专利名称：音频输出设备、方法和系统及用于音频输出处理的程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种音频输出设备，如耳机装置和移动电话终端。本 发明也涉及配置成用在上迷设备中的音频输出方法和音频输出处理 程序。本发明还涉及一种包括耳机装置和音频输出装置的音频输出系 统。
背景技术：
例如，在再现在可携带音频播放机中收听的音频信号时，耳机或听筒一般用来防止声音泄漏到外面。当今，从车中携带的耳机泄漏的声音作为所谓的噪声污染正在成为社会的关注。当收听者把比较高再现音量设置给播放机以便收听 时，这种声音通常泄漏到耳机外。最大音量的技术以及通过压缩器处理或限制器处理抑制再现音量的 技术(参考日本专利No. 3016446 )(日本专利特开平No.05陽4卯91)， 下文称作专利文件1)。发明内容然而，如果音频播放机没有如在以上专利文件1中公开的压缩器
处理功能及限制器处理功能，则难以从根本上克服噪声污染问题，除 非收听者自己把音频播放机的音量降低到非噪扰水平。在喧闹的收听环境下收听者通常升高音频播放机的音量。在这样 的情况下，因为收听环境本身是喧闹的，所以从音频播放机泄漏的比 较大声音不会给周围的人们太大声音噪扰。然而，如果收听者在音频播放机保持设置到高声音水平的情况下 从上述喧闹环境移动到较安静环境，则收听者在收听的同时，常常不 知道其自己已经移动到较安静环境中。如果这种情况发生，则即使从 音频播放机的声音泄漏相对较低，也可能发出违背收听者意图的公共 噪扰。因此，本发明通过提供根据本发明实施例的音频输出设备和方 法，解决与相关技术方法和设备有关的以上认识到的问题和其它问 题。在执行本发明时和根据本发明的一个方面，提供有一种音频输出 设备。这种音频输出设备包括电声转换器、声音收集器、声音泄漏评 估块、及控制器。电声转换器布置在壳体中，并且配置成再现第一音频信号。声音收集器(或麦克风)配置成拾取在壳体外部的声音，并 且输出第二音频信号。声音泄漏评估块配置成基于第一音频信号和笫二音频信号评估由电声转换器再现的声音到壳体外部的泄漏。控制器 配置成基于由声音泄漏评估块进行的评估的结果执行预定处理。在上述音频输出设备中，控制器抑制由电声转换器从第一音频信 号再现的声音到壳体外部的泄漏。在上述音频输出设备中，控制器基于由声音泄漏评估块进行的评 估的结果向声音的收听者给出警^^。在上述音频输出设备中，声音泄漏评估块在第一音频信号与第二 音频信号之间进行比较，以确定在这些信号之间的相关性并且基于相 关性的确定结果评估从壳体的声音泄漏。 、在上述音频输出设备中，声音泄漏评估块具有相关值计算块，配置成计算在第一音频信号与第二音频信号之间的相关值；和相关判 定块，配置成基于相关值判定泄漏到壳体外部的声音。在上述音频输出设备中，声音泄漏评估块得到在第一音频信号与 第二音频信号之间的差，从而基于所得到的差评估泄漏到壳体外部的声音。在上述音频输出设备中，声音泄漏评估块把在时域中的第一音频 信号和第二音频信号转换成在频域中的第三信号和第四信号，并且在第三信号与第四信号之间进行比较以评估泄漏到壳体外部的声音。在上述音频输出设备中，第二音频信号通过乘法器供给到声音泄漏评估块，该乘法器把第二音频信号乘以当由电声转换器再现和输出的声音泄漏到壳体外部以由声音收集器收集时从电声转换器与声音收集器之间的传输特性相对应的系数。在上述音频输出设备中，控制器降低第一音频信号的声音再现音量。在上述音频输出设备中，控制器通过定义处理的上限对第一音频 信号执行压缩器处理和限制器处理中的至少一种处理。在上述音频输出设备中，当已经超过第一音频信号和第二音频信 号中的至少一个的瞬时振幅值和能量值中的至少一个时，声音泄漏评 估块执行评估。在上述音频输出设备中，当通过对于第一音频信号和第二音频信 号中的至少一个执行频率分析，生成的频率振幅值已经超过预定电平 时，声音泄漏评估块执行评估。在上述音频输出设备中，当已经超过第一音频信号和第二音频信 号中的至少一个的瞬时振幅值和能量值中的至少一个时，并且当通过 对于第一音频信号和第二音频信号中的至少一个执行频率分析，生成 的频率振幅值已经超过预定电平时，声音泄漏评估块执行评估。上述音频输出设备还包括降噪器，该降噪器配置成从由声音收 集器拾取的第二音频信号产生用来减小壳体外部的噪声的降噪音频 信号，并且把产生的降噪音频信号添加到第二音频信号上。在执行本发明时和根据本发明的另 一个实施例，提供有一种音频
输出方法。这种音频输出方法包括以下步骤由布置在壳体中的电声 转换器再现第一音频信号；由声音收集器拾取壳体外部的声音，从而 输出第二音频信号；基于第一音频信号和第二音频信号评估由电声转换器再现的声音到壳体外部的泄漏；及基于评估的结果执行预定处 理。在执行本发明时和根据本发明的又一个实施例，提供有一种配置 成记录计算机可读程序的记录介质。该程序使计算机执行以下步骤 由布置在壳体中的电声转换器再现第一音频信号；由声音收集器拾取 壳体外部的声音，从而输出第二音频信号；基于第一音频信号和第二 音频信号评估由电声转换器再现的声音到壳体外部的泄漏；及基于评 估的结果执行预定处理。在执行本发明时和根据本发明的再一个实施例，提供有一种音频 输出系统。该音频输出系统包括耳机设备和耳机设备连接到其上的音 频输出设备。