响应于环境噪声水平进行的基于前馈的anr调整的制作方法

专利名称：响应于环境噪声水平进行的基于前馈的anr调整的制作方法
技术领域：
本发明涉及个人主动降噪(ANR)设备，以用于减少至少一个用户耳朵周边的声学噪声。
背景技术：
在头戴式耳机和绕用户耳朵佩戴的、用于将用户的耳朵与不希望的环境声音隔开的个人ANR设备的其他物理结构现已变得寻常。具体而言，即使相比于仅使用被动降噪 (PNR)技术而使用户耳朵与环境噪声简单地物理隔离的头戴式耳机或耳塞，依靠主动产生的反噪声声音来抵消不希望的环境噪声声音的ANR头戴式耳机业已变得很流行。不幸的是，尽管随着时间已做出了各种改进，但是现有的个人ANR设备还是有一些弊端，特别是在具有很高水平的环境噪声的情境下。如所属领域的现有技术人员熟知的， 麦克风通常能提供表示其所检测到的声音的电输出，该电输出具有在所检测到的声音的声级和所产生电输出的电压之间高的线性度。但是，麦克风终究具有最大声学水平，当超过该最大值时就会导致麦克风提供不再线性的电输出，而且实际上，经常在麦克风不能超出的最大电压时该电输出被削波。在麦克风被置于ANR设备中作为前馈麦克风，从而使得其与周围环境相声耦合以检测噪声，作为基于前馈的ANR设备的参考输入时，由于很高的环境噪声水平而导致的麦克风电输出的削波情况可以使基于前馈的ANR设备失效。更具体地，因为这种麦克风的电输出用作生成反噪声声音的基础，所以该电输出中的削波情况实际上会导致基于前馈的 ANR设备生成比其所减少的噪声更多的噪声。因此，在其中存在高声学水平的环境噪声声音时继续使用基于前馈的ANR设备实际上会导致一个比不使用基于前馈的ANR设备更糟的结^ ο

发明内容
提供基于前馈的ANR的设备的压缩电路针对由前馈麦克风输出的电信号的电压水平不再与前馈麦克风检测到的声音的声学水平成线性关系的指示而监测由该前馈麦克风输出的电信号。只要不存在这种指示，则压缩电路将至少表示由前馈麦克风输出的电信号的信号中继到前馈反噪声生成器，其中所表示的声音没有被压缩，可能通过直接将该前馈麦克风输出的信号作为前馈参考声音而中继。然而，响应于检测到这种指示，压缩电路在将这些声音作为前馈参考声音提供到前馈反噪声生成器之前，压缩由前馈麦克风输出的信号表示的声音，可能通过衰弱该前馈麦克输出的信号。在一方面，一种用于在个人ANR设备的听筒中提供基于前馈的ANR的方法，其包括监测布置在个人ANR设备的外部部分上的前馈麦克风所输出的电信号的电压水平，其中该电信号表示由该前馈麦克风检测到的环境噪声声音；将由前馈麦克风检测到的环境噪声声音作为前馈参考声音提供到前馈反噪声生成器，以提供基于前馈的ANR ；以及在响应于前馈麦克风输出的电信号的电压水平的峰值达到预定电压水平而提供环境噪声声音到该反噪声生成器之前，压缩该环境噪声声音。实现方式可以包括但是不限于下述的特征中的一个或者多个。监测电信号可以包括将电信号提供到包括峰值检测器和积分器的包络检测器。压缩环境噪声声音可以包括基于由包络检测器的输出的电压水平，而触发对环境噪声声音的压缩；以及减少前馈麦克风输出的电信号的电压水平。该方法可以进一步包括在电信号的削波情况时，选择预定电压水平以触发对环境噪声声音的压缩。该方法可以进一步包括将前馈麦克风输出的电信号转换为表示由前馈麦克风检测到的环境噪声声音的数字数据。此外，压缩环境噪声声音可以包括基于提供电输出的电压水平的峰值达到预定电压水平的指示的数字数据，而触发对环境噪声声音的压缩；以及在数字数据被用于生成前馈反噪声之前，修改该数字数据以压缩由该数字数据表示的环境噪声声音。在一方面，一种装置，其包括ANR电路，并且ANR电路包括前馈反噪声生成器，其用于生成前馈反噪声声音，以作为提供基于前馈的ANR的一部分；以及压缩电路，用于监测前馈麦克风输出的表示由其检测到的环境噪声声音的电信号，并且用于响应于该电信号中的电压水平的峰值而将环境噪声声音作为前馈参考声音提供到反噪声生成器之前，压缩该环境噪声声音。实现方式可以包括但是不限于下述的特征中的一个或者多个。ANR电路可以进一步包括峰值检测器，用于存储电信号的峰值的电压水平；以及积分器，用于提供表示该电信号的多个峰值的积分的输出。ANR电路还可以进一步包括比较器，用于比较包括阈值电压的电压水平在内的电压水平，其中该阈值电压的电压水平为动态可配置的，以使得触发压缩的电信号中的峰值的电压水平被动态地配置为适应前馈麦克风的变化。