用於播放雙聲道和單聲道信號的耳機和方法

2023-12-08 17:53:51

專利名稱：用於播放雙聲道和單聲道信號的耳機和方法
用於播放雙聲道和單聲道信號的耳機和方法相關申請的交叉引用本申請要求2008年11月10日提交的(以及題為Stereo Method AndSystem的) U. S.臨時申請序列號61/112, 785的權益，其在此以引用的方式全部併入。
背景技術：
現今行動電話以及其它可攜式設備提供高質量雙聲道音樂，用戶在進行活動時聽音樂。如果用戶使用無線頭戴式受話器，例如藍牙頭戴式受話器，他佩戴相對大的頭戴式受話器，如兩個揚聲器附接到耳廓。在帶有標準耳機的行動電話中，用戶通過一隻耳朵聽到輸入的語音呼叫，該耳朵被用戶附接電話或頭戴式受話器到其上。被熟知的是，當用戶在兩隻耳朵聽到語音呼叫時， 他聽到的呼叫明顯地更好並且呼叫的可識度和愉悅度明顯地增加。當用戶被高噪聲環境包圍時，在兩隻耳朵聽到語音呼叫的重要性增加。為了在兩隻耳朵聽到語音呼叫並仍然保持呼叫的隱私性，用戶需要使用帶有附接到兩隻耳朵的兩個耳機的頭戴式受話器。使用這樣的頭戴式受話器是不方便的，因為它使用戶與他的周圍環境隔離，當人在公共場所正交談和行走時，這可能是非常危險的。另外，帶著使用兩個耳機的頭戴式受話器駕駛車輛是非常危險的，並且在一些國家其是被法律禁止的。在行動電話中，當用戶使用一個耳機來聽語音呼叫時，他以未被覆蓋的耳朵獲得環境噪聲。這在有高環境噪聲的環境中可是非常有問題的。存在一種需要，通過使用一個耳機來提供高質量的音頻，其中用戶在兩隻耳朵聽到語音呼叫或音樂。發明概述一種用於提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的耳機，其包括音頻接口，其用於提供包括第一輸入信號和第二輸入信號的音頻信號；耦合到音頻接口的骨傳導揚聲器，其用於輸出一輸出信號；其中輸出信號的輸出使音頻信號到達用戶的第一耳朵並使洩漏信號到達用戶的第二耳朵；具有可調脈衝響應的自適應濾波器，其用於過濾第一輸入信號以提供過濾的信號，該過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的第二耳朵，將降低在用戶的第二耳朵上的洩漏信號的音頻效應；耦合到音頻接口的耳內揚聲器，其用於提供耳內音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於過濾的信號和第二輸入信號；耳內擴音器，其用於感應一感應的音頻信號；以及處理器，其用於更新自適應濾波器的脈衝響應，以便降低洩漏信號到感應的音頻信號的貢獻。一種用於通過使用單個耳機提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的方法，該方法包括接收包括第一輸入信號和第二輸入信號的輸入信號；將第一輸入信號注入到骨傳導揚聲器；通過骨傳導揚聲器輸出一輸出信號以響應於第一輸入信號；其中輸出該輸出信號使音頻信號到達用戶的第一耳朵並使洩漏信號到達用戶的第二耳朵；通過自適應濾波器過濾第一輸入信號以提供過濾的信號，該過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的第二耳朵，將降低在用戶的第二耳朵上的洩漏信號的音頻效應；發送過濾的信號和第二輸入信號到耳內揚聲器；通過耳內揚聲器提供耳內音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於過濾的信號和第二輸入信號；通過耳內擴音器感應一感應的音頻信號；以及更新自適應濾波器的脈衝響應，以便降低洩漏信號到感應的音頻信號的貢獻。一種用於通過使用單個耳機提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的方法，該方法包括接收第一輸入信號；發送第一輸入信號到耳內揚聲器；通過耳內揚聲器提供內耳音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於第二輸入信號；通過接近於用戶的第二耳朵的耳內擴音器感應一感應的音頻信號；其中感應的音頻信號被內耳音頻信號和代表由用戶的第二耳朵聽到的第二音頻信號的另一信號影響；以及計算補償信號，該補償信號一旦被提供到骨傳導揚聲器將使骨傳導揚聲器輸出一輸出信號，該輸出信號降低在用戶的第一耳朵上的第二音頻信號的音頻效應。一種耳機，其包括音頻接口，其用於接收輸入信號；耳內揚聲器，其用於通過耳內揚聲器提供內耳音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於輸入信號；接近於用戶的第二耳朵的耳內擴音器，其用於感應一感應的音頻信號；其中感應的音頻信號被內耳音頻信號和代表由用戶的第二耳朵聽到的第二音頻信號的另一信號影響；以及處理器，其用於計算補償信號，該補償信號一旦被提供到骨傳導揚聲器將使骨傳導揚聲器輸出一輸出信號該輸出信號降低在用戶的第一耳朵上的第二音頻信號的音頻效應。