耳機裝置及用於其的操作方法

2023-09-21 20:09:50

專利名稱：耳機裝置及用於其的操作方法
技術領域：
本發明涉及耳機裝置，特別地，但不排他地，涉及封閉式(closed)和入耳式(in-ear)耳機。
背景技術：
個性化的音頻重現的使用隨著可攜式通信和音頻重現設備的出現和流行而變得日益普遍，導致在公共的和共享的環境下個性化的音頻供應變得頻繁。
為了提供個性化的音頻，典型地使用某種形式的耳機。例如，頭戴式耳機組可包括用於每隻耳朵的耳機，其例如可以是入耳式耳機，或包圍用戶的耳朵的封閉式耳機設計。使用耳機來提供個性化音頻的另一例子是例如聽力受損的用戶對助聽器的使用。許多這樣的耳機被安排成也提供對外部環境噪聲的無源衰減。例如，由於在耳道與聲學環境之間的聲密封，設計優良的入耳式耳機可以減小外部噪聲約25dB。同樣地，耳外的封閉式耳機也可以提供對外部環境，特別是高頻的顯著的無源衰減。這樣的噪聲減小在許多情景中可能有利。例如，對於在嘈雜環境下的遠端通信(例如，通過電話鏈路)，優選的是減小往往會降低遠端方的可懂度的外部噪聲。作為另一個例子，當外部噪聲被減小時，在嘈雜環境下收聽音樂也往往更令人愉悅，例如在飛機、公共汽車、火車和擁擠的公共場所中。而且，由於在耳機與用戶耳朵之間的緊密耦合，封閉式或入耳式耳機設計不僅可以提供對外部聲音的衰減，而且也提供所再現的音頻的改進的質量。實際上，在許多情形下，由於對於給定尺寸的耳機可以達到的音頻質量，所以可以選擇封閉式或入耳式設計。然而，在許多情景下，外部聲音的衰減可能是不利的。例如，它可能不僅衰減不想要的噪聲，而且也衰減想要的外部聲音。作為例子，在其中對聲音環境的注意很重要的交通和其它情形下戴上封閉式或入耳式耳機可能是不實際的，並且實際上外部聲音的減小甚至可能導致危險的情形。另外，這樣的耳機的使用導致阻塞效應(occlusion effect)，阻塞效應類似於當耳朵被堵住(例如，被水堵住)時的體驗。因為耳朵感覺被堵住，所以阻塞效應急劇地降低了舒適的感覺，並且實質上影響了對用戶自己的話音的感知，導致感知到的失真。由於相同的耳機典型地被使用於許多不同的情景，在某些情景下，耳機很可能是次最佳的，並且實際上，在某些情景下，耳機很可能沒有提供足夠的外部聲音給用戶，而在其它的情景下，耳機很可能提供了太多的外部聲音給用戶。為了改進對於給定的耳機的感知質量和用戶體驗，已建議了許多用於處理要由耳機再現的信號的信號處理算法。例如，已提出了有源噪聲消除，其中話筒測量環境噪聲信號，該環境噪聲信號被使用來從耳機的聲換能器生成反相的抵消聲音信號。作為另一個例子，對於封閉式或入耳式頭戴式耳機，已提出話筒可以捕獲外部聲音，並把這些外部聲音加到正在重現的聲音上。然而，雖然用於修改由耳機的聲換能器重現的聲音的這樣的算法在許多情景下可以提供改進的性能，但它們在某些情形下也往往是次最佳的，特別是它們不能提供對於最佳化的完全的靈活性。實際上，在某些情景下，這樣的方法可能提供次最佳的音頻質量或用戶體驗。這些方法也往往相對較複雜，且導致耳機系統的成本增加。因此，改進的方法是有利的，特別是允許增加靈活性、改進對不同音頻環境和/或使用情景的動態適配性、改進感知的音頻質量、減小複雜性、便利操作、便利實現和/或改進性能的方法是有利的。

發明內容
因此，本發明尋求優選地單個地或按任何組合地減輕、緩和或消除上面提到的缺點中的一個或多個。
按照本發明的一個方面，提供了耳機裝置，包括話筒，用於生成話筒信號；聲換能器，被安排來響應於驅動信號而輻射第一聲音分量到用戶的耳朵；聲道，用於引導(channeling)外部聲音以便把第二聲音分量提供到用戶的耳朵；聲閥(acoustic valve),用於響應於閥控制信號而控制聲道的衰減；以及控制電路，用於響應於話筒信號而生成閥控制信號，以便提供對於聲道的可變衰減，導致到達用戶耳朵的第一聲音分量和第二聲音分量的混合聲音。本發明可以在許多情景下提供改進的耳機裝置。特別地，可以獲得可適配於不同的使用情景和當前條件的耳機。該耳機可以提供在來自音頻環境的直接的聲學聲音與由聲換能器重現的聲音之間的改進的混合。特別地，該耳機可以通過允許直接來自外部音頻環境的聲音與由聲換能器重現的聲音的動態的和/或逐漸的混合而提供改進的用戶體驗。該方法可以允許在衝突的要求，比如，舉例而言噪聲抑制與阻塞效應的減小之間的更靈活的、動態的和逐漸的折衷。該裝置在許多實施例中可以提供改進的聲音質量和用戶體驗，並且可以提供在聲學與電特性之間的有效的互相配合。該系統可以允許由用戶感知的聲音是由聲換能器提供的電控制的聲音與來自本地音頻環境的直接聲耦合的聲音的組合。這在許多情景下可以提供被感知的更自然的和更高質量的聲音。耳機裝置可以根據如在話筒信號中反映的、在本地音頻環境中的特性，而自動適配它的操作和兩種成分(contribut ion )在到達用戶的混合中的加權。該耳機裝置可包括任何類型的耳機，包括例如入耳式耳機、助聽器、頭戴式耳機裝置的耳外的耳機，包括封閉式和開放式頭戴式耳機等等。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成響應於話筒信號而生成驅動信號。這可以在許多實施例中提供改進的性能，且特別地，可提供改進的感知的音頻質量和/或改進的用戶體驗。驅動信號可以特別地被生成為至少包括對應於話筒信號的分量，以及第一聲音分量可被生成來反映本地音頻環境。對外部的本地音頻環境的感知因此可以被提供為經由聲道直接聲I禹合的聲音與經由聲換能器的電生成的聲音的組合。所述方法可以允許在與不同通路相關聯的不同特性之間的改進的折衷，且可以例如允許在聲通路的自然聲音和低複雜性(以及資源使用)與電通路的可能複雜的信號處理之間的折衷及它們的組合。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成共同地生成驅動信號和閥控制信號。
