一個或多個實施方案大體上涉及有源噪聲消除頭戴式耳機(jī)和自動校準(zhǔn)的噪聲消除頭戴式耳機(jī)。

背景技術(shù)：

電子設(shè)備持續(xù)小型化已導(dǎo)致經(jīng)由頭戴式耳機(jī)將音頻傳遞給收聽者的各種各樣的便攜式音頻設(shè)備。電子器件的小型化也已導(dǎo)致產(chǎn)生高品質(zhì)聲音的越來越小的頭戴式耳機(jī)。一些頭戴式耳機(jī)現(xiàn)在包括噪聲消除系統(tǒng)，噪聲消除系統(tǒng)包括用于獲取外部聲音數(shù)據(jù)的麥克風(fēng)和用于降低或消除在用戶環(huán)境中生成的外部聲音的控制器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個實施方案中，提供一種頭戴式耳機(jī)，其具有：外殼，所述外殼中形成有孔口；以及換能器，所述換能器設(shè)置在所述孔口中并且由所述外殼支撐。頭戴式耳機(jī)還包括麥克風(fēng)陣列，所述麥克風(fēng)陣列耦合到外殼并且設(shè)置在換能器上方，以接收由換能器輻射的聲音以及噪聲。

在另一實施方案中，提供一種聲音系統(tǒng)，其具有頭戴式耳機(jī)，所述頭戴式耳機(jī)包括換能器和至少一個麥克風(fēng)。聲音系統(tǒng)還包括均衡濾波器和環(huán)路濾波器電路。均衡濾波器適合基于至少一個預(yù)定系數(shù)來均衡音頻輸入信號。環(huán)路濾波器電路包括泄漏積分器電路，所述泄漏積分器電路適合基于均衡的音頻輸入信號和表示由至少一個麥克風(fēng)接收的聲音的反饋信號來生成濾波后的音頻信號，并且將濾波后的音頻信號提供到換能器。

在另一實施方案中，提供一種體現(xiàn)在非瞬時計算機(jī)可讀介質(zhì)中的計算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計算機(jī)程序產(chǎn)品經(jīng)過編程以自動校準(zhǔn)頭戴式耳機(jī)內(nèi)的有源噪聲消除控制系統(tǒng)。計算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于進(jìn)行下列項的指令：生成表示測試信號的第一音頻輸入信號；使用均衡濾波器和環(huán)路濾波器對第一音頻輸入信號進(jìn)行濾波；以及將第一濾波后的音頻信號提供到頭戴式耳機(jī)的換能器，其中換能器適合響應(yīng)于第一音頻信號而輻射測試聲音。計算機(jī)程序產(chǎn)品還包括用于進(jìn)行下列項的指令：接收表示由頭戴式耳機(jī)的至少一個麥克風(fēng)接收的測試聲音的空間平均值的第一反饋信號；以及基于第一反饋信號來更新均衡濾波器的系數(shù)。

因此，通過生成直接逼近頭戴式耳機(jī)的感知聲輸出的麥克風(fēng)信號，聲音系統(tǒng)提供優(yōu)于現(xiàn)有ANC聲音系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。頭戴式耳機(jī)通過將至少兩個麥克風(fēng)的陣列包括在每個頭戴式耳機(jī)內(nèi)來生成此類麥克風(fēng)信號，從而導(dǎo)致基于兩個麥克風(fēng)的空間平均值的麥克風(fēng)信號。此外，換能器包括紙膜，所述紙膜形成貫穿可聽頻帶的精確活塞式運(yùn)動。這些特征允許簡化的ANC控制系統(tǒng)。例如，由于麥克風(fēng)信號直接逼近頭戴式耳機(jī)的感知聲輸出，因此，ANC控制系統(tǒng)消除濾波器和它們的相關(guān)聯(lián)軟件/硬件，諸如，用于對次級路徑進(jìn)行建?；蛟u估的次級鏈路濾波器。另外，ANC控制系統(tǒng)包括控制器，所述控制器被配置成通過降低或消除耳腔和軟墊中的剩余反射來自動校準(zhǔn)與具體用戶對應(yīng)的均衡濾波器的系數(shù)，以提供平滑響應(yīng)。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)一個或多個實施方案的聲音系統(tǒng)的示意圖，所述聲音系統(tǒng)包括連接到頭戴式耳機(jī)并且對用戶生成聲波的噪聲消除控制系統(tǒng)；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)噪聲消除控制系統(tǒng)的示意性框圖；