耳机设备包括电声转换器，布置在耳机设备的壳体中， 并且配置成再现从音频输出设备供给的第一音频信号；和声音收集 器，配置成拾取耳机设备的壳体外部的声音并输出第二声频信号。音 频输出设备包括声音泄漏评估块，配置成基于要供给到耳机设备的 第一音频信号和由声音收集器拾取的第二音频信号评估由电声转换 器再现的声音到壳体外部的泄漏；和控制器，配置成基于由声音泄漏 评估块执行的声音泄漏评估的结果执行预定处理。如上所述并且根据本发明的实施例，声音泄漏评估块评估来自从 声音收集器供给的第二音频信号和由电声转换器再现和供给的第一 音频信号的声音泄漏。该新颖的构造能够实现如下评估例如如果在 这两个信号之间相关性高，则有相对较大的声音泄漏；如果相关性低， 则有相对较小声音泄漏。因此，这种新颖的构造能够实现例如通过控 制器的适当的声音泄漏抑制并向收听者呈现声音泄漏警报。
通过以下参照附图对本实施例的说明，本发明的其它目的和方面 将显而易见，在附图中图l是示出第一实施例的示例性构造的方块图，其中根据本发明 第 一 实施例的音频输出设备应用于耳机设备；图2是表示在图1中表示的耳机设备的主要部分的示例性处理操 作的流程图；图3是示出在图1中表示的耳机设备的主要部分的示例性构造的 方块图；图4是示出在图l中表示的耳机设备的主要部分的另一种示例构 造的方块图；图5是示出在图1中表示的耳机设备的主要部分的又一种示例构 造的方块图；图6是示出第二实施例的示例性构造的方块图，其中根据本发明 第二实施例的音频输出设备应用于耳机设备；图7是示出第三实施例的示例性构造的方块图，其中根据本发明 第三实施例的音频输出设备应用于耳机设备；图8是示出第四实施例的示例性构造的方块图，其中根据本发明 第四实施例的音频输出设备应用于耳机设备；图9是示出第五实施例的示例性构造的方块图，其中根据本发明 第五实施例的音频输出设备应用于耳机设备；图IO是示出第六实施例的示例性构造的方块图，其中根据本发 明第六实施例的音频输出设备应用于包括耳机设备和可携带音乐播 放机的系统；及图11是示出第七实施例的示例性构造的方块图，其中根据本发 明第七实施例的音频输出设备应用于耳机设备。
具体实施方式
参照附图通过本发明的实施例更详细地描述本发明。 [本发明的第一实施例现在，参照图l，其表示了示出本发明的第一实施例的示例性构 造的方块图，其中根据实施例的音频输出设备应用于耳机设备。图1只表示耳机设备的收听者1的右耳侧的构造。这对于以后描述的耳机设备的其它实施例也适用。应该注意，耳机设备的左手侧具有与右手侧相同的构造。在图l中，已经佩戴了本实施例的耳机设备的收听者l，用右耳机壳体2覆盖其右耳。在耳机壳体2内，耳机驱动器单元(下文简称 为驱动器)11被布置作为由电信号到声音的转换装置，该转换装置配 置成以声音来再现是电信号的音频信号。在本实施例中，耳机壳体2在外部布置有麦克风12，作为声音 拾取装置(或从声音到电信号的转换装置)，从而拾取在收听者l周 围的在耳机壳体2外的声音。音频信号输入端13是待收听的音频信号S输入到其中的端子部 分。音频信号输入端13由例如插入到可携带音乐播放机的耳机插孔 中的耳机插头组成。在本实施例中，在音频信号输入端13、驱动器 11、及麦克风12之间的音频信号传输路径上，布置有具有A/D转换 器21、 DSP (数字信号处理器)22、 D/A转换器23、功率放大器24、 麦克风放大器25、及A/D转换器26的音频信号处理器20。尽管未表示，音频信号处理器20用连接电缆连接到驱动器11 和麦克风12及配置音频信号输入端13的耳机插头上。附图标记20a、 20b、及20c表示对于音频信号处理器20连接电缆连接到其上的连接 端子。通过音频信号输入端13从可携带音乐播放机进入的音频信号S 由A/D转换器21转换成数字音频信号Sa,以供给到DSP 22。在这个例子中，DSP 22具有数字均衡器221、声音泄漏抑制控 制器222、及具有CPU的控制器224。来自A/D转换器21的数字音 频信号Sa供给到数字均衡器221以校正声音特性，如振幅频率特性 校正或相位频率特性校正或两者。来自数字均衡器221的音频信号Se供给到声音泄漏抑制控制器 222和声音泄漏评估块223。
在本实施例中，如果有声音泄漏，声音泄漏抑制控制器222则基 于从声音泄漏评估块223供给的控制信号，把音频信号Se的音量降 低到预定的指定水平；如果没有声音泄漏，则保留音频信号Se的输 出音量不变。来自声音泄漏抑制控制器222的数字音频信号供给到D/A转换 器23以转换成模拟音频信号，该模拟音频信号通过功率放大器24供 给到驱动器11以便以声音再现。另一方面，由麦克风12拾取的音频信号通过麦克风放大器25 供给到A/D转换器26以转换成数字音频信号Ms，该数字音频信号 Ms供给到DSP 22的声音泄漏评估块223。声音泄漏评估块223进行在从数字均衡器221供给的数字信号 Se与从A/D转换器26供给的数字音频信号Ms之间的比较以检查它 们之间的相关性，由此评估声音泄漏作为判定结果。接下来，如果在数字音频信号Se与数字音频信号Ms之间发现 相关性，则声音泄漏评估块223确定有声音泄漏，由此把控制信号供 给到声音泄漏抑制控制器222，指定把音量降低指定的水平。如果在 这些数字音频信号之间没有发现相关性，则声音泄漏评估块223确定 没有声音泄漏，把控制信号供给到声音泄漏抑制控制器222，指定输 出音量保持不变。因此，如果声音泄漏评估块223识别到声音泄漏，那么声音泄漏 抑制控制器222自动地减小待供给到驱动器11的音频信号Se的音量， 由此抑制声音泄漏。在本实施例中，声音泄漏评估块223通常不执行声音泄漏评估处 理；但是，考虑到例如收听环境的变化，在以后定时的检测时，通过 控制器224启动声音泄漏评估块223。 (定时l)当耳机设备的插头(与音频信号输入端13相对应)插入在可携 带音乐播放机的耳机插孔中、把电源电压从可携带音乐播放机供给到 DSP22，并且具有CPU的控制器224检测到该电源电压的上升缘时，
