本公開涉及有源耳機(jī)，具體來說涉及具有功率消耗控制的有源耳機(jī)。

背景技術(shù)：

許多便攜式耗能裝置和專業(yè)音頻設(shè)備利用耳機(jī)以便向用戶提供音頻內(nèi)容。耳機(jī)通常包括佩戴在用戶的耳朵上并且耦合到音頻設(shè)備的立體聲音頻通道的兩個(gè)耳承。可替代地，兩個(gè)耳承可共用單個(gè)音頻通道或者根本不需要音頻通道，如降噪耳機(jī)的情況。每個(gè)耳承包括耳罩，至少一個(gè)揚(yáng)聲器(即，發(fā)聲變換器)設(shè)置在所述耳罩中。提供例如有源噪聲控制(ANC)或無線信號(hào)傳輸?shù)脑絹碓蕉嗟挠性措娐芬舶ㄔ诙兄?或者可單獨(dú)攜帶)以形成有源耳機(jī)。有源耳機(jī)常常是電池供電的并且包括通斷開關(guān)以打開和關(guān)閉它們。電池供電的耳機(jī)，特別是具有自動(dòng)降噪電路的耳機(jī)的一個(gè)問題涉及電池壽命。擁有這些耳機(jī)的用戶通常多次戴上和摘下他們的耳機(jī)，常常忘記關(guān)閉它們，從而浪費(fèi)昂貴的電池壽命。此外，對(duì)于不經(jīng)常使用并且在使用之間長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存的耳機(jī)，通斷問題更糟，不僅因?yàn)樗鼈兊碾姵馗菀资?，而且因?yàn)榻o電池充電或找到新電池常常不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

具有功率消耗控制的有源噪聲控制耳機(jī)系統(tǒng)包括以下：耳機(jī)，其具有至少一個(gè)耳罩；至少一個(gè)揚(yáng)聲器，其設(shè)置在至少一個(gè)耳罩中；至少一個(gè)麥克風(fēng)，其設(shè)置在至少一個(gè)耳罩中或上、被配置來提供表示耳罩中存在的聲音的麥克風(fēng)輸出信號(hào)；以及至少一個(gè)有源噪聲控制模塊，其具有至少兩個(gè)操作狀態(tài)并且連接到至少一個(gè)揚(yáng)聲器的上游和至少一個(gè)麥克風(fēng)的下游。有源噪聲控制耳機(jī)系統(tǒng)還包括評(píng)估模塊，所述評(píng)估模塊被配置來在可聽頻率范圍內(nèi)的至少兩個(gè)不同評(píng)估頻率下評(píng)估麥克風(fēng)輸出信號(hào)以提供至少兩個(gè)評(píng)估輸出信號(hào)并且被配置來基于至少兩個(gè)評(píng)估輸出信號(hào)的比較改變至少一個(gè)有源噪聲控制模塊的操作狀態(tài)。

一種方法被配置來控制包括以下的有源噪聲控制耳機(jī)系統(tǒng)的功率消耗：耳機(jī)，其具有至少一個(gè)耳罩；至少一個(gè)揚(yáng)聲器，其設(shè)置在至少一個(gè)耳罩中；至少一個(gè)麥克風(fēng)，其設(shè)置在至少一個(gè)耳罩中或上、被配置來提供表示耳罩中存在的聲音的麥克風(fēng)輸出信號(hào)；以及至少一個(gè)有源噪聲控制模塊，其具有至少兩個(gè)操作狀態(tài)并且連接到至少一個(gè)揚(yáng)聲器的上游和至少一個(gè)麥克風(fēng)的下游。所述方法包括以下：在可聽頻率范圍內(nèi)的至少兩個(gè)不同評(píng)估頻率下評(píng)估麥克風(fēng)輸出信號(hào)以提供至少兩個(gè)評(píng)估輸出信號(hào)，以及基于至少兩個(gè)評(píng)估輸出信號(hào)的比較改變至少一個(gè)有源噪聲控制模塊的操作狀態(tài)。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將在查閱以下詳述和附圖后，了解或更清楚其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)。預(yù)期的是，所有此類另外系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)包括于本說明書內(nèi)，包括于本發(fā)明的范圍內(nèi)，并由隨附權(quán)利要求書來保護(hù)