這可以在許多情景下提供改進的性能，以及經常可以導致最佳化的性能和折衷。該共同確定是使得考慮閥控制信號/聲閥特性而生成驅動信號，和/或考慮驅動信號和/或電通路的特性而生成閥控制信號。例如，如果聲閥不能被調節成對於第二聲音分量提供想要的效果(諸如，聲耦合或衰減)，則驅動信號可被適配成提供想要的效果(例如，通過使得聲換能器提供附加的外部聲音或提供用於第二聲音分量的聲音抵消信號)。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成共同地生成驅動信號和閥控制信號，以便提供想要的環境聲音特性。這可以提供改進的用戶體驗。想要的環境聲音特性可以例如是對於到達用戶的耳朵的環境聲音的級別或增益。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成當生成驅動信號時根據話筒信號執行噪聲減小，和響應於噪聲減小的特性而生成閥控制信號。 這可以在許多實施例和情景下提供改進的噪聲性能。特別地，它可以提供聲學與電噪聲減小和/或無源與有源噪聲減小的有效組合。噪聲減小的特性可以特別地指示在噪聲減小後剩餘的噪聲分量。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成響應於聲閥的運行特性而修改用於從話筒信號生成驅動信號的轉移特性。這可以在許多情景下提供改進的性能。轉移特性特別地可以是頻率響應。轉移特性可例如被修改來反映對於聲道的當前的聲學轉移函數。所述方法可以例如被使用來通過修改轉移特性以補償對於在聲道的轉移函數中的改變的總體反饋環特性，而減小出現不穩定性的風險。 按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成檢測在話筒信號中的聲反饋指示，和響應於聲反饋指示而生成驅動信號和閥控制信號中的至少之一。這可以在許多情景下提供改進的性能，以及特別地可以提供改進的穩定性性能。例如，它可被使用來阻止或減輕會導致自振蕩的、從聲換能器到話筒的聲反饋。聲反饋指示可以例如是在已知與用於耳機裝置的潛在聲反饋相關聯的頻率上的音調信號(tonesignal)的指示。按照本發明的可選特徵，耳機裝置還包括用於接收供耳機重現的音頻信號的裝置；以及其中控制電路被安排成響應於該音頻信號而生成驅動信號。所述耳機裝置當被使用於重現外部接收的音頻信號的聲音時可以提供改進的用戶體驗。例如，當收聽來自例如通信設備或媒體播放器的再現的聲音時可以達到改進的用戶體驗。音頻信號可以與話筒信號相組合，或者第一聲音分量例如可以僅僅對應於接收的音頻信號。按照本發明的可選特徵，耳機裝置還包括用於接收遠端耳機的另一個聲閥設置的指示的裝置，以及其中控制電路被安排成響應於所述指示而生成閥控制信號。這可以在其中使用了一個以上的耳機的情景下提供改進的性能。例如，對於立體聲頭戴式耳機，左耳機和右耳機可以交換規定聲閥設置的數據，由此允許協調被提供到收聽者的雙耳的聲音。
按照本發明的 可選特徵，控制電路被安排成使得上述聲閥的設置與另一個聲閥的設置對準(align)。這可以在許多情景下提供改進的用戶體驗。該對準特別地可包括同步，以使得聲閥的設置中的改變被協調。特別地，響應於所接收的指示，另一個聲閥的設置的改變可以導致上述聲閥的設置的改變。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成在聲閥的設置與另一個聲閥的設置之間引入偏移。這可以在許多情景下提供改進的性能，且特別地，可以允許該裝置考慮收聽者雙耳之間的聽力差異。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成對話筒信號執行聽覺場景分析，並響應於該聽覺場景分析而生成閥控制信號。這可以在許多情景下提供改進的性能。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成響應於話筒信號而執行噪聲分析，並響應於該噪聲分析而生成閥控制信號。這可以提供改進的噪聲性能，且特別地，可以允許改進的噪聲抑制，它特別地可以導致聽起來更自然的被抑制的噪聲。按照本發明的可選特徵，控制電路被安排成對話筒信號執行語音檢測，並響應於該語音檢測而生成閥控制信號。這可以在許多情景下提供改進的用戶體驗。特別地，它可以當用戶正在收聽時提供改進的噪聲減小，而當用戶正在講話時減小阻塞效應。按照本發明的一個方面，提供了用於耳機裝置的操作的方法，所述耳機裝置具有用於引導外部聲音以便把第一聲音分量提供到用戶的耳朵的聲道和用於響應於閥控制信號而控制聲道的衰減的聲閥，所述方法包括生成來自話筒的話筒信號；響應於驅動信號而把第二聲音分量從聲換能器輻射到用戶的耳朵；以及響應於話筒信號而生成閥控制信號，以便提供聲道的可變的衰減，導致到達用戶耳朵的第一聲音分量與第二聲音分量的混合聲音。本發明的這些和其它方面、特徵與優點將從下文描述的實施例明白，並將參照所述實施例予以闡明。


