CN103843364A - 反馈系统中的不稳定检测和避免 - Google Patents

Abstract

在一个方面，通常，有源降噪系统通过检测与潜在或实际不稳定行为（例如，振荡）有关的系统的特性来检测实际或潜在不稳定，并且适配系统特性以缓解这种不稳定。在一些示例中，该系统适配于具有或可能引起不稳定行为的反馈路径的声学部件的特性的变化，以改善用户的声学体验。

Description

反馈系统中的不稳定检测和避免

技术领域

本发明涉及反馈系统，特别地反馈有源降噪系统中的不稳定检测和避免。

背景技术

环境中的环境噪声的存在能够对人听力具有广泛影响。诸如喷气式客机的客舱中的发动机噪声的环境噪声的一些示例可能引起对乘客的微小的打扰。诸如建筑工地上的电钻的环境噪声的其他示例可能引起永久的听力损失。用于减少环境噪声的技术是研究的活跃领域，提供了诸如更愉悦的听力体验和避免听力损失的益处。

许多传统的降噪系统利用有源降噪技术来减少用户察觉到的噪声的量。有源降噪系统通常使用前馈、反馈、或前馈和反馈方式的组合执行。基于反馈的系统一般测量期望降噪的区域（例如，在声学腔诸如耳腔中）附近的有可能与其他声波结合的噪声声波。通常，该测定的信号用于生成“抗噪信号”，其为所测量噪声的倒相且比例缩放的版本。将抗噪信号提供到噪声消除驱动器，其将信号换能为呈现给用户的声波。当由噪声消除驱动器产生的抗噪声波在声学腔中与噪声声波结合时，两个声波由于相消干扰而彼此抵消。结果是在期望降噪的区域中用户所察觉到的噪声水平减少。

反馈系统通常具有不稳定并且产生基于不稳定的失真的潜在可能。例如，如基于反馈系统的经典分析所理解的，如果在反馈回路的相位为180°的频率下，反馈回路的增益大于1，那么能够在该频率下生成振荡的加性信号。这种情况能够被描述为零或负值系统的相位裕度，即在增益为1的频率下达到180°相位的裕度。

在声学的有源降噪系统中，至少一部分反馈路径能够包括声学部件。尽管能够在有源降噪系统中直接控制反馈路径的电气或数字部件，但是声学部件可能例如由于声路径的物理性质的变化的结果而受变化的影响。

发明内容

在一些情形中，声路径的变化可以引起系统的不稳定，这是由于所产生的反馈回路增益或传递函数的变化。例如，声学部件能够具有在声学驱动器和反馈麦克风之间的声学传递函数。声学传递函数变化的情况的一个示例是，当入耳式耳机的佩戴者将耳机的耳塞插入耳道的时候。在插入过程期间，耳塞的顺应式端部例如通过本身被拧挤（pinched）或折叠变为阻塞。这种阻塞端部能够改变声学传递函数，从而改变总的回路增益并可能引起系统中的不稳定。

存在对这样的系统的需要，该系统能够检测反馈降噪系统中的不稳定的特性并且调整系统的回路增益以避免不稳定。

在一个方面，通常，有源降噪系统通过检测与潜在或实际不稳定行为（例如，振荡）有关的系统的特性来检测实际或潜在不稳定，并且适配系统特性以缓解这种不稳定。

在一些示例中，该系统适配于具有或可以引起不稳定行为的反馈路径的声学部件的特性的变化，以改善用户的声学体验。

在一方面，通常，基于反馈的有源降噪系统包括反馈元件和不稳定检测器，该不稳定检测器用于检测反馈元件中的不稳定状况并基于检测的结果形成控制参数。该反馈元件包括反馈输入，用于从第一传感器接受第一反馈信号；控制输入，用于接受用来调整反馈元件的增益特性和相位特性的控制参数；和驱动器输出，用于提供驱动信号给驱动器。该不稳定检测器包括控制参数输出，用于提供控制参数给反馈元件的控制参数输入；和多个输入，用于从包括第一传感器的多个传感器接受多个反馈信号。检测不稳定状况包括处理多个反馈信号以确定驱动器和第一传感器之间的声学路径的特性。

多个方面可以包括一个或多个下列特征。

第一传感器可以包括麦克风，并且驱动器可以包括扬声器。该反馈元件可以被配置为在提供控制参数时使反馈元件的增益特性和相位特性的一个或两者改变预定的量。该反馈元件可以被配置为在提供控制参数时，并行地修改的反馈滤波器、前馈滤波器和声输入滤波器的传递函数。