备选地和/或附加地，ANR电路可以进一步包括放大器，向该放大器提供积分器的输出，并且向该放大器提供可以动态配置的可变增益以使得触发压缩的电信号中的峰值的电压水平被动态地配置为适应所述前馈麦克风的变化。ANR电路还可以进一步包括ADC，用于将电信号为转换表示由前馈麦克风检测到的环境噪声声音的数字数据；处理设备；以及存储设备，在该存储设备中存储有压缩例程的指令序列，该压缩例程在由所述处理设备执行时促使处理设备在数字数据被用于产生前馈反噪声声音之前，修改该数字数据以压缩该由所述数字数据表示的环境噪声声音。此外， 可以进一步促使该处理设备产生前馈反噪声声音。该装置可以进一步包括听筒；前馈麦克风；音频放大器，用于放大由前馈反噪声生成器生成的前馈反噪声声音；以及声学驱动器，其布置在听筒内并且耦合至音频放大器， 以声学地输出前馈反噪声声音。该装置还可以进一步包括反馈麦克风，其布置在所述听筒内；反馈反噪声生成器，其用于从反馈麦克风检测到的声音产生反馈反噪声；以及求和节点，其用于将前馈反噪声声音和反馈反噪声声音组合，并且通过所述声学驱动器声学地输出该组合。本发明的其它特征和优点在以下具体描述和权利要求中将被阐明。


图Ia和图Ib是个人ANR设备的一部分的方框图。图加和图2b描绘了图Ia和图Ib的个人ANR设备的可能的物理结构。
图3a描绘了图Ia的个人ANR设备的ANR电路的可能的内部架构。图北描绘了图Ib的个人ANR设备的ANR电路的可能的内部架构。图如至图如描绘了图3a或图北的内部架构的压缩电路的可能的内部架构。
具体实施例方式在本文中公开和要求保护的内容旨在可适用于各种个人ANR设备，S卩，构造成至少部分被用户佩戴于其至少一个耳朵周边，以便为该至少一个耳朵提供ANR功能的设备。 应该注意，尽管利用一定程度的细节呈现了个人ANR设备(诸如头戴式耳机和无线耳机) 的各种不同的具体实施例，但是具体实施例的这种呈现旨在通过使用例子来促进理解，而不应该被认为是对所公开的范围或权利要求覆盖范围的限制。在本文中公开和要求保护的内容旨在可适用于提供双向音频通信、单向音频通信或根本不提供通信(即，音频的声学输出由其他设备电子地提供)的个人ANR设备。在本文中公开和要求保护的内容旨在可适用于无线地连接到其他设备的个人ANR设备，或通过电导和/或光导线缆连接到其他设备的个人ANR设备，或根本未连接到其他设备的个人ANR 设备。在本文中公开和要求保护的内容旨在可适用于其物理结构构造成可佩戴于用户的一个或者两个耳朵周边的个人ANR设备，其包括但不限于具有一个或者两个听筒的头戴式耳机、头上式头戴式耳机、颈后式头戴式耳机、带通信麦克风(例如，悬杆式麦克风)的头戴式耳机、无线头戴式耳机(即，耳挂)、单侧耳机或双侧耳机、以及包含一个或者两个听筒以实现音频通信和/或耳朵保护的帽子或头盔。在本文中公开和要求保护的个人ANR设备的其他物理结构将对于所属领域的现有技术人员明显。图Ia和图Ib分别是个人ANR设备IOOOa和个人ANR设备IOOOb的方框图，其各自被构造成可为用户所佩戴以提供在用户的至少一个耳朵周边的主动降噪(AM )。如将更详细的解释的，个人ANR设备1000a和个人ANR设备IOOOb各自具有多个物理结构，可能的是，这些结构中的一种物理结构在图加和图2b中描述。一些可能的物理结构可以包含单个听筒100，以仅仅向用户的耳朵中的一个提供ANR，另一些可能的物理结构包含一对听筒100，以向用户的两个耳朵提供ANR。但是，应该注意的是，为了简化讨论，关于图Ia和图 Ib中的每一个仅描述并且说明单个听筒100。个人ANR设备1000a包含提供了基于前馈的 ANR的至少一个ANR电路2000a，并且个人ANR设备IOOOb包含提供了基于前馈和基于反馈的ANR的至少一个ANR电路2000b。除了每个听筒100的结构所提供的一些形式的被动降噪(PNR)之外，可以在个人ANR设备1000a和个人ANR设备IOOOb的每个中提供无论何种形式的ANR。图3a描述了 ANR电路2000a的内部架构，并且图北描述了 ANR电路2000b的内部架构。每个听筒100包含具有腔112的外壳110，腔112至少部分由外壳110和置于外壳110内以声学地输出至少ANR的反噪声声音到用户的耳朵的声学驱动器190的至少一部分所限定。定位声学驱动器190的这种方式也在外壳110内部分地限定了由声学驱动器 190从腔112隔离的另一腔119。