阅读说明：本技术 具有降低环境噪声系统的耳机 (Earphone with system for reducing ambient noise ) 是由 马斯·德尔霍尔姆 艾伦·迈伊格伦·冯·比洛 于 2018-12-07 设计创作，主要内容包括：一种耳机(1；101),适于发送输出音频信号(Tx),并包括语音麦克风(12)和至少一个环境麦克风(21)。耳机包括环境降噪块(ANR),该模块适于降低输出音频信号(Tx)中的环境噪声电平。环境降噪块(ANR)包括测量语音麦克风信号(X)和环境麦克风信号(Y)的电平,以估计语音麦克风信号(X)和环境麦克风信号(Y)之间的特性恒定电平降,这是耳机用户讲话的特征。当电平差大于特性恒定电平降(CLD)时,时变滤波器会使语音麦克风信号(X)通过,且如果电平差小于特性恒定电平降,则时变滤波器会使语音麦克风信号(X)衰减。(A headset (1; 101) is adapted to transmit an output audio signal (Tx) and comprises a speech microphone (12) and at least one ambient microphone (21). The headphone comprises an ambient noise reduction block (ANR) adapted to reduce the ambient noise level in the output audio signal (Tx). The ambient noise reduction block (ANR) includes measuring the levels of the speech microphone signal (X) and the ambient microphone signal (Y) to estimate a characteristic constant level drop between the speech microphone signal (X) and the ambient microphone signal (Y), which is characteristic of the headset user speaking. The time-varying filter passes the voice microphone signal (X) when the level difference is greater than a characteristic Constant Level Drop (CLD), and attenuates the voice microphone signal (X) if the level difference is less than the characteristic constant level drop.)

具有降低环境噪声系统的耳机

技术领域

本发明涉及一种适于发送输出音频信号的耳机，该耳机包括语音麦克风,生成语音麦克风信号；至少一个环境麦克风，生成环境麦克风信号；其中，当用户佩戴该耳机时，语音麦克风被布置成距用户的嘴第一距离，而环境麦克风被布置成距用户的嘴第二距离，其中第一距离小于第二距离。

背景技术

上述类型的耳机可以配备耳机或耳塞，并用于收听音频(例如音乐)和双向通信。它可以有线并***智能手机或计算机中，也可以是无线的，并配有收发器，例如蓝牙收发器。其他类型的耳机包括两个耳机，连接耳机的头带和麦克风臂，借助它们可以在使用过程中将麦克风布置在靠近用户的嘴的位置。能够将麦克风靠近嘴放置是一个很大的优势，因为可以获得更好的信噪比。这就是为什么这种类型的耳机是呼叫中心和办公室中最广泛用于电信的耳机的原因。当用户将这种耳机用于双向通信时，环境噪声(例如来自办公室其他办公室工作人员的讲话)可能会成为问题。首先，噪声可能会与耳机用户的声音一起传输到另一端，这可能会造成干扰。其次，办公室中的通信(可能是机密的)可能到达通信线路另一端的一方，这当然是不希望的。因此，需要提供一种用于耳机的改进的环境降噪系统。

发明内容

根据初步部分的耳机包括环境降噪块，其适于降低输出音频信号中的环境噪声电平，其中，环境降噪块包括以下步骤：

Ⅰ.检测到耳机用户正在讲话，

Ⅱ.测量语音麦克风信号和环境麦克风信号的电平，以估计语音麦克风信号和环境麦克风信号之间的特性恒定电平降，这是耳机用户的讲话的特性，

Ⅲ.构造一个时变滤波器以去除噪声，

Ⅳ.检测语音麦克风信号和环境麦克风信号之间的电平差，

Ⅴ.将语音麦克风信号和环境麦克风信号之间的电平差与特性恒定电平降进行比较，

Ⅵ.当电平差大于特性恒定电平降时，时变滤波器会使语音麦克风信号通过，

Ⅶ.如果电平差小于特性恒定电平降，则时变滤波器会使语音麦克风信号衰减。

使用这样的耳机，可以有效地消除从耳机发送的信号中的环境噪声电平。上面列出的步骤是连续进行的，这意味着每秒多次，实际上每秒可达250次。重要的是，该系统必须具有连续适应性，因为麦克风相对于用户嘴的精确位置会不断变化：首先，由于不同用户佩戴耳机时的解剖学差异；其次，由于耳机在各个用户上的定位的自由度；以及第三，由于用户的运动，例如转动头部，从而改变了嘴相对于麦克风几何形状的精确位置和/或改变了麦克风系统本身的几何形状。