该反馈元件可以被配置为在提供控制参数时使反馈元件的带宽改变预定的量。该反馈元件可以包括根据控制参数选择性地适用于反馈元件的低通滤波器。多个传感器可以包括第二传感器，并且不稳定检测器可以被配置为基于与第一传感器关联的第一反馈信号相对于与第二传感器关联的第二反馈信号的比值，来确定驱动器和第一传感器之间的声路径的特性。

第一反馈信号比第二反馈信号的比值可以表示声路径的声阻抗。第一传感器可以包括压力式麦克风，并且第二传感器可以包括速率式麦克风。第一传感器可以包括压力式麦克风，并且第二传感器可以包括压力式麦克风。多个传感器可以包括第三传感器，其用于产生第三反馈信号，并且不稳定检测器可以被配置为基于第三反馈信号确定由不稳定检测器检测的不稳定状况的有效性。

该反馈元件可以包括用于接受输入信号的第一信号输入，不稳定检测器可以包括用于接受输入信号的第二信号输入和用于接受驱动信号的驱动器输入，并且不稳定检测器可以被配置为检测反馈元件中的不稳定状况，其包括基于输入信号和驱动信号确定反馈元件的特性。该不稳定状况可以包括在指定频率范围中的振荡的存在。该指定频率范围可以与有源降噪发生在频率范围互不相交。

不稳定检测器可以被配置为分析输入信号和驱动信号，以确定驱动信号中是否存在振荡，并且输入信号中不存在振荡。

在另一个方面，通常，一种用于检测和避免基于反馈的有源降噪系统中的不稳定的方法包括检测反馈元件中的不稳定状况且基于检测的结果形成控制参数。检测不稳定状况包括从包括第一传感器的多个传感器接受多个反馈信号，并且处理多个反馈信号，以确定驱动器和第一传感器之间的声学路径的特性。该方法也包括提供控制参数给反馈元件、在反馈元件接受控制参数、在反馈元件从第一传感器接受第一反馈信号、基于控制参数调整反馈元件的增益特性和相位特性、并从反馈元件输出驱动器输出信号给驱动器。

多个方面可以包括一个或多个下列特征。

第一传感器可以包括麦克风，并且驱动器可以包括扬声器。提供控制参数给反馈元件可以使反馈元件的增益特性和相位特性的一个或两者改变预定的量。提供控制参数给反馈元件可以引起反馈滤波器、前馈滤波器和音频输入滤波器的传递函数的并行修改。提供控制参数给反馈元件可以使反馈元件的带宽改变预定的量。提供控制参数给反馈元件可以使低通滤波器基于所提供的参数被可选择地应用于反馈元件。

多个传感器可以包括第二传感器，并且确定驱动器和第一传感器之间的声路径的特性可以包括计算与第一传感器关联的第一反馈信号相对于与第二传感器关联的第二反馈信号的比值。第一反馈信号与第二反馈信号的比值可以表示声路径的声阻抗。第一传感器可以包括压力式麦克风，并且第二传感器可以包括速率式麦克风。

第一传感器可以包括压力式麦克风，并且第二传感器可以包括压力式麦克风。多个传感器可以包括第三传感器，其用于产生第三反馈信号，并且检测不稳定状况可以包括基于第三反馈信号确定不稳定状况的有效性。

该方法也可以包括在反馈元件接受输入信号的步骤，其中检测不稳定状况还包括接受输入信号、接受驱动信号、并基于输入信号和驱动信号确定反馈元件的特性。

该不稳定状况可以包括在指定频率范围中的振荡的存在。该指定频率范围可以与有源降噪发生在频率范围互不相交。检测不稳定状况可以包括分析输入信号和驱动信号，以确定驱动信号中是否存在振荡，并且输入信号中不存在振荡。

实施例可以具有一个或多个下列优点。

实施例可以需要很少的电子部件，从而使得相对于包括通用数字信号处理（DSP）硬件的常规传统而言成本降低。

实施例可以消耗非常少的功率（例如，微瓦），因为其不需要高速/低噪声运算放大器。

实施例可以比需要长测量和计算时间的基于DSP的系统更快速地对干扰作出响应。在一些示例中，基于DSP的系统并没有足够快地作出响应，以防止由于耳机器件中的扬声器驱动器紧密靠近于鼓膜所导致的大声高音的声音以延长的时间撞击在鼓膜上。

