CN107924674A - 设置有打鼾噪声消除的枕头 - Google Patents

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Abstract

本文公开了主动噪声控制系统、设备和方法。抗打鼾系统可以包括第一枕头单元、至少一个参考麦克风和控制单元，其中，第一枕头单元具有至少一个误差麦克风和至少一个扬声器，该至少一个参考麦克风被配置成捕捉靠近该至少一个参考麦克风而产生的声音，控制单元可操作地耦接至第一枕头单元和该至少一个参考麦克风。在一些方面，控制单元可以被配置成通过使用门控动态调整来处理从该至少一个误差麦克风和该至少一个参考麦克风接收的信号来在布置在第一枕头单元中的该至少一个扬声器中产生抗噪声，使得抗噪声消除靠近该至少一个参考麦克风而产生的任何声音。

Description

设置有打鼾噪声消除的枕头
背景技术
本公开内容一般地涉及噪声消除设备、系统和方法，更具体地涉及产生抗噪声的抗打鼾系统和方法。
例如由打鼾所引起的低频噪声污染长期以来一直是彼此靠近而睡的人的苦恼，例如当睡眠者共享床、房间或者在运输环境例如飞机上彼此靠近而坐时。另外，其他环境噪声例如汽笛、交通、哭闹的婴儿以及电视机会导致睡眠中断。特别地，相当一部分睡眠者的睡眠中断归因于打鼾。
打鼾是通过在睡眠期间由于上呼吸道阻塞而使组织结构振动而产生的声学现象，并且是现代社会的突出问题。包括美国国家睡眠障碍研究委员会的一些参考估计约7400万美国人每天晚上都打鼾，并且约38％的美国人被打鼾打扰并且忍受日间疲劳。打鼾的间歇性质可打断打鼾者的床伴的睡眠，造成压力和社交困扰。睡眠中断已经关系到打鼾者及他们的床伴的过度日间睡眠。这会导致工作环境下的生产力损失以及导致职业事故，甚至降低人的安全操作汽车的能力。如上所述，打鼾声音通常是由睡眠期间软腭的振动产生并且通常是具有瞬态性以及高的短期声音水平的不稳定的、间歇性的复杂声音。另外，打鼾声音的频率含量会突然改变。因此，难以主动建模和消除打鼾声音。
对于低频打鼾以及其他环境噪声，被动方法例如耳罩或耳塞在睡眠期间佩戴是低效率的或者不舒服的。已经开发了几种噪声消除方法以利用主动噪声控制(在本文中称为“ANC”)来降低打鼾噪声。这些ANC系统通常基于超定位反相声音的原理使低频主(不想要的)噪声衰减。也就是说，ANC系统通常生成与试图消除的噪声相同大小但相反极性的二次噪声。如本文中所使用的，具有相同大小但相反极性的这种二次噪声被称为“抗噪声”。通过ANC，抗噪声和不想要的噪声二者均被消除掉或者它们的声压级(SPL)被极大降低。
例如，已公开了用于减少打鼾及其他环境噪声的ANC系统。例如，Kuo等人的标题为“Electronic pillow for abating snoring/environmental noises,hands-freecommunications,and non-invasive monitoring and recording”的其全部内容通过引用并入本文的第8,325,934号美国专利描述了这样的系统。Sen M.Kuo等人在2008年1月至2月发行的噪声控制工程杂志(Noise Control Engineering)的第56卷第1期出版的其全部内容通过引用并入本文的“Active snore noise control systems”中描述了另外的系统。然而，这些系统具有若干缺点，尤其包括安装在不太理想的位置的抗噪声扬声器，以及需要将枕头和其他床具单元硬连线至外部系统部件以及甚至其他枕头和床具单元。此外，ANC系统通常实现抗噪声的动态调整。这些现有技术的动态调整导致系统朝向低效率ANC收敛，至少因为动态调整未能适当考虑例如在鼾声之间检测不到环境噪声的时段。
因此，在睡眠系统中仍然存在对减少打鼾和其他环境声音的改进的系统、设备和方法的需要。
发明内容
本文中公开了一种主动噪声控制系统、设备和方法。在一些方面，公开了一种抗打鼾系统。例如，抗打鼾系统可以包括第一枕头单元以及至少一个参考麦克风，其中，第一枕头单元具有至少一个误差麦克风和至少一个扬声器，至少一个参考麦克风被配置成捕捉靠近至少一个参考麦克风而产生的声音。抗打鼾系统还可以包括控制单元，控制单元可操作地耦接至第一枕头单元和至少一个参考麦克风，使得控制单元从布置在第一枕头单元中的至少一个误差麦克风和至少一个参考麦克风接收信号。此外，控制单元可以被配置成通过使用门控动态调整来处理从至少一个误差麦克风和至少一个参考麦克风接收的信号来在布置在第一枕头单元中的至少一个扬声器中产生抗噪声，使得抗噪声消除靠近至少一个参考麦克风而产生的任何声音。
