CN111800690B - 具有主动降噪的耳麦 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有主动降噪的耳机和具有主动降噪的耳麦。耳机包括水平分析器，适于基于对第一音频输入信号和/或第一参考信号的分析来提供指示第一耳朵处的总声级的声级估计，并且将声级估计与指示噪声本底水平的预定阈值进行比较；以及第一降噪控制器进一步适于根据比较，控制第一降噪信号路径的宽带增益使得宽带增益在第一耳朵处的总声级低于噪声本底水平的时间段中与第一耳朵处的总声级高于噪声本底水平的时间段相比减小。本发明例如可以用于降低用户在通过主动降噪耳机透听语音或音乐时感觉到的噪声和/或改善用户在低噪声环境中使用主动降噪耳麦时感觉到的舒适度。

Description

具有主动降噪的耳麦
技术领域
本发明涉及具有主动降噪的耳机(earphone)和具有这种耳机的耳麦(headset)。本发明例如可以用于降低用户在通过主动降噪耳机透听语音或音乐时感觉到的噪声和/或改善用户在低噪声环境中使用主动降噪耳麦时感觉到的舒适度。
背景技术
在现有技术中，具有主动降噪(ANC，active noise cancellation)(有时称为主动降噪(ANR，active noise reduction))的耳机和耳麦是已知的，其提供抵消环境声音的声输出信号，使得到达用户耳朵的环境声音的水平降低。
国际专利申请WO 2014070836A2公开了一种ANR耳机(headphone)，该ANR耳机包括：耳杯，该耳杯被配置为联接到佩戴者的耳朵上以限定声学空间，该声学空间包括佩戴者耳道内的空气空间和耳杯内的空间；前馈麦克风，其声学地耦合到外部环境并且电耦合到前馈主动降噪信号路径；反馈麦克风，其声学地耦合到声学空间并且电耦合到反馈主动降噪信号路径；输出换能器，该输出换能器经由该耳杯内的空间被声学耦合到该声学空间并且被电耦合到该前馈主动降噪信号路径和该反馈主动降噪信号路径两者，以及信号处理器，该信号处理器被配置为应用滤波器和控制前馈和反馈主动降噪信号路径两者的增益。信号处理器被配置为在提供环境声音的有效消除的第一操作模式期间将第一前馈滤波器应用于前馈信号路径并且将第一反馈滤波器应用于反馈信号路径，并且在提供具有环境自然的环境声音的主动透听(hear-through)的第二操作模式期间将第二前馈滤波器应用于前馈信号路径。信号处理器可进一步经配置以在第二操作模式期间将不同于第一反馈滤波器的第二反馈滤波器应用于反馈信号路径。信号处理器可进一步经配置以在第三操作模式期间将第三前馈滤波器应用于前馈信号路径，该第三操作模式提供具有与可在第二操作模式中提供的总响应不同的总响应的环境声音的主动透听。可以提供用户输入，信号处理器被配置为基于用户输入在第一、第二或第三前馈滤波器之间进行选择。用户输入可以包括音量控制。信号处理器可以被配置为自动地在第二和第三前馈滤波器之间进行选择。信号处理器可以被配置为基于环境噪声水平的时间平均测量在第二和第三前馈滤波器之间进行选择。当反馈系统检测到用户开始讲话以提供用户语音的自逼真度时，该反馈系统可用于自动开启主动透听。
ANC耳机和耳麦经常遇到的问题是ANC系统本身可能产生噪声，用户可能在安静环境中感觉到该噪声令人烦恼。上述现有技术没有解决这个问题，因此仍然需要解决。
此外，一些用户可能在没有环境声音的情况下感觉与他们的环境隔离。上述现有技术文献建议在收听音乐的同时保持实现主动透听以克服这个问题。这仍然为其它解决方案留出空间。
国际专利申请WO 2010/129219A1公开了一种使用滤波器的ANR电路，该滤波器的传递函数由用于实时分析信号的算法动态地和连续地修改。放置在耳麦耳机的外壳上的外部麦克风收集环境噪声，分析环境噪声的水平以调节反馈滤波器的传递函数。所公开的解决方案的缺点在于，反馈ANC不适于用户真正感觉到的噪声，而是适于耳麦外部环境中存在的噪声，这最终可能导致用户感觉到的噪声增加。该申请还公开了ANR电路可以响应于接收到手动操作控制的操作的指示而降低其提供的基于前馈的ANR的程度。基于前馈的ANR的程度的降低可以通过关闭或以其他方式停用基于前馈的ANR的提供来实现，降低由基于前馈的ANR衰减的环境噪声声音的频率范围，以提供由前馈麦克风检测到的处于被认为是人类语音的频率范围内的较少声音衰减，和/或在由基于前馈的ANR衰减的环境噪声声音的频率范围中创建陷波，以提供由前馈麦克风检测到的处于被认为是人类语音的频率范围内的较少声音衰减。该申请没有解决隔离问题，所公开的措施也没有解决隔离问题。
