具有噪声消隐能力的电话耳机放大器的制作方法

专利名称：具有噪声消隐能力的电话耳机放大器的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及用于与包括VoIP的电话系统互连的通信系统，更具体地涉及抑制渗透入系统中的不想要的以及令人讨厌的主要是音频尖峰脉冲(spike)或脉冲串(burst)最终到达用户听筒或其他换能器。
背景技术：
公知的，通信系统将耳机或其他接收器与电话系统互连。无线系统增加了互连到电话的专用及报告接收器的使用范围(包括通过IP的语音VoIP网络)。这样的系统包括固定收发器，其用相关的硬件连接到电话线以向和从远程设备中继信号。由于用户不再锚定到(anchor to)电话线，因此无线系统在通话期间实现了自由移动。但，无线系统固有地更易受静电噪声或其他形式的干扰。更具体地，背景噪声和电磁干扰是较差音频质量的重要根源。此外，无线系统易受讨厌的高声短暂的脉冲串或音频尖峰脉冲的影响。

发明内容
以上描述所给出的情况需要一种改进的方式，以使在无线通信系统中在讨厌的噪声尖峰脉冲或其他听得见的音频脉冲串到达用户的听筒之前将其消除或有效地抑制。
本发明的一个实施例涉及电话放大器噪声抑制设备，其包括第一和第二电子信道。输入信号被均等分到两个信道中并且在第二信道中的信号上施加预定的时间延迟。如果在第一信道中的信号被发现超出了预定阈值，则衰减在第二信道中的信号。
本发明的另一个实施例涉及电话放大器噪声抑制设备，其包括第一和第二电子信道。如果第一电子信道的输入超出了预定阈值，则该第一电子信道对音频输入预先滤波并衰减输入到第二信道的输出，而当其输入没有超出预定阈值时，将其未衰减的输出信号送到第二信道的输入。
本发明的另一个实施例涉及在电话机中抑制噪声脉冲的方法。将输入信号同步等分到两个信道A和B。信道A具有比信道B要快的输入到输出的传播时间(transit time)，并且与预定阈值相比，在信道B的信号到达其输出之前，信道的输出为A。如果信道A的信号超出了预定阈值，则启动控制信号以消隐(blank)信道A的输出。持续信号A的消隐直到信道B的输出落到预定阈值之下。
本发明的另一个实施例涉及在电话机中抑制噪声脉冲的方法。将输入信号同步等分到两个信道A和B。在信道B中并入预定时间延迟以便信道B的输出不会立即到达听筒。将信号A相对于预定阈值进行检测，如果信号A超出了预定阈值，则在再次对信号A相对于预定阈值进行检测之前启动固定时间延迟。如果在第二次检测后，并且在时间延迟并入到信道B中之前，而信号A依然超出预定的阈值，则消隐信号B。信号B持续消隐预定的时间，其中对信号A第三次相对于预定阈值进行检测。如果信号A依然超出预定阈值，则向听者发出通告，该音频信号已经消隐。持续信号B的消隐直到信道A落到预定阈值之下。
本发明以上的概述并不想描述本发明的每个所示的实施例和每种实现。附图和详细的描述能更加具体地示例出这些实施例。


本发明可以参照以下与附图所结合的各种实施例的详细描述而更加全面地理解，其中图1是执行噪声抑制的电路和自动信号电平控制系统的功能框图。
图2显示了本发明的时域数据，其与图1中概括示出的结构-致，并采用了所描述的消隐网络。
图3显示了本发明的时域数据，其与图1中概括示出的结构-致，并采用了消隐网络的去活(de-activation)。
图4显示了本发明的时域检测数据，其与图1中概括示出的结构一致，并描述了在输入信号和到用户耳机的输出信号间的关系。
虽然本发明可有各种的修改和替换形式，通过附图中的实例显示并详细说明了其具体情况。但，应当理解的是，本发明并不限于所描述的本发明的具体实施例。相反，本发明覆盖了落在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替换。
