專利名稱：聲壓監(jiān)視器的制作方法
聲壓監(jiān)視器
背景
本發(fā)明總體上涉及耳機(jī)音量控制，更特別地，涉及用于耳塞式
(earbud )耳機(jī)的自動(dòng)音量控制。
耳機(jī)提供了用于包括蜂窩電話、便攜式音樂(lè)播放器、便攜式多媒 體播放器等等的多種電子設(shè)備的方便的音頻接口 。消費(fèi)者特別感興趣 的是小巧、輕便且可靠的高性能耳機(jī)。耳塞式耳機(jī)代表了滿足所有這 些要求的一種類型的耳機(jī)。
在一些情況下，可能希望投射到耳朵中的聲音的音量維持低于某 個(gè)最大級(jí)別。然而，即使在用戶設(shè)置音量時(shí)，所投射聲音的感知的和 /或?qū)嶋H的音量也會(huì)由于變化的環(huán)境噪聲級(jí)別、變化的音頻文件幅度 等而隨著時(shí)間劇烈地變化。為了將所投射聲音維持在希望的音量，當(dāng) 各種條件變化時(shí)，用戶必須重復(fù)性地手工調(diào)節(jié)音量。通常，手工音量 調(diào)節(jié)會(huì)是麻煩和/或不方便的。因此，仍然存在對(duì)于耳機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的 音量控制的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了自動(dòng)地調(diào)節(jié)耳機(jī)的音量的方法和設(shè)備。所述耳機(jī)包 括將可聽信號(hào)(audible signal)投射到耳道中的揚(yáng)聲器。聲壓換能器 (transducer)測(cè)量耳道中的聲壓級(jí)?；跍y(cè)量的聲壓級(jí)，控制系統(tǒng) 控制所述耳機(jī)的音量。依照一個(gè)示例性實(shí)施例，當(dāng)測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò) 預(yù)定的閾值時(shí)，控制系統(tǒng)降低所述音量。


圖1示出了人耳一部分的截面。
圖2示出了依照一個(gè)示例性實(shí)施例的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)的框圖。 圖3示出了依照本發(fā)明的一個(gè)示例性音量控制過(guò)程。 圖4示出了依照本發(fā)明的另一個(gè)示例性音量控制過(guò)程。圖5示出了依照本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的DSP的框圖。 圖6示出了用于多頻帶操作的圖5的DSP以及圖2的閉環(huán)音量控 制系統(tǒng)的部分的框圖。
具體實(shí)施例方式
以下描述了用于耳塞式耳機(jī)的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)，其基于耳道中 測(cè)量的聲壓級(jí)自動(dòng)地控制由耳塞投射到耳道中的可聽信號(hào)的音量。為 了更好地理解本發(fā)明，下面首先描述耳朵的基本工作以及耳塞式耳機(jī) 如何在耳道中起作用。
圖1說(shuō)明了人耳10的部分截面。耳朵10包括耳廓(pinna) 12、 外耳道14以及鼓膜16。 一般而言，耳廓12收集來(lái)自環(huán)境的壓力偏 差，而外耳道14將收集的壓力偏差引導(dǎo)到鼓膜16，使得鼓膜16振 動(dòng)。鼓膜16之后的各種解剖結(jié)構(gòu)(未示出)檢測(cè)這些振動(dòng)，基于檢 測(cè)的振動(dòng)形成神經(jīng)脈沖并且將這些神經(jīng)脈沖發(fā)送到大腦。大腦將接收 的神經(jīng)脈沖解釋成聲音。
圖1還示出了置于外耳道14中的常規(guī)的耳塞20。當(dāng)置于外耳道 14中時(shí)，耳塞20至少部分地封閉了外耳道14。結(jié)果，耳道14將由 耳塞20投射的大部分可聽信號(hào)直接引導(dǎo)到鼓膜16。 一般而言，這個(gè) 特征相對(duì)于其他常規(guī)的耳機(jī)提供了優(yōu)良的聲音質(zhì)量。然而，當(dāng)與其他 工作于相同音量的非耳塞式耳機(jī)相比時(shí)，這個(gè)特征還在耳道14中產(chǎn) 生了更高的壓力偏差，在這里被稱為聲壓級(jí)(SPL)。這些升高的壓 力偏差可能會(huì)損害耳朵。
