说明了一个传声器架320，该架上放置了一个第一传声器300和一个第二传声器302。第一传声器300包括压力敏感表面301，第二传声器302包括一个第二压力敏感表面303。如图9A所示，第一和第二传声器300和302如此安排，使得各自的压力敏感表面301和303基本上彼此相差180°。传声器300和302还如此安排，使得在传声器之间有一个结构性障板322。该结构性障板322可以由一个用于在传声器间提供声隔离的结构件组成。或者，可以用一个声屏蔽装置取代结构件。此外，如图9A中所示，第一和第二传声器300和302，特别是它们各自的敏感表面301和303，位于某距离或尺寸b内。第一传声器300用于接收来自使用者的诸如语音的声信号，并将这些接收到的语音转换成对应于该语音的信号。这种第一传声器300也会接收可能存在的背景噪声。应当理解的是，这种背景噪声与来自操作者的语音相组合，这样，由第一传声器提供的信号便对应于来自使用者的语音和背景噪声。另一方面，第二传声器302被安置于传声器架320内，使其主要只接收背景噪声。具体而言，第二传声器302的压力敏感表面303优选地按与第一传声器300的压力敏感表面301成基本上180°的角放置。而且，如前所提及，第一和第二传声器300和302之间安置有一障板322。该障板用于防止来自使用者的任何语音被第二传声器302接收，或者使接收到的语音最小。此外，第一和第二传声器300和302优选地彼此相对较近放置，即在距离b内。例如，这一距离b可以在0.10英寸到0.50英寸的范围之内，优选约0.25英寸或更小。适当的距离b可由熟练技术人员从本公开文本中确定出，而无需做过度的实验，并且本发明不必将b限定于某特定值。图9B举例说明了一个具有第一和第二传声器300和302的传声器架330，第一和第二传声器的放置与图9A的传声器架320内有所不同。即，如图9B所示，第一和第二传声器300和302彼此并行交错地放置。另外，在第一和第二传声器300和302之间提供一个障板332，以便提供与图9A障板322相似的对语音的声隔离。图9C举例说明了一个悬挂式送受话器组件400。如图中所示，这类送受话器组件400一般包括一个头环401，一个具有左盖403和左垫409的左盒402，一个具有右盖405和右垫410的右盒404，一个传声器悬架组件413，和一个传声器架440。这种架440包括第一和第二传声器300和302，它们按前文参考图9A和9B说明的方式安置。另外，这种传声器架组件440包括上端的传声器盒406，较下的传声器407，第一和第二传声器300和302，以及风向锥408。图9D举例说明了悬挂式头戴送受话器组件400的侧视图。如图中所示，左盒402包括电路卡组件412，该组件412可能包括应用于处理声信号的电路，下文将更为全面地说明这一点，还包括一个电缆组件411，用于向或从外部或主设备(未示出)提供信号。图9E举例说明了右盒404的一个侧视图。如前所述，第一和第二传声器300和302优选放置于距离b内，并且还作如此安排，使得第一传声器300同时接收语音和背景噪声，而第二传声器主要仅能接收背景噪声。这种背景噪声可能起源于来自图7A和7B所示的位置304处的声压源。即，如图中所示，这一位置304可能位于距第一和第二传声器300和302之间的中心位置距离为r处，从而在其之间形成角θ。这样，第一传声器300和位置304之间距离大约等于值[r-(b/2)(sinθ)]，而位置304和第二传声器之间距离大约等于值[r+(b/2)(sinθ)]。图8举例说明了一种差动放大器500，它用于处理由传声器300和302产生的信号。如图中所示，这种差动放大器500包括放大器310，放大器312和求和电路314。由第一传声器300产生的信号被提供给放大器310，该放大器310用于向这个信号上提供基本上为1的增益，并产生相同的输出信号。这一输出信号被送往求和电路314的一个输入端。由第二传声器302产生的信号被送往放大器312，该放大器用于将所接收信号基本上反相，并将此同一信号送往求和电路314的第二输入端。