控制器224启动声音泄漏评估块223。 (定时2)在DSP 22中，控制器224的CPU计数内部时钟以计数预定过 去时间，并且每当该预定时间过去时，控制器224启动声音泄漏评估 块223。(定时3)尽管未表示，DSP 22包含检测电路，配置成检测数字音频信 号Ms和数字音频信号Se中的每一个的时间波形的瞬时振幅值或能量 值；和判定电路，配置成对从检测电路输出的瞬时振幅值或能量值是 否已经超过预定阈值进行判定。CPU监视判定电路的输出。当发现数 字音频信号Ms或数字音频信号Se的瞬时振幅值或能量值超过预定阈 值时，控制器224启动声音泄漏评估块223。 (定时4)尽管未表示，DSP22包含FFT (快速傅里叶变换)处理电路， 配置成对数字音频信号Ms和数字音频信号Se执行频率分析；和判定 电路，配置成对频率振幅值是否已经超过预定阈值进行判定。如果发 现数字音频信号Ms或数字音频信号Se的频率振幅值超过预定阈值， 则控制器224启动声音泄漏评估块223。 (定时5)当DSP22的控制器224检测到由收听者进行的预定操作时，控 制器224启动声音泄漏评估块223。对收听者的预定操作的检测可通 过例如把操作按钮布置在音频信号处理器20上来实现，并且对这个 按钮的操作通过控制器224检测。同样可行的是，布置检测装置，该 检测装置被配置成由来自麦克风12的音频信号检测收听者对耳机壳 体2的撞击(一次或多次撞击)，并由CPU监视器检测装置的输出。 如果发现由收听者进行的撞击，那么控制器224启动声音泄漏评估块 223。在本实施例中，以任意的上述定时1至5，启动声音泄漏评估块 223。同样可行的是，以上述定时中的任一种启动声音泄漏评估块223。 还可行的是，提取上述定时中的两种或多种并且以所提取的定时启动声音泄漏评估块223。应该注意，对于音频信号Se，当外部收听环境安静时，在音乐 轨道之间的无声间隔和其它无声间隔中可以引起错误判定，从而在这 些无声间隔中不启动声音泄漏评估块223。图2表示代表由在DSP 22中的控制器224执行的声音泄漏处理 的定时控制的流程图。首先，控制器224检查上述定时中的任一种，以确定是否已经到 达声音泄漏评估定时(步骤S101)。如果发现到达声音泄漏评估定时， 那么控制器224启动声音泄漏评估块223,以执行声音泄漏处理(步 骤S102)。声音泄漏评估块223执行声音泄漏处理，以确定是否已经识别到 声音泄漏(步骤S103)。如果在步骤S103中识别到声音泄漏，那么 声音泄漏评估块223把声音泄漏抑制控制执行信号供给到声音泄漏抑 制控制器222，由此开始声音泄漏抑制控制(步骤S104)。如果在步 骤S103中没有识别到声音泄漏，则声音泄漏评估块223把声音泄漏 抑制控制停止信号供给到声音泄漏抑制控制器222以停止声音泄漏抑 制控制，由此在由收听者设置的音量保持不变的情况下把音频信号Se 输出到功率放大器24 (步骤S105)。[声音泄漏评估块"3的示例性构造以下描述声音泄漏评估块223的一些示例性构造。<第一示例>参照图3，其表示了声音泄漏评估块223的第一示例性构造。在 该示例中，声音泄漏评估块223由相关值计算块31、相关判定块32、 及控制信号产生块33组成。相关值计算块31计算在数字音频信号Se与数字音频信号Ms之 间的互相关计算值(或相关值)，并且把所得到的相关值供给到相关 判定块32。相关判定块32确定在预定的指定时段中从相关值计算块 31供给的相关值C的最大值是否大于预定的阈值相关值Cth。如果数
字音频信号的采样频率Fs是例如48 kHz,则这个指定时段等效于例 如用于4096个样本的时段。如果相关值C的最大值大于预定的阈值相关值Cth，那么相关判 定块32确定在数字音频信号Se与数字音频信号Ms之间的相关性很 高，需要声音泄漏抑制。然后，相关判定块32把该判定结果供给到 控制信号产生块33。另一方面，如果在上述指定时段中发现相关值C的最大值小于 预定的阈值相关值Cth,那么相关判定块32确定在数字音频信号Se 与数字音频信号Ms之间的相关性很低，因此由麦克风12拾取的声音 大都由外部噪声分量组成，表示可携带音乐播放机位于喧闹的收听环 境中。因此，相关判定块32确定，尽管有噪声泄漏，但不必执行声 音泄漏抑制，把该判定结果供给到控制信号产生块33。如果基于从相关判定块32接收到的判定结果，需要声音泄漏抑 制，则控制信号产生块33产生声音泄漏抑制开始执行信号，并且把 所产生的信号输出到声音泄漏抑制控制器222;如果不需要声音泄漏 抑制，则控制信号产生块33产生声音泄漏抑制控制停止信号，并且 把所产生的信号输出到声音泄漏抑制控制器222。