专利名称：耳机装置及用于其的操作方法
技术领域：
本发明涉及耳机装置，特别地，但不排他地，涉及封闭式(closed)和入耳式(in-ear)耳机。
背景技术：
个性化的音频重现的使用随着便携式通信和音频重现设备的出现和流行而变得日益普遍，导致在公共的和共享的环境下个性化的音频供应变得频繁。
为了提供个性化的音频，典型地使用某种形式的耳机。例如，头戴式耳机组可包括用于每只耳朵的耳机，其例如可以是入耳式耳机，或包围用户的耳朵的封闭式耳机设计。使用耳机来提供个性化音频的另一例子是例如听力受损的用户对助听器的使用。许多这样的耳机被安排成也提供对外部环境噪声的无源衰减。例如，由于在耳道与声学环境之间的声密封，设计优良的入耳式耳机可以减小外部噪声约25dB。同样地，耳外的封闭式耳机也可以提供对外部环境，特别是高频的显著的无源衰减。这样的噪声减小在许多情景中可能有利。例如，对于在嘈杂环境下的远端通信(例如，通过电话链路)，优选的是减小往往会降低远端方的可懂度的外部噪声。作为另一个例子，当外部噪声被减小时，在嘈杂环境下收听音乐也往往更令人愉悦，例如在飞机、公共汽车、火车和拥挤的公共场所中。而且，由于在耳机与用户耳朵之间的紧密耦合，封闭式或入耳式耳机设计不仅可以提供对外部声音的衰减，而且也提供所再现的音频的改进的质量。实际上，在许多情形下，由于对于给定尺寸的耳机可以达到的音频质量，所以可以选择封闭式或入耳式设计。然而，在许多情景下，外部声音的衰减可能是不利的。例如，它可能不仅衰减不想要的噪声，而且也衰减想要的外部声音。作为例子，在其中对声音环境的注意很重要的交通和其它情形下戴上封闭式或入耳式耳机可能是不实际的，并且实际上外部声音的减小甚至可能导致危险的情形。另外，这样的耳机的使用导致阻塞效应(occlusion effect)，阻塞效应类似于当耳朵被堵住(例如，被水堵住)时的体验。因为耳朵感觉被堵住，所以阻塞效应急剧地降低了舒适的感觉，并且实质上影响了对用户自己的话音的感知，导致感知到的失真。由于相同的耳机典型地被使用于许多不同的情景，在某些情景下，耳机很可能是次最佳的，并且实际上，在某些情景下，耳机很可能没有提供足够的外部声音给用户，而在其它的情景下，耳机很可能提供了太多的外部声音给用户。为了改进对于给定的耳机的感知质量和用户体验，已建议了许多用于处理要由耳机再现的信号的信号处理算法。例如，已提出了有源噪声消除，其中话筒测量环境噪声信号，该环境噪声信号被使用来从耳机的声换能器生成反相的抵消声音信号。作为另一个例子，对于封闭式或入耳式头戴式耳机，已提出话筒可以捕获外部声音，并把这些外部声音加到正在重现的声音上。然而，虽然用于修改由耳机的声换能器重现的声音的这样的算法在许多情景下可以提供改进的性能，但它们在某些情形下也往往是次最佳的，特别是它们不能提供对于最佳化的完全的灵活性。实际上，在某些情景下，这样的方法可能提供次最佳的音频质量或用户体验。这些方法也往往相对较复杂，且导致耳机系统的成本增加。因此，改进的方法是有利的，特别是允许增加灵活性、改进对不同音频环境和/或使用情景的动态适配性、改进感知的音频质量、减小复杂性、便利操作、便利实现和/或改进性能的方法是有利的。
发明内容
因此，本发明寻求优选地单个地或按任何组合地减轻、缓和或消除上面提到的缺点中的一个或多个。
按照本发明的一个方面，提供了耳机装置，包括话筒，用于生成话筒信号；声换能器，被安排来响应于驱动信号而辐射第一声音分量到用户的耳朵；声道，用于引导(channeling)外部声音以便把第二声音分量提供到用户的耳朵；声阀(acoustic valve),用于响应于阀控制信号而控制声道的衰减；以及控制电路，用于响应于话筒信号而生成阀控制信号，以便提供对于声道的可变衰减，导致到达用户耳朵的第一声音分量和第二声音分量的混合声音。本发明可以在许多情景下提供改进的耳机装置。特别地，可以获得可适配于不同的使用情景和当前条件的耳机。该耳机可以提供在来自音频环境的直接的声学声音与由声换能器重现的声音之间的改进的混合。特别地，该耳机可以通过允许直接来自外部音频环境的声音与由声换能器重现的声音的动态的和/或逐渐的混合而提供改进的用户体验。该方法可以允许在冲突的要求，比如，举例而言噪声抑制与阻塞效应的减小之间的更灵活的、动态的和逐渐的折衷。该装置在许多实施例中可以提供改进的声音质量和用户体验，并且可以提供在声学与电特性之间的有效的互相配合。该系统可以允许由用户感知的声音是由声换能器提供的电控制的声音与来自本地音频环境的直接声耦合的声音的组合。这在许多情景下可以提供被感知的更自然的和更高质量的声音。耳机装置可以根据如在话筒信号中反映的、在本地音频环境中的特性，而自动适配它的操作和两种成分(contribut ion )在到达用户的混合中的加权。该耳机装置可包括任何类型的耳机，包括例如入耳式耳机、助听器、头戴式耳机装置的耳外的耳机，包括封闭式和开放式头戴式耳机等等。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成响应于话筒信号而生成驱动信号。这可以在许多实施例中提供改进的性能，且特别地，可提供改进的感知的音频质量和/或改进的用户体验。驱动信号可以特别地被生成为至少包括对应于话筒信号的分量，以及第一声音分量可被生成来反映本地音频环境。对外部的本地音频环境的感知因此可以被提供为经由声道直接声I禹合的声音与经由声换能器的电生成的声音的组合。所述方法可以允许在与不同通路相关联的不同特性之间的改进的折衷，且可以例如允许在声通路的自然声音和低复杂性(以及资源使用)与电通路的可能复杂的信号处理之间的折衷及它们的组合。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成共同地生成驱动信号和阀控制信号。