专利申请US 2015 296297 A1公开了一种ANC耳麦，其具有带反馈ANC滤波器的闭环反馈支路，该反馈ANC滤波器可基于对来自内部ANC麦克风的信号的分析而在多个预配置的反馈ANC滤波器之间切换。虽然所公开的解决方案可以降低由ANC系统本身产生的噪声，但是它也相对复杂并且例如需要提供可切换均衡器。该申请没有解决隔离问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的耳机，其具有主动降噪并且没有现有技术装置的一些缺点。本发明的另一个目的是提供一种具有这种耳机并具有类似优点的耳麦。
本发明的这些和其它目的通过在独立权利要求中限定并在以下描述中进一步解释的本发明来实现。本发明的其它目的通过在从属权利要求和本发明的详细描述中限定的实施例来实现。
在本文中，单数形式“一”、“一个”和“该”指定了相应实体的存在，例如特征、操作、元件或部件，但不排除其它实体的存在或添加。同样地，词语“具有”，“包括”和“包含”指定各个实体的存在，但不排除其它实体的存在或添加。术语“和/或”指定一个或多个相关联实体的存在。本文公开的任何方法的步骤或操作不需要以公开的确切顺序进行，除非明确说明。
附图说明
下面将结合优选实施例并参考附图更详细地解释本发明，其中：
图1示出了根据本发明的耳麦的实施例，
图2示出了根据本发明的耳机的实施例，
图3示出了根据本发明的耳机的实施例的细节，
图4示出了根据本发明的耳机的功能，以及
图5示出了根据本发明的耳机的示例传递函数。
为了清楚起见，附图是示意性的和简化的，并且它们仅仅示出了理解本发明所必需的细节，而可以省略其他细节。在实际应用中，相同的附图标记和/或标签用于相同或相应的部件。
具体实施方式
图1中的耳麦10包括第一耳机1、第二耳机2和机械地连接耳机1、2的头带3。耳麦10被示出为布置在耳麦10的用户4的头部上，其中耳机1、2中的每一个布置在用户4的相应耳朵5、6处的相应运行位置中。来自用户环境7的环境声音SA，即环境空间，朝向用户的耳朵5、6穿透和/或包围耳机1、2的结构。耳麦10从诸如耳麦基座、计算机、台式电话和/或移动电话之类的外部设备8接收音频输入信号SI，并且耳机1、2向各个耳朵5、6提供相应的声输出信号SO。外部设备8可以包括用于检测用户4的操纵的用户接口9，并且因此可以向耳麦10提供相应的用户输入信号SU。耳麦10还包括使其能够作为ANC耳麦工作的结构和功能块，该ANC耳麦提供声输出信号SO，使得以降低到达耳朵5、6的环境声音SA的水平的方式抵消环境声音SA，同时仍然允许期望的声音(例如在音频输入信号SI中接收的音乐或语音)通过。
图2示出了耳机1(诸如图1的耳麦10的第一耳机1和/或第二耳机2)的实施例的细节。耳机1包括外壳21、耳垫22、悬挂在挡板24中的电声换能器23、信号处理器25和反馈麦克风26。耳机1被示出为布置在用户4的耳朵5处的运行位置。壳体21和耳垫22配置为当耳机1处于运行位置时将前腔27与环境空间7分开。电声换能器23适于将声输出信号SO辐射到前腔27中，从而将其提供给耳朵5。挡板24将前腔27与后腔28分开，以减少电声换能器23的声学短路。反馈麦克风26布置有靠近电声换能器23的发声元件(未示出)的声音入口(未示出)，以使得能够准确地拾取由电声换能器23辐射的声输出信号SO。反馈麦克风26还拾取到达其声音入口的残余环境声音SA，并根据拾取信号SO、SA之和提供反馈参考信号SR。信号处理器25接收例如来自外部设备8的音频输入信号SI和来自反馈麦克风26的反馈参考信号SR，处理这些信号并将结果音频输出信号SD提供给电声换能器23，电声换能器23根据音频输出信号SD提供声输出信号SO。信号处理器25还可以从外部设备8接收用户输入信号SU，并进一步根据用户输入信号SU提供音频输出信号SD。在一些实施例中，可以省略用户输入信号SU的接收。
耳机1还包括使其能够作为ANC耳机操作的结构和功能块(参见图3)，ANC耳机提供声输出信号SO，使得当耳机1处于运行位置时，以降低到达耳朵5的环境声音SA的水平同时仍然允许期望的声音(例如在音频输入信号SI中接收的音乐或语音)通过的方式来抵消环境声音SA。反馈麦克风26由此用作耳机1的反馈降噪系统的参考麦克风。