本發(fā)明通過(guò)測(cè)量耳道14中的當(dāng)前SPL并且基于測(cè)量的SPL調(diào)節(jié) 所投射可聽信號(hào)的音量，自動(dòng)地控制耳道14中的SPL。圖2示出了 根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)100的框圖。閉環(huán)控制系 統(tǒng)100包括一個(gè)或多個(gè)連接到遠(yuǎn)程電子設(shè)備120的耳塞110。盡管圖 2將耳塞IIO和電子設(shè)備120之間的接口表示為有線接口 ，但是本發(fā) 明也可以利用耳塞110和設(shè)備120之間的無(wú)線接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。
每個(gè)耳塞110包括揚(yáng)聲器112和壓力換能器114。揚(yáng)聲器112可 以包括耳塞式耳機(jī)中常規(guī)使用的任何揚(yáng)聲器，而換能器114可以包括 被配置成精確地檢測(cè)聲壓偏差的任何換能器。當(dāng)耳塞IIO設(shè)置在耳道 14中時(shí)，揚(yáng)聲器112將可聽信號(hào)投射到耳道14中，在耳道14中造成壓力偏差。換能器114感測(cè)這些壓力偏差，并且將感測(cè)的壓力偏差 轉(zhuǎn)換成代表耳道14中的SPL的電信號(hào)。當(dāng)在本文中使用時(shí)，SPL指 的是電子系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序中使用的、代表耳道14中存在的物理SPL 的模擬或數(shù)字電信號(hào)。該測(cè)量的SPL可能是來(lái)自揚(yáng)聲器112的被投射 可聽信號(hào)的結(jié)果、耦合到耳道14的外部環(huán)境噪聲或者其任意組合。 依照一個(gè)示例性實(shí)施例，換能器114和揚(yáng)聲器112在外耳道14中彼 此聲學(xué)耦合并且在耳塞110中彼此聲學(xué)隔離，以便確保所測(cè)量的SPL 相應(yīng)于耳道14中的SPL。
遠(yuǎn)程電子設(shè)備120接收來(lái)自換能器114的測(cè)量的SPL，并且利用 基于該測(cè)量的SPL而產(chǎn)生的音量受控的音頻信號(hào)116來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器 112。為此目的，遠(yuǎn)程電子設(shè)備120包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 122、數(shù) 字信號(hào)處理器(DSP) 124、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 126、放大器128、控 制器130、音頻源132以及音頻處理器134。 ADC 122將換能器114 提供的模擬SPL轉(zhuǎn)換成數(shù)字SPL。 DSP 124如下面進(jìn)一步討論的那樣 處理該數(shù)字SPL以便產(chǎn)生音量控制信號(hào)136。 DAC 126將來(lái)自音頻源 132的數(shù)字音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬音頻信號(hào)。音頻源132可以包括音頻 文件的任何已知來(lái)源，包括被配置成存儲(chǔ)音頻文件的存儲(chǔ)器、被配置 成接收音頻廣播的無(wú)線電收發(fā)器等等。音頻處理器134可以通過(guò)例如 將來(lái)自音頻源132的數(shù)據(jù)格式化成適合于DAC 126的形式來(lái)處理取得 的這些音頻信號(hào)。放大器128放大這些模擬音頻信號(hào)以便產(chǎn)生輸入到 耳塞110中的揚(yáng)聲器112的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)116。放大器128可以包 括一個(gè)或多個(gè)放大器電路，包括一個(gè)或多個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?，其依?任何已知的方式放大這些模擬音頻信號(hào)?？刂破?30除了通?？刂齐?子設(shè)備120的操作之外，還基于音量控制信號(hào)136調(diào)節(jié)從音頻源132 取得以及從揚(yáng)聲器112投射的音頻信號(hào)的音量，如下面進(jìn)一步所討論 的。