一種用於提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的電話，其包括骨傳導揚聲器，其用於輸出音頻信號；其中輸出信號的輸出使洩漏信號到達用戶的第二耳朵；具有可調脈衝響應的自適應濾波器，其用於過濾第一輸入以提供過濾的信號，該過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的第二耳朵，將降低在用戶的第二耳朵上的洩漏信號的音頻效應；耦合到音頻接口的耳內揚聲器，其用於提供耳內音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於過濾的信號和第二輸入信號；耳內擴音器，其用於感應一感應的音頻信號；以及處理器，其用於更新自適應濾波器的脈衝響應，以便降低洩漏信號到感應的音頻信號的貢獻。一種具有兩個耳機的頭戴式受話器，其包括音頻接口，其用於提供包括第一輸入信號和第二輸入信號的音頻信號；第一耳內揚聲器，其用於提供第一內耳音頻信號到用戶的第一耳朵，以響應於第一輸入信號，以及第二耳內揚聲器，其用於提供第二內耳音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於第二輸入信號；接近於用戶的第一耳朵的至少一個耳內擴音器，其用於感應一感應的音頻信號；其中感應的音頻信號被第一內耳音頻信號和代表由用戶的第一耳朵聽到的第二音頻信號的另一信號影響；以及處理器，其用於計算補償信號，該補償信號一旦被提供到耳內揚聲器將使耳內揚聲器輸出一輸出信號，該輸出信號降低第二音頻信號的音頻效應。一種用於提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的耳機，其包括音頻接口，其用於提供包括第一輸入信號和第二輸入信號的音頻信號；耦合到音頻接口的骨傳導揚聲器，其用於輸出一輸出信號；其中輸出信號的輸出使音頻信號到達用戶的第一耳朵並使洩漏信號到達用戶的第二耳朵；具有可調脈衝響應的自適應濾波器，其用於過濾第一輸入信號以提供過濾的信號，該過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的第二耳朵，將降低在用戶的第二耳朵上的洩漏信號的音頻效應；以及處理器，其用於更新自適應濾波器的脈衝響應，以便降低洩漏信號到感應的音頻信號的貢獻。附圖簡述
被視作為本發明的主題被特別地指出並在說明書的結論部分清楚地要求權利。然而，本發明關於組織構造和操作方法，與它們的目的、特徵以及優點一起，可通過當同附圖一起閱讀時參考以下詳細的描述最好地被理解，其中

圖1呈現根據本發明的實施方式的帶有一個耳機的典型的頭戴式受話器，其提供雙聲道音頻或單聲道語音呼叫到兩隻耳朵；圖2示出根據本發明的實施方式的耳機；圖3示出根據本發明的實施方式的由處理器執行的典型的過程的過程圖；圖4示出根據本發明的實施方式的行動電話；圖5示出根據本發明的實施方式的使用耳內擴音器的環境噪聲估算；圖6示出根據本發明的實施方式的帶有噪聲降低或噪聲消除機制的噪聲降低頭戴式受話器；圖7示出根據本發明的實施方式的噪聲估算和減去的過程；圖8示出根據本發明的實施方式的方法；圖9示出根據本發明的另一個實施方式的方法；以及圖10示出根據本發明的另一個實施方式的耳機。為說明的簡明和清楚將理解到，在圖中所示的元件沒有必要按比例繪製。例如，為清楚起見，一些元件的尺寸可能相對於其它元件被擴大。此外，在考慮合適的地方，參考數字可在表示相應的或類似的元件的圖中被重複。本發明的詳細描述在以下詳細的描述中，許多具體細節被提出以便提供本發明的全面理解。然而，將被那些本領域的技術人員理解的是，本發明在沒有這些具體細節時可被實踐。在其它例子中，熟知的方法、過程以及部件沒有被詳細地描述，以不致使本發明難理解。帶有一個耳機的頭戴式受話器被提供，該頭戴式受話器能夠提供能被兩隻耳朵聽到的聲音(對於沒有佩戴頭戴式受話器的各方沒有聲音是可聽得見的)。頭戴式受話器包括至少骨傳導揚聲器、擴音器、數位訊號處理器以及至少一個揚聲器。耳機被定位在其上的耳朵聽到由頭戴式受話器提供的聲音，同時第二耳朵保持未被覆蓋。為提供聲音到未被覆蓋的耳朵，骨傳導揚聲器被使用。DSP以這樣的方式處理聲音信號，使得聲音通過用戶的骨頭傳送並在未被覆蓋的耳朵被聽到，好像耳機同樣被放置在那個耳朵上一樣。未被覆蓋的耳朵打開以捕獲環境噪聲。為降低或消除噪聲，幾種不同的技術可被使用。第一種技術是放大通過骨傳導揚聲器傳輸的信號，以使該信號比經由揚聲器播放到未被覆蓋的耳朵的信號強。通過這樣做，被未被覆蓋的耳朵聽到的信號實際上聲音變大，然而，噪聲使該聲音感到好像等於播放到被覆蓋的耳朵的信號。第二種技術包括在頭戴式受話器上使用擴音器以便分析噪聲。然後產生噪聲降低信號，以使當噪聲降低信號與通過骨傳導揚聲器傳輸到未被覆蓋的耳朵的音頻信號結合時，未被覆蓋的耳朵聽到帶有最小噪聲幹擾的由頭戴式受話器產生的聲音。在以下的描述中，術語「被覆蓋的耳朵」指的是在其上放置耳機的用戶的耳朵。被覆蓋的耳朵也被稱作「第二耳朵」。術語「未被覆蓋的耳朵」意為沒有戴著耳機的耳朵，並也被稱作「第一耳朵」。