实施例不受被单独音频信号触发的影响，并且能够可靠地检测到音频信号中存在的振荡。

本发明的其他特征和优点从下列描述和权利要求中显而易见。

附图说明

图1是包括振荡检测器的反馈降噪系统的方框图。

图2是振荡检测器。

图3是示出增益和相位裕度的图形。

图4是被配置为减少环路增益的电路。

图4A、4B、和4C提供了图4的电路的详细视图。

图5是示出增益和相位裕度的图形。

图6是被配置为减少环路增益和带宽的电路。

图7是具有阻塞端部的入耳式耳机。

图8是用于未阻塞情形和阻塞情形的声阻抗的图形。

图9是被配置为检测阻塞端部的入耳式耳机。

图10是包括组合的振荡/阻塞端部检测器的反馈降噪的方框图。

图11是组合的振荡/阻塞端部检测器。

图12是示出被用于计算组合的振荡/阻塞端部检测器的输出的逻辑的真值表。

图13是用于未阻塞情形和阻塞情形的声阻抗量度的图形。

具体实施方式

1.综述

本文中所述的系统检测由于基于反馈控制的有源降噪系统中的过度反馈回路增益而导致的实际或潜在的反馈回路不稳定，并且缓解该不稳定，以使系统返回到稳定或更稳定的工作状态。

该系统利用下列知识：

a)随着在反馈回路的相位接近180°的频率下反馈回路的增益接近1，反馈回路的增益的带宽增加。这减少了系统中的相位裕度，最终导致不稳定的反馈回路，这能够导致在该频率下的振荡或阻尼振荡。

b)当耳塞的端部被阻塞时，声阻抗发生显著变化，这改变该反馈回路增益。

在检测到反馈回路的不稳定时，该系统通过调整该反馈回路的增益来缓解该不稳定。

2.振荡检测器

参考图1，用于声学有源降噪的系统200接收输入信号（例如，声学信号）x(t)，并将该输入信号的修改版本提供给声学驱动器102。该声学驱动器102在声学腔104中将该输入信号的修改版本换能为声波y(t)。在声学腔104中，y(t)经过声学驱动器102和反馈麦克风108之间的声学传递函数A106。y(t)经过A106的结果与噪声声波N(t)结合，以产生该反馈麦克风108测量

将声波换能为电信号e(t)。该信号通过反馈因子H210沿着反馈路径传递。

在正向路径中，输入信号x(t)被提供到第一传递函数块A₁112。然后，将反馈因子H210的输出从第一传递函数块112的输出中减去。在一些示例中，A₁112的输出只（或占据主导地）包括x(t)的在所期望的有源降噪带宽内的频率分量，而在所期望的有源降噪带宽外的频率被衰减。该减去的结果被提供到第一正向路径增益元件G₁116。

并联地，该输入信号x(t)被提供到第二传递函数块A₂114。第一正向路径增益元件G₁116的输出被加到第二传递函数块114的输出。在一些示例中，A₂114的输出只包括x(t)的在所期望的有源降噪带宽外的频率分量，而在所期望的有源降噪带宽内的频率被衰减。该加法的结果被提供到第二者正向路径增益元件G₂118。第二正向路径元件G₂118的输出被提供到声学驱动器102。

在一些示例中，将输入信号x(t)的不同分量以不同的级注入正向路径中的目的是，将较高增益应用到被认为更重要的输入信号的分量。例如，图1的系统将在有源降噪带宽内的x(t)的频率分量比在有源降噪带宽外的x(t)的频率分量更早地注入系统中。这导致更多增益（即，G₁116和G₂118两者）被应用于有源降噪带宽内的频率分量以及更少增益（即，仅有G₂118）被应用于有源降噪带宽外的频率分量。更高的反馈增益产生更大的降噪。

在一些示例中，x(t)=0（即，未提供输入信号）。在这些示例中，有源降噪系统减少在反馈麦克风处的环境噪声，从而驱动在麦克风所检测到的信号为零。

在图1所示的系统中，e(t)是在反馈麦克风108的位置处的声学腔中声学信号的测量。在频率域中，e(t)能够被如下表达为E(ω)：

$E\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{G_1{G}_2{A}_{1}X\left(\mathrm{\ω}\right)+G_2{A}_2\mathrm{AX}\left(\mathrm{\ω}\right)+N\left(\mathrm{\ω}\right)}{1+G_1{G}_2\mathrm{HA}}$