如上面簡(jiǎn)要地討論的，DSP 124基于對(duì)所測(cè)量SPL的分析產(chǎn)生音 量控制信號(hào)136。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，DSP 124使用閾值檢測(cè)過(guò) 程來(lái)分析測(cè)量的SPL。圖3說(shuō)明了可以由DSP 124實(shí)現(xiàn)的一個(gè)示例性 閾值檢測(cè)過(guò)程200。在接收到測(cè)量的SPL (塊210)之后，DSP 124 檢測(cè)該測(cè)量的SPL的峰值或RMS值并且將該檢測(cè)的SPL值與預(yù)定閾值 相比較(塊220 )。所述預(yù)定閾值可以代表任何希望的SPL極限，并且可以由電子設(shè)備120的制造商或用戶來(lái)設(shè)置?；谒鯯PL值和所 述閾值之間的比較，DSP 124產(chǎn)生音量控制信號(hào)136以便調(diào)節(jié)投射的 可聽信號(hào)的音量(塊230 )。盡管沒(méi)有明顯地示出來(lái)，但是DSP 124 可以包括用于實(shí)現(xiàn)所述閾值檢測(cè)過(guò)程的檢測(cè)器和比較器。
圖4說(shuō)明了可以由DSP 124實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)示例性閾值檢測(cè)過(guò)程 205。在接收到測(cè)量的SPL (塊210 )之后，DSP 124檢測(cè)該測(cè)量的SPL 的峰值或RMS值并且將該檢測(cè)的SPL值與預(yù)定閾值相比較(塊220 )。 如果該檢測(cè)的SPL值超過(guò)閾值(塊22 0 )的時(shí)間多過(guò)預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度(塊 222 )，那么DSP 124產(chǎn)生降低音量的控制信號(hào)136(塊230 )。例如， 如果該檢測(cè)的SPL超過(guò)100dBA的時(shí)間多于60分鐘，或者超過(guò)65dBA 的時(shí)間在一周內(nèi)多于40小時(shí)，那么控制信號(hào)136就引導(dǎo)控制器130 降低音量，并且從而將耳道14中的SPL降低到可接受的級(jí)別。否則， DSP 124繼續(xù)相對(duì)于所述預(yù)定閾值以及時(shí)限監(jiān)^見SPL (塊210、 220、 222 )。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于以上實(shí)例的單個(gè)閾值和時(shí)限。在可 替換的實(shí)施例中，DSP 124可以相對(duì)于多個(gè)不同的SPL閾值跟蹤多個(gè) 時(shí)間間隔。例如，第一定時(shí)器可以跟蹤所述檢測(cè)的SPL超過(guò)第一闊值 (例如75dB)多長(zhǎng)時(shí)間，而第二和第三定時(shí)器可以分別跟蹤所述檢 測(cè)的SPL超過(guò)第二和第三閾值多長(zhǎng)時(shí)間?；谂c每個(gè)定時(shí)器關(guān)聯(lián)的這 些閾值和預(yù)定時(shí)限，DSP產(chǎn)生控制被投射可聽信號(hào)的音量的音量控制 信號(hào)136。
控制器130基于由DSP 124產(chǎn)生的音量控制信號(hào)136通過(guò)控制從 音頻源132取得的音頻信號(hào)的音量來(lái)控制被投射可聽信號(hào)的音量。在 一個(gè)實(shí)施例中，控制器130通過(guò)調(diào)節(jié)被投射可聽信號(hào)的幅度來(lái)控制音 量。例如，控制器130可以基于音量控制信號(hào)136產(chǎn)生數(shù)字控制信號(hào) 138。然后，音頻處理器134將數(shù)字控制信號(hào)138應(yīng)用到取得的音頻 信號(hào)以便降低輸入到DAC 126的取得音頻信號(hào)的幅度，從而降低投射 的可聽信號(hào)的幅度。音頻處理器134可以例如通過(guò)數(shù)字地把這些取得 的音頻信號(hào)與由數(shù)字控制信號(hào)138標(biāo)識(shí)的適當(dāng)數(shù)字縮放因子相乘，來(lái) 將數(shù)字控制信號(hào)138應(yīng)用到這些取得的音頻信號(hào)。這個(gè)縮放因子可以 按照相同數(shù)量縮放所有音頻信號(hào)的幅度?？商鎿Q地，該縮放因子可以 通過(guò)僅縮放被選擇音頻信號(hào)的幅度來(lái)幫助控制失真，所述被選擇音頻 信號(hào)例如超過(guò)某個(gè)預(yù)定閾值的信號(hào)。在任何一種情況下，縮放的音頻信號(hào)然后都施加到DAC 126并且隨后施加到放大器128?；谟煞糯?器U8提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)116，揚(yáng)聲器112以希望的音量投射可聽信號(hào)。 在另一個(gè)實(shí)施例中，控制器130可以產(chǎn)生通過(guò)控制放大器128的 增益來(lái)控制被投射可聽信號(hào)的幅度的模擬控制信號(hào)139。例如，基于 音量控制信號(hào)136，控制器130可以產(chǎn)生減小放大器128的增益并且 從而降低被投射可聽信號(hào)的幅度的模擬控制信號(hào)139。應(yīng)當(dāng)理解，模 擬控制信號(hào)139可以針對(duì)所有輸入音頻信號(hào)普遍地控制放大器增益， 或者可替換地可以僅僅控制被選擇輸入音頻信號(hào)的增益，所述被選擇 輸入音頻信號(hào)例如是超過(guò)某個(gè)預(yù)定閾值的信號(hào)。在任何情況下，基于 由放大器128提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)116，揚(yáng)聲器112以希望的音量投射可 聽信號(hào)。