这可以在许多情景下提供改进的性能，以及经常可以导致最佳化的性能和折衷。该共同确定是使得考虑阀控制信号/声阀特性而生成驱动信号，和/或考虑驱动信号和/或电通路的特性而生成阀控制信号。例如，如果声阀不能被调节成对于第二声音分量提供想要的效果(诸如，声耦合或衰减)，则驱动信号可被适配成提供想要的效果(例如，通过使得声换能器提供附加的外部声音或提供用于第二声音分量的声音抵消信号)。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成共同地生成驱动信号和阀控制信号，以便提供想要的环境声音特性。这可以提供改进的用户体验。想要的环境声音特性可以例如是对于到达用户的耳朵的环境声音的级别或增益。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成当生成驱动信号时根据话筒信号执行噪声减小，和响应于噪声减小的特性而生成阀控制信号。 这可以在许多实施例和情景下提供改进的噪声性能。特别地，它可以提供声学与电噪声减小和/或无源与有源噪声减小的有效组合。噪声减小的特性可以特别地指示在噪声减小后剩余的噪声分量。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成响应于声阀的运行特性而修改用于从话筒信号生成驱动信号的转移特性。这可以在许多情景下提供改进的性能。转移特性特别地可以是频率响应。转移特性可例如被修改来反映对于声道的当前的声学转移函数。所述方法可以例如被使用来通过修改转移特性以补偿对于在声道的转移函数中的改变的总体反馈环特性，而减小出现不稳定性的风险。 按照本发明的可选特征，控制电路被安排成检测在话筒信号中的声反馈指示，和响应于声反馈指示而生成驱动信号和阀控制信号中的至少之一。这可以在许多情景下提供改进的性能，以及特别地可以提供改进的稳定性性能。例如，它可被使用来阻止或减轻会导致自振荡的、从声换能器到话筒的声反馈。声反馈指示可以例如是在已知与用于耳机装置的潜在声反馈相关联的频率上的音调信号(tonesignal)的指示。按照本发明的可选特征，耳机装置还包括用于接收供耳机重现的音频信号的装置；以及其中控制电路被安排成响应于该音频信号而生成驱动信号。所述耳机装置当被使用于重现外部接收的音频信号的声音时可以提供改进的用户体验。例如，当收听来自例如通信设备或媒体播放器的再现的声音时可以达到改进的用户体验。音频信号可以与话筒信号相组合，或者第一声音分量例如可以仅仅对应于接收的音频信号。按照本发明的可选特征，耳机装置还包括用于接收远端耳机的另一个声阀设置的指示的装置，以及其中控制电路被安排成响应于所述指示而生成阀控制信号。这可以在其中使用了一个以上的耳机的情景下提供改进的性能。例如，对于立体声头戴式耳机，左耳机和右耳机可以交换规定声阀设置的数据，由此允许协调被提供到收听者的双耳的声音。
按照本发明的 可选特征，控制电路被安排成使得上述声阀的设置与另一个声阀的设置对准(align)。这可以在许多情景下提供改进的用户体验。该对准特别地可包括同步，以使得声阀的设置中的改变被协调。特别地，响应于所接收的指示，另一个声阀的设置的改变可以导致上述声阀的设置的改变。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成在声阀的设置与另一个声阀的设置之间引入偏移。这可以在许多情景下提供改进的性能，且特别地，可以允许该装置考虑收听者双耳之间的听力差异。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成对话筒信号执行听觉场景分析，并响应于该听觉场景分析而生成阀控制信号。这可以在许多情景下提供改进的性能。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成响应于话筒信号而执行噪声分析，并响应于该噪声分析而生成阀控制信号。这可以提供改进的噪声性能，且特别地，可以允许改进的噪声抑制，它特别地可以导致听起来更自然的被抑制的噪声。按照本发明的可选特征，控制电路被安排成对话筒信号执行语音检测，并响应于该语音检测而生成阀控制信号。这可以在许多情景下提供改进的用户体验。特别地，它可以当用户正在收听时提供改进的噪声减小，而当用户正在讲话时减小阻塞效应。按照本发明的一个方面，提供了用于耳机装置的操作的方法，所述耳机装置具有用于引导外部声音以便把第一声音分量提供到用户的耳朵的声道和用于响应于阀控制信号而控制声道的衰减的声阀，所述方法包括生成来自话筒的话筒信号；响应于驱动信号而把第二声音分量从声换能器辐射到用户的耳朵；以及响应于话筒信号而生成阀控制信号，以便提供声道的可变的衰减，导致到达用户耳朵的第一声音分量与第二声音分量的混合声音。本发明的这些和其它方面、特征与优点将从下文描述的实施例明白，并将参照所述实施例予以阐明。
