頭戴式耳機響應測量和均衡的製作方法
2023-10-08 03:52:14 1
頭戴式耳機響應測量和均衡的製作方法
【專利摘要】本發明包含一種用於評估頭戴式耳機組合件的性能的設備，其具備基座和具有從所述基座延伸的近端的支撐件。所述支撐件包含適合於支撐頭戴式耳機組合件的遠端，且所述支撐件包含橫向間隔開的一對相對側。所述設備還包含一對板和至少兩個麥克風。每一板安裝到所述支撐件的所述相對側中的一者，且包含具有形成於其中的至少兩個孔口的中心部分。所述中心部分的大小用於收納所述頭戴式耳機組合件的頭戴式耳機。每一麥克風安置在所述孔口中的一者內，且布置成使得所述麥克風的外表面定向成大體上平行於所述板的外表面，且適合於接收從所述頭戴式耳機發出的聲音。
【專利說明】頭戴式耳機響應測量和均衡
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請案主張2013年6月28日申請的第61/840，654號美國臨時申請案的權益，所述臨時申請案的公開內容特此以全文引用的方式併入本文中。
【技術領域】
[0003]一個或多個實施例涉及用於測量音頻信號的測試設備，以及用於增強經由頭戴式耳機的聲音再現的系統。
【背景技術】
[0004]記錄產業中的進步包含從多通道聲音系統再現聲音，例如從環繞聲系統再現聲音。通常，記錄環繞聲或雙通道立體聲記錄，且接著對其進行處理以經由擴音器再現，這限制了經由頭戴式耳機再現時此些記錄的質量。舉例來說，立體聲記錄通常既定經由擴音器再現，而不是經由頭戴式耳機重放。這導致立體聲全景在耳朵之間或聽者的頭部內前後出現，這可為不自然且令人厭倦的收聽體驗。
[0005]為了解決經由頭戴式耳機再現聲音的問題，設計者已得出用於頭戴式耳機的立體聲和環繞聲增強系統；然而，在多數情況下，這些增強系統已引入了不想要的效應，例如不想要的染色、共振、混響和/或音質或聲源角度和/或位置的失真。
[0006]音色或音質是區分不同類型的聲音產生(例如，話音、樂器和聲音系統(例如，擴音器和頭戴式耳機))的音符或聲音或音調的質量。聲音的決定音質感覺的物理特性包含頻譜和包絡。通常，音質使特定音樂聲音不同於另一者，甚至在其具有相同音高和響度時。
[0007]Horbach的第2013/0236023號美國專利申請公開案描述一種用於使用「等響度方法」來進行頭戴式耳機均衡的系統，其將不想要的效應從頭戴式耳機所提供的音頻信號過濾掉。所述系統包含所存儲的一組預定音調突發參考信號以及所存儲的一組預定音調突發測試信號，其形成在用戶特定音頻測試中用來形成頭戴式耳機校正濾波器的頻率範圍。預定音調突發參考信號和預定音調突發測試信號可間歇地且循序地驅動包含於頭戴式耳機中的換能器。預定音調突發參考信號的響度可為固定的，且預定音調突發測試信號的響度可隨增益設定而變。增益設定可用來產生頭戴式耳機校正濾波器。
【發明內容】
[0008]在一個實施例中，本發明包含一種用於評估頭戴式耳機組合件的性能的設備，其具備基座和具有從所述基座延伸的近端的支撐件。所述支撐件包含適合於支撐頭戴式耳機組合件的遠端，且所述支撐件包含橫向間隔開的一對相對側。所述設備還包含一對板和至少兩個麥克風。每一板安裝到所述支撐件的相對側中的一者，且包含具有形成於其中的至少兩個孔口的中心部分。所述中心部分的大小用於收納頭戴式耳機組合件的頭戴式耳機。每一麥克風安置在所述孔口中的一者內，且布置成使得麥克風的外表面定向成大體上平行於板的外表面，且適合於接收從頭戴式耳機發出的聲音。
[0009]在另一實施例中，一種系統具備頭戴式耳機組合件，所述系統包含至少一個音頻換能器和處理器。所述處理器經配置以接收音頻輸入信號，且使用基於具有弧形響應的目標函數的均衡濾波器來對音頻輸入信號進行濾波。所述處理器還經配置以將經濾波的音頻輸出信號提供給所述至少一個音頻換能器。
[0010]在又一實施例中，提供一種用於增強聲音的再現的方法。接收音頻信號。使用對應於具有弧形響應的目標函數的均衡濾波器，基於音頻信號產生經濾波音頻信號。將所述經濾波音頻信號提供給頭戴式耳機換能器。
[0011]由此，所述測試設備通過提供不具有任何模擬耳廓和人類耳道的簡化結構來提供優於現存測試設備的優點。現存測試設備中的此模擬結構影響頭戴式耳機的所感知聲音，且產生難以解譯且具有用於準確頭戴式耳機均衡(EQ)的受限值的測量數據。另外，一種頭戴式耳機組合件包含具有均衡濾波器的處理器，所述均衡濾波器經設計以基於使用測試設備從測試數據得出的目標函數來對音頻輸入進行濾波。所述目標函數具有弧形響應，如與具有平坦響應的現存目標函數形成對比。基於此目標函數來均衡音頻信號提供優於現存目標函數的來自頭戴式耳機組合件的改進的所感知聲音。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是說明根據一個或多個實施例的用於增強聲音的再現的系統的示意圖，將所述系統說明為連接到頭戴式耳機組合件且向用戶產生聲波；