外壳110承载耳朵耦合115，其围绕腔112的开口并且具有通道117，该通道117被形成为穿过耳朵耦合115并且与腔112的开口相连通。在某些实施例中，声学上透明的屏幕、格板或其他形式的多孔面板(未示出)可以出于美学原因和 /或保护外壳110内的组件免受损害的目的而遮掩所述腔和/或通道117使其不可见的方式定位在通道117中或者定位在通道117附近。有时当听筒100被用户佩戴于用户耳朵的周边时，通道117将腔112声学地耦合至该耳朵的耳道，同时耳朵耦合115与耳朵的一部分接合，以在它们之间形成至少一定程度上的声学密封。这种声学密封使得外壳110、耳朵耦合115、环绕耳道(包括耳朵的部分)的用户头部的部分协作，以至少一定程度上使腔112、 通道117和耳道与外壳110外部的环境和用户头部之间声学地隔离，从而提供一定程度的 PNR。在一些变形中，腔119可以经由一个或者多个声学端口(仅示出一个)耦合到外壳110之外的环境，各个所述声学端口根据其维度被调谐到可听频率的选定范围中，以用所属领域的技术人员容易认识到的方式提高声学驱动器190的声音的声学输出特性。此外，在一些变形中，一个或者多个经调谐端口(未示出)可以耦合至腔112和腔119，和/或可以将腔112耦合至外壳110之外的环境。虽然并未具体描述，但是屏幕、格板或其他形式的多孔或者纤维状结构可以定位在这种端口的一个或者多个中，从而防止碎片或者其它污染物通过这些端口，和/或于所述端口中提供一选定程度的声学阻力。前馈麦克风130以对外壳110之外的环境声学可接近的方式布置于外壳110的外部(或布置在个人ANR设备1000a或个人ANR设备IOOOb的某些其他部分上)。前馈麦克风130的这种外部定位使得前馈麦克风130可以检测在外壳110之外的环境中的环境噪声声音(例如由声学噪声源9900发射的噪声)，而不影响所提供的任何形式的PNR或者 ANR。如熟知基于前馈的ANR的技术人员很容易意识到的，由前馈麦克风130检测到的这些声音可作为参考，从该参考导出前馈反噪声声音并且然后由声学驱动器190声学地输出至腔112。前馈反噪声声音的导出需要考虑所提供的任何种类的PNR的特性、声学驱动器190 相对于前馈麦克风130的特性以及位置、和/或腔112和/或通道117的声学特性。前馈反噪声声音以经计算的幅度和时移从声学驱动器190声学地输出，该幅度和时移被计算成以至少使噪声声音衰减的相减方式与声学噪声源9900的、能够进入腔112、通道117和/或耳道的噪声声音交互。个人ANR设备IOOOb除了提供基于前馈的ANR外还提供基于反馈的ANR。因此， 在个人ANR设备IOOOb中，反馈麦克风120附加地置于腔112中。反馈麦克风120紧靠腔 112的开口和/或通道117定位，以便当听筒100被用户佩戴时其被置于紧靠耳道的入口处。由反馈麦克风120检测到的这些声音可作为一参考，从该参考导出前馈反噪声声音，并且然后由声学驱动器190声学地输出至腔112。前馈反噪声声音的导出需要考虑声学驱动器190相对于反馈麦克风120的位置以及特性、和/或腔112和/或通道117的声学特性。 反馈反噪声声音以经计算的幅值和时移从声学驱动器190声学地输出，该幅值和时移被计算成以至少使噪声声音衰减的相减方式与声学噪声源9900的、能够进入腔112、通道117和 /或耳道(不管提供何种PNR)的噪声声音相互作用。个人ANR设备IOOOa和个人ANR设备IOOOb中的每个进一步包含与每个听筒100 相关联的ANR电路2000之一，从而使得在ANR电路2000和听筒100之间存在一对一的对应。每个ANR电路2000的部分或者基本上全部可以被置于其相关联的耳机100的外壳110 内。备选地和/或附加地，每个ANR电路2000的部分或者基本上全部可以被置于个人ANR 设备1000的另外一部分中。依赖于在与ANR电路2000相关联的听筒100内提供了基于反馈的ANR和基于前馈的ANR之一或者两者，ANR电路2000分别被耦合至反馈麦克风120和前馈麦克风130之一或者两者。ANR电路2000进一步耦合至声学驱动器190，以产生ANR