在其他方面，抗打鼾系统可以包括第一枕头单元和第二枕头单元，其中，第一枕头单元包括至少一个误差麦克风和至少一个扬声器，第二枕头单元包括至少一个误差麦克风和至少一个扬声器。本文中所公开的抗打鼾系统还可以包括至少一个参考麦克风和控制单元，其中，至少一个参考麦克风被配置成捕捉靠近第一枕头单元和第二枕头单元中的至少一个而产生的声音，控制单元可操作地耦接至第一枕头单元、第二枕头单元和至少一个参考麦克风，使得控制单元从第一枕头中的至少一个误差麦克风、第二枕头中的至少一个误差麦克风和至少一个参考麦克风接收信号。在一些方面，控制单元可以被配置成通过处理从第一枕头中的至少一个误差麦克风和至少一个参考麦克风接收的信号来在布置在第一枕头单元中的至少一个扬声器中产生抗噪声，使得抗噪声消除靠近至少一个参考麦克风而产生的任何声音。
在本文中还公开了消除声音的方法。这样的方法例如包括消除打鼾的方法，该方法可以包括：利用参考麦克风来感测参考噪声，并向控制单元输出参考噪声信号；利用靠近用户的耳朵而布置的误差麦克风来感测误差噪声水平，并向控制单元输出误差噪声信号；以及通过使用门控动态调整来处理参考噪声信号和误差噪声信号来确定用以消除参考噪声的抗噪声。该方法还可以包括：使用靠近用户的耳朵的至少一个扬声器来产生抗噪声，使得参考噪声被消除。
通过附图和详细描述来例示上面所描述的特征以及其他特征。
附图说明
根据下面结合附图所做的详细描述将更全面地理解本公开内容，在附图中：
图1是非对称抗打鼾设备的立体图；
图2是对称抗打鼾设备的示意图；以及
图3是控制单元的框图。
具体实施方式
现在将描述某些示例性方面以提供对本文所公开的结构、功能、制造的原理以及设备、系统、方法和/或套件的使用的整体理解。附图中示出了这些方面的一个或更多个示例。本领域技术人员将理解的是，本文公开的以及附图中示出的设备、系统、方法和/或套件本质上是非限制性的并且是示例性的，并且本发明的范围仅由权利要求来限定。结合所描述的任一方面示出或描述的特征可以与其他方面的特征相结合。这样的修改和变型旨在被包括在本公开内容的范围内。
此外，在本公开内容中，相似附图标记表示的部件通常具有类似的特征，因此每个相似附图标记表示的部件的每个特征不一定被完全详细阐述。另外，在所公开的系统、设备和方法的描述中使用的线性或圆形尺寸的程度上，这样的尺寸不旨在限制可以与这样的系统、设备和方法结合使用的形状的类型。本领域技术人员将认识到，可以针对任何几何形状来确定这种线性和圆形尺寸的等同物。系统和设备及其部件的尺寸和形状可以至少取决于将与该系统和设备一起使用的部件的尺寸和形状，以及使用系统和设备的方法和过程。
噪声消除系统已经被开发用于各种应用。例如但不限于，可以利用抗噪声产生系统和设备来消除各种环境中不想要的环境噪声。例如，可以实现能够产生抗噪声的床具、枕头、头垫以及其他设备以消除用户睡觉时的环境噪声。作为示例，枕头可以包括抗噪声产生部件以消除环境噪声例如由床友或室友产生的打鼾声音。可替选地，例如飞机、火车或公共汽车上可以发现的那些的头垫或其他乘坐部件可以配置有抗噪声部件以消除包括说话、打鼾、发动机噪声、通知、汽笛的环境噪声或者任何其他不想要的环境噪声以为乘客提供安静的乘坐和睡眠环境。
本文中所描述的系统和方法可以用在非对称系统——仅具有一个参考麦克风单元的系统——或对称系统——具有多于一个参考麦克风单元的系统中。在至少一个方面，本文中所描述的系统和设备可以用在互补(即对称)系统中，从而该系统包括一对枕头单元或者其他床具单元，使得每个单元消除掉由另一单元的用户产生的声音。例如，在许多应用中，床上的一对睡眠者将在夜间产生噪声，即，两个睡眠者均打鼾而不只一个。在这样的场景下，可以采用互补系统来消除掉由每个睡眠者而非仅一个睡眠者产生的噪声。一般地，图1示出了非对称系统，而图2示出了互补系统。例如图2所示的这样的互补系统可以包括互补枕头单元之间的无线耦接。
图1示出了具有第一枕头单元102、控制单元104和至少一个参考麦克风106的非对称抗打鼾系统100。在一些方面，非对称抗打鼾系统100可被配置成产生抗噪声，使得用户108不受周围环境噪声例如打鼾的干扰。