根据实施例，步骤l.-VII.不断发生。

根据实施例，步骤l.-VII.每秒发生多次。

根据实施例，步骤l.-VII.每秒发生100次以上。

根据实施例，步骤l.-VII.每秒发生200次以上。

根据实施例，语音麦克风信号和环境麦克风信号被分成多个频带，例如，65个频带。

根据实施例，在到达环境降噪块之前，快速傅立叶变换算法将语音麦克风信号和环境麦克风信号变换到频域中，并且其中逆傅立叶变换算法将Tx信号变换到时域。可以使用其他滤波器组。

至少一个环境麦克风可以是有源噪声消除麦克风。

耳机可以包括麦克风臂，其中语音麦克风位于麦克风臂的自由端。

根据实施例，耳机包括右环境麦克风，其产生右环境麦克风信号；以及左环境麦克风，其产生左环境麦克风信号；其中，当用户佩戴耳机，右环境麦克风和左环境麦克风两者均布置在距用户嘴的第二距离处，其中，由环境降噪块接收到的环境麦克风信号是第一和第二环境麦克风信号之一与第一和第二环境麦克风信号中另一个的衰减版本之差。

第一或第二环境麦克风信号的衰减版本可以衰减3dB至9dB之间，优选地衰减大约6dB。

根据实施例，当佩戴耳机时，右环境麦克风和左环境麦克风对称地布置在矢状面的每一侧上。

根据实施例，耳机包括第一耳机或耳塞和第二耳机或耳塞，其中右环境麦克风位于第一耳机/耳塞处，且左环境麦克风位于第二耳机/耳塞处。

根据实施例，耳机包括第一耳塞和第二耳塞以及连接第一和第二耳塞的连接部分，连接部分包括颈部，该颈部适于在第一颈部末端和第二颈部末端之间戴在颈上，并且，其中第一电缆部分在第一颈部末端和第一耳塞之间延伸，且第二电缆部分在第二颈部末端和第二耳塞之间延伸，其中，在第一颈部末端和第一耳塞之间的第一电缆部分上布置了麦克风盒，使得第一电缆部分的第一电缆元件在第一颈部末端和麦克风盒之间延伸，而电缆部分的第二电缆元件在麦克风盒与第一耳塞之间延伸，并且，其中，连接部分适于使得当佩戴耳机时，第一颈带末端指向第一方向，且其中，第一电缆元件具有第一电缆元件长度和第一电缆元件挠性，并且第二电缆元件具有第二电缆元件长度和第二电缆元件挠性，其特征在于，调整第一耳塞、第一方向、第一电缆元件长度、第一电缆元件挠性、第二电缆元件长度、第二电缆元件挠性，使得，麦克风盒在佩戴时将位于用户嘴的第一距离处，该第一距离小于8厘米。

语音麦克风可以是全向麦克风。

附图说明

下面参照示出本发明的优选实施例的附图详细解释本发明，其中

图1是根据第一实施例的耳机的透视图，

图2是用户佩戴的耳机的透视图，

图3是耳机的另一个角度的透视图，

图4是处于“非使用”位置的耳机的正视图，

图5是图1-图4所示的耳机的麦克风系统的示意图，

图6是图1-图4所示的耳机的环境噪声系统的示意图，

图7是根据第二实施例的耳机的透视图，

图8是图7所示的耳机的麦克风系统的示意图，图9是示出图5和图8所示的麦克风系统之间的差异的表。

具体实施方式

图1是耳机的透视图。耳机是耳塞式的无线耳机，这意味着它配有可***用户耳朵的小耳塞。因此，它包括要***右耳的第一耳塞2和要***左耳的第二耳塞3。第一和第二耳塞2、3通过连接部分4互连。连接部分4包括具有第一颈部末端6和第二颈部末端7的颈部5，连接第一颈部末端6和第一耳塞2的第一电缆部分8和连接第二颈部末端7和第二耳塞3的第二电缆部分9。第一电缆部分8被分为第一电缆元件81，具有语音麦克风12的麦克风盒10和第二电缆元件82。颈部5包括：主体部分18，在使用过程中，其布置在用户的颈部后面，右臂19，其位于用户的颈部的右侧，左臂20，其位于用户的颈部的左侧。主体部分18和臂19、20是不可弯曲的。第一挠性颈部弯曲部分16将主体部分18与右臂19连接，且第二挠性颈部弯曲部分17将主体部分18与左臂20连接。在松弛状态下，右臂沿方向A1向内和向下指向。当用户佩戴耳机时，颈部将使臂相互远离。左右臂上均设有控制按钮13，用于音量控制、接听电话、拨号、电源开/关、蓝牙配对等。