反噪声声音的声学输出。图加描绘了 “头上式”物理结构1500a，其可以由个人ANR设备1000a或者个人 ANR设备IOOOb采用。物理结构1500a包含一对均呈耳杯状的听筒100，这些听筒100由头带102连接。但是并且尽管未具体描绘，物理结构1500a的备选变形可以包含连接到头带 102的听筒100的仅一个。物理结构1500a的另一变形可以用被构造成佩戴于用户脑后和 /或用户的颈后的不同的带子来替换头带102。在物理结构1500a中，依赖于其相对于典型的人耳耳廓的尺寸，每个听筒100可为 “耳上式”(也通常称为“压耳式”)或者“绕耳式”(也通常称为“环耳式”)形式的耳杯。如前所讨论的，每个听筒100具有外壳110，其中腔112形成于外壳110中，且外壳110带有耳朵耦合115。在这种物理结构中，耳朵耦合115具有柔性衬垫的形状(可能是环形)，其环绕到腔112的开口的外围，并且具有与腔112相连通的通道117被形成为穿过其中。外壳110的部分和/或耳朵耦合115的部分协作，以接合用户的耳朵耳廓的部分和/或环绕耳廓的用户头部的部分，从而使得外壳Iio与耳道的入口在将腔112经过耳朵耦合115声学地与耳道耦合的方向上对准。因此，当听筒100被适当地定位时，耳道的入口是被充分“覆盖”以创建一定程度上的声学密封，以便提供一定程度的PNR。图2b描绘了“耳中式”(也通常称为“耳内式”)物理结构1500b，其可以被个人 ANR设备IOOOa或者个人ANR设备IOOOb所使用。物理结构1500b包含一对均呈耳中式 (in-ear)耳机的听筒100，这些听筒100可以或者不可以通过绳和/或通过电导或光导线缆(没有示出)进行连接。然而，并且尽管未具体描绘，但是物理结构1500b的备选变形可以包含听筒100中的仅一个。外壳110和/或耳朵耦合115的部分协作，以接合外耳的部分和/或用户的耳朵的耳道，以允许外壳Iio在经过耳朵耦合115声学地耦合腔112和耳道的方向上停留在耳道入口的周边。因此，当听筒100被适当地定位时，耳道的入口是被充分地“塞紧”以形成一定程度上的声学密封，并提供一定程度的PNR。尽管未具体描绘，物理结构1500a或物理结构1500b的其他变形可以进一步包含一个或者多个通信麦克风，以便允许个人ANR设备1000a或个人ANR设备IOOOb的实施例除了提供ANR以外还支持双向通信。更具体地，物理结构1500a的变形(即头戴式耳机)可提供在麦克风悬杆末端处支撑的通信麦克风，其中麦克风悬杆耦合至待置于用户的嘴周边的听筒100。此外，物理结构1500b的变形(即无线形式的头戴式耳机，也称为耳挂)可以提供通信麦克风，该麦克风以将通信麦克风稍微靠近用户的嘴定位的方式置于听筒100的外壳110的扩大的变形上。图3a是个人ANR设备IOOOa的ANR电路2000a的内部架构的至少一部分的方框图，其如前所讨论的提供了基于前馈的ANR，但是没有基于反馈的ANR。ANR电路2000a包含压缩电路3000、前馈反噪声生成器350和音频放大器980。压缩电路3000接收来自前馈麦克风130的信号，该信号表示由前馈麦克风130检测到的外壳110之外的环境中的噪声声音(例如从声学噪声源9900发出的噪声声音)。如将更详细说明的，只要声音的声学水平不变得高至使前馈麦克风130不能输出电压水平与这些声音的声学水平线性相关的信号，压缩电路3000就仅简单地将表示从前馈麦克风130接收的相同信号的信号传递给前馈反噪声生成器350。然而，在这些声音达到了足够高的声学水平时，由前馈麦克风130输出的电信号停止线性地表示前馈麦克风130检测到的声音(即出现麦克风失真)，并且电信号可呈现削波。在这种情形下，压缩电路3000向前馈反噪声生成器提供表示前馈麦克风130的该非线性电信号输出的信号，但是由于压缩电路3000所提供的压缩而相当大地衰减。因为由前馈麦克风130输出的电信号表示前馈麦克风130所检测到的声音，所以不管该电信号的电压水平与前馈麦克风130所检测到的声音的声学水平是否线性相关，由压缩电路3000输出的信号的衰减表示由前馈麦克风130输出的电信号所表示的那些声音的压缩。前馈反噪声生成器350采用其从压缩电路3000接收的不论什么信号(即，提供或者没有提供压缩的信号)作为前馈参考信号，使用一个或者多个为基于前馈的ANR领域的现有技术人员所熟知的技术从该前馈参考信号产生出前馈反噪声声音。前馈反噪声生成器350然后输出表示这些前馈反噪声声音的信号到音频放大器980，以被放大到驱动声学驱动器190以声学地输出这些前馈反噪声声音到腔112中所必须的程度。图北是个人ANR设备IOOOb的ANR电路2000b的内部架构的至少一部分的方框图，如前所讨论，其提供有基于前馈的ANR和基于反馈的ANR这两者。