CN111837407B - 启用噪声消除的音频设备和噪声消除系统 - Google Patents

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Abstract

一种启用噪声消除的音频设备(20)，特别是具有控制泄漏的耳内式耳机，包括设置在音频设备(20)内且具有用于声学发射的优先侧(36)的扬声器(21)。音频设备(20)还包括：包围第一空气空间的第一腔(22)，其中第一腔(22)设置在扬声器(21)的、用于声音发射的优先侧(36)；以及设置在音频设备(20)内的第二腔(24)内的误差麦克风(23)。第一腔(22)包括通向音频设备(20)的外部的第一开口(25)且第二腔(24)包括通向音频设备(20)的外部的第二开口(26)。第一和第二开口(25、26)均设置在音频设备(20)的一侧上，该侧设置为面向用户的耳道(27)。此外，提供一种噪声消除系统(30)，其考虑了在佩戴耳机时的各种传递函数。

Description

启用噪声消除的音频设备和噪声消除系统
能够通过在音频设备和用户的耳朵之间形成密封使音频设备和用户的耳道壁之间没有或仅有少量可控的泄露，来改善音频设备(例如耳机)中的噪声消除。如果在音频设备与用户的耳道壁之间不存在泄漏，则在音频设备内的反馈麦克风前的空间与在用户的耳道内的空间将表现为像一个声学空间。在这种情况中，音频设备的反馈麦克风与在用户的耳道内的空间紧密耦合，并且因此与耳鼓膜紧密耦合。因此，能够实现具有高质量的反馈噪声消除。
然而，可能优选地的是不在音频设备与用户的耳道之间形成密封，或者可能的是音频设备无法完全适合每个用户。如果在音频设备与耳道壁之间存在泄漏，则来自音频设备的外部的更多声音能够到达耳道，并且声学系统改变。此外，如果用户正在移动，则音频设备可能改变其在用户的耳道内的位置，这再次改变声学系统。由于泄漏，减少了在音频设备的反馈麦克风与用户的耳道之间的声学耦合。这意味着，能够在反馈麦克风的位置处实现具有高质量的噪声消除，但是在用户的耳道内的衰减可能是不同的。在设置在耳道内的耳鼓膜处感知声音。因此，用户可能仅听到具有降低质量的噪声消除。
目的是提供一种启用噪声消除的音频设备，该音频设备具有提高的噪声消除的质量。另外的目的是提供一种噪声消除系统，该噪声消除系统具有提高的噪声消除的质量。
这个目的通过独立权利要求实现。另外的实施例是从属权利要求的主题。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，音频设备包括扬声器，其设置在音频设备内，并且具有用于声音发射的优先侧。音频设备能够是例如头戴式耳机或耳塞式耳机，特别是入耳式耳机。音频设备能够包括壳体，扬声器设置在该壳体中。扬声器能够具有前侧，该前侧能够是用于声音发射的优先侧。这意味着，由扬声器发射的声音能够在前侧处优选地被感知。扬声器还能够具有与前侧背离的后侧。
音频设备还包括包围第一空气空间的第一腔，其中第一腔设置在扬声器的用于声音发射的优先侧。第一腔能够设置在音频设备的壳体内，或者其能够至少部分地被壳体包围。这意味着，第一空气空间能够至少部分地被壳体包围。第一腔包围第一空气空间意味着，在第一空气空间内不会设置音频设备的其他部分，并且第一腔能够填充有来自音频设备的周围的空气。第一腔设置在扬声器的用于声音发射的优先侧意味着，扬声器设置在第一空气空间的旁边。此外，第一空气空间设置在扬声器的用于声音发射的优先侧处。
音频设备还包括误差麦克风，该误差麦克风设置在音频设备内的第二腔内。误差麦克风能够设置为记录到达误差麦克风的声音。第二腔能够通过音频设备内的分隔壁与第一腔分隔。第二腔能够包围第二空气空间。
第一腔包括通向音频设备的外部的第一开口，并且第二腔包括通向音频设备的外部的第二开口。第一开口能够在壳体内形成。经由第一开口，第一空气空间能够与来自音频设备的周围的空气直接接触。这意味着，第一空气空间能够经由第一开口并且不经由第二腔与来自音频设备的周围的空气直接接触。第一开口能够是第一腔通向音频设备的外部的唯一开口。还可能的是，第一腔包括通向音频设备外部的多于一个的开口。第一腔能够没有通向第二腔的开口。
