DE10392880T5

DE10392880T5 - Rauschunterdrückungssystem und Kopfhörer hierfür

Info

Publication number: DE10392880T5
Application number: DE10392880T
Authority: DE
Inventors: Mark Donaldson; Graeme Colin Fuller
Original assignee: Phitek Systems Ltd
Current assignee: Phitek Systems Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-08-25
Also published as: GB2406013A; US20050213773A1; AU2003238975A1; US7489785B2; JP2005531807A; GB2406013B; GB0428314D0; WO2004002383A1

Abstract

Rauschunterdrückungssystem mit:
– einem Kopfhörer mit einem Tonwandler und einem Kopfhörer-Lautsprecher,
– einer Rauschunterdrückungsschaltung, die entfernt von dem Kopfhörer angeordnet ist, den Kopfhörer-Lautsprecher versorgt und von dem Tonwandler versorgt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter vorgesehen ist zum Normieren des Ausgangs des Tonwandlers des Kopfhörers auf die Rauschunterdrückungsschaltung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Rauschunterdrückungssysteme, insbesondere ein Kopfhörer-Rauschunterdrückungssystem.
Hintergrund der Erfindung
Passagierbeförderungsmittel, insbesondere Verkehrsflugzeuge, verfügen über Sitzinstallierungen, die geeignete Verbindungen umfassen, beispielsweise Buchsen zum Aufnehmen von Verbindungssteckern für Kopfsprechhörer und Kopfhörer. Der Benutzer hat entweder seinen eigenen Kopfhörer oder erhält einen solchen, welchen der Benutzer in die am entsprechenden Sitz vorgesehene Buchse einsteckt, um verschiedene Audiokanäle zu hören. Die Begriffe Kopfsprechhörer und Kopfhörer werden in diesem Dokument gleichberechtigt benutzt, weil es für die Erfindung nicht von Bedeutung ist, ob ein Benutzermikrophon vorgesehen ist.
Neuere Entwicklungen für Passagier-Audiosysteme umfassen Rauschverminderungssysteme, die Rauschreduktionskopfsprechhörer oder -kopfhörer nutzen. Bei einem System umfaßt die Sitzinstallation eine aktive elektronische Rauschunterdrückungsschaltung. Die Schaltung ist betreibbar, um auf Basis einer Rückkopplung eines geeigneten Tonmeßaufnehmers bzw. -wandlers, beispielsweise einem Mikrophon, welches mit dem Kopfsprechhörer geliefert wird, Rauschunterdrückung auszuführen.
Ein Problem, welches mit einem solchen System verbunden ist, besteht darin, daß die Rauschunterdrückungselektronik hinsichtlich der Empfindlichkeit und der Frequenzantwort des Kopfsprechhörers auf den Kopfsprechhörer "abgestimmt" werden muß. Deshalb sind nur wenige Kopfsprechhörerkonstruktionen allgemein in der Lage, mit jedem dieser Systeme effizient genutzt zu werden.
Stand der Technik
Es ist bekannt, Rauschkompensationssysteme entweder mit einer Rauschunterdrückung, die in den Kopfhörer eingebaut ist, oder mit einem festen Rauschunterdrückungssystem auszustatten, welches einen Teil des Systems bildet, in das der Kopfhörer eingesteckt wird. Das US-Patent 5,182,774 zeigt beispielhaft den bekannten Typ, bei dem die Rauschunterdrückung für jeden Kopfhörertyp zugeschnitten ist. Letztere wurden früher konstruiert zur Nutzung mit nur einem Hersteller von Kopfhörern, und die Rauschunterdrückung ist bei anderen Typen problematisch, weil Änderungen der Frequenzantwort und der Impedanz auftreten, die die Unterdrückungswirkung beeinflussen und im schlimmsten Fall zu positiver Rückkopplung und Instabilität führen.
Die Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Rauschunterdrückungssystem oder einen verbesserten Kopfsprechhörer für ein Rauschunterdrückungssystem oder wenigstens der Öffentlichkeit eine nützliche Wahl zur Verfügung zu stellen.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Rauschunterdrückungssystem mit den folgenden Merkmalen geschaffen:

– einem Kopfhörer mit einem Tonwandler und einem Kopfhörer-Lautsprecher,
– einer Rauschunterdrückungsschaltung, die entfernt von dem Kopfhörer angeordnet ist, den Kopfhörer-Lautsprecher versorgt und von dem Tonwandler versorgt wird, und
– einem Filter zum Normieren des Ausgangs des Tonwandlers des Kopfhörers auf die Rauschunterdrückungsschaltung.