具体实施例方式
总地来说，本发明涉及在电话系统，尤其是耳机系统中的自动信号电平控制和噪声抑制的系统、装置和方法。图1描述了用于电话耳机系统的自动信号电平控制系统100的功能框图的实施例。从操作者的控制台和主机电话听筒插孔(host telephone handset jack)接收音频输入信号110。该输入信号110路由到耦合的变压器120的初级侧，该变压器的输出电压可以通过调整在变压器120的次级侧的可变电阻VR2而控制。这样的结构用作信号分路器，其让音频信号通过两条路径，一条路径用来处理噪声抑制/增益控制，而另一条路径用来响应该第一条路径的处理而在电路输入和输出间切换。
变压器120可以是升压变压器以放大微弱的输入信号110，而可变电阻VR2可以在出厂时预设(或由用户调整)为最大或所需的灵敏度。正如早先所提及的，这种类型的系统很容易输入“尖峰脉冲”或脉冲串，该“尖峰脉冲”或脉冲串由在电话系统本身内切换瞬态(switching transient)或由诸如在电话线附近的灯光闪烁等外部现象而产生。
通过变压器120的信号被有效地分成在第一信道或路径130和第二信道或路径200上传输的两个相同的信号(虽然并不一定是相同的信号电平)。在正常的操作过程中，即，没有先前提及的尖峰脉冲或脉冲串，则传入到检测器和放大器组件140上的输入信号130足够小从而不激活(打开)检测器电路140，并且随后的电路和放大器的线性链(单元150、160和170)偏置“截止”(“off”)，以便信号180不激活或打开可切降衰减器单元190。在这种环境中，没有输入尖峰脉冲或脉冲串，用于音频传输的通路通过信号200，其通过可变电阻125分接到变压器120。
信号200传入到限制电路，其包括电阻201以及二极管202和203。二极管202和203在正常操作条件下并不导通，当高电平瞬态出现时，将它们的输出信号204夹在(clip)最大约+/-0.5伏峰值，以保护下游元件。二极管202和203还可以标准化高电平信号的振幅，以使衰减是恒定的而无论信号电平如何。信号204耦合到放大器单元210，其在反馈环中具有自动增益控制单元220。自动增益控制单元220可以具有约从25到40分贝(dB)的动态范围。放大器210的输出耦合到可变电阻230，其可以通过耳机用户调整，并且输出信号240路由到用户的耳机听筒。
但，如果在输入信号110中的信号尖峰脉冲或脉冲串足以使得变压器输出信号130通过阈值电平(通常在-10dBv的范围内)而激活检测器140，则由元件140至190所限定的电路此时全都工作，而其在无尖峰脉冲的环境中为“off”。检测器和放大器单元140的输出耦合到反相放大器单元150，放大器单元150的输出由产生充电延迟而防止快速瞬态消隐音频信号的电阻/电容对单元151/152滤波。该电路的作用是防止错误触发噪声抑制效应。如果不存在该延迟，则短的尖峰脉冲将触发抑制。当跨电容器151的电压充电到大约1伏特时，控向二极管153开始导通并允许电流流到保持计时器电路(hold timer circuit)160。当以高增益模式操作时，保持计时器电路160可以设计来在其输出信号中启动20毫秒的延迟以稳定电路，避免进入振荡。保持计时器电路160的输出可以由放大器170反相，其输出180又可以启动可切降衰减器单元190。