[0013]圖2是圖1的系統的一部分的控制圖；
[0014]圖3是說明根據一個或多個實施例的用於增強聲音的再現的方法的流程圖；
[0015]圖4是根據一個或多個實施例的用於測量由耳上頭戴式耳機組合件產生的聲音的第一測試設備以及用於測量由耳內頭戴式耳機組合件產生的聲音的第二測試設備的俯視透視圖；
[0016]圖5是結合耳上頭戴式耳機組合件說明的圖4的第一測試設備的正視圖；
[0017]圖6是結合耳內頭戴式耳機組合件說明的圖4的第二測試設備的截面圖；
[0018]圖7是說明由第一頭戴式耳機組合件產生且由第一測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應的曲線圖；
[0019]圖8是圖7的聲音測量數據的空間平均的曲線圖；
[0020]圖9是說明由第二頭戴式耳機組合件產生且由第一測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應的曲線圖；
[0021]圖10是圖9的聲音測量數據的空間平均的曲線圖；
[0022]圖11是說明由第三頭戴式耳機組合件產生且由第一測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應，且還說明與所述測量數據和第一空間目標函數相關聯的經均衡經濾波數據的曲線圖；
[0023]圖12是說明由第三頭戴式耳機組合件產生且由第一測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應，且還說明與所述測量數據和第二空間目標函數相關聯的經均衡經濾波數據的曲線圖；
[0024]圖13是說明由第二頭戴式耳機組合件產生且由第一測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應，且還說明使用與所述測量數據和第二空間目標函數相關聯的有限脈衝響應(FIR)濾波器來濾波的數據的曲線圖；
[0025]圖14是說明在時域中的圖13的聲音測量數據的曲線圖；
[0026]圖15是說明在時域中的圖13的經濾波聲音測量數據的曲線圖；
[0027]圖16是說明由第四頭戴式耳機組合件產生且由第二測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應，且還說明與所述測量數據和第二空間目標函數相關聯的經均衡經濾波數據的曲線圖；
[0028]圖17是說明由第四頭戴式耳機組合件產生且由第二測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應，且還說明與所述測量數據和主觀目標函數相關聯的經均衡經濾波數據的曲線圖；
[0029]圖18是說明由三個頭戴式耳機組合件產生的聲音測量數據的頻率響應以及常見主觀目標函數的曲線圖；
[0030]圖19是說明由第二頭戴式耳機組合件產生且由第一測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應，且還說明由等響度方法確定的所感知頻率響應的曲線圖；
[0031]圖20是說明由第二頭戴式耳機組合件產生且由第三測試設備測量的聲音測量數據的頻率響應的曲線圖；
[0032]圖21是說明由等響度方法濾波的圖20的聲音測量數據的頻率響應的曲線圖；
[0033]圖22是說明第二頭戴式耳機組合件在不同負載下的電阻抗的曲線圖；
[0034]圖23是說明一組五個不同耳內頭戴式耳機組合件的響應之間、由等響度方法產生的數據與由第二測試設備產生的數據之間的差異的平均值的曲線圖；
[0035]圖24是基於圖23的平均值的校正濾波器的曲線圖；
[0036]圖25是說明由第四頭戴式耳機組合件產生且由第二測試設備測量的經補償聲音測量數據的頻率響應，且還說明與經補償測量數據相關聯且由等響度方法校正的經濾波數據的曲線圖；
[0037]圖26是說明由第八頭戴式耳機組合件產生且由第二測試設備測量的經補償聲音測量數據的頻率響應，且還說明與經補償測量數據相關聯且由等響度方法校正的經濾波數據的曲線圖；
[0038]圖27是說明由第九頭戴式耳機組合件產生且由第二測試設備測量的經補償聲音測量數據的頻率響應，且還說明與經補償測量數據相關聯且由等響度方法校正的經濾波數據的曲線圖；以及
[0039]圖28是說明由第十頭戴式耳機組合件產生且由第二測試設備測量的經補償聲音測量數據的頻率響應，且還說明與經補償測量數據相關聯且由等響度方法校正的經濾波數據的曲線圖。
【具體實施方式】
[0040]按照要求，本文揭示本發明的具體實施例；然而，將理解，所揭示的實施例僅示範可以各種及替代形式體現的本發明。圖不一定是按比例繪製的；可能誇大或最小化一些特徵以展示特定組件的細節。因此，本文所揭示的特定結構和功能細節不應被解釋為具有限制性，而是僅解釋為用於教示所屬領域的技術人員以各種方式使用本發明的代表性基礎。