因此，在需要声音泄漏抑制的收听环境中，声音泄漏抑制控制器 222执行声音泄漏抑制，并且当不再需要声音泄漏抑制时，停止声音 泄漏抑制控制，由此在保持由收听者设置的音量的情况下使音频信号Se通过驱动器ll再现。 <第二示例>参照图4，其表示了声音泄漏评估块223的第二示例性构造。在 该示例中，声音泄漏评估块223由差值计算块34、差值判定块35、 及控制信号产生块36组成。差值计算块34从数字音频信号Ms中减去数字音频信号Se以得 到差值，并且把所得到的差值D供给到差值判定块35。如通过第一 示例，差值判定块35得到在预定的指定时段中的差值D的能量值， 以确定所得到的能量值是否大于预定的阈值Eth。如果发现在指定时段中的差值D的能量值小于预定的阈值Eth， 那么因为在数字音频信号Se与数字音频信号Ms之间的相关性4艮高， 并因此泄漏声音很高，所以差值判定块35确定需要声音泄漏抑制， 把判定结果供给到控制信号产生块36。如果发现在指定时段中的差值D的能量值大于预定的阈值Eth， 那么差值判定块35确定在数字音频信号Se与数字音频信号Ms之间 的相关性很低，并因此由麦克风12拾取的声音大都由外部噪声分量 组成，表示可携带音乐播放机位于喧闹的收听环境中。因此，差值判 定块35确定，尽管有噪声泄漏，但也不必执行声音泄漏抑制，把该 判定结果供给到控制信号产生块36。基于从差值判定块35接收到的判定结果，如果声音泄漏抑制是 必要的，则控制信号产生块36产生声音泄漏抑制开始执行信号，并 且把所产生的信号输出到声音泄漏抑制控制器222;如果不需要声音 泄漏抑制，则控制信号产生块36产生声音泄漏抑制控制停止信号， 并且把所产生的信号输出到声音泄漏抑制控制器222。因此，在需要声音泄漏抑制的收听环境中，声音泄漏抑制控制器 222执行声音泄漏抑制，并且当不再需要声音泄漏抑制时，停止声音 泄漏抑制控制，由此在保持由收听者设置的音量的情况下使音频信号 Se通过驱动器11再现。应该注意，如果不是在预定的指定时段中的差值D的能量值而 是在该预定的指定时段中的差值D的最大振幅值小于预定的阈值，那 么差值判定块35可以确定在数字音频信号Se与数字音频信号Ms之 间的相关性很高，需要声音泄漏抑制。如果在指定时段中的差值D的 最大振幅值大于预定的阈值，那么差值判定块35可以确定在数字音 频信号Se与数字音频信号Ms之间的相关性很低，不需要声音泄漏抑 制。<第三示例>参照图5，其表示了声音泄漏评估块223的第三示例性构造。在 该示例中，数字音频信号Se和数字音频信号Ms从时域信号转换成频 域信号，并且通过频域中的比较确定在转换信号之间的相关性。在该第三示例中，声音泄漏评估块223由FFT处理块37、 38、 频率振幅差值判定块39、及控制信号产生块40组成。FFT处理块38把例如来自时域信号的在指定时段中的数字音频 信号Se转换成频域信号，并且把转换后的频域信号Se一f供给到频率 振幅差值判定块39。同样，FFT处理块37把例如来自时域信号的在 指定时段中的数字音频信号Ms转换成频域信号，并且把转换后的频 域信号Ms—f供给到频率振幅差值判定块39。频率振幅差值判定块39进行在频域信号Se—f与频域信号Ms_f 之间的比较。在该示例中，频率振幅差值判定块39对于每个频率得 到在信号Se与信号Ms之间的差，并且使用所得到的差的能量值或最 大振幅值作为用于相关判定的参数，由此确定是否需要声音泄漏抑 制，如通过以上第二示例那样。然后，频率振幅差值判定块39把判 定结果供给到控制信号产生块40。基于从频率振幅差值判定块39接收到的判定结果，如果发现声 音泄漏抑制是必要的，则控制信号产生块40产生声音泄漏抑制开始 执行信号，并且把所产生的信号输出到声音泄漏抑制控制器222;如 果发现声音泄漏抑制没有必要，则控制信号产生块40产生声音泄漏 抑制控制停止信号，并且把所产生的信号供给到声音泄漏抑制控制器 222。因此，在声音泄漏抑制是必要的收听环境中，其中声音泄漏抑制 控制器222执行声音泄漏抑制，并且当声音泄漏抑制不再必要时，停 止声音泄漏抑制控制，由此在保持由收听者设置的音量的情况下使音 频信号Se通过驱动器11再现。在第三示例中，同样可行的是，例如预先对于其中容易引起声音 泄漏的频带(例如lkHz至3kHz)增大评估判定灵敏度，或者对于 其中容易引起外部噪声的低频率减小该灵敏度。 、[声音泄漏抑制控制器222的示例性构造在声音泄漏抑制控制器222中的声音泄漏抑制控制处理中，使用
用来把音量降低指定水平的音量减小处理；然而，使用其它手段也是 可行的。例如，如果声音泄漏抑制控制是必要的，则可行的是，执行压缩 器处理或限制器处理，从而防止音量高过预定的水平。同样可行的是，执行控制，从而进一步降低作为声音泄漏的对其它人的上述频带(例如1 kHz至3 kHz )的噪扰。 [第二实施例在第二实施例中，增加在第一实施例中的声音泄漏评估块223 中的声音泄漏评估和判定的精度。如图6中所示，令在耳机壳体2的驱动器11与在耳机壳体2外 部的麦克风12之间的传递函数为H，并且使用这个传递函数H能够 实现对由驱动器ll再现的声音在麦克风12的位置处引起什么时间波 形的估计。在第二实施例中，通过声音泄漏评估块223要与信号Ms相比较 的信号不是信号Se本身，而是考虑到上述传递函数H，使用在麦克 风12的位置处引起再现声音的产生的信号Se'。通过事先测量该传递函数H可以处理为已知的。传递函数H本 身包括在耳机壳体2内的多种谐振和反射，因此是复杂的。因此，实 际上，就计算的量而论，使用通过逼近该传递函数H的性质而得到的 传递函数H'。即，在第二实施例中，数字均衡器221的输出信号Se供给到H' 乘法块225以乘以传递函数H'，由此产生信号Se'。如上所述，该信 号Se'，当信号Se由驱动器ll再现并且由麦克风12拾取时，与从耳 机壳体2泄漏的声音相对应。然后，从H'乘法块225供给的信号Se'供给到声音泄漏评估块223 以与信号Ms相比较，从而检查相关性。其它构造和处理操作大体与 第一实施例的那些相同。如此配置，在第二实施例中，在声音泄漏评估块223的第一示例 性构造中，用与包括在信号Ms中的声音泄漏分量大致相同的信号Se'