在一些方面，第一枕头单元102是被配置成由床上的睡眠用户108使用的枕头。在其他方面，枕头单元102可以是被配置成向用户的头部提供支承的任何头垫单元。因而，第一枕头单元102可以由包括各种纤维织物、皮革、棉纤维、聚酯纤维、人造丝纤维、莱赛尔纤维、聚氨酯泡沫、粘弹性聚氨酯泡沫、羽绒、鹅绒的任何已知材料或任何其他合适的材料形成。
在一些方面，第一枕头单元102具有至少一个误差麦克风110和至少一个扬声器112。至少一个误差麦克风可以被定位在枕头单元102上或枕头单元102中，使得至少一个误差麦克风靠近用户108的耳朵。此外，至少一个扬声器可以被定位在枕头单元102上或枕头单元102中，使得用户108容易听到从至少一个扬声器发出的声音。在一些方面，至少一个扬声器还可以被定位成使得其不容易被靠近枕头单元102的供睡表面114的区域以外的人听到，尽管在一些方面，至少一个扬声器可以被靠近供睡表面114的区域以外的人例如与用户108躺在同一张床上的睡觉同伴听到。
系统100还包括控制单元104，控制单元104可操作地耦接至第一枕头单元102和至少一个参考麦克风106，使得控制单元104从布置在第一枕头单元102中的至少一个误差麦克风110和至少一个参考麦克风106接收信号。如所示，控制单元104可以经由操作耦合器116来连接。如下面将更详细讨论的，控制单元104可以被配置成通过使用门控动态调整(gated dynamic adjustment)来处理从至少一个误差麦克风110和至少一个参考麦克风106接收的信号来在布置在第一枕头单元102中的至少一个扬声器112中产生抗噪声，使得抗噪声消除靠近至少一个参考麦克风106而产生的任何声音。
抗打鼾系统100还可以包括至少一个参考麦克风106，至少一个参考麦克风106被配置成捕捉靠近至少一个参考麦克风106而产生的声音。如本文所使用的，“麦克风”是指能够检测声音的任何传感器。在一些方面，声音可以是靠近用户108的听得见的范围内由打鼾者发出的打鼾声音。在其他方面，声音可以是任何不想要的环境声音。在一些方面，可以实现多于一个枕头单元。这样的系统在本文中被称作对称系统。至少一个参考麦克风106、206a、206b可以以适合于为ANC系统的信号处理和操作提供因果关系的任何方式来定位以及生成足以代表待由ANC系统消除的声学信号的音频信号。然而，本领域的普通技术人员将认识到，参考麦克风距噪声源越近则性能越好并非总是成立。
例如，如图2所示，抗打鼾系统200包括第一枕头单元202和第二枕头单元218，第一枕头单元202可操作地耦接至控制单元204，第二枕头单元218包括布置在第二枕头单元218上或第二枕头单元218中的至少一个参考麦克风206a。如所示，至少一个参考麦克风206a可以布置在第二枕头单元218上或第二枕头单元218中，使得参考麦克风206a可以检测由第二枕头单元218的用户220产生的打鼾声音。在一些方面，第一枕头单元202还可以包括至少一个参考麦克风206b。至少一个参考麦克风206b可以布置在第一枕头单元202上或第一枕头单元202中，使得至少一个参考麦克风206b可以检测由第一枕头单元202的用户208产生的打鼾声音。
打鼾者的枕头和同伴枕头之间可以存在电子数据路径以便于ANC处理。如上所述，在一些方面，系统可以使用简单的有线路径或者可以包括无线连接。例如，如图1至图2所示，操作耦合器116、216可以是对在控制单元的输入与输出之间传送信号有效的任何耦接，其可以包括有线耦接、无线耦接或者上述二者。在一些方面，如图2所示，第一枕头单元202、第二枕头单元218、控制单元204、至少一个参考麦克风206a、206b之间的操作耦合器216可以是有线连接。在其他方面，系统可以包括在系统部件之间的无线链路例如RF链路。例如，第一枕头单元202、第二枕头单元218、控制单元204、至少一个参考麦克风206a、206b、至少一个误差麦克风210和/或至少一个扬声器212之间的操作耦合器216可以是无线连接。可以使用任何合适的无线通信硬件和协议，包括射频(“RF”)、蓝牙、无线个域网或利用专用微波、经调制的激光的无线局域网、蜂窝网络或者任何其他无线通信协议。此外，在某些方面，无线链路会给系统增加延迟。例如，无线系统可以例如在数据分组、无线协议和/或编码/解码中施加延迟。然而，这个延迟可以在控制单元内的ANC处理算法中被数字地补偿达小的限制量。在一些方面，无线系统施加的延迟不能超过要求ANC系统以因果方式操作的值。