耳机1的运行位置可以是现有技术ANC耳机和耳麦中已知的任何一个运行位置，例如耳上方位置、耳上位置或耳内位置。相应地，耳机1，或包括耳机1的耳麦10，可以被配置用于这种定位，并且可以包括任何已知类型的佩戴结构，例如头带、颈带、耳钩、耳翼等，其帮助用户将耳机1或耳麦10保持在ANC有效的运行位置。在一些实施例中，耳垫22可以省略，或者可以由耳塞或其它声音衰减结构代替，该声音衰减结构在环境声音SA朝向耳朵5的路径上衰减环境声音SA。
图3更详细地示出了图2的耳机1的功能框图。信号处理器25包括输入单元31、反馈降噪滤波器32、输出单元33、降噪控制器34、水平分析器35和发射器36。输入单元31从外部设备8接收音频输入信号SI和用户输入信号SU，并将它们提供给降噪控制器34。耳机1还包括反馈降噪信号路径37，其包括反馈麦克风26和反馈降噪滤波器32。反馈降噪滤波器32将反馈传递函数H应用于来自反馈麦克风26的反馈参考信号SR，以提供反馈降噪信号SC。输出单元33通过组合音频输入信号SI和反馈降噪信号SC，将音频输出信号SD提供给电声换能器23。降噪控制器34自适应地控制反馈传递函数H以使声输出信号SO抵消环境声音SA，使得在耳机1处于运行位置时，到达耳朵5的环境声音SA的水平被降低，同时仍然允许期望的声音(例如在音频输入信号SI中接收的音乐或语音)通过。
通常，向其输入信号施加频率相关传递函数以提供其输出信号的信号路径，诸如反馈降噪信号路径37，可以由与频率相关滤波器串联的宽带放大器来建模。在本文中，降低信号路径的“宽带增益”将意味着按照以下方式修改该信号路径的传递函数，即，在信号路径的上述模型中，对应于在不修改频率相关滤波器的情况下降低宽带放大器的增益。注意，对于给定的信号路径，宽带增益的起始值的选择是任意的，因为在该模型中，频率相关滤波器的传递函数可以被缩放以补充宽带增益值的任何选择。
图4示出了图2和3的耳机1的功能，并且示出了时间t向右前进的示例信号图。在上部，声级L向上对数地增加。水平分析器35基于对音频输入信号SI和/或反馈参考信号SR的分析，提供指示耳朵5处的总声级的声级估计LS，将声级估计LS与指示噪声本底水平的预定阈值LT进行比较，并将比较结果SL(如中间部分所示)提供给降噪控制器34。降噪控制器34接收比较结果SL，并使用它来控制反馈降噪信号路径37的宽带增益G，如下面部分所示，其中宽带增益G向上对数地增加，以使得宽带增益G在耳朵5处的总声级(由声级估计LS指示)低于噪声本底水平(由预定阈值LT指示)的时间段中与耳朵5处的总声级高于噪声本底水平的时间段相比减小ΔG。在信号图中，这样的时间段出现在t1和t2之间以及t5之后。相反地，降噪控制器34使用比较结果SL使得宽带增益G在耳5处的总声级高于噪声本底水平的时间段中与耳5处的总声级低于噪声本底水平的时间段相比增加。在信号图中，这样的时间段出现在t0和t1之间以及t2和t5之间。在时刻t3和t4，预定阈值LT的增大示出了用户对噪声基底的调整，这使得在时刻t5宽带增益G的减小ΔG出现在耳朵5处的总声级比没有这些调整时更高。
在本文中，耳朵5处的总声级应当理解为由到达耳朵5的声输出信号SO和到达耳朵5的(残余)环境声音SA的组合产生的声级。在提供声级估计LS时，水平分析器35因此可以使用反馈参考信号SR作为耳朵5处的总声级的估计。水平分析器35还可以使用音频输入信号SI来细化对耳朵5处的总声级的这种估计，例如以分离声输出信号SO和环境声音SA的贡献，从而能够对将这些声音贡献引导到耳朵5的不同声路径进行单独补偿。水平分析器35还可以使用参考麦克风26的位置和耳朵5的鼓膜之间的估计水平差(例如由于设计或通过使用利用来自多个麦克风的信号获得的水平差的估计)来修改这种声音贡献。
注意，由于预定阈值LT与指示耳朵5处的总声级的声级估计LS相比较，所以效果将简单地认为环境声音SA可以不受主动降噪影响到达耳朵5只要环境声音SA和基于音频输入信号SI的音频输出信号SO部分的组合在耳朵5处具有低于噪声本底水平的水平。相反，当环境声音SA和基于音频输入信号SI的音频输出信号SO部分或其组合在耳朵5处具有高于噪声本底水平的水平时，则环境声音SA将经受主动降噪。
在一些实施例中，降噪控制器34可以提供指示反馈降噪信号路径37的宽带增益G的减小ΔG的增益控制信号SG，并且发射器36可以将增益控制信号SG发送到另一个设备，例如耳麦10的第一耳机1和第二耳机2中相应的另一个。在其它实施例中，可以省略发射器36。
