提高反饋型有源降噪耳機(jī)降噪量的方法及有源降噪耳機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有源主動(dòng)降噪耳機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種提高反饋型有源降噪耳機(jī)降噪 量的方法及有源降噪耳機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 貼耳式耳機(jī)的開環(huán)傳遞函數(shù)穩(wěn)定性差，做反饋降噪設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到全情況下的 穩(wěn)定性問題，為了保證穩(wěn)定性，不得不犧牲耳機(jī)的降噪量；并且貼耳式耳機(jī)有別于耳罩式耳 機(jī)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是體積小巧，在喇叭正前方安裝降噪麥克風(fēng)會(huì)增加貼耳式耳機(jī)的厚度或 造成佩戴不舒適；綜上貼耳式反饋降噪耳機(jī)目前還沒有廣泛應(yīng)用推廣。
[0003] 耳罩式反饋型有源降噪耳機(jī)通常體態(tài)較大，設(shè)計(jì)上優(yōu)先考慮密封，其耳罩不透氣， 佩戴后會(huì)形成一個(gè)較剛性的腔體，剛性腔體內(nèi)強(qiáng)烈的聲波反射會(huì)造成反饋有源降噪耳機(jī)的 嘯叫。為了吸收和減小腔體內(nèi)的聲波反射，通常會(huì)采用較厚的羊毛氈或壓縮海綿進(jìn)行內(nèi)填 充，該填充物分布在喇叭和佩戴者耳道口之間，起到保護(hù)喇叭和降噪麥克風(fēng)以及減小墻體 內(nèi)反射的作用，但是同時(shí)也嚴(yán)重減小了佩戴者耳道口處的降噪量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種提高反饋型有源降噪耳機(jī)降噪量的方法及 有源降噪耳機(jī)。
[0005] 依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種提高反饋型有源降噪耳機(jī)降噪量的方 法，該方法包括：
[0006] 將反饋型有源降噪耳機(jī)的降噪麥克風(fēng)設(shè)置在偏離揚(yáng)聲器正前方的位置；
[0007] 調(diào)整降噪麥克風(fēng)與佩戴者耳道口的相對(duì)位置，使得耳道口處的開環(huán)傳遞函數(shù) L2(s0)和降噪麥克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函數(shù)Ll(sO)滿足：|L2(sO) | > |Ll(sO) |的關(guān)系，以增 大耳道口處的實(shí)際降噪量。
[0008] 其中，所述使得耳道口處的開環(huán)傳遞函數(shù)L2(s0)和降噪麥克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函 數(shù)LI(sO)滿足：|L2 (sO) | > |LI(sO) | 的關(guān)系包括：
[0009] 將開環(huán)傳遞函數(shù)相對(duì)量B在其Nyquist圖中落在圓|B+1| = 1內(nèi)側(cè)，其中B為耳 道口處的開環(huán)傳遞函數(shù)L2(s0)和降噪麥克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函數(shù)Ll(sO)的差。
[0010] 其中，所述方法還包括：設(shè)計(jì)所述耳道口處的開環(huán)傳遞函數(shù)L2(s0)和降噪麥克風(fēng) 處的開環(huán)傳遞函數(shù)Ll(s0)，在所述Ll(s0)和所述L2(s0)的相位為圓周率31的偶數(shù)倍時(shí)， 所述Ll(s0)和所述L2(s0)的幅度均小于1。
[0011] 其中，在所述方法應(yīng)用于貼耳式反饋型有源降噪耳機(jī)時(shí)，將所述降噪麥克風(fēng)設(shè)置 在貼耳式反饋型有源降噪耳機(jī)的耳罩下面，所述揚(yáng)聲器正對(duì)佩戴者耳道口。
[0012] 其中，在所述方法應(yīng)用于耳罩式反饋型有源降噪耳機(jī)時(shí)，所述降噪麥克風(fēng)設(shè)置在 耳罩式反饋型有源降噪耳機(jī)的阻尼墊下面，所述揚(yáng)聲器正對(duì)佩戴者耳道口且之間無阻尼 墊。
[0013] 其中，所述阻尼墊采用羊毛氈或壓縮海綿內(nèi)填充耳罩形成。