附圖說明

參閱以下的描述和附圖可更好地理解系統(tǒng)。附圖中的部件不一定按比例，而是著重示出本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，相同參考數(shù)字指示所有不同視圖中的對(duì)應(yīng)部分。

圖1是示出具有自動(dòng)模式開關(guān)的示例性ANC耳機(jī)系統(tǒng)的框圖。

圖2是示出可在圖1中示出的ANC耳機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用的評(píng)估模塊的示例性配置的框圖。

圖3是示出可在圖1中示出的ANC耳機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用的評(píng)估模塊的可替代或另外配置的框圖。

圖4是描繪當(dāng)麥克風(fēng)設(shè)置在耳罩內(nèi)時(shí)封閉體積、當(dāng)麥克風(fēng)設(shè)置在耳道內(nèi)時(shí)封閉體積以及開放體積的頻率上的幅值和相位曲線的圖。

圖5是描繪在耦合到封閉體積的有源系統(tǒng)的情況下ANC模塊的阻尼性能的圖。

圖6是描繪耦合到封閉體積的無源系統(tǒng)的阻尼性能的圖。

圖7是描繪不同類型的環(huán)境噪聲的頻譜分布的圖。

圖8是描繪針對(duì)耦合到封閉和開放體積的耳機(jī)的頻率上的阻抗的圖。

圖9是示出用于ANC耳機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)模式切換的示例性方法的流程圖。

圖10是示出用于ANC耳機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)模式切換的替代或另外方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1，示例性ANC耳機(jī)系統(tǒng)100可包括兩個(gè)耳承(為簡(jiǎn)單起見，圖1省略了第二耳承)，各自具有感測(cè)麥克風(fēng)101，所述感測(cè)麥克風(fēng)101的位置極為靠近揚(yáng)聲器102。麥克風(fēng)101和揚(yáng)聲器102都位于罩耳式耳罩103內(nèi)，所述罩耳式耳罩103用墊子104夾緊到用戶頭部105的側(cè)面，形成具有有限體積系統(tǒng)的封閉空腔106。在封閉空腔106內(nèi)，感測(cè)麥克風(fēng)101對(duì)存在的聲音進(jìn)行采樣。麥克風(fēng)101的輸出饋送到ANC模塊107，極性反轉(zhuǎn)并頻率補(bǔ)償以提供信號(hào)，所述信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)器放大器108饋送到揚(yáng)聲器102以便廣播降低存在于空腔106內(nèi)的聲學(xué)噪聲的聲音。此外，期望的信號(hào)109(例如，通信信號(hào)、音樂信號(hào)等)可注入到ANC耳機(jī)系統(tǒng)100中，其方式為使得期望的信號(hào)109不被減少，而是被忠實(shí)地再現(xiàn)。例如，期望的信號(hào)109可輸入到減法器110，所述減法器110連接在麥克風(fēng)101與ANC模塊107之間，和/或輸入到減法器111，所述減法器111連接在ANC模塊107與驅(qū)動(dòng)器放大器108之間。ANC模塊107、驅(qū)動(dòng)器放大器108以及其他可能電路(未示出)通過可控開關(guān)113被供應(yīng)電源電壓112。開關(guān)113由評(píng)估模塊114控制，所述評(píng)估模塊114從麥克風(fēng)101并且任選地還從揚(yáng)聲器102接收信號(hào)。

