用于耳戴式播放设备的音频系统和信号处理方法技术方案

一种用于耳戴式播放设备(HP)的音频系统，包括扬声器(SP)、感测从扬声器(SP)输出的声音的误差麦克风(FB_MIC)和声音控制处理器。处理器被配置用于控制和/或监测经由扬声器(SP)的检测信号或检测信号的经滤波版本的播放，记录来自误差麦克风(FB_MIC)的误差信号，并且基于对误差信号处理来确定播放设备(HP)是处于播放设备(HP)被用户佩戴的第一状态，还是处于播放设备(HP)未被用户佩戴的第二状态。放设备(HP)未被用户佩戴的第二状态。放设备(HP)未被用户佩戴的第二状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于耳戴式播放设备的音频系统和信号处理方法

技术介绍

[0001]本公开涉及一种音频系统和一种信号处理方法，均用于耳戴式播放设备(例如头戴式耳机)，该耳戴式播放设备包括扬声器和麦克风。
[0002]如今，包括入耳式耳机的大量头戴式耳机都配备了噪声消除技术。例如，此类噪声消除技术被称为主动噪声消除或环境噪声消除，二者都缩写为ANC。ANC通常利用记录环境噪声，该环境噪声被处理以生成抗噪声信号，然后该抗噪声信号与有用的音频信号组合以经由头戴式耳机的扬声器播放。ANC也能够用于其他音频设备，如手机或移动电话。
[0003]各种ANC方法利用反馈(FB)麦克风、前馈(FF)麦克风或者反馈麦克风和前馈麦克风的组合。
[0004]FF和FB ANC是通过基于系统的给定声学调谐滤波器来实现的。
[0005]混合噪声消除头戴式耳机是众所周知的。例如，麦克风放置在直接声学耦合到耳膜的空间内，通常靠近头戴式耳机驱动器的前部。这被称为反馈(FB)麦克风。第二麦克风，即前馈(FF)麦克风放置在头戴式耳机的外部，使其在声学上与头戴式耳机驱动器解耦。
[0006]但是，仍然存在没有ANC的头戴式耳机。有或没有ANC的两种类型的头戴式耳机均可以包含在操作过程中消耗功率的某种处理或其他电子部件。例如，无线头戴式耳机使用可充电电池来为部件供电。
[0007]许多头戴式耳机和入耳式耳机具有某种形式的离耳检测功能，即检测头戴式耳机是在耳朵上还是离开耳朵，或者头戴式耳机是否由用户佩戴。由于现在头戴式耳机的趋势是无线化，电池电量和播放时间至关重要，因此需要进行离耳检测以例如当将其从头上取下时通过禁用音乐播放、蓝牙连接和其他功能来避免耗尽电池电量。
[0008]例如，这能够通过多种方式来完成，包括光学接近传感器、压力传感器和电容传感器。所有这些都需要仅为此目的在设备中添加额外的传感器，并设计设备以封装该传感器使得其有效工作，这可能会影响美观或增加制造成本。