[0041]參考圖1，根據一個或多個實施例說明用於增強聲音的再現的系統，且其大體上由數字100指代。系統100連接(例如，通過有線或無線連接)到頭戴式耳機組合件102。頭戴式耳機組合件102包含一個或多個換能器，其定位在用戶的耳朵附近。頭戴式耳機組合件102可定位在用戶的耳朵之上(貼耳式)，環繞用戶的耳朵(環耳式)或在耳朵內(耳內式)。系統100將音頻信號提供給頭戴式耳機組合件102，所述音頻信號用於驅動換能器以向用戶提供可聽聲音。
[0042]系統100可實施為各種裝置或併入到各種裝置中，例如個人計算機(PC)、平板PC、個人數字助理(PDA)、移動裝置、掌上型計算機、膝上型計算機、桌上型計算機、通信裝置、無線電話、音頻裝置，或能夠執行指定將由機器進行的動作的一組指令(循序或以其它方式)的任何其它機器。音頻裝置的實例包含放大器、壓縮光碟播放器、電視機、交通工具頭部單元、無線電、家庭影院系統、音頻接收器、MP3播放器、音頻頭戴式耳機、電話，或能夠產生音頻信號和/或由收聽者感知的可聽聲音的任何其它裝置。在特定實例中，可使用提供話音、音頻、視頻或數據通信的無線電子裝置(例如，智慧型電話)來實施系統100。另外，雖然說明單個系統100，但術語「系統」還將被視為包含個別地或聯合地執行一組或多組指令以實施一個或多個計算機功能的系統或子系統的任何集合。
[0043]系統100包含多個模塊。可將術語「模塊」定義為包含多個可執行模塊。如本文所述，將所述模塊界定為包含軟體、硬體或硬體與由處理器(例如，數位訊號處理器(DSP))執行的軟體的組合。軟體模塊可包含存儲在存儲器中的可由所述處理器或另一處理器執行的指令。硬體模塊可包含可由處理器執行、指導且/或控制執行的各種裝置、組件、電路、門、電路板等。
[0044]參看圖2，根據一個或多個實施例，系統100包含雙耳渲染模塊200和均衡模塊202，其增強經由頭戴式耳機的音樂再現的自然性。雙耳渲染模塊200包含左輸入204和右輸入206，其連接到音頻源(未圖示)用於接收音頻信號。雙耳渲染模塊200和均衡模塊202對音頻信號進行濾波，如下文詳細描述。均衡模塊202包含左輸出208和右輸出210，其用於提供音頻信號以驅動頭戴式耳機組合件102(圖1中所示)的換能器將可聽聲音提供給用戶。模塊200、202可與其它音頻信號處理模塊組合，以在將音頻信號提供到頭戴式耳機組合件102之前對其進行濾波。
[0045]根據一個或多個實施例，雙耳渲染模塊200包含左通道頭部相關濾波器(HRTF) 214，以及右通道HRTF216。每一 HRTF214、216分別包含對應於前額聲源的耳間交叉函數(Hctont) 218、219和耳間時間延遲(Tfmt) 220、221，從而模仿在收聽者前面的一對擴音器(例如，相對於收聽者處於+/-30°或+/-45° )。在其它實施例中，雙耳渲染模塊200還包含對應於側聲源和後聲源的HRTF。雙耳渲染模塊的設計在Horbach的第13/419，806號美國申請案中詳細描述，所述申請案以全文引用的方式併入本文中。
[0046]均衡模塊202包含均衡濾波器，其用於改進頭戴式耳機類型和構造所特定的所感知頻譜平衡。均衡模塊202包含:第一均衡濾波器222，其連接到左通道HRTF214的輸出；以及第二均衡濾波器224，其連接到右通道HRTF216的輸出。通常，均衡濾波器222、224用於兩個目的:通過消除由來自空腔或膜破裂的共振導致的從平滑曲線的局部偏差來增加頭戴式耳機的頻率響應的平滑度；以及形成所述響應的全局形狀以改進頻譜平衡，目的是近似表示典型空間中的擴音器收聽。均衡濾波器222、224包含使用測量數據配置的參數，所述測量數據是使用下文參考圖4到6所述的測試設備中的一者而針對特定頭戴式耳機獲得的。在一個或多個實施例中，均衡濾波器222、224的參數可由用戶使用等響度方法進一步調整，如Horbach的第13/415，536號美國申請案中所述，所述申請案以全文引用的方式併入本文中。根據一個或多個實施例，將均衡濾波器222、224實施為線性均衡濾波器，例如有限脈衝響應(FIR)濾波器，或最小相位FIR濾波器。在其它實施例中，將均衡濾波器222、224實施為級聯雙二次均衡濾波器，例如無線脈衝響應(IIR)濾波器。在另一實施例中，將均衡濾波器222、224實施為低頻傾斜型濾波器和高頻截止濾波器。
[0047]參看圖3，系統100包含用於增強聲音再現的一個或多個算法或方法。可個別地(例如，作為一模塊)或與一個或多個其它方法組合(例如，作為多個模塊)來實施這些方法。系統100包含任何數目的微處理器、ASIC、1C、存儲器(例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)，其與軟體代碼共同作用以執行所述方法的操作。