可充电电池布置在主体部分18中。包括蓝牙收发器的电子设备主要布置在右臂和左臂中。全向麦克风12布置在麦克风盒10中。麦克风开口29提供从环境到语音麦克风12的声学访问。耳机包括ANC(声学噪声消除)系统，并且在第一耳塞2中包括第一环境麦克风21，在第二耳塞3中包括第二环境麦克风。第一和第二耳塞2、3中的每一个都包括具有声音出口11和“耳翼”15的耳凝胶14，以紧靠用户的耳朵的共鸣壁。

图2是用户23佩戴的耳机1的透视图。颈部5围绕用户23的颈部布置，并且第一和第二耳塞2、3被***用户23的耳朵中。由于为颈部5，第一电缆部分8，带有语音麦克风的麦克风盒10选择的特定几何形状、尺寸和材料，确保在麦克风开口29和用户的嘴之间的第一距离D1不大于80mm。如果要在具有背景噪声的环境中获得良好的信噪比，这一点很重要。语音麦克风12是全向麦克风。

图3是从另一个角度的耳机的透视图。颈部5的总长度L5为393mm。第一电缆元件81的长度为83mm，且第二电缆元件82的长度L82为100mm。麦克风盒10的长度L10为45mm。耳塞14与麦克风盒之间的距离D3为100mm。电缆8的厚度为2mm，宽度为3.6mm。麦克风开口矩阵29的长度L29为10mm，并布置在麦克风盒10的一半处。第一电缆元件81离开颈部5的第一端6，其宽侧面之一面向用户的身体，而窄侧面之一面向用户的颈部。这样，可以更好地控制麦克风盒10的位置。佩戴耳机1时，麦克风开口29始终指向前方和上方。

图4是处于“未使用”或“放松”位置的耳机的正视图。颈部弯曲部分16、17之间的最大距离D4为128mm。矢状面PS与指向方向之间的角度VI约为20度。第一和第二耳塞2、3通过磁力保持在一起。

图7是根据第二实施例的耳机101的透视图。该耳机101包括耳机28、头带24、麦克风臂23，在麦克风臂24的外端中的语音麦克风12，在耳机28处的环境麦克风21以及从耳机28悬垂的电缆25。耳机是仅具有一个耳机28的单声道耳机。根据另一实施例，耳机可以是具有两个耳机28的二重耳机，并且在每个耳机28处布置有环境麦克风21。

图8是图7所示的耳机101的麦克风系统的示意图。来自语音麦克风12的语音麦克风信号X和来自环境麦克风21的环境麦克风信号Y被引导至环境降噪系统ANS。当用户23讲话时，语音将使语音麦克风12和环境麦克风21都产生信号。当语音麦克风12更靠近嘴时，语音麦克风信号X将比来自环境麦克风21的环境麦克风信号Y更强且与之相干。更远的声音(例如来自另一个人24的声音)距离耳机用户23一定距离，也会使两个麦克风12、21都产生信号。然而，来自远方人24的声音和其他远方声源从语音麦克风12和环境麦克风21产生更相等的信号电平。两个信号都被馈送到环境降噪系统ANS，并且环境降噪系统ANS可以在某种程度上过滤掉来自远方来源的声音并传递耳机用户的声音。

语音麦克风信号XK和环境麦克风信号YK之间的差异用作频率仓k中的信号主要是用户语音的指示。

图5是图1-图4所示的耳机的麦克风系统的示意图。如前所述，耳机包括语音麦克风12，第一环境麦克风21和第二环境麦克风22。语音麦克风12沿着第一电缆部分8布置在麦克风盒10中。第一环境麦克风21布置在右耳塞2中且第二环境麦克风22布置在左耳塞3中。来自语音麦克风12的音频信号X和来自环境麦克风21、22的环境麦克风信号Y被定向到环境降噪系统ANS。环境麦克风信号Y是从右环境麦克风21减去左环境麦克风22的6dB衰减环境麦克风信号YL而得到的环境麦克风信号YR。该麦克风系统比图8所示的第二实施例的麦克风系统先进。通过使用两个环境麦克风，并从另一个中减去一部分环境麦克风信号，可以在语音麦克风信号X和修改后的环境麦克风信号Y之间获得更大的电平差。如果从右环境麦克风信号中减去整个左环境麦克风信号，则将获得更大的差异，反之亦然。从理论上讲，这将创建一个使用户语音衰减为零(无级幅度下降)的零位平面。但是，将用户语音清零会消除语音麦克风信号X和环境麦克风信号Y之间的相干性，因此无法以这种方式减少环境噪声。因此，左环境麦克风信号YL衰减了6dB。因此，创建了6dB的衰减平面而不是归零平面，该平面仍会放大用户语音与环境噪声之间的对比度，同时在用户讲话时保持语音麦克风信号X与环境麦克风信号Y之间的一致性。