第二开口能够在壳体内形成。经由第二开口，第二空气空间能够与来自音频设备周围的空气直接接触。这意味着，第二空气空间能够经由第二开口并且不经由第一腔与来自音频设备的周围的空气直接接触。第二空气空间能够经由耳道内的空气空间声学地耦合到第一空气空间。因此，误差麦克风也经由耳道内的空气空间声学地耦合到第一空气空间。第二腔能够没有通向第一腔的开口。
第一腔和第二腔能够彼此相邻地设置在音频设备内。此外，第一开口和第二开口能够彼此相邻地设置。第一开口和第二开口的设置成使得如果音频设备设置在用户的耳道内，则第一空气空间和第二空气空间能够与用户的耳道内的空气直接接触。
第一开口和第二开口均设置在音频设备的侧，该侧设置为面向用户的耳道。这意味着，如果音频设备设置在用户的耳道内，则第一开口和第二开口能够设置在音频设备的、面向用户的耳道的侧处。还可能的是，如果音频设备设置在用户的耳道内，则第一开口设置为面向用户的耳鼓膜。此外，如果音频设备设置在用户的耳道内，则第二开口能够设置为面向用户的耳鼓膜。第一开口和第二开口能够彼此平行。还可能的是，与第二开口相比，第一开口设置为面向用户的耳道的不同部分。第一开口和第二开口还能够面向不同方向，这意味着，它们能够设置为使得它们彼此不平行。
由于误差麦克风设置在第二腔内，其能够记录来自用户的耳道的声音。通过将误差麦克风设置在第二腔中，第二空气空间直接耦合到耳道内的空气空间，该第二腔通过扬声器与第一腔分隔。用这种方法，误差麦克风能够监测到达耳道的声音。来自扬声器的声音能够到达耳道，并且此外，来自音频设备的外部的声音能够到达耳道。在收听来自扬声器的声音时，来自音频设备的外部的声音能够被用户感知为干扰噪声。因此，误差麦克风不仅能够检测来自扬声器的声音，还能够检测来自音频设备的外部的、到达耳道的噪声。如果误差麦克风设置在第一腔内，则其将直接记录来自扬声器的声音，并且来自音频设备的外部的声音将在其进入耳道并且随后进入第一腔时成形。取决于在音频设备与耳道壁之间的泄漏，该形状是不同的。这意味着，通过将误差麦克风设置在第二腔内，能够有利地监测来自扬声器的声音和来自耳道内的、来自音频设备的外部的噪声。
通过监测耳道内的声音，可以根据来自耳道内的、来自音频设备的外部的噪声的声压级来适应噪声消除。这通过将误差麦克风设置在第二腔内来实现。换句话说，通过将误差麦克风设置在第二腔内，误差麦克风声学地耦合到用户的耳朵的耳鼓膜。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，一旦将音频设备放置在用户耳道中，通道保持在音频设备与用户的耳道之间的位置。这意味着，音频设备不与用户的耳道壁形成完美的密封。一旦将音频设备放置在用户的耳道中，来自音频设备的外部的声音能够通过在音频设备与耳道之间所保持的通道进入耳道。可能的是，音频设备在一些位置与用户的耳道壁直接接触。但是，一旦将音频设备放置在用户的耳道中，在一些位置音频设备不直接接触耳道壁。这些位置是指通道。通道能够例如保持在音频设备与用户的耳道之间，因为不同用户的耳道的形状可能是不同的，使得音频设备不能完全适合每个用户的耳道。来自音频设备的外部的空气能够通过通道进入耳道。因此，还可能的是，来自音频设备的外部的声音能够经由通道进入耳道。
经由通道进入耳道的声音能够被误差麦克风记录。因此，误差麦克风能够监测从外部进入耳道的声音。在收听由音频设备的扬声器提供的声音时，从外部进入耳道的声音可能会令人感到烦恼或不安。这是音频设备设置为消除来自音频设备的外部的噪声的原因。通过将误差麦克风设置在第二腔中，能够提高噪声消除的质量，这是因为噪声消除能够根据进入耳道的声音来进行适应。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，通道对于空气和声波是可渗透的。这意味着，一旦将音频设备放置在用户的耳道中，在耳道内形成的腔就不会关闭，而来自音频设备的外部的空气和声音能够泄漏到耳道内的腔中。一旦将音频设备放置在耳道内，空气空间保持在耳道内，并且耳道内的空气空间经由通道耦合到音频设备的外部。此外，耳道内的空气空间耦合到第一空气空间和第二空气空间。