[0048]參考圖2和3，在操作302處，系統100接收指示左輸入204處的左音頻信號和右輸入206處的右音頻信號的輸入信號。
[0049]在操作304處，系統100使用雙耳渲染模塊200對輸入信號進行濾波。
[0050]在操作306處，系統100使用測量數據來均衡指示頭戴式耳機的頻率響應的經濾波信號，所述測量數據是使用下文參考圖4到6所述的測試設備中的一者針對特定頭戴式耳機而獲得。根據一個或多個實施例，系統100接著進一步根據等響度方法來均衡頭戴式耳機的頻率響應。
[0051]在操作308處，系統100將經均衡的經濾波信號提供給頭戴式耳機組合件102的換能器，以將可聽聲音提供給用戶。
[0052]用於測量由頭戴式耳機產生的音頻信號的現存測試設備通常包含根據IEC60711(例如，GRAS43AG)的標準耳朵模擬器。這些模擬器含有模擬耳廓和人類耳道，使得所得響應被聲稱類似於「普通」人的耳鼓膜處的聲壓。然而，耳朵(即，耳廓和耳道)的輪廓在每一用戶之間不同，且還顯著影響頭戴式耳機的所感知聲音。因此，由此些測試設備測量的測量數據(雙耳數據)難以解譯，或具有用於準確頭戴式耳機均衡(EQ)的有限值，因為所測得頭戴式耳機數據並不考慮個別感知的頻率響應和收聽者之間的變化。
[0053]參看圖4到6，根據一個或多個實施例說明第一測試設備和第二測試設備，且其分別由數字402和404表示。測試設備402、404的大小大體具有對應於人類解剖學的總體尺寸，然而，測試設備402、404形成有簡化輪廓。參考圖4和5，第一測試設備402適於測量由貼耳式(即，耳上)頭戴式耳機組合件或由環耳式(即，耳朵周圍)頭戴式耳機組合件(例如，頭戴式耳機組合件502)產生的聲音。第一測試設備402包含基座504以及支撐件505，支撐件505具有沿縱軸「A-A」從基座504橫向延伸的近端506。支撐件505還包含中間部分508和遠端510。中間部分508和遠端510的尺寸對應於普通人類頭部的總體尺寸。中間部分508包含各自相對於垂直軸「B-B」以角度(β)形成的相對橫向側509。開口 512形成於中間部分508的每一橫向側中。角度β近似等於五到十度，其對應於普通人類頭部的形狀，如圖1中所示。
[0054]左板514和右板515各自安裝到中間部分508的相對橫向側。板514、515可由金屬(例如，鋁)形成，且可用由彈性材料(例如，記憶海綿)形成的塗層516覆蓋。塗層516吸收高頻聲波，類似於人類皮膚。
[0055]將包含兩個或多個麥克風的麥克風陣列518(圖4中展示)安裝到每一板514、515的中心部分，使得所述麥克風鄰近於對應開口 512橫向安置。在一個或多個實施例中，每一麥克風陣列518包含兩個麥克風，包含第一麥克風520和第二麥克風521，其以介於20mm與30mm之間的距離彼此間隔開。麥克風520和521與每一板514、515的外表面齊平安裝，使得每一麥克風520、521的外表面大體上平行於對應板514、515的外表面。麥克風520、521的電布線(未圖示)延伸穿過板，且路由穿過對應的開口 512。麥克風520、521相對於參考(例如，必凱(Bruel&Kjaer)型4190)而校準，且將校正濾波器應用於所測得數據，以補償從平坦響應的偏差，通常僅高於10kHz。所說明的實施例描繪耳上頭戴式耳機502，其包含帶522以及一對耳墊524，其各自安置在換能器(未圖示)周圍。第一測試設備502經配置以使得帶522擱置在遠端510上，且每一耳墊524圍封對應麥克風陣列518的麥克風520,521ο
[0056]參考圖4和6，第二測試設備404適合於測量由耳內頭戴式耳機組合件(例如，頭戴式耳機組合件602)產生的聲音。第二測試設備404包含耦合器604和板606。根據一個實施例，耦合器604以圓柱形形狀形成，且包含突出穿過耦合器604的縱向高度的孔口 608。耦合器604的大小對應於每一空腔的大小，以便準確地確定頭戴式耳機組合件602的所感知頻率響應。第二測試設備404還包含一個或多個麥克風610，其安裝到板606，且定向在孔口 608的第一縱向端處。頭戴式耳機組合件602定向在孔口 608的第二縱向端處，且與麥克風相對。
[0057]圖7到10是說明由第一測試設備402測得的頭戴式耳機組合件的頻率響應的曲線圖。圖7是說明由第一頭戴式耳機組合件(「頭戴式耳機I」)產生的聲音數據的曲線圖700。根據一個實施例，第一頭戴式耳機組合件為較大的耳上(環耳式)背部封閉頭戴式耳機。標記為「LEFT_ml」的第一曲線說明由左板514(圖4和5中展不)的第一麥克風520記錄的數據。標記為「LEFT_m2」的第二曲線說明由左板514的第二麥克風521記錄的數據。標記為「RIGHT_ml」的第三曲線說明由右板515的第一麥克風520記錄的數據。標記為「RIGHT_m2」的第四曲線說明由右板515的第二麥克風521記錄的數據。