可切降衰减器单元190可以将给放大器单元210的输入衰减到在AGC单元220的阈值之下大约30dB的水平，从而每当激活可切降衰减器单元190时，AGC单元220的输出从其正常的AGC输出跌落大约30dB(即，信号输入小于-10dBv的情况)。这种在信号204中增加的衰减足够使得耳机用户避免听见否则会通过放大器210并最终进入用户听筒中的短音频脉冲串的烦恼。当然，在衰减期间，用户可以听见非常微弱的信号，但这种结果比听见被衰减的噪声要少受干扰，也更安全。实际中，如果没有发生衰减，则用户听不见任何有用的声音，并且如果噪声振幅达到了峰值则还会受到伤害。
如果多个或背对背的尖峰脉冲或脉冲串通过输入信号线10进入了系统，则如有必要会重复以上的一系列事件以衰减该将要形成的扰动信号，实际上，用户也不会意识到重复的衰减。如果噪声持续了延长的时间周期，则系统可以编程来加入问候话语、或甚至是语音警告(例如“正在实行噪声控制”等)以使用户不会认为他/她已经失去连接了。类似地，为此效果，指示器灯或读出器将显示“噪声环境-噪声抑制起作用”。
图2显示了从本发明的一个实施例所得到的时域检测数据200，其与在图1中描述的构造一致。信号202以低于-10dBv的消隐阈值的电平加入到耦合的变压器120(图1；元件120)的初级侧。在时间204，所加入的信号202的振幅增加到消隐或噪声抑制阈值-10dBv之上。在时间204，与此同步，由于在检测器和放大器单元(图1；元件140)中的电容元件，信号206开始正向充电。在检测器和放大器单元中的电容元件的充电时间可以引入有意的时间延迟来防止快速瞬态无意间启动消隐序列。当跨电容元件的电压达到预定值，通常为1伏特时，如在时间210处信号208中所示，控向二极管(图1；元件153)开始导通，其又可以激活保持计时器电路160(图1；元件160)。如在时间214处的信号212中所示，保持计时器电路可以先于激活后置放大器设备(图1；元件170)而引入时间延迟，通常约20毫秒。在时间214，信号212的前沿激活可切降衰减器设备(图1；元件190)，衰减器设备如先前所描述的可以在给用户耳机的信号中引入约30dB的衰减，从而“消隐掉”不想要的信号脉冲串。
需要很小心地同步由衰减器190所进行的信号204的衰减，以便该信号的衰减时刻相应于在该点噪声信号所到达的相同部分(按时间)。在该模拟实施例中，这通过小心地调谐在第一和第二信道中的R-C电路来完成，以便就在噪声到达204上可切降衰减器190的精确时刻衰减控制信号180衰减。要么第一信道路径130比第二路径具有更快的响应时间，要么第二信道必须具有比第一信道要慢的响应时间，否则，从第一信道来的衰减控制信号将不与在第二信道上相同的噪声脉冲重合，并且用户要么会错失有价值的音频信息，要么只听到噪声本身部分。
以上的电路通过模拟装置来达到所描述的结果，但显然，本领域的技术人员也可以用这个概念的数字版本来类似地实现。在本发明的数字版本中，通过用同步信息给每个信号作标记，并记录相应于第一噪声段的字节地址，或通过其他传统的信号装置来解决计时问题。在第二信道中的信号的同步计时并不依靠R-C计时而是通过同步方法的时钟控制。
在操作中，输入信号(参见图1；元件110)可以进行数字化或以其原始的模拟形式处理。接着将输入信号50/50分成均等的时间同步信号B&A。接着将有意的短暂时间延迟引入到信号B中，以允许信号A与先前提及的预定阈值比较。接着将信号A与该阈值比较，并且如果A小于该阈值，则将B路由到用户的听筒，否则信号B按先前所描述的情况消隐。如果B被消隐了，则发出等待命令来消除输入的尖峰脉冲。再次对输入的信号数字化并如前所述分割，接着将新的A与阈值电平比较，如果A现在降到了该阈值信号以下，则将信号B路由到用户听筒，否则再次对信号B消隐。