因为误差麦克风设置在第二腔内，并且因为其设置为记录进入耳道的声音，所以即使来自音频设备的外部的噪声能够进入耳道，仍然可以获得具有高质量的噪声消除。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，第二开口是第二腔中的唯一开口。这意味着，第二腔不与第一腔的直接连接。例如，第一腔和第二腔能够通过分隔壁彼此分隔。来自第二腔的外部的声音和空气能够主要通过第二开口进入第二腔。因此，误差麦克风能够记录例如从音频设备的外部或从扬声器进入耳道的声音，并且能够提高在耳道中的噪声消除的质量。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，在将音频设备放置在用户的耳道内的情况中，第二腔包围第二空气空间，该第二空气空间直接耦合到用户的耳道内的空气空间。这意味着，第二空气空间与耳道内的空气空间直接接触。因此，误差麦克风能够记录进入耳道内的空气空间的声音，并且能够提高噪声消除的质量。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，网格设置在第一开口之上。网格能够完全覆盖第一开口。网格对于声音和空气能够是可渗透的。网格能够例如是栅格。作为示例，网格能够由织物或泡沫形成。网格能够设置为防止灰尘和污物进入第一腔，或减少进入第一腔的灰尘或污物的量。网格可以具有声学阻抗。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，网格设置在第二开口之上。网格能够完全覆盖第二开口。网格对于声音和空气能够是可渗透的。网格能够例如是栅格。作为示例，网格能够由织物或泡沫形成。网格能够设置为防止灰尘和污物进入第二腔，或减少进入第二腔的灰尘或污物的量。网格可以具有声学阻抗。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，误差麦克风设置为主要记录用户的耳道内的声音。因为第二空气空间直接耦合到耳道内的空气空间，所以第二腔内的声学条件与用户的耳道内的声学条件非常相似。因为声音是在耳道内的耳鼓膜处被感知到的，所以用户的耳道内的声学条件与由用户所感知到的声音有关。误差麦克风能够设置成非常靠近耳道内的空气空间。因此，误差麦克风能够主要记录用户的耳道内的声音，该声音代表用户在耳鼓膜处所感知到的声音。有利地，误差麦克风因此能够监测用户的耳道内的声音，这能够提高噪声消除的质量。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，误差麦克风充当反馈麦克风。这意味着，误差麦克风记录第二腔内的声压级，该声压级对应于或类似于用户的耳道内的声压级。能够基于由误差麦克风所记录的声音来提供误差信号。为了执行噪声消除，扬声器能够提供基于误差信号的噪声消除信号。噪声消除信号能够设置为消除或减小来自音频设备的外部的噪声的感知幅度。这意味着，如果扬声器提供噪声消除信号，则来自音频设备的外部的噪声和噪声消除信号能够在用户的耳道的位置处彼此消除或几乎彼此消除。因此，用户不会感知到从音频设备的外部进入耳道的噪声，或减小了由用户所感知到的噪声的幅度。因此，误差麦克风能够用于反馈噪声消除。
为了提高用于充当反馈麦克风的误差麦克风的噪声消除的质量，误差麦克风设置为尽可能的靠近扬声器。这减小了从扬声器到误差麦克风的延迟，这是因为误差麦克风也需要记录来自扬声器的声音。此外，用这种方法提高了反馈噪声消除的带宽。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，误差麦克风至少部分地设置在第二开口内，使得误差麦克风与音频设备的壳体齐平地终止。这意味着，误差麦克风能够设置为尽可能的靠近音频设备的外部。误差麦克风与音频设备的壳体齐平地终止能够意味着误差麦克风不会伸出音频设备。有利地，通过这种方法，误差麦克风直接耦合到耳道内的声音。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，前馈麦克风设置在音频设备的一侧，该侧与设置误差麦克风的那侧背离。这能够意味着，前馈麦克风被移植到音频设备的外部。前馈麦克风能够设置为记录来自音频设备的外部的声音。因此，前馈麦克风设置在音频设备的一位置处，在该位置处前馈麦克风能够记录来自音频设备的外部的声音。由于误差麦克风设置在音频设备的、面向耳道的侧，因此前馈麦克风设置在与设置误差麦克风的那侧背离的一侧处。还可能的是，前馈麦克风设置在音频设备的任意其他的位置处，在该其他的位置处前馈麦克风能够记录来自音频设备的外部的声音。前馈麦克风能够用于前馈噪声消除。