圖3是示出圖2的控制系統(tǒng)的聲路徑的頻率響應(yīng)的曲線圖；

圖4是根據(jù)一個或多個實施方案的圖1的噪聲消除控制系統(tǒng)的示意性框圖；

圖5是根據(jù)一個實施方案的實施圖4的控制系統(tǒng)的一部分的裝置；

圖6是示出圖4的控制系統(tǒng)的環(huán)路濾波器的開環(huán)頻率響應(yīng)的曲線圖；

圖7是圖1的頭戴式耳機(jī)中的一個的內(nèi)部部分的側(cè)視圖，所示頭戴式耳機(jī)沒有耳部襯墊；

圖8是圖7的頭戴式耳機(jī)組件的側(cè)視透視圖，所示頭戴式耳機(jī)帶有耳部襯墊并且安裝到測試板；

圖9是示出第一換能器的頻率響應(yīng)和第二換能器的頻率響應(yīng)的曲線圖；

圖10是示出如使用測試裝置測量到的圖4的控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和由內(nèi)部麥克風(fēng)測量到的圖4的控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的曲線圖；

圖11是示出圖4的控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應(yīng)和閉環(huán)頻率響應(yīng)的波特圖；

圖12是示出與換能器的開環(huán)失真相比，圖4的控制系統(tǒng)的聲輸出的閉環(huán)失真的頻率響應(yīng)的曲線圖；

圖13是根據(jù)另一實施方案的圖1的噪聲消除控制系統(tǒng)的示意性框圖；

圖14是示出根據(jù)一個或多個實施方案的用于自動校準(zhǔn)聲音系統(tǒng)的方法的流程圖，所述聲音系統(tǒng)包括圖13的噪聲消除控制系統(tǒng)；

圖15是示出圖13的控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)的曲線圖；以及

圖16是示出圖13的控制系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)的曲線圖。

具體實施方式

根據(jù)需要，本文中公開了本發(fā)明的詳細(xì)實施方案；然而，應(yīng)理解，所公開的實施方案僅僅是可用各種替代形式體現(xiàn)的本發(fā)明的示例。附圖不必按比例繪制；一些特征可放大或最小化，以示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，本文中公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制性的，而是僅為教示本領(lǐng)域的技術(shù)人員以各種方式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。

參考圖1，示出根據(jù)一個或多個實施方案的聲音系統(tǒng)，并且所述聲音系統(tǒng)一般由數(shù)字100表示。聲音系統(tǒng)100包括有源噪聲消除(ANC)控制系統(tǒng)110和頭戴式耳機(jī)組件112?？刂葡到y(tǒng)110接收來自音頻源114的音頻輸入信號并且將音頻輸出信號提供到頭戴式耳機(jī)組件112。頭戴式耳機(jī)組件112包括一對頭戴式耳機(jī)116。每個頭戴式耳機(jī)116包括在用戶的耳部附近安置的換能器118或驅(qū)動器。換能器118接收音頻輸出信號并且生成可聽聲音。每個頭戴式耳機(jī)116還包括安置在換能器118與耳部之間的一個或多個麥克風(fēng)120。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)ANC控制系統(tǒng)(第一控制系統(tǒng)210)的示意性框圖。第一控制系統(tǒng)210可以在硬件和/或軟件控制邏輯中實施，如本文中更詳細(xì)地描述。第一控制系統(tǒng)210接收來自音頻源(例如，音頻源114)的音頻輸入信號(V)，并且將濾波后的音頻信號(V_濾波)提供到每個頭戴式耳機(jī)的換能器(例如，換能器118)，所述濾波后的音頻信號作為聲音從換能器中輻射。聲音沿著次級路徑或鏈路從換能器傳遞到頭戴式耳機(jī)內(nèi)的麥克風(fēng)(例如，麥克風(fēng)120)，這由傳遞函數(shù)(H_s)222進(jìn)行建模。麥克風(fēng)接收從換能器中輻射的聲音和頭戴式耳機(jī)內(nèi)的噪聲(N)，這由求和節(jié)點(diǎn)224表示，并且生成麥克風(fēng)輸出信號(MIC)。從換能器中輻射的聲音和N的頻率響應(yīng)被用戶的耳腔和頭戴式耳機(jī)與用戶耳部之間的軟墊的形狀更改，這由初級鏈路濾波器(H_p)226進(jìn)行建模。如用戶感知到的頭戴式耳機(jī)的聲響應(yīng)由音頻輸出信號(Y)表示。

