ES2281160T3 - Sistema de anulacion de ruido activo de ganancia variable con deteccion de ruido residual mejorada. - Google Patents
Sistema de anulacion de ruido activo de ganancia variable con deteccion de ruido residual mejorada. Download PDFInfo
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Abstract
UN SISTEMA ACTIVO DE CANCELACION DE RUIDO INCLUYE UNA SERIE DE CARACTERISTICAS PARA UNA CANCELACION MAS EFECTIVA, MAYOR FIABILIDAD Y MEJOR ESTABILIDAD. UNA CARACTERISTICA PARTICULAR ADAPTADA A SISTEMAS DE AURICULARES INCLUYE LA LOCALIZACION DE UN MICROFONO RESIDUAL DESVIADO RADIALMENTE DEL CENTRO DE UN GENERADOR DE SONIDO, PARA DETECTAR UNA SEÑAL MAS SIMILAR A LA QUE INCIDE SOBRE EL PABELLON AUDITIVO DEL USUARIO. ADEMAS, UN DISEÑO DE AURICULAR CON LA PARTE POSTERIOR ABIERTA INCLUYE PERFORACIONES EN LA PARTE LATERAL DEL AURICULAR, EN LUGAR DE HACERSE EN LA PARTE POSTERIOR, DE MODO QUE LAS PERFORACIONES SEAN MENOS SUSCEPTIBLES A UN BLOQUEO INADVERTIDO. EL SISTEMA INCLUYE IGUALMENTE UN MECANISMO PARA DETECTAR CAMBIOS EN LAS CARACTERISTICAS ACUSTICAS DEL AMBIENTE QUE PUEDEN SER CAUSADOS, POR EJEMPLO, POR PRESION EJERCIDA SOBRE LOS AURICULARES, Y QUE PODRIAN DESESTABILIZAR EL SISTEMA DE CANCELACION. EL SISTEMA RESPONDE AUTOMATICAMENTE A DICHOS CAMBIOS, POR EJEMPLO, REDUCIENDO LA GANANCIA O LA RESPUESTA DE FRECUENCIA DEL SISTEMA A FIN DE CONSERVAR LA ESTABILIDAD. EL SISTEMA INCLUYE ADEMAS OTROS PROCEDIMIENTOS PARA DETECTAR LA INESTABILIDAD INMINENTE, Y PARA COMPENSAR, POR EJEMPLO, PARA DETECTAR LA APARICION DE SEÑALES DENTRO DE FRECUENCIAS DE REFUERZO CARACTERISTICAS DEL INICIO DE LA ESTABILIDAD, Y AJUSTAR LA GANANCIA DE LA RESPUESTA DE FRECUENCIA DEL SISTEMA O SUPRIMIR LAS SEÑALES REFORZADAS. EL SISTEMA INCLUYE ADEMAS UN MECANISMO PARA CONSERVAR LA DURACION DE LAS BATERIAS DESCONECTANDO EL SISTEMA CUANDO LOS NIVELES SONOROS SON BAJOS, O AJUSTANDO LA ALIMENTACION DE POTENCIA AL SISTEMA DE MANERA QUE COINCIDA CON LOS REQUISITOS DE ALIMENTACION DEL SISTEMA EN ESE MOMENTO DADO.
Description
Sistema de anulación de ruido activo de ganancia
variable con detección de ruido residual mejorada.
La presente invención se refiere a un auricular
para un casco con auriculares de anulación de ruido activo de un
tipo que no forma un aislamiento acústico entre el auricular y la
cabeza del usuario, que comprende una carcasa, un accionador para
producir antirruido y un micrófono, dispuesto de manera que se
encuentra en el interior del conducto auditivo de un usuario, para
producir una señal residual, y a un sistema de casco con
auriculares de anulación de ruido activo de un tipo que no forma un
aislamiento acústico entre el auricular y la cabeza del usuario,
que comprende un auricular adaptado para sostenerse contra el oído
de un usuario, un procesador, para generar las señales de
accionamiento para el accionador según dicha señal residual, y unos
medios para aumentar la respuesta de baja frecuencia del
auricular.
De manera convencional, los cascos con
auriculares pasivos y los protectores auditivos sobre los oídos
comprenden una par de auriculares acoplados mediante una banda para
la cabeza elástica. Una almohadilla de espuma anular adjunta a cada
auricular forma una amortiguación entre la carcasa del auricular y
la cabeza del usuario. La cinta para la cabeza elástica aprieta los
auriculares contra la cabeza del usuario. El sonido ambiente se
atenúa antes de alcanzar el oído de la persona que lo lleva por
oclusión del sonido mediante los auriculares y absorción del sonido
transmitido mediante materiales dentro de los auriculares. El grado
de atenuación conseguido depende de la naturaleza del ruido
ambiental y de las calidades y características del casco con
auriculares individual o protectores auditivos.