本發明的實施例將參照附圖，僅僅作為例子來描述，其中
圖I圖示按照本發明的一些實施例的耳機裝置的例子；以及
圖2圖示按照本發明的一些實施例的耳機裝置的例子。
具體實施例方式以下的說明聚焦在可應用於立體聲頭戴式耳機裝置的耳機的本發明的實施例，立體聲頭戴式耳機裝置對於用戶的每隻耳朵都包括一個耳機。然而，將會意識到，本發明不限於這個應用，而是可以應用於許多其它情景，比如，舉例而言助聽器。圖I圖示按照本發明的一些實施例的耳機裝置的例子。在該例子中，圖I的耳機裝置以單個耳機被實施，其在使用時被安置在用戶的耳朵中或耳朵周圍。特別地，該耳機可以是部分插入到用戶的耳道中的入耳式耳機，或者可以是封閉式耳機且因此可被保持在用戶耳朵周圍的位置，以便形成封閉的容積。還將意識到，在一些實施例中，圖I的單元中的一個或多個可被定位在耳機單元的外面。例如，在一些實施例中，可以使用外部話筒。圖I的耳機對應於立體聲頭戴式耳機的一個耳機，該立體聲頭戴式耳機還包括第二耳機，該第二耳機可以與圖I的耳機相同。換句話說，圖I可被看作為圖示了立體聲頭戴式耳機的任一個耳機。耳機可以是能把聲音信號再現給用戶的一隻耳朵的任何設備。耳機在使用時被緊密地耦合到用戶的一隻耳朵，但不被耦合到用戶的另一隻耳朵。耳機的例子包括助聽器、入耳式耳機、封閉式耳機等等。耳機往往是可戴的。圖I的耳機包括聲換能器101，它被安排來響應於被饋送給它的驅動信號而生成聲信號。聲換能器101福射第一聲音分量，該第一聲音分量可以到達用戶的耳朵103。例如，對於入耳式耳機，聲換能器101把聲音直接輻射到用戶的耳道中，而對於封閉式耳機，它把 聲音輻射到包圍用戶耳朵的封閉的容積中。聲換能器101特別地可以是揚聲器。聲換能器101被稱合到控制電路105,該控制電路被安排成生成用於聲換能器101的驅動信號。因此，控制電路105生成電驅動信號，該電驅動信號被饋送到聲換能器101以便轉換成第一聲音分量。控制電路105還被耦合到信號接收器107，該信號接收器被安排來接收來自外部或內部源(未示出)的音頻信號。音頻信號可以是要由耳機呈現的音頻信號。例如，它可以是來自媒體播放器的、要被播放給用戶的音頻信號。音頻信號可以從任何適當的源和以任何適當的方式被接收。例如，音頻信號可以經耦合到源的導線作為模擬電信號被接收。作為另一個例子，信號接收機107可包括無線收發器，諸如藍牙(Bluetooth )接收機，以及音頻信號可以作為包括編碼的音頻數據的無線數據信號被接收。在這樣的例子中，信號接收機107可包括解碼器，用於對該編碼的音頻數據解碼。該耳機還包括被耦合到控制電路105的話筒109。話筒109被安排成捕獲外部音頻環境中的音頻，並把它提供到控制電路105。在一些實施例中，驅動信號可以根據來自話筒109的話筒信號而被生成。例如，話筒109可以拾取被饋送到聲換能器101的外部聲音,這樣使得第一聲音分量包括環境的/外部的聲音。作為另一個例子，耳機可被使用來提供噪聲減小/消除，以及話筒109可被定位成拾取靠近用戶耳朵的聲音。控制電路105可以隨之生成具有所檢測到的聲音的相反相位的聲音抵消信號。因此，第一信號分量可包括噪聲消除聲音信號，該噪聲消除聲音信號可以至少消除到達用戶的某些噪聲。將會意識到，在一些實施例中，對於所述耳機可以使用一個以上的話筒。例如，一個話筒可被安排成使得它可以捕獲外部聲音，而另一個話筒可被安排成捕獲靠近用戶耳朵的聲音。不同的話筒可以一起使用，例如，外部和內部話筒都可被使用來提供噪聲消除；或者話筒可以被不同地使用，例如，內部話筒可被使用於電的噪聲消除，而外部話筒可被使用來控制聲閥117的設置。還將會意識到，每個話筒可被實施為話筒陣列。這例如可以允許通過適當地組合來自不同話筒的信號而達到方向特性。因此，話筒109在一些實施例中可以被認為代表多個話筒。
在其它實施例中，驅動信號可以從接收自接收機107的音頻信號生成。因此，第一聲音分量可以對應於所接收的音頻信號的呈現。例如，耳機可以用作為頭戴式耳機的一部分以便把來自媒體播放器或通信單元的聲音呈現給用戶。因此，在一些實施例中，第一聲音分量僅僅是基於來自音頻接收機107的音頻信號，而不依賴於來自話筒109的話筒信號。在其它實施例中，第一聲音分量僅僅是基於來自話筒109的話筒信號，而不依賴於來自音頻接收機107的音頻信號。因此，音頻接收機107可以是任選的，以及它可以僅僅在一些實施例中被包括。還將會意識到，在一些實施例中，驅動信號將響應於來自音頻接收機107的音頻信號和來自話筒109的話筒信號兩者而被生成。因此，第一聲音分量可包括來自音頻信號和來自話筒信號兩者的成分。將會意識到，控制電路105可以以任何適當的方式被實施，且特別地，它可以由數字或模擬手段來實施。典型地，控制電路105將包括數位訊號處理器，其被安排來對所接收的信號執行適當的數位訊號處理算法。將會意識到，控制電路105因此在適當的場合下可包括用於進行模擬到數字和數字到模擬轉換的適當手段。還將會意識到，控制電路105可包括其它適當的電路，比如，舉例而言用於話筒信號的低噪聲放大器和用於驅動信號的 功率放大器。在例子中，耳機是封閉式耳機或入耳式耳機。