ANR电路2000b基本上与ANR电路2000a类似，并且其包含压缩电路3000、前馈反噪声生成器350和音频放大器 980，以与ANR电路2000a基本相同的方式提供基于前馈的ANR。但是，ANR电路2000b进一步包含反馈反噪声生成器250和求和节点970。反馈反噪声生成器250从反馈麦克风120接收表示反馈麦克风120所检测的腔 112中声音(例如，从声学噪声源9900传播出来并且进入腔112，并且没有完全地被ANR和 /或PNR的提供而抵消的噪声)的信号。反馈反噪声生成器250采用其从反馈麦克风120 接收的不论什么信号作为参考信号，并且使用一个或者多个为基于反馈的ANR领域的现有技术人员所熟知的技术从该参考信号生成反馈反噪声声音。前馈反噪声生成器350和反馈反噪声生成器250两者分别输出表示前馈反噪声声音和反馈反噪声声音的信号给求和节点970，以被组合然后被中继到音频放大器980，以被放大到驱动声学驱动器190以声学地输出所组合的反噪声声音到腔112中所需的程度。图如是压缩电路3000可能的模拟实现方式的图，其中从前馈麦克风接收的信号和提供给前馈反噪声生成器350的信号都是模拟信号。该压缩电路3000的实现方式包含电阻器20、电阻器57、电阻器59、电阻器72、电阻器73、电阻器77 ；二极管30 ；电容器58、电容器78 ；放大器60 ；比较器70和MOSFET 80。电阻器20串联耦合至前馈麦克风130的输出和前馈反噪声生成器350的输入，从而使得允许从前馈麦克风130接收的模拟信号经过电阻器20，通过压缩电路3000传递到前馈反噪声生成器350。前馈麦克风130的输出也耦合到二极管30的阳极，该二极管30的阴极耦合到电阻器57。继而，电阻器57耦合到电容器58和电阻器59，其中电阻器58和电阻器59这两者进一步耦合至地，从而形成RC网络。该RC网络的输出耦合至放大器60的输入，放大器60的输出耦合至比较器70的一个输入。给比较器70的另一个输入端提供阈值电压。比较器70的输出耦合至电阻器73和电阻器77。依次地，电阻器73被进一步连接至比较器70的另一输入端和电阻器72，电阻器72进一步地耦合至地。继而，电阻器77耦合至电容器78，电容器78被进一步地耦合至地，从而形成另一个RC网络。该另一 RC网络的输出耦合至MOSFET 80的栅极。MOSFET 80的源极接地，其漏极耦合至前馈反噪声生成器 350的输入(并且借此也耦合到电阻器20)。二极管52、电阻器57和电阻器59、电容器58协作形成包络检测器50。在包络检测器50内，二极管52与电容器58协作形成峰值检测器，并且电容器58和电阻器57、电阻器59协作形成积分器。当前馈麦克风130输出表示声音的电信号时，二极管52和电容器 58协作形成峰值检测器以存储电荷，该电荷具有的电压水平对应于由前馈麦克风130输出的电信号中波峰的最高电压水平。然而，电荷被存储并且接着被放电的方式由电容器58和电阻器57、电阻器59协作形成的积分器控制，其中电阻器57提供对电荷存储的速率(即， 充电速率)的控制，电阻器59提供对电荷放电的速率的控制。结果，充电和放电以允许由电容器58所保持的电荷的电压水平倾向于跟随由前馈麦克风130输出的信号的电压峰值， 不是倾向于在由前馈麦克风130输出的信号的每个电压谷值时被放电的速率发生。对前馈麦克风130的信号输出的峰值的这种积分变形被提供到放大器60。比较器70接收放大器60的输出，并且将该输出与提供到比较器70的另一输入的阈值电压进行比较。该阈值电压至少部分地由电阻器72和电阻器73的选择来决定。依赖于放大器60的输出的电压水平与所提供的阈值电压水平之间的比较结果，比较器70的输出在高状态与低状态之间转变。前馈麦克风130输出的电信号的触发压缩所必须达到电压水平由放大器60的增益和提供给比较器70的阈值电压的电压水平决定；前馈麦克风130 输出的电信号的电压水平可以被选择成仅低于、基本上处于、或仅高于前馈麦克风130输出的信号中出现削波时的电压水平。确实，在一些实施例中，触发了压缩的前馈麦克风130 的输出的电压水平可以是通过动态配置提供给比较器70的阈值电压(也许是通过使电阻器72和电阻器73中的一个或者两个可变化其电阻值)而动态配置确定下来，以适配各种作为前馈麦克风130的各种不同麦克风的使用。比较器70的输出通过由电阻器77和电容器78形成的RC网络被提供到MOSFET 80的栅极。到达MOSFET 80的栅极的信号的电压水平触发压缩电路3000是提供还是不提供压缩处理。