技术实现思路

[0009]要实现的目的是提供一种用于检测如头戴式耳机、入耳式耳机或移动电话的耳戴式播放设备的佩戴状态的改进构思。
[0010]该目的通过独立权利要求的主题实现。在从属权利要求中限定了改进构思的实施例和改进方案。
[0011]本公开例如提出了一种通过使用两个麦克风来检测头戴式耳机是否在耳内或耳上的方法，一个麦克风在头戴式耳机的内部，另一个麦克风在头戴式耳机的外部。在传统的混合噪声消除头戴式耳机中，这两个麦克风已经存在，因此本公开在混合噪声消除头戴式耳机中的应用是在不增加额外部件的情况下增加离耳检测。应当注意的是，即使在下文中提及头戴式耳机或入耳式耳机，这也代表任何耳戴式播放设备的一般示例，如头戴式耳机、入耳式耳机或移动电话，例如手机。在头戴式耳机或入耳式耳机的情况下，头戴式耳机或入耳式耳机可以被设计成佩戴时在头戴式耳机或入耳式耳机的主体与用户的头部之间具有
可变的声学泄漏。
[0012]例如，传统的噪声消除头戴式耳机的特征是驱动器在其前后具有空气空间。前部空间部分地由耳道空间构成。前部空间通常由通风口组成，该通风口由声阻器覆盖。后部空间通常还具有带有声阻器的通风口。通常，前部空间通风口使前部空间和后部空间在声学上耦合。每个通道可以具有两个麦克风，即左麦克风和右麦克风。误差或反馈(FB)麦克风靠近驱动器放置，使得它检测来自驱动器的声音和来自周围环境的声音。前馈(FF)麦克风从单元的后部朝外放置，使其检测环境声音和来自驱动器的可忽略的声音。
[0013]通过这种布置，能够进行两种形式的噪声消除，前馈和反馈。这两种系统都涉及在麦克风与驱动器之间放置滤波器。本公开的主要用途涉及自适应噪声消除系统，由此这些滤波器的特性响应于误差麦克风处的环境噪声水平而改变以补偿泄漏。然而，当从扬声器输出如音乐信号或已知噪声信号的已知信号时，它也能够应用于任何噪声消除头戴式耳机或非噪声消除头戴式耳机。
[0014]针对本公开的目的，自适应噪声消除指的是抗噪声信号响应于来自前部空气空间的变化的声学泄漏而实时地改变(即适应)的过程。
[0015]当应用于噪声消除头戴式耳机或入耳式耳机时，本公开除其他外消除了对检测头戴式耳机何时戴上或离开耳朵的附加传感器的需要。这节省了头戴式耳机的物料清单(BOM)中的成本，并且能够消除必须放置附加传感器的设计限制。
[0016]无线头戴式耳机应该是省电的，并且一个风险是它们能够在将其从头上取下并且没有关机或切换到低功耗模式的情况下无法运行。当设备放入耳朵/放在耳朵上时，还需要入耳
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离耳检测来唤醒设备或将设备从低功耗模式中移出，例如移入常规操作模式。
[0017]此外，在自适应噪声消除头戴式耳机中，检测入耳式耳机何时戴在耳朵上或离开耳朵允许在离耳时系统通过避免自适应ANC滤波器功能来保持稳定性。
[0018]通常，自适应噪声消除系统会将特定参考点处的噪声降至最低。在头戴式耳机中，这可以是耳道空间、耳膜或最有可能的是FB噪声消除麦克风。如果将头戴式耳机从头上取下，声学情况能够极为不同，这可能会导致自适应算法变得不稳定，或者设置极端的噪声消除参数，使得在将头戴式耳机更换到头上时，在自适应能够继续之前可能会听到大量的噪声增强。当将头戴式耳机从头上取下时，能够使用入耳
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离耳检测来暂停自适应系统。因此，所公开的用于离耳检测的声学方法有助于避免使用例如可能会增加成本的附加接近传感器。
[0019]根据本公开的改进构思可以使用噪声消除头戴式耳机中已经存在的声学部件来检测头戴式耳机何时戴在头上或从头上摘下。
[0020]例如，公开了一种用于耳戴式播放设备的音频系统，该设备包括扬声器和感测从扬声器输出的声音的误差麦克风。误差麦克风可以是用于FB ANC的反馈麦克风。误差麦克风可以主要感测从扬声器输出的声音，但也会感测来自周围环境的声音。主要感测从扬声器输出的声音可以通过将误差麦克风相对于扬声器分别放置在播放设备内来实现，使得例如取决于实际泄漏情况，环境声音或多或少被记录为副作用。
[0021]音频系统包括声音控制处理器，该声音控制处理器被配置为：控制和/或监测经由扬声器的检测信号或检测信号的经滤波版本的播放；记录来自误差麦克风的误差信号；以及基于误差信号的处理来确定播放设备是处于播放设备由用户佩戴的第一状态，还是处于
播放设备未被用户佩戴的第二状态。
[0022]因此，有两个主要进程在音频系统中运行。一个用于检测头戴式耳机离开耳朵(第二状态)，一个用于检测头戴式耳机戴在耳朵上(第一状态)。
[0023]通过控制和/或监测播放，声音控制处理器因此控制由扬声器输出的信号或至少访问正在输出的信号。