接着进行输入信号的第二次消隐，可以将告知用户“消隐”情况的消息发送给用户。接着信号A再次如前述一样与该阈值比较，如果现在A降到了阈值信号以下，则将信号B路由给用户听筒，否则再次对信号B消隐。连续重复以上对A的询问，直到A落到了该阈值以下，其中信号B接着将被路由到用户听筒。
图3显示了检测数据300，其是在图2中所描述的数据的时域上的连续。尽管图2概略出了最终会导致“消隐”在-10dBv的阈值水平之上的输入尖峰脉冲的线性系列事件，但图3描述了在输入信号降到-10dBv阈值水平以下时的一系列事件，以及在没有切换的衰减下电路重新开始正常的音频操作。如所示，信号302最初大于-10dBv的阈值水平。在时间304，输入信号302降到-10dBv的阈值之下并与其同步，如在信号306所描述的，在检测器中的电容元件和放大器设备(图1；元件140)开始放电。当跨电容元件的电压降到低于大约1伏特时，如在时间310处的信号308所描述的，控向二极管(图1；元件153)终止导通，其接下来去活保持计时器设备(图1；元件160)。最终，如在时间314的信号313中所描述的，可切降衰减器设备(图1；元件190)关断。
图4显示了时域检测数据400，其描述在输入信号(参见图1，元件110)和给用户耳机(参见图1；元件240)的输出信号404之间的关系。最初，输入信号402在-10dBv的阈值水平下加入并且输出信号404显示了表示正常的音频传输的调制。在时间406，输入信号402增加到-10dBv的阈值水平之上，并且在时间408，大约20毫秒之后，在整个输入信号显示为阈值水平之上的时间期间，输出信号被显著衰减(即，消隐)。在时间410，输入信号402降低到-10dBv的阈值水平之下，并在数据的剩余期间都处于阈值水平之下。在时间412，大约150毫秒后，给用户耳机的输出信号404重新开始正常的音频传输，从而展示出了一个完整的消隐和恢复周期。
本发明不应当限于上述的具体实例，而是应当理解为覆盖了在所附权利要求所表述的本发明的所有方面。根据当前说明书，本领域的技术人员可以显而易见地得出本发明的各种修改、等价处理、以及各种结构。权利要求力图覆盖这样的修改和设备。
权利要求
1.一种电话放大器噪声抑制设备，包括第一和第二电子信道，其每个都具有输入和输出并且每个都接收基本相同的输入信号；所述第二电子信道包括预定值的延迟；所述第一电子信道包括检测器，其能够感应所述输入信号的振幅并响应所感应的振幅而输出控制信号，衰减器，其在所述预定值被超出时响应所述第一控制信号来衰减所述第二信道输出。
2.根据权利要求1的设备，还包括同步器，其能将触发控制信号的第一信号的一部分与衰减的第二信号的一部分匹配，以使用户不会听到相应于在所述预定水平之上的振幅的所述第二信号的任何部分。
3.根据权利要求1的设备，还包括在所述第一信道中的第一延迟电路，如果所述振幅超出预定水平的时间比固定周期要短，则其用来延迟所述控制信号的发出，以便受限期间的振幅尖峰脉冲不会导致所述第二信号的消隐。
4.根据权利要求3的设备，还包括在所述第一信道中的第二延迟电路，其用来在所述振幅落到所述预定值以下后在固定时间周期内延迟所述控制信号的消除，以便如果在振幅尖峰脉冲消失后不久其他振幅尖峰脉冲出现则可以恢复所述控制信号。
5.根据权利要求1的设备，其中在所述第二信道中的所述延迟受在所述第二信道中构建来与启动所述控制信号所需的时间同步的R-C网络影响，以便所述第二信道信号的衰减基本相应于在所述第一信道中振幅超出所述预定值的相同时间。
6.根据权利要求1的设备，还包括顾问电路，其响应所述控制信号来警告用户延长衰减周期。
7.根据权利要求6的设备，其中所述顾问电路包括计时器，其用来延迟警告的启动直到度过第二预定周期。
