CN112874400B - 用于车辆座椅的噪音消除头枕 - Google Patents

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Abstract

用于车辆座椅的噪音消除头枕，其包括：中央部(5c)及两个侧部(5a，5b)，至少一个扬声器(11a，11b)，麦克风(17a，17b)，用于将音频信号传输到扬声器(11a，11b)的音频源放音模块，噪声传感器(14a，14b和14c)及信号处理电路，并且信号处理电路用于：‑接收噪声信号并确定噪声校正函数，‑从麦克风(17a，17b)接收误差信号，并更新噪声校正函数，‑通过将噪声校正函数用于噪声信号，以产生噪声校正信号，‑通过将噪声校正信号和音频信号相加而产生用于扬声器(11a，11b)的控制信号(25)。

Description

用于车辆座椅的噪音消除头枕
技术领域
本发明涉及一种用于交通工具座椅，特别是用于机动车辆座椅的噪音消除头枕。本发明更具体地涉及一种用于座椅的噪音消除头枕，这种头枕包括一个或多个能够传送语音信号的集成式麦克风。
背景技术
在现有技术中，车辆座椅的降噪头枕上安装有扬声器，该扬声器集成在使用者头后方的头枕中。因此可以发出尽可能靠近乘客耳朵的声音，以消除发动机噪音和滚动噪音。
但是，这种噪音消除可能仅是部分的上。因此，需要对这种噪音消除进行改善。
发明内容
本发明对上述情况进行了改善。
为此，本发明公开了一种用于车辆座椅的降噪头枕，其包括中央部和在中央部的任一侧上延伸的两个侧部，该头枕包括朝向旨在容纳使用者头部的空间的至少一个扬声器。
这种头枕进一步包括朝向上述空间的麦克风，其中
-头枕进一步包括与位于头枕外部的音频源放音模块配合的接口，这种接口用于将音频信号传输到扬声器，
-或者，头枕进一步包括位于头枕内部的音频源放音模块，这种音频源放音模块用于将音频信号传输到扬声器，并且
其中，头枕进一步包括朝向空间外部定向的噪声传感器，
头枕进一步包括信号处理电路，此信号处理电路用于：
-从所述传感器接收噪声信号，并通过参考所述噪声信号确定噪声校正函数，
-从所述麦克风接收误差信号，并通过参考所述误差信号更新所述噪声校正函数，
-通过将噪声校正函数用于噪声信号(20)，以产生噪声校正信号，
-通过将噪声校正信号和音频信号相加而产生用于扬声器的控制信号。
误差信号对应于所述空间中由噪声校正误差引起的残余噪声。
凭借上述特征，包括有信号处理电路、麦克风、传感器和扬声器的噪音消除系统是包含于头枕中的独立系统。因此，易于将这种噪音消除系统安装在已有的车辆中。
凭借上述特征，噪音消除效果得到显著提高。尤其是，与传统上获得的20dB的简单隔音效果相比，例如在车辆发动机噪音和车辆的滚动噪音所对应的[100–400Hz]低频范围内，与传统的头枕相比，这种头枕可以将噪音降低10dB以上。
噪声校正功能的更新可以用反馈回路的形式进行。
根据有利的选择，这种头枕还可包括以下所述的一个或多个附加特征。
在一个实施例中，所述接口可以包括：诸如电缆的有线信号传输装置，或诸如波发送器/接收器的非有线装置，例如蓝牙型非有线装置。
在一个实施例中，头枕还包括用于电话的语音模块，该语音模块能够从麦克风接收语音信号。
因此，除了将语音信号发送到用于电话通讯的语音模块之外，同一麦克风还允许捕获误差信号并将其发送到信号处理电路。
利用上述特征中的任何一种特征，都可以为头枕用户限定出个人声音区域。
用户可以在所述个人声音区域中收听他们自己的私人音频内容。例如，音频源放音模块可以是车辆中的汽车收音机，用于如CD-ROM或安全数字存储卡(SD)的媒体播放器，甚至是智能电话。
优选地，用于电话通讯的语音模块还能够向扬声器发送来自与用户通信的一方接收的外部语音信号，从而用户可以在个人声音区域内听到这一方的语音。
用户可以在所述个人声音区域内讲话，从而向麦克风发出语音信号。
优选地，用于电话通讯的语音模块还能够将语音命令传输到车辆的仪表板或用户的智能手机。在这种情况下，语音识别模块允许将用户的语音转换为可识别的语音命令信号。