控制单元104、204可以包括用于发送和接收信号以及处理和分析信号的信号处理单元。控制单元104、204可以包括各种处理部件。这些部件可以包括但不限于电源、信号放大器、至少一个计算机处理器、存储器、输入和输出通道、数字信号处理单元(“DSP”)和/或无线发射器和接收器例如RF发射器/接收器。在一些方面，控制单元可以无线地耦接至第一床具单元和参考单元。因此，控制单元可以是任何外部计算设备，包括但不限于床具控制系统例如可调节和/或医院病床控制系统、智能电话、平板机(tablet)和/或个人计算机。
如上所述，控制单元可以包括电源。电源可以是包括AC或DC源的任何合适的电源。例如，在一些实施方式中，电源可以是电池、被配置成插入AC插座或DC插座例如直接布置在床具单元上的插座的AC线、电感耦合源例如由Wireless Power Consortium生产的QiTM和/或任何其他电源中的任何一个。
如图3所示，在一些方面，示例控制单元304可以包括至少一个输入通道332。在一些方面，输入通道332的数目可以等于抗打鼾系统中的误差麦克风和参考麦克风的总数。输入通道332可以是模拟的，并且可以包括信号调节电路、具有适当增益的前置放大器334、抗混叠低通滤波器336以及模数转换器(ADC)338。输入通道332可以从误差麦克风和参考麦克风接收信号(或噪声)。
在一些方面，控制单元304可以具有至少一个输出通道340。输出通道340的数目可以等于抗打鼾系统中的扬声器112、212的数目。输出通道340可以是模拟的，并且可以包括数模转换器(DAC)342、平滑(重构)低通滤波器344和功率放大器346以驱动至少一个扬声器。输出通道340可以向扬声器112、212发送信号以发出声音例如期望的抗噪声声音。
数字信号处理单元(DSP)348通常包括具有存储器的处理器。DSP从输入通道332接收信号并将信号发送至输出通道340。DSP还可以与例如但不限于用于娱乐的音频播放器、用于声音记录的数字存储设备以及用于免提通信的电话接口的其他数字系统350对接。
DSP还可以包括处理用于抗打鼾系统的操作的信号的(一个或多个)算法。(一个或多个)算法可以例如控制至少一个误差麦克风110、210，至少一个扬声器112、212以及至少一个参考麦克风106、206a、206b之间的交互。在一些方面，算法可以是下述中的至少一个：(a)用于降低噪声的多通道宽带前馈主动噪声控制；(b)用于免提通信的自适应声学回声消除；(c)避免记录无声时段的信号检测以及用于非侵入式检测的声音识别；或者(d)主动噪声控制和声学回声消除的结合。在Kuo等人的标题为“Electronic pillow for abatingsnoring/environmental noises,hands-free communications,and non-invasivemonitoring and recording”的第8,325,934号美国专利中更全面地描述了这些算法中的每一个，所述美国专利的全部内容通过引用并入本文。DSP还可以包括例如使用麦克风信号的非侵入式监测以及针对紧急情况来唤醒用户或呼叫护理人员的警报的其他功能。
在使用中，使用DSP 348的控制单元304可以被配置成以避免不适当的处理和/或辅助系统功能的方式使用各种信号处理技术来进一步处理输入信号从而产生适当的抗噪声输出信号以传送至第一枕头单元或第二枕头单元中的至少一个扬声器。例如，可以在DSP348中实现如下所述的限制ANC抗噪声信号不适当收敛的处理方法。仅作为示例而非限制，信号处理方法可以包括门控动态调整、初级路径训练(primary path training)、超声波初级路径训练、次级路径训练(secondary path training)、自适应步长滤波以及自动增益控制。另外，可以利用辅助补充音频和睡眠分析功能。下面描述这些示例处理方法和功能中的每一个。
门控动态调整
在一些方面，该系统可以包括自适应滤波器的动态调整。在一些现有技术的应用中，无论是存在打鼾事件、还是无声亦或是存在一些非打鼾的声音，滤波器均恒定地调整。这种持续的调整会导致向非最佳ANC收敛；也就是说，当未发生打鼾时的动态调整会导致系统不适当地调整、逐渐向低效率ANC收敛。