[0058]由第一頭戴式耳機產生的數據的聲音等級在低頻下相對較高，其可稱為「低音加強」，且由數字702和704表示。在介於200Hz到3kHz的中頻間隔內，所述數據大體上恆定或「平坦」，如由曲線的斜率說明且大體上由數字706和708表示。在高頻下，數據的聲音等級變為「較粗糙」，如由曲線的振蕩且由曲線之間的在空間上的間隔(左相比於右)(其大體上由數字710表不)表不。另外，曲線在常見陣列的第一與第二麥克風之間有偏差(如大體上由數字712和714表示)。
[0059]圖8是圖7中所示的數據的空間平均的曲線圖800。空間平均是指麥克風陣列的所有麥克風所記錄的數據的平均值。標記為「LEFT_avg」的第一曲線說明由左板514的第一和第二麥克風520、521記錄的數據的空間平均。標記為「RIGHT_avg」的第二曲線說明由右板515的第一和第二麥克風520、521記錄的數據的空間平均。由不同頭戴式耳機(右和左)產生的聲音等級之間存在顯著差異，其大體上由數字802表示。所述曲線說明近似5kHz下的聲音等級的減小，其大體上由數字804和806表示，其可使用峰值濾波器來濾波或「升聞」，以獲得在中頻範圍內大體上始終平坦的響應。
[0060]圖9和10是說明由第二頭戴式耳機組合件(「頭戴式耳機2」)產生且由第一測試設備402測量的聲音數據的曲線圖。根據一個實施例，第二頭戴式耳機組合件為耳上(環耳式)背部開放頭戴式耳機。圖9是包含第一曲線(標記為「LEFT_ml」)和第二曲線(標記為「LEFT_m2」)的曲線圖900，所述曲線說明分別由左板514的第一麥克風520和第二麥克風521記錄的數據。曲線圖900還包含第三曲線(標記為「RIGHT_ml」)和第四曲線(標記為「RIGHT_m2」)，其說明分別由右板515的第一麥克風520和第二麥克風521記錄的數據。參看圖10，曲線圖1000說明圖9的數據的空間平均。標記為「LEFT_avg」的第一曲線說明由左板514的第一和第二麥克風520、521記錄的數據的空間平均。標記為「RIGHT_avg」的第二曲線說明由右板514的第一和第二麥克風520、521記錄的數據的空間平均。與圖7和8的曲線相比，圖9和10中所說明的曲線的頻率響應較一致。然而，使用較高階濾波器來獲得整個中頻範圍內的總平坦響應。
[0061]系統100(圖1和2中所示)提供接近地類似於房間中的擴音器所提供的收聽體驗的頭戴式耳機收聽體驗。為了提供此收聽體驗，系統100校正個別頭戴式耳機所產生的聲音的音調平衡。
[0062]圖11和12是說明由第三頭戴式耳機組合件(「頭戴式耳機3」)產生的聲音測量數據的頻率響應以及與所述測量數據相關聯的經均衡經濾波數據的曲線圖。根據一個或多個實施例，經均衡經濾波數據由圖1和2中所示的系統100產生，其中不使雙耳渲染模塊200活動，且使均衡模塊202活動。另外，曲線圖1100和1200還包含「目標」頻率響應數據，如通常在具有擴音器的收聽房間中的收聽座椅處所觀察到。
[0063]圖11是曲線圖1100，其包含標記為「HEADPH0NE3_avg」的第一曲線，所述第一曲線說明由第三頭戴式耳機組合件產生且由第一測試設備402測量的聲音數據的平均值。根據一個實施例，第三頭戴式耳機組合件為耳上(環耳式)頭戴式耳機。標記為「TARGET1」的第二曲線說明對均衡的一個優選目標響應。第三曲線「EQJilterl」說明與TARGET1相關聯的第一均衡濾波器的頻率響應。根據一個或多個實施例，均衡濾波器是無限脈衝響應(IIR)濾波器(未圖示)，包含級聯雙二次峰值/陷波濾波器。標記為「HEADPH0NE3_after_EQl」的第四曲線說明由EQ_filterl均衡的HEADPH0NE3數據。
[0064]第三頭戴式耳機組合件在低頻(例如，介於O到200Hz之間)下展現出低音加強，如由HEADPH0NE3_avg曲線說明且由數字1102表示。在聲音數據均衡之前，低音加強導致令人不愉悅的嗡嗡聲。並且，返回參看圖7到11，第三頭戴式耳機組合件(1102，圖11中展示)的低音加強顯著大於第一頭戴式耳機組合件(702和704，圖7中展示)和第二頭戴式耳機組合件(圖9和10中所示)的低音加強。
[0065]圖12是包含來自圖11的HEADPH0NE3_avg曲線的曲線圖1200。標記為「TARGET2」的第二曲線說明對均衡的另一優選目標響應。標記為「EQ_filter2」的第三曲線說明與TARGET2相關聯的均衡濾波器(未圖示)的頻率響應。根據一個或多個實施例，均衡濾波器是IIR濾波器，其包含級聯雙二次峰值/陷波濾波器。標記為「HEADPH0NE3_after_EQ2」的第四曲線說明由EQ_filter2均衡的HEADPH0NE3數據。