当同一车辆的多个座椅中的每一个座椅均配备有这种噪音消除头枕时，车辆内部可因此而有利地被划分成相对彼此隔音的多个个人隔音区。因此，这样的好处在于，可使每个用户拨打电话或收听音频内容而不会打扰或被其他用户打扰。
在一个实施例中，噪声校正函数与噪声信号的函数是反相的。
优选地，噪声校正函数在从列表中选取的范围所组成的频率范围上与噪声信号的函数是反相的，上述列表由[0-800Hz]、[0-400Hz]、[100-400Hz]、[0-250Hz]或[0-200Hz]组成。
在一个实施例中，麦克风布置在两个侧部的一个侧部中。
凭借这些特征，麦克风在个人声音区域中被进行声学隔离。这样可以避免可能出现的混响效果。另外，在可以捕获到最令人生厌的实际残留噪声的位置上，麦克风可以因此而捕获到用户耳朵附近的残留噪声。
在一个实施例中，麦克风布置在两个侧部之一中的下部中。
凭借这些特征，麦克风靠近用户的嘴，以捕获他或她的语音。
在一个实施例中，麦克风被布置在两个侧部之一中的远端，从而靠近使用者的嘴和耳朵。
凭借这些特征中的任意一个特征，麦克风能够捕获用户的语音和靠近用户耳朵的残留噪声。
在一个实施例中，麦克风是第一麦克风，并且第二麦克风布置在两个侧部的另一个侧部中。
在一个实施例中，第二麦克风与第一麦克风是对称布置的。
在一个实施例中，扬声器布置在两个侧部之一中。
在一个实施例中，第二扬声器布置在两个侧部的另一个中，并且还能够接收音频信号和控制信号。
在一个实施例中，中央部包括所述噪声传感器，而两个侧部的每一个包括另一个噪声传感器，所述噪声信号来自三个噪声传感器。
例如但不限于，噪声传感器是麦克风或加速度计。
在一个实施例中，每个噪声传感器被配置为接收噪声并发射部分噪声信号，该噪声信号是三个部分信号的函数。
在一个实施例中，三个部分信号的函数是部分信号的加权平均，权重参考每个噪声传感器的相应位置。
在一个实施例中，中央部是支撑结构，并且两个侧部是侧翼，以便在所述侧翼之间限定噪音消除区域，送到扬声器的控制信号用于消除所述噪音消除区域中的噪声。
因此，个人声音区域包括内部噪音消除区域。
在一个实施例中，侧翼可移动地安装在支撑结构上。
在一个实施例中，侧翼可枢转地安装在支撑结构上。
在替代示例中，侧翼例如经由滑动系统可伸缩地安装在支撑结构上。
根据另一方面，描述了一种交通工具座椅，其包括座椅部、靠背以及根据任意一种组合的头枕，其中头枕安装于靠背上。
附图说明
通过阅读以下的详细描述并通过对本发明说明书附图进行分析，本发明的其他特征、细节和优点是显而易见的。
图1示出了机动车辆座椅的一部分。
图2示出了可实现于图1中车辆座椅上的头枕的示例，其中移除了部分内饰。
图3是从相反的角度获得的图2的头枕的视图。
图4是示出图2和图3的头枕的两个调节位置的示意图。
图5是图2和图3的头枕在使用过程中的功能图。
图6是集成到图2和图3的头枕中的信号处理电路的示意图。
图7是图6的集成信号处理电路的变体实施例的示意图。
图8示出了对于普通的噪音消除系统和图2与图3的头枕而言以dB为单位(在y轴上)作为对数频率(在x轴上)的函数在噪声水平上的两个比较性捕获结果。
具体实施方式
在各个附图中，相同的附图标记表示相同或相似的元件。为了简洁起见，在附图中仅示出了对理解所描述的实施例有用的那些元件，并且在下面对其进行详细描述。
在下面的描述中，当使用涉及诸如术语“前”，“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等绝对位置限定词、使用涉及诸如术语“上方”、“下面”、“上部”、“下部”等相对限定词时，或者使用诸如术语“水平”、“垂直”等定向限定词时，除非另有说明，否则上述限定词是结合说明书附图的朝向或座椅的正常使用位置时进行描述的。
图1示意性地示出了机动车座椅1的细节。