En varias aplicaciones, sin embargo, la
atenuación pasiva es insuficiente. Algunos ambientes son simplemente
demasiado ruidosos para la comodidad o incluso para la seguridad
con sólo protectores auditivos pasivos. En otros ambientes, la
anulación de ruido externo es primordial, y no pueden lograrse
resultados satisfactorios utilizando medios pasivos. Aunque la
amplitud del ruido externo puede disminuirse significativamente, es
casi imposible aislar completamente al usuario del ruido externo
utilizando medios pasivos. Además, los protectores auditivos
pasivos atenúan todo el sonido, sin tener en cuenta si el usuario
necesita o quiere oír sonidos concretos.
Los sistemas de anulación de ruido activo
eliminan el sonido no deseado utilizando interferencia destructiva.
La anulación se consigue propagando antirruido idéntico a las ondas
de sonido no deseadas, pero invertido, que interactúa con la forma
de onda no deseada y da como resultado la anulación. Un casco con
auriculares de anulación activo con retroalimentación comprende
normalmente un generador de sonido en cada auricular para producir
antirruido y un micrófono residual, ubicado asimismo en cada
auricular, para proporcionar señales de retroalimentación a un
controlador que genera la señales de antirruido apropiadas. Cada
micrófono detecta el sonido no deseado dentro de cada auricular y
proporciona las señales correspondientes al controlador. El
controlador suministra señales de antirruido al generador de sonido
que corresponden al sonido detectado en el auricular, pero
invertido, con respecto a la forma de onda no deseada. Cuando el
antirruido interactúa con el sonido dentro de cada auricular, la
interferencia destructiva entre el ruido y el antirruido anula el
sonido no deseado.
De manera ideal, el micrófono residual en los
sistemas de retroalimentación percibe los mismos sonidos que el
tímpano del oyente. Bajo esta consideración, es vital la proximidad
efectiva al tímpano; la finalidad de los sistemas de anulación es
reducir el sonido no deseado en el tímpano a cero, pero en realidad
actúan sobre el sonido detectado por el micrófono. En consecuencia,
es deseable que el micrófono se coloque lo suficientemente cerca
del tímpano para detectar un campo de ruido razonablemente similar
al percibido por el oyente. Sin embargo, el tímpano se ubica en una
parte profunda del canal auditivo. Colocar un micrófono dentro del
canal auditivo es generalmente poco práctico y muy incómodo para el
usuario. Además, el ubicar el micrófono a una distancia
considerable del generador de sonido causa: un desplazamiento de
fase entre las señales residuales y de anulación y provoca
inestabilidad. Como resultado, los sistemas de anulación activos
aproximan de manera convencional el sonido percibido por el oyente
ubicando el micrófono lo más cerca posible del canal auditivo sin
llegar a penetrarlo realmente.
De manera convencional, el micrófono se coloca
directamente entre el generador de sonido y el oído en alineación
axial con el generador de sonido y de ahí el campo de antirruido,
por ejemplo dispuesto en el centro de una rejilla que cubre el
generador de sonido. Para cascos con auriculares que no formen un
aislamiento acústico entre el auricular y la cabeza del usuario, el
sonido de anulación detectado mediante un micrófono colocado en el
centro de este tipo es considerablemente diferente del sonido de
anulación percibido por el usuario. Debido a la proximidad del
micrófono al generador de sonido y al centro del campo de
antirruido, el sonido de anulación detectado por el micrófono se
atenúa muy poco. A medida que el punto de medición se aleja del
generador de sonido, el nivel del sonido detectado disminuye debido
a la resistencia acústica relativamente baja del almohadillado de
espuma entre la carcasa del auricular y la cabeza del usuario. Así,
la incidencia del sonido de anulación sobre el tímpano del oyente
es de una amplitud considerablemente menor que el sonido primario
detectado por el micrófono. En consecuencia, la eficacia del sistema
de anulación sufre porque el antirruido en el canal auditivo no es
suficiente para anular las ondas de sonido.
Para mejorar las respuestas de baja frecuencia,
algunos cascos con auriculares utilizan un diseño abierto en la
parte posterior. Por ejemplo, en muchos diseños se realizan una
serie de perforaciones en la parte posterior del casco con
auriculares, permitiendo al aire entrar y salir de la cámara
dispuesta detrás del generador de sonido para aumentar la respuesta
de frecuencias más baja.