在又一個(gè)實(shí)施例中，控制器130通過(guò)將數(shù)字控制信號(hào)138施加到 音頻處理器134以及把模擬控制信號(hào)139施加到放大器127以便調(diào)節(jié) 取得的音頻信號(hào)的幅度和放大器的增益兩者來(lái)控制被投射音頻信號(hào) 的幅度。無(wú)論如何，音量控制信號(hào)136通過(guò)控制由放大器128輸出的 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)116的幅度來(lái)控制該被投射可聽信號(hào)的幅度，并且從 而控制該被投射可聽信號(hào)的音量。
控制器130通過(guò)某個(gè)預(yù)定的或計(jì)算的調(diào)節(jié)值調(diào)節(jié)所述被投射可 聽信號(hào)的音量。在一個(gè)實(shí)施例中，音量控制信號(hào)136可以引導(dǎo)控制器 130按照預(yù)定的增量遞增地調(diào)節(jié)音量，直到檢測(cè)到希望的SPL值。例 如，如果所述檢測(cè)的SPL值超過(guò)90dBA的閾值，那么音量控制信號(hào) 136可以引導(dǎo)控制器130以0. 5dB的增量遞增地降低音量，直到檢測(cè) 的SPL值低于85dBA?？商鎿Q地，控制器130可以基于音量控制信號(hào) 136計(jì)算調(diào)節(jié)值并且按照等于所計(jì)算的調(diào)節(jié)值的量來(lái)調(diào)節(jié)音量。例如， 如果所述檢測(cè)的SPL值超過(guò)115dBA的閾值，那么控制器130就基于 音量控制信號(hào)136計(jì)算調(diào)節(jié)值，即15dB,并且按照所計(jì)算的調(diào)節(jié)值 降低音量以便將該檢測(cè)的SPL值降到低于100dBA。
DSP 124可以被編程來(lái)基于一個(gè)或多個(gè)SPL閾值在不同時(shí)間段上 將音量保持在希望的范圍內(nèi)。為此目的，DSP 124可以在一個(gè)或多個(gè) 定義的間隔上對(duì)測(cè)量的SPL進(jìn)行積分，以便確定SPL暴露(exposure )。 例如，如果檢測(cè)的SPL值超過(guò)100dBA的時(shí)間多于60分鐘，那么控制 器130就降低投射的可聽信號(hào)的音量以便降低耳道14中的SPL。如果檢測(cè)的SPL值然后保持低于例如60dBA的時(shí)間為30分鐘，那么控 制器130就允許提高音量。如上面所討論的，DSP124可以相對(duì)于多 個(gè)不同SPL閾值跟蹤多個(gè)時(shí)間間隔。結(jié)果，本發(fā)明可以使用多個(gè)閾值 和/或多個(gè)時(shí)間段來(lái)將投射的可聽信號(hào)的音量保持在希望的范圍內(nèi)。
上面描述的DSP 124和控制器130通常分別將相同的SPL分析要 求和音量控制步長(zhǎng)分別應(yīng)用到被測(cè)量SPL和取得音頻信號(hào)的所有頻 率。然而，本發(fā)明可替換地可以應(yīng)用頻率相關(guān)音量控制步長(zhǎng)以便單獨(dú) 地調(diào)節(jié)取得音頻信號(hào)的頻率分量。圖5說(shuō)明了一個(gè)示例性DSP 124, 其包括針對(duì)不同頻帶的不同分析路徑150、 160、 170。在這個(gè)示出的 實(shí)例中，每個(gè)分析路徑150、 160、 170包括濾波器152、 162、 172、 峰值/RMS檢測(cè)器154、 164、 174以及比較器156、 166、 176。每個(gè)濾 波器152、 162、 172將測(cè)量的SPL的頻率分量分隔在不同的頻帶中， 而每個(gè)檢測(cè)器154、 164、 174檢測(cè)特定于頻帶的SPL的峰值或RMS 值。然后，每個(gè)比較器156、 166、 176將來(lái)自所述不同頻帶的被檢測(cè) SPL值與閾值相比較?；谠摫容^，每個(gè)比較器156、 166、 176產(chǎn)生 特定于頻率的音量控制信號(hào)158、 168、 178。組合器180將特定于頻 率的音量控制信號(hào)158、 168、 178組合成提供給控制器130的單個(gè)音 量控制信號(hào)136?？刂破?30如上面所討論的那樣使用作為結(jié)果得到 的音量控制信號(hào)136通過(guò)數(shù)字控制信號(hào)138和/或模擬控制信號(hào)139 個(gè)別地控制被獲取音頻信號(hào)的不同頻帶的音量。這種特定于頻率的音 量控制不僅提供了控制耳道14中的SPL的方式，而且還提供了減小 和/或控制被投射可聽信號(hào)中的特定于頻率的失真的方式。