第一控制系統(tǒng)210包括預(yù)均衡濾波器(H_e)228。H_e濾波器228對音頻輸入信號(V)進(jìn)行濾波，使得聲輸出(Y)逼近預(yù)定目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)由經(jīng)驗確定或者使用主觀測試來確定。第一控制系統(tǒng)210還包括基于預(yù)定數(shù)據(jù)來提供次級鏈路的估計的濾波器濾波器230評估因換能器的結(jié)構(gòu)、頭戴式耳機(jī)與用戶頭部之間的軟墊以及用戶耳腔的輪廓而由換能器輻射的聲音的傳遞函數(shù)。

第一控制系統(tǒng)210是反饋ANC控制系統(tǒng)的實例。麥克風(fēng)輸出信號(MIC)出現(xiàn)在反饋路徑232處。在求和節(jié)點(diǎn)234處，第一控制系統(tǒng)210基于濾波器230的輸出與麥克風(fēng)輸出信號(MIC)之間的差異來生成誤差信號(e)。誤差信號(e)提供到增益236并且提供到環(huán)路濾波器(H_{環(huán)路})238。H_{環(huán)路}濾波器238在誤差信號的峰值中心頻率下將附加增益添加到誤差信號(e)，所述峰值中心頻率在100到150Hz之間，并且所述H_{環(huán)路}濾波器被設(shè)計成維持誤差信號(e)的足夠穩(wěn)定裕度。

第一控制系統(tǒng)210在求和節(jié)點(diǎn)240處生成濾波后的音頻信號(V_濾波)。均衡的音頻輸入信號(V_eq)沿著側(cè)鏈或前饋路徑242提供到求和節(jié)點(diǎn)240。求和節(jié)點(diǎn)240將V_eq與濾波后的誤差信號進(jìn)行組合，以確定V_濾波。如上文所述，求和節(jié)點(diǎn)224將噪聲信號(N)添加到V_濾波。

用于第一控制系統(tǒng)210的傳遞函數(shù)可表示如下：

圖3是包括標(biāo)記為“頭戴式耳機(jī)1”的曲線的曲線圖310，所述曲線示出聲路徑H_s的頻率響應(yīng)。頭戴式耳機(jī)1曲線在低頻處相對平滑，如由數(shù)字312表示，并且呈現(xiàn)出較強(qiáng)的低通特性。然而，頭戴式耳機(jī)1曲線在中頻處示出向下斜坡，如由數(shù)字314表示，并且在高頻(超過3kHz)處示出較寬凹口，如由數(shù)字316表示。如由頭戴式耳機(jī)1曲線示出，聲路徑的這些特性是麥克風(fēng)位置、換能器質(zhì)量、密封質(zhì)量和耳部軟墊設(shè)計的結(jié)果。

參考圖4，示出根據(jù)一個或多個實施方案的示出第二ANC控制系統(tǒng)的操作的示意性框圖，并且所述第二ANC控制系統(tǒng)一般由數(shù)字410表示。根據(jù)一個實施方案，聲音系統(tǒng)100(圖1中示出)包括第二控制系統(tǒng)410。第二控制系統(tǒng)410可以在硬件和/或軟件控制邏輯中實施，如本文中更詳細(xì)地描述。第二控制系統(tǒng)410接收來自音頻源114(圖1中示出)的音頻輸入信號(V)，并且將濾波后的音頻信號(V_濾波)提供到頭戴式耳機(jī)116的換能器118，所述濾波后的音頻信號作為聲音從換能器118中輻射。聲音沿著次級路徑或鏈路從換能器118傳遞到麥克風(fēng)120。麥克風(fēng)120接收從換能器118中輻射的聲音和頭戴式耳機(jī)116內(nèi)的噪聲(N)，這由求和節(jié)點(diǎn)424表示，并且所述麥克風(fēng)生成麥克風(fēng)輸出信號(MIC)。如用戶感知到的頭戴式耳機(jī)116的聲響應(yīng)由音頻輸出信號(Y)表示。