Vorzugsweise ist der Filter am Ausgang des Tonwandlers angeordnet, um bei der Nutzung eine wirksame Rauschunterdrückung zu erreichen.
Vorzugsweise umfaßt der Filter einen passiven elektronischen Filter.
Bevorzugt umfaßt der Filter ein Widerstand/Kondensator-Netzwerk.
Vorzugsweise ist der Filter ein Hochpaßfilter parallel zu dem Tonwandler.
Vorzugsweise umfaßt der Tonwandler ein Elektret-Kondensatormikrophon.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kopfhörer für ein Rauschunterdrückungssystem geschaffen, wobei der Kopfhörer die folgenden Merkmale aufweist:
ein oder mehrere Kopfhörer-Lautsprecher zum Versorgen eines Benutzers mit Ton, wenigstens einen Tonwandler in dem Kopfhörer benachbart zu dem Lautsprecher, wobei der Ausgang des Tonwandlers als ein elektrisches Signal geliefert und an einen Filter gegeben wird
und wobei der Ausgang des Filters an einer Rauschunterdrückungsschaltung anliegt, um Rauschen von dem an den Lautsprecher gelieferten Signal zu löschen.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Schaltung eines erfindungsgemäßen Rauschunterdrückungssystems;
2 eine schematische Darstellung einer äquivalenten Schaltung für ein Kopfsprechhörer-Mikrophon und einen erfindungsgemäßen Filter; und
3 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine praktische Implementierung der Erfindung.
Allgemein liefert die Erfindung einen Weg, der es einer Rauschunterdrückungsschaltung, wie sie typischerweise entfernt von einem Kopfhörer vorgesehen ist, erlaubt, eine wirksame Rauschunterdrückung für eine Anzahl verschiedener Kopfhörerkonstruktionen zu liefern. Dieses wird erreicht, indem der Rauschunterdrückungskopfhörer-Tonwandler (typischerweise ein Mikrophon, beispielsweise ein Elektret-Kondensatormikrophon) mit einem Passivfilter versehen wird, so daß das Rückkopplungssignal von dem Mikrophon in geeigneter Weise für eine "generische" bzw. "herstellerkompatible", aktive Rauschunterdrückungsschaltung angepaßt oder normiert wird. Deshalb ermöglicht es die Erfindung, daß die Rauschunterdrückkungsschaltung konstruiert wird, so daß sie über einen bestimmten Phasenbereich von Eingangsrückkopplungssignalen von einem Kopfsprechhörer betrieben werden kann. Dieses seinerseits bedeutet, daß ein für das Kopfsprechhörer-Rückkopplungssignal angeordneter Filter für jede unterschiedliche Sorte eines Kopfsprechhörers so entsprechend konfiguriert werden kann, daß es für die Rauschunterdrückungsschaltung akzeptierbar ist, und eine Gesamtrauschunterdrückung kann erreicht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Filter einen einfachen Passivfilter. Bevorzugt ist ein Widerstand/Kondensator-Filter, was unten näher erläutert wird. Es wurde gefunden, daß ein einfacher Widerstand/Kondensator-Passivfilter eine geeignete Übertragungsfunktion liefert, die für aktive Rauschunterdrückungsanwendungen geeignet ist. Dieser einfache Passivfilter kann Widerstands- und Kondensatorwerte haben, die in Abhängigkeit von der Art des Kopfhörers, des Kopfhörer-Tonwandlers usw. variieren.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Implementierung der Erfindung.
Der Kopfhörer ist links von einer gestrichelten Linie 2 in der Figur dargestellt und zusammenfassend mit einem Pfeil 4 bezeichnet. Auf der anderen Seite der Zeichnung, d. h. rechts von der gestrichelten Linie 2, ist die Rauschunterdrückungsschaltung dargestellt, die zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 6 bezeichnet ist.
Beispielsweise kann die Rauschunterdrückungsschaltung in einem tragbaren elektronischen Gerät angeordnet sein, beispielsweise einem tragbaren Audiosystem, einschließlich solcher die unter dem Handelsnamen Walkman vertrieben werden. Die Schaltung kann alternativ von einem Heimstereosystem, einem Fernsehset oder verschiedenen anderen Geräten umfaßt sein, die einem Benutzer einen Ton zur Verfügung stellen.
Typischerweise ist die Rauschunterdrückungsschaltung 6 jedoch in einem Passagiertransportmittel vorgesehen. Es wird noch einmal darauf hingewiesen, daß eine Anzahl verschiedener Arten von Passagiertransportmitteln so ausgeführt sein kann, daß die Rauschunterdrückungsschaltung in einer Sitzinstallation (möglicherweise im Bereich einer Armlehne) eines Verkehrsflugzeugs, eines Zuges, eines Busses, eines privaten Autos oder dergleichen vorgesehen ist.
In 1 ist der Tonwandler für den Kopfhörer 4 ein Elektret-Kondensatormikrophon 8, und der Ausgang des Mikrophons geht an ein Passivfilter-Netzwerk mit einem Widerstand 10 und einem Kondensator 12. Der Ausgang des Passivfilter-Netzwerks ist mit den Bezugszeichen 14 und 16 bezeichnet, und diese Ausgänge sind typischerweise als Stifte an einem Stecker ausgeführt, welcher von einer geeigneten Buchse oder Steckdose in dem Gerät aufgenommen wird, welches die Rauschunterdrückungsschaltung umfaßt.