本发明的实施例将参照附图，仅仅作为例子来描述，其中
图I图示按照本发明的一些实施例的耳机装置的例子；以及
图2图示按照本发明的一些实施例的耳机装置的例子。
具体实施例方式以下的说明聚焦在可应用于立体声头戴式耳机装置的耳机的本发明的实施例，立体声头戴式耳机装置对于用户的每只耳朵都包括一个耳机。然而，将会意识到，本发明不限于这个应用，而是可以应用于许多其它情景，比如，举例而言助听器。图I图示按照本发明的一些实施例的耳机装置的例子。在该例子中，图I的耳机装置以单个耳机被实施，其在使用时被安置在用户的耳朵中或耳朵周围。特别地，该耳机可以是部分插入到用户的耳道中的入耳式耳机，或者可以是封闭式耳机且因此可被保持在用户耳朵周围的位置，以便形成封闭的容积。还将意识到，在一些实施例中，图I的单元中的一个或多个可被定位在耳机单元的外面。例如，在一些实施例中，可以使用外部话筒。图I的耳机对应于立体声头戴式耳机的一个耳机，该立体声头戴式耳机还包括第二耳机，该第二耳机可以与图I的耳机相同。换句话说，图I可被看作为图示了立体声头戴式耳机的任一个耳机。耳机可以是能把声音信号再现给用户的一只耳朵的任何设备。耳机在使用时被紧密地耦合到用户的一只耳朵，但不被耦合到用户的另一只耳朵。耳机的例子包括助听器、入耳式耳机、封闭式耳机等等。耳机往往是可戴的。图I的耳机包括声换能器101，它被安排来响应于被馈送给它的驱动信号而生成声信号。声换能器101福射第一声音分量，该第一声音分量可以到达用户的耳朵103。例如，对于入耳式耳机，声换能器101把声音直接辐射到用户的耳道中，而对于封闭式耳机，它把 声音辐射到包围用户耳朵的封闭的容积中。声换能器101特别地可以是扬声器。声换能器101被稱合到控制电路105,该控制电路被安排成生成用于声换能器101的驱动信号。因此，控制电路105生成电驱动信号，该电驱动信号被馈送到声换能器101以便转换成第一声音分量。控制电路105还被耦合到信号接收器107，该信号接收器被安排来接收来自外部或内部源(未示出)的音频信号。音频信号可以是要由耳机呈现的音频信号。例如，它可以是来自媒体播放器的、要被播放给用户的音频信号。音频信号可以从任何适当的源和以任何适当的方式被接收。例如，音频信号可以经耦合到源的导线作为模拟电信号被接收。作为另一个例子，信号接收机107可包括无线收发器，诸如蓝牙(Bluetooth )接收机，以及音频信号可以作为包括编码的音频数据的无线数据信号被接收。在这样的例子中，信号接收机107可包括译码器，用于对该编码的音频数据译码。该耳机还包括被耦合到控制电路105的话筒109。话筒109被安排成捕获外部音频环境中的音频，并把它提供到控制电路105。在一些实施例中，驱动信号可以根据来自话筒109的话筒信号而被生成。例如，话筒109可以拾取被馈送到声换能器101的外部声音,这样使得第一声音分量包括环境的/外部的声音。作为另一个例子，耳机可被使用来提供噪声减小/消除，以及话筒109可被定位成拾取靠近用户耳朵的声音。控制电路105可以随之生成具有所检测到的声音的相反相位的声音抵消信号。因此，第一信号分量可包括噪声消除声音信号，该噪声消除声音信号可以至少消除到达用户的某些噪声。将会意识到，在一些实施例中，对于所述耳机可以使用一个以上的话筒。例如，一个话筒可被安排成使得它可以捕获外部声音，而另一个话筒可被安排成捕获靠近用户耳朵的声音。不同的话筒可以一起使用，例如，外部和内部话筒都可被使用来提供噪声消除；或者话筒可以被不同地使用，例如，内部话筒可被使用于电的噪声消除，而外部话筒可被使用来控制声阀117的设置。还将会意识到，每个话筒可被实施为话筒阵列。这例如可以允许通过适当地组合来自不同话筒的信号而达到方向特性。因此，话筒109在一些实施例中可以被认为代表多个话筒。
在其它实施例中，驱动信号可以从接收自接收机107的音频信号生成。因此，第一声音分量可以对应于所接收的音频信号的呈现。例如，耳机可以用作为头戴式耳机的一部分以便把来自媒体播放器或通信单元的声音呈现给用户。因此，在一些实施例中，第一声音分量仅仅是基于来自音频接收机107的音频信号，而不依赖于来自话筒109的话筒信号。在其它实施例中，第一声音分量仅仅是基于来自话筒109的话筒信号，而不依赖于来自音频接收机107的音频信号。因此，音频接收机107可以是任选的，以及它可以仅仅在一些实施例中被包括。还将会意识到，在一些实施例中，驱动信号将响应于来自音频接收机107的音频信号和来自话筒109的话筒信号两者而被生成。因此，第一声音分量可包括来自音频信号和来自话筒信号两者的成分。将会意识到，控制电路105可以以任何适当的方式被实施，且特别地，它可以由数字或模拟手段来实施。典型地，控制电路105将包括数字信号处理器，其被安排来对所接收的信号执行适当的数字信号处理算法。将会意识到，控制电路105因此在适当的场合下可包括用于进行模拟到数字和数字到模拟转换的适当手段。还将会意识到，控制电路105可包括其它适当的电路，比如，举例而言用于话筒信号的低噪声放大器和用于驱动信号的 功率放大器。在例子中，耳机是封闭式耳机或入耳式耳机。这样的耳机的特性在于，它们提供在外部音频环境与用户耳朵之间的声音衰减。