在启用噪声消除的音频设备的至少一个实施例中，前馈麦克风设置为记录来自音频设备的环境的声音，并且提供与所记录的声音有关的噪声信号。为了执行前馈噪声消除，有必要记录来自音频设备的环境的声音，该声音在收听由扬声器所提供的声音时可能会干扰用户。因此，前馈麦克风设置为记录来自音频设备的环境的声音。前馈麦克风能够设置在音频设备内或在音频设备的外表面处，使得该前馈麦克风能够记录来自音频设备的环境的声音。为了执行噪声消除，前馈麦克风提供噪声信号。噪声信号能够例如包括关于由前馈麦克风所记录的声音的信息。能够将噪声信号提供给音频设备的噪声消除系统，以执行噪声消除。能够通过使用误差麦克风和前馈麦克风来提高噪声消除的质量。
此外，提供了一种噪声消除系统。在噪声消除系统的至少一个实施例中，噪声消除系统包括音频设备。噪声消除系统能够设置为执行用于音频设备的噪声消除。
在噪声消除系统的至少一个实施例中，噪声消除系统还包括耦合在前馈麦克风与扬声器之间的滤波器。前馈麦克风能够与滤波器连接，并且滤波器能够与扬声器连接。滤波器能够设置在音频设备内。
在噪声消除系统的至少一个实施例中，滤波器设置为给扬声器提供基于噪声信号的噪声消除信号。前馈麦克风能够设置为给滤波器提供噪声信号。滤波器能够设置为产生噪声消除信号。噪声消除信号能够基于噪声信号，并通过扬声器将其提供给用户。例如，噪声消除信号的产生为使得在耳道的位置处所感知到的、来自音频设备的外部的噪声与噪声消除信号消除。还可能的是，噪声消除信号和在耳道中所感知到的、来自音频设备的外部的噪声几乎彼此消除，使得用户感知到来自音频设备的外部的、具有减小的幅度的噪声。在产生噪声消除信号之后，滤波器能够给扬声器提供噪声消除信号。在这种情况中，扬声器能够提供噪声消除信号和声音信号，该声音信号将提供给用户。音频信号能够是例如用户要听到的语音信号或音乐。因此，噪声消除信号和来自音频设备的外部的噪声能够彼此消除，或能够减小由用户所感知到的噪声的幅度，使得用户能够收听声音信号。
在噪声消除系统的至少一个实施例中，噪声消除信号还基于由误差麦克风所提供的误差信号，其中误差信号与由误差麦克风所记录的声音有关。误差麦克风能够设置为提供误差信号。误差信号能够包括关于由误差麦克风所记录的声音的信息，该声音能够是泄漏到耳道中的、来自音频设备的外部的声音以及由扬声器所提供的声音。误差信号能够被提供给滤波器。因此，滤波器能够基于噪声信号和误差信号产生噪声消除信号。这意味着，噪声信号能够提供关于在音频设备的外部存在的声音的信息，并且误差信号能够提供关于耳道内的声压级的信息。噪声消除信号能够根据到达耳道的噪声的水平进行适应。因此，能够执行自适应噪声消除。用这种方法，能够提高噪声消除的质量。
以下附图描述还可以说明并解释示例性实施例。功能相同或具有相同效果的部件由相同的附图标记表示。相同或效果相同的部件可能仅关于它们首次出现的附图来描述。它们的描述不必在连续的附图中重复。
在图1、2、3和4中，示出了音频设备的示例性实施例。
在图5和6中，示出了具有音频设备的噪声消除系统的示例性实施例。
在图7和8中，示出了音频设备的示例性实施例的集总参数声学模型的电子表示。
在图9和10中，绘制了音频设备的示例性实施例的声学响应。
在图11中，绘制了音频设备的示例性实施例的噪声消除性能。
在图1中，示出了启用噪声消除的音频设备20的示例性实施例。在这种情况中，音频设备20是耳机。音频设备20被示出为放置在用户的耳道27内。音频设备20的形状设计为使得在音频设备20与耳道壁34之间能够形成密封。然而，可能在音频设备20与耳道壁34之间的一些位置处存在泄漏，这未在图1中示出。还可能的是，音频设备20没有与不同形状的耳道27形成密封。