Ejemplos de auriculares para sistemas de
anulación de ruido activos se dan a conocer en los documentos
EP-A-0468610,
EP-A-0237454 y
US-A-5181252.
Un auricular según la presente invención se
caracteriza porque el micrófono se dispone en relación al accionador
de tal manera que, en el funcionamiento, el antirruido detectado
por el micrófono se atenúa con respecto al antirruido que se
hubiera detectado si el micrófono hubiera estado desprotegido en
cualquier ubicación coaxial con el accionador entre el accionador y
el canal auditivo del usuario.
Preferentemente, el micrófono se dispone
descentrado con respecto al accionador.
Preferentemente, el micrófono se protege del
antirruido producido por el accionador.
Preferentemente, el accionador es un altavoz que
presenta un diafragma circular y el micrófono se sitúa radialmente
desplazado del centro del diafragma.
Preferentemente, la carcasa comprende un reborde
anterior para una disposición próxima al oído del usuario, una
parte posterior y una parte transversal entre dicho reborde y partes
posteriores que forman una cavidad interna, disponiéndose dicho
accionador y dicho micrófono dentro de dicha cavidad interna de la
carcasa, y por lo menos una abertura en dicha carcasa, que comunica
con dicha cavidad interna, se dispone detrás de dicho accionador
para mejorar la respuesta de baja frecuencia del auricular. Más
preferentemente, dicha abertura o aberturas se disponen en dicha
parte transversal de dicha carcasa. Aún más preferentemente, dicha
parte transversal se adentra desde dicha parte de reborde
anterior.
Un sistema de cascos con auriculares de
anulación de ruido activo según la presente invención se caracteriza
por unos medios para proporcionar una señal deseada seleccionada al
oído del usuario mediante el accionador, unos medios para variar de
manera selectiva la función de transferencia del sistema en
respuesta a condiciones predeterminadas indicativas de
inestabilidad potencial, unos medios para generar indicios de
condiciones indicativas de necesidades de energía reducidas del
sistema y disminución sensible del consumo de energía de
determinadas partes del sistema y siendo el auricular un auricular
según la presente invención.
A continuación se describirá una forma de
realización de la presente invención a título de ejemplo haciendo
referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 ilustra una forma de realización de
un casco con auriculares que incorpora un sistema de anulación de
ruido según la presente invención;
las figuras 2A-2B describen
respectivamente vistas lateral en sección y frontal de uno de los
auriculares del casco con auriculares de la figura 1; y
las figuras 3 y 3A son diagramas de bloque de
sistemas de control para el casco con auriculares de la figura
1.
El término casco con auriculares tal como se
utiliza en la presente memoria comprende pero no se limita a
protectores del oído, auriculares; audífonos y cascos con
auriculares telefónicos y cascos con auriculares. El término ruido
tal como se utiliza en la presente memoria comprende tanto señales
acústicas periódicas como no periódicas, incluyendo vibraciones en
cuerpos sólidos y líquidos.
Según la figura 1 un casco 100 con auriculares
de anulación de ruido comprende de manera adecuada un primer
auricular 1 y un segundo auricular 2, acoplados mediante una banda 3
elástica para la cabeza. Los micrófonos externos 300a, b se montan
en la parte exterior de los auriculares 1, 2, de forma adecuada bajo
la banda 3 para la cabeza Los auriculares 1 y 2 encierran
respectivamente unidades de generación de sonido y micrófonos
internos (no representados), que se acoplan eléctricamente mediante
los grupos respectivos de cables 4, 5 a un controlador 6. El
controlador 6 puede estar conformado en una sola pieza con uno o más
auriculares 1 y 2, por la banda 3 para la cabeza o, por otra parte,
de uno o más de los otros componentes para formar un casco con
auriculares unitario. Preferentemente, sin embargo, el controlador 6
constituye una unidad separada para facilitar el montaje, y, cuando
se utilizan baterías como una fuente de energía, proporciona el
espacio adecuado para alojar las baterías.
Los cables 4 y 5 se acoplan preferentemente de
manera extraíble al controlador 6 a través de un conector 5a
adecuado. Si se desea, el controlador 6 también puede conectarse,
adecuadamente a través de un enchufe 56 hembra de audio
convencional de 118 mch, a una fuente de sonido que desee hacerse
pasar a través del casco 100 con auriculares y comunicarse con el
usuario. Las fuentes de sonido de paso a título de ejemplo
comprenden elementos tales como equipos de sonido de consumidor
convencionales tales como radios, y reproductores de cinta o CD, y
sistemas de intercomunicación u otros sistemas de comunicación.