分母中的G₁G₂HA项通常被认为是反馈回路增益。应当注意，尽管这个项在本文中被称为“回路增益”，但是该项应该被理解为回路特性，包括反馈回路的依赖频率的增益响应和反馈回路的依赖频率的相位响应。因此，诸如“回路等于1∠180°”的陈述应该被理解为在频率下的回路增益等于1并且回路相位等于180°的回路特性。

通过检查，能够看出，随着第一和第二正向路径增益元件116、118的增益变得非常大，噪声项N(ω)被减小。以这个方式使用高回路增益实现图1的系统的降噪。

也应注意，随着第一和第二正向路径增益元件116、118变得非常大，如由于输入信号x(t)的两个注入点所预计的，G₁G₂A₁X(ω)项受高回路增益的影响比G₂A₂AX(ω)项小。

参考图1中以粗线示出的部分，该系统包括振荡检测器202，其被配置为检测在回路增益等于1∠180°的频率下的振荡。如果检测到振荡，那么该振荡检测器202能够触发回路增益调整，以使反馈回路返回到稳定的工作状态。

该振荡检测器202接收该输入信号x(t)和第二正向路径增益元件118的输出并将控制参数P输出到可调节反馈因子H210。该控制参数P指示反馈回路中是否存在由于不稳定的振荡，并且必要时命令反馈因子H210（例如，通过输出P=高）调整回路增益。

参考图2，该振荡检测器202处理

和x(t)，并比较得到的经处理信号，以确定输入信号中不存在的振荡在反馈回路中是否存在。信号的处理基于以下知识，即由于反馈回路不稳定的振荡信号通常存在于回路增益接近1∠180°的频率范围中。此外，有源降噪信号通常在比振荡信号更低的频率下存在。

振荡检测器202在两个分开的路径中处理

和x(t)。驱动信号路径302将带通滤波器304应用到并且该带通滤波器304在预计由于不稳定所致振荡的频率范围下具有通带。经滤波的带通滤波器304的输出由全波整流器306整流，并且由平滑元件308（例如，低通滤波器）平滑。驱动信号路径302的结果是在预计由于不稳定所致的振荡的频率范围中的

的信号水平。

在缺少输入信号x(t)的情况下（即，当不提供声驱动信号时），驱动信号路径302足够在反馈回路中检测由于不稳定的振荡。然而，在存在输入信号x(t)的情况下，必须处理x(t)和

两者。这是由于输入信号x(t)（例如，音频信号）可以包括在预计振荡的频率范围中存在的频率分量的事实所致。在存在这种输入信号的情况下，预计错误的不稳定检测结果。

因此，为了改善系统的稳健性，出于建立动态阈值参考的目的，而在参考信号路径310中处理x(t)。该参考信号路径将带通滤波器312应用到x(t)，并且该带通滤波器312在预计由于不稳定所致的振荡的频率范围下具有通带。经滤波的带通滤波器312的输出由全波整流器314整流，并且由平滑元件316（例如，低通滤波器）平滑。

平滑元件316的输出是在预计由于不稳定的振荡的频率范围中的x(t)的信号水平。这个输出被缩放比例因子K318所缩放，以便当反馈回路中存在x(t)且不存在振荡时，使得参考信号路径310的输出稍微大于驱动信号路径302的输出。

驱动信号路径302的输出和参考信号路径310的输出被提供到差分检测器320，其中，如果驱动信号路径302的输出大于参考信号路径310的输出（即，存在振荡），那么差分检测器320输出P=高的值，并且如果驱动信号路径302的输出小于参考信号路径310的输出（即，不存在振荡），那么差分检测器320输出P=低。

3.可调整的反馈因子

由振荡检测器202输出的参数P（例如，高或低输出）被提供到可调整反馈因子H（图1，元件210）。在一些示例中，基于参数P调整该可调整反馈因子210，以修改在全部或大频率范围内该系统的总体反馈回路增益。在其他示例中，例如通过减少在有限的频率范围内的增益，来基于参数P调整该可调整反馈因子210，以修改反馈回路增益的带宽。在一些示例中，维持该反馈回路增益的修改持续预定的时间量。在已经经过该预定的时间量（例如，3秒）之后，撤销（reverse）该反馈回路增益的修改。