音频设备20包括扬声器21，该扬声器设置在音频设备20内，并且具有用于声音发射的优先侧36。扬声器21还包括与用于声音发射的优先侧36背离的后侧41。包围第一空气空间的第一腔22设置在扬声器21的用于声音发射的优先侧36。第一腔22由扬声器21、音频设备20的壳体37和通向音频设备20的外部的第一开口25所限定。第一开口25设置在音频设备20的、面向耳道27的侧。经由第一开口25，第一空气空间在声学上耦合到耳道27内的空气空间。音频设备20还能够包括在壳体37内的通风口或开口，该通风口或开口未在图1中示出，并且与在扬声器21的后侧41处的空气空间接触，使得扬声器21的膜能够移动。
音频设备20还包括误差麦克风23，该误差麦克风设置在音频设备20内的第二腔24内。第二腔24通过分隔壁38与第一腔22分隔。误差麦克风23设置为主要记录耳道27内的声音。第二腔24由分隔壁38、壳体37和通向音频设备20的外部的第二开口26限定。第二开口26也设置为面向耳道27。
在图2中，示出了音频设备20的另外的实施例。在这种情况中，音频设备20的形状设计为使得一旦将其放置在用户的耳道27中，在音频设备20与耳道27之间的位置就会保持有通道28。这意味着，如果将音频设备20放置在耳道27内，则在音频设备20与耳道壁34之间的一些位置不会形成密封。通道28能够设置在音频设备20与耳道壁34之间的位置。通道28对于空气和声波是可渗透的，这意味着来自音频设备20的外部的声音能够经由通道28进入耳道27。
扬声器21、第一腔22、第二腔24和误差麦克风23的设置如图1中所示。第二开口26是第二腔24中的唯一开口。这意味着，第二腔24内的第二空气空间直接耦合到耳道27内的空气空间。此外，第二空气空间经由耳道27内的空气空间耦合到第一腔22内的第一空气空间。
设置在第二腔24内的误差麦克风23能够充当反馈麦克风。误差麦克风23记录从音频设备20的外部进入耳道27的噪声和来自扬声器21的信号。通过提供误差信号——包括关于由误差麦克风23所记录的噪声的信息，能够由扬声器21产生并提供噪声消除信号。噪声消除信号的产生为使得其能够消除或几乎消除进入耳道27的噪声。
在图3中，示出了音频设备20的另外的实施例。音频设备20的设置与图2中所示的设置相似。除了图2中所示的设置之外，图3中所示的音频设备20包括设置在第一开口25之上的网格32。
此外，在第二开口26之上设置有另外的网格32。在其他实施例中，音频设备20能够包括设置在第一开口25之上的网格32，或设置在第二开口26之上的网格32。网格32对于声音和空气能够是可渗透的。作为示例，网格32能够由织物或泡沫形成。网格32能够设置为防止灰尘和污物进入第一腔22和/或第二腔24，或减少进入腔22、24的灰尘或污物的量。
在图4中，示出了音频设备20的另外的实施例。音频设备20的设置与图2中所示的设置相似。图4中所示的音频设备20还包括前馈麦克风29。前馈麦克风29设置在音频设备20的一侧，该侧与设置误差麦克风23的那侧背离。通过使用前馈麦克风29，能够实现前馈噪声消除。通过图5解释了在音频设备20中实现前馈噪声消除的一种可能性。
在图5中，示出了音频设备20和噪声消除系统30的另外的实施例。噪声消除系统30包括音频设备20。音频设备20的设置与图4中所示的设置相似。噪声消除系统30还包括耦合在前馈麦克风29与扬声器21之间的滤波器31。前馈麦克风29设置为记录来自音频设备20的环境的声音，并且提供与所记录的声音有关的噪声信号。滤波器31设置为向扬声器21提供基于噪声信号的噪声消除信号。噪声消除信号产生为使得进入耳道27的噪声和噪声消除信号在用户的耳朵的耳鼓膜40处彼此消除或几乎彼此消除，该耳鼓膜是人类感知声音的地方。图5中所示的噪声消除系统30还包括连接在误差麦克风23与滤波器31之间的自适应引擎39。自适应引擎39向滤波器31提供与由误差麦克风23所记录的声音有关的误差信号。这意味着，噪声消除信号还基于误差信号。