在下文中，纵向方向X是指座椅的纵向方向。座椅的纵向方向被认为与安装有座椅的机动车辆的纵向相同。该纵向方向X对应于车辆的正常行驶方向。横向方向Y是座椅的横向方向。因此，座椅的横向对应于机动车辆的横向或横向方向。该横向方向对应于垂直于车辆的正常行驶方向的方向。最后，竖直方向Z是座椅的竖直方向，该竖直方向垂直于纵向方向和横向方向。
座椅1包括具有座椅部框架的座椅部(未示出)，在座椅部分上安装有带有靠背框架的靠背2，靠背2通常通过铰链机构绕横向轴进行枢转。座椅部可以通过底足或横梁的技术手段安装在可移动型材(profile)上，这种可移动型材也称为滑动型材或凸出型材。每个可移动型材是滑行装置的一部分并与固定型材下相关。固定型材固定在机动车的底板上。
座椅1进一步包括通过两个杆4固定到靠背框架的头枕3。
更具体而言，杆4将头枕框架5连接至靠背框架。一个或多个覆盖物6固定至该头枕框架，以提高座椅1中乘客的舒适性和/或改善头枕3的美观性。
以下，将结合参照图1至图5对头枕3进行更为详细的描述。
此处，头枕框架5具有杯形形状，这种杯形形状提供了基本平面的支撑结构5c，同时，两个侧翼5a，5b从支撑结构的两侧端延伸出。因此，头枕框架5具有适于部分地围绕座椅1中乘客头部的形状。具体而言，侧翼5a，5b因此而适于布置在座椅中乘客的耳朵附近，并且基本上定向为朝向座椅1中乘客的耳朵。
支撑结构5c旨在容纳使用者7的后脑勺，使得使用者可以将他或她的头部放在支撑结构上。
侧翼5a，5b旨在于使用者的头部周围形成物理噪声屏障，以促成对杯体的内部区域8(称为内部噪音消除区域)进行隔音。
对侧翼5a，5b的安装可使侧翼在打开位置9和闭合位置10之间绕支撑结构5c上的竖轴进行枢转。在打开位置9中，侧翼5a，5b一起形成在俯视图中定义呈V型的角度。在关闭位置10中，侧翼5a，5b与支撑结构5c一起在俯视图中限定呈U形。
可选地，侧翼5a，5b可以相互独立地进行枢转。
因此，在使用期间，使用者可以在他或她的脸附加叠起侧翼5a，5b，借以使侧翼5a，5b靠近他或她的耳朵和嘴。
头枕3还设置有两个扬声器11a和11b，在图2和图5中可以更清楚地看到这两个扬声器。其中，每个扬声器11a，11b分别布置在侧翼5a，5b中并朝向内部区域8。
为此，侧翼5a，5b分别包括适于容纳扬声器11a，11b的空腔。而为了保护扬声器膜片，可通过隔板12封闭空腔，其中隔板12上开有孔13，上述孔可使声音从扬声器11a，11b传播到内部区域8。
扬声器11a，11b例如是全频段扬声器，这种扬声器适于以令人满意的方式在大范围的频率中进行发出声音(emitting)。扬声器11a，11b最好以低阈值频率选择，以便尤其在低于250Hz的频率下保持良好的性能，更具体而言，是在100Hz与250Hz之间的频率下保持良好的性能。
如图2至图5所示，头枕3进一步包括三个噪声传感器14a、14b和14c，这些噪声传感器分别布置在侧翼5a、侧翼5b和支撑结构5c上并定向为朝向内部区域8的外部，因此这些噪声传感器可共同地在车辆乘客车厢中对来自不同方向的噪声15、16进行捕捉。
噪声传感器14a、14b和14c被布置在阻尼材料上，进而使这些噪声传感器不会因来自扬声器11a和11b的振动而受损。
从图中可以看出，头枕3进一步包括两个麦克风17a和17b，这两个麦克风分别布置在侧翼5a和5b上并指向内部区域8的内部，借以使这两个麦克风可以共同地捕获来自用户7嘴部的语音并捕获因内部区域8中存在的残留噪声而造成的误差信号。
在头枕3中，扬声器11a和11b以及麦克风17a和17b连接到具有语音电话通讯模块的接口(图中未示出)。举例而言，这种语音电话通讯模块被集成到车辆的仪表板或被集成到电话中。优选地，该接口允许通过蓝牙(注册商标)波或无线电波与语音电话通讯模块进行通信。
因此，头枕3不需要与车辆仪表板进行有线连接。而且，有利的是，头枕3具有自主电话通讯功能。
头枕3还包括如图6所示的信号处理电路18。举例而言，在图6中，信号处理电路18被布置在支撑结构5c内部，例如被布置在专用腔中。
信号处理电路18电连接于：