Un controlador 6 separado facilita la
incorporación del controlador 6 en otra pieza del equipo o aparato,
como por ejemplo, en el reposabrazos o reposacabezas de un asiento
de un avión (indicado de forma general en la figura 1 como 6a), en
el lugar que se desee. El uso de una unidad de controlador separada
comporta asimismo que la parte del sistema que el usuario lleva
sobre la cabeza sea más ligera y más cómoda. Además, la parte
extraíble del sistema es menos cara. En contextos en los que las
unidades de cascos con auriculares se distribuyen en diferentes
momentos a un gran número de usuarios diferentes para su utilización
con un controlador instalado determinado, tal como en el uso con
pasajeros de líneas aéreas, esto puede presentar una ventaja
significativa. En el contexto del uso en una línea aérea, las
señales de audio convencionales del avión serían la fuente de
señales de paso al controlador 6.
El controlador 6 puede comprender un controlador
virtual de tierra. Se describen ejemplos en el documento
WO-A-93/03479. Un aspecto de un
controlador 6 tal como se describe en la solicitud citada se adapta
particularmente para anular tonos armónicamente relacionados en el
ruido. En consecuencia, un controlador 6 de tierra virtual de este
tipo emplea una entrada de señales de sincronización, derivada de
manera adecuada de una fuente de señales de sincronización
apropiada, como por ejemplo, de un circuito de bucle de enganche de
fase alimentado con una señal desde un micrófono montado en el
exterior de los auriculares.
El controlador 6 puede comprender de forma
alternativa controladores más sofisticados, como por ejemplo,
controladores de filtro X o controladores periódicos. Un
controlador de filtro X adecuado se describe en la patente US nº
4.473.906, publicada el 25 de septiembre de 1984, de Warnaka, et
al., y un controlador periódico adecuado se describe en la
patente US nº 4.654.871, publicada el 31 de marzo de 1987, de
Chaplin et al. Varios aspectos de la presente invención
pueden aplicarse también a sistemas de control de ruidos
predictivos.
Haciendo referencia a continuación a la figura
2A, cada auricular 1, 2 incluye de forma adecuada un generador de
sonido 22, una carcasa que presenta una superficie 24 interna,
adecuadamente cóncava, una rejilla 26, un micrófono 28 y una
almohadilla 30. Adecuadamente, los auriculares 1 y 2 son
sustancialmente idénticos; por lo que sólo se describe un auricular
(1) en la presente memoria. La superficie 24 interna y la
almohadilla 30 forman una cavidad interna dentro del auricular 1.
La unidad de generación de sonido 22 se sitúa detrás de una
perforación (orificio) formado en la superficie 24 interna, y la
perforación se cubre con la rejilla 26. La rejilla 26 está
adecuadamente constituida por plástico o metal y transmite
normalmente ciertas propiedades acústicas al sistema de sonido para
conseguir la respuesta acústica deseada, además de proporcionar una
función de protección.
El generador de sonido 22 recibe una señal de
activación que comprende una adecuada anulación del controlador 6
(y, si se desea, señales de entrada de paso) y las transforma en
vibración mecánica. Estas vibraciones mecánicas generan ondas
sonoras que se propagan a través de la rejilla 26 y a la cavidad
interna del oído del usuario.
La almohadilla 30 de espuma se fija,
adecuadamente de manera coaxial, al perímetro de la superficie 24
interna del auricular 1. La almohadilla 30 de espuma es
preferentemente anular, aunque se contempla que la almohadilla 30
de espuma pueda diseñarse de otra manera, es decir, que pueda cubrir
el generador de sonido 22 y la superficie 24 interna. La
almohadilla 30 de espuma proporciona un acolchado entre el auricular
1 y la cabeza del usuario, y se sujeta suavemente entre la cabeza
del usuario y el auricular 1. Típicamente, la naturaleza de la
almohadilla 30 de espuma es tal que no proporciona un aislamiento
acústico entre el auricular 1 y la cabeza del usuario o su oído.
Varios aspectos de la presente invención, sin embargo son aplicables
a los cascos con auriculares provistos de una almohadilla que sí
forma un aislamiento acústico entre los cascos con auriculares y la
cabeza del usuario.
Según un aspecto de la presente invención, el
micrófono 28 puede colocarse en uno u otro lado de la rejilla 26
que está lo más próxima al generador de sonido 22 o que está lo más
próxima al oído. Como se muestra en la figura 2A, el micrófono 28
está adecuadamente colocado desviado (radialmente, de manera
adecuada) del centro de la rejilla 26, y, más particularmente,
desviado del centro del generador de sonido 22. El micrófono 28
puede colocarse en cualquier dirección desde el centro del generador
22 de sonido. En la forma de realización preferida, sin embargo, el
micrófono 28 está desviado del centro en la dirección
correspondiente a la parte superior de la cabeza del usuario.