噪声消除信号的产生能够用噪声(能够在音频设备20的环境中存在)的声学传递函数来描述。声学传递函数是频域传递函数。传递函数A是指从音频设备20的环境到达前馈麦克风29的噪声的传递函数。在图5中，传递函数A用指向前馈麦克风29的箭头示出。传递函数B是指从音频设备20的环境到达耳鼓膜40的噪声的传递函数。传递函数B用从音频设备20的外部指向耳鼓膜40的箭头示出。此外，传递函数C是指由扬声器21发出并且到达耳鼓膜40的声音的传递函数。传递函数C用从扬声器21指向耳鼓膜40的箭头示出。滤波器31的传递函数被称为传递函数D。
用户能够感知到的噪声消除的条件是，噪声消除信号与进入耳道27的噪声幅度相等，相位相反。这个条件能够由如下四个传递函数表示：
B＝-A*D*C (1)
在等式的右侧的项是指从音频设备20的外部朝向耳鼓膜40的总传递函数。其遵循滤波器31的传递函数D：
D＝-B/(A*C) (2)
如果更多的噪声能够通过通道28进入耳道27，则传递函数B和C就会改变。由误差麦克风23所记录的误差信号提供了关于通过通道28进入耳道27的噪声的信息。该信息由自适应引擎39提供给滤波器31。因此，能够根据误差信号来适应依赖传递函数B和C的、滤波器31的传递函数D。
为了根据进入耳道27的噪声适应滤波器31的传递函数D，必须知道用户所感知到的噪声。用户在耳鼓膜40处感知进入耳道27的噪声。如上所述，误差麦克风23被直接耦合到耳道27内的空气空间，这意味着由误差麦克风23所记录的声音与用户在耳鼓膜40处所感知到的声音非常相似。由误差麦克风23所提供的关于进入耳道27的噪声的信息被提供给滤波器31，以提高噪声消除的质量。
通过图6示出，由误差麦克风23所记录的声音与在耳鼓膜40处所感知到的声音相当。在图6中，示出了与图5中的噪声消除系统30和音频设备20的相同设置。为了将由误差麦克风23所记录的声音与用户在耳鼓膜40处所感知到的声音进行比较，示出了朝向误差麦克风23的传递函数。传递函数E与进入耳道27的并且是在误差麦克风23的位置处被记录的噪声有关。传递函数F与由扬声器21提供的并且在误差麦克风23的位置处被记录的声音有关。这意味着，传递函数E与图5中所示的传递函数B的区别在于从误差麦克风23到耳鼓膜40的距离。传递函数F与图5中所示的传递函数C的区别也在于从误差麦克风23到耳鼓膜40的距离。因此，这种距离的区别在等式2中消除。因此，由误差麦克风23所记录的声音与在耳鼓膜40处所感知到的声音非常相似。
在图7中，示出了音频设备20的示例性实施例的集总参数声学模型的电子表示。作为比较，还示出反馈麦克风33。第一电容C1是指耳道阻抗。第二电容C2是指第一腔22内的第一空气空间。第一电感L1是指第一开口25。第二电感L2、第三电容C3和第一电阻R1一起是指扬声器21的声学阻抗。反馈麦克风33的位置被示出，该反馈麦克风通常设置成在系统中的第一腔22内、靠近扬声器21，用于反馈噪声消除。相比之下，本文所述的音频设备20的误差麦克风23设置在第二腔24内，该误差麦克风比反馈麦克风33的通常位置更靠近耳道27。在第二腔24内，误差麦克风23至少部分地设置在第二开口26内，使得误差麦克风23与音频设备20的壳体37齐平地终止。用这种方法，如所示的通过从误差麦克风23到第一电容C1的直接连接，误差麦克风23直接耦合到耳道27内的声音。第一开口25设置在反馈麦克风23与耳道27之间。耳鼓膜40设置在耳道27内。因此，反馈麦克风33经由第一电感L1耦合到耳鼓膜40。
然而，如果在音频设备20与耳道27之间存在泄漏，则来自外部的声音能够进入耳道27。在音频设备20与耳道壁34之间的声学泄漏由第三电感L3表示。因此，如果存在声学泄漏，则反馈麦克风33与耳鼓膜40的耦合会减少。在反馈麦克风33设置在第一腔22内的情况中，噪声消除信号将产生为使得噪声消除将在第一腔22内的反馈麦克风33的位置处实现。但是，在耳鼓膜40处的噪声消除可能无法实现。本文所述的音频设备20的误差麦克风23设置为更靠近耳道27。因此，该误差麦克风能够更好的与耳鼓膜40耦合，并且能够实现用户感知到的噪声消除。
第四电容C4是指设置在扬声器21的后侧41处的空气空间的阻抗。第四电感L4和第二电阻R2是指另外的开口，该另外的开口能够设置在扬声器21的后侧41处的壳体37内。另外的开口能够设置在音频设备20的壳体37内，以在扬声器21的后侧41处形成通风口。