3.1总增益调整

参考图3，反馈回路增益和相位响应的示例图示图1的系统的反馈回路的不稳定情况。特别地，由于在频率ω_u下实心增益曲线420等于1并且实心相位曲线422等于180°，反馈回路处于不稳定情况。在这个情况中，相位裕度是0°，导致不稳定。

在一些示例中，该可调整反馈因子210可配置为基于从不稳定检测器202接收的参数P通过将增益减少预定量，来缓解这个不稳定。特别地，如果P指示相位裕度在或接近0°（即，不稳定检测器输出高参数值），那么该反馈因子将总增益减少预定量。

虚线增益曲线424是反馈回路增益的总减少的结果。由于相位曲线422未变化，减少总回路增益使得相位裕度426增加，从而使反馈回路返回到稳定的工作状态。

参考图4，电路被配置为减少P上传递的总回路增益。回路增益的总减少通过P=来自不稳定检测器202的高输出来实现，从而打开在反馈麦克风108处MOSFET530，由此减少在反馈麦克风输入108处的回路增益。

3.2带宽调整

参考图5，反馈回路增益和相位响应的另一个示例图示图1的系统的反馈回路的不稳定情况。特别地，由于第一增益曲线620在频率ω_u下具有0dB的值，而在该频率ω_u下，第一相位曲线622的值接近于-180°，该反馈回路处于不稳定情况。在这个情况下，相位裕度被减少，引起不稳定。

在一些示例中，可调整反馈因子210可配置为基于参数P在高带宽模式和低带宽模式之间切换反馈回路增益。在系统的正常工作期间使用该高带宽模式，而在系统变化将该系统放在潜在的不稳定工作状态时，使用低带宽模式。如果参数P指示反馈回路的带宽需要减少（即，该不稳定检测器输出P=高参数值），那么可调整反馈因子使得能够在反馈路径中低通滤波工作。

第二回路增益曲线624显示在高频率下回路增益的减少，而在低频率下对回路增益具有很小的影响。当与先前所述的回路增益的总减少相比，回路增益的带宽的这种减少导致相位裕度626增加，而对系统的音频输出质量影响较小。

参考图6，可调整反馈因子210的一个示例通过在检测到潜在的不稳定工作状态时在简单的零极点低通网络（pole-zero low passnetwork）740中切换到现有的高带宽反馈回路，而实现反馈回路增益的低带宽模式。

例如，不稳定检测器（图，元件202）的参数输出P能够被提供到MOSFET M1742，以便高参数值将M1742切换到接通状态。当M1742接通时，RC网络744、746被切换到系统中。该RC网络744、746与反馈麦克风108的有效输出阻抗748形成低通滤波器。

由RC网络744、746和反馈麦克风108的有效阻抗748所形成的低通滤波器包括零中断（zero break）（通过包括电阻器R331744而引起）。该零中断在更高的频率下使低通滤波器中的相位滞后停止，从而产生更高的稳定裕度。

如上所述的可调整反馈因子210能够使用模拟或数字电子元件实施。在一些示例中，不稳定检测器202的参数输出P被用于使用不同于如上所述的那些传递函数的传递函数来将补偿滤波器切换到系统中。在一些示例中，基于是使用模拟电子元件还是数字电子元件（例如，专用DSP硬件）来实施该可调整反馈因子，而使用不同的补偿滤波器。

4.阻塞端部检测

参考图7，有源降噪耳机系统的耳塞850被配置为被插入佩戴者854的耳道852中。当插入时，该耳塞850向外按压佩戴者的耳道852的内壁，从而在耳道852内产生密闭腔856。该耳塞850包括内部腔858，其从耳塞中的声学驱动器860延伸到耳道852内的密闭腔856中。

在耳塞850的内部腔858的与声学驱动器相反的一端处，阻塞862堵塞内部腔858进入耳道852内的腔856的开口。这种阻塞862通常在佩戴者854将耳塞850插入耳道852中产生，并且可以被称为“阻塞端部”。

参考图8，阻塞端部的一个指示是耳塞（图7，元件850）的内部腔（图7，元件858）中的声阻抗增加。图中的头顶曲线（On Head curve）970示出不具有阻塞端部的耳塞850的声阻抗，并且图中的阻塞端部曲线972示出具有阻塞端部的耳塞850的声阻抗。通过检查，容易确定阻塞端部情形中的声阻抗显著增加。