這樣的耳機的特性在於，它們提供在外部音頻環境與用戶耳朵之間的聲音衰減。這個衰減可以是相當大的(例如，20-30dB的典型值對於入耳式耳機並不罕見)。這樣的衰減在例如需要或想要無源噪聲減小的許多情景下是有利的。然而，在其它情景中，由於當用戶正在講話時引起的阻塞效應，或者由於用戶對外部音頻環境感興趣，這樣的衰減可能是不希望的。圖I的耳機還包括聲道111，用於引導來自外部音頻環境的外部聲音到用戶的耳朵103，由此把第二聲音分量提供到用戶的耳朵103。因此，對於圖I的耳機，到達用戶耳朵的聲音將(主要地)在於被混合在一起的兩個聲音分量。特別地，由用戶感知的聲音將是由聲換能器101提供的第一聲音分量和由聲道111提供的第二聲音分量的組合。聲道111可以特別地被生成為將包圍用戶耳朵103 (或在用戶耳朵內)的容積連接到外部環境的孔。特別地，在耳機中可以形成管或洞，令第一開口 113在耳機外面，而第二開口 115在所述容積中把聲音提供到用戶的耳朵103。這個聲道的存在允許外部聲音通過空氣介質直接到達用戶的耳朵103，即，不用任何到電信號的轉換。聲道111因此減小了由耳機提供的對外部聲音的衰減，並允許這個外部環境聲音以減小的失真等等到達用戶的耳朵103。聲道111因此可以緩和或消除對於封閉式或入耳式耳機設計可以體驗到的某些缺點。例如，它可以減小阻塞效應和允許環境聲音被用戶聽見。然而，聲道111的存在可能降低由封閉式或入耳式耳機設計提供的無源噪聲減小。聲道111的存在可以特別地導致耳機設計更類似於開放式頭戴式耳機設計。圖I的耳機還包括聲閥117，其被安排來響應於閥控制信號而控制通過聲道111的外部聲音輻射的衰減。特別地，聲道111可以配備有聲閥117，該聲閥可以逐漸變化聲道111的至少一部分的橫截面。依賴於所施加的控制信號，聲閥117可以逐漸打開或閉合聲道111，並且它可以特別地被安排成變化聲道111的開口，從它完全打開一直到它完全閉合。聲閥117因此可被使用來控制由耳機提供多少無源衰減和允許多少直接的聲學的環境聲音傳遞到用戶。
聲閥117被耦合到提供閥控制信號的控制電路105。控制電路105響應於話筒信號而生成閥控制信號。所述控制信號因此被使用來提供對於聲道111的可變衰減，以使得這導致到達用戶耳朵103的第一聲音分量與第二聲音分量的混合聲音。聲道111的衰減因此可以是逐漸的衰減，這允許某些聲音聲學地到達用戶的耳朵103，而同時仍舊允許耳機提供某些無源衰減。因此，所描述的方法可以依賴於由話筒109捕獲的音頻而提供耳機的無源衰減的更加靈活和動態的變化。例如，如果話筒109被安排成捕獲外部環境聲音，則可以調節聲音的精確衰減，以便反映這個聲音的特性。作為具體的例子，圖I的耳機可被使用來呈現由接收機107接收的音頻信號。同時，控制電路105可以評價由話筒109拾取的話筒信號，並通過生成用於聲閥117的適當的閥控制信號，而根據這個來控制聲道111的衰減。控制電路105例如可以確定環境噪聲的級 另IJ，並且可以將聲閥117控制為是依賴於外部聲音的級別的聲閥。例如，如果外部聲級非常低，則控制電路105可以著手生成控制信號，其導致聲閥117被完全打開。在這種情形下，與聲道111相關聯的衰減將非常低，且第二信號分量可以對應於精確的和未衰減的外部聲音信號。因此，當用戶處在安靜的環境時，他或她將能夠收聽所呈現的音頻，而不遭受與封閉式或入耳式耳機設計相關聯的任何缺點。例如，用戶將不會體驗到任何阻塞效應，並將能夠聽見外部聲音源(例如，如果用戶被另一個人呼叫，則他將能夠聽見)。然而，如果因為用戶移動到嘈雜的音頻環境，環境聲級增加，則這可以被話筒109捕獲，且因此控制電路105可以著手逐漸關閉聲閥117，以便平衡(compensate)增加的環境聲級。因此，用戶仍舊能夠聽見所呈現的音頻，而背景外部聲音的級別是低的，因為這些聲音在聲道117中已被衰減。然而，這個衰減的聲級是以例如增加的阻塞效應為代價達到的。如果環境聲級變為太響以致聲閥117被完全關閉，對應於耳機的無源衰減被最大化，則在一些實施例中，控制電路105可以著手執行有源噪聲消除，以使得從聲換能器101輻射的聲音不僅包括來自接收機107的音頻信號，而且也包括用於外部噪聲的噪聲消除信號。在本例中，外部聲級的確定可被認為是對於話筒信號的簡單的噪聲分析。因此，圖I的耳機可以提供改進的和靈活的用戶體驗，在那裡所述操作被自動地適配於由用戶體驗的特定條件。實際上，所述方法可被看作為提供耳機設計從開放式設計到完全封閉式/入耳式設計的靈活適配。因此，系統慮及了單個耳機適配來為當前的使用情景提供想要的特性。特別地，在電的和聲學的聲音分量之間的緊密合作被使用來提供對於當前條件的適當的音頻體驗，由此提供例如改進的感知的音頻質量。實際上，所述方法慮及了第一聲音分量和第二聲音分量對於用戶要同時可聽見，以便提供改進的音頻體驗，例如，包括要被再現的音頻信號和處於想要的級別的外部聲音。而且，諸如阻塞那樣的不想要的效應可以減小，且特別地，可被限於其中它們是必要的折衷的情景。因此，與諸如美國專利申請US2007/0086599(該美國專利申請公開了被使用來完全打開或完全關閉耳塞的通孔以便使耳塞在完全透明和完全阻塞之間切換的聲閥的例子)的方法那樣的方法不同，所描述的方法提供了可被使用來例如從音頻信號提供有利的音頻呈現的耳機。