圖1呈現了具有一個耳機的典型的頭戴式受話器，其提供雙聲道音頻或單聲道語音呼叫到兩隻耳朵，未被覆蓋的耳朵以及被覆蓋的耳朵(也就是，帶有耳機的耳朵)。耳機也能夠被用於降低在未被覆蓋的耳朵上的噪聲效應，該未被覆蓋的耳朵比被覆蓋的耳朵對環境噪聲更加敏感。耳機包括骨傳導揚聲器120，該骨傳導揚聲器120可以通過使用附加設備，例如頭戴式受話器環，被放置在靠近骨頭，例如頰骨或顳骨，的各種位置，附加設備被放置在耳朵後面並且被用於接收被傳遞到耳機的信號。骨傳導揚聲器120產生振動並且被用於通過使用骨頭作為傳導介質將信號傳導到另一(未被覆蓋的)耳朵。耳機還具有耳內部分110，其包括傳遞音頻到被覆蓋的耳朵的耳內揚聲器以及被用於獲得耳內信號(也就是，被用戶聽到的音頻)的耳內擴音器。應注意的是，耳內部分 110可以被附接到耳廓而不是被放置在耳朵內，雖然為簡單起見，其將被稱作耳內部分(耳內揚聲器和耳內擴音器)。獲得的耳內信號被用於計算不期望的音頻，這通過從獲得的耳內信號減去期望的信號。不期望的音頻可以為環境噪聲、骨傳導的邊界效應的洩漏信號或環境噪聲和洩漏信號的結合。頭戴式受話器還可以包括標準或耳內擴音器(未被示出)以獲得在語音呼叫期間的用戶的語音。耳機可以被用於不同模式的操作，例如(i)傳遞雙聲道信號到被覆蓋的耳朵和未被覆蓋的耳朵；(ii)傳遞單聲道語音呼叫到兩隻耳朵，模擬使用帶有兩個耳機的頭戴式受話器的效應，其中每個耳機附接到一隻耳朵；(iii)用特定的耳機聽語音呼叫，該特定的耳機降低在被覆蓋的耳朵和未被覆蓋的耳朵中的環境噪聲效應；以及(iv)像在(i)或 ( )中一樣傳遞雙聲道或單聲道信號，並且另外像在(iii)中一樣降低環境噪聲。圖2示出用戶佩戴在一隻耳朵上的耳機200。耳機200傳遞雙聲道音樂或單聲道語音呼叫到兩隻耳朵(即使其覆蓋僅一隻耳朵)並且可提供噪聲降低效應到未被覆蓋的耳朵。耳機200包括(i)耳內揚聲器210 ;(ii)耳內擴音器220，用於感應在耳道內的信號；(iii)骨傳導揚聲器230，用於通過骨頭傳導音頻到未被覆蓋的耳朵。骨傳導揚聲器230 被放置在耳內揚聲器210被定位的用戶的臉的同側、靠近用戶的骨頭處；(iv)處理器M0， 用於接收在雙聲道模式的情況下的兩個音頻信號以及在單聲道模式(即R(n) =L(n))的情況下的一個音頻信號；通過耳內擴音器220從耳道獲得的信號；以及來自音頻接口 260 的信號。處理器240還處理接收到的信號。處理器240可以是數位訊號處理(DSP)，ARM處理器或任何其它處理器；音頻接口 260是音頻設備(未被示出，例如，音頻播放器或蜂窩電話)和耳機200之間的接口。音頻接口 260可以包括分路器用於將單聲道信號分成兩個相等的信號。音頻接口 260可以通過使用無線技術(例如，藍牙、Wi-Fi)或有線連接與音頻設備通信。在前一種情況下的音頻接口 260包括無線接收器，而在後一種情況下的音頻接口 260包括模擬接口或數字接口，在模擬接口 260的情況中將包括ADC (模擬到數字轉換器) 以將模擬信號轉換成數位訊號；電源255用於為耳機200供應電力；ADC和DAC(數字到模擬轉換器)單元241被耦合到處理器240並分別地轉換模擬信號到數位訊號以及數位訊號到模擬信號；以及存儲器250由處理器240使用來中間存儲計算數據。耳機還可以包括標準擴音器或耳內擴音器，用於在語音呼叫期間獲得用戶的語音。
雙聲道信號280從音頻設備被傳輸並被音頻接口 260接收。雙聲道信號280包括兩個信號左聲道信號，被表示為L (η) 282，其期望被用戶的左耳聽到，以及右聲道信號，被表示為R(η) 281，其期望被右耳聽到。假設耳機200被附接在用戶的右耳，在該配置中，耳內揚聲器210將傳遞右聲道信號R(n) 281，而同樣被附接在右耳的骨傳導揚聲器230將傳遞左聲道信號L(n)282。L(n)282信號以衰減α通過骨頭傳播到左耳。L(n)282同樣也傳播到右耳，但以不同的衰減β。應注意的是，α和β可以是頻率相依賴的，然而為了簡單起見，我們將α和β視作頻率無關的。對頻率相依賴性的修改是非常明確的並且能夠被本領域的技術人員理解。方便地，饋送到骨傳導的信號被均衡以便改進信號，然而為解釋的簡單起見，我們假設沒有進行均衡。用均衡器修改是非常明確的並且能夠被那些本領域的技術人員理解。 因此，假定僅L (η) 282被應用，左耳和右耳將聽到(i) Left-ear (η) = α L (η)禾口 Right—ear (η) = β L (η)。加上傳遞R (η) 281的耳內揚聲器210的貢獻的結果是(ii) Left-ear (η) = α L (η)禾口 Right—ear (η) = 3L(n)+R(n)。目標是處理這些對信號使得用戶在他的右耳將聽到原始的右聲道信號R(n) 281， 並且在他的左耳將聽到原始的左聲道信號L(n) 282，如同用標準的雙聲道頭戴式受話器一樣。