参考图9，检测声阻抗的这种变化的一个方法是，除了已经用作有源降噪系统（即，图1的系统）的反馈麦克风（图1，元件108）的压力式麦克风1082之外使用速率式麦克风1080。

用于声阻抗的等式为：

因此，通过将速率式麦克风1080放置成非常接近于压力式麦克风1082并计算在指定频率范围内两个麦克风信号之间的比值，来确定声阻抗。如果声阻抗被确定为超过预定阈值，该耳塞的端部可能被阻塞。

这个方法不受由耳塞850的内部腔858内侧的声学驱动器860所发出的声波（例如，噪声、语音、音频）的性质的影响。然而，为了计算该比值，在耳塞850的内部腔858中必须存在足够的声学信号。

为了确定在耳塞的内部腔858中是否存在足够的声学信号，可以在耳塞850中包括额外的压力式麦克风1084，使得其在耳塞850的内部腔858和耳道内的腔856两者以外。这个麦克风1084可以检测耳朵腔856外的压力，并使用其确定所计算的阻抗是否可靠。例如，如果外部压力超过某一预定阈值，那么所计算的阻抗被认为是可靠的。

组合的振荡和阻塞端部检测器

参考图10，图1的系统的振荡检测器202使用如上所述的阻塞端部检测算法而得到增强，从而产生包括组合的振荡/阻塞端部检测器1110的系统1100。

系统1100的反馈回路的基本操作与关于图1中所示的系统100的反馈回路所描述的大体相同，并因此在本段中将不再重复。

组合的振荡/阻塞端部检测器1110从输入信号x(t)、驱动器输出信号

反馈压力式麦克风M1108、反馈速率式麦克风M21080、和外侧压力式麦克风M31084接收输入。组合的振荡/阻塞端部检测器1110的输出是参数P，如果检测到由于不稳定所致的振荡或者阻塞端部，那么该参数P值为高。否则，P的值为低。如上关于图1的系统所述，P被提供到可调整反馈因子H210，其继而调整反馈回路增益或带宽，以缓解反馈回路中的不稳定。

参考图11，振荡/阻塞端部检测器1110的详细方框图包括如上所述的振荡检测器1202、阻塞端部检测器1204、和外侧压力检测器1206。如果检测到振荡或阻塞端部，使用布尔逻辑1208处理振荡检测器1202、阻塞端部检测器1204、和外侧压力检测器1206的结果以产生高参数值。否则，布尔逻辑1208产生低参数值。

该阻塞端部检测器1204接收反馈压力式麦克风信号M1(t)和速率式麦克风信号M2(t)作为输入。M1(t)通过第一带通滤波器1210滤波，通过第一全波整流器1212整流、并通过第一平滑元件1214平滑。M2(t)通过第二带通滤波器1216滤波，通过第二全波整流器1218整流、并通过第二平滑元件1220平滑。

麦克风输入信号M1(t)和M2(t)的带通滤波、整流和平滑产生在关注频率（例如，已知阻塞端部显著增加声阻抗的频率）中的信号水平的估计值。M1(t)的经处理版本除以M2(t)的经处理版本，产生麦克风（图10，元件108、1080）附近的声阻抗的估计值。将声阻抗的估计值与声阻抗阈值V_{Z_Ref}相比较。如果声阻抗的估计值大于该参考阈值，那么阻塞端部检测器1204输出指示该端部可能被阻塞的高值。否则，该阻塞端部检测器输出低值。

外侧压力水平检测器1206接收外侧压力式麦克风信号M3(t)作为输入。M3(t)通过第三带通滤波器1222滤波，通过第三全波整流器1224整流、并通过第三平滑元件1226平滑。第三平滑元件1226的输出是在耳腔外侧的声压力水平的估计值。将耳腔外侧的声压力水平估计值与外侧压力阈值V_{Pout_Ref}相比较。如果耳腔外侧的声压力水平的估计值大于外侧压力阈值，那么该外侧声压力水平检测器1206输出指示该阻塞端部检测器1204的结果有效的高值。否则，该外侧声压力水平检测器1206输出指示阻塞端部检测器1204的结果无效的低值。

阻塞端部检测器1204、振荡检测器1202、和外侧声压力水平检测器1206的高或低输出被用作到布尔逻辑1208的输入，该布尔逻辑1208确定阻塞端部/振荡检测器1110的输出P。