在一些方面，门控动态调整算法或方案可以用于在不打鼾的时段期间更好地调整。如本文所定义的“门控动态调整”是指不是恒定地或持续地调整动态滤波器，而是取决于特定SPL限制内的打鼾声音的存在来对动态滤波器进行调整。使用门控动态调整，由参考麦克风控制的噪声门可以在参考麦克风处的声音水平超过特定阈值时开始调整。当声音低于阈值时，调整被停止。以这种方式，当发生新的打鼾事件时，调整是“就绪”的并且处于或接近适当水平。
打鼾的检测可以不仅仅是检测高于阈值的声音。参考麦克风信号的数字模式识别可以智能地确定声音实际上是鼾声还是一些假的声音。仅针对实际的鼾声或者其他可识别的、不期望的声音进行调整。
在一些方面，可以使用利用“模糊逻辑”控制的更复杂的门布置。模糊逻辑算法允许遵循非线性函数来部分地打开调整控制，而不是打开或关闭调整门。例如，检测到具有低置信度的小的鼾声可以将调整门打开小的量，而检测到大的鼾声可以将门完全打开。除了麦克风处的简单声音水平以外的多个输入可以被输入至包括参考麦克风和误差麦克风处的环境噪声、鼾声检测的置信度以及打鼾者枕头中的加速计的模糊逻辑系统。模糊逻辑已经被表明是控制不能被完全量化的非线性系统的有效手段。
初级路径训练
在对称系统中，或者在使用放置在打鼾者的枕头中的另外的扬声器的系统中，可以使用“初级路径训练”。打鼾者的枕头中的至少一个参考麦克风与同伴的枕头中的至少一个误差麦克风之间的距离在本文中被定义为“初级路径”。在一些方面，考虑该初级路径距离和传输特性来训练系统对于信号处理是有利的，以例如避免与声音传播初级路径距离相关联的延迟。如本文中所使用的“初级路径训练”被定义为处理误差麦克风和参考麦克风中接收的信号来考虑至少一个误差麦克风与至少一个参考麦克风之间的距离。在一些方面，通过从打鼾者的扬声器传送受控测试信号——例如白噪声或粉红噪声——并分析同伴的枕头中的误差麦克风和打鼾者的枕头中的参考麦克风中接收的受控测试信号来完成初级路径训练。例如，如图2所示，控制单元204使测试信号从第二枕头单元218中的至少一个扬声器212播放。然后，控制单元204分析在第一枕头单元202中的至少一个误差麦克风210和第二枕头单元218中的至少一个参考麦克风206a中检测到的测试信号。以这种方式，初级路径被量化并且滤波器被合成。该初级路径滤波器补充ANC算法中的动态滤波器以实现更接近理想的消除。在一些系统中，“次级路径”被训练。也就是说，受控测试信号从枕头单元中的扬声器被传送至同一枕头单元内的误差麦克风。通过测量误差麦克风处的响应，声学系统(扬声器、声学路径、误差麦克风)被量化并且滤波器响应被合成。该滤波器响应用于针对计算ANC抗噪声信号时的不理想的系统响应进行补偿。
超声波初级路径训练
在一些方面，ANC系统的固有约束是打鼾者与至少一个误差麦克风之间的初级路径距离是可变的。如上所述的初级路径训练可以针对该初级路径距离进行补偿，但是如果在训练之后初级路径改变——例如在夜间睡觉的人移动他或她的枕头——则初级路径训练可能需要调整。然而，在一些方面，通过在打鼾者的枕头与误差麦克风之间传送超声波信号，可以反复训练初级路径以例如至少测量初级路径的距离。即使在同伴睡觉时，也可以进行训练，因为信号超出了人类听觉的范围。通过发送和接收超声波信号，可以不断地或周期性地监测初级路径的距离以补充ANC处理计算。在一些方面，超声波初级路径训练可以利用在超声波频率下具有足够响应能力的扬声器和麦克风，并且还可以包括高采样率以将超声波信号数字化并将它们呈现至DSP以进行分析和处理。
自适应步长，mu(μ)
在一些方面，可以改变自适应滤波器(W)的步长mu(μ)以优化收敛率。在本文中这样的处理被称为“自适应步长”。可以开发步长的最大值与自适应滤波器的长度之间的关系以帮助维持ANC系统的稳定性。在一些方面，应当检查步长与自适应滤波器的长度的乘积并且使其不超过预定义值。
可以开发标准来帮助选择自适应滤波器的最佳步长以针对广泛范围的声压级(SPL)使噪声消除最大化。该标准将基于当ANC活跃时“小声区”(误差麦克风&睡眠同伴的耳朵附近)中剩余的残余噪声的SPL。这具有针对步长的选择来考虑剩余噪声的实际SPL的优点。这个标准对于优化ANC系统的其他参数也可以是有用的。
自动增益控制