求和电路314用于把所接收的信号加在一起，从而产生求和后的输出信号e(out)。应当理解的是，这一求和输出信号e(out)基本上只代表对应于来自使用者的语音的信号。图10A和10B更为详细地举例说明了图8的差动放大器500。即，图10A说明了这种差动放大器500的第一种电路，图10B说明了这种差动放大器的第二种电路。下文将对这些简图逐个作较为全面的说明。如图10A中所示，由第一传声器300所产生的信号被送往输入端600，从该处经电容C1和电阻R送往运算放大器(运放)V1A的反相输入端。由第二传声器302所生成的信号被送往输入端602。该输入端602与电位计RA相连，而电位计RA又连接至地。输入端602还经电容C2和电阻R1和2R与运放V1A的同相输入端相连。该运放用于工作在差动方式下，并向端子606提供其输出信号，端子606继而与运放V1A的反相输入端相连。运放V1A的这一输出信号还被送往电位计608，电位计608的一端接地。这一电位计608经耦合电容C3与运放V1B的同相输入端相连。该运放V1B的输出被送往晶体管610的基极。这一晶体管610的发射极与端子612相连，该端子继而又经电容C4与输出端614相连。求和信号e(out)由该端子614提供。晶体管610的集电极与端子616相连，该端616继而又与往本电路提供电压V+的电源(未示出)相连。端子616与用来提供直流偏置的电阻R3和R4相连。未加以特别说明的那些元件的连接方法如图10A所示。通过利用图10A所例示的上述电路，相对第一和第二传声器300和302的阻抗是对称平衡，从而使各频率之间的差动相移最小。另外，来自这类电路的输出信号的阻抗相对较低。图10B举例说明了如前文所述的图8的差动放大器的第二种或替代电路。图10B的电路用于通过源阻抗从电源(未示出)接收能量。即，用于驱动图10B电路的能量是从一个具有有限输出阻抗R的电源提供的，而不是由输出阻抗为零的电源提供的(例如图10A)。在其它方面，应当理解的是，图10B与图10A所示电路基本相同，因而本处不再进一步加以说明。图11举例说明了一个可用于替代图10A或图10B所示电路的反相电路。如图中所示，该电路700一般包括第一和第二传声器300和302，幅度调节电位计RA，电阻R1和R3，电容C，它们的连接方式如图11所示。第一和第二传声器300和302均有一个场效应晶体管(FET)，该晶体管的漏极可认为是正(+)极，其源极可认为是负(-)极。漏和源之间的相位约为180°。例如漏极的相位可以是180°，而源的相位为0°。结果是，第一和第二传声器300和302均有两个端子，即正(+)端和负(-)端。图11的电路中，第一和第二传声器的正(+)端可以是其上端子，而它们的负(-)端可以是下端子。另外，幅度调节电位计RA可以在电路的初始装配期间加以调节或设置，或者也可以配置成可由图9C悬挂式头戴送受话器组件400的操作者调节。当第一和第二传声器300和302接收到具有相同声压的声信号时，输出信号e(out)的值为零(0)。图12举例说明了可用于代替图11反相电路700的电路800。在电路800中，传声器300和302是相反加电的。因此，当它们的输出加在一起时，由于第一和第二传声器接收的声信号具有相同声压，因此输出信号e(out)的值基本为零(0)。电路800的其余部分与图11的电路700相同，因此此处不再加以说明。这样，图10A、10B、11或12所例示的电路均可用于本发明中。这类电路允许对第一和第二传声器300和302进行校正处理，第一和第二传声器可以是驻极体型传声器。另外，这类电路可以容纳于可被安装在头戴送受话器组件400内的印制电路(PC)板，例如图9D所示的PC板412上。或者这种PC板可以容纳于头戴送受话器组件400的其它部位，还可以置于与头戴送受话器组件400分离的主设备上。这样，本发明提供一种组件，特别是一种悬挂式头戴送受话器组件，它用于降低或消除背景噪声。这种本发明设备利用了第一和第二传声器，它们相当于一个偶极子结构，它们可由制造商加以匹配，或者在制造后进行测试，在预期工作范围上频率响应基本平坦。