参考图12，真值表示出将下列布尔逻辑应用到阻塞端部检测器1204、振荡检测器1202、和外侧压力水平检测器1206的输出的结果：

6.替换例

在一些示例中，微控制器能够被用于解释振荡检测器、阻塞端部检测器、和外侧压力水平检测器中的一个或多个的输出，并采取措施减少回路增益。

在一些示例中，专用数字信号处理器或微控制器执行带通滤波、峰值检测、比较器功能、和增益降低功能。

参考图13，在一些示例中，代替使用速率式麦克风结合反馈压力式麦克风计算声阻抗，第二压力式麦克风被放在腔的内侧（例如，管口（nozzle）的端部附近）。该声阻抗可以被计算为比值P1/(P1-P2)。图13示出使用这个方法计算的阻抗曲线。曲线1402是表示未阻塞端部的阻抗曲线。曲线1404是表示阻塞端部的阻抗曲线。

在一些示例中，通过在驱动器监控电学输入阻抗来检测声阻抗的变化。在一些示例中，由于驱动器的特性，声电转换比率相对低，从而导致差的信噪比。然而，驱动器的特性能够被调整为产生更大的声电转换比率，从而得到改进的信噪比。

上述描述集中在入耳式耳机系统的单个通道上。然而，应当注意，如上所述的系统能够被扩展到两个或更多通道。

正如该振荡检测器能够无需使用阻塞端部检测器而用于检测不稳定，该阻塞端部检测器能够无需使用振荡检测器而单独用于检测潜在的不稳定。两者都不互相依靠，并且每个都能够独立地而有效使用。

尽管在入耳式有源噪声消除系统的背景中描述，但是如上所述的方法能够被应用于其他情况。例如，该方法能够被应用于耳罩式（over-the-ear）噪声消除耳机。更一般而言，该方法可以被应用于其他音频反馈情况，特别地在反馈路径的音频分量的特性可能变化时，例如房间或车辆客舱的音频特性可能改变（例如，当门或窗被打开）。此外，如上所述的振荡和阻抗检测的方法可以被应用于运动控制系统，其中能够检测和测量反馈回路的振荡和机械阻抗（例如，速度/力）。

在上述描述中，该反馈回路增益通过修改反馈路径中的反馈因子来调整。在一些示例中，代替调整反馈路径中的反馈回路增益，能够调整正向路径增益元件。

在一些示例中，实施如上所述的方法的电路被集成到包括驱动器和麦克风的外壳中。在其他示例中，电路被单独地提供并且可被配置为适合于驱动器和麦克风的不同外壳和布置。

在一些示例中，在包括反馈、前馈、和声音输入滤波的有源降噪系统中，期望的是在不稳定/振荡检测器被激活时，并行地修改全部三个滤波器（即，音频输入滤波器、前馈滤波器、和反馈滤波器）的滤波传递函数。并行地修改全部三个滤波器的传递函数补偿了由于反馈回路增益响应改变所致的整个系统响应。滤波器传递函数的这种修改能够发生在模拟硬件或基于DSP系统两者中。

应当理解，上文描述意图用于说明而非限制本发明的保护范围，该保护范围通过附加的权利要求的保护范围限定。其他实施例落在下列权利要求的保护范围内。

Claims (30)

1.一种基于反馈的有源降噪系统，包括：

反馈元件，包括

反馈输入，用于从第一传感器接受第一反馈信号，

控制输入，用于接受控制参数，所述控制参数用于调整所述反馈元件的增益特性和相位特性，以及

驱动器输出，用于提供驱动信号给驱动器；以及

不稳定检测器，用于检测所述反馈元件中的不稳定状况并且基于所述检测的结果形成所述控制参数，所述不稳定检测器包括

控制参数输出，用于提供所述控制参数给所述反馈元件的所述控制参数输入，以及

多个输入，用于从包括所述第一传感器的多个传感器接受多个反馈信号，

其中检测所述不稳定状况包括处理所述多个反馈信号，以确定所述驱动器和所述第一传感器之间的声路径的特性。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一传感器包括麦克风并且所述驱动器包括扬声器。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈元件被配置为在提供所述控制参数时使所述反馈元件的所述增益特性和所述相位特性中的一个或两个改变预定的量。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈元件被配置为在提供所述控制参数时，并行地修改反馈滤波器、前馈滤波器和音频输入滤波器的传递函数。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈元件被配置为在提供所述控制参数时使所述反馈元件的带宽改变预定的量。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈元件进一步包括根据所述控制参数可选择地适合于所述反馈元件的低通滤波器。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个传感器包括第二传感器，并且所述不稳定检测器被配置为基于与所述第一传感器关联的所述第一反馈信号相对于与所述第二传感器关联的第二反馈信号的比值，确定所述驱动器和所述第一传感器之间的所述声路径的特性。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一反馈信号与所述第二反馈信号的所述比值表示所述声路径的声阻抗。