所述系統提供了靈活的和可變的適配，使得被再現的聲音的用戶感知通過以下方式而被最佳化，即第一和第二聲音分量合作以提供對於當前條件的可能最佳化的音頻體驗。將會意識到，聲閥111是可以變化對於通過聲道111的聲音信號的衰減的任何功能。特別地，聲閥117可以是能變化聲道111的橫截面的任何功能性。作為具體的例子，聲閥117可以被實施為使用例如小的步進電動機來控制開孔的膜片快門(diaphragm shutter)(類似於在照相機中使用的那個)。另一個例子可以是它在散熱器閥中被實施的方式，其中流體可以由被推入到管中的物體所阻礙。阻擋的物體的位置可以例如通過電場和/或磁場、或由壓電致動器來控制。在上面提到的具體的例子中，耳機被使用於呈現音頻信號，以及控制電路105特別地根據音頻信號來生成驅動信號。在本例中，話筒109可能未被安排在耳機的外側以便拾取外部噪聲，但是在一些實施例中它可以被安排成使得它捕獲在由封閉式頭戴式耳機圍繞耳朵形成的容積中的聲音。因此，在這個例子中，話筒109不直接捕獲外部聲音，而是測量由用戶的耳朵103接收的聲音。話筒信號因此可以反映第一和第二聲音分量的組合的成 分。控制電路105可以著手對話筒信號109執行噪聲分析。例如，它可以減去對應於第一聲音分量的信號分量，然後評價剩餘的殘餘信號。該信號可以被直接認為是對應於不想要的噪聲分量，且控制電路105可以根據這個殘餘信號的電平著手打開或關閉聲閥117。例如，如果所述電平高於閾值，則聲閥117被進一步關閉，而如果所述電平低於閾值，則聲閥117被進一步打開。因此，在本例中，反饋環被提供來調節聲閥117，以把用戶耳朵103處的噪聲電平維持為低於給定值。在一些實施例中，控制電路105還可以著手對殘餘信號執行更高級的評價。例如，它可以著手分離語音分量和噪聲分量，和使用這些估計來控制聲閥打開。在其它實施例中，另外地或替換地從話筒信號生成用於聲換能器101的驅動信號。例如，為了消除不想要的聲音分量，話筒信號可被使用來執行有源噪聲消除，其中聲音分量是從聲換能器101被輻射。將會意識到，這樣的功能性可以與聲換能器101是否也被使用來呈現從音頻接收機107接收的音頻信號無關。因此，第一聲音分量在某些情形下可以被生成為包括對應於來自音頻接收機107的音頻信號的音頻信號聲音分量和從話筒信號生成並打算用來抵消外部聲音的聲音抵消分量。以下的具體的例子為了清晰和簡明起見將聚焦於其中耳機被純粹使用於噪聲減小或消除而不再現任何聲音的實施例。因此，在所述例子中，沒有接收到音頻信號，以及第一聲音分量僅僅包括聲音抵消分量。在這些實施例的某些實施例中，控制電路105可以共同地生成驅動信號和閥控制信號。因此，閥控制信號可以取決於驅動信號和/或驅動信號可以取決於閥控制信號。因此，在這些實施例中，耳機的想要的運行是通過仔細地控制由聲換能器101生成的聲音和經由聲道111提供的聲音而達到的。因此，兩個不同的通路被一起控制和一起最佳化，以便提供改進的性能。作為例子，控制電路105可以尋求維持給定的想要的外部聲音特性，比如，舉例而言給定的最大外部聲級。在這樣的情景中，如果話筒檢測到當前的環境聲級非常低，則控制電路105可以著手完全打開聲閥117，並生成零值驅動信號，導致沒有聲音抵消信號從聲換能器101生成。然而，如果所檢測的外部聲級增加，則控制電路105可以著手將有源和無源噪聲消除一起引入。無源噪聲消除是通過逐漸關閉聲閥117以便增加聲道111的衰減和因此增加耳機整體的無源衰減而達到的。同時，控制電路105可以著手生成聲音抵消驅動信號，其導致從聲換能器101輻射聲音抵消聲音分量。這兩個聲音減小方法的每一個的相對效果可以隨外部聲級而變化。實際上，典型地，有源聲音抵消過程往往是次最佳的，且可能甚至引入某些人工產物。所以，在低聲級處，有源噪聲消除的級別可以維持為相對較低，由此允許大多數衰減由聲道111的增加的衰減來提供。然而，在較高的聲級處，有源噪聲減小可以顯著地增加，以便提供更有效的和更顯著的噪聲消除。然而，維持聲道111部分打開可能仍舊是有利的，因為這可以在許多情景中提供聽起來更自然的殘餘聲音。作為另一個例子，控制電路105可被安排成根據話筒信號執行噪聲減小，然後可以根據這個噪聲減小的特性來調節閥控制信號。例如，聲閥117可以根據在有源消除後剩餘的噪聲量來被打開或關閉。例如，在一些實施例中，有源噪聲消除可被最佳化，且特別地，使其將目標對準特定特性的聲音。例如，該耳機可被使用於對於操作嘈雜的機器的工人的聽力保護。有源噪聲消除因此可以特別地對於由這個機器生成的聲音來最佳化，例如，所述機器可能具有特 定的頻率響應，能量集中在一個或多個峰值，其可以通過有源噪聲消除而被有效地消除。在這種情形下，有源噪聲消除在消除來自特定機器的潛在的很大的聲音方面可以是高度有效的，但在消除其它類型的噪聲方面可能是非常低效的。因此，在正常操作期間，當用戶主要遭受的是來自機器的噪聲時，有源噪聲消除可以有效地消除噪聲，以及聲道111可以保持打開，以允許用戶聽見其它聲源。然而，如果用戶移動到不同的環境，其中其它噪聲源變為主要的(例如，如果工人從他的機器臨時移動到另一種類型的機器)，則有源噪聲消除算法可能變為非常低效，導致大的殘餘噪聲分量。這可以由控制電路105檢測出(例如，僅僅通過對於靠近用戶耳朵103的話筒109的電平檢測)，因此，控制電路105可以著手關閉聲閥117，以增加聲道111的衰減。這樣，當系統檢測到有源噪聲消除不夠時，它可以自動適配於提供無源噪聲消除。將會意識到，所描述的、組合電通路和聲通路來提供到達用戶耳朵的給定聲音的方法可以以許多不同的方式被使用，以及以上的例子僅僅舉例說明某些可能的使用。還將會意識到，在許多實施例中，耳機可被安排來在不同的情形下提供不同的特性。例如，耳機可被安排成工作在不同的模式下，每個模式提供對於特定使用的想要的特性。例如，耳機可能能夠在以下的不同模式之間切換