[0014] 依據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種貼耳式反饋型有源降噪耳機(jī)，所述貼 耳式反饋型有源降噪耳機(jī)的降噪麥克風(fēng)設(shè)置在偏離揚(yáng)聲器正前方的耳罩下面，所述揚(yáng)聲器 正對(duì)佩戴者耳道口；
[0015] 佩戴時(shí)調(diào)整降噪麥克風(fēng)與佩戴者耳道口的相對(duì)位置，使得耳道口處的開環(huán)傳遞函 數(shù)L2(s0)和降噪麥克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函數(shù)Ll(sO)滿足：|L2(sO) | > |Ll(sO) |的關(guān)系，以 增大耳道口處的實(shí)際降噪量。
[0016] 其中，所述耳道口處的開環(huán)傳遞函數(shù)L2(s0)和所述降噪麥克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函 數(shù)Ll(sO)，在相位為圓周率31的偶數(shù)倍時(shí)，所述Ll(sO)和所述L2(s0)的幅度均小于1。
[0017] 依據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供了一種耳罩式反饋型有源降噪耳機(jī)，所述耳 罩式反饋型有源降噪耳機(jī)的降噪麥克風(fēng)設(shè)置在偏離揚(yáng)聲器正前方的阻尼墊下面，所述揚(yáng)聲 器正對(duì)佩戴者耳道口且之間無阻尼墊；
[0018] 佩戴時(shí)調(diào)整降噪麥克風(fēng)與佩戴者耳道口的相對(duì)位置，使得耳道口處的開環(huán)傳遞函 數(shù)L2(s0)和降噪麥克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函數(shù)Ll(sO)滿足：|L2(sO) | > |Ll(sO) |的關(guān)系，以 增大耳道口處的實(shí)際降噪量。
[0019] 其中，所述耳道口處的開環(huán)傳遞函數(shù)L2(s0)和所述降噪麥克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函 數(shù)Ll(sO)，在相位為圓周率31的偶數(shù)倍時(shí)，所述Ll(sO)和所述L2(s0)的幅度均小于1。
[0020] 本發(fā)明提供的一種提高反饋型有源降噪耳機(jī)降噪量的方法，可以有效地提高貼耳 式有源降噪耳機(jī)的降噪量和穩(wěn)定性，解決在喇叭正前方安裝降噪麥克風(fēng)會(huì)增加厚度或造成 佩戴不舒適的問題。也可以使耳罩式反饋型有源降噪耳機(jī)在維持反饋系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性的基 礎(chǔ)上，有效提高佩戴者耳道處的降噪量。
【附圖說明】
[0021 ] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中ANR系統(tǒng)框圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中耳道口處和降噪麥克風(fēng)處的模擬ANR框圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中開環(huán)傳遞函數(shù)相對(duì)量B的Nyquist圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種提高反饋型有源降噪耳機(jī)降噪量的方法流程圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的貼耳式反饋型有源降噪耳機(jī)方案示意圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種貼耳式降噪耳機(jī)的降噪量測試結(jié)果；
[0027] 圖7為傳統(tǒng)耳罩式反饋型有源降噪耳機(jī)方案示意圖；
[0028] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的耳罩式反饋型有源降噪耳機(jī)方案示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0030] 首先分析一下模擬有源降噪耳機(jī)反饋系統(tǒng)的降噪原理：
[0031] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中ANR(ActiveNoiseReduction，有源降噪）系統(tǒng)框圖。如 圖1所示，G(s)為喇叭到降噪麥克風(fēng)之間的傳遞函數(shù)，H(s)為控制電路，d(t)為外界噪聲 信號(hào)，e(t)為降噪麥克風(fēng)拾取到的誤差信號(hào)。