降噪控制器34可以优选地使得宽带增益G的减小ΔG(例如在至少1s、至少5s或至少10s的时间间隔上)平滑地显现，并且使得宽带增益G的增大显现得明显快于宽带增益的减小ΔG(例如在小于200ms、小于100ms、小于50ms或甚至小于20ms的时间间隔内)。宽带增益G的平滑减小ΔG可以允许用户仅在音频输入信号SI(可以包括例如来自电话或网络会话中的远程方的音乐或语音)的暂停中听到低水平环境声音SA。这可以降低低水平环境声音SA干扰音频输入信号SI中的这种内容同时降低与用户4感觉到的环境的声学隔离的风险。另一方面，宽带增益G的快速增加使得能够在环境声音SA变得更响时快速抑制环境声音SA。
水平分析器35优选地执行比较，使得其至少部分地补偿耳朵5的频率依赖性和/或水平依赖性，例如通过至少部分地补偿平均健康人耳的频率依赖性。水平分析器35例如可以通过在提供声级估计LS时应用公知的等响曲线来执行这种补偿。或者，水平分析器35可以使用为当前用户4获得的听觉阈值进行补偿。水平分析器35例如可以在声级估计LS的计算中和/或在比较本身中执行补偿。
在耳朵5处的总声级低于噪声本底水平的时间段中宽带增益G的减小ΔG可以使得耳机1允许更多的环境声音SA在这样的时间段期间到达耳朵5，同时减小由ANC系统在音频输出信号SO中产生的噪声水平。预定阈值LT可以优选地被设置为指示相对低噪声本底水平，例如在平均健康人类听觉阈值之上0dB到20dB的范围内，例如在100Hz到1kHz的频率范围内，或者在更宽的频率范围内。在这种情况下，宽带增益G的减小ΔG可以减小用户4在安静环境中感知到的噪声水平。到达耳朵5的环境声音SA的增加可以进一步减少与用户4感觉到的环境的声学隔离。
用户输入信号SU可以包括用户4的动作的指示，并且水平分析器35可以优选地基于所指示的动作来调整由预定阈值LT指示的噪声本底水平。用户输入信号SU可以例如包括用户4的第一动作的指示，并且水平分析器35可以响应于第一动作的指示来增加所指示的噪声本底水平。相反地，用户输入信号SU可以包括用户4的第二动作的指示，并且水平分析器35可以响应于第二动作的指示来降低所指示的噪声本底水平。这可以允许用户4将环境声音SA调节到当耳机处于运行位置时可以到达耳朵5的水平，并且因此可以允许用户4根据个人偏好来平衡降噪和环境感知。在一些实施例中，耳机1可以包括用户接口(未示出)，其检测用户4的操纵并向信号处理器25提供相应的用户输入信号SU。在一些实施例中，耳机1和信号处理器25可以利用可以由用户4操纵的用户接口9从外部设备8接收用户输入信号SU。
降噪控制器34可以通过修改包括在反馈降噪信号路径37中并与反馈降噪滤波器32串联布置的放大器(未示出)的增益来控制反馈降噪信号路径37的宽带增益G。因此，当比较结果SL指示耳朵5处的总声级高于噪声本底水平时，降噪控制器34可以将放大器的增益设置为等于第一增益值，并且当比较结果SL指示耳朵5处的总声级低于噪声本底水平时，降噪控制器34可以将放大器的增益设置为等于第二增益值，其中第二增益值等于由低于1(unity)的放大器缩放因子缩放的第一增益值。在这种情况下，宽带增益G的减小ΔG等于放大器缩放因子的乘法逆。
图5示出了图2的耳机1的耳机的反馈降噪滤波器32的反馈传递函数H的示例传递函数，其中滤波器增益GF向上对数增加，信号频率f向右增加。可替换地或附加地，为了应用放大器增益的缩放，降噪控制器34可以通过缩放反馈传递函数H来控制反馈降噪信号路径37的宽带增益G。因此，当比较结果SL指示耳朵5处的总声级高于噪声本底水平时，降噪控制器34可以将反馈传递函数H设置为等于第一反馈传递函数H1，并且当比较结果SL指示耳朵5处的总声级低于噪声本底水平时，降噪控制器34可以将反馈传递函数H设置为等于第二反馈传递函数H2，其中第二反馈传递函数H2等于由低于1的滤波器缩放因子缩放的第一反馈传递函数H1。在降噪控制器34既应用放大器增益的缩放又应用反馈传递函数H的缩放的情况下，则宽带增益G的减小ΔG等于放大器缩放因子和滤波器缩放因子的乘积的乘法逆，并且在这种情况下，只要放大器缩放因子和滤波器缩放因子的乘积低于一，则放大器缩放因子和滤波器缩放因子之一可以大于一。在降噪控制器34仅应用反馈传递函数H的缩放的情况下，则宽带增益G的减小ΔG等于滤波器缩放因子的乘法逆。