Aunque el micrófono 28 puede disponerse también desviado en
direcciones correspondientes a las partes inferior o laterales del
auricular 1, la recepción puede bloquearse por el micrófono 28 que
cubre el oído del usuario. La posición particular del micrófono 28
depende de varios parámetros acústicos, tales como la distancia del
generador de sonido 22 desde el tímpano del usuario, el tamaño de la
cavidad interna, las características de la rejilla 26 y otras
propiedades que afectan a la propagación del sonido en la cavidad
interna.
Atenuando de manera eficaz la anulación del
ruido detectada por el micrófono 28, puede hacerse que el sistema
anule el ruido recibido en el tímpano del usuario de manera más
precisa. Tal atenuación puede realizarse disponiendo el micrófono
28 desviado del centro del generador de sonido 22. Como la
disposición del micrófono 28 está desviada lateralmente del centro
del generador de sonido 22, la amplitud del sonido de anulación
(antirruido) detectado por el micrófono 28 disminuye en comparación
con la amplitud del antirruido en una posición alineada con el
centro del generador de sonido 22. Como el objetivo del sistema de
anulación del ruido es minimizar el ruido no deseado percibido por
el usuario, la posición más ventajosa del micrófono 28 es la
posición en la que se aproxima más al sonido percibido por el
usuario. Esta posición varía según el diseño particular de los
cascos 100 para auriculares. La mejor posición puede determinarse
por ensayo y error, o detectando las variaciones de la presión de
sonido en la rejilla 26 para determinar la posición que muestra la
respuesta de frecuencia más similar a la del tímpano. Situando el
micrófono 28 en una posición adecuada desviada del centro de la
rejilla 26, el sonido percibido por el usuario puede aproximarse sin
los problemas asociados a la inserción de un micrófono en el
conducto auditivo del usuario.
Alternativamente, la atenuación puede realizarse
con el micrófono 28 colocado cerca del centro de la rejilla 26,
pero protegido del generador de sonido 22. Por ejemplo, si el centro
de la rejilla 26 es una placa continua sólida, el micrófono 28
puede montarse en el centro de la rejilla 26 si el centro de la
placa protege de manera suficiente al micrófono 28 para simular de
manera precisa el sonido percibido en el tímpano del usuario.
Haciendo referencia a continuación a la figura
2B, el auricular 1 que presenta una parte posterior abierta para
ampliar la respuesta de baja frecuencia adecuadamente incluye una
carcasa 259 externa, y una pared 257 interna separada de la carcasa
259 externa por una cavidad 286 de aire. El generador de sonido 22
se dispone con la pared 257 interna, y comprende un diafragma 250.
La pared 257 forma una cámara 252 detrás del diafragma 250. La
parte posterior de la cámara 252, es decir, la pared 257, incluye
las perforaciones 254 para permitir que el aire entre en la cámara
252 y salga de la cámara 252 y entre en el espacio 256 formado entre
la carcasa 259 externa y la parte posterior de la cámara 252 (pared
257). Las perforaciones 258 se forman en el lateral de la carcasa
259 externa, compensando la presión de aire entre la cámara 252, el
espacio 256 entre la cámara 252 y el auricular 1, y el aire
ambiental.
Alternativamente, la carcasa 259 externa puede
ser sólida, y comprender un reborde anterior para su disposición
próxima al oído del usuario, una parte posterior y una parte
transversal entre el reborde y de las partes posteriores, se
adentra radialmente desde el reborde. Pueden formarse aberturas a
través de la carcasa 259 que comunican con la cavidad interna por
detrás del diafragma 250 del generador de sonido para ampliar la
respuesta de baja frecuencia del auricular. Como las aberturas
abiertas en una pared transversal, que se adentran desde el reborde
de la carcasa, son menos susceptibles de bloqueo.
La disposición de perforaciones 258 en el
lateral del auricular 1 mejora la respuesta de baja frecuencia de
los cascos con auriculares 100. Las perforaciones 258 se limitan
preferentemente en número y tamaño para cerrarse acústicamente a
frecuencias por encima de una predeterminada frecuencia de corte. En
la forma de realización preferida, se proporcionan tres
perforaciones de 2 milímetros cuadrados para proporcionar una
frecuencia de corte de aproximadamente 1.000 Hz. Por lo tanto sólo
las frecuencias por debajo de aproximadamente 1.000 Hz se
mejoran.