Gemäß 1 umfaßt der Kopfsprechhörer 4 auch einen Lautsprecher 18, der Eingangssignalverbindungen 20 und 22 aufweist. Die Verbindungen 20 und 22 sind bei der Nutzung mit entsprechenden Steckerstiften (nicht dargestellt) elektrisch verbunden, so daß sie mit einem entsprechenden elektrischen Signal von dem Ausgang der Rauschunterdrückungsschaltung versorgt werden können, die in der entsprechenden Steckdose entfernt von dem Kopfhörer vorgesehen ist. Es wird nun auf die Rauschunterdrückungsschaltung Bezug genommen. Der Eingang der Rauschunterdrückungsschaltung von dem Mikrophon wird durch die Eingänge 24 und 26 repräsentiert. Der Eingang 26 kann eine Referenz sein, beispielsweise eine Erdung, der Eingang 24 wird auf über einen Kondensator 30 auf einen Verstärker 28 gegeben. Die Spannungsversorgung VVC und ein Vorwiderstand 32 sind ebenfalls vorgesehen. Der Ausgang des Verstärkers 28 wird auf die Rauschunterdrückungsschaltung gegeben, welche ein Passivnetzwerk umfaßt oder aktiv ist, beispielsweise mittels Implementierung eines Mikroprozessors. Die Rauschunterdrückungsschaltung, die genutzt werden kann, ist in diesem Dokument nicht beschrieben, weil sie dem Fachmann bekannt ist. Der Ausgang der Rauschunterdrückungsschaltung wird auf einen entsprechenden Ausgangsverstärker 34 gegeben, um sie an Ausgangsanschlüsse 36 und 26 zu liefern, welche mit den Anschlüssen 20 und 22 des Kopfhörer-Lautsprechers verbunden sind.
Unter Bezugnahme auf 2 wird das oben beschriebene Passivfilter-Netzwerk weiter erläutert. Der Tonwandler 8 in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Elektret-Kondensatormikrophon. Dieses Mikrophon verhält sich wie eine Stromquelle für den Fall einer Signal-Betrachtungsweise. Mittels Nutzung einer Norton-Thevenin-Umwandlung kann das Mikrophonsignal als eine Spannungsquelle in Reihe mit dem Vorwiderstand, Rvor, betrachtet werden. In 2 ist das Mikrophonsignal als eine Spannungsquelle 40 dargestellt, deren Ausgang in Reihe mit dem Vorwiderstand Rvor ist. Die Spannungsquelle und der Vor widerstand sind parallel zu dem Passivfilter, welcher den Widerstand 10 und den Kondensator 12 umfaßt. Das in 2 gezeigte Netzwerk liefert eine Übertragungsfunktion wie folgt:
Dieses ist eine geeignete Übertragungsfunktion für aktive Rauschunterdrückungsanwendungen, d. h. der Ausgang der Schaltung in 2 ist für die Versorgung einer "generischen" bzw. "herstellerkompatiblen", aktiven Rauschunterdrückungsschaltung geeignet.
Deshalb ergibt sich, daß die Werte des Widerstands und des Kondensators der Komponenten 10 und 12 in 2 unabhängig von den allgemeinen akustischen Eigenschaften des Kopfhörers, beispielsweise Form und Größe der Ohrteile und der Orientierung des Mikrophons relativ zu dem Lautsprecher, gewählt werden können.
3 zeigt schließlich eine typische Implementierung. Die Bezugszeichen in dieser Figur sind die gleichen wie die in 1, und es ergibt sich, daß der Widerstand 10 einen Wert von 3,3 kΩ, der Kondensator 12 einen Wert von 68 nF und der Vorwiderstand 32 einen Wert von 4,7 kΩ haben.
Typischerweise ist die Kopfhörer-Kompensation dadurch bestimmt, daß die Rauschunterdrückung für den besten zu versorgenden Kopfhörer optimiert wird und dann die Kompensation für andere Kopfhörer durchgeführt wird, um diese auf das gleiche Leistungsniveau zu bringen.
Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung wesentliche Vorteile liefert, indem eine Anzahl verschiedener Kopfhörer oder Kopfsprechhörer genutzt werden kann, ohne daß die genutzte Rauschunterdrückungsschaltung umkonstruiert, verändert oder modifiziert werden muß. Deshalb kann die Rauschunterdrückungsschaltung Standardparametern entsprechend konstruiert werden und in verschiedenen Geräten eingebaut werden, beispielsweise persönlichen Stereohörern oder Passagiersitzinstallationen, wobei es den Nut zern ermöglicht ist, ihre eigenen bevorzugten Kopfhörer oder verschiedene andere Kopfhörer zu verwenden.
Zusammenfassung
Kopfhörer, die typischerweise für Flugzeugpassagiere genutzt werden und mit Rauschunterdrückungsmikrophonen ausgestattet sind, weisen ein Filternetzwerk auf, das an jedem Kopfhörer angebracht ist, um die Antwort jedes Mikrophons wenigstens überwiegend in Richtung einer normierten Impedanz/Antwort-Kurve auszugeben. Auf diese Weise können Kopfhörer verschiedener Hersteller mit einem bordseitigen Rauschunterdrückungssystem genutzt werden, welches eigentlich für die Kopfhörer eines Herstellers optimiert ist. Der Filter kann ein einfacher Hochpaßfilter sein und ist vorzugsweise in den Kopfhörer eingebaut.

