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(AS)，包括扬声器(SP)和误差麦克风(FB_MIC)，该误差麦克风配置成感测正从扬声器(SP)输出的声音和环境声音。音频系统(AS)还包括检测引擎(DET)，该检测引擎配置为确定扬声器(SP)与误差麦克风(FB_MIC)之间的驱动器响应，并根据所确定的驱动器响应来估计泄漏状况。所确定的驱动器响应来估计泄漏状况。所确定的驱动器响应来估计泄漏状况。

【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
[0001]本公开涉及各自用于包括扬声器的耳戴式播放设备的音频系统和信号处理方法，耳戴式播放设备例如耳机。
[0002]如今，包括耳塞在内的大量头戴式耳机采用了增强用户的声音体验的技术，例如噪声消除技术。例如，这种噪声消除技术被称为主动噪声控制(active noise control)或环境噪声消除(ambient noise cancellation)，两者都缩写为ANC。ANC通常利用记录的环境噪声，该环境噪声经处理以产生抗噪声信号，然后，该抗噪声信号与有用的音频信号组合以通过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、麦克风或反馈和前馈麦克风的组合。基于系统的给定的声学效果，通过调谐滤波器或通过例如经由均衡器调整音频信号来实现有效的FF和FB ANC。
[0004]混合噪声消除头戴式耳机是众所周知的。例如，麦克风被放置在直接声学耦合到耳鼓的容积内，通常靠近头戴式耳机驱动器的前面。这被称为反馈(FB)麦克风。第二麦克风为前馈(FF)麦克风，可以放置在头戴式耳机的外部，使得它与头戴式耳机驱动器在声学上解耦。
[0005]为了使每个系统有效地工作，头戴式耳机优选地对用户的耳朵/头部形成近乎完美的密封，这种密封在设备被佩戴时不会改变，并且对于任何用户都是一致的。由于配合不良而导致的密封件中的任何变化都会改变声学效果，并最终改变ANC性能。这种密封件通常位于耳机垫与用户的头部之间，或者在耳塞的橡胶头与耳道壁之间。
[0006]对于大多数降噪的头戴式耳机和耳塞，在佩戴时和不同用户时(user to user)都努力保持一致的贴合度，以确保头戴式耳机的声学效果不会改变并且始终与噪声滤波器有良好的匹配。然而，耳机垫/耳塞头与耳朵之间没有形成密封的“泄漏的”耳塞和头戴式耳机在不同的人佩戴时的声学效果差异很大。此外，由于典型的日常头部运动，当耳机在他们的耳朵中移动时，对于用户的声学效果可能不同。因此，对于任何泄漏的头戴式耳机或耳塞，都需要进行一些调整，以确保滤波器始终与声学效果相匹配。
[0007]一些头戴式耳机和耳塞已经具有某种形式的离耳检测，即检测头戴式耳机是否被用户佩戴。通常地，这种检测是通过包括光学接近传感器、压力传感器和电容传感器在内的若干手段来实现的。然而，离耳检测仅能够区分声学泄漏的两种极端状态，即耳机是在耳朵上还是离耳。此外，所列出的解决方案都需要专门为此目的在设备中添加额外的传感器。
[0008]要实现的目的是提供一种用于检测耳戴式播放设备的声学泄漏的改进的构思，该播放设备类似于头戴式耳机、耳塞或移动手机。
[0009]这个目的是通过独立权利要求的主题实现的。从属权利要求中定义了改进构思的实施例和发展。
[0010]改进的构思基于这样的思想，即根据泄漏的程度来估计泄漏状况，即，在所述耳戴式播放设备的正常使用期间，确定所述耳戴式播放设备与用户耳道之间的声学泄漏的程度。因此，这种泄漏状况能够例如通过去除传输到用户耳道的声音信号中不想要的部分来增强用户的声音体验。例如，这种增强能够通过基于估计的泄漏状况调整噪声控制算法来
实现。例如，降噪耳机的FF和/或FB滤波器可以根据声学泄漏的程度来调谐。
[0011]相比之下，目前，用于传统耳塞和头戴式耳机的上述滤波器的调谐仅在ANC设备生产期间或生产结束时，例如通过测量设备的声学特性执行一次。特别是，在校准过程中使用一些测量夹具(如人工头)在人工头的耳道中执行调整。测量(包括一些测试声音的播放)由某种处理设备协调，该处理设备能够是个人计算机等。为了实现所生产的每个ANC装置的最佳ANC性能，必须在处理装置的控制下对每个ANC装置进行专门的测量，这是耗时的，特别是如果要校准大量的ANC装置。
[0012]在下文中，将解释改进的构思，有时将头戴式耳机或耳塞作为播放设备的示例。然而，应当理解，该示例不是限制性的，并且本领域技术人员也将理解在用户使用期间可能出现不同泄漏情况的其他类型的播放设备。一般来说，术语播放设备应该包括所有类型的音频再现设备。
[0013]在根据改进构思的音频系统的实施例中，该音频系统将用于耳戴式播放设备，如头戴式耳机、耳塞、移动电话、手机等，该系统包括扬声器和误差麦克风，该误差麦克风配置为感测正从扬声器输出的声音和环境声音。该音频系统还包括检测引擎，该检测引擎配置成确定扬声器与误差麦克风之间的驱动器响应，并根据所确定的驱动器响应来估计泄漏状况。
[0014]例如，音频系统的扬声器被布置在播放设备的外壳中，使得第一容积(first volume)被布置在优先侧用于扬声器的声音发射。外壳可以具有用于将第一容积耦合到用户耳道容积的开口。外壳还可以包括覆盖有声阻器的前通风口，该前通风口将第一容积耦合到周围环境。由于耳塞与用户耳朵的不完美配合，前音量也将通过声学泄漏耦合到周围环境。这种声学泄漏因人而异，取决于耳塞在特定时间在耳朵中的位置。误差麦克风被布置在第一容积内，使得它检测从扬声器输出的声音以及环境声音。例如，它靠近开口布置。
[0015]此外，第二容积被布置在扬声器的远离优先侧的一侧的外壳内以用于声音发射。第二容积经由外壳的后通风口声学耦合到周围环境，该后通风口也可以覆盖有声阻器。另外的麦克风可以例如布置在后部容积的外部，即在外壳的外部处，以便主要感测环境声音。
[0016]检测引擎被配置成确定扬声器与误差麦克风之间的驱动器响应。驱动器响应对应于驱动器(即扬声器)，对应于误差麦克风传递函数。例如，扬声器输出是期望信号(wanted signal)，例如音乐信号，因此除了由于声学泄漏而产生的环境噪声之外，还通过误差麦克风检测到该信号。
[0017]检测引擎还被配置为根据所确定的驱动器响应来估计所述泄漏状况。基于所确定的驱动器响应对声学泄漏的估计提供了针对所需信号(例如音乐)相对于环境噪声较大的情况，调整前馈、反馈或混合ANC系统的噪声消除滤波器的解决方案。在这些情况下，确定音频系统的另外的麦克风(例如前馈麦克风)处的环境噪声信号与误差麦克风(即反馈麦克风)处的环境噪声信号之间的相干性可能是不可能的，这导致自适应噪声消除过程显著偏离最优解或在最优解附近振荡，并导致次优噪声消除过程。
[0018]其他具有泄漏检测功能的系统通过调整和监测与驱动器响应匹配的滤波器来实现该功能。相反，直接根据驱动器响应来估计泄漏的改进构思消除了滤波器与驱动器响应匹配的误差，这在滤波器的自适应尚未收敛的情况下尤其是个问题。
[0019]在一些实施例中，确定驱动器响应包括测量施加到扬声器的第一信号的属性，测
量由误差麦克风检测的第二信号的属性，以及根据第一和第二属性计算驱动器响应。
[0020]例如，泄漏状况基于施加到扬声器的期望信号(例如音乐信号)与通过误差麦克风检测的信号(即误差信号)之间的差来估计。例如，这种区别与确定的驱动器响应成比例。第一信号和第二本文档来自技高网...