[0066]圖13到15是說明由第二頭戴式耳機組合件產生且使用與測量數據相關聯的有限脈衝響應(FIR)濾波器濾波的聲音測量數據的頻率響應和脈衝響應的曲線圖。一般來說，與IIR(級聯雙二次)均衡濾波器相比，FIR濾波器提供較準確的補償。然而，FIR濾波器僅在頭戴式耳機測量數據展現出頻率響應形狀的較少空間變化時適用。展現出較少空間變化的此聲音測量數據的實例由頭戴式耳機2產生且在圖9中說明。
[0067]圖13是曲線圖1300，其包含從第二頭戴式耳機組合件獲得的LEFT_ml和LEFT_m2曲線。標記為「FIR」的第三曲線說明具有η值512的FIR濾波器的頻率響應，其中η值對應於濾波器的長度。標記為「LEFT_ml_after_FIR」的第四曲線說明由FIR濾波的LEFT_ml數據，標記為「LEFT_m2_after_FIR」的第四曲線說明由FIR濾波的LEFT_m2數據。第六曲線說明來自圖12的TARGET2。
[0068]參考圖14和15，FIR濾波器(其為線性相位均衡濾波器)還減少時間分散性。圖14是曲線圖1400，其包含標記為「LEFT_ml_time」的曲線，所述曲線說明在時域中的圖13的未經濾波脈衝響應數據(LEFT_ml)。存在於脈衝響應測量數據上且由LEFT_ml_time曲線說明的後振鈴特徵大體由數字1402表示。
[0069]圖15是曲線圖1500，其包含標記為「LEFT_ml_time_after_FIR」的曲線，所述曲線說明在時域中的圖13的經濾波聲音數據(LEFT_ml_after_FIR)。存在於經濾波聲音數據(LEFT_ml_after_FIR)上的後振鈴大體由數字1502表示，且比存在於圖14中的未經濾波曲線上的後振鈴特徵1402短得多。圖14和15中所示的數據與圖11和12中所示的數據的比較說明低階IIR濾波器並不同樣地改進時間分散性。非常高階IIR將減少時間分散性，如最小相位FIR濾波器(其也可在我們的申請案中使用)。
[0070]圖16到18說明與耳內頭戴式耳機組合件相關聯的數據。如下文詳細描述，耳內頭戴式耳機的校正不像大頭戴式耳機那樣直接，因為其需要經修改的主觀目標函數。
[0071]圖16和17說明由第四頭戴式耳機組合件產生且由第二測量設備404(圖4和6中所示)測量的聲音測量數據的頻率響應。圖16是說明由第四頭戴式耳機組合件產生且與優選房間目標函數進行比較的聲音數據的曲線圖1600。根據一個實施例，第四頭戴式耳機組合件為耳內頭戴式耳機。標記為「HEADPH0NE4_after_C」的第一曲線說明由安裝在耦合器604 (圖4和6中所示)的空腔608內的麥克風610記錄且在應用校正濾波器(例如，下文參考圖25到28所述的濾波器)之後的數據。所述曲線顯著偏離平坦響應。標記為「TARGET2」的第二曲線說明優選房間目標函數。標記為「EQ_filter2」的第三曲線說明與TARGET2相關聯的均衡濾波器的頻率響應且包含雙二次濾波器的級聯。標記為「HEADPH0NE4_after_EQ2」的第四曲線說明由EQ_filter2均衡的HEADPH0NE4_after_C數據。
[0072]圖17是說明由頭戴式耳機4產生且與主觀目標函數進行比較的聲音數據的曲線圖1700。曲線圖1700包含來自圖16的曲線HEADPH0NE4_after_C。標記為「EQ_filter5」的第二曲線說明已通過主觀地修改EQ_filter2而得出的經修改均衡濾波器的頻率響應。標記為「HEADPH0NE4_after_EQ5」的第三曲線說明由 EQ_filter5 均衡的 HEADPH0NE4_after_C 數據。中頻範圍內的頻率響應大體由數字1702表示，且與圖16中的HEADPH0NE4_after_EQ4的頻率(大體由數字1602表示)相當。然而，與6KHz下的HEADPH0NE4_after_EQ4的頻率響應(如由數字1606表示)相比，所述頻率響應增加約6KHz，其大體由數字1706表示，因此可減小濾波器的增益。
[0073]圖18是說明由三個不同耳內頭戴式耳機組合件(「HEADPH0NES5到7」)產生的頻率響應數據以及常見主觀目標函數的曲線圖1800。針對不同的耳內頭戴式耳機組合件重複上文參考圖17所描述的實驗。從此數據，基於與頭戴式耳機5到7相關聯的主觀EQ濾波器的平均值確定常見目標函數，標記為「TARGET_in-ear」。可將TARGET_in_ear用作各種耳內頭戴式耳機組合件的目標函數。
[0074]在Horbach的第13/415，536號美國申請案中描述用以確定頭戴式耳機的所感知頻率響應的方法。所述方法包含:接收窄帶、脈衝樣信號，其逐對呈現給對象；以及調整所述脈衝中的一者的電平，直到兩者同樣響為止。所述方法可稱為「等響度方法」。用增加的中心頻率在若干步驟中重複此過程，直到覆蓋整個可聽範圍為止。可使用測試數據來設計EQ濾波器。