由电阻器77和电容器78形成的RC网络用作第二积分器并且电阻器72和电阻器 73协作，以使比较器70的输出中的转变平滑从而使压缩电路3000提供的压缩的开始和停止平滑，以及在切换压缩电路3000提供压缩与不提供压缩之间提供至少一定程度上的滞后。对压缩电路3000提供压缩与不提供压缩之间的转变的这种平滑可被视为是需要的，以避免导致提供给前馈反噪声生成器的信号中的剧烈变化，而这可以在用户可听见的反噪声声音中产生赝像(artifacts)信号。进一步地，提供这种滞后可以被视为是需要的，以避免由于包络检测器50输出的快速连续的小的包络变化而导致的频繁在提供压缩和不提供压缩之间切换的情况，这也可能产生可听见的赝像。在ANR电路2000a和ANR电路2000b中任一的正常操作期间，当环境噪声声音达不到很高的声学水平时，由前馈麦克风130输出的电信号由压缩电路3000经电阻器20有一点变化或者没有变化地传送到前馈反噪声生成器350的输入。更加具体地，由于在前馈麦克风130检测的环境噪声声音中缺乏很高的声学水平，所以使得前馈麦克风130产生峰值不是很高电压水平的电输出。结果，存储在电容器58中的电荷不会达到引起放大器60 向比较器70提供高于也向比较器70提供的阈值电压的输出的电压水平，并且因此压缩电路3000不会被触发以提供压缩。
然而，当前馈麦克风130遭遇的环境噪声超过了选定的声学水平时，前馈麦克风 130电输出相对于地超过预定电压水平的信号，前馈麦克风130以该预定电压水平为参考， 并且在该预定电压水平之上时由于前馈麦克风130的电输出的电压不再与前馈麦克风130 检测到的声学输入具有线性关系而可能出现削波。前馈麦克风130的电信号输出的较高的电压的峰值经过二极管30和电阻器57传送并且被存储在电容器58中。此外，电阻器57降低了电容器58被充电到这些峰值的电压水平的速率，并且电阻器59控制电容器58放电的速率，以便使存储在电容器58中的电压水平表示各个峰值的电压水平的积分。由电容器存储的电压水平被提供给放大器60的输入，放大器60以预先选定程度的增益将这些较高电压传送给比较器70。假定放大器60的输出的电压水平高于也被提供给比较器70的阈值电压，在比较器70的此转变输出被提供到MOSFET 80的栅极时，比较器70的输出就转变到一个促使MOSFET 80的源极和漏极之间的电阻值减小的状态。MOSFET 80的源极和漏极之间的电阻值的这种减小使得前馈反噪声生成器的输入端置于在电阻器20与M0SFET80之间形成的电压分配器中，借此由反噪声生成器350接收的信号的电压减少。以这种方式，由前馈麦克风130输出的电信号被压缩了。当在前馈麦克风130输出的信号中连续的非常高的电压水平峰值停止时，电容器58中存储的电压的水平就下降，最终促使放大器60的输出的电压水平下降到低于阈值电压的电压水平，由此引起比较器70的输出再次转变，并且借此致使MOSFET 80再次增大其源极和漏极之间的电阻值，从而使得停止提供压缩。此外，电阻器 77和电容器78协作，以使比较器70的输出的转变平滑，并且提供一定程度上的滞后，借此使MOSFET 80的源极和漏极之间的电阻变化平滑，以避免提供给前馈反噪声生成器350的电信号中创建剧烈的转变，并且有助于防止该电阻器中的变化出现得太频繁。图4b是压缩电路3000的另一个可能的模拟实现方式的图，其中从前馈麦克风接收的信号和提供到前馈反噪声生成器350的信号都为模拟信号。图4b中描绘的模拟实现方式与图如中所描绘的基本上相似。然而，在图4b描绘的实现方式中，比较器70、电阻器 72、电阻器73、电阻器77以及电容器78被移除；放大器60的输出被直接提供给MOSFET 80 的栅极。比较器70的移除使得不需要由电阻器77和电容器78创建RC网络，也不再需要电阻器72和电阻器73，从而使提供到MOSFET 80的栅极的信号平滑并且提供了滞后。相反， 可以依赖由电容器58和电阻器57、电阻器59协作执行的积分功能来提供这种平滑，并且 MOSFET 80可被选择成具有栅极特性(例如栅极阈值电压)，足够紧密地控制，从而不需要在提供到MOSFET 80栅极的信号中提供滞后。具体地，MOSFET的在这种特性(诸如电压栅极阈值特性)中具有期望程度的精确度的优选例子是加利福尼亚州Sunnyvale的Advanced Linear Device, Inc.