另外，这种第一和第二传声器优选如此安排，使得它们各自的压力敏感表面彼此成180力学角度放置，且彼此相距很近，如前文所述。通过如此安排第一和第二传声器，来自于距离明显大于传声器之间距离的声源处的声音(特别是背景噪声)，可以同时被两个传声器接收。结果是，它们之间没有明显的相位差。此外，本发明允许噪声抑制量可以在制造本悬挂式头戴送受话器组件期间加以调节，或者可以由使用该组件的操作者加以调节。例如图7A至13B的悬挂式传声器可以基于约束全面性传声器在远和近场的指向性图案的原理以及传声器压力敏感表面的正确放置。如图9A和9B所见的传声器的物理设计是信噪比(S/N)增加的决定性因素。对这些图的检查表明传声器压力敏感表面优选地彼此成180力学角放置，并且提供话声传声器和噪声传声器在近场的最佳隔离。这种隔离是决定信号S/N比的主要因素。本质上而言远场的问题是在指定点对来自所有简单源的到达该点的声压进行矢量相加。该分析的关键因素是此处所谓的偶极子声接收器。几何情况示于图7A和7B。假定从两个接收传声器到声压为P的源点A的距离r与这两个传声器之间间距b相比很大。来自A点到达接收偶极子的球面声波所经历路程，对于传声器1为r-b/2sinθ，对于传声器(mic)2为r+b/2sinθ。如果r＞＞b，球面波经历距离是r，且每个接收传声器的输出相同。如果如图8所示两个传声器的求和输出为零，那么相关的比例因子相等。如果其相关的比例因子不等，无论相位和/或幅值，其输出将不为零。幅值调节可以由电气方法获得和进行，但是不可能对所有频率进行相位调节。至于相位调节则不必进行，这是因为制造传声器时其重复性好，它们能够输出相位随频率改变的信号。前文刚刚说明的传声器是偶极声源的两端，其原理与偶极子相似。另外，如果传声器之间的间距b在任意距离r处与波长相比很小(b＜＜λ)，那么这两个传声器基本重合，那么在任何频率对于匹配的比例因子(幅值/相位)，任意角度θ处的输出将是零。如果b并非远小于r，那么这两个传声器之间相对入射声波的相位关系是此处b＝传感传声器与噪声传声器之间的间距f＝频率，单位赫兹v＝声速英寸/秒φ＝特定频率的相移&phi;=360bf----(1)]]>正如从方程(1)可以看到的，该相位关系是噪声抑制传声器的近场和远场交线的理论限制。当固定b而改变频率时，相位也改变，即在φ＝90处，也许不能完全消除噪声。这一相位变化在不存在障板的情况下是噪声抑制带宽的关键性因素。图7A至13B的本发明实施方案可以基于传声器的远场图案使用，以便抑制噪声。减少b的影响是通过采用声学设计来实现的，该声学设计倾向于使尺寸b最小化或降为零，如图9A，或者加以修改，以减少探头的厚度，如图9B。这两种设计利用了b和r之间的关系(即b＜＜r)。此外，本发明的悬挂式传声器/系统由传声器的声压表面的位置优化定义，在悬挂式传声器的情况下优选为180度，但是对于任意角度由于所采用的是相减型系统，抑制总会发生。事实上，当传声器声压表面彼此相对成0°角时，理论上会发生完全抑制，但是将不再有声音被传送。本发明系统可以依赖于传声器在远场和近场的指向性图案，它们的声压敏感性表面的定位，以及减法的电处理过程。图10A-12给出可用作减运算的典型电路。在图10A和10B中，电路与上文参考图1至5说明的电话实施方案中采用的电路相似。在该电路中U1A用作减运算，而U1B用作输出接口。图11给出反相电路。该电路在点A和B给出与传声器1和2中的同样声信号相位相差180度的两个信号，如果这两个传声器是匹配的两部分(通过制造)的话。可以通过调节与电容C连接的RA，对该输出进行调节，使得在参考频率处幅值能够相匹配。当传声器被置于如前所述的适当的力学环境中时，eout处的信号是噪声抑制之后的输出。对图11电路的分析得出下列结论。在A点的输出是包含于传声器(最好是驻极体)内的内FET的源极，从而其输出与输入声压信号所成电角度为零，而在B的输出端是来自于包含在驻极体传声器内的内FET的漏极，其输出与输入声压信号所成电角度为180度。