在许多音频系统中，输入信号存在大的潜在动态范围。也就是说，最小的有意义的声音与最大的有意义的声音之间的差别可以相当大。这对模拟电子器件(麦克风、前置放大器、模数转换器、数模转换器)和数字处理(定点数学运算以及较小程度上的浮点数学运算的有限范围)提出了挑战。例如，如果输入信号通常是小声的，那么具有高增益放大器是自然的，但是如果突然出现大的声音，则系统可能“截止”，使信号失真，破坏或丢失信息。相反，如果增益被设置成适应最大声的信号，则电子器件的噪声基底中可能会丢失非常小的声音。
抗打鼾系统可以可选地包括音频信号路径中的一个或更多个点处的自动增益控制(AGC)电路。如本文中所定义的，“自动增益控制”是指基于输入信号的幅度在其输出处提供受控信号幅度的处理算法或电路。以这种方式，系统的整体动态范围增加。在一些方面，在存在大声的输入期间，增益降低。该软件知道增益设置，并且可以在处理期间数字地补偿，反之对于小声的输入信号也可以成立。
辅助补充音频
在一些方面，抗打鼾系统可以可选地包括辅助补充音频的输入，即旨在被听到而不是被消除掉的声音。例如，睡眠声音(自然声音、波浪、双耳节拍等)可以与扬声器上的ANC输出叠加。还可以由布置在第一枕头单元或第二枕头单元或床具单元内的至少一个扬声器来播放音乐、电视、电话或公共广播音频。在一些方面，控制单元可以可操作地耦接至期望的声音产生设备例如飞机上的蜂窝电话、电视或公共广播系统。在一些方面，控制单元可以被配置成在辅助补充音频的播放期间停止ANC处理，或者可替选地可以将辅助补充音频叠加在所产生的抗噪声上。
睡眠分析
除了误差麦克风和参考麦克风以外，枕头中还可以包括其他传感器，包括加速度计、温度计、压力传感器、心率监测器、呼吸率监测器以及任何其他传感器。用于打鼾者和同伴二者的这些传感器可以用于分析睡眠状态、质量及用户睡眠量。在一些方面，可以将这些数据传送至计算机或智能电话进行分析，打鼾可能与同伴的睡眠障碍相关。通过分析这些数据，可以追踪、量化以及优化鼾声消除的有效性以及改善睡眠的其他措施。
在一些方面，本领域普通技术人员将理解的是，在一些ANC系统中，例如本文所述的那些的用于生成抗噪声的算法可能对输入信号的功率(或大小)是敏感的。如果由于信号本身、初级路径、次级路径和/或还有麦克风或扬声器的频率响应，在某些频率范围——例如，小于100Hz——内的输入信号的功率具有低功率，则自适应滤波器的收敛性可能会被影响，并且在某些方面滤波器甚至可能发散。如下所述，ANC系统的初级路径和次级路径、麦克风和扬声器的频率响应可能影响特定频率区域中噪声消除的有效性，或者可能影响次级扬声器对参考传感器的反馈。此外，如本领域普通技术人员将认识到，例如至少一个误差麦克风、至少一个响应麦克风和至少一个扬声器的系统部件的频率响应与ANC系统的性能有关。因此，在一些方面，可以包括具有理想响应的系统部件。
另外，相对于采样频率和高频噪声，对于低频噪声例如通常小于或等于约1000Hz的噪声，ANC工作良好。在一些方面，ANC可以与配置用于高频噪声例如大于约1000Hz的噪声的噪声滤波器配对。例如，可以使用包括但不限于噪声阻塞和噪声吸收泡沫的被动噪声控制。在一些方面，采样频率(或“Fs”)可以为约2kHz，并且抗混叠滤波器的截止频率可以为大约800Hz，但是将认识到的是，可以利用任何适合的Fs和截止频率。
此外，可以在任何给定的ANC系统中优化电子器件等待时间或处理时间。等待时间可能与软件——例如处理方法——以及处理器的时钟速度有关。在一些方面，采样频率和下采样处理可能与等待时间有关。例如，用于对样本进行缓冲以及下采样的处理会导致延迟。在一些方面，本领域普通技术人员将认识到的是，可以逐样本地而不是逐块地处理输入信号以限制等待时间。
关于以上描述，要认识到的是，包括部件、材料、尺寸、形状、形式、功能以及操作、组装和使用的方式的变化的最佳组成被认为对本领域技术人员是明显的，并且旨在包括示例中示出的以及说明书中描述的这些的所有等同关系。因此，前述内容被认为仅是说明性的。此外，在不脱离本发明的范围的情况下可以作出各种修改，因此，期望只有如所附权利要求中所阐述的那些才能对其进行限制。

Claims (35)

1.一种抗打鼾系统，包括：
第一枕头单元，所述第一枕头单元具有至少一个误差麦克风和至少一个扬声器；
至少一个参考麦克风，所述至少一个参考麦克风被配置成捕捉靠近所述至少一个参考麦克风而产生的声音；以及