在图8中，示出了音频设备20的示例性实施例的集总参数声学模型的另外的电子表示。这个模型考虑到将误差麦克风23设置在第二腔24内，而不是直接设置在耳道27内。第二腔24具有第二开口26。第二开口26由第五电感L5表示。
在图9中绘制了音频设备20的示例性实施例的声学响应。声学响应是指从音频设备20的外部朝向误差麦克风23或到耳鼓膜40的传递函数。在图9中，在x轴上以Hz为单位绘制频率，并且在y轴上以任意单位绘制声学响应的幅度。曲线a和b与在音频设备20与耳道壁34之间没有泄漏或仅存在少量泄漏的情况有关。曲线c和d与在音频设备20与耳道壁34之间存在可感知的泄漏的情况有关。对于曲线c和d，通道28的声学质量总计为433kg/m4。此外，曲线a和c与到耳鼓膜40的位置的传递函数有关，并且曲线b和d与到误差麦克风23的位置的传递函数有关。
图9示出，对于两个不同的泄漏条件，且在宽频率范围内，在误差麦克风23的位置处的声学响应与在耳鼓膜40的位置处的声学响应非常相似。这就是通过将误差麦克风23设置在单独的腔中能够提高噪声消除的质量的原因。
在图10中，绘制了图9中所示的声学响应的相位。在x轴上，以Hz为单位绘制频率，并且在y轴上，以度为单位绘制相位。如图9中所示，曲线a和b与在音频设备20与耳道壁34之间没有泄漏或仅存在少量泄漏的情况有关。曲线c和d与在音频设备20与耳道壁34之间存在可感知的泄漏的情况有关。对于曲线c和d，通道28的声学质量总计为433kg/m4。此外，曲线a和c与在耳鼓膜40的位置处的声学响应的相位有关，并且曲线b和d与在误差麦克风23的位置处的声学响应的相位有关。与声响应的幅度相似，对于所示的两个不同的泄漏条件，在误差麦克风23的位置处和在耳鼓膜40的位置处的声学响应的相位非常相似。
在图11中，示出了音频设备20的实施例的反馈噪声消除性能。对于音频设备20，在音频设备20与耳道壁34之间存在泄漏。此外，误差麦克风23直接耦合到耳道27内的空气空间。在x轴上，以Hz为单位绘制频率，并且在y轴上，以dB为单位绘制衰减。曲线e是指在误差麦克风23的位置处的衰减，并且曲线f是指在耳鼓膜40的位置处的衰减。在宽频率范围内的噪声消除能够在误差麦克风23的位置处和在耳鼓膜40的位置处实现。因此，对于本文所述的音频设备20，能够提高反馈噪声消除的质量。
附图标记列表
20：音频设备
21：扬声器
22：第一腔
23：误差麦克风
24：第二腔
25：第一开口
26：第二开口
27：耳道
28：通道
29：前馈麦克风
30：噪声消除系统
31：滤波器
32：网格
33：反馈麦克风
34：耳道壁
36：侧
37：壳体
38：壁
39：自适应引擎
40：耳鼓膜
41：后侧
A、B、C、D、E、F：传递函数
a、b、c、d、e、f：曲线
C1、C2、C3、C4：电容
L1、L2、L3、L4、L5：电感
R1、R2：电阻。

Claims (20)

1.一种启用噪声消除的音频设备(20)，所述音频设备(20)包括：
-扬声器(21)，其设置在所述音频设备(20)内，并且具有用于声音发射的优先侧(36)，
-第一腔(22)，其包围第一空气空间，其中，所述第一腔(22)设置在所述扬声器(21)的、用于声音发射的优先侧(36)处，
-误差麦克风(23)，其设置在所述音频设备(20)内的第二腔(24)内，其中
-所述第一腔(22)包括通向所述音频设备(20)的外部的第一开口(25)，并且所述第二腔(24)包括通向所述音频设备(20)的外部的第二开口(26)，
-所述第一开口(25)和所述第二开口(26)均设置在所述音频设备(20)的、设置为面向用户的耳道(27)的一侧上，
-所述误差麦克风(23)被直接耦合到所述耳道(27)内的空气空间，
-所述第二腔(24)通过分隔壁(38)与所述第一腔(22)分隔，并且
-所述第二开口(26)通过所述分隔壁(38)与所述第一开口(25)分隔。
2.根据权利要求1所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，一旦所述音频设备(20)被放置在用户的耳道(27)内，在所述音频设备(20)与所述用户的耳道(27)之间的位置就会保持有通道(28)。