可以使用另一个衰减，例如3dB或9dB。然而，已表明6dB在获得从语音麦克风信号到环境麦克风信号的高电平差或信号电平降之间提供了很好的折衷，并且还防止产生归零平面的风险。

图6是图1-4所示的耳机1的环境降噪系统ANS的示意图。环境降噪系统ANS包括语音麦克风信号X和环境麦克风信号Y到频域的快速傅立叶变换FFT。应当注意，可以使用其他滤波器组将信号分解到频带中。此后，将信号X，Y发送到环境降噪块ANR，在其中进行以下四个步骤：

麦克风适于：

用户讲话时对预期声压电平SPL幅度下降的运行估计。

估算是否被调整以及调整了多少，取决于：

1)语音麦克风上的瞬时声压电平高于一些设定的电平。

2)语音麦克风上的瞬时声压电平比语音麦克风上测得的平均噪声高一些设定的电平。

3)语音麦克风信号X和环境麦克风信号Y之间的相干的短期平均值高于在公差范围内的麦克风信号之间的长期最佳相干。

降噪增益计算：

基于该估计来计算每个频带的NR(降噪)增益。在语音麦克风12与环境麦克风21、22之间呈现出幅度上小于期望的幅度差的测量频带转换为相应的衰减。

降噪增强和平滑

增强在对耳机用户的语音影响有限的频带中降低噪声的能力。

根据耳机用户未讲话的确定性，提高所有频带的降噪效果。

根据耳机用户未讲话的确定性，跨频带进行平滑处理。

NR限制器

根据静态噪声与耳机用户平均语音电平之间的差异，计算每个频带允许的降噪量。

图9是示出在两种不同情况下图5和图8所示的麦克风系统之间的差异的表。第二行显示的是图8所示的2-麦克风解决方案，其为在语音麦克风12靠近嘴放置在最佳位置的情况下以及语音麦克风12移到非最佳位置的情况下，环境麦克风信号Y和语音麦克风信号X之间的关系。在两个位置中，环境噪声为语音麦克风和环境麦克风创建相同的信号电平，从而分数Y_Noise/X_Noise＝1。在最佳位置，对于语音麦克风12，由用户语音引起的信号电平要比环境麦克风21高得多，从而分数Y_user/X_user<1。因此，Y_user/X_user＜Y_Noise/X_Noise。对于第三列中所示的非最佳位置，由于语音麦克风12和环境麦克风31都位于远离嘴的位置，因此它们之间仅有很小的由用户的语音引起的信号电平差异。因此，Y_user/X_user≈Y_Noise/X_Noise≈1。对于第三行所示的图5的3麦克风系统，适用以下条件：在语音麦克风的最佳位置，由于用户的语音，语音麦克风信号X和环境麦克风信号Y之间的信号电平差在大多数情况下要比环境噪声引起的信号电平之间的差高得多。即使在第三列所示的语音麦克风处于非最佳位置时，由用户的语音引起的语音麦克风与环境麦克风之间的电平差仍基本上高于由环境噪声引起的电平差。因此，3-麦克风解决方案对语音麦克风的非最佳位置不太敏感。

参考标号：

A1 第一颈部末端的指向方向

ANS 环境降噪系统

ANR 环境降噪块

D1 第一距离(语音麦克风和嘴之间)

D2 第二距离(环境麦克风和嘴之间)

D3 第三距离(耳道和麦克风盒之间)

D4 颈部弯曲部分之间的最大距离

D5 语音麦克风与第一个环境麦克风之间的距离

VIA1和PS 之间的角

PS 矢状面

L5 颈部长度

L10 麦克风盒长度

L81 第一电缆元件长度

L82 第二电缆元件长度

F81 第一电缆部分的灵活性

F82 第二电缆部分的灵活性

X 语音麦克风信号

Y 环境麦克风信号

YR 右环境麦克风信号

YL 左环境麦克风信号

1 耳机

2 第一耳塞

3 第二耳塞

4 连接部分

5 颈部

6 第一颈部末端

7 第二颈部末端

8 第一电缆部分

9 第二电缆部分

10 麦克风盒

11 声音出口

12 语音麦克风

13 控制按钮

14 耳胶

15 耳环

16 第一颈部弯曲部分

17 第二颈部弯曲部分

18 颈部的主体部分

19 颈部的右臂

20 颈部的左臂

21 右环境麦克风

22 左环境麦克风

23 麦克风臂

24 头带

25 电缆

26 用户

27 噪声制造器

28 耳机

29 麦克风开口

81 第一电缆元件

82 第二电缆元件。