安全模式/透明模式
在這種模式下，聲道111被完全打開，且可以聽見來自外部環境的所有聲音。阻塞是最小的，以及舒適感是良好的。實際上，耳機可以提供對應於打開設計的特性。在一些實施例中，想要的感知的環境聲級可以通過折衷聲學的與電的聲音分量而被生成，以便提供耳機的個性化。在這種模式下，音頻例如可以通過聲換能器101被播放，例如允許耳機被使用於話音通信。噪聲減小模式
在這種模式下，聲道可以被關閉，且外部信號被減小。在這種模式下，還可以通過揚聲器來播放音頻，例如支持話音通信。如果必要的話，可以通過使用外部話筒來施加有源噪聲減小。
面對面交流模式
這種模式被使用來當頭戴式耳機被使用於嘈雜的環境時使得能進行改進的面對面交流。噪聲例如可以通過關閉聲閥117而被減小，且想要的源可以用音頻增強算法來處理。例如，可以基於多個話筒來施加方向性信號處理和噪聲抑制，以便生成更清晰可辨的信號。作為在聲通路與電通路之間的合作的另一個例子，控制電路105可被安排成響應於對於聲閥117的運行特性，而修改從話筒信號到驅動信號的轉移特性。例如，根據閥控制信號或對於聲閥117的測量的特性，控制電路105可以著手修改它從話筒信號生成驅動信號的方式。例如，控制電路105可以著手改變對於從話筒信號生成(至少部分地)驅動信號的信號通路的頻率響應。這例如可以被使用來提供在用戶耳朵103處的改進的聲音質量。作為具體的例子，所述耳機可被用作為助聽器的一部分，其中來自聲道111的聲音與來自聲換能器101的聲音相混合，以提供增強的音頻信號。例如，對於第一信號分量，某些頻率間隔可以被放大，使得這增強聽力受損的用戶的感知。在這樣的例子，聲閥117可以根據話筒信號的頻譜被控制。 作為具體的例子，聽力受損的用戶對於高頻分量可以具有良好的聽力，而低頻分量可能對於該用戶是很難感知的且甚至可以使較高頻率的感知降級。當外部聲音具有對應於在高頻處的信號能量高集中度和在低頻處的信號能量低集中度的特性時，聲音可以通過聲道111聲學地饋送到用戶。另外，它可以被第一聲音分量進一步增強，該第一聲音分量特別地可以通過使用對應於僅僅電平增加的平坦頻率響應而被生成。然而，如果外部聲音的特徵在於在低頻處具有信號能量高集中度和在高頻處具有信號能量低集中度，則外部聲音對於聽力受損的用戶可能是不能感知的。因此，控制電路105可以檢測這種頻率分布，並通過進一步關閉閥117而著手增加聲道111的衰減。這將減小第二聲音分量的信號電平，由此防止在低頻處的高能量集中度使得用戶的感知更困難。另外，控制電路105不僅生成導致第一聲音分量具有增加的電平的放大的驅動信號，而且也施加高通濾波，其相對於較高的頻率來說顯著地衰減較低的頻率。因此，這導致由於聲道111的增加的衰減和對於驅動信號的高通濾波而造成的、聽力受損用戶的改進的感知。這樣的應用例如可以適用於能夠理解女性和兒童的話音、但在理解男性講話者時有困難的聽力受損用戶。作為另一個例子，響應可被修改成提供改進的系統穩定性。例如，如果話筒109正在捕獲外部聲音，則存在從聲換能器101經由聲閥117到話筒109的反饋通路。這個反饋通路的特性依賴於聲閥117的設置，因此用於避免正反饋情形出現的穩定性準則依賴於聲閥117的設置。因此，用於從話筒信號生成驅動信號的頻率響應可被修改為提供對於聲閥117的當前設置的適當的穩定裕度。在一些實施例中，控制電路可被安排成檢測在話筒信號中的聲反饋指示，並可以根據這個指示，來修改驅動信號和/或閥控制信號的生成。特別地，導致自振蕩的聲反饋往往表徵為引入了單音分量。在話筒信號中這樣的音調分量的出現可以由控制電路105檢測。實際上，典型地，可以確定這樣的音調分量將在小的頻率間隔內出現，所以，控制電路105可被安排成檢測在這個小的頻率間隔內的任何重大的音調分量的出現。如果控制電路105檢測到這樣的時間分量，則它可以著手減小用於生成驅動信號的增益和/或修改閥控制信號以增加聲道111的衰減，由此去除不穩定性條件。在一些實施例中，控制電路105可被安排成對話筒信號執行聽覺場景分析。閥控制信號然後可以根據這個聽覺場景分析的結果被生成。在一些實施例中，驅動信號的生成也可以是響應於聽覺場景分析的結果。因此，聲道111的衰減和第一聲音分量的生成可以通過聽覺場景分析而被自動地確定或影響。例如，如果有許多背景噪聲，則控制電路105可以決定如果聲道被更多地關閉，則由用戶所接收的聲音的可懂度將改進。聽覺場景分析可以通過對話筒信號施加時間-頻率分析、分離聽覺對象和把對象饋送到分類器而被執行。時間頻率分析例如可以通過聽覺模型被執行。分類器通過使用各種各樣的聲音而被訓練，且將確定聽覺對象的類別。控制電路105然後可以根據對象的類別而決定它的響應。例如，某些交通聲音將被分類為重要的想要的信號，因此被允許傳遞到用戶的耳朵103。