第二控制系統(tǒng)410包括預(yù)均衡濾波器(H_e)428。He濾波器428對音頻輸入(V)進(jìn)行濾波，使得聲輸出(Y)逼近預(yù)定目標(biāo)函數(shù)并且生成均衡的音頻信號(V_eq)。根據(jù)一個或多個實施方案，使用授予Horbach的第14/319,936號美國申請中描述的方法來確定目標(biāo)函數(shù)。根據(jù)一個或多個實施方案，H_e濾波器428可以是多個雙二階均衡濾波器的級聯(lián)或者是FIR濾波器。

第二控制系統(tǒng)410是反饋ANC控制系統(tǒng)的實例。麥克風(fēng)輸出信號(MIC)出現(xiàn)在反饋路徑432處。在求和節(jié)點(diǎn)434處，第二控制系統(tǒng)410基于均衡的音頻輸入信號(V_eq)與麥克風(fēng)輸出信號(MIC)之間的差異來生成誤差信號(e)。

第二控制系統(tǒng)410被配置成用于頭戴式耳機(jī)，所述頭戴式耳機(jī)在聲學(xué)上設(shè)計成使得麥克風(fēng)輸出信號(MIC)直接逼近換能器118的感知音頻輸出(Y)。由于MIC逼近Y，因此，第二控制系統(tǒng)410與現(xiàn)有技術(shù)第一控制系統(tǒng)210(圖2中示出)的不同之處在于，它不包括用于評估次級鏈路的濾波器(例如，濾波器230)。

第二控制系統(tǒng)410被配置成有限頻寬的控制環(huán)路，其中音頻輸入信號(V)的低頻部分在主路徑上傳遞，并且音頻輸入信號(V)的高頻部分通過“側(cè)鏈”或前饋路徑進(jìn)行添加。

第二控制系統(tǒng)410的主路徑包括環(huán)路濾波器(H_{環(huán)路})438。H_{環(huán)路}濾波器438被配置成使得第二控制系統(tǒng)410抑制預(yù)定帶寬內(nèi)的誤差信號的任何偏差，即，音頻輸入信號(Y)與麥克風(fēng)輸出(MIC)之間的任何偏差。H_{環(huán)路}濾波器438還阻止高頻信號。

音頻輸入信號(V)的高頻部分通過包括高通濾波器(H_h)444的側(cè)鏈或前饋路徑442進(jìn)行添加。根據(jù)一個或多個實施方案，H_h濾波器444可以是被配置成傳輸頻率超過3到8kHz的信號的一階濾波器或者更高階濾波器。求和節(jié)點(diǎn)440將H_{環(huán)路}濾波器438的輸出與H_h濾波器444的輸出進(jìn)行組合。

用于第二控制系統(tǒng)410的傳遞函數(shù)(H_hp)由框446表示，并且可表示如下：

可來源于圖4中示出的框圖的等式2到4表明信號傳遞函數(shù)(H＝Y(jié)/V)被分成兩個部分H_低和H_高。歸因于這個頻帶中的高增益H_{環(huán)路}*H_hp，H_低在低于1kHz的頻率下大約等于1(如圖6和圖10所示)，因此被反饋系統(tǒng)嚴(yán)格控制(等式3)。響應(yīng)(H)一般不依賴于頭戴式耳機(jī)密封或單獨(dú)的耳部形狀。在高頻處(例如，f>1kHz)，頭戴式耳機(jī)響應(yīng)(H)基本上不變(即，H_高＝H)，這是因為環(huán)路增益較小(等式4)。