因此，作為目標的 Left-ear (η)和 Right-ear (η)應為Left-ear (η) = L (η)和 Right-ear (η) = R(n)。值得一提的是，如果耳機200以應用於左聲道和右聲道信號的合適的修改被放置在左耳上，類似的過程將被進行。處理器240接收輸入信號來自音頻接口 260的L(n)282和R(n)281。音量和平衡控制245也被提供到處理器240。音量和平衡控制245被操作音頻設備的用戶控制並通過有線通道或無線通道被傳遞到耳機200。處理器240執行所有必要的處理以滿足Left-ear (η) = L (η)和Right-ear (η)= R(η)的目標，如對圖3所描述的。圖3說明了由處理器240實現的典型的過程的過程圖，以便達到以上提到的分別地提供L (η) 282和R(η) 281到左耳和右耳的目標。放大器320被用戶經由音量和平衡控制245控制。放大器320由左聲道信號 L(n)282饋送。用戶選擇增益G用於左聲道信號L(n) 282以便在他聽到的左聲道信號和右聲道信號之間進行平衡。放大的結果是量值L(n)G的放大的信號361。放大的信號361被饋送到在顱骨的右側上的骨傳導揚聲器230，並且放大的信號361經由骨頭傳播到顱骨的左側。在傳播期間，信號以α衰減，該效應由塊310代表。因此，用戶將在他的左耳聽到量值L (n) G α的衰減信號362。在他的右耳用戶被假定聽到R(n)281。假設R(n)和L(n)應被平衡，那麼用戶將選擇增益G使得Ga ^ 1是所期望的，所以，在左耳聽到的信號(iii) Left-ear (η) =L (η) G α L (η)。左聲道信號L (η) 282也經由骨頭傳播到右耳。在該路線中，左聲道信號L (η) 282以量值β被衰減，由塊330代表。因為假設骨傳導揚聲器230被附接到用戶的右耳，骨傳導揚聲器230和右耳之間的距離比骨傳導揚聲器230和左耳之間的距離要短。因此在其傳播到右耳期間應用到信號的衰減β與在其傳播到左耳期間應用到信號的衰減α是不同的。 將到達右耳的左信道信號L (η) 282的部分為L(n)Gi3。右聲道信號R(n)通過耳內揚聲器210被注入到右耳，所以被右耳聽到的總信號為(iv)R(n)+L(n)G3。該信號的附加在耳道中發生，由加法符號323表明。注意虛線框370表明發生在耳道中的現象而不是由處理器240處理的過程。為了使用戶將在他的右耳聽到僅右聲道信號R(Ii)，處理器240執行以下過程。左聲道信號L(n)282被饋送到帶有脈衝響應H(n)的自適應濾波器340。脈衝響應 H(η)由處理更新計算350來更新，如稍後所描述的。自適應濾波器340產生被注入到耳內揚聲器210的信號-L(η)*Η(η) 364。-L(n)*H(n)的信號364在耳內被加到R(n)+L(n)Gi3 的信號365，如以加法符號321所呈現的。該加法的輸出被表示為為(《),其中 (ν) R(n) = R(n) + L(n) * {β β - H (η))等式(ν)代表用戶在右耳中聽到的右聲道輸出信號366。右聲道輸出信號366由耳內擴音器220獲得並且信號也被表明為in-ear-micfc)。要達到目標為(《) = R(n),我們在誤差計算器322計算誤差e (η)，其中(vi)e(n) = in ear mic (η) -R (η)誤差計算器322將誤差e (η) 367饋送到更新計算350。誤差計算350可以使用 LMS (最小均方)算法或任何其它算法以找到自適應濾波器340的濾波器響應Η(η)的係數， 其使e(n)最小化。一旦達到e (η)的最小值，右耳將聽到R(n)。在單聲道語音呼叫的情況中，進行相同的過程，其中R(n) =L(η)。在該情況下，如果e(n)的最小值不夠小，用戶仍在兩隻耳朵中聽到單聲道信號，其將給他所期望的效果。根據本發明的一些實施方式，耳機200可以降低在未被覆蓋的耳朵中的環境噪聲。當耳機200被用於接收語音呼叫時尤其重要，在該情況下環境噪聲可顯著地影響話音的可理解性。以下實施方式被提供用於環境噪聲降低。當耳機200被放置在右耳，穿過右耳的環境噪聲不顯著地阻塞語音，因為用戶可以提高語音呼叫的音量以便掩蓋在被覆蓋的耳朵處的環境噪聲。然而，穿過未被覆蓋的耳朵的環境噪聲不能夠通過提高在被覆蓋的耳朵處的音量被掩蓋。耳機200能夠顯著地降低環境噪聲效應，如下呼叫的語音被注入到耳內揚聲器 210以及到骨傳導揚聲器230。被注入到骨頭的語音將在左側被聽到，正如對於圖2和圖3 所描述的。骨傳導信號的音量能夠被用戶經由如在圖3中所描述的音量和平衡控制245控制。以適合的音量設置，在未被覆蓋的耳朵的環境噪聲的效應將被降低且電話交談的體驗將被改善。這是由於沒有聲音注入到未被覆蓋的耳朵，用戶在該耳朵內聽到純環境噪聲的事實。通過將語音信號注入到未被覆蓋的耳朵，用戶在他未被覆蓋的耳朵聽到語音信號加環境噪聲，如果經由骨頭注入的語音相較於環境噪聲足夠高，大腦將掩蓋環境噪聲的部分且呼叫可理解性將增加。根據本發明的另一個實施方式，阻塞或降低在未被覆蓋的耳朵處的環境噪聲由噪聲減法機制進行。以下描述涉及耳機200被附接在用戶的右耳而左耳未被覆蓋的實施例。