在酒館中的亂鬨鬨的噪聲可被分類為不想要的信號，並儘可能多地被抑制。使用多個話筒，優選地在雙耳的設備上用於有效的空間分隔，也可以執行這種分析，以便考慮在場景中聽覺對象的空間特性。 在一些實施例中，控制電路可被安排成對話筒信號執行語音檢測，並響應於語音檢測而生成閥控制信號。將會意識到，可以使用任何適當的語音檢測，而不會有損於本發明。控制電路105可以特別地在語音檢測器指示用戶當前正在講話時著手打開聲閥117，並可以在語音檢測器指示用戶沒有在講話時著手關閉聲閥。這可以允許當用戶正在收聽時有效地無源衰減外部聲音，而同時避免許多用戶感到特別討厭的阻塞效應。因此，該方法可以提供有效的外部噪聲抑制，而同時避免用戶自己的話音的失真的感知。當耳機被使用於例如雙向話音通信時，這樣的方法是特別有利的。在一些實施例中，從話筒信號生成驅動信號例如可包括簡單的濾波和/或放大，允許兩個聲音分量都提供環境外部噪聲的相當清晰的表示。然而，在其他實施例中，控制電路105可被安排成執行例如顯著修改所呈現的信號的複雜的處理。因此，在一些實施例中，控制電路105可以在生成驅動信號時修改話筒信號，以使得特性相對於經由聲道111的聲音信號被顯著地改變。例如，可以延遲電信號，或者在電通路上可以施加與頭部有關的轉移函數。這例如可被使用來提供各種空間效果，比如，舉例而言立體聲聲像(stereo image )的展寬。前面的說明已聚焦於單個耳機。然而，在許多實施例中，所述耳機將連同用於用戶的另一隻耳朵的第二耳機一起被使用。第二耳機在許多情形下可以是與第一耳機相同的，因此，也可以包括帶有可調節的聲閥的聲道。在這樣的實施例中，這兩個耳機可包括用於交換定義聲閥的設置的控制數據的功能。這可以允許所述兩個耳機協調設置以提供連結的性能。將會意識到，通信可以是數據沿兩個方向進行交換的雙向通信，或可以是其中僅僅一個耳機提供數據到另一個耳機的單向通信。圖2圖示圖I的耳機可以如何被增強來包括收發器201，該收發器201被安排成與另一個耳機(它可包括等同的收發器)交換數據。在本例子中，收發器201是短距離無線收發器，諸如藍牙(Bluetooth )收發器。然而，將會意識到，在其它實施例中，可以使用其它通信手段，以及例如，兩個耳機可以經由有線連接進行通信。在兩個耳機的至少一個耳機中的控制電路105因此被安排成把它的聲閥117的設置的指示提供給收發器201。這個耳機的收發器201然後把指示發送到另一個耳機，在那裡它由收發器201接收。這個耳機的收發器201然後著手把所述指示轉發到它的本地控制電路105，該本地控制電路105接著在生成用於它本身的聲閥117的閥控制信號時著手考慮遠端耳機的聲閥117的設置。控制電路105可以特別地著手對準本地聲閥117的設置與另一個耳機的聲閥的設置。這種對準特別地可以是同步，這樣使得當在另一個耳機處改變閥設置時，在本地耳機處也作出對應的改變。對準可以特別地是使得在兩個耳機處的設置相同，即，使得達到對稱的性能和操作。然而，在一些實施例中，控制電路可以在兩個耳機的聲閥的設置之間引入偏移。這個偏移可以是固定的靜態值，或可以響應於其它參數而被確定。這樣的偏移的使用特別地可以允許定製對於特定的用戶的操作，以及例如可以被設置成反映用戶雙耳的聽覺能力的非對 稱性。在一些實施例中，遠端耳機的聲閥的設置的指示可以是由遠端耳機的控制電路105確定的、對於本地聲閥的聲閥的直接設置指不。因此，在一些實施例中，耳機之一的控制電路105可以確定用於兩個耳機的閥控制信號，並且可以把這些控制信號之一傳送到另一個耳機，該另一個耳機簡單地著手實施所指示的設置。將會意識到，以上的說明是為了清晰起見而參照不同的功能電路、單元和處理器來描述本發明的實施例。然而，顯然，可以使用在不同的功能電路、單元或處理器之間的功能性的任何適當的分布，而不會有損於本發明。例如，被圖示為由分開的處理器或控制器執行的功能性可以由同一個處理器或控制器執行。因此，對特定功能單元的引用僅僅被看作為對用於提供所描述的功能性的適當手段的引用，而不表明嚴格的邏輯或物理結構或組織。本發明可以以任何適當的形式來實施，包括硬體、軟體、固件、或它們的任何組合。本發明可以可選地至少部分地被實施為在一個或多個數據處理器和/或數位訊號處理器上運行的計算機軟體。本發明的實施例的單元和部件可以以任何適當的方式被物理地、功能地和邏輯地實施。實際上，所述功能性可以在單個單元中、多個單元中、或作為其它功能單元的一部分被實施。照這樣，本發明可以在單個單元中被實施，或可以在物理上和在功能上被分布在不同的單元與處理器之間。雖然本發明是結合一些實施例被描述的，但不打算將本發明限於這裡闡述的具體形式。而是，本發明的範圍僅僅由所附權利要求來限制。另外，雖然特徵可能表現為是結合特定的實施例被描述的，但本領域技術人員將認識到，所描述的實施例的各種特徵可以按照本發明進行組合。在權利要求中，術語包括並不排除其它單元或步驟的存在。而且，雖然是一個個地列出的，但多個電路、裝置、單元、或方法步驟可以由例如單個單元或處理器來實施。另外，雖然一個個特徵可被包括在不同的權利要求中，但這些特徵有可能被有利地組合，以及被包括在不同的權利要求中並不意味著特徵的組合是不可行的和/或不是有利的。另外，特徵被包括在一個類別的權利要求中並不意味著限制於這個類別，而是更確切地說，表明了 如果適當的話，所述特徵同樣地可應用於其它權利要求類別。而且，特徵在權利要求中的次序並不意味著這些特徵必須按其工作的任何特定次序，且特別地，在方法權利要求中一個個步驟的次序並不意味著這些步驟必須按這個次序被執行。而是，這些步驟可以以任何適當的次序被執行。另外，單數引用並不排除複數。因此，對「一」、「一個」、「第一」、「第二」等等的引用並不排除複數。在權利要求中的參考符號僅僅 被提供來作為澄清性的例子，無論如何不應當被解釋為限制權利要求的範圍。