控制单元，所述控制单元可操作地耦接至所述第一枕头单元和所述至少一个参考麦克风，使得所述控制单元从布置在所述第一枕头单元中的所述至少一个误差麦克风和所述至少一个参考麦克风接收信号，并且所述控制单元被配置成通过使用门控动态调整来处理从所述至少一个误差麦克风和所述至少一个参考麦克风接收的信号来在布置在所述第一枕头单元中的所述至少一个扬声器中产生抗噪声，使得所述抗噪声消除靠近所述至少一个参考麦克风而产生的任何声音。
2.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制器无线地耦接至所述第一枕头单元和所述至少一个参考麦克风。
3.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制器使用无线RF链路来无线地耦接至所述第一枕头单元和所述至少一个参考麦克风。
4.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述第一枕头单元包括至少一个参考麦克风，所述至少一个参考麦克风被配置成捕捉靠近布置在所述第一枕头单元中的所述至少一个参考麦克风而产生的声音。
5.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述至少一个参考麦克风布置在第二枕头单元中。
6.根据权利要求5所述的抗打鼾设备，其中，所述第二枕头单元还包括至少一个误差麦克风和至少一个扬声器。
7.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制单元还使用次级路径训练来处理所述信号。
8.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制单元还使用初级路径训练来处理所述信号。
9.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制单元还使用超声波初级路径训练来处理所述信号。
10.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制单元还使用自适应步长滤波来处理所述信号。
11.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制单元还使用自动增益控制来处理所述信号。
12.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制单元还使用辅助补充音频来处理所述信号。
13.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，所述控制单元还使用睡眠分析来处理所述信号。
14.根据权利要求1所述的抗打鼾设备，其中，处理从所述第一枕头单元中的所述至少一个误差麦克风和所述至少一个参考麦克风接收的信号进一步包括：使用初级路径训练、超声波初级路径训练、自适应步长滤波、自动增益控制、辅助补充音频和睡眠分析中的至少一个。
15.根据权利要求5所述的抗打鼾设备，其中，所述控制单元布置在所述第一枕头单元或所述第二枕头单元内。
16.一种抗打鼾系统，包括：
第一枕头单元，所述第一枕头单元包括至少一个误差麦克风和至少一个扬声器；
第二枕头单元，所述第二枕头单元包括至少一个误差麦克风和至少一个扬声器；
至少一个参考麦克风，所述至少一个参考麦克风被配置成捕捉靠近所述第一枕头单元和所述第二枕头单元中的至少一个而产生的声音；
控制单元，所述控制单元可操作地耦接至所述第一枕头单元、所述第二枕头单元和所述至少一个参考麦克风，使得所述控制单元从所述第一枕头单元中的所述至少一个误差麦克风、所述第二枕头单元中的所述至少一个误差麦克风和所述至少一个参考麦克风接收信号，并且所述控制单元被配置成通过处理从所述第一枕头单元中的所述至少一个误差麦克风和所述至少一个参考麦克风接收的信号来在布置在所述第一枕头单元中的所述至少一个扬声器中产生抗噪声，使得所述抗噪声消除靠近所述至少一个参考麦克风而产生的任何声音。
17.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元还被配置成通过使用门控动态调整来处理从所述第二枕头单元中的所述至少一个误差麦克风和所述至少一个参考麦克风接收的信号来在布置在所述第二枕头单元中的所述至少一个扬声器中产生抗噪声，使得所述抗噪声消除靠近所述至少一个参考麦克风而产生的任何声音。