这个衰减可以是相当大的(例如，20-30dB的典型值对于入耳式耳机并不罕见)。这样的衰减在例如需要或想要无源噪声减小的许多情景下是有利的。然而，在其它情景中，由于当用户正在讲话时引起的阻塞效应，或者由于用户对外部音频环境感兴趣，这样的衰减可能是不希望的。图I的耳机还包括声道111，用于引导来自外部音频环境的外部声音到用户的耳朵103，由此把第二声音分量提供到用户的耳朵103。因此，对于图I的耳机，到达用户耳朵的声音将(主要地)在于被混合在一起的两个声音分量。特别地，由用户感知的声音将是由声换能器101提供的第一声音分量和由声道111提供的第二声音分量的组合。声道111可以特别地被生成为将包围用户耳朵103 (或在用户耳朵内)的容积连接到外部环境的孔。特别地，在耳机中可以形成管或洞，令第一开口 113在耳机外面，而第二开口 115在所述容积中把声音提供到用户的耳朵103。这个声道的存在允许外部声音通过空气介质直接到达用户的耳朵103，即，不用任何到电信号的转换。声道111因此减小了由耳机提供的对外部声音的衰减，并允许这个外部环境声音以减小的失真等等到达用户的耳朵103。声道111因此可以缓和或消除对于封闭式或入耳式耳机设计可以体验到的某些缺点。例如，它可以减小阻塞效应和允许环境声音被用户听见。然而，声道111的存在可能降低由封闭式或入耳式耳机设计提供的无源噪声减小。声道111的存在可以特别地导致耳机设计更类似于开放式头戴式耳机设计。图I的耳机还包括声阀117，其被安排来响应于阀控制信号而控制通过声道111的外部声音辐射的衰减。特别地，声道111可以配备有声阀117，该声阀可以逐渐变化声道111的至少一部分的横截面。依赖于所施加的控制信号，声阀117可以逐渐打开或闭合声道111，并且它可以特别地被安排成变化声道111的开口，从它完全打开一直到它完全闭合。声阀117因此可被使用来控制由耳机提供多少无源衰减和允许多少直接的声学的环境声音传递到用户。
声阀117被耦合到提供阀控制信号的控制电路105。控制电路105响应于话筒信号而生成阀控制信号。所述控制信号因此被使用来提供对于声道111的可变衰减，以使得这导致到达用户耳朵103的第一声音分量与第二声音分量的混合声音。声道111的衰减因此可以是逐渐的衰减，这允许某些声音声学地到达用户的耳朵103，而同时仍旧允许耳机提供某些无源衰减。因此，所描述的方法可以依赖于由话筒109捕获的音频而提供耳机的无源衰减的更加灵活和动态的变化。例如，如果话筒109被安排成捕获外部环境声音，则可以调节声音的精确衰减，以便反映这个声音的特性。作为具体的例子，图I的耳机可被使用来呈现由接收机107接收的音频信号。同时，控制电路105可以评价由话筒109拾取的话筒信号，并通过生成用于声阀117的适当的阀控制信号，而根据这个来控制声道111的衰减。控制电路105例如可以确定环境噪声的级 另IJ，并且可以将声阀117控制为是依赖于外部声音的级别的声阀。例如，如果外部声级非常低，则控制电路105可以着手生成控制信号，其导致声阀117被完全打开。在这种情形下，与声道111相关联的衰减将非常低，且第二信号分量可以对应于精确的和未衰减的外部声音信号。因此，当用户处在安静的环境时，他或她将能够收听所呈现的音频，而不遭受与封闭式或入耳式耳机设计相关联的任何缺点。例如，用户将不会体验到任何阻塞效应，并将能够听见外部声音源(例如，如果用户被另一个人呼叫，则他将能够听见)。然而，如果因为用户移动到嘈杂的音频环境，环境声级增加，则这可以被话筒109捕获，且因此控制电路105可以着手逐渐关闭声阀117，以便平衡(compensate)增加的环境声级。因此，用户仍旧能够听见所呈现的音频，而背景外部声音的级别是低的，因为这些声音在声道117中已被衰减。然而，这个衰减的声级是以例如增加的阻塞效应为代价达到的。如果环境声级变为太响以致声阀117被完全关闭，对应于耳机的无源衰减被最大化，则在一些实施例中，控制电路105可以着手执行有源噪声消除，以使得从声换能器101辐射的声音不仅包括来自接收机107的音频信号，而且也包括用于外部噪声的噪声消除信号。在本例中，外部声级的确定可被认为是对于话筒信号的简单的噪声分析。因此，图I的耳机可以提供改进的和灵活的用户体验，在那里所述操作被自动地适配于由用户体验的特定条件。实际上，所述方法可被看作为提供耳机设计从开放式设计到完全封闭式/入耳式设计的灵活适配。因此，系统虑及了单个耳机适配来为当前的使用情景提供想要的特性。特别地，在电的和声学的声音分量之间的紧密合作被使用来提供对于当前条件的适当的音频体验，由此提供例如改进的感知的音频质量。实际上，所述方法虑及了第一声音分量和第二声音分量对于用户要同时可听见，以便提供改进的音频体验，例如，包括要被再现的音频信号和处于想要的级别的外部声音。而且，诸如阻塞那样的不想要的效应可以减小，且特别地，可被限于其中它们是必要的折衷的情景。因此，与诸如美国专利申请US2007/0086599(该美国专利申请公开了被使用来完全打开或完全关闭耳塞的通孔以便使耳塞在完全透明和完全阻塞之间切换的声阀的例子)的方法那样的方法不同，所描述的方法提供了可被使用来例如从音频信号提供有利的音频呈现的耳机。所述系统提供了灵活的和可变的适配，使得被再现的声音的用户感知通过以下方式而被最佳化，即第一和第二声音分量合作以提供对于当前条件的可能最佳化的音频体验。