Disponiendo las perforaciones 258 en el lateral
del auricular 1, particularmente donde la pared lateral se adentra
desde la periferia del auricular, se reduce la probabilidad de
obstrucción de las perforaciones 258, mejorando la fiabilidad de la
función de transferencia característica. Los laterales del auricular
1 son menos susceptibles de cubrirse inadvertidamente por las manos
del usuario o por otra obstrucción. Sin embargo las perforaciones
en el lateral del auricular 1 proporcionan una respuesta de baja
frecuencia mejorada.
Haciendo referencia a continuación a la figura
3, se describirá el controlador 6 de la figura 1 de manera más
completa. El controlador 6 comprende adecuadamente: un adecuado
circuito de anulación 310, filtros 302 y 304, respectivamente, de
paso de banda, un adecuado circuito de comparación 306, y un
circuito de control 308 de ganancia adecuado. Una señal residual
desde el micrófono 28 se aplica al circuito de anulación 310 en el
controlador 6, que adecuadamente procesa la señal residual para
desarrollar una señal de anulación. La señal de anulación
representa la señal residual, pero invertida, y, si se desea,
filtrada y modificada adecuadamente según una función de
transferencia característica de las propiedades electromecánicas del
sistema. La señal de anulación se proporciona entonces al generador
de sonido 22 para que el antirruido resultante corresponda al
sonido detectado por el micrófono 28, pero invertido respecto al
sonido detectado.
Para garantizar una suficiente anulación, el
controlador 6 proporciona una ganancia particular respecto a la
amplitud de la señal. Si la ganancia del controlador 6 es demasiado
baja, la señal de anulación es insuficiente y el ruido se anula de
manera menos eficaz. A la inversa, si la ganancia es demasiado alta,
un sistema de retroalimentación desestabiliza y cae en
oscilaciones. De manera similar, la eficacia de un sistema de
alimentación anticipada se deteriora si la ganancia es demasiado
alta. Por lo tanto, la ganancia del controlador 6 se regula
preferentemente de manera controlada, con el objetivo de
proporcionar la ganancia más alta posible sin perder la
estabilidad.
El controlador 6 emplea preferentemente
circuitos 308 de control automáticos de ganancia para regular la
ganancia del sistema de anulación de ruido. Un aspecto de la
presente invención utiliza el efecto de mejora común a muchos
sistemas de control de retroalimentación. En sistemas de tierra
virtuales, por ejemplo, las frecuencias dentro de determinados
ciertos intervalos de frecuencia de mejora se amplían inmediatamente
antes de que el sistema se desestabilice. Generalmente, el efecto
de mejora se da inicialmente entre dos intervalos, un intervalo de
mejora de alta frecuencia y un intervalo de mejora de baja
frecuencia. Por lo tanto, a medida que la ganancia se incrementa,
las ondas sonoras en los intervalos de mejora alto y bajo (a los que
se hace referencia como intervalos de frecuencia de mejora en
adelante) se amplían en lugar de anularse. A medida que la ganancia
aumenta adicionalmente, el sistema cae en la inestabilidad.
Los intervalos de frecuencia de mejora
normalmente están bien definidos para un sistema, y el sistema se
diseña adecuadamente para tener un intervalo particular de
frecuencia de mejora fuera del ancho de banda de anulación. El
sistema puede diseñarse también para que el grado de mejora sea
proporcional a la ganancia. En la realización ejemplificada en la
figura 3, un micrófono externo 300 se monta adecuadamente en la
parte externa del auricular 1. El micrófono externo 300 proporciona
una señal de salida que corresponde al campo de ruido detectado en
el exterior del auricular 1. Las señales de salida de los micrófonos
28 y 300 se aplican al circuito 310 de anulación como señales de
retroalimentación y de alimentación anticipada, respectivamente, y a
través de los respectivos filtros 302, 304 de paso de banda, al
circuito 306 de comparación. Los filtros 302, 304 de paso de banda
presentan cada uno un paso de banda predeterminado, al menos
parcialmente dentro del intervalo de frecuencia de mejora alta,
preferentemente con una frecuencia de centro de manera adecuada
aproximadamente en el centro, del intervalo de frecuencia de
mejora. En la presente forma de realización, sólo se controla el
intervalo de frecuencia de mejora alta, aunque también puede usarse
como alternativa o de manera complementaria frecuencias de mejora
bajas.