当这两个远场信号按电压模式相加时，则如果幅度经过电位计RA在参考频率处调节且在频谱上幅值响应是平坦的话，输出为零。在图12的电路中，相反加电的传声器在A和B点提供两个与传声器1和2中的同样声信号相位相差180°的信号。这一反相是通过在制造驻极体传声器的电容器极板时相反加电完成的。对于反相电路所有的其它特性均如前所述。图11和12所述的电路无需使用功放即可提供减运算。本发明的悬挂式传声器头戴装置(例如图7A-13B)可以提供用于计算机话音识别。该悬挂式传声器头戴装置可以很好地抑制不需要的背景噪声，并提供良好的话音响应。悬挂式传声器头戴装置可以如此配置，使得它可与所有的SoundBlasterTM声卡兼容。同时也应易于适应所有其它的声卡接口。本发明性悬挂式传声器头戴装置(例如见图7A-13B)与最新的高质量话音识别软件相结合，促使用话音进行计算机控制更为可靠，而且其用户友好程度也与键盘和鼠标相当。采用了本发明的装置之后，话音识别不再局限于安静的闭门的办公室，而是可以用于真实世界的嘈杂环境例如饭店前厅、医院急救室、制造场所以及较嘈杂的办公室中。这样，悬挂式传声器头戴装置可与计算机、电话或真实世界的其它设备接口，或者悬挂式传声器(无头戴装置)可用于各种话音识别应用中。本发明性悬挂式传声器头戴装置被设计成对距声源的距离敏感。从距传声器数英寸之外的地方发出的任意声场被显著抑制达30dB(3200％)。本发明性悬挂式传声器头戴装置优选与3米的电缆相接，该电缆的一端是3.5mm的微型插头(未示出)。为了把它接至声卡，用户可以简单地将微型插头插入至声卡(未示出)的传声器输入插座上。然后将本发明性悬挂式传声器头戴装置放置到用户的头上。为了有助于使传声器定位在可进行可靠话音识别的适当位置处，该头戴装置优选有两个特点(1)在左右两侧的可调节的边撑垫，和(2)可调节的弯架。在可弯折的架端的传声器优选有白或其它颜色标志的点，以指示应当将传声器的话音面直接面对嘴。为使操作正确进行，讲话时应适当地贴近本发明装置。嘴与传声器的距离最好应在约1/4至约3/4英寸左右，最好是1/2英寸或更小。至于和SoundBlasterTM一起使用，重要的是将本发明装置用于噪声抑制场合之前应使声卡上的自动增益控制(AGC)无效。如果AGC是通的，由于当用户不讲话时它会自动地增大输入音量，从而破坏了传声器的噪声抑制性能。通过运行CreativeMixerTM，并在“RecordingSetting…”下点击AGC软件控制，可以使SoundBlasterTM卡上的AGC无效。使用CreativeMixerTM程序可以方便地使输入声频增益适合于所期望的应用。本发明的传声器头戴装置的测试可以简单地通过使用CreativeLabsWaveStudioTM程序的录音和播放特性来进行。图13A和13B是头戴装置实施方案的悬挂式传声器的噪声抑制动态曲线。图13A的上方曲线代表近场响应，下方曲线代表远场响应。在图13B中，上方曲线代表近讲响应，下方曲线代表背景噪声响应。本发明性悬挂式传声器头戴装置的实施方案的典型指标包括频响20Hz到10KHz输出阻抗低阻抗(能驱动560欧姆)灵敏度-47dB±2dB(0dB＝1v/Da@1KHz，5V)工作电压2V至10V电流＜1mA(电源5V)电信噪比60dB(最小)噪声抑制见图13B电缆型号非拆卸式，屏蔽电缆长度3000±50mm插头型号3.5mm立体声微型公插重量56mg(无电缆)采用AI和ANSIS3.5-1969的语音清晰度的解释，对本发明的悬挂式传声器头戴装置及标准(现有技术)噪声抑制动圈传声器进行测试，其结果如下表1可懂度指标本发明性悬挂式传声器</tables>表2可懂度指标标准(现有技术)噪声抑制动圈传声器</tables>使用AI和ANSIS3.5-1969，对语音清晰度的解释表明，对于本发明其准确率为93％，而对于标准噪声抑制动圈传声器而言准确率为45％。这一数据的比较反映了本发明在误差比率上有约8∶1的下降(即AI45％标准动圈传声器，而本发明噪声抑制AI93％)。此外，如果对于50周及以下频率常数被修正为有效，则AI有望进一步增大。