的 ALDl 10808、ALDl 10808A、ALDl 10908 和 ALDl 10908A。移除比较器 70也会使得使用阈值电压动态地配置由前馈麦克风130输出的电信号的电压水平(在该处触发压缩)的能力被移除。然而，这种可配置性也可以通过选择一种具有可变增益形式的放大器60来提供。图如是压缩电路3000的可能的数字实现方式的图，其中从前馈麦克风130接收的模拟信号被转变为表示模拟信号的数字信号(并且借此表示由前馈麦克风130检测的声音)，并且随后向前馈反噪声生成器350提供数字信号。压缩电路3000的此实现方式包含模数转换器(ADC) 310、处理设备510、存储设备520和接口 530，所有这些元件通过本领域的技术人员容易理解的多种可能的总线和总线接口电路互连，借此，至少处理设备510能够访问存储设备520内的存储位置。处理设备510可以是多种处理设备中的任意一种，包括但是不限于通用中央处理器(CPU)、精简指令集计算机(RISC)、数字信号处理器(DSP)、微控制器、序列发生器或者分立逻辑。存储设备520可以是多种存储设备中的任意一种设备，包括但是不限于，易失性和 /或非易失性形式的固态存储器、磁和/或光存储介质、生化存储器或打印记录。存储设备520中存储的是压缩例程525。在经处理设备510执行之后，压缩例程 525促使处理设备操作ADC 310，以重复地采样并且将从前馈麦克风130接收的模拟信号转变为表示模拟信号的数字信号。处理设备510进一步地被促使以分析该如由来自ADC 310 的数字数据所表示的模拟信号的一个或者多个特性并且选择性地改变数字数据来创建表示该模拟信号的衰减形式的经修改的数字数据(借此表示由前馈麦克风130检测的声音的压缩形式)，如果响应于该分析而被触发这样做的话。处理设备510还进一步被促使操作接口 530，以将数字数据中继到前置反噪声生成器350。如果处理设备510被触发以改变数字数据，则处理设备510操作接口 530以向前置反噪声生成器350提供经修改的数字数据。 但是，如果处理设备510不被触发以改变数字数据，则处理设备510操作接口 530以将来自 ADC 310的基本上未修改的数字数据中继到到前置反噪声生成器350。在一个变形中，处理设备510被触发以执行压缩的方式与早些关于压缩电路3000 的模拟实现方式描述的触发器并没有什么不同。具体地，处理设备510针对超过该信号的预定电压并且改变数字数据以衰减该信号从而提供压缩处理的指示而监测表示从前馈麦克风130接收的模拟信号的峰值的数字数据的数字值大小。然而，在一个备选的变形中，处理设备510可以针对削波的指示或者由前馈麦克风130检测的声音的声学水平与信号的电输出之间的关系非线性的其他指示而分析由数字数据表示的模拟信号的波形。处理设备 510可响应于削波的实例或其他形式的非线性而被触发，以提供压缩。进一步地，在另一个备选的实现方式中，处理设备510可分析由数字数据表示的模拟信号的波形，并且响应于观测到在足够短的时间内出现了足够大量的电压增长，这样很显然信号是要将变成非线性的，从而提供压缩。需要注意的是，在压缩电路3000的备选的数字实现方式中，前馈反噪声生成器 350的等同物，并且可能是反馈反噪声生成器250的等同物分别通过执行前馈反噪声例程 (未示出)和反馈反噪声例程(未示出)来实现，前馈反噪声例程和反馈反噪声例程存储在存储设备520中并也由处理设备510执行。压缩电路3000的这种备选实现方式可以进一步包含数模转换器(DAC)，以将表示反噪声声音的结果数字数据转换为表示将提供给音频放大器980的反噪声声音的模拟信号。因此，反噪声声音的创建也可在数字领域实现。其它的实施也在以下的权利要求和申请人被允许的其他权利要求的范围内。
权利要求
1.一种在个人ANR设备的听筒中提供基于前馈的ANR的方法，所述方法包括监测由布置在个人ANR设备的外部部分上的前馈麦克风输出的电信号的电压水平，其中所述电信号表示由所述前馈麦克风检测到的环境噪声声音；将由所述前馈麦克风检测到的环境噪声声音作为前馈参考声音提供到前馈反噪声生成器，以提供基于前馈的ANR ；以及在响应于由所述前馈麦克风输出的电信号的电压水平中的峰值达到预定电压水平而在提供所述环境噪声声音到所述反噪声生成器之前，压缩所述环境噪声声音。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述电信号的削波的情况中，选择所述预定电压水平以触发对环境噪声声音的压缩。