【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(AS)，包括
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扬声器(SP)；
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误差麦克风(FB_MIC)，其配置为感测正从所述扬声器(SP)输出的声音和环境声音；以及
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检测引擎(DET)，其配置为确定所述扬声器(SP)与所述误差麦克风(FB_MIC)之间的驱动器响应；和根据确定的驱动器响应估计泄漏状况。2.根据权利要求1所述的音频系统(AS)，其中，确定所述驱动器响应包括：
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测量施加到所述扬声器(SP)的第一信号的属性；
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测量由所述误差麦克风(FB_MIC)检测的第二信号的属性；和
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根据第一属性和第二属性计算驱动器响应。3.根据权利要求2所述的音频系统(AS)，其中，第一信号和第二信号的属性是各自信号的幅度。4.根据权利要求2或3所述的音频系统(AS)，其中，为了计算所述驱动器响应，所述第一信号和第二信号以预定的带通频率范围被带通滤波。5.根据权利要求2至4之一所述的音频系统(AS)，其中，所述驱动器响应被计算为所述第一信号和第二信号的能量水平的比值。6.根据权利要求2至5之一所述的音频系统(AS)，其中，所述驱动器响应是根据分别在所述第一信号和第二信号的预定频率或频率范围确定的响应值来计算的。7.根据权利要求2所述的音频系统(AS)，其中，所述驱动器响应通过对所述第一信号和第二信号应用将能量区分为至少两个频带的处理来计算，所述处理例如频率变换。8.根据权利要求7所述的音频系统(AS)，其中，计算所述驱动器响应还包括
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通过对所述第一信号应用所述处理来确定第一值；
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通过...

【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：