8.根据权利要求6的设备，其中所述顾问电路在存在所述控制信号的时间中的至少一部分期间产生插入到所述第二信道的所述第二信号中的可以听见的信号。
9.根据权利要求6-8的设备，其中所述顾问电路激活可视显示器，其能提供第二音频输出由所述设备有意衰减而不是系统故障的通告。
10.一种电话放大器噪声抑制设备，包括第一和第二电子信道，其每个都具有输入和输出信号；所述第一电子信道包括检测器，其能感应所述输入信号的振幅并响应所感应的振幅而将信号输出给所述第二电子信道的输入；其中如果信号超出了预定阈值水平，则所述第一电子信道预先对音频输入信号滤波并衰减该音频输入信号，而如果信号没有超出预定阈值水平，则将未滤波的信号传到所述第二电子信道。
11.根据权利要求10的设备，其中输入信号同时路由到所述第一和第二电子信道的输入；所述第一电子信道比所述第二电子信道具有更快的响应时间以检测输入信号是否超出了预定的阈值水平。
12.根据权利要求3的设备，其中在未衰减的信号离开所述第二电子信道之前，所述第一电子信道发出控制信号来衰减所述第二电子信道的输出。
13.根据权利要求1的设备，其中所述电话耳机放大器设备接收无线音频输入信号。
14.根据权利要求1的设备，其中所述电话耳机放大器设备接收从电话控制台来的输入信号。
15.根据权利要求1的设备，其中所述电话耳机放大器设备接收从电话机的听筒输出来的输入信号。
16.一种电话放大器噪声抑制设备，包括第一和第二电子信道，其每个都具有输入和输出并且每个都接收基本相同的输入信号；所述第二电子信道包括预定值的延迟；所述第一电子信道包括检测器，其能够感应所述输入信号的振幅并响应所感应的振幅而输出控制信号。
17.一种在电话机中抑制噪声脉冲的方法，包括步骤a)在输入端将信号分成两个相等的分量A和B，b)创建第一和第二信号路径以使在第二路径的输入端的信号迟于第一路径到达第二路径的输出，c)将信号A的振幅与预定振幅水平进行检测，d)如果在固定的时间周期后信号A的振幅超出了预定值，则发送控制信号来消隐信号B，e)只要信号A超出所述预定值，则将信号A的消隐行为同步到信号B中的相同时刻并衰减信号B，f)当信号A的振幅落到所述预定值以下时恢复信号B的振幅。
18.一种在电话机中抑制噪声脉冲的方法，包括步骤a)在输入端将信号分成两个相等的分量A和B，b)将预定延迟插入到信号B的传输中，以便输出不会立即达到在输出端的听者；c)将信号A的振幅与预定振幅水平进行检测，d)如果信号A的水平超出了预定水平，则在固定的时间周期中引入等待，e)如果在所述固定的时间周期后信号A的振幅仍然超出预定值，则给信号B发送消隐控制信号，f)只要信号A超出所述预定值，则将信号A的消隐行为同步到信号B中的相同时刻并衰减信号B，g)在信号A已经落到预定振幅之下后仍然在第二预定周期中保持信号B的消隐，以便将在信号A所检测到的噪声中的间隙考虑进去，h)如果信号B的消隐持续过了第三预定时间周期，则通告在输出端的听者消隐行为的原因，i)当信号A的振幅落到所述预定值以下时恢复信号B的振幅。
全文摘要
本发明总地涉及用于与电话系统互连的无线通信系统，更具体地涉及抑制渗透到无线系统的不想要并令人生厌的音频尖峰脉冲或脉冲串最终达到用户听筒的方法和设备。本发明的实施例涉及具有噪声消隐或抑制能力的电话耳机放大器系统，其在输入信号超出预定阈值时可以衰减输入的音频信号。
文档编号H04M1/60GK1951092SQ200580013701
公开日2007年4月18日 申请日期2005年4月27日 优先权日2004年4月28日
发明者罗伯特·E·卢西, 迈克尔·B·拉斯基 申请人:Gn奈康有限公司