9.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一传感器包括压力式麦克风，并且所述第二传感器包括速率式麦克风。

10.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一传感器包括压力式麦克风，并且所述第二传感器包括压力式麦克风。

11.根据权利要求7所述的系统，其中所述多个传感器包括用于产生第三反馈信号的第三传感器，并且所述不稳定检测器被配置为基于所述第三反馈信号确定由所述不稳定检测器检测的所述不稳定状况的有效性。

12.根据权利要求1所述的系统，其中所述反馈元件进一步包括用于接受输入信号的第一信号输入，所述不稳定检测器进一步包括用于接受所述输入信号的第二信号输入和用于接受所述驱动信号的驱动器输入，并且所述不稳定检测器被配置为检测所述反馈元件中的所述不稳定状况，这包括基于所述输入信号和所述驱动信号确定所述反馈元件的特性。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述不稳定状况包括在指定频率范围中振荡的存在。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述指定频率范围与发生有源降噪的频率范围互不相交。

15.根据权利要求13所述的系统，其中所述不稳定检测器被配置为分析所述输入信号和驱动信号，以确定所述驱动信号中是否存在所述振荡并且所述输入信号中不存在所述振荡。

16.一种用于在基于反馈的有源降噪系统中检测并避免不稳定的方法，所述方法包括：

检测反馈元件中的不稳定状况并且基于所述检测的结果形成控制参数，检测所述不稳定状况包括

从包括第一传感器的多个传感器接受多个反馈信号；以及

处理所述多个反馈信号，以确定所述驱动器和所述第一传感器之间的声路径的特性；

提供所述控制参数给所述反馈元件；

在所述反馈元件接受所述控制参数；

在所述反馈元件从所述第一传感器接受第一反馈信号；

基于所述控制参数，调整所述反馈元件的增益特性和相位特性；以及

从所述反馈元件输出驱动器输出信号给驱动器。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一传感器包括麦克风并且所述驱动器包括扬声器。

18.根据权利要求16所述的方法，其中提供所述控制参数给所述反馈元件使所述反馈元件的所述增益特性和所述相位特性中的一个或两个改变预定的量。

19.根据权利要求16所述的方法，其中提供所述控制参数给所述反馈元件引起反馈滤波器、前馈滤波器和音频输入滤波器的传递函数的并行修改。

20.根据权利要求16所述的方法，其中提供所述控制参数给所述反馈元件使所述反馈元件的带宽改变预定的量。

21.根据权利要求16所述的方法，其中提供所述控制参数给所述反馈元件使低通滤波器基于所提供的参数被可选择地应用到所述反馈元件。

22.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个传感器包括第二传感器，并且确定所述驱动器和所述第一传感器之间的所述声路径的特性包括，计算与所述第一传感器关联的所述第一反馈信号相对于与所述第二传感器关联的第二反馈信号的比值。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一反馈信号与所述第二反馈信号的所述比值表示所述声路径的声阻抗。

24.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一传感器包括压力式麦克风，并且所述第二传感器包括速率式麦克风。

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述第一传感器包括压力式麦克风，并且所述第二传感器包括压力式麦克风。

26.根据权利要求22所述的方法，其中所述多个传感器包括用于产生第三反馈信号的第三传感器，并且检测所述不稳定状况包括基于所述第三反馈信号确定所述不稳定状况的有效性。

27.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：

在所述反馈元件处接受输入信号，

其中检测所述不稳定状况进一步包括

接受所述输入信号，

接受所述驱动信号，并且

基于所述输入信号和所述驱动信号，确定所述反馈元件的特性。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述不稳定状况包括在指定频率范围中振荡的存在。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述指定频率范围与发生有源降噪的频率范围互不相交。

30.根据权利要求28所述的方法，其中检测所述不稳定状况进一步包括分析所述输入信号和所述驱动信号，以确定所述驱动信号中是否存在所述振荡并且所述输入信号中不存在所述振荡。

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