将会意识到，声阀111是可以变化对于通过声道111的声音信号的衰减的任何功能。特别地，声阀117可以是能变化声道111的横截面的任何功能性。作为具体的例子，声阀117可以被实施为使用例如小的步进电动机来控制开孔的膜片快门(diaphragm shutter)(类似于在照相机中使用的那个)。另一个例子可以是它在散热器阀中被实施的方式，其中流体可以由被推入到管中的物体所阻碍。阻挡的物体的位置可以例如通过电场和/或磁场、或由压电致动器来控制。在上面提到的具体的例子中，耳机被使用于呈现音频信号，以及控制电路105特别地根据音频信号来生成驱动信号。在本例中，话筒109可能未被安排在耳机的外侧以便拾取外部噪声，但是在一些实施例中它可以被安排成使得它捕获在由封闭式头戴式耳机围绕耳朵形成的容积中的声音。因此，在这个例子中，话筒109不直接捕获外部声音，而是测量由用户的耳朵103接收的声音。话筒信号因此可以反映第一和第二声音分量的组合的成 分。控制电路105可以着手对话筒信号109执行噪声分析。例如，它可以减去对应于第一声音分量的信号分量，然后评价剩余的残余信号。该信号可以被直接认为是对应于不想要的噪声分量，且控制电路105可以根据这个残余信号的电平着手打开或关闭声阀117。例如，如果所述电平高于阈值，则声阀117被进一步关闭，而如果所述电平低于阈值，则声阀117被进一步打开。因此，在本例中，反馈环被提供来调节声阀117，以把用户耳朵103处的噪声电平维持为低于给定值。在一些实施例中，控制电路105还可以着手对残余信号执行更高级的评价。例如，它可以着手分离语音分量和噪声分量，和使用这些估计来控制声阀打开。在其它实施例中，另外地或替换地从话筒信号生成用于声换能器101的驱动信号。例如，为了消除不想要的声音分量，话筒信号可被使用来执行有源噪声消除，其中声音分量是从声换能器101被辐射。将会意识到，这样的功能性可以与声换能器101是否也被使用来呈现从音频接收机107接收的音频信号无关。因此，第一声音分量在某些情形下可以被生成为包括对应于来自音频接收机107的音频信号的音频信号声音分量和从话筒信号生成并打算用来抵消外部声音的声音抵消分量。以下的具体的例子为了清晰和简明起见将聚焦于其中耳机被纯粹使用于噪声减小或消除而不再现任何声音的实施例。因此，在所述例子中，没有接收到音频信号，以及第一声音分量仅仅包括声音抵消分量。在这些实施例的某些实施例中，控制电路105可以共同地生成驱动信号和阀控制信号。因此，阀控制信号可以取决于驱动信号和/或驱动信号可以取决于阀控制信号。因此，在这些实施例中，耳机的想要的运行是通过仔细地控制由声换能器101生成的声音和经由声道111提供的声音而达到的。因此，两个不同的通路被一起控制和一起最佳化，以便提供改进的性能。作为例子，控制电路105可以寻求维持给定的想要的外部声音特性，比如，举例而言给定的最大外部声级。在这样的情景中，如果话筒检测到当前的环境声级非常低，则控制电路105可以着手完全打开声阀117，并生成零值驱动信号，导致没有声音抵消信号从声换能器101生成。然而，如果所检测的外部声级增加，则控制电路105可以着手将有源和无源噪声消除一起引入。无源噪声消除是通过逐渐关闭声阀117以便增加声道111的衰减和因此增加耳机整体的无源衰减而达到的。同时，控制电路105可以着手生成声音抵消驱动信号，其导致从声换能器101辐射声音抵消声音分量。这两个声音减小方法的每一个的相对效果可以随外部声级而变化。实际上，典型地，有源声音抵消过程往往是次最佳的，且可能甚至引入某些人工产物。所以，在低声级处，有源噪声消除的级别可以维持为相对较低，由此允许大多数衰减由声道111的增加的衰减来提供。然而，在较高的声级处，有源噪声减小可以显著地增加，以便提供更有效的和更显著的噪声消除。然而，维持声道111部分打开可能仍旧是有利的，因为这可以在许多情景中提供听起来更自然的残余声音。作为另一个例子，控制电路105可被安排成根据话筒信号执行噪声减小，然后可以根据这个噪声减小的特性来调节阀控制信号。例如，声阀117可以根据在有源消除后剩余的噪声量来被打开或关闭。例如，在一些实施例中，有源噪声消除可被最佳化，且特别地，使其将目标对准特定特性的声音。例如，该耳机可被使用于对于操作嘈杂的机器的工人的听力保护。有源噪声消除因此可以特别地对于由这个机器生成的声音来最佳化，例如，所述机器可能具有特 定的频率响应，能量集中在一个或多个峰值，其可以通过有源噪声消除而被有效地消除。在这种情形下，有源噪声消除在消除来自特定机器的潜在的很大的声音方面可以是高度有效的，但在消除其它类型的噪声方面可能是非常低效的。因此，在正常操作期间，当用户主要遭受的是来自机器的噪声时，有源噪声消除可以有效地消除噪声，以及声道111可以保持打开，以允许用户听见其它声源。然而，如果用户移动到不同的环境，其中其它噪声源变为主要的(例如，如果工人从他的机器临时移动到另一种类型的机器)，则有源噪声消除算法可能变为非常低效，导致大的残余噪声分量。这可以由控制电路105检测出(例如，仅仅通过对于靠近用户耳朵103的话筒109的电平检测)，因此，控制电路105可以着手关闭声阀117，以增加声道111的衰减。这样，当系统检测到有源噪声消除不够时，它可以自动适配于提供无源噪声消除。将会意识到，所描述的、组合电通路和声通路来提供到达用户耳朵的给定声音的方法可以以许多不同的方式被使用，以及以上的例子仅仅举例说明某些可能的使用。还将会意识到，在许多实施例中，耳机可被安排来在不同的情形下提供不同的特性。例如，耳机可被安排成工作在不同的模式下，每个模式提供对于特定使用的想要的特性。例如，耳机可能能够在以下的不同模式之间切换