18.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元使用门控动态调整来处理所述信号。
19.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元还使用初级路径训练来处理所述信号。
20.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元还使用超声波初级路径训练来处理所述信号。
21.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元还使用自适应步长滤波来处理所述信号。
22.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元还使用自动增益控制来处理所述信号。
23.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元还使用辅助补充音频来处理所述信号。
24.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元还使用睡眠分析来处理所述信号。
25.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，处理从所述第一枕头单元中的所述至少一个误差麦克风和所述至少一个参考麦克风接收的信号进一步包括：使用初级路径训练、超声波初级路径训练、自适应步长滤波、自动增益控制、辅助补充音频和睡眠分析中的至少一个。
26.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述至少一个参考麦克风布置在所述第一枕头单元和所述第二枕头单元中的至少一个中。
27.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元布置在所述第一枕头单元或所述第二枕头单元内。
28.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，所述控制单元是智能电话、手表、体佩式计算机、平板设备、平板机设备或者其上能够加载和执行软件的任何其他自含式计算机处理设备。
29.根据权利要求16所述的抗打鼾系统，其中，第一枕头单元中的所述至少一个误差麦克风还能够用作用于生成由第二枕头单元中的所述至少一个扬声器产生的抗噪声信号的所述至少一个参考麦克风。
30.根据权利要求29所述的抗打鼾系统，其中，在第一枕头单元中使用多个误差麦克风，并且分析来自所述多个误差麦克风中的每个误差麦克风的信号以确定哪一个最适合于用作待由所述第二枕头单元中的所述至少一个扬声器产生的所生成的抗噪声应当基于的参考信号。
31.一种消除打鼾的方法，包括：
利用参考麦克风来感测参考噪声，并向控制单元输出参考噪声信号；
利用靠近用户的耳朵而布置的误差麦克风来感测误差噪声水平，并向所述控制单元输出误差噪声信号；
通过使用门控动态调整来处理所述参考噪声信号和所述误差噪声信号来确定用以消除所述参考噪声的抗噪声；以及
使用靠近用户的耳朵的至少一个扬声器来产生所述抗噪声，使得所述参考噪声被消除。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，通过处理所述参考噪声信号来确定用以消除所述参考噪声的抗噪声进一步包括：利用初级路径训练、超声波初级路径训练、自适应步长滤波、自动增益控制、辅助补充音频和睡眠分析中的至少一个。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，所述初级路径训练包括：在布置在参考源附近的扬声器与靠近用户的耳朵而布置的所述误差麦克风之间传送超声波信号。
34.根据权利要求30所述的方法，其中，所述参考噪声是打鼾声音。
35.根据权利要求30所述的方法，其中，所述控制单元无线地耦接至所述参考麦克风、所述误差麦克风和所述至少一个扬声器中的至少一个。
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