第二控制系統(tǒng)410提供優(yōu)于圖2的現(xiàn)有技術(shù)第一控制系統(tǒng)210的優(yōu)點(diǎn)，因為第一控制系統(tǒng)210的誤差信號(e)的準(zhǔn)確性高度依賴MIC信號評估的精度。因此，評估濾波器被反復(fù)校準(zhǔn)，甚至在生產(chǎn)過程中也是如此。此外，根據(jù)頭戴式耳機(jī)116與用戶頭部之間的密封量和用戶耳腔的輪廓，次級鏈路(H_s)228發(fā)生改變。因此，評估濾波器的準(zhǔn)確性較低。

此外，第一控制系統(tǒng)210的求和節(jié)點(diǎn)234、增益級236和環(huán)路濾波器238全部都是單獨(dú)的級，并且通常使用精確、低噪聲且寬頻帶的硬件部件來實施，從而明顯增加第一控制系統(tǒng)210的成本。然而，如下文參考圖5描述，第二控制系統(tǒng)410的類似部分可使用較少的硬件部件來實施。

圖5是示出根據(jù)一個或多個實施方案的第二控制系統(tǒng)410的硬件實施的裝置500。裝置500包括環(huán)路濾波器電路506、側(cè)鏈508和直流伺服控制路徑510。環(huán)路濾波器電路506包括泄漏積分器電路514、峰值濾波器516和陷波濾波器518。第二控制系統(tǒng)410的求和節(jié)點(diǎn)434和H_{環(huán)路}濾波器438由泄漏積分器電路514、峰值濾波器516和陷波濾波器518實施。一般來說，泄漏積分器電路被設(shè)計成接收輸入信號、求該信號的積分，隨后隨著時間的推移逐漸地釋放或“泄漏”少量的積分后的信號。

泄漏積分器電路514包括用于實施求和節(jié)點(diǎn)434(圖4中示出)的多個電阻器(R1、R2和R3)。R1連接到V_eq路徑，R2連接到MIC路徑，并且R3連接到直流伺服控制路徑510。

環(huán)路濾波器電路506包括用于實施H_{環(huán)路}濾波器438(圖4中示出)的運(yùn)算放大器512、泄漏積分器電路514、峰值濾波器516和陷波濾波器518。泄漏積分器電路514可被實施為反饋電阻電容(RC)電路，如所示實施方案中示出。峰值濾波器516對低頻信號進(jìn)行濾波。在一個實施方案中，峰值濾波器516被設(shè)計成放大100到300Hz之間的信號。陷波濾波器518對高頻信號進(jìn)行濾波。在一個實施方案中，陷波濾波器518被設(shè)計成使6到10kHz之間的信號衰減。在一個實施方案中，每個濾波器516、518被實施為單個運(yùn)算放大器(op amp)。在其它實施方案中，環(huán)路濾波器438可以以數(shù)字方式實施，例如，使用具有無限沖擊響應(yīng)(IIR)濾波器的數(shù)字信號處理器(DSP)(未示出)來實施。

側(cè)鏈508包括用于實施高通濾波器(H_h)444(圖4中示出)的高通濾波器544。高通濾波器544可以是簡單的一階電阻電容(RC)電路、高階濾波器或者數(shù)字雙二階濾波器。

直流伺服控制路徑510包括緩沖的一階低通濾波器，以將直流處的環(huán)路增益降低到一，以便確保頭戴式耳機(jī)換能器輸出處的零直流偏移。除了麥克風(fēng)之外，整個路徑是直流耦合的，以確保低頻處的穩(wěn)定性。低通濾波器可具有1到3秒的時間常數(shù)。

圖6是包括標(biāo)記為“H_{環(huán)路}”的曲線的曲線圖610，所述曲線示出H_{環(huán)路}濾波器438的頻率響應(yīng)，如由環(huán)路濾波器電路506實施的那樣。峰值濾波器516在噪聲消除頻帶的中間(例如，200Hz)添加額外增益，以提高噪聲抑制，這由數(shù)字612表示。陷波濾波器518通過在約6到10kHz的頻率范圍內(nèi)抑制換能器的高峰值來提高環(huán)路穩(wěn)定性，這由數(shù)字614表示。換能器的此類高峰值一般是膜破裂的結(jié)果，從而可導(dǎo)致大于一的總環(huán)路增益，因而導(dǎo)致不穩(wěn)定性。