水平分析器35可以提供比较结果SL，至少当指示耳朵5处的总声级与噪声本底水平彼此接近时，使得比较结果SL指示耳朵5处的总声级与噪声本底水平之间的水平差，并且当耳朵5处的总声级在噪声本底水平之上较小的量时，降噪控制器34可以相应地应用宽带增益G的部分减小ΔG，并且仅当耳朵5处的总声级在噪声本底水平之上较大的量时，应用宽带增益G的完全减小ΔG。降噪控制器34可以进一步或替代地在激活和去激活宽带增益G的减小ΔG时应用滞后。
降噪控制器34可以优选地使宽带增益G的完全减小ΔG达到大约10dB或大约6dB。降噪控制器34可以优选地使宽带增益G的完全减小ΔG达到至少3dB、至少6dB或至少10dB的值。降噪控制器34可以进一步优选地使宽带增益G的完全减小ΔG总计为至多20dB或至多12dB的值。
如本领域已知的，ANC通常可以实现为反馈降噪和/或前馈降噪。在诸如上述的反馈降噪耳机中，降噪信号路径37通常是闭合信号回路的一部分，该闭合信号回路包括提供音频输出信号SO的电声换能器23，从电声换能器23的发声元件到拾取音频输出信号SO和环境声音SA(可能被耳机的结构部件被动衰减)并提供参考信号SR的参考麦克风(反馈麦克风26)的声音入口的相对短的声音路径，对参考信号SR进行滤波以提供降噪信号SC的降噪滤波器32，以及将降噪信号SC与音频输入信号SI组合以为电声换能器23提供驱动信号SD的输出单元33。在这种耳机中，音频输出信号SO通常支配参考信号SR。
由于在反馈降噪耳机和前馈降噪耳机中，功能部件非常相似，所以说明书的附图和相应部分示出了这两种类型，并且在本申请中，相同的附图标记和标签因此用于为这两种类型的ANC系统指定相似的部件、信号和特性。
在前馈降噪耳机中，降噪信号路径37通常是包括参考麦克风26的开放信号回路的一部分，然而具有声音入口，该声音入口布置有来自电声换能器23的发声元件的更长和/或声学衰减的声路径，例如在外壳21的外部，使得其主要拾取环境声音SA以提供参考信号SR，以及对参考信号SR进行滤波以提供降噪信号SC的降噪滤波器32，以及将降噪信号SC与音频输入信号SI进行组合以提供用于电声换能器23的驱动信号SD的输出单元33。在这种耳机中，环境噪声SA通常支配来自参考麦克风26的参考信号SR。
在现有技术中，存在用于自适应地确定反馈降噪耳机和前馈降噪耳机的各个降噪滤波器32的传递函数H的各种已知方法。具有反馈降噪的耳机和具有前馈降噪的耳机之间的主要区别在于参考麦克风26的布置以及用于确定降噪滤波器32的传递函数H的方法。尽管这些差异可能对实现提出不同的挑战，但是本申请的教导可以应用于降噪耳机类型以及其组合。
在上述耳机1的一些实施例中，具有反馈麦克风26和反馈降噪滤波器32的反馈降噪信号路径37因此可以被包括前馈麦克风26和前馈降噪滤波器32的前馈降噪信号路径37代替，其中前馈麦克风26被布置成主要拾取环境声音SA，以根据拾取的信号提供前馈参考信号SR，并且其中前馈降噪滤波器32将前馈传递函数H应用于前馈参考信号SR，以提供前馈降噪信号SC。相应地，输出单元33可以通过组合音频输入信号SI和前馈降噪信号SC来向电声换能器23提供音频输出信号SD，并且信号处理器25可以从外部设备8接收音频输入信号SI和用户输入信号SU以及前馈参考信号SR，处理这些信号并将得到的音频输出信号SD提供给电声换能器23。此外，降噪控制器34可以自适应地控制前馈传递函数H，以使得声输出信号SO抵消环境声音SA，使得当耳机1处于运行位置时，到达耳朵5的环境声音SA的水平降低，同时仍然允许期望的声音(例如在音频输入信号SI中接收的音乐或语音)通过。前馈麦克风26由此可以用作耳机1的前馈降噪系统的参考麦克风。
在上述耳机1的一些实施例中，具有反馈麦克风26和反馈降噪滤波器32的反馈降噪信号路径37可以由包括前馈麦克风和前馈降噪滤波器的前馈降噪信号路径(未示出)来补充，其中前馈麦克风被布置成主要拾取环境声音SA以根据拾取信号提供前馈参考信号，并且其中前馈降噪滤波器将前馈传递函数应用于前馈参考信号以提供前馈降噪信号。相应地，输出单元33可以通过组合音频输入信号SI、反馈降噪信号SC和前馈降噪信号来向电声换能器23提供音频输出信号SD，并且信号处理器25可以接收来自外部设备8的音频输入信号SI和用户输入信号SU以及反馈参考信号SR和前馈参考信号，处理这些信号，并将得到的音频输出信号SD提供给电声换能器23。此外，降噪控制器34可以自适应地控制反馈传递函数H和前馈传递函数，以使得声输出信号SO抵消环境声音SA，使得当耳机1处于运行位置时，到达耳朵5的环境声音SA的水平降低，同时仍然允许期望的声音(例如在音频输入信号SI中接收的音乐或语音)通过。虽然反馈麦克风26用作耳机1的降噪系统的反馈部分的参考麦克风，但是前馈麦克风因此可以用作耳机1的降噪系统的前馈部分的参考麦克风。