Claims

Rauschunterdrückungssystem mit: – einem Kopfhörer mit einem Tonwandler und einem Kopfhörer-Lautsprecher, – einer Rauschunterdrückungsschaltung, die entfernt von dem Kopfhörer angeordnet ist, den Kopfhörer-Lautsprecher versorgt und von dem Tonwandler versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter vorgesehen ist zum Normieren des Ausgangs des Tonwandlers des Kopfhörers auf die Rauschunterdrückungsschaltung.
Rauschunterdrückungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne, daß der Filter am Ausgang des Tonwandlers angeordnet ist, um bei der Nutzung eine wirksame Rauschunterdrückung zu erreichen.
Rauschunterdrückungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne, daß der Filter einen passiven elektronischen Filter umfaßt.
Rauschunterdrückungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichne, daß der Filter ein Widerstand/Kondensator-Netzwerk umfaßt.
Rauschunterdrückungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter ein Hochpaßfilter parallel zu dem Tonwandler ist.
Rauschunterdrückungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tonwandler ein Elektret-Kondensatormikrophon umfaßt.
Kopfhörer für ein Rauschunterdrückungssystem, wobei der Kopfhörer ein oder mehrere Kopfhörer-Lautsprecher zum Versorgen eines Benutzers mit Ton aufweist und wobei wenigstens ein Tonwandler in dem Kopfhörer benachbart zu dem Lautsprecher vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Tonwandlers als ein elektrisches Signal geliefert und auf einen Filter gegeben wird und daß der Ausgang des Filters an einer Rauschunterdrückungsschaltung anliegt, um Rauschen von dem an den Lautsprecher gelieferten Signal zu löschen.
Kopfhörer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter ein Hochpaßfilter ist.