參考圖7，示出根據(jù)一個或多個實施方案的繞耳頭戴式耳機(jī)，并且所述繞耳頭戴式耳機(jī)一般由數(shù)字716表示。根據(jù)一個或多個實施方案，聲音系統(tǒng)100(圖1中示出)包括頭戴式耳機(jī)組件，所述頭戴式耳機(jī)組件包括一對頭戴式耳機(jī)716。所示頭戴式耳機(jī)716沒有耳部襯墊。頭戴式耳機(jī)716包括用來降低頭戴式耳機(jī)內(nèi)的噪聲和失真的特征，從而導(dǎo)致逼近感知音頻輸出(Y)的麥克風(fēng)輸出信號(MIC)，如上文參考第二控制系統(tǒng)410描述。頭戴式耳機(jī)716包括換能器718和麥克風(fēng)陣列719，所述麥克風(fēng)陣列包括兩個麥克風(fēng)720。

根據(jù)所示實施方案，頭戴式耳機(jī)716包括以杯子形狀形成的外殼722。外殼722包括內(nèi)表面724，所述內(nèi)表面具有形成在內(nèi)表面724的中心部分中的孔口726。換能器718設(shè)置在孔口726內(nèi)并且由外殼722支撐。換能器718適合從頭戴式耳機(jī)716中輻射出聲音。

麥克風(fēng)720安裝到固定裝置732，所述固定裝置從內(nèi)表面724延伸并且橫穿孔口726。固定裝置732被設(shè)計成透聲，以便不使換能器718輻射的聲音失真。麥克風(fēng)720安裝成縱向鄰近換能器718并且與換能器718的外表面間隔開。麥克風(fēng)720朝向換能器718的外表面取向，并且以徑向陣列圍繞孔口726的中心部分彼此成角度地間隔開。此外，麥克風(fēng)720并聯(lián)電連接，從而提供空間平均，因而更準(zhǔn)確地表示感知頻率響應(yīng)。

換能器718適合提供貫穿可聽頻帶的精確活塞式運(yùn)動。換能器718包括小環(huán)繞物和具有中心圓頂?shù)谋∧ゅF體734，所述中心圓頂由剛性材料形成，諸如，纖維增強(qiáng)紙、碳、生物纖維，或者陽極化鋁或鈦或鈹。

參考圖8，包括平嵌式麥克風(fēng)(未示出)的測量板810用來測量頭戴式耳機(jī)716的感知音頻輸出。包括所述測量板的測試裝置的實例在授予Horbach的第14/319,936號美國申請中有所描述。

頭戴式耳機(jī)716包括耳部襯墊812，所述耳部襯墊緊固到內(nèi)表面724(圖7中示出)的外圍并且適合在耳部周圍接合用戶的頭部(未示出)。

圖9是示出使用測試板810測量到的配備不同換能器的頭戴式耳機(jī)716的頻率響應(yīng)的曲線圖910。標(biāo)記為“聚酯”的第一曲線示出頭戴式耳機(jī)716的頻率響應(yīng)，所述頭戴式耳機(jī)的換能器具有由來自Dupont的聚酯薄膜(諸如，)形成的傳統(tǒng)膜(未示出)。標(biāo)記為“紙”的第二曲線示出頭戴式耳機(jī)716的頻率響應(yīng)，所述頭戴式耳機(jī)的換能器718具有由紙形成的膜734(圖7中示出)。與具有聚合物膜和較大的彎曲型環(huán)繞物的傳統(tǒng)驅(qū)動器(如由聚酯曲線所示)相比，具有紙膜734和小環(huán)繞物的換能器718呈現(xiàn)出平滑的頻率響應(yīng)，如由紙曲線所示。

圖10是示出由不同麥克風(fēng)測量到的頭戴式耳機(jī)716的頻率響應(yīng)的曲線圖1010，所述頭戴式耳機(jī)包括圖4的第二控制系統(tǒng)410，但不具有H_e。標(biāo)記為“板”的第一曲線示出由測量板810測量到的頭戴式耳機(jī)716的頻率響應(yīng)。標(biāo)記為“MIC”的第二曲線示出由內(nèi)置的麥克風(fēng)陣列719測量到的頭戴式耳機(jī)716的頻率響應(yīng)。如圖10所示，兩條曲線非常類似，除了2kHz以上有一些小偏差之外。