-扬声器11a和11b，
-噪声传感器14a、14b和14c，
-麦克风17a、17b。
信号处理电路18包括噪声信号生成模块19，该噪声信号生成模块19被配置为响应于分别从噪声传感器14a，14b和14c中的每一个噪声传感器接所收的各部分噪声信号21a，21b，21c来计算噪声信号20。
更具体来说，噪声信号20以所述部分噪声信号的加权平均值进行计算，其中权重取决于每个噪声传感器14a，14b和14c的位置。特别地，权重取决于噪声传感器14a和14b的实际位置。而且，噪声信号生成模块19还被配置为根据侧翼5a和5b的打开位置9或关闭位置10位置来调整权重。
信号处理装置18包括有源噪音消除(ANC)模块22，这种有源噪音消除模块被配置为：
-从模块19接收噪声信号20，并通过对噪声信号20的相位进行反转来确定噪声校正函数S(z)，
-从麦克风17a和17b接收误差信号23，并参考误差信号23通过反馈回路更新噪声校正函数S(z)。
在模块19的输出处，通过鹦鹉模块(图中未示出)复制噪声信号20。
信号处理电路18还包括被配置为驱动扬声器11a和11b的自适应滤波器24。
自适应滤波器24被配置为由来自模块22的噪声校正函数S(z)驱动，并进一步从模块19接收被复制的噪声信号20。
因此，自适应滤波器24能够将噪声校正函数S(z)应用于噪声信号20，以生成噪声校正信号25。
自适应滤波器24被配置为产生控制信号，此控制信号包括旨在用于扬声器11a，11b的噪声校正信号25，以便驱动扬声器11a，11b。
因此，扬声器被配置为发出噪音消除声波以消除内部区域8中的噪声，进而使用户7不受外部噪声的干扰。
因此，头枕3自主地包含了确保自主噪音消除功能所需的所有元件。
这种信号处理电路18适用于麦克风17a和17b仅将其功能用于误差信号传感器23的情况中。
图7示出了图6中信号处理电路18的更完整且有利的变体实施例。其中头枕3也能够将音频内容传递给用户7和/或能够用于电话通讯。
在这种变体实施例中，扬声器11a和11b也能传递音频信号(例如，音频内容或讲话方的声音)。
信号处理电路18进一步包括与音频及语音模块27的接口(以虚线示出)，音频和语音模块27包括音频源放音模块和电话通讯模块。
优选地，上述接口可通过蓝牙波或无线电波与音频和语音模块27进行通信。举例而言，上述音频源放音模块可以是车辆的车载无线电。
音频和语音模块27能够传递音频信号，并且所述接口能够接收音频信号并将其传输到加法器模块30。
加法器模块30被配置为将来自自适应滤波器24的噪声校正信号25和来自音频和语音模块27的音频信号相加，进而通过使校正信号25和音频信号相加得到控制信号。
在使用头枕进行电话通讯的过程中，麦克风17a和17b也可捕获用户7的语音。在这种情况下，可通过麦克风17a和17b替代噪音信号23或在噪音信号23之外发送语音信号。
为了避免回声效应，来自音频和语音模块27输出的语音信号被传送到回声消除滤波器29，以提供回声消除信号。第二加法器模块26布置在模块22的上游。第二加法器模块26被配置为将回声消除信号和语音信号相加。
因此，扬声器被配置为发出包括音频信号和噪音消除的声波，进而使用户7在内部区域8内收听到音频内容或讲话方的声音而不受外部噪声的干扰。
如图8所示，与普通的噪音消除系统相比，通过头枕3可使区域8中的噪声水平降低10dB，并使频率可高达400Hz。
本发明内容不限于上述有利示例，而是能够进行本领域技术人员可想到的多种变体实施例。
具体而言，在所示的示例中，头枕3包括正好两个扬声器11a和11b，三个噪声传感器14a，14b和14c以及两个麦克风17a和17b，但是上述元件中任意数量的各种元件都足以执行上述头枕3的功能。
特别地，在本发明说明书附图所示的示例中，头枕3包括可移动地安装在支撑结构5c上的侧翼5a和5b，但是固定地安装在支撑结构5c上的侧翼5a和5b也足以执行上述头枕3的功能。

Claims (16)