來電的語音被注入到耳內揚聲器210並且噪音降低信號被注入到骨傳導揚聲器 230。消除信號用應用到其上的適合的相位改變反應估算的環境噪聲。環境噪聲將進入左耳並將被通過骨頭也進入未被覆蓋的耳朵的噪聲降低信號部分地消除，以使在左耳聽到的總噪聲被降低。環境噪聲能夠被消除，其通過添加用於獲得環境噪聲的外部擴音器，或可選地，通過使用耳內擴音器220，與一些附加的處理一起。圖5示出實 際獲得用戶聽到的信號的耳內擴音器220。獲得的信號550由已知信號和環境噪聲組成。已知信號540包括輸入語音520和洩漏信號530 ；輸入語音520方便地是單聲道信號(在該情況下L(n) =R(n))，其從音頻設備被傳輸到耳機200並且經由耳內揚聲器210被注入；洩漏信號530來自骨傳導揚聲器230，被表明為R(n)Gi3。然而一旦按照等式(ν)和等式(vi)達到最小值，Gi3 H(n)且洩漏信號為已知的R(n)*H(n)。H(η) 為自適應濾波器340的脈衝響應。從獲得的信號550減去輸入語音520和信號525 (其實質上等於洩漏信號530)，結果是減去後的信號555，該信號555是估算的環境噪聲。耳機200可以被嵌入到行動電話400，如在圖4中所示的。當被嵌入到行動電話時，骨傳導揚聲器230被定位使得在正常的電話呼叫期間其將接觸骨頭。耳內擴音器220 和耳內揚聲器210被定位如在圖4中所示的。行動電話400可包括標準擴音器或耳內擴音器(未被示出)以在語音呼叫期間獲得用戶的語音。有許多被設計成消除環境噪聲的頭戴式受話器，它們的大多數是覆蓋在耳廓上並且通過使用外部擴音器來估算環境噪聲。根據本發明的實施方式，耳內擴音器220不測量環境噪聲，而是測量耳道內的信號，該信號為用戶聽到的實際信號。圖6示出帶有噪聲降低或噪聲消除機制的噪聲降低頭戴式受話器600。頭戴式受話器600使用耳內揚聲器與耳內擴音器的組合，在每個耳朵內，其獲得在對於左耳和右耳的耳道內的信號。頭戴式受話器600使在不需要外部擴音器的情況下消除環境噪聲能夠實現。頭戴式受話器600包括兩個耳內揚聲器211和212，兩個耳內擴音器221和222。耳內擴音器221和222都分別地獲得在左耳道和右耳道內的信號；處理器240從兩個耳內擴音器221和222接收信號。處理器240使用存儲器250執行信號處理；音頻接口 260從音樂設備接收音頻信號。頭戴式受話器600可以被無線地連接到音樂設備，在該情況下，音頻接口 260包括無線接收器。頭戴式受話器600可以被有線地連接到音樂設備，在該情況下其包括模擬接口，如果連接是數字連接，其帶有ADC或數字接口。音頻接口 260的輸出被饋送到處理器240 ；以及電源255供應頭戴式受話器600的電力。處理器240可以是DSP、ARM或任何其它處理器。處理器240被附接到ADC和DAC 單元241，其將模擬信號轉換成數位訊號或將數位訊號轉換成模擬信號。處理器240的輸入是由音頻接口 260供應的左聲道和右聲道信號L (η) 282和R(n) 281。另外，音量和平衡控制 245被提供到處理器240。雖然圖6示出兩個擴音器，僅使用一個耳內擴音器(假設類似的環境噪聲穿過兩個耳朵)是可能的。應注意到，類似的過程能夠被應用到一個耳機，其將消除穿過耳機的噪聲。類似的過程能夠通過使用骨傳導揚聲器被應用。處理器240估算環境噪聲並消除該環境噪聲或其部分，該環境噪聲來自兩隻耳
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右側的耳內擴音器221獲得右聲道信號R (η) 281和右耳道內噪聲N_Canal_ right (η)的總和。左側的耳內擴音器222獲得左聲道信號L(n) 282和左耳道內噪聲丄 canal_left(n)的總和。處理器240的目的為處理接收的耳內擴音器信號以使用戶將在他的左耳聽到原始的左聲道信號L(n)282並在右耳聽到原始的右聲道信號R(n)281。圖7示出噪聲估算和減法的過程。該過程針對左耳來證明但相同的過程應用到右耳。左聲道信號L(n) 282是所期望的信號。左側的耳內擴音器222獲得信號Sl (n) = L (η)+Nl (η)其中Sl (η)為獲得的信號710以及Nl (η)為由左耳獲得的噪聲。圖7示出如何估算左耳內的噪聲的實施例，其中估算的噪聲720由命(《)來表示並且因此估算的左聲道信號 283為々《)=汾㈨-Μ( )。自適應過程可以使用不同的算法，典型的過程是使用LMS技術。 自適應計算的輸出改變自適應濾波器340的脈衝響應H (η)。環境噪聲被估算並且至少部分地從左側獲得的信號710減去。用戶可以決定不消除所有環境噪聲而僅消除其一部分，即 ㈨=汾㈨㈨,其中S由用戶選擇。方便地，處理器240可以分析環境噪聲的類型並檢測一些預先定義的信號類型， 例如，救護車/警車汽笛、小汽車喇叭或一些其它預先定義的信號。一旦預先定義的信號類型被檢測到，處理器240將自動降低音樂聲音的音量，以使用戶將能夠聽到外部的聲音。