对AI计算的字面上的估算表明，对于每讲100字，本发明会犯7个错，而标准动圈传声器会犯55个错误。所有的数据都是由Andrea电子公司收集并进行计算的。这两种传声器系统都是在相同条件下由Andrea电子公司进行测试的。另外，尽管本发明的上述实施方案被说明为供电话送受话器和悬挂式传声器等使用，然而本发明无意受限于此，它可用于多个其它设备中，例如内部通话设备系统、遥测装置、声监视传声器、指向性传声器等等。另外，本发明也可用于话音识别和/或鉴别系统中。例如用于访问具体装置、计算机程序、计算机或自动取款机等系统。此外，本发明还可和根据预定处理算法工作的处理装置一起使用，如描述于美国专利5251263中的处理算法，该专利与本申请有同一受让人，引入此文以供参考；但是，这一点对本发明不是必需的。另外，尽管已对本发明的优选实施方案及其改进作了详尽的说明，但是应予以理解的是本发明并不限于这些精确的实施方案和改进，本领域的技术人员可以在不偏离由附加的权利要求定义的本发明的实质和范围的前提下，作出其它的改进和修改。权利要求1.降噪设备，包括一个外壳，它有第一传声器装置，用于接收由来自于操作所说设备的某操作者的语音和背景噪声组成的第一声信号，并且把所说第一声信号转换成第一信号；还有第二传声器装置，它相对于所说第一传声器装置成预定角φ放置，用于接收基本上是所说背景噪声组成的第二声信号，并且把所说第二声信号转换成第二信号；和装置，用于从所说第一信号减去所说第二信号，以便获得基本上代表所说语音的信号。2.根据权利要求1的降噪设备，其中所说第一和第二传声器装置的至少一个包括多个传声器。3.根据权利要求1的降噪设备，其中第一和/或传声器装置包括多个传声器，并且从第一和/或第二传声器装置的输出信号包括多个传声器输出电压根据所期望函数加权而得到的加权和。4.根据权利要求3的降噪设备，其中期望函数是一个梯度查找算法。5.用于降低背景噪声的传声器设备，所说设备包括一个外壳；第一传声器，它有一个第一压力敏感表面并且置于所说外壳内，以便于接收由来自操作所说设备的操作者的语音和所说背景噪声组成的第一声信号，所说第一传声器用于将所说第一声信号转换成第一信号；第二传声器，它有一个第二压力敏感表面并且置于所说外壳内，以便于接收基本上由所说背景噪声组成的第二声信号，所说第二传声器将所说第二声信号转换成第二信号，所说第二压力敏感表面相对于所说第一压力敏感表面成预定角放置；和装置，用于从所说第一信号减去所说第二信号，从而获得基本上代表所说语音的信号。6.根据权利要求5的传声器设备，其中所说预定角大约是180°。7.根据权利要求6的传声器设备，其中所说第一和所说第二敏感表面彼此相距小于某预定量。8.根据权利要求7的传声器设备，其中所说预定量约为0.25英寸。9.根据权利要求1的降噪设备，其中所说预定角φ位于约30度至约60度的范围内。10.根据权利要求9的降噪设备，其中所说第一传声器装置放置在所说外壳内使得在经过接收所说第一声信号的所说第一传声器装置的一部分的平面和所说语音的输入方向之间形成的角θ小于约35度。11.根据权利要求10的降噪设备，其中所说第二传声器装置如此放置于所说外壳内，使得在垂直于所说第二传声器装置的接收部分的某轴和所说语音的所说输入方向之间夹角β约等于[(90-θ)+φ]度。全文摘要用于降低背景声学噪声的设备用于电话送受话器(10)或悬挂式传声器装置(100)或悬挂式头戴送受话器等等。该设备包括第一(12)和第二(14)传声器,它们如此放置使得第一传声器(12)接收期望的语音输入和语音附近存在的背景噪声,而第二传声器(14)所接收的基本上只是背景噪声。来自第二传声器(14)的背景噪声被转换成相应的电信号,并且与从第一传声器(12)获得的相应于语音和背景噪声的信号相减,从而得到一个基本上代表语音的信号。文档编号G10L21/02GK1172422SQ95197253公开日1998年2月4日申请日期1995年11月14日优先权日1994年11月14日发明者D·安德列亚,M·托夫申请人:安德烈电子公司