示例性評(píng)估模塊114在圖2中示出，并且可包括兩個(gè)限帶濾波器201和202(例如，具有窄通帶的帶通濾波器或峰值濾波器)以及隨后的電平檢測(cè)器203和204。濾波器201和202接收由麥克風(fēng)101輸出的信號(hào)，并且以不同的通帶/峰值頻率(本文還稱為評(píng)估頻率)操作，所述頻率可處于從50Hz到300Hz和/或從300Hz到1,800Hz的頻率范圍內(nèi)。例如，一個(gè)評(píng)估頻率可以是175Hz或200Hz或者介于兩者之間，并且另一個(gè)可以是700Hz或1,000Hz或介于兩者之間。在電平檢測(cè)器203和204中，兩個(gè)評(píng)估信號(hào)的電平被檢測(cè)并饋送到減法器205中，所述減法器205將表示兩個(gè)評(píng)估信號(hào)電平的差的信號(hào)供應(yīng)到比較器206。比較器206將來自減法器205的信號(hào)與參考值207進(jìn)行比較，所述參考值207可以是任何值，包括零。例如，值207可以使得如果較高評(píng)估頻率下的電平比較低評(píng)估頻率下的電平高特定值(例如，20dB)，則比較器206向開關(guān)113輸出信號(hào)，所述信號(hào)指示耳機(jī)未被用戶佩戴，并且控制開關(guān)113應(yīng)切換模式，即改變ANC模塊107和驅(qū)動(dòng)器放大器108的操作狀態(tài)(例如，將其改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，其中不提供功率；待機(jī)狀態(tài)，其中ANC模塊107和驅(qū)動(dòng)器放大器108僅消耗處于幾乎接通狀態(tài)所需的最小功率；低功率狀態(tài)，其中放大器108接通并且ANC模塊107關(guān)斷；或任何其他降低功率狀態(tài))。

可替代地或另外地(例如，結(jié)合輸出的OR或AND運(yùn)算[未示出])，可使用示例性評(píng)估模塊114，如圖3所示。圖3所示的評(píng)估模塊114包括阻抗評(píng)估模塊301，所述阻抗評(píng)估模塊301確定揚(yáng)聲器102的頻率上的瞬時(shí)阻抗。揚(yáng)聲器102的阻抗可根據(jù)揚(yáng)聲器102上的電壓和通過揚(yáng)聲器102的電流來計(jì)算。流過揚(yáng)聲器102的電流可通過與揚(yáng)聲器102串聯(lián)連接的電阻器302測(cè)量，其中電阻器302上的電壓表示流過揚(yáng)聲器102的電流。在特定頻率(或窄帶頻率范圍)下評(píng)估揚(yáng)聲器102的頻率上的阻抗，其中當(dāng)空腔106封閉并且相關(guān)體積因此受到限制時(shí)(即，當(dāng)耳機(jī)被用戶佩戴時(shí))，或者當(dāng)空腔106未封閉并且相關(guān)體積因此不受限制時(shí)(即，當(dāng)耳機(jī)未被用戶佩戴時(shí))操作模式之間的電平差最大。在特定頻率下的電平評(píng)估可由峰值頻率濾波器303、隨后的電平檢測(cè)器304和比較器305執(zhí)行，所述比較器305將由電平檢測(cè)器304輸出的信號(hào)與參考值306進(jìn)行比較。例如，參考值306可以使得，揚(yáng)聲器102的阻抗在耳機(jī)未被佩戴時(shí)高于參考值306并且在耳機(jī)被佩戴時(shí)低于參考值306。

現(xiàn)在參考圖4，ANC耳機(jī)通常還能夠再現(xiàn)與除了諸如語音、音樂等的噪聲消除聲音之外的所有類型的聲學(xué)信息相關(guān)的期望信號(hào)。通常，噪聲消除聲音可被接通和關(guān)斷以便耳機(jī)用作ANC耳機(jī)或普通耳機(jī)。另一種選擇是使用耳機(jī)僅用于噪聲消除的目的，而不再現(xiàn)任何期望的聲音。期望的聲音可用于評(píng)估所謂的“輔助路徑”，所述輔助路徑是揚(yáng)聲器(諸如揚(yáng)聲器102)與誤差麥克風(fēng)(諸如麥克風(fēng)101)之間的聲學(xué)路徑。例如，如圖1所示，在包耳式(罩耳式)耳機(jī)被戴上之后，耳罩103、墊子104和用戶頭部105限定基本上封閉的體積系統(tǒng)(導(dǎo)致壓力室效應(yīng))，當(dāng)耳罩103不再與用戶頭部105接合時(shí)(即，當(dāng)耳機(jī)不再被用戶佩戴時(shí))所述體積系統(tǒng)改變。類似地，可使用入耳式耳機(jī)建立壓力室。由于壓力室效應(yīng)，揚(yáng)聲器102在較低頻率(例如，低于300Hz)下提供比沒有壓力室的情況下顯著更高的聲壓級(jí)，如從圖4所示的波德圖可看到的。在此圖中，曲線401描繪當(dāng)麥克風(fēng)101設(shè)置在耳罩內(nèi)時(shí)封閉體積的頻率上的幅值和相位，曲線402描繪當(dāng)麥克風(fēng)101設(shè)置在耳道內(nèi)時(shí)封閉體積的頻率上的幅值和相位，并且曲線403描繪開放體積的頻率上的幅值和相位。