3.根据权利要求1所述的方法，其中监测所述电信号包括 提供所述电信号到包括峰值检测器和积分器的包络检测器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中压缩所述环境噪声声音包括基于所述包络检测器的输出的电压水平，而触发对所述环境噪声声音的压缩；以及减小由所述前馈麦克风输出的电信号的电压水平。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述前馈麦克风输出的电信号转换为表示所述前馈麦克风检测到的环境噪声声音的数字数据。
6.根据权利要求5所述的方法，其中压缩所述环境噪声包括基于提供所述电输出的电压水平的峰值达到预定电压水平的指示的数字数据，而触发对所述环境噪声声音的压缩；以及在所述数字数据被用于生成前馈反噪声声音之前，修改所述数字数据以压缩由所述数字数据表示的环境噪声声音。
7.一种包括ANR电路的装置，所述ANR电路包括前馈反噪声生成器，用于产生前馈反噪声声音，以作为提供基于前馈的ANR的一部分；以及压缩电路，用于监测前馈麦克风输出的、表示由其检测到的环境噪声声音的电信号，并且用于响应于所述电信号中的电压水平的峰值而将所述环境噪声声音作为前馈参考声音提供到所述反噪声生成器之前，压缩所述环境噪声声音。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述ANR电路进一步包括 峰值检测器，用于存储所述电信号的峰值的电压水平；以及积分器，用于提供表示所述电信号的多个峰值的积分的输出。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述ANR电路进一步包括比较器，用于比较包括阈值电压的电压水平在内的电压水平，其中所述阈值电压的电压水平为动态可配置的，以允许触发压缩的电信号中的峰值的电压水平被动态地配置为适应所述前馈麦克风的变化。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述ANR电路进一步包括放大器，向所述放大器提供所述积分器的输出，并且向所述放大器提供可动态配置的可变增益以允许触发压缩的电信号中的峰值的电压水平被动态地配置为适应所述前馈麦克风的变化。
11.根据权利要求7所述的装置，其中所述ANR电路进一步包括模数转换器，用于将所述电信号转换为表示由所述前馈麦克风检测到的环境噪声声音的数字数据；处理设备；以及存储设备，在所述存储设备中存储有压缩例程的指令序列，所述压缩例程由所述处理设备执行时促使所述处理设备在所述数字数据被用于产生前馈反噪声声音之前，修改所述数字数据以压缩由所述数字数据表示的环境噪声声音。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述处理设备被进一步促使以产生前馈反噪声声音。
13.根据权利要求7所述的装置，进一步包括 听筒；前馈麦克风；音频放大器，用于放大由所述前馈反噪声生成器生成的前馈反噪声声音；以及声学驱动器，其布置在所述听筒内并且耦合至所述音频放大器，以声学地输出所述前馈反噪声声音。
14.根据权利要求13所述的装置，进一步包括 反馈麦克风，其布置在所述听筒内；反馈反噪声生成器，用于从由所述反馈麦克风检测到的声音生成反馈反噪声；以及求和节点，用于将所述前馈反噪声声音和所述反馈反噪声声音组合，以将所述组合通过所述声学驱动器声学地输出。
全文摘要
提供基于前馈的ANR的设备中的压缩电路针对由前馈麦克风输出的电信号的电压水平不再与该前馈麦克风检测到的声音的声学水平成线性关系的指示而监测由该前馈麦克风输出的电信号。只要不存在这种指示，则压缩电路将至少表示由前馈麦克风输出的电信号的信号中继到前馈反噪声生成器，其中所表示的声音没有被压缩，很可能通过直接将该前馈麦克风输出的信号作为前馈参考声音中继到前馈反噪声生成器。然而，响应于检测到这种指示，压缩电路将这些声音作为前馈参考声音提供到前馈反噪声生成器到之前压缩由前馈麦克风输出信号表示的声音，很可能通过衰弱该前馈麦克输出的信号。
文档编号G10K11/178GK102414741SQ201080019034
公开日2012年4月11日 申请日期2010年4月28日 优先权日2009年4月29日
发明者P·G·雅姆科沃伊 申请人:伯斯有限公司