圖11包括示出由環(huán)路濾波器電路506實施并且由測試板810測量到的第二控制系統(tǒng)410的性能的曲線圖。第一曲線圖1110是示出第二控制系統(tǒng)410的開環(huán)傳遞函數(shù)的波特圖。第二曲線圖1112示出第二控制系統(tǒng)410的開環(huán)相位響應(yīng)?；氐綀D5，在一個實施方案中，在環(huán)路濾波器電路506與求和節(jié)點(diǎn)540之間進(jìn)行開環(huán)測量。第三曲線圖1114是示出第二控制系統(tǒng)410的所得閉環(huán)噪聲傳遞函數(shù)的另一圖。第三曲線圖1114包括示出噪聲傳遞函數(shù)的標(biāo)記為“有源”的第一曲線，以及示出包括耳部軟墊812的無源衰減的頭戴式耳機(jī)716的噪聲傳遞函數(shù)的標(biāo)記為“無源+有源”的第二曲線。

第三曲線圖1114示出第二控制系統(tǒng)410提供整個音頻頻帶上的超過20dB的組合(有源和無源)噪聲降低，以及超調(diào)量較小的平滑響應(yīng)。第二曲線圖1112示出第二控制系統(tǒng)410提供整個頻率范圍內(nèi)的足夠相位裕度。

圖12是示出與換能器的開環(huán)失真相比，在聲輸出處測量到的第二控制系統(tǒng)410的閉環(huán)失真的頻率響應(yīng)的曲線圖1210。標(biāo)記為“無源”的第一曲線示出由測試板810測量到的不具有ANC的頭戴式耳機(jī)716的總諧波失真的頻率響應(yīng)。標(biāo)記為“有源”的第二曲線示出由測試板810測量到的啟用ANC的頭戴式耳機(jī)716的總諧波失真的頻率響應(yīng)。有源曲線示出第二控制系統(tǒng)410的失真降低特征，所述失真降低特征在低頻處為約20dB。

參考圖13，示出根據(jù)一個或多個實施方案的聲音系統(tǒng)，并且所述聲音系統(tǒng)一般由數(shù)字1300表示。聲音系統(tǒng)1300包括有源噪聲消除(ANC)控制系統(tǒng)1310和一對頭戴式耳機(jī)(未示出)以及音頻源1314。每個頭戴式耳機(jī)包括換能器1318和麥克風(fēng)陣列1319，所述麥克風(fēng)陣列包括至少兩個麥克風(fēng)1320。第三控制系統(tǒng)1310接收來自音頻源1314的音頻輸入信號(V)，并且將濾波后的音頻信號(V_濾波)提供到換能器1318。聲音沿著次級路徑1322從換能器1318傳遞到每個麥克風(fēng)1320。每個麥克風(fēng)1320接收從換能器1318輻射的聲音和噪聲(例如，環(huán)境聲音和失真)，并且提供對應(yīng)的麥克風(fēng)輸出信號(MIC)。

除了第二控制系統(tǒng)410(圖4中示出)的結(jié)構(gòu)之外，第三控制系統(tǒng)1310還包括控制器1350。第二控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被簡化，并且由均衡濾波器(EQ)1352和ANC環(huán)路與頭戴式耳機(jī)放大器框1354表示。第三控制系統(tǒng)1310還包括開關(guān)(S)，所述開關(guān)包括用于在兩個不同的音頻源之間切換的第一位置(1)和第二位置(2)。開關(guān)在第一位置(1)取向時將音頻源1314連接到EQ濾波器1352，并且在第二位置(2)取向時將DSP 1350連接到EQ濾波器1352。