[0075]圖19是說明由第二頭戴式耳機組合件產生且由第一測試設備402測量且與如由等響度方法確定的所感知頻率響應相比的聲音測量數據的頻率響應的曲線圖1900。標記為「EL_filter」的第一曲線說明通過將等響度方法用於第二頭戴式耳機組合件而產生的均衡濾波器的頻率響應。標記為「LEFT_ml」的第二曲線說明由安裝到左板514(圖4和5中展示)的第一麥克風520記錄的數據。標記為「LEFT_m2」的第三曲線說明由安裝到左板514的第二麥克風521記錄的數據。標記為「HEADPHONE_after_EL」的第四曲線說明由EL_filter均衡的頭戴式耳機數據。標記為「HEADPH0NE_EQ」的第五曲線說明由從頭戴式耳機測量數據確定的均衡濾波器均衡的頭戴式耳機數據。已針對不同頭戴式耳機組合件和測試人員重複了實驗，且測試數據指示等響度方法產生趨向於均衡如由板測量的響應的濾波器。這確認了板測量對確定頭戴式耳機的所感知頻率響應的有效性。
[0076]通常，根據IEC60711 (例如GRAS43AG)的標準耳朵模擬器用以表徵頭戴式耳機頻率響應。這些模擬器含有模擬耳廓和人類耳道，使得所得響應被聲稱類似於「普通」人的耳鼓膜處的聲壓。
[0077]圖20和21說明由第二頭戴式耳機組合件產生且由包含市售耦合器(未圖示)的常規測量設備測量的聲音測量數據的頻率響應。圖20是曲線圖2000，其包含標記為「headphone」的曲線，所述曲線說明未經濾波的頻率響應數據。圖21是曲線2100，其包含標記為「headphone2_filtered」的曲線，所述曲線說明圖20的由等響度濾波器均衡的第二頭戴式耳機測量數據。headph0ne2_filtered曲線說明儘管已均衡一些聲音特徵，但曲線的大體形狀仍以耦合器的響應為主。為了界定均衡濾波器的有意義目標函數，必須詳細知曉耦合器對「理想頭戴式耳機」的頻率響應。然而，實踐顯示此響應隨被測試的頭戴式耳機的確切位置而變化，因此經受不確定性且無法清楚地界定。
[0078]使用第一測試設備402測得的頻率響應與等響度方法密切匹配的事實得出以下結論。耳鼓膜響應由大腦進一步處理，直到能夠以較高準確度識別外部聲源為止。這意味著身體特徵(例如，在個人之間動態地變化的耳道或耳廓形狀)在大腦中補償。我們已學會通過將其與自然聲音進行比較來以較高準確度判斷擴音器的頻率響應的質量。頭戴式耳機無異。大腦嘗試將其聲音解譯為外部來源。因此，應直接測量其頻率響應，而無任何模擬身體部分。
[0079]圖22說明由第一測試設備402測量的額外聲音數據。圖22是曲線圖2200，其包含說明頭戴式耳機2在不同測試條件下(例如，無負載(「HEADPH0NE2_no-load」)、在人頭上(「HEADPH0NE2_head」)，以及使用第一測試設備(「HEADPH0NE2_apparatus」))的電阻抗的曲線。曲線中存在最小差異，其指示不同測試條件期間的阻抗保持相同，與負載無關，這意味著不存在與聲學負載阻抗的顯著交互。因此，聲學負載的準確建模是不必要的。
[0080]並且，使用噪聲消除頭戴式耳機(其中耳朵與換能器膜之間的區域中的聲壓被麥克風捕獲)的體驗展示所述聲壓並不顯著取決於所附接的耦合器的類型(板或人頭)，只要保證良好密封即可。耳廓的添加用作阻尼器。舉例來說，頻率響應中的陷波較淺，但其大體形狀保持相同。
[0081]圖23說明用於校準第二測試設備404的耦合器604的過程。多個耳內頭戴式耳機組合件(未圖示)使用第二測試設備404來測試，且使用等響度方法來校正。圖23是曲線圖2300，其包含各自說明每一頭戴式耳機組合件的經校正響應的多個曲線。所述響應的平均值經計算且由標記為「AVERAGE」的曲線來說明，其可用以預均衡5kHz以上的耦合器響應。圖24的曲線圖2400中展示所得校正濾波器，且標記為「FILTER」。
[0082]圖25到28說明由四個不同耳內頭戴式耳機組合件產生的經補償數據的實例，所述數據各自由第二測試設備404測量，且由使用等響度方法產生的均衡濾波器均衡。
[0083]圖25是說明由第四頭戴式耳機組合件(「頭戴式耳機4」)產生且由第二測試設備404測量的聲音數據的曲線圖2500。標記為「COMPENSATED」的第一曲線說明由第二測試設備404(在其如上文參考圖23和24所述校準之後)測量的數據。標記為「ELJilter」的第二曲線說明如使用等響度方法產生的對第四頭戴式耳機組合件的頻率響應。標記為「CORRECTED」的第三曲線說明由COMPENSATED和ELJilter兩者的總和均衡的數據。