计算互相关，从而例如可以期望获得具有更高精度的相关值。在声音泄漏评估块223的第二示例性构造中，可行的是，使通过 从信号Ms中减去信号Se'得到的差成为由麦克风12拾取的唯一外部 噪声分量，由此提高声音泄漏评估判定的精度。而且，在声音泄漏评估块223的第三示例性构造中，在频域中在 信号Ms与同包括在信号Ms中的声音泄漏分量大致相同的信号Se' 之间进行比较，由此提高声音泄漏评估判定的精度。应该注意，在利用传递函数H的计算中，其脉冲响应h常常通 过FIR (有限脉冲响应)计算。然而，FIR计算在DSP和CPU的计 算中使用大量计算资源。因此，在第二实施例中，使用通过逼近上述 传递函数H的特性得到的传递函数H'，并且H'乘法块225被实施成 IIR (无限脉沖响应)的滤滤器，由此绕过上述问题。同样可行的是，在图6中，代替H'乘法块225，使用配置成相对 于信号Se巻积时间轴上的脉冲响应h (与传递函数H'有关)的电路。[第三实施例在上述第一和第二实施例中，对于信号Se和Ms的所有频带评 估和确定声音泄漏；然而，同样可行的是，限制到仅对于其中引起声 音泄漏的频带(例如1 kHz至3 kHz)执行声音泄漏评估和确定。在 第三实施例中，执行这种限制。参照图7，其表示了示出作为本发明的第三实施例实践的耳机设 备的示例性构造的方块图。如图7中所示，来自A/D转换器26的数 字音频信号Ms经具有例如1 kHz至3 kHz的通带的频带限制滤波器 226供给到声音泄漏评估块223。来自H'乘法块225的数字音频信号 Se'经具有例如1 kHz至3 kHz的通带的频带限制滤波器227供给到声 音泄漏评估块223。其它构造和处理操作大体与第一和第二实施例的那些相同。当其它人听到的来自可携带音乐播放机的泄漏噪声很高时，第三 实施例执行声音泄漏抑制控制，由此提供非常高的噪声抑制效果。[第四实施例] 在上述第一至第三实施例中，当检测到声音泄漏时，对于再现的音频信号Se执行声音泄漏抑制控制处理。同样可行的是，收听者察 觉到来自可携带音乐播放机的声音泄漏并且例如由他自己降低音量， 由此防止声音泄漏。从这种观点出发，基于来自声音泄漏评估块223的表示声音泄漏 抑制是否必要的判定结果，把第四实施例配置成例如把警报消息发送 给收听者，告知声音泄漏的发生并且提示降低音量以使声音泄漏最 小。参照图8，其表示了示出作为第四实施例实践的耳机设备的示例 性构造的方块图。在第四实施例中，代替声音泄漏抑制控制器222， 布置警报音频信号产生块228。来自声音泄漏评估块223的声音泄漏 抑制是否必要的判定结果供给到警报音频信号产生块228，作为该警 报声音的输出控制信号。警报音频信号产生块228由例如存储诸如"声音泄漏正在发生。 降低音量"之类的音频消息的存储器、和例如用来控制这种消息的读 取的块组成。该读取控制块按照来自声音泄漏评估块223的声音泄漏 抑制是否必要的判定结果，控制音频消息的警报音频信号的读取。更具体地，如果来自声音泄漏评估块223的判定结果表示声音泄 漏抑制是必要的，则警报音频信号产生块228的读取控制块从存储器 读取对应的警报音频信号，并且把这个信号供给到加法器229。如果来自声音泄漏评估块223的判定结果表示声音泄漏抑制是 不必要的，那么警报音频信号产生块228的读取控制块停止读取对应 的警报音频信号，或者不从存储器读取这个消息。因此，警报音频信 号不供给到加法器229。另一方面，来自数字均衡器221的信号Se直接供给到加法器 229。然后，来自加法器229的输出音频信号供给到D/A转换器23以 经功率放大器24供给到驱动器11,作为声音被再现。 、在图8中，声音泄漏评估块223的构造和处理操作以及其它构造 大体与第二实施例中的那些相同。
如此配置，如果声音泄漏评估块223发现声音泄漏抑制是必要 的，则第四实施例通过加法器229把警报音频信号添加到再现的音频 信号Se上，并且把相加后的信号供给到驱动器ll以作为声音被再现。当收听者例如相应地执行降低再现的音频信号Se的音量的操作 时，确定声音泄漏抑制是不必要的，由此停止从警报音频信号产生块 228读取警报音频信号。如果收听者不执行降低再现的音频信号Se 的音量的操作，并因此声音泄漏评估块223确定声音泄漏控制是必要 的，则保持输出警报消息。因此，根据第四实施例，收听者按照警报消息执行防止声音泄漏 的操作，例如降低音量，从而可间接地抑制声音泄漏。