可選地，處理器240將通過合成的聲音或以任何其它檢測預先定義的信號類型的方式發信號到用戶。圖8示出用於使用單個耳機提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的方法800。耳機被放置在一隻耳朵上，其將被稱作被覆蓋的耳朵，同時第二耳朵將被稱作未被覆蓋的耳朵。方法800以接收音頻信號的階段810開始。音頻信號可以是雙聲道信號或單聲道語音呼叫。音頻信號包括第一輸入信號和第二信號，第一輸入信號意於由用戶的未被覆蓋的耳朵聽到，第二信號意於由用戶的被覆蓋的耳朵聽到。如果音頻信號是單聲道信號，階段 810還包括分路音頻信號，使得第一輸入信號等於第二輸入信號。階段810後面接著階段820和階段850，它們同時執行。階段820包括以增益因子G放大第一輸入信號，用於產生放大的信號。增益因子G 由用戶設置，並且階段820可以包括從用戶設備接收表示增益因子的音量和平衡控制。控制增益可以部分地掩蓋在未被覆蓋的耳朵處的環境噪聲。階段820後面接著階段840，階段840將放大的信號注入到骨傳導揚聲器，並且通過骨傳導揚聲器輸出輸出信號以響應於第一輸入信號。輸出信號通過骨頭傳播並以衰減β到達被覆蓋的耳朵。因而，當第一輸入信號到達被覆蓋的耳朵時，其乘以傳播因子Gi3。該信號被稱作洩漏信號。階段850包括由自適應濾波器過濾第一輸入信號以提供過濾的信號，一旦該過濾的信號通過耳內揚聲器播放到用戶的第二耳朵，其降低在用戶的第二耳朵上的洩漏信號的音頻效應。階段840和850後面接著階段870，階段870發送過濾的信號和第二輸入信號到耳內揚聲器，通過耳內揚聲器提供耳內音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於過濾的信號和第二輸入信號。階段870後面接著階段880，階段880由耳內擴音器感應一感應的音頻信號。感應的音頻信號響應於第二輸入信號、洩漏信號和過濾的信號。階段880後面接著階段890，階段890更新自適應濾波器的脈衝響應，以便降低到感應的音頻信號的洩漏信號的貢獻。階段890後面接著階段850。圖9示出用於降低來自由耳機提供的音頻的噪聲的方法900。階段900以接收輸入信號的階段910開始。輸入信號可以是單聲道或雙聲道信號。 如果輸入信號是雙聲道信號，那麼輸入信號包括與第二輸入信號不同的第一輸入信號，以及如果輸入信號是單聲道信號，那麼輸入信號包括與第二輸入信號相同的第一輸入信號。階段910後面接著階段920，階段920通過骨傳導揚聲器發送第一輸入信號到第一耳朵。
階段920後面接著階段930，階段930通過耳內揚聲器提供耳內音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於第二輸入信號。階段930後面接著階段940，階段940通過接近於用戶的第二耳朵的耳內擴音器感應一感應的音頻信號；其中感應的音頻信號被耳內音頻信號和另一信號影響，另一信號代表由用戶的第二耳朵聽到的幹擾音頻信號。幹擾音頻信號可以是環境噪聲。階段940後面接著階段950，階段950計算補償信號，該補償信號一旦提供到骨傳導揚聲器，將使骨傳導揚聲器輸出輸出信號，該輸出信號降低在用戶的第一耳朵上的幹擾音頻信號的音頻效應。幹擾音頻信號是不期望的信號，例如環境噪聲。該階段能夠消除或降低環境噪聲。補償信號可以通過使用圖3和圖7的自適應濾波器340被提供。方法900可以包括階段980，階段980通過耳塞或甚至手指塞住用戶的第一耳朵， 以便由於閉塞效應改善在第一耳朵中的信噪(signal to noise)。因為音頻通過骨頭被提供到第一耳朵，塞住耳朵不幹擾輸入音頻的提供，而且降低環境噪聲效應。圖10示出用於提供單聲道音頻信號到用戶的兩隻耳朵的耳機200的簡化變形。耳機1000包括(i)骨傳導揚聲器230，其用於通過骨頭將音頻傳導到兩隻耳朵。骨傳導揚聲器230被靠近於用戶的骨頭放置；(ii)處理器240，其用於接收來自音頻接口 260的輸入信號並且還用於處理接收的輸入信號，例如，放大信號；(iii)音頻接口 260-如在圖2中所描述的；(iv) ADC和DAC (數字到模擬轉換器)_如在圖2中所描述的；(ν)存儲器250，其由處理器240來使用，用於計算數據的中間存儲；以及(vi)電源255。雖然發明的某些特徵已經在此被說明和描述，但是許多修改、替代、改變以及等同物現在將被那些本領域普通技術人員想起。因此，應被理解，附加的權利要求意於覆蓋落入本發明的真實精神範圍內的所有這樣的修改和改變。
權利要求