[0084]圖26是說明由第八頭戴式耳機組合件(「頭戴式耳機5」)產生且由第二測試設備404測量的聲音數據的曲線圖2600。根據一個實施例，第八頭戴式耳機組合件為耳內頭戴式耳機組合件。標記為「COMPENSATED」的第一曲線說明由第二測試設備404 (在其如上文參考圖23和24所述校準之後)測量的數據。標記為「ELJilter」的第二曲線說明如使用等響度方法產生的對第八頭戴式耳機組合件的頻率響應。標記為「CORRECTED」的第三曲線說明由COMPENSATED和EL_filter兩者的總和均衡的數據。
[0085]圖27是說明由第九頭戴式耳機組合件(「頭戴式耳機6」)產生且由第二測試設備404測量的聲音數據的曲線圖2700。根據一個實施例，第九頭戴式耳機組合件為耳內頭戴式耳機組合件。標記為「COMPENSATED」的第一曲線說明由第二測試設備404 (在其如上文參考圖23和24所述校準之後)測量的數據。標記為「ELJilter」的第二曲線說明如使用等響度方法產生的對第九頭戴式耳機組合件的頻率響應。標記為「CORRECTED」的第三曲線說明由COMPENSATED和EL_filter兩者的總和均衡的數據。
[0086]圖28是說明由第十頭戴式耳機組合件(「頭戴式耳機7」)產生且由第二測試設備404測量的聲音數據的曲線圖2800。根據一個實施例，第十頭戴式耳機組合件為耳內頭戴式耳機組合件。標記為「COMPENSATED」的第一曲線說明由第二測試設備404 (在其如上文參考圖23和24所述校準之後)測量的數據。標記為「ELJilter」的第二曲線說明如使用等響度方法產生的對第十頭戴式耳機組合件的頻率響應。標記為「CORRECTED」的第三曲線說明由COMPENSATED和EL_filter兩者的總和均衡的數據。在所有情況下，所述響應在較高程度上匹配，且結果較平坦且較平滑，其證實新的測試方法有效。
[0087]雖然上文描述了示例性實施例，但並不預期這些實施例描述本發明的所有可能形式。相反，說明書中所使用的詞語是描述詞而不是限制詞，且應了解，可在不脫離本發明的精神和範圍的情況下進行各種改變。另外，各種實行實施例的特徵可組合以形成本發明的其它實施例。
【權利要求】
1.一種用於評估頭戴式耳機組合件的性能的設備，其包括: 基座; 支撐件，其具有從所述基座延伸的近端，以及適合於支撐頭戴式耳機組合件的遠端，所述支撐件具有橫向間隔開的一對相對側； 一對板，每一板安裝到所述支撐件的所述相對側中的一者，且具有其中形成有至少兩個孔口的中心部分，所述中心部分的大小用於收納所述頭戴式耳機組合件的頭戴式耳機；以及 至少兩個麥克風，每一麥克風安置在所述孔口中的一者內，且布置成使得所述麥克風的外表面定向成大體上平行於所述板的外表面，且適合於接收從所述頭戴式耳機發出的聲曰?
2.根據權利要求1所述的設備，其中至少一個麥克風安置在所述孔口中的每一者內，使得所述中心部分提供連續表面，而其中無任何開口。
3.根據權利要求1所述的設備，其中所述至少兩個麥克風進一步包括圍繞所述中心部分彼此徑向間隔開的麥克風陣列。
4.根據權利要求1所述的設備，其進一步包括安置在每一板的所述外表面上的塗層，所述塗層由用於吸收聲音的彈性材料形成。
5.根據權利要求1所述的設備，其中所述支撐件沿縱軸從所述基座橫向延伸，且所述相對側中的每一者相對於所述縱軸以一角度定向，使得所述相對側朝所述近端向內傾斜。
6.一種系統，其包括: 頭戴式耳機組合件，其包含至少一個音頻換能器；以及 處理器，其經配置以: 接收音頻輸入信號； 基於具有弧形響應的目標函數，使用均衡濾波器對所述音頻輸入信號進行濾波；以及 將經濾波的音頻輸出信號提供到所述至少一個音頻換能器。
7.根據權利要求6所述的系統，其中從測試所述頭戴式耳機組合件得出所述目標函數。
8.根據權利要求6所述的系統，其中所述均衡濾波器進一步包括線性均衡濾波器。
9.根據權利要求8所述的系統，其中所述線性均衡濾波器進一步包括有限脈衝響應(FIR)濾波器。
10.根據權利要求9所述的系統，其中所述FIR濾波器進一步包括最小相位FIR濾波器。
11.根據權利要求6所述的系統，其中所述均衡濾波器進一步包括級聯雙二次均衡濾波器。
12.根據權利要求6所述的系統，其中所述均衡濾波器進一步包括無限脈衝響應(IIR)濾波器。
13.根據權利要求6所述的系統，其中所述均衡濾波器進一步包括低頻傾斜型濾波器和高頻截止濾波器中的至少一者。
14.一種用於增強聲音的再現的方法，所述方法包括: 接收音頻信號； 使用對應於具有弧形響應的目標函數的均衡濾波器，基於所述音頻信號產生經濾波音頻信號；以及 將所述經濾波音頻信號提供給頭戴式耳機換能器。
【文檔編號】H04R29/00GK104254049SQ201410306857
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年6月30日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】U.霍巴赫 申請人:哈曼國際工業有限公司