1.用于车辆座椅(1)的噪音消除头枕(3)，所述噪音消除头枕(3)包括：中央部(5c)以及在所述中央部(5c)两侧延伸的两个侧部(5a，5b)，所述噪音消除头枕(3)包括朝向旨在容纳使用者头部的空间的至少一个扬声器(11a，11b)，
所述头枕进一步包括：朝向所述空间定向的麦克风(17a，17b)，其中
-所述头枕进一步包括与位于所述头枕外部的音频源放音模块配合的接口，所述接口用于将音频信号传输到所述扬声器(11a，11b)，
-或者，所述头枕进一步包括位于所述头枕内部的音频源放音模块，所述音频源放音模块用于将音频信号传输到所述扬声器(11a，11b)，并且
其中，所述头枕进一步包括朝向所述空间外部定向的噪声传感器(14a，14b，14c)，
所述头枕(3)进一步包括信号处理电路(18)，所述信号处理电路(18)用于：
-从所述传感器(14a，14b，14c)接收噪声信号(20)，并通过参考所述噪声信号确定噪声校正函数(W(z))，
-从所述麦克风(17a，17b)接收误差信号(23)，并通过参考所述误差信号(23)更新所述噪声校正函数(W(z))，
-通过将所述噪声校正函数用于所述噪声信号(20)，以产生噪声校正信号，
-通过将所述噪声校正信号和所述音频信号相加以消除噪声而产生用于所述扬声器(11a，11b)的控制信号(25)。
2.根据权利要求1所述的头枕，进一步包括：
-用于电话通讯的语音模块，所述语音模块用于从所述麦克风(17a，17b)接收语音信号。
3.根据权利要求1所述的头枕，其特征在于，所述噪声校正函数与所述噪声信号(20)的函数是反相的。
4.根据权利要求1所述的头枕，其特征在于，所述麦克风(17a，17b)布置在所述两个侧部(5a，5b)的一个侧部中。
5.根据权利要求4所述的头枕，其特征在于，所述麦克风(17a，17b)布置在所述两个侧部(5a，5b)的一个侧部的下部。
6.根据权利要求4所述的头枕，其特征在于，所述麦克风(17a)是第一麦克风，并且其中，在所述两个侧部的另一个侧部中布置有第二麦克风(17b)。
7.根据权利要求6所述的头枕，其特征在于，所述第二麦克风(17b)与所述第一麦克风(17a)对称地布置。
8.根据权利要求1所述的头枕，其特征在于，所述扬声器(11a，11b)布置在所述两个侧部的一个侧部中。
9.根据权利要求8所述的头枕，其特征在于，第二扬声器(11b)布置在所述两个侧部的另一个侧部中，并且所述第二扬声器还用于接收所述音频信号和所述控制信号。
10.根据权利要求1所述的头枕，所述中央部(5c)包括所述噪声传感器(14c)，并且所述两个侧部(5a，5b)中的每一个侧部包括另一个噪声传感器(14a，14b)，所述噪声信号(20)来自三个噪声传感器。
11.根据权利要求10所述的头枕，其特征在于，每个噪声传感器(14a，14b，14c)被配置为接收噪声并发出部分噪声信号(21a，21b，21c)，所述噪声信号(20)为三个部分信号的函数。
12.根据权利要求11所述的头枕，其特征在于，三个部分信号(21a，21b，21c)的函数是部分信号(21a，21b，21c)的加权平均，权重参考每个噪声传感器(14a，14b，14c)的相应位置。
13.根据权利要求1所述的头枕，其特征在于，所述中央部(5c)是支撑结构，并且所述两个侧部(5a，5b)是侧翼，借以在所述侧翼之间限定噪音消除区域(8)，送到所述扬声器(11a，11b)的所述控制信号(25)用于消除所述噪音消除区域(8)中的噪声。
14.根据权利要求13所述的头枕，其特征在于，所述侧翼(5a，5b)可移动地安装在所述支撑结构(5c)上。
15.根据权利要求14所述的头枕，其特征在于，所述侧翼(5a，5b)可枢转地安装在所述支撑结构(5c)上。
16.车辆座椅(1)，其包括座椅部、靠背(2)以及根据权利要求1所述的头枕(3)，所述头枕安装于所述靠背(2)上。
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