在包括前馈降噪信号路径37的耳机1的实施例中，降噪控制器34可以适于以与上述用于控制反馈降噪信号路径37的宽带增益G相同的方式来控制前馈降噪信号路径37的宽带增益G-特别地引起前馈降噪信号路径37的宽带增益G在其中耳朵5处的总声级低于噪声本底水平的时间段中与其中耳朵5处的总声级高于噪声本底水平的时间段相比减小ΔG。在包括前馈降噪信号路径37的耳机1的实施例中，水平分析器35可以基于对音频输入信号SI和音频输出信号SO中的至少一个以及前馈参考信号SR和前馈降噪信号SC中的至少一个的分析来提供声级估计LS，以便估计声输出信号SO和环境声音SA的组合影响。
类似地，在包括反馈降噪信号路径37和前馈降噪信号路径的耳机1的实施例中，降噪控制器34可以适于以上述方式控制反馈降噪信号路径37的宽带增益G和前馈降噪信号路径的宽带增益中的一个或两个。
在一些实施例中，降噪控制器34可提供增益控制信号SG以指示反馈降噪信号路径37的宽带增益G的减小ΔG和前馈降噪信号路径的宽带增益的减小之一或两者。
在耳麦10的一些实施例中，第一耳机1可以包括根据上述耳机1的任何实施例的耳机。在耳麦10的这种实施例中，可以省略第二耳机2。
在耳麦10的一些双耳实施例中，第一耳机1和第二耳机2中的每一个可以包括根据上述耳机1的任何实施例的耳机。
在耳麦10的一些双耳实施例中，第一耳机1可以包括根据上述耳机1的任何实施例的耳机，但是包括发送由降噪控制器34提供的增益控制信号SG的发射器36。在耳麦10的这种实施例中，第二耳机2可以包括根据上述耳机1的任何实施例的耳机，但是被修改为从第一耳机1接收增益控制信号SG。然而，在第二耳机2的这种实施例中，上述功能块中的一些可以被省略和/或具有减少或改变的功能。因此，第二耳机2至少包括外壳21、悬挂在挡板24中的电声换能器23、信号处理器25和参考麦克风26。第二耳机2的信号处理器25至少包括输入单元31、降噪滤波器32、输出单元33和降噪控制器34。在第二耳机2的信号处理器25中，可以省略音频输入信号SI的接收。因此，第二耳机2的输入单元31可以从第一耳机1接收增益控制信号SG，并且可选地，从例如第一耳机1或从外部设备8接收另外的音频输入信号SI。第二耳机2的参考麦克风26根据所拾取的声学信号SO、SAR提供另一参考信号SR。第二耳机2的降噪滤波器32将另一传递函数H应用于另一参考信号SR以提供另一降噪信号SC。第二耳机2的输出单元33可以根据另一降噪信号SC或者通过组合另一音频输入信号SI和另一降噪信号SC来提供另一音频输出信号SD。第二耳机2的电声换能器23根据另一音频输出信号SD提供另一声输出信号SO。第二耳机2的降噪控制器34自适应地控制另一传递函数H，以使得另一声输出信号SO抵消环境声音SA，使得当第二耳机2处于运行位置时，到达耳朵6的环境声音SA的水平降低，同时可选地仍然允许期望的声音(例如在音频输入信号SI中接收的音乐或语音)通过，以及根据从第一耳机1接收的增益控制信号SG来控制第二耳机2的降噪信号路径37的宽带增益G，以使得第二耳机2的降噪信号路径37的宽带增益G的减小ΔG与第一耳机1的降噪信号路径37的宽带增益G的减小ΔG同步。因此，在第二耳机2的信号处理器25中，可以省略水平分析器35。
在耳麦10的双耳实施例中，第一耳机1和第二耳机2的ANC系统优选地配置有匹配类型，这意味着优选地两者都是反馈降噪系统，两者都是前馈降噪系统或者两者都是组合的反馈/前馈降噪系统。
任何所描述的设备，例如耳机1、耳麦10的第一耳机1、和/或第二耳机2以及耳麦10本身，可以包括本领域公知的其他结构、功能块和/或电路，例如用于进一步的噪声滤波，用于从用户4拾取语音音频并将相应的音频信号发送到外部设备8和/或外部网络，用于消除这种发送的音频信号中的回波和/或用于接收和处理进一步的用户输入。诸如音频输入信号SI、用户输入信号SU、增益控制信号SG以及任何发送的音频信号的信号可以通过有线或无线连接来发送、传送和/或接收，并且任何描述的设备可以包括有线或无线接收机、发射器和/或收发机，用于该目的和其他目的。
所述装置可使用模拟或数字电路或其混合来实施。数字电路的功能块可以以硬件、固件或软件或其任何组合来实现。数字电路可以并行地和/或以交错的顺序执行多个功能块的功能，并且功能块可以以任何适当的方式分布在多个硬件单元中，例如专用信号处理器、微控制器和其它集成电路。