El circuito de comparación 306 incluye de manera
adecuada un circuito divisor, que comprende un sistema de circuitos
para dividir las señales de alta frecuencia de mejora filtradas
internas y externas para determinar un indicativo de la proporción
de sus amplitudes respectivas. El circuito 306 de comparación genera
de manera adecuada una señal de salida que indica la desviación
desde un valor umbral predeterminado. El valor umbral se fija
adecuadamente ligeramente por encima del indicativo, es decir, valor
de mejora valor de proporción, asociado con un funcionamiento
adecuadamente estable del sistema. La salida del circuito de
comparación 306 se proporciona entonces adecuadamente para el
circuito de control de ganancia 308, que de manera adecuada ajusta
la ganancia del circuito de anulación 310 de manera que se mantiene
un determinado grado de mejora.
Mientras que el sistema de retroalimentación
está estable, el grado de mejora de alta frecuencia creado por el
sistema de retroalimentación se mantiene relativamente constante. En
consecuencia, la proporción entre la señal externa no procesada y
la señal interna procesada se mantiene esencialmente constante. Sin
embargo cuando el sistema comienza a desestabilizarse, la mejora de
las señales dentro del intervalo de mejora aumenta. Por lo tanto,
aunque la señal procedente del micrófono externo 300 no resulta
afectada, la señal procedente del micrófono interno 28 aumenta,
aumentando por lo tanto la proporción de mejora. En la forma de
realización preferida, el sistema de retroalimentación se diseña
para que el grado de mejora, y por lo tanto la proporción de
mejora, sea proporcional a la ganancia. A medida que el sistema se
aproxima a la inestabilidad, la proporción de mejora excede el
valor umbral, indicando que la inestabilidad es inminente. El
circuito de comparación 306 genera una señal de salida adecuada
proporcional al grado de mejora para el circuito 308 de control de
ganancia para reducir o aumentar la ganancia del circuito 310 de
anulación. A medida que se reduce la ganancia, el sistema retorna
al funcionamiento estable, y la mejora de nuevo cae por debajo del
valor umbral.
De manera similar las frecuencias de banda
intermedia dentro de la banda de anulación que normalmente no están
sometidas a la mejora pueden controlarse para una anulación
excesiva. La mayoría de los sistemas de anulación se diseñan para
proporcionar una determinada cantidad de anulación, por ejemplo 20
dB. Si el sistema supera este umbral, puede volverse inestable. De
manera alternativa, para un sistema de alimentación anticipada, la
anulación excesiva en realidad reduce la efectividad global del
sistema al mejorar las señales en los intervalos de frecuencia de
mejora. Por lo tanto, las señales internas y externas pueden
controlarse para determinar el grado de anulación que está
proporcionando el sistema. El sistema de circuitos de comparación
determina si la señal de anulación es demasiado alta; si es así, la
ganancia del sistema se reduce hasta que la señal de anulación está
otra vez dentro de los parámetros adecuados.
Si se desea, un sistema de anulación de
retroalimentación según la presente invención puede emplear de
manera adicional un micrófono 300 en un sistema de alimentación
anticipada que funciona conjuntamente con el sistema de
retroalimentación para reducir la mejora de alta frecuencia causada
por un sistema de retroalimentación de alta ganancia. Puede
resultar deseable en varias aplicaciones emplear un auricular 1 con
una parte posterior abierta para la respuesta máxima de baja
frecuencia. El micrófono externo 300 se sitúa a una distancia
adecuada predeterminada del generador de sonido 22. El sonido
detectado por el micrófono 300 externo se transforma en señales
eléctricas proporcionadas para el circuito de anulación 310. El
circuito de anulación 310 genera entonces una señal de anulación
basada en parte en la señal detectada externa, proporcionada al
generador de sonido 22. Debido a que la velocidad de propagación de
las ondas sonoras y la distancia entre el micrófono externo 300 y
el generador de sonido 22 se conocen, el retardo de propagación de
las ondas sonoras entre el micrófono externo 300 y el generador de
sonido 22 pueden calcularse para facilitar la correcta relación de
fase entre el ruido y el antirruido. Por lo tanto, el generador de
sonido 22 genera ondas sonoras precisamente invertidas respecto a
las ondas sonoras detectadas por el micrófono externo 300 que se
propagan a lo largo de una línea entre el micrófono externo 300 y
el generador de sonido 22.