[0024]在一些实施方式中，音频系统被配置为执行噪声消除。例如，播放设备还包括前馈麦克风，该前馈麦克风主要感测环境声音，并且优选地仅感测由扬声器输出的声音的可忽略部分。声音控制处理器还被配置为：记录来自前馈麦克风的噪声信号，并将噪声信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于耳戴式播放设备(HP)的音频系统，所述耳戴式播放设备包括扬声器(SP)、主要感测环境声音的前馈麦克风(FF_MIC)和感测从所述扬声器(SP)输出的声音的误差麦克风(FB_MIC)，所述音频系统被配置为执行噪声消除并包括声音控制处理器，所述声音控制处理器被配置为：
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记录来自所述前馈麦克风(FF_MIC)的噪声信号，并将所述噪声信号用作检测信号；
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利用前馈滤波器对所述检测信号进行滤波；
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控制经由所述扬声器(SP)的经滤波的检测信号的播放；
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记录来自所述误差麦克风(FB_MIC)的误差信号；以及
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基于对所述误差信号的处理来确定所述播放设备(HP)是处于所述播放设备(HP)由用户佩戴的第一状态，还是处于所述播放设备(HP)未被用户佩戴的第二状态。2.根据权利要求1所述的音频系统，其中，所述声音控制处理器被配置为基于对作为所述误差信号和所述检测信号的函数的噪声消除的性能的评估来确定所述第一状态和/或所述第二状态。3.根据权利要求1或2所述的音频系统，其中，所述声音控制处理器被配置为基于对作为所述误差信号以及所述噪声信号或所述检测信号的函数的噪声消除的性能的评估来确定所述第二状态。4.根据权利要求2或3所述的音频系统，还包括语音活动检测器，所述语音活动检测器用于确定是否利用所述误差麦克风(FB_MIC)和/或所述前馈麦克风(FF_MIC)记录语音信号，其中，所述声音控制处理器被配置为在确定要记录所述语音信号的情况下暂停对所述第一状态和/或所述第二状态的确定。5.根据权利要求2至4之一所述的音频系统，其中，所述声音控制处理器被配置为通过确定所述误差信号与所述噪声信号或所述检测信号之间的能量比来评估所述噪声消除的性能。6.根据权利要求5所述的音频系统，其中，所述声音控制处理器被配置为在经由所述扬声器(SP)另外播放音乐信号的情况下在确定所述能量比时考虑所述音乐信号的能量水平。7.根据权利要求2至6之一所述的音频系统，其中，至少在确定所述播放设备的状态期间，所述前馈滤波器的滤波器响应是恒定的以及/或者由所述声音控制处理器保持恒定。8.根据权利要求1所述的音频系统，其中，所述声音控制处理器被配置为：
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基于所述误差信号来调节所述前馈滤波器的滤波器响应；以及
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基于对所述前馈滤波器在至少一个预定频率下的滤波器响应的评估来确定第二状态。9.根据权利要求8所述的音频系统，其中，所述声音控制处理器被配置为在所述前馈滤波器在所述至少一个预定频率下的滤波器响应超过响应阈值的情况下确定所述第二状态。10.根据权利要求8或9所述的音频系统，其中，所述声音控制处理器被配置为通过确定所述前馈滤波器在预定频率范围内的滤波器响应的线性回归并且通过评估滤波器梯度和/或滤波器增益来确定所述第二状态，所述线性回归至少由所述滤波器梯度和所述滤波器增益来定义。11.根据权利要求10所述的音频系统，其中，所述声音控制处理器被配置为在以下至少之一适用的情况下确定所述第二状态：
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所述滤波器梯度超过阈值梯度值；
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所述滤波器增益超过阈值增益值。12.一种用于耳戴式播放设备(HP)的音频系统，所述耳戴式播放设备包括扬声器(SP)和感测从所述扬声器(SP)输出的声音的误差麦克风(FB_MIC)，所述音频系统包括声音控制处理器，所述声...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：