提高反饋型有源降噪耳機降噪量的方法及有源降噪耳機的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及有源主動降噪耳機領域，特別涉及一種提高反饋型有源降噪耳機降噪 量的方法及有源降噪耳機。
【背景技術】
[0002] 貼耳式耳機的開環傳遞函數穩定性差，做反饋降噪設計時，要考慮到全情況下的 穩定性問題，為了保證穩定性，不得不犧牲耳機的降噪量；并且貼耳式耳機有別于耳罩式耳 機的一個顯著特點是體積小巧，在喇叭正前方安裝降噪麥克風會增加貼耳式耳機的厚度或 造成佩戴不舒適；綜上貼耳式反饋降噪耳機目前還沒有廣泛應用推廣。
[0003] 耳罩式反饋型有源降噪耳機通常體態較大，設計上優先考慮密封，其耳罩不透氣， 佩戴后會形成一個較剛性的腔體，剛性腔體內強烈的聲波反射會造成反饋有源降噪耳機的 嘯叫。為了吸收和減小腔體內的聲波反射，通常會采用較厚的羊毛氈或壓縮海綿進行內填 充，該填充物分布在喇叭和佩戴者耳道口之間，起到保護喇叭和降噪麥克風以及減小墻體 內反射的作用，但是同時也嚴重減小了佩戴者耳道口處的降噪量。
【發明內容】
[0004] 為了解決上述問題，本發明提供了一種提高反饋型有源降噪耳機降噪量的方法及 有源降噪耳機。
[0005] 依據本發明的一個方面，本發明提供了一種提高反饋型有源降噪耳機降噪量的方 法，該方法包括：
[0006] 將反饋型有源降噪耳機的降噪麥克風設置在偏離揚聲器正前方的位置；
[0007] 調整降噪麥克風與佩戴者耳道口的相對位置，使得耳道口處的開環傳遞函數 L2(s0)和降噪麥克風處的開環傳遞函數Ll(sO)滿足：|L2(sO) | > |Ll(sO) |的關系，以增 大耳道口處的實際降噪量。
[0008] 其中，所述使得耳道口處的開環傳遞函數L2(s0)和降噪麥克風處的開環傳遞函 數LI(sO)滿足：|L2 (sO) | > |LI(sO) | 的關系包括：
[0009] 將開環傳遞函數相對量B在其Nyquist圖中落在圓|B+1| = 1內側，其中B為耳 道口處的開環傳遞函數L2(s0)和降噪麥克風處的開環傳遞函數Ll(sO)的差。
[0010] 其中，所述方法還包括：設計所述耳道口處的開環傳遞函數L2(s0)和降噪麥克風 處的開環傳遞函數Ll(s0)，在所述Ll(s0)和所述L2(s0)的相位為圓周率31的偶數倍時， 所述Ll(s0)和所述L2(s0)的幅度均小于1。
[0011] 其中，在所述方法應用于貼耳式反饋型有源降噪耳機時，將所述降噪麥克風設置 在貼耳式反饋型有源降噪耳機的耳罩下面，所述揚聲器正對佩戴者耳道口。
[0012] 其中，在所述方法應用于耳罩式反饋型有源降噪耳機時，所述降噪麥克風設置在 耳罩式反饋型有源降噪耳機的阻尼墊下面，所述揚聲器正對佩戴者耳道口且之間無阻尼 墊。
[0013] 其中，所述阻尼墊采用羊毛氈或壓縮海綿內填充耳罩形成。
[0014] 依據本發明的另一方面，本發明提供了一種貼耳式反饋型有源降噪耳機，所述貼 耳式反饋型有源降噪耳機的降噪麥克風設置在偏離揚聲器正前方的耳罩下面，所述揚聲器 正對佩戴者耳道口；
[0015] 佩戴時調整降噪麥克風與佩戴者耳道口的相對位置，使得耳道口處的開環傳遞函 數L2(s0)和降噪麥克風處的開環傳遞函數Ll(sO)滿足：|L2(sO) | > |Ll(sO) |的關系，以 增大耳道口處的實際降噪量。
[0016] 其中，所述耳道口處的開環傳遞函數L2(s0)和所述降噪麥克風處的開環傳遞函 數Ll(sO)，在相位為圓周率31的偶數倍時，所述Ll(sO)和所述L2(s0)的幅度均小于1。
[0017] 依據本發明的又一方面，本發明提供了一種耳罩式反饋型有源降噪耳機，所述耳 罩式反饋型有源降噪耳機的降噪麥克風設置在偏離揚聲器正前方的阻尼墊下面，所述揚聲 器正對佩戴者耳道口且之間無阻尼墊；
[0018] 佩戴時調整降噪麥克風與佩戴者耳道口的相對位置，使得耳道口處的開環傳遞函 數L2(s0)和降噪麥克風處的開環傳遞函數Ll(sO)滿足：|L2(sO) | > |Ll(sO) |的關系，以 增大耳道口處的實際降噪量。
[0019] 其中，所述耳道口處的開環傳遞函數L2(s0)和所述降噪麥克風處的開環傳遞函 數Ll(sO)，在相位為圓周率31的偶數倍時，所述Ll(sO)和所述L2(s0)的幅度均小于1。
[0020] 本發明提供的一種提高反饋型有源降噪耳機降噪量的方法，可以有效地提高貼耳 式有源降噪耳機的降噪量和穩定性，解決在喇叭正前方安裝降噪麥克風會增加厚度或造成 佩戴不舒適的問題。也可以使耳罩式反饋型有源降噪耳機在維持反饋系統閉環穩定性的基 礎上，有效提高佩戴者耳道處的降噪量。