Los sistemas de alimentación anticipada son
generalmente muy sensibles a las variaciones de la función de
transferencia característica del sistema, haciéndolos inadecuados
para muchas aplicaciones en las que las propiedades acústicas del
sistema de anulación están expuestas a variación. El sistema de
alimentación anticipada de la realización dada a conocer, sin
embargo actúa conjuntamente con el sistema de retroalimentación para
mejorar el rendimiento del sistema y su estabilidad. El sistema de
retroalimentación proporciona de manera efectiva la anulación en
las frecuencias de banda intermedia del sistema de cancelación, pero
a medida que se acerca a la inestabilidad, la amplitud de las
señales en la región de mejora mejora. Si no se comprueba, las
frecuencias mejoradas alcanzan la amplitud suficiente para
desestabilizar el sistema. El sistema de alimentación anticipada,
sin embargo, anula de manera efectiva las componentes de alta
frecuencia del ruido incidente dentro del intervalo de mejora,
mejorando por lo tanto la calidad global del sistema.
El sistema de alimentación anticipada puede
asimismo incorporarse al circuito cerrado de retroalimentación para
mejorar la anulación en la banda de anulación del sistema. Tal como
muestra la figura 3A, las señales generadas por el micrófono
externo 300 se mezclan con la señal residual generada por el
micrófono interno 28 (como contraria a mezclarse con la señal de
anulación generada por el circuito de anulación 310 y aplicada como
un componente de la señal del activador aplicada al generador de
sonido). Debido a que la señal de alimentación anticipada se mezcla
con la señal residual en lugar de la señal de anulación, la señal de
alimentación anticipada no está sujeta a anulación por la parte de
retroalimentación del sistema de anulación. El sistema de
alimentación anticipada se diseña para anular dentro de la banda de
anulación, que se suma a la anulación proporcionada por el sistema
de retroalimentación. Como resultado, la ganancia del sistema de
retroalimentación puede reducirse hasta un nivel menos susceptible
de inestabilidad.
Claims (8)
1. Auricular para un casco con auriculares de
anulación de ruido activo, de un tipo que no forma un aislamiento
acústico entre el auricular y la cabeza del usuario, que comprende
una carcasa, un accionador (22) para producir antirruido y un
micrófono (28), dispuesto de manera que se encuentra fuera del
conducto auditivo de un usuario, para producir una señal residual,
caracterizado porque el micrófono (28) se dispone en relación
al accionador (22) de manera que, en funcionamiento, el antirruido
detectado por el micrófono (28) se atenúa con respecto al
antirruido que lo habría detectado si el micrófono (28) hubiera
estado desprotegido en cualquier ubicación coaxial con el
accionador (22) entre el accionador (22) y el conducto auditivo del
usuario.
2. Auricular según la reivindicación 1, en el
que el micrófono (28) se dispone descentrado respecto al accionador
(22).
3. Auricular según la reivindicación 1, en el
que el micrófono (28) se protege del antirruido que produce el
accionador (22).
4. Auricular según la reivindicación 1 ó 2,
en el que el accionador (22) es un altavoz que presenta un
diafragma circular y el micrófono (28) se desplazado radialmente del
centro del diafragma.
5. Auricular según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la carcasa comprende un
reborde anterior para su disposición próxima al oído del usuario,
una parte posterior y una parte transversal intermedia a dicho
reborde y de las partes posteriores que forman una cavidad interna,
disponiéndose dicho accionador (22) y dicho micrófono (28) en dicha
cavidad interna de la carcasa, y por lo menos una abertura (258) en
dicha carcasa, que comunica con dicha cavidad interna, se dispone
detrás de dicho accionador (22) para mejorar la respuesta de baja
frecuencia del auricular.
6. Auricular según la reivindicación 5, en el
que dicha abertura o aberturas se disponen en dicha parte
transversal de dicha carcasa.
7. Auricular según la reivindicación 6, en el
que dicha parte transversal se inserta desde la parte de reborde
anterior.
8. Sistema de cascos con auriculares de
anulación de ruido activo de un tipo que no forma un aislamiento
acústico entre el auricular y la cabeza del usuario, que
comprende:
un auricular (1) adaptado para sostenerse contra
el oído de un usuario;
un procesador (6), para generar las señales de
accionamiento para el accionador (22) según dicha señal residual,
y
unos medios (258) para mejorar la respuesta de
baja frecuencia del auricular (1);
caracterizado por
unos medios (1700, 1702) para proporcionar una
señal deseada seleccionada al oído del usuario mediante el
accionador (28);
unos medios (414, 416, 847, 947, 1065, 1066)
para variar de manera selectiva la función de transferencia del
sistema en respuesta a condiciones predeterminadas indicativas de
inestabilidad potencial;
unos medios (1300) para generar indicios de
condiciones indicativas de necesidades de energía reducidas del
sistema y disminuir de manera sensible el consumo de energía de
determinadas partes del sistema; y
siendo el auricular (1) un auricular según la
reivindicación 1.
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