这里给出的详细描述和指示本发明的优选实施例的特定示例旨在使本领域技术人员能够实践本发明，并且因此应当主要被认为是对本发明的说明。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员将能够容易地预期本发明的进一步应用以及来自该描述的有利改变和修改。在此提及的许多这样的改变或修改意味着不限制本发明的范围。
本发明不限于在此公开的实施例，并且本发明可以在所附权利要求限定的主题内以其他方式实施。作为示例，所描述的实施例的特征可以任意组合，例如为了使根据本发明的设备适应特定要求。
权利要求中的任何附图标记和标签旨在不限制权利要求的范围。

Claims (17)

1.一种耳机(1)，适于被布置在用户(4)的第一耳朵(5)处的运行位置中，并且在所述运行位置中，所述耳机(1)向所述第一耳朵(5)提供第一声输出信号(SO)，所述耳机包括：
-第一输入单元(31)，适于接收第一音频输入信号(SI)；
-具有第一麦克风(26)和第一降噪滤波器(32)的第一降噪信号路径(37)，其中，所述第一麦克风(26)被布置为当所述耳机处于所述运行位置时从环境空间(7)接收环境声音(SA)，并且所述第一麦克风(26)适于提供相应的第一参考信号(SR)，并且其中，所述第一降噪滤波器(32)适于将第一传递函数(H)应用于所述第一参考信号(SR)以提供第一降噪信号(SC)；
-第一输出单元(33)，适于通过组合所述第一音频输入信号(SI)和所述第一降噪信号(SC)来提供第一音频输出信号(SD)；
-第一电声换能器(23)，适于根据所述第一音频输出信号(SD)提供所述第一声输出信号(SO)；
-第一降噪控制器(34)，适于自适应地控制所述第一降噪滤波器(32)的所述第一传递函数(H)，以使所述第一声输出信号(SO)抵消环境声音(SA)，使得当所述耳机处于所述运行位置时，到达所述第一耳朵(5)的环境声音(SA)的水平降低，同时仍然允许来自所述第一音频输入信号(SI)的期望声音通过；以及
-水平分析器(35)，所述水平分析器(35)适于基于对所述第一音频输入信号(SI)和/或所述第一参考信号(SR)的分析来提供指示所述第一耳朵(5)处的总声级的声级估计(LS)，并且将所述声级估计(LS)与指示噪声本底水平的预定阈值(LT)进行比较；
其中，所述第一降噪控制器(34)进一步适于根据所述比较，控制所述第一降噪信号路径(37)的宽带增益(G)以使得所述宽带增益(G)在所述第一耳朵(5)处的所述总声级低于所述噪声本底水平的时间段与所述第一耳朵(5)处的所述总声级高于所述噪声本底水平的时间段相比减小(ΔG)，
所述耳机的特征在于：
-所述水平分析器(35)进一步被适于当所述耳机处于所述运行位置时基于指示所述用户(4)的动作的用户输入信号(SU)，调整所指示的噪声本底水平。
2.根据权利要求1所述的耳机，其中，所述水平分析器(35)还适于执行所述比较，使得至少部分地补偿所述第一耳朵(5)的频率依赖性和/或水平依赖性。
3.根据权利要求2所述的耳机，其中，所述预定阈值(LT)至少在从100Hz到1kHz的频率范围内指示高于平均健康人类听觉阈值0dB到20dB范围内的噪声本底水平。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机，其中，所述预定阈值(LT)被确定为使得所述宽带增益(G)的所述减小(ΔG)引起所述用户(4)感知的噪声水平的减小。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机，其中，所述宽带增益(G)的所述减小(ΔG)是至少3dB、至少6dB或至少10dB。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机，其中，所述宽带增益(G)的所述减小(ΔG)是至多20dB或至多12dB。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机，进一步包括：
-具有第二麦克风(26)和第二降噪滤波器(32)的第二降噪信号路径(37)，其中，所述第二麦克风(26)被布置为当所述耳机处于所述运行位置时从环境空间(7)接收环境声音(SA)并且所述第二麦克风(26)适于提供相应的第二参考信号(SR)，并且其中，所述第二降噪滤波器(32)适于将第二传递函数(H)应用于所述第二参考信号(SR)以提供第二降噪信号(SC)，