应该注意，在第四实施例的以上描述中，警报消息添加到待供给 到驱动器ll的音频信号Se上以便以声音再现；然而，同样可行的是， 例如借助于由蜂鸣器产生的蜂鸣器警报声音或由呼叫器产生的呼叫 警报声音向收听者给出声音泄漏警报，由此提示收听者执行声音泄漏 抑制操作，而不是把警报消息添加到音频信号Se上。同样可行的是，布置显示块以显示警报或使表示声音泄漏发生的 警报灯闪烁，而不是发出警报消息或警报声音的声音。[第五实施例在上述第一至第四实施例的耳机设备的每一个中，将由布置到耳 机壳体2外的麦克风12拾取的音频信号与再现的音频信号Se —道用 于声音泄漏评估和确定；然而，同样可行的是，特别为了声音泄漏评 估和确定的目的布置该麦克风12,或者共享为另一个目的而布置的麦 克风。参照图9 ，其表示了耳机设备的另 一个实施例(即，第五实施例)， 其中麦克风12是前馈型的布置成实现降噪功能的麦克风。在该第五实施例中，在收听者1的音乐收听环境中，从在耳机壳 体2外的噪声源3进入到在耳机壳体2内的收听者l的收听环境中的 噪声以前馈方式减小，由此使收听者l能在良好的收听环境中倾听音 乐。
基本上，如图9中所示，前馈型的降噪系统对于由在耳机壳体2 外布置的麦克风12拾取的噪声3执行适当滤波处理以产生降噪音频 信号，并且通过在耳机壳体2中的驱动器11再现所产生的降噪音频 信号，由此消除在收听者1的耳部附近的噪声(噪声3')。由麦克风12拾取的噪声3和在耳机壳体2中的噪声3'才艮据在这 些噪声之间的空间差别具有不同特性。因此，在前馈型中，考虑到在 由麦克风12拾取的来自噪声源的噪声3与在噪声消除点Pc处的噪声 3'之间的空间传递函数的差别产生降噪音频信号。在第五实施例中，数字滤波器301用于前馈型的降噪音频信号产 生块。该数字滤波器301布置在DSP 22内。在该实施例中，降噪音 频信号以前馈方式产生，从而数字滤波器301下文称作FF滤波器301。然后，如图9中所示，由麦克风12拾取的音频信号通过麦克风 放大器25供给到A/D转换器26以转换成数字音频信号Ms。接下来， 该数字音频信号Ms供给到在DSP 22中的数字滤波器301。数字滤波器301由进入其中的数字音频信号Ms,产生具有与作 为对其设置的参数的滤波器系数相对应的特性的上述数字降噪音频 信号。DSP 22具有对于数字滤波器301预先设置的滤波器系数。由数字滤波器301产生的数字降噪音频信号供给到加法器302 以添加到从声音泄漏抑制控制器222供给的音频信号上，所生成的信 号供给到D/A转换器23以转换成模拟音频信号从而通过功率放大器 24供给到驱动器11。要从驱动器11发声的该再现音频信号包括基于由FF滤波器301 产生的降噪音频信号的声音再现分量。在由驱动器11再现和发声的 音频信号中，基于降噪音频信号的声音再现分量和噪声3'在声音上组 合，以在噪声消除点Pc处减小(或消除)噪声3'。电路部分，如在DSP22中的声音泄漏评估块等，通过应用于图 9中表示的例子中的第二实施例来表示。这些电路部分执亏与第二实 施例的那些大体相同的处理操作。根据第五实施例，用于另一种功能的麦克风可作为麦克风12共
享，从而第五实施例是便利的，为了声音泄漏评估判定的目的不必布 置新麦克风。应该注意，用于另一种功能的麦克风不限于如在上述例子中所描 述的前馈型的降噪功能。例如，可以使用在自适应噪声消除系统中用于噪声拾取的麦克风。同样可行的是，使用布置成在耳机保持佩戴的情况下临时收听外 部声音的麦克风。如果耳机设备用于具有音频再现功能的无线通信终端，并且用来 执行与他人音频通信的拾取麦克风布置在该耳机设备上，该麦克风可用作麦克风12。在这种情况下，耳机设备包括所谓的头戴送受话器 (head set)。[第六实施例在上述实施例中，音频信号被转换成数字信号，并且对所得到的数字信号执行数字处理；然而，同样可行的是，以模拟构造实现这些 实施例。在图10中表示的第六实施例具有一种以模拟手段实现耳机设备 的模拟构造。更明确地说，在第六实施例中，通过音频信号输入端13进入的 音频信号S通过模拟均衡器51供给到基于模拟电路的声音泄漏抑制 控制器52。该声音泄漏抑制控制器52由减小供给到其的音频信号的 增益的模拟电路构造，由此例如降低音量。来自模拟均衡器51的输出信号由具有模拟处理构造(例如模拟 滤波器构造)的H'乘法电路54乘以传递函数H'，并且将所生成的信 号供给到具有模拟处理构造的声音泄漏评估块53。来自麦克风12的 音频信号通过麦克风放大器25供给到声音泄漏评估块53。在该示例中，声音泄漏评估块53与以上表示的第二示f'j中的声 音泄漏评估块相对应，具有减法器531、基于模拟处理构造的声音泄 漏判定块532、及基于模拟处理构造的控制信号产生块533。 声音泄漏判定块532由如下组成电路，配置成如上所述在指定 时段上积分来自减法器531的差信号以得到在这个指定时段中的能量 值；和比较器，用来在所得到的能量值与阈值之间进行比较。控制信号产生块533可构造成用来由声音泄漏评估块53的比较 器的比较输出信号产生控制信号的电路。即，如果比较输出信号表示 所得到的能量值小于阈值，则控制信号产生块533确定声音泄漏抑制 是必要的，由此例如输出高电平信号；如果比较输出信号表示所得到 的能量值大于阈值，则控制信号产生块533确定声音泄漏抑制是不必 要的，由此例如输出低电平信号。如果来自声音泄漏评估块53的信号为高，那么声音泄漏抑制控 制器52降低供给到其的音频信号的增益以降低音量；如果来自声音 泄漏评估块53的信号为低，则声音泄漏抑制控制器52把供给到其的 音频信号的增益设置到"l，，以在保持增益不变的情况下输出信号。