安全模式/透明模式
在这种模式下，声道111被完全打开，且可以听见来自外部环境的所有声音。阻塞是最小的，以及舒适感是良好的。实际上，耳机可以提供对应于打开设计的特性。在一些实施例中，想要的感知的环境声级可以通过折衷声学的与电的声音分量而被生成，以便提供耳机的个性化。在这种模式下，音频例如可以通过声换能器101被播放，例如允许耳机被使用于话音通信。噪声减小模式
在这种模式下，声道可以被关闭，且外部信号被减小。在这种模式下，还可以通过扬声器来播放音频，例如支持话音通信。如果必要的话，可以通过使用外部话筒来施加有源噪声减小。
面对面交流模式
这种模式被使用来当头戴式耳机被使用于嘈杂的环境时使得能进行改进的面对面交流。噪声例如可以通过关闭声阀117而被减小，且想要的源可以用音频增强算法来处理。例如，可以基于多个话筒来施加方向性信号处理和噪声抑制，以便生成更清晰可辨的信号。作为在声通路与电通路之间的合作的另一个例子，控制电路105可被安排成响应于对于声阀117的运行特性，而修改从话筒信号到驱动信号的转移特性。例如，根据阀控制信号或对于声阀117的测量的特性，控制电路105可以着手修改它从话筒信号生成驱动信号的方式。例如，控制电路105可以着手改变对于从话筒信号生成(至少部分地)驱动信号的信号通路的频率响应。这例如可以被使用来提供在用户耳朵103处的改进的声音质量。作为具体的例子，所述耳机可被用作为助听器的一部分，其中来自声道111的声音与来自声换能器101的声音相混合，以提供增强的音频信号。例如，对于第一信号分量，某些频率间隔可以被放大，使得这增强听力受损的用户的感知。在这样的例子，声阀117可以根据话筒信号的频谱被控制。 作为具体的例子，听力受损的用户对于高频分量可以具有良好的听力，而低频分量可能对于该用户是很难感知的且甚至可以使较高频率的感知降级。当外部声音具有对应于在高频处的信号能量高集中度和在低频处的信号能量低集中度的特性时，声音可以通过声道111声学地馈送到用户。另外，它可以被第一声音分量进一步增强，该第一声音分量特别地可以通过使用对应于仅仅电平增加的平坦频率响应而被生成。然而，如果外部声音的特征在于在低频处具有信号能量高集中度和在高频处具有信号能量低集中度，则外部声音对于听力受损的用户可能是不能感知的。因此，控制电路105可以检测这种频率分布，并通过进一步关闭阀117而着手增加声道111的衰减。这将减小第二声音分量的信号电平，由此防止在低频处的高能量集中度使得用户的感知更困难。另外，控制电路105不仅生成导致第一声音分量具有增加的电平的放大的驱动信号，而且也施加高通滤波，其相对于较高的频率来说显著地衰减较低的频率。因此，这导致由于声道111的增加的衰减和对于驱动信号的高通滤波而造成的、听力受损用户的改进的感知。这样的应用例如可以适用于能够理解女性和儿童的话音、但在理解男性讲话者时有困难的听力受损用户。作为另一个例子，响应可被修改成提供改进的系统稳定性。例如，如果话筒109正在捕获外部声音，则存在从声换能器101经由声阀117到话筒109的反馈通路。这个反馈通路的特性依赖于声阀117的设置，因此用于避免正反馈情形出现的稳定性准则依赖于声阀117的设置。因此，用于从话筒信号生成驱动信号的频率响应可被修改为提供对于声阀117的当前设置的适当的稳定裕度。在一些实施例中，控制电路可被安排成检测在话筒信号中的声反馈指示，并可以根据这个指示，来修改驱动信号和/或阀控制信号的生成。特别地，导致自振荡的声反馈往往表征为引入了单音分量。在话筒信号中这样的音调分量的出现可以由控制电路105检测。实际上，典型地，可以确定这样的音调分量将在小的频率间隔内出现，所以，控制电路105可被安排成检测在这个小的频率间隔内的任何重大的音调分量的出现。如果控制电路105检测到这样的时间分量，则它可以着手减小用于生成驱动信号的增益和/或修改阀控制信号以增加声道111的衰减，由此去除不稳定性条件。在一些实施例中，控制电路105可被安排成对话筒信号执行听觉场景分析。阀控制信号然后可以根据这个听觉场景分析的结果被生成。在一些实施例中，驱动信号的生成也可以是响应于听觉场景分析的结果。因此，声道111的衰减和第一声音分量的生成可以通过听觉场景分析而被自动地确定或影响。例如，如果有许多背景噪声，则控制电路105可以决定如果声道被更多地关闭，则由用户所接收的声音的可懂度将改进。听觉场景分析可以通过对话筒信号施加时间-频率分析、分离听觉对象和把对象馈送到分类器而被执行。时间频率分析例如可以通过听觉模型被执行。分类器通过使用各种各样的声音而被训练，且将确定听觉对象的类别。控制电路105然后可以根据对象的类别而决定它的响应。例如，某些交通声音将被分类为重要的想要的信号，因此被允许传递到用户的耳朵103。在酒馆中的乱哄哄的噪声可被分类为不想要的信号，并尽可能多地被抑制。使用多个话筒，优选地在双耳的设备上用于有效的空间分隔，也可以执行这种分析，以便考虑在场景中听觉对象的空间特性。 