在對(duì)應(yīng)于圖4所示的示例性波德圖的耳機(jī)系統(tǒng)中，較低評(píng)估頻率可以是200Hz，并且較高評(píng)估頻率可以是1,000Hz。如可看出的，當(dāng)耳機(jī)未被用戶佩戴時(shí)，200Hz處的電平比1,000Hz處的電平削弱大于20dB。如果存在這種條件，例如，持續(xù)大于300s，則可控制耳機(jī)系統(tǒng)以改變?yōu)榻档凸β薁顟B(tài)?？蛇x擇評(píng)估頻率和電平差以令不同的用戶滿意地操作，所述用戶可能由于其不同的頭部幾何形狀和諸如眼鏡或發(fā)型的其他因素而導(dǎo)致最佳評(píng)估頻率和對(duì)應(yīng)的電平差的變化。為了將個(gè)人影響保持為最小，較低的評(píng)估頻率可選擇為高于150Hz，或者電平差可選擇為高于20dB。當(dāng)期望的信號(hào)由耳機(jī)再現(xiàn)時(shí)，供應(yīng)給揚(yáng)聲器102的信號(hào)(或其代表的信號(hào))或從麥克風(fēng)101接收的信號(hào)(或其代表的信號(hào))可用于評(píng)估。在這種情況下，來自麥克風(fēng)101的信號(hào)對(duì)應(yīng)于由揚(yáng)聲器102廣播的信號(hào)。

然而，可能存在這樣的情況，其中不再現(xiàn)期望的信號(hào)，或者耳機(jī)僅旨在減少噪聲而不再現(xiàn)期望的信號(hào)，使得聲學(xué)條件不同于上面結(jié)合圖4描述的條件。在沒有期望的信號(hào)的情況下，僅能夠充分地評(píng)估來自麥克風(fēng)101的信號(hào)；然而，壓力室效應(yīng)仍然適用。特別是在較低頻率范圍內(nèi)，當(dāng)體積系統(tǒng)封閉時(shí)(即，當(dāng)耳機(jī)與用戶的頭部接合時(shí))，ANC模塊107(例如，反饋ANC模塊)仍然能夠充分地降低噪聲以形成壓力室。相反，當(dāng)體積系統(tǒng)開放時(shí)(即，當(dāng)耳機(jī)未與用戶的頭部接合時(shí))，由于在沒有壓力室的情況下不能產(chǎn)生用于消除噪聲的足夠的反聲，噪聲降低惡化。

如可從圖5中的曲線501看出的，在耦合到封閉體積的有源系統(tǒng)的情況下(即，當(dāng)耳機(jī)與用戶的頭部接合時(shí))，ANC模塊的阻尼性能可在大約175Hz處具有其最大值，其中阻尼性能仍然良好，但是在低于20Hz和高于700Hz的頻率下產(chǎn)生較差性能。在耦合到封閉體積系統(tǒng)的無源系統(tǒng)(即，不具有ANC并且具有僅由諸如耳罩、墊子等的無源阻尼部件提供的阻尼的系統(tǒng))的情況下，性能對(duì)于20Hz與200Hz之間的頻率是類似的，如可從圖6中的曲線601看出的。相比之下，當(dāng)系統(tǒng)耦合到開放(無限)體積時(shí)，有源和無源系統(tǒng)幾乎不表現(xiàn)出阻尼，如可分別從圖5和圖6中的曲線502和602看出的。如可從圖6進(jìn)一步看出的，即使無源系統(tǒng)耦合到封閉體積，在200Hz以下也幾乎沒有阻尼。根據(jù)圖4，有源系統(tǒng)表現(xiàn)出它們的峰值性能，特別是在較低頻率范圍內(nèi)，其中無源系統(tǒng)性能不佳。在較高頻率下，有源系統(tǒng)表現(xiàn)良好，主要是因?yàn)樗鼈兊臒o源特性。