3.根据权利要求2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述通道(28)对于空气和声波是可渗透的。
4.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述第二开口(26)是所述第二腔(24)中的唯一开口。
5.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，在所述音频设备(20)被放置在所述用户的耳道(27)内的情况中，所述第二腔(24)包围第二空气空间，所述第二空气空间直接耦合到用户的耳道(27)内的空气空间。
6.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，在所述第一开口(25)之上设置有网格(32)。
7.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，在所述第二开口(26)之上设置有网格(32)。
8.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述误差麦克风(23)设置为主要记录用户的耳道(27)内的声音。
9.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述误差麦克风(23)充当反馈麦克风。
10.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述误差麦克风(23)至少部分地设置在所述第二开口(26)内，使得所述误差麦克风(23)与所述音频设备(20)的壳体(37)齐平地终止。
11.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述第一开口(25)和所述第二开口(26)彼此相邻地设置。
12.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述第一开口(25)与所述第二开口(26)齐平。
13.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述音频设备(20)的所述侧包括端口，所述端口包括所述第一开口(25)和所述第二开口(26)。
14.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，与所述扬声器(21)相比，所述误差麦克风(23)设置为距所述音频设备(20)的所述侧的更短距离处。
15.根据权利要求1或2所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，在所述音频设备(20)的、与设置所述误差麦克风(23)的那侧背离的一侧处设置有前馈麦克风(29)。
16.根据权利要求15所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述前馈麦克风(29)设置为记录来自所述音频设备(20)的环境的声音，并且提供与所记录的声音有关的噪声信号。
17.根据权利要求1所述的启用噪声消除的音频设备(20)，其中，所述启用噪声消除的音频设备(20)是耳机。
18.一种噪声消除系统(30)，包括根据权利要求15所述的音频设备(20)，其中，所述噪声消除系统(30)包括耦合在前馈麦克风(29)与扬声器(21)之间的滤波器(31)。
19.根据权利要求18所述的噪声消除系统(30)，其中，所述滤波器(31)设置为给所述扬声器(21)提供基于噪声信号的噪声消除信号。
20.根据权利要求19所述的噪声消除系统(30)，其中，所述噪声消除信号还基于由误差麦克风(23)提供的误差信号，其中，所述误差信号与由所述误差麦克风(23)所记录的声音有关。
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