在一些实施例中，控制电路可被安排成对话筒信号执行语音检测，并响应于语音检测而生成阀控制信号。将会意识到，可以使用任何适当的语音检测，而不会有损于本发明。控制电路105可以特别地在语音检测器指示用户当前正在讲话时着手打开声阀117，并可以在语音检测器指示用户没有在讲话时着手关闭声阀。这可以允许当用户正在收听时有效地无源衰减外部声音，而同时避免许多用户感到特别讨厌的阻塞效应。因此，该方法可以提供有效的外部噪声抑制，而同时避免用户自己的话音的失真的感知。当耳机被使用于例如双向话音通信时，这样的方法是特别有利的。在一些实施例中，从话筒信号生成驱动信号例如可包括简单的滤波和/或放大，允许两个声音分量都提供环境外部噪声的相当清晰的表示。然而，在其他实施例中，控制电路105可被安排成执行例如显著修改所呈现的信号的复杂的处理。因此，在一些实施例中，控制电路105可以在生成驱动信号时修改话筒信号，以使得特性相对于经由声道111的声音信号被显著地改变。例如，可以延迟电信号，或者在电通路上可以施加与头部有关的转移函数。这例如可被使用来提供各种空间效果，比如，举例而言立体声声像(stereo image )的展宽。前面的说明已聚焦于单个耳机。然而，在许多实施例中，所述耳机将连同用于用户的另一只耳朵的第二耳机一起被使用。第二耳机在许多情形下可以是与第一耳机相同的，因此，也可以包括带有可调节的声阀的声道。在这样的实施例中，这两个耳机可包括用于交换定义声阀的设置的控制数据的功能。这可以允许所述两个耳机协调设置以提供链接的性能。将会意识到，通信可以是数据沿两个方向进行交换的双向通信，或可以是其中仅仅一个耳机提供数据到另一个耳机的单向通信。图2图示图I的耳机可以如何被增强来包括收发器201，该收发器201被安排成与另一个耳机(它可包括等同的收发器)交换数据。在本例子中，收发器201是短距离无线收发器，诸如蓝牙(Bluetooth )收发器。然而，将会意识到，在其它实施例中，可以使用其它通信手段，以及例如，两个耳机可以经由有线连接进行通信。在两个耳机的至少一个耳机中的控制电路105因此被安排成把它的声阀117的设置的指示提供给收发器201。这个耳机的收发器201然后把指示发送到另一个耳机，在那里它由收发器201接收。这个耳机的收发器201然后着手把所述指示转发到它的本地控制电路105，该本地控制电路105接着在生成用于它本身的声阀117的阀控制信号时着手考虑远端耳机的声阀117的设置。控制电路105可以特别地着手对准本地声阀117的设置与另一个耳机的声阀的设置。这种对准特别地可以是同步，这样使得当在另一个耳机处改变阀设置时，在本地耳机处也作出对应的改变。对准可以特别地是使得在两个耳机处的设置相同，即，使得达到对称的性能和操作。然而，在一些实施例中，控制电路可以在两个耳机的声阀的设置之间引入偏移。这个偏移可以是固定的静态值，或可以响应于其它参数而被确定。这样的偏移的使用特别地可以允许定制对于特定的用户的操作，以及例如可以被设置成反映用户双耳的听觉能力的非对 称性。在一些实施例中，远端耳机的声阀的设置的指示可以是由远端耳机的控制电路105确定的、对于本地声阀的声阀的直接设置指不。因此，在一些实施例中，耳机之一的控制电路105可以确定用于两个耳机的阀控制信号，并且可以把这些控制信号之一传送到另一个耳机，该另一个耳机简单地着手实施所指示的设置。将会意识到，以上的说明是为了清晰起见而参照不同的功能电路、单元和处理器来描述本发明的实施例。然而，显然，可以使用在不同的功能电路、单元或处理器之间的功能性的任何适当的分布，而不会有损于本发明。例如，被图示为由分开的处理器或控制器执行的功能性可以由同一个处理器或控制器执行。因此，对特定功能单元的引用仅仅被看作为对用于提供所描述的功能性的适当手段的引用，而不表明严格的逻辑或物理结构或组织。本发明可以以任何适当的形式来实施，包括硬件、软件、固件、或它们的任何组合。本发明可以可选地至少部分地被实施为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的单元和部件可以以任何适当的方式被物理地、功能地和逻辑地实施。实际上，所述功能性可以在单个单元中、多个单元中、或作为其它功能单元的一部分被实施。照这样，本发明可以在单个单元中被实施，或可以在物理上和在功能上被分布在不同的单元与处理器之间。虽然本发明是结合一些实施例被描述的，但不打算将本发明限于这里阐述的具体形式。而是，本发明的范围仅仅由所附权利要求来限制。另外，虽然特征可能表现为是结合特定的实施例被描述的，但本领域技术人员将认识到，所描述的实施例的各种特征可以按照本发明进行组合。在权利要求中，术语包括并不排除其它单元或步骤的存在。而且，虽然是一个个地列出的，但多个电路、装置、单元、或方法步骤可以由例如单个单元或处理器来实施。另外，虽然一个个特征可被包括在不同的权利要求中，但这些特征有可能被有利地组合，以及被包括在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行的和/或不是有利的。另外，特征被包括在一个类别的权利要求中并不意味着限制于这个类别，而是更确切地说，表明了 如果适当的话，所述特征同样地可应用于其它权利要求类别。而且，特征在权利要求中的次序并不意味着这些特征必须按其工作的任何特定次序，且特别地，在方法权利要求中一个个步骤的次序并不意味着这些步骤必须按这个次序被执行。而是，这些步骤可以以任何适当的次序被执行。另外，单数引用并不排除复数。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等等的引用并不排除复数。在权利要求中的参考符号仅仅 被提供来作为澄清性的例子，无论如何不应当被解释为限制权利要求的范围。