1.一種用於通過使用單個耳機提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的方法，包括 接收包括第一輸入信號和第二輸入信號的輸入信號；將所述第一輸入信號注入到骨傳導揚聲器；通過所述骨傳導揚聲器輸出一輸出信號以響應於所述第一輸入信號；其中輸出所述輸出信號使音頻信號到達用戶的第一耳朵並使洩漏信號到達用戶的第二耳朵；通過自適應濾波器過濾所述第一輸入信號以提供過濾的信號，所述過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的所述第二耳朵，則降低所述洩漏信號對用戶的所述第二耳朵的音頻效應；發送所述過濾的信號和所述第二輸入信號到耳內揚聲器；通過所述耳內揚聲器提供耳內音頻信號到用戶的所述第二耳朵，以響應於所述過濾的信號和所述第二輸入信號；通過耳內擴音器感應一感應的音頻信號；以及更新所述自適應濾波器的脈衝響應，以便降低所述洩漏信號對所述感應的音頻信號的貝獻。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述感應的音頻信號還包括環境噪聲，以及其中更新所述脈衝響應還包括降低所述環境噪聲的貢獻。
3.根據權利要求1所述的方法，還包括通過增益因子放大所述第一輸入信號，以致當所述第一輸入信號通過骨頭傳播到用戶的所述第一耳朵時，補償應用到所述第一輸入信號的衰減。
4.根據權利要求3所述的方法，還包括從用戶設備接收表示所述增益因子的音量和平衡控制。
5.根據權利要求1所述的方法，其中更新所述脈衝響應包括通過從獲得的耳內信號減去所述第二輸入信號來計算誤差。
6.根據權利要求5所述的方法，其中更新所述脈衝響應包括基於所述誤差計算所需的脈衝響應的係數，以最小化所述誤差。
7.根據權利要求6所述的方法，其中計算所述係數包括使用最小均方算法。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一輸入信號不同於所述第二輸入信號。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述第一輸入信號等於所述第二輸入信號。
10.一種用於提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的耳機，包括音頻接口，其用於提供包括第一輸入信號和第二輸入信號的音頻信號； 骨傳導揚聲器，其耦合到所述音頻接口，並用於輸出一輸出信號；其中輸出所述輸出信號使音頻信號到達用戶的第一耳朵並使洩漏信號到達用戶的第二耳朵；自適應濾波器，其具有可調脈衝響應，並用於過濾所述第一輸入信號以提供過濾的信號，所述過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的所述第二耳朵，則降低所述洩漏信號對用戶的所述第二耳朵的音頻效應；耳內揚聲器，其耦合到所述音頻接口，並用於提供耳內音頻信號到用戶的所述第二耳朵，以響應於所述過濾的信號和所述第二輸入信號； 耳內擴音器，其用於感應一感應的音頻信號；以及處理器，其用於更新所述自適應濾波器的脈衝響應，以便降低所述洩漏信號對所述感應的音頻信號的貢獻。
11.根據權利要求10所述的耳機，其中所述感應的音頻信號還包括環境噪聲，以及其中所述處理器被配置成更新所述脈衝響應以降低所述環境噪聲的貢獻。
12.根據權利要求10所述的耳機，還包括放大器，該放大器用於放大所述第一輸入信號，以當所述第一輸入信號通過骨頭傳播時，補償應用到所述第一輸入信號的衰減。
13.根據權利要求10所述的耳機，其中所述處理器被配置成更新所述脈衝響應以響應於誤差，其中所述誤差通過從獲得的耳內信號減去所述第二輸入信號來計算。
14.根據權利要求10所述的耳機，其中所述處理器被配置成基於所述誤差計算所需的脈衝響應的係數，以最小化所述誤差。
15.根據權利要求10所述的耳機，其中所述音頻接口包括無線接收器，該無線接收器用於從無線音頻設備接收所述音頻信號。
16.根據權利要求10所述的耳機，其中所述音頻接口包括模擬接口，該模擬接口用於從帶有模擬發射器的有線音頻設備接收所述音頻信號。
17.根據權利要求10所述的耳機，其中所述音頻接口包括數字接口，該數字接口用於從帶有數字發射器的有線音頻設備接收所述音頻信號。
18.根據權利要求10所述的耳機，其中所述第一輸入信號不同於所述第二輸入信號。
19.根據權利要求10所述的耳機，其中所述第一輸入信號等於所述第二輸入信號。
20.一種用於通過使用單個耳機提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的方法，包括接收第一輸入信號；通過骨傳導揚聲器發送所述第一輸入信號到用戶的第一耳朵；通過耳內揚聲器提供內耳音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於第二輸入信號；通過接近於用戶的所述第二耳朵的耳內擴音器感應一感應的音頻信號；其中所述感應的音頻信號被所述內耳音頻信號和代表由用戶的所述第二耳朵聽到的幹擾音頻信號的另一信號影響；以及計算補償信號，所述補償信號一旦被提供到骨傳導揚聲器將使所述骨傳導揚聲器輸出一輸出信號，所述輸出信號降低所述幹擾音頻信號對用戶的所述第一耳朵的音頻效應。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述幹擾音頻信號為環境噪聲。
22.根據權利要求21所述的方法，其中被提供到所述骨傳導揚聲器的所述補償信號將使所述骨傳導揚聲器輸出一輸出信號，所述輸出信號消除所述環境噪聲的音頻效應。