第三控制系統(tǒng)1310被配置成針對用戶來自動校準(zhǔn)并自定義響應(yīng)。頭戴式耳機(jī)頻率響應(yīng)只在低頻處由反饋控制。然而，有可能在高頻處使用EQ濾波器1352來測量和校正響應(yīng)。EQ濾波器1352對音頻輸入(V)進(jìn)行濾波，使得聲輸出逼近預(yù)定目標(biāo)函數(shù)。根據(jù)一個或多個實施方案，使用授予Horbach的第14/319,936號美國申請中描述的方法來確定目標(biāo)函數(shù)。第三控制系統(tǒng)1310被配置成通過降低或消除耳腔和軟墊中的反射來調(diào)整與用戶的耳腔和軟墊對應(yīng)的EQ濾波器1352的系數(shù)，以便針對用戶來自定義響應(yīng)。

示出根據(jù)一個或多個實施方案的用于自動校準(zhǔn)包括ANC控制系統(tǒng)的聲音系統(tǒng)的方法，并且所述方法一般由數(shù)字1410表示。根據(jù)一個或多個實施方案，使用DSP 1350內(nèi)含有的軟件代碼來實施所述方法。

在操作1412處，當(dāng)用戶戴著頭戴式耳機(jī)時開始校準(zhǔn)過程。根據(jù)一個實施方案，由用戶開始校準(zhǔn)過程，例如，用戶按下頭戴式耳機(jī)組件上的按鈕。在其它實施方案中，可響應(yīng)于語音命令而開始校準(zhǔn)過程，或者使用計算機(jī)或智能電話通過USB端口發(fā)信號來開始校準(zhǔn)過程。

在操作1414處，DSP 1350控制開關(guān)(S)切換到第二位置(2)，從而將DSP 1350連接到EQ濾波器1352的輸入。在操作1416處，DSP 1350生成測試信號，所述測試信號提供到EQ濾波器1352并且作為聲音從換能器1318中輻射。在一個實施方案中，測試信號是250到500msec之間的短對數(shù)掃描信號。麥克風(fēng)陣列1319的麥克風(fēng)1320測量聲音以及任何反射或噪聲，并且將麥克風(fēng)輸出信號(MIC)提供到DSP 1350。

在操作1418處，DSP 1350基于通過噪聲消除麥克風(fēng)陣列1319捕獲的掃描響應(yīng)來計算校正濾波器。接著，在操作1420處，DSP 1350更新EQ濾波器1352的系數(shù)。在操作1422處，第三控制系統(tǒng)1310將開關(guān)轉(zhuǎn)回到位置1，并且聲音系統(tǒng)1310恢復(fù)正常操作。在一個或多個實施方案中，DSP 1350被配置成將EQ濾波器1352的系數(shù)保存在它的存儲器中，使得用戶不需要在每次使用之前都重新校準(zhǔn)音頻系統(tǒng)1300。

圖15是示出第三控制系統(tǒng)1310的頻率響應(yīng)的曲線圖1510。圖16是示出第三控制系統(tǒng)1310的脈沖響應(yīng)的曲線圖1610。每個曲線圖1510、1610包括示出均衡之前的第三控制系統(tǒng)1310的頻率響應(yīng)的標(biāo)記為“eq之前”的至少一個曲線。每個曲線圖1510、1610還包括示出均衡之后的第三控制系統(tǒng)1310的頻率響應(yīng)的標(biāo)記為“eq之后”的第二曲線。

曲線的比較表明由換能器所看到的耳腔和軟墊中的剩余反射可通過均衡而消除，從而導(dǎo)致平滑的響應(yīng)。這包括消除因機(jī)電部件的公差而造成的誤差，尤其是環(huán)路增益偏差。選擇目標(biāo)響應(yīng)以模擬在聽著揚(yáng)聲器時的典型室內(nèi)響應(yīng)，特征在于朝向高頻的稍微轉(zhuǎn)降。在一個實施方案中，均衡濾波器(EQ)1352是具有長度64的最小相位FIR(有限脈沖響應(yīng))濾波器。這導(dǎo)致不具有預(yù)先振鈴的快速衰變、非分散頭戴式耳機(jī)脈沖響應(yīng)，如圖16所示。

盡管上文描述了示例性實施方案，但這些實施方案并不意圖描述本發(fā)明的所有可能形式。相反，本說明書中使用的字詞是說明性而非限制性的字詞，且應(yīng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出各種改變。此外，各種實施性實施方案的特征可相結(jié)合，以形成本發(fā)明的進(jìn)一步實施方案。