权利要求
1.一种耳机装置，包括 话筒(109)，用于生成话筒信号； 声换能器(101),被安排来响应于驱动信号而福射第一声音分量到用户的耳朵(103)； 声道(111)，用于引导外部声音以把第二声音分量提供到用户的耳朵(103)； 声阀(117)，用于响应于阀控制信号来控制声道的衰减；以及 控制电路(105 )，用于响应于话筒信号来生成阀控制信号，以便提供对于声道(111)的可变衰减，导致到达用户耳朵(103)的第一声音分量和第二声音分量的混合声音。
2.权利要求I的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成响应于话筒信号而生成驱动信号。
3.权利要求2的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成共同地生成驱动信号和阀控制信号。
4.权利要求3的耳机装置，其中控制电路(105)被安排来共同地生成驱动信号和阀控制信号，以便提供想要的环境声音特性。
5.权利要求2的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成在生成驱动信号时根据话筒信号执行噪声减小，以及响应于噪声减小的特性而生成阀控制信号。
6.权利要求2的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成响应于声阀(117)的运行特性，来修改用于从话筒信号生成驱动信号的转移特性。
7.权利要求2的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成检测在话筒信号中的声反馈指示，和响应于所述声反馈指示而生成驱动信号和阀控制信号的至少之一。
8.权利要求I的耳机装置，还包括用于接收音频信号来由耳机重现的装置(107);以及其中控制电路(105)被安排成响应于该音频信号而生成驱动信号。
9.权利要求I的耳机装置，还包括用于接收远端耳机的另一个声阀的设置的指示的装置(201)，以及其中控制电路(105)被安排成响应于所述指示而生成阀控制信号。
10.权利要求9的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成使得声阀(117)的设置与另一个声阀的设置对准。
11.权利要求9的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成在声阀(117)的设置与另一个声阀的设置之间引入偏移。
12.权利要求I的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成对话筒信号执行听觉场景分析；以及响应于所述听觉场景分析而生成阀控制信号。
13.权利要求I的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成响应于话筒信号而执行噪声分析，并响应于所述噪声分析而生成阀控制信号。
14.权利要求I的耳机装置，其中控制电路(105)被安排成对话筒信号执行语音检测，并响应于所述语音检测而生成阀控制信号。
15.一种用于耳机装置的操作的方法，所述耳机装置具有用于引导外部声音以便把第一声音分量提供到用户的耳朵(103 )的声道(111)和用于响应于阀控制信号而控制声道的衰减的声阀(117)，所述方法包括 生成来自话筒(109)的话筒信号； 响应于驱动信号，把第二声音分量从声换能器(101)辐射到用户的耳朵(103);以及 响应于话筒信号而生成阀控制信号，以便提供声道(111)的可变的衰减，导致到达用户耳朵(103)的第一声音 分量与第二声音分量的混合声音。
全文摘要
一种耳机装置，包括话筒(109)，其生成话筒信号；和声换能器(101)，其响应于驱动信号而辐射第一声音分量到用户的耳朵(103)。还提供了声道(111)，用于引导外部声音，以便把第二声音分量提供到用户的耳朵(103)。声阀(117)允许响应于阀控制信号而控制声道(111)的衰减。控制电路(105)响应于话筒信号而生成阀控制信号，以便提供可变衰减，导致到达用户耳朵(103)的第一声音分量和第二声音分量的混合声音。声学的和例如电信号通路的组合使用允许改进的性能，且特别地允许相对于外部声音的、在开放式与封闭式耳机设计特性之间的动态折衷。
文档编号H04R5/033GK102804805SQ201080024490
公开日2012年11月28日 申请日期2010年5月27日 优先权日2009年6月2日
发明者R.P.N.迪斯特斯, S.斯里尼瓦桑, C.P.詹塞 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司