并且其中：
-所述输出单元(33)还适于通过组合所述第一音频输入信号(SI)、所述第一降噪信号(SC)和所述第二降噪信号(SC)来提供所述音频输出信号(SD)；
-所述降噪控制器(34)进一步适于自适应地控制所述第二降噪滤波器(32)的所述第二传递函数(H)，以使所述第一声输出信号(SO)抵消环境声音(SA)，使得当所述耳机处于所述运行位置时，到达所述第一耳朵(5)的环境声音(SA)的水平降低，同时仍然允许来自所述第一音频输入信号(SI)的期望声音通过；
-所述第一降噪信号路径和所述第二降噪信号路径(37)中的一者被配置为用作前馈降噪信号路径；以及
-所述第一降噪信号路径和所述第二降噪信号路径(37)中相应的另一者被配置为用作反馈降噪信号路径。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机，其中，所述第一降噪信号路径(37)被配置为用作前馈降噪信号路径。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机，其中，所述第一降噪信号路径(37)被配置为用作反馈降噪信号路径。
10.根据权利要求9所述的耳机，其中，所述水平分析器(35)还适于基于对所述第一音频输出信号(SD)的分析来提供所述声级估计(LS)。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机，其中，所述水平分析器(35)还适于基于对所述第一音频输入信号(SI)和所述第一音频输出信号(SD)中的至少一者以及对所述第一参考信号(SR)和所述第一降噪信号(SC)中的至少一者的分析来提供所述声级估计(LS)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机，
-其中，所述第一降噪控制器(34)进一步适于提供增益控制信号(SG)，所述增益控制信号指示所述第一降噪信号路径(37)的宽带增益(G)的减小(ΔG)；以及
-其中，所述耳机还包括适于将所述增益控制信号(SG)发送到另一设备的发射器(36)。
13.根据权利要求1所述的耳机，其中，指示所述用户(4)的动作的用户输入信号(SU)包括通过由所述耳机包括的用户接口接收的用户输入信号(SU)。
14.根据权利要求1所述的耳机，其中，指示所述用户(4)的动作的用户输入信号(SU)包括通过由外部设备(8)包括的用户接口(9)接收的用户输入信号(SU)。
15.根据权利要求2所述的耳机，其中，所述水平分析器(35)还适于执行所述比较，使得至少部分地补偿平均健康人耳的频率依赖性。
16.一种耳麦，包括一个或两个根据权利要求1至15中任一项所述的耳机(1)。
17.一种耳麦，具有第一耳机和第二耳机(2)，所述第一耳机是根据权利要求12所述的耳机(1)，所述第二耳机包括以下各项：
-第二输入单元(31)，适于从所述第一耳机(1)接收所述增益控制信号(SG)；
-具有第三麦克风(26)和第三降噪滤波器(32)的第三降噪信号路径(37)，其中，所述第三麦克风(26)被布置为在所述第二耳机(2)处于所述用户(4)的第二耳朵(6)的运行位置时从环境空间(7)接收环境声音(SA)，并且所述第三麦克风(26)适于提供相应的第三参考信号(SR)，并且其中，所述第三降噪滤波器(32)适于将第三传递函数(H)应用于所述第三参考信号(SR)以提供第三降噪信号(SC)；
-第二输出单元(33)，适于根据所述第三降噪信号(SC)提供第二音频输出信号(SD)；
-第二电声换能器(23)，适于根据所述第二音频输出信号(SD)提供第二声输出信号(SO)；以及
-第二降噪控制器(34)，适于自适应地控制所述第三降噪滤波器(32)的所述第三传递函数(H)，以使得所述第二声输出信号(SO)抵消环境声音(SA)，使得当所述第二耳机(2)处于运行位置时，到达所述第二耳朵(6)的环境声音(SA)的水平降低，以及所述第二降噪控制器(34)进一步适于根据所述增益控制信号(SG)来控制所述第三降噪信号路径(37)的宽带增益，以引起与所述第一耳机(1)的所述第一降噪信号路径(37)的所述宽带增益(G)的所述减小(ΔG)同步地所述第三降噪信号路径(37)的宽带增益的减小。
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