应该注意，在图10中表示的构造只是"^兌明性的；因此，在上述 数字实施例中，可由模拟处理电路代替的那些可以具有模拟构造。[第七实施例在上述实施例中，音频信号处理器20布置在耳机设备上，并且 声音泄漏评估和声音泄漏抑制控制由音频信号处理器20执行。同样 可行的是，把与上述音频信号处理器相类似的音频处理电路布置到音 频输出装置侧上，如耳机设备连接到其的可携带音乐播放机，而不是 把音频信号处理器20布置在耳机设备侧上。这种构造通过本发明的 第七实施例实现。参照图11，其表示了示出作为本发明第七实施例实践的构造的 方块图。图11表示由具有驱动器11和麦克风12的耳机设备和可携 带音乐播放机60组成的示例性音频输出系统。在该示例中，可携带音乐播放机60具有端子60a，用来把音 频信号供给到耳机设备的驱动器11;和端子60b，用来从奉克风12 接收拾取音频信号。这些端子60a和60 b每个均由插头和插孔组成。在该实施例的可携带音乐播放机60中，待再现的音乐数据存储
在存储器61中。音乐数据在系统控制器67的控制下按照通过未表示 的操作器块进入的音乐选择信号从存储器61读取。在该示例中，音 乐数据例如由在DSP 62中的译码器621数字均衡和解压以提供音乐 数据Se。然后，将译码的音乐数据Se供给到在DSP 62中的声音泄漏评 估块622，并且同时，由D/A转换器63转换成模拟音频信号以通过 功率放大器64供给到耳机设备的驱动器11以便以声音再现。来自麦克风12的拾取音频信号通过可携带音乐播放机60的麦克 风放大器65供给到A/D转换器66以转换成数字音频信号Ms。然后， 来自A/D转换器66的数字音频信号Ms供给到在DSP62中的声音泄 漏评估块622。声音泄漏评估块622以大体与上述声音泄漏评估块223相同的方 式构造；即，声音泄漏评估块622在供给到其的数字音频信号Se与 数字音频信号Ms之间进行比较以确定在两个信号之间是否有相关 性，由此产生如前所述的关于表示声音泄漏抑制控制是否必要的判定 结果的信息。接下来，声音泄漏评估块622把所产生的判定结果信息 发送到在译码器621中布置的声音泄漏抑制控制器，由此使译码器执 行如上所述的声音泄漏抑制控制处理。因此，声音泄漏控制在该第七实施例中以与在上述第一至第五实 施例中大致相同的方式执行。应该注意，在图11表示的例子中的DSP 62中的示例性构造以 简化方式表示；因此，显然，在图11中表示的构造可与在上述第一 至第五实施例中的每一个中的DSP 22中的构造相类似。[其它实施例和变形在上述实施例中，在预定的指定时段内的音频信号Se和Ms对 于声音泄漏而被评估和确定，并且根据确定结果执行声音泄漏控制。 同样可行的是，在两个或更多个的指定时段上重复在指定时"段内对于 音频信号Se和Ms的声音泄漏评估和确定，并且如果得到的评估结果 相同，则根据该相同的评估判定结果执行声音泄漏抑制控制。可选择 地，可行的是，在两个或更多个的指定时段上重复在指定时段内对于音频信号Se和Ms的声音泄漏评估和确定，以基于两个或更多个指定 时段的那些的主要评估判定结果执行声音泄漏抑制控制。应该注意，如果确定外部噪声分量是主要的，并且该外部噪声分 量大，则可以升高待再现的信号Se的音量。应该注意，声音拾取装置不仅包括作为声电转换装置的麦克风， 而且还包括作为振动-电转换装置的振动传感器。在对上述实施例中的每一个的描述中，配置成执行声音泄漏评估 处理和声音泄漏抑制控制处理的音频信号处理器20由DSP组成。同 样可行的是，利用微型计算机(或微处理器)而不是DSP以软件手段 执行这些音频处理电路的处理。在上述实施例中，作为本发明的实施例实践的音频输出设备是耳 机设备。该音频输出设备也适用于例如具有麦克风的耳机设备、头戴 送受话器设备、及诸如移动电话之类的通信终端。另外，如上所述， 作为本发明的实施例实践的音频输出设备适用于基于例如耳机、听 筒、及头戴送受话器的可携带音乐播放机。本领域的技术人员应该理解，依据设计要求和其它因素可以做出 各种修改、组合、子组合及变更，只要它们落在所附权利要求书或其 等效物的范围内即可。
权利要求
1.一种音频输出设备，包括电声转换器，布置在壳体中，并且配置成再现第一音频信号；声音收集器，配置成拾取所述壳体外部的声音，并且输出第二音频信号；声音泄漏评估块，配置成基于所述第一音频信号和所述第二音频信号评估由所述电声转换器再现的声音到所述壳体外部的泄漏；及控制器，配置成基于由所述声音泄漏评估块进行的评估的结果执行预定处理。
2. 根据权利要求i所述的音频输出设备，其中，所述控制器抑制 由所述电声转换器从所述第一音频信号再现的声音到所述壳体外部 的泄漏。
3. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，所述控制器基于由所述声音泄漏评估块进行的评估的结果向所述声音的收听者给出警报。
4. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，所述声音泄漏评 估块在所述第一音频信号与所迷第二音频信号之间进行比较，以确定 这些信号之间的相关性并且基于所述相关性的确定结果评估所述壳 体的声音泄漏。
5. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，所述声音泄漏评 估块具有相关值计算块，配置成计算所述笫一音频信号与所述第二 音频信号之间的相关值；和相关判定块，配置成基于所述相关值判定 泄漏到所述壳体外部的声音。
6. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，所述声音泄漏评 估块得到所述第一音频信号与所述第二音频信号之间的差，以基于得 到的差评估泄漏到所述壳体外部的声音。
7. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，所述声音泄漏评 估块把时域中的所述第一音频信号和所述第二音频信号转换成频域 中的第三信号和第四信号，并且在所述第三信号与所述第四信号之间 进行比较以评估泄漏到所述壳体外部的声音。
8. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，所述第二音频信 号通过乘法器供给到所述声音泄漏评估块，该乘法器把所述第二音频 信号乘以当由所述电声转换器再现和输出的声音泄漏到壳体外部以 由所述声音收集器收集时从所述电声转换器与所述声音收集器之间 的传输特性相对应的系数。
9. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，所述控制器降低 所述第一音频信号的声音再现音量。
10. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，所述控制器通 过定义处理的上限对所述第一音频信号执行压缩器处理和限制器处 理中的至少一种处理。
11. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，当已经超过所 述第一音频信号和所述第二音频信号中的至少一个的瞬时振幅值和 能量值中的至少一个时，所述声音泄漏评估块执行所述评估。
12. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，当通过对于所 迷第一音频信号和所述第二音频信号中的至少一个执行频率分析，生 成的频率振幅值已经超过预定电平时，所述声音泄漏评估块执行所述 评估。
13. 根据权利要求1所述的音频输出设备，其中，当已经超过所 述第一音频信号和所述笫二音频信号中的至少一个的瞬时振幅值和 能量值中的至少一个时，并且当通过对于所述第一音频信号和所述第 二音频信号中的至少一个执行频率分析，生成的频率振幅值已经超过 预定电平时，所述声音泄漏评估块执行所述评估。
14. 根据权利要求1所述的音频输出设备，还包括降噪器，配置成从由所述声音收集器拾取的所述第二音频信号 产生用来减小所述壳体外部的噪声的降噪音频信号，并且把产生的降 噪音频信号添加到所述第二音频信号上。
15. —种音频输出方法，包括以下步骤 由布置在壳体中的电声转换器再现第一音频信号； 由声音收集器拾取所述壳体外部的声音，以输出第二音频信号； 基于所述第 一音频信号和所述第二音频信号评估由所述电声转 换器再现的声音到所述壳体外部的泄漏；及 基于评估的结果执行预定处理。
16. —种配置成记录计算机可读程序的记录介质，该程序使计算 机执行以下步骤由布置在壳体中的电声转换器再现第一音频信号； 由声音收集器拾取所述壳体外部的声音，以输出第二音频信号； 基于所述第一音频信号和所述第二音频信号评估由所述电声转 换器再现的声音到所述壳体外部的泄漏；及 基于评估的结果执行预定处理。
17. —种音频输出系统，包括 耳机设备；和所述耳机设备连接到其上的音频输出设备， 所迷耳机设备包括电声转换器，布置在所述耳机设备的壳体中，并且配置成 再现从所述音频输出设备供给的第一音频信号；和声音收集器，配置成拾取所述耳机设备的所述壳体外部的声音，所述音频输出设备包括声音泄漏评估块，配置成基于要供给到所述耳机设备的所 述第一音频信号和由所述声音收集器拾取的第二音频信号评估 由所述电声转换器再现的声音到所述壳体外部的泄漏；和控制器，配置成基于由所述声音泄漏评估块执行的声音泄 漏评估的结果执行预定处理。
18. —种音频输出设备，包括电声转换装置，布置在壳体中，并且用来再现第一音频信号； 声音收集装置，用来拾取所述壳体外部的声音，并且输出第二音 频信号；声音泄漏评估装置，用来基于所述第一音频信号和所述第二音频 信号评估由所述电声转换装置再现的声音到所述壳体外部的泄漏；及控制装置，用来基于由所述声音泄漏评估装置进行的评估的结果 执行预定处理。
全文摘要
本发明涉及音频输出设备、方法和系统及用于音频输出处理的程序。具体公开了一种音频输出设备包括电声转换器，布置在壳体中，并且配置成再现第一音频信号；声音收集器，配置成拾取在壳体外部的声音，并且输出第二音频信号；声音泄漏评估块，配置成基于第一音频信号和第二音频信号评估由电声转换器再现的声音到壳体外部的泄漏；及控制器，配置成基于由声音泄漏评估块进行的评估的结果执行预定处理。
文档编号H04R3/00GK101212833SQ200710159878
公开日2008年7月2日 申请日期2007年12月25日 优先权日2006年12月25日
发明者河西博树, 浅田宏平 申请人:索尼株式会社