比較器206將來自減法器205的信號(hào)與參考值207進(jìn)行比較，所述參考值207可以是任何值，包括零。例如，值207可以使得如果較高評(píng)估頻率下的電平比較低評(píng)估頻率下的電平高特定值(例如，20dB)，則比較器206向開關(guān)113輸出信號(hào)，所述信號(hào)指示耳機(jī)未被用戶佩戴，并且控制開關(guān)113應(yīng)改變ANC模塊107和驅(qū)動(dòng)器放大器108的操作狀態(tài)(例如，將其改變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，其中不提供功率；待機(jī)狀態(tài)，其中ANC模塊107和驅(qū)動(dòng)器放大器108僅消耗處于幾乎接通狀態(tài)所需的最小功率；低功率狀態(tài)，其中放大器108接通并且ANC模塊107關(guān)斷；或任何其他降低功率狀態(tài))。

如果不存在期望的信號(hào)，則有源系統(tǒng)仍然充分地操作，因?yàn)樵诙鷻C(jī)處存在的環(huán)境噪聲通常在較低頻率處具有其峰值性能，如可從圖7看出的。不同的環(huán)境表現(xiàn)出類似的環(huán)境噪聲行為，如曲線701-703所描繪的，其示出當(dāng)在城市(曲線701)、鄉(xiāng)村道路(曲線702)和高速公路(曲線703)上行駛時(shí)通常存在的環(huán)境噪聲電平。

如可從圖8可看出的，其示出了示例性耳機(jī)在耦合到封閉體積(曲線801)和開放體積(曲線802)時(shí)的頻率上的阻抗曲線，在約45Hz的兩個(gè)阻抗曲線之間存在差?？衫缤ㄟ^比較器(諸如圖3所示的比較器305)在此特定頻率下檢測(cè)這個(gè)差。比較器305檢測(cè)測(cè)量的阻抗是超過還是低于參考值306，所述參考值306可被選擇為具有在特定頻率(45Hz)下的兩個(gè)曲線之間的電平。

如圖9所示，用于檢測(cè)耳機(jī)到或從用戶頭部的接合或脫離以及用于啟動(dòng)或停用耳機(jī)的示例性方法可包括：接收麥克風(fēng)101的輸出信號(hào)(過程901)；在可聽頻率范圍內(nèi)的至少兩個(gè)不同評(píng)估頻率下評(píng)估輸出信號(hào)以提供至少兩個(gè)評(píng)估輸出信號(hào)(過程902)；以及基于至少兩個(gè)評(píng)估輸出信號(hào)的比較改變至少一個(gè)有源噪聲控制模塊的操作狀態(tài)(過程903)。

如圖10所示，用于檢測(cè)耳機(jī)到或從用戶頭部的接合或脫離以及用于啟動(dòng)或停用耳機(jī)的替代或另外方法可包括：在至少一個(gè)評(píng)估頻率下評(píng)估揚(yáng)聲器的阻抗(過程1001)；將評(píng)估的阻抗與參考值進(jìn)行比較(過程1002)；以及基于比較改變耳機(jī)系統(tǒng)的操作狀態(tài)(過程1003)。

一個(gè)示例性實(shí)施方案提供用于耳機(jī)的通斷開關(guān)，所述通斷開關(guān)自動(dòng)檢測(cè)耳機(jī)到或從用戶頭部的接合或脫離以便啟動(dòng)或停用耳機(jī)系統(tǒng)。通斷開關(guān)特別有益于節(jié)省電池供電的ANC耳機(jī)系統(tǒng)的電池壽命。然而，本發(fā)明通常適用于自動(dòng)控制任何(有源)耳機(jī)(包括頭戴式耳機(jī)、耳塞式耳機(jī)等)的操作模式，而不管電源如何。電路和/或電源(電池、電源適配器等)可集成在耳機(jī)中或與耳機(jī)分開設(shè)置。例如，如上所述，常見反饋ANC耳機(jī)可能已經(jīng)提供了自動(dòng)改變操作模式所需的所有硬件，使得僅需要微小的修改或另外軟件。

雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施方案，但是對(duì)于本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員將明顯的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有更多的實(shí)施方案和實(shí)現(xiàn)方式。因此，除了根據(jù)所附權(quán)利要求及其等同物之外，本發(fā)明不受限制。