[0032] 定義誤差信號(hào)e(t)到外界噪聲d(t)之間的傳遞函數(shù)為系統(tǒng)靈敏度函數(shù)S:
可見誤差信號(hào)E越小降噪效果越好。在S小于1的頻帶噪聲得到降低， .， S大于1的頻帶噪聲將增強(qiáng)；降噪效果（降噪頻帶和降噪量）取決于開環(huán)傳遞函數(shù)L(L=GH)〇
[0033] 模擬反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)L設(shè)計(jì)時(shí)要注意下面幾點(diǎn)。
[0034] (1)從閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性考慮，不發(fā)生嘯叫的臨界條件是L的相位在圓周率31的偶 數(shù)倍時(shí)，幅度小于1，實(shí)際上幅度和相位在設(shè)計(jì)過程中還必須留有足夠的裕量。因此設(shè)計(jì)耳 道口處的開環(huán)傳遞函數(shù)L2(s0)和降噪麥克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函數(shù)Ll(sO)時(shí)，在所述Ll(sO) 和所述L2(s0)的相位為圓周率Jr的偶數(shù)倍時(shí)，所述Ll(sO)和所述L2(s0)的幅度均小于 1〇
[0035] (2)水床效應(yīng)：噪聲在某些頻段降低就會(huì)在其他頻帶增強(qiáng)。
[0036] (3)過渡帶：噪聲由降低到增強(qiáng)的頻率范圍。
[0037] (4)另外，G(s)通道傳播時(shí)延造成的相位衰減隨頻率升高而增加，減小了反饋系 統(tǒng)的相位余量，增大了反饋系統(tǒng)高頻段降噪難度。
[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中耳道口處和降噪麥克風(fēng)處的模擬ANR框圖。如圖2所示， gi為喇叭到降噪麥克風(fēng)之間空氣的傳遞函數(shù)，降噪麥克風(fēng)靈敏度Mi、接收信號(hào)ei，g2為喇叭 到人耳之間空氣的傳遞函數(shù)，耳道口處靈敏度M2、接收信號(hào)e2，控制電路H，控制信號(hào)Y，喇叭 頻響R，假設(shè)耳罩內(nèi)聲場穩(wěn)定為d。
[0039] 對(duì)于降噪麥克風(fēng)，靈敏度函數(shù)
[0040] 而對(duì)于耳道口處，靈敏度函數(shù)為：
[0041] 其中，Rg具為測量值，需要引入兩個(gè)靈敏度函數(shù)的歸一化因子k，
[0042] G2=g2RM2 ?kk=
[0043] 令L1=HG^L2=HG2,B=L2-Li，B為耳道口處的開環(huán)傳遞函數(shù)L2(s0)和降噪麥 克風(fēng)處的開環(huán)傳遞函數(shù)Ll(sO)的差。耳道口處靈敏度函數(shù)可寫S&iSdd+B)，噪聲殘 余量|e2| = |ei|*|l+B|。耳道口處與降噪麥克風(fēng)處降噪效果的差別就取決于B的值。
[0044] LjPL:相似的頻段內(nèi)，B的值接近0, | 1+B|接近1，這時(shí)耳道口處和降噪麥克風(fēng)處 的降噪效果相近；當(dāng)B位于圓|B+1| = 1外時(shí)，|e2|>|ei|耳道口處和降噪麥克風(fēng)處相比，降 噪效果變差；當(dāng)B位于圓|B+1| = 1內(nèi)時(shí)，|e2|〈|ei|耳道口處和降噪麥克風(fēng)處相比，降噪效 果增強(qiáng)。
[0045]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中開環(huán)傳遞函數(shù)相對(duì)量B的Nyquist圖。如圖3所示， 圖3(a)中，降噪麥克風(fēng)處開環(huán)傳遞函數(shù)幅度最大為Ljs。)，對(duì)應(yīng)相位在-180°，耳道 口處開環(huán)函數(shù)值為L2(s。)，若控制信號(hào)傳到降噪麥克風(fēng)處的能量強(qiáng)于耳道口處，表現(xiàn)為 L2(s。）KMs。）|，那么不論1^(8。）的相位如何，B都會(huì)落在一四象限，此時(shí)|1+B|>1，耳道 口處的降噪量總是比降噪麥克風(fēng)處?。粓D3 (b)中，當(dāng)L2 (s。）落在Q(s。）端點(diǎn)垂直線左側(cè)時(shí)， B有可能落在圓|r+l| = 1內(nèi)側(cè)，只有落在圓內(nèi)，即將開環(huán)傳遞函數(shù)相對(duì)量B在其Nyquist 圖中落在圓|B+1| = 1內(nèi)側(cè)，耳道口處降噪量和降噪麥克風(fēng)處相比才增強(qiáng)，若B落到中心小 圓內(nèi)降噪量提升將會(huì)超過6d