23.根據權利要求21所述的方法，其中計算所述補償信號響應於用戶定義的噪聲降低因子，以使所述環境噪聲的音頻效應的降低響應於所述用戶定義的噪聲降低因子。
24.根據權利要求20所述的方法，還包括通過耳塞塞住用戶的所述第一耳朵以致由於閉塞效應改善在所述第一耳朵中的信噪。
25.—種耳機，包括音頻接口，其用於接收第一輸入信號和第二輸入信號；耳內揚聲器，其用於通過所述耳內揚聲器提供內耳音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於所述第二輸入信號；骨傳導揚聲器，其用於提供所述第一輸入信號到用戶的第一耳朵；耳內擴音器，其接近於用戶的所述第二耳朵，並用於感應一感應的音頻信號；其中所述感應的音頻信號被所述內耳音頻信號和代表由用戶的所述第二耳朵聽到的幹擾音頻信號的另一信號影響；以及處理器，其用於計算補償信號，所述補償信號一旦被提供到所述骨傳導揚聲器將使所述骨傳導揚聲器輸出一輸出信號，所述輸出信號降低所述幹擾音頻信號對用戶的所述第一耳朵的音頻效應。
26.一種提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的電話，包括骨傳導揚聲器，其用於輸出音頻信號；其中輸出所述輸出信號使洩漏信號到達用戶的第二耳朵；自適應濾波器，其具有可調脈衝響應，並用於過濾第一輸入以提供過濾的信號，所述過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的所述第二耳朵，則降低所述洩漏信號對用戶的所述第二耳朵的音頻效應；耳內揚聲器，其耦合到所述音頻接口，並用於提供耳內音頻信號到用戶的所述第二耳朵，以響應於所述過濾的信號和第二輸入信號；耳內擴音器，其用於感應一感應的音頻信號；以及處理器，其用於更新所述自適應濾波器的脈衝響應，以便降低所述洩漏信號對所述感應的音頻信號的貢獻。
27.一種頭戴式受話器，其包括音頻接口，其用於提供音頻信號，所述音頻信號包括第一輸入信號和第二輸入信號； 第一耳內揚聲器以及第二耳內揚聲器，所述第一耳內揚聲器用於提供第一內耳音頻信號到用戶的第一耳朵，以響應於所述第一輸入信號，所述第二耳內揚聲器用於提供第二內耳音頻信號到用戶的第二耳朵，以響應於所述第二輸入信號；至少一個耳內擴音器，其接近於用戶的所述第一耳朵，並用於感應一感應的音頻信號； 其中所述感應的音頻信號被所述第一內耳音頻信號和代表由用戶的所述第一耳朵聽到的第二音頻信號的另一信號影響；以及處理器，其用於計算補償信號，所述補償信號一旦被提供到所述耳內揚聲器將使所述耳內揚聲器輸出一輸出信號，所述輸出信號降低所述第二音頻信號的音頻效應。
28.根據權利要求1所述的方法，還包括通過增益因子放大所述第一輸入信號，以掩蓋由用戶的所述第一耳朵聽到的至少部分所述環境噪音。
29.根據權利要求10所述的耳機，還包括放大器，該放大器用於放大所述第一輸入信號，以掩蓋由用戶的所述第一耳朵聽到的至少部分所述環境噪音。
30.根據權利要求1所述的方法，還包括通過耳塞塞住用戶的所述第一耳朵，以致由於閉塞效應改善在所述第一耳朵中的信噪。
31.根據權利要求10所述的耳機，還包括耳塞，該耳塞用於塞住用戶的所述第一耳朵， 以致由於閉塞效應改善在所述第一耳朵中的信噪。
32.一種用於提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的耳機，包括 音頻接口，其用於提供包括第一輸入信號和第二輸入信號的音頻信號；骨傳導揚聲器，其耦合到所述音頻接口，並用於輸出一輸出信號；其中輸出所述輸出信號使音頻信號到達用戶的第一耳朵並使洩漏信號到達用戶的第二耳朵；自適應濾波器，其具有可調脈衝響應，並用於過濾所述第一輸入信號以提供過濾的信號，所述過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的所述第二耳朵，則降低所述洩漏信號對用戶的所述第二耳朵的音頻效應；以及處理器，其用於更新所述自適應濾波器的脈衝響應，以便降低所述洩漏信號對所述感應的音頻信號的貢獻。
全文摘要
一種用於提供音頻信號到用戶的兩隻耳朵的耳機，包括用於提供音頻信號的音頻接口，耦合到音頻接口、用於輸出一輸出信號的骨傳導揚聲器，具有可調脈衝響應的自適應濾波器以提供過濾的信號，該過濾的信號一旦通過耳內揚聲器被播放到用戶的第二耳朵，將降低在用戶的第二耳朵上的洩漏信號的音頻效應，耦合到音頻接口、用於提供耳內音頻信號到用戶的第二耳朵的耳內揚聲器，以響應於過濾的信號和第二輸入信號，用於感應一感應的音頻信號的耳內擴音器，以及用於更新自適應濾波器的脈衝響應的處理器，以便降低洩漏信號到感應的音頻信號的貢獻。
文檔編號H04R19/00GK102273232SQ200980153914
公開日2011年12月7日 申請日期2009年11月10日 優先權日2008年11月10日
發明者烏裡·耶胡達, 阿里·海曼 申請人:伯恩同通信有限公司