【附圖說明】
[0021 ] 圖1為本發明實施例中ANR系統框圖；
[0022] 圖2為本發明實施例中耳道口處和降噪麥克風處的模擬ANR框圖；
[0023] 圖3為本發明實施例中開環傳遞函數相對量B的Nyquist圖；
[0024] 圖4為本發明實施例提供的一種提高反饋型有源降噪耳機降噪量的方法流程圖；
[0025] 圖5為本發明實施例提供的貼耳式反饋型有源降噪耳機方案示意圖；
[0026] 圖6為本發明實施例提供的一種貼耳式降噪耳機的降噪量測試結果；
[0027] 圖7為傳統耳罩式反饋型有源降噪耳機方案示意圖；
[0028] 圖8為本發明實施例提供的耳罩式反饋型有源降噪耳機方案示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方 式作進一步地詳細描述。
[0030] 首先分析一下模擬有源降噪耳機反饋系統的降噪原理：
[0031] 圖1為本發明實施例中ANR(ActiveNoiseReduction，有源降噪）系統框圖。如 圖1所示，G(s)為喇叭到降噪麥克風之間的傳遞函數，H(s)為控制電路，d(t)為外界噪聲 信號，e(t)為降噪麥克風拾取到的誤差信號。
[0032] 定義誤差信號e(t)到外界噪聲d(t)之間的傳遞函數為系統靈敏度函數S:
可見誤差信號E越小降噪效果越好。在S小于1的頻帶噪聲得到降低， .， S大于1的頻帶噪聲將增強；降噪效果（降噪頻帶和降噪量）取決于開環傳遞函數L(L=GH)〇
[0033] 模擬反饋系統開環傳遞函數L設計時要注意下面幾點。
[0034] (1)從閉環系統穩定性考慮，不發生嘯叫的臨界條件是L的相位在圓周率31的偶 數倍時，幅度小于1，實際上幅度和相位在設計過程中還必須留有足夠的裕量。因此設計耳 道口處的開環傳遞函數L2(s0)和降噪麥克風處的開環傳遞函數Ll(sO)時，在所述Ll(sO) 和所述L2(s0)的相位為圓周率Jr的偶數倍時，所述Ll(sO)和所述L2(s0)的幅度均小于 1〇
[0035] (2)水床效應：噪聲在某些頻段降低就會在其他頻帶增強。
[0036] (3)過渡帶：噪聲由降低到增強的頻率范圍。
[0037] (4)另外，G(s)通道傳播時延造成的相位衰減隨頻率升高而增加，減小了反饋系 統的相位余量，增大了反饋系統高頻段降噪難度。
[0038] 圖2為本發明實施例中耳道口處和降噪麥克風處的模擬ANR框圖。如圖2所示， gi為喇叭到降噪麥克風之間空氣的傳遞函數，降噪麥克風靈敏度Mi、接收信號ei，g2為喇叭 到人耳之間空氣的傳遞函數，耳道口處靈敏度M2、接收信號e2，控制電路H，控制信號Y，喇叭 頻響R，假設耳罩內聲場穩定為d。
[0039] 對于降噪麥克風，靈敏度函數
[0040] 而對于耳道口處，靈敏度函數為：
[0041] 其中，Rg具為測量值，需要引入兩個靈敏度函數的歸一化因子k，
[0042] G2=g2RM2 ?kk=
[0043] 令L1=HG^L2=HG2,B=L2-Li，B為耳道口處的開環傳遞函數L2(s0)和降噪麥 克風處的開環傳遞函數Ll(sO)的差。耳道口處靈敏度函數可寫S&iSdd+B)，噪聲殘 余量|e2| = |ei|*|l+B|。耳道口處與降噪麥克風處降噪效果的差別就取決于B的值。
[0044] LjPL:相似的頻段內，B的值接近0, | 1+B|接近1，這時耳道口處和降噪麥克風處 的降噪效果相近；當B位于圓|B+1| = 1外時，|e2|>|ei|耳道口處和降噪麥克風處相比，降 噪效果變差；當B位于圓|B+1| = 1內時，|e2|〈|ei|耳道口處和降噪麥克風處相比，降噪效 果增強。
[0045]圖3為本發明實施例中開環傳遞函數相對量B的Nyquist圖。如圖3所示， 圖3(a)中，降噪麥克風處開環傳遞函數幅度最大為Ljs。)，對應相位在-180°，耳道 口處開環函數值為L2(s。)，若控制信號傳到降噪麥克風處的能量強于耳道口處，表現為 L2(s。）KMs。）|，那么不論1^(8。）的相位如何，B都會落在一四象限，此時|1+B|>1，耳道 口處的降噪量總是比降噪麥克風處小；圖3 (b)中，當L2 (s。）落在Q(s。）端點垂直線左側時， B有可能落在圓|r+l| = 1內側，只有落在圓內，即將開環傳遞函數相對量B在其Nyquist 圖中落在圓|B+1| = 1內側，耳道口處降噪量和降噪麥克風處相比才增強，若B落到中心小 圓內降噪量提升將會超過6d