權利要求
1.一種耳機裝置，包括 話筒(109)，用於生成話筒信號； 聲換能器(101),被安排來響應於驅動信號而福射第一聲音分量到用戶的耳朵(103)； 聲道(111)，用於引導外部聲音以把第二聲音分量提供到用戶的耳朵(103)； 聲閥(117)，用於響應於閥控制信號來控制聲道的衰減；以及 控制電路(105 )，用於響應於話筒信號來生成閥控制信號，以便提供對於聲道(111)的可變衰減，導致到達用戶耳朵(103)的第一聲音分量和第二聲音分量的混合聲音。
2.權利要求I的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成響應於話筒信號而生成驅動信號。
3.權利要求2的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成共同地生成驅動信號和閥控制信號。
4.權利要求3的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排來共同地生成驅動信號和閥控制信號，以便提供想要的環境聲音特性。
5.權利要求2的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成在生成驅動信號時根據話筒信號執行噪聲減小，以及響應於噪聲減小的特性而生成閥控制信號。
6.權利要求2的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成響應於聲閥(117)的運行特性，來修改用於從話筒信號生成驅動信號的轉移特性。
7.權利要求2的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成檢測在話筒信號中的聲反饋指示，和響應於所述聲反饋指示而生成驅動信號和閥控制信號的至少之一。
8.權利要求I的耳機裝置，還包括用於接收音頻信號來由耳機重現的裝置(107);以及其中控制電路(105)被安排成響應於該音頻信號而生成驅動信號。
9.權利要求I的耳機裝置，還包括用於接收遠端耳機的另一個聲閥的設置的指示的裝置(201)，以及其中控制電路(105)被安排成響應於所述指示而生成閥控制信號。
10.權利要求9的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成使得聲閥(117)的設置與另一個聲閥的設置對準。
11.權利要求9的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成在聲閥(117)的設置與另一個聲閥的設置之間引入偏移。
12.權利要求I的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成對話筒信號執行聽覺場景分析；以及響應於所述聽覺場景分析而生成閥控制信號。
13.權利要求I的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成響應於話筒信號而執行噪聲分析，並響應於所述噪聲分析而生成閥控制信號。
14.權利要求I的耳機裝置，其中控制電路(105)被安排成對話筒信號執行語音檢測，並響應於所述語音檢測而生成閥控制信號。
15.一種用於耳機裝置的操作的方法，所述耳機裝置具有用於引導外部聲音以便把第一聲音分量提供到用戶的耳朵(103 )的聲道(111)和用於響應於閥控制信號而控制聲道的衰減的聲閥(117)，所述方法包括 生成來自話筒(109)的話筒信號； 響應於驅動信號，把第二聲音分量從聲換能器(101)輻射到用戶的耳朵(103);以及 響應於話筒信號而生成閥控制信號，以便提供聲道(111)的可變的衰減，導致到達用戶耳朵(103)的第一聲音 分量與第二聲音分量的混合聲音。
全文摘要
一種耳機裝置，包括話筒(109)，其生成話筒信號；和聲換能器(101)，其響應於驅動信號而輻射第一聲音分量到用戶的耳朵(103)。還提供了聲道(111)，用於引導外部聲音，以便把第二聲音分量提供到用戶的耳朵(103)。聲閥(117)允許響應於閥控制信號而控制聲道(111)的衰減。控制電路(105)響應於話筒信號而生成閥控制信號，以便提供可變衰減，導致到達用戶耳朵(103)的第一聲音分量和第二聲音分量的混合聲音。聲學的和例如電信號通路的組合使用允許改進的性能，且特別地允許相對於外部聲音的、在開放式與封閉式耳機設計特性之間的動態折衷。
文檔編號H04R5/033GK102804805SQ201080024490
公開日2012年11月28日 申請日期2010年5月27日 優先權日2009年6月2日
發明者R.P.N.迪斯特斯, S.斯裡尼瓦桑, C.P.詹塞 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司