例如，路徑150可以分析0. 1-0. 5kHz頻帶內(nèi)的低帶頻率，而路 徑160、 170可以分別分析0. 5-2. 5kHz頻帶以及2. 5-10kHz頻帶內(nèi)的 中間帶和高帶頻率。為此目的，濾波器152通過(guò)相應(yīng)于低帶中的頻率 的被測(cè)量SPL，濾波器162通過(guò)相應(yīng)于中間帶中的頻率的被測(cè)量SPL， 并且濾波器172通過(guò)相應(yīng)于高帶中的頻率的被測(cè)量SPL。檢測(cè)器154、 164、 174檢測(cè)特定于頻帶的SPL的峰值或RMS值。比較器156、 166、 176將檢測(cè)的SPL值與預(yù)定閾值相比較以便產(chǎn)生特定于頻率的音量控 制信號(hào)158、 168、 178。組合器180組合這些特定于頻率的音量控制 信號(hào)158、 168、 178以便產(chǎn)生組合的音量控制信號(hào)136?？刂破?30 使用組合的控制信號(hào)136以便控制取得音頻信號(hào)的不同頻帶的音量。例如，DSP 124可以為高頻帶而不是為低或中間頻帶產(chǎn)生"降低，，音 量控制信號(hào)136。在這個(gè)實(shí)例中，組合的音量控制信號(hào)136引導(dǎo)控制 器130來(lái)僅僅降低取得音頻信號(hào)中的高帶頻率的音量。在另一個(gè)實(shí)施 例中，組合的音量控制信號(hào)136可以引導(dǎo)控制器130按照不同的數(shù)量 調(diào)節(jié)所述音頻信號(hào)的不同頻帶。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這些實(shí)例。
DSP 124不限于圖5中示出的特定于頻率的實(shí)施例。在一個(gè)可替 換的實(shí)施例中，DSP 124可以直接向控制器130提供個(gè)別的特定于頻 率的音量控制信號(hào)158、 168、 178。對(duì)于這個(gè)實(shí)施例而言，DSP 124 去除了組合器180并且利用特定于頻率的音量控制信號(hào)158、 168、 178替換所述單個(gè)音量控制信號(hào)136，如圖6所示。為了簡(jiǎn)單起見， 圖6只示出了電子設(shè)備120和DSP 124的相關(guān)部分。響應(yīng)于三個(gè)特定 于頻率的音量控制信號(hào)158、 168、 178，控制器130向音頻處理器134 提供三個(gè)數(shù)字控制信號(hào)138和/或向放大器128提供三個(gè)模擬控制信 號(hào)139，以便控制被投射可聽信號(hào)的音量，如上面所討論的。應(yīng)當(dāng)理 解，每個(gè)數(shù)字和/或模擬控制信號(hào)138、 139控制所述音頻信號(hào)在不同 頻帶中的幅度。例如，音頻處理器134可以將輸入音頻信號(hào)分離成三 個(gè)不同的頻帶并且通過(guò)向相應(yīng)的音頻信號(hào)應(yīng)用與數(shù)字控制信號(hào)138 關(guān)聯(lián)的特定于頻率的縮放因子來(lái)控制這些特定于頻率的信號(hào)的幅度。 可替換地，音頻處理器134可以通過(guò)DAC 126將取得的音頻信號(hào)傳送 到放大器128。放大器128使用適當(dāng)?shù)膸V波器將輸入音頻信號(hào)分 離成三個(gè)不同的頻帶。然后，放大器128基于控制器130提供的特定 于頻率的模擬控制信號(hào)139修改應(yīng)用到特定于頻率的音頻信號(hào)的增 益。在任何一種情況下，控制器130個(gè)別地控制被投射可聽信號(hào)的不 同頻率分量的音量。
上述頻率相關(guān)分析和音量控制可以用來(lái)附加地或者可替換地均 衡化從揚(yáng)聲器112投射的可聽信號(hào)。例如，基于對(duì)被測(cè)量SPL的不同 頻帶的分析，控制器130與DSP 124結(jié)合可以控制所述音頻信號(hào)的不 同頻帶的音量以便針對(duì)特定外耳道14內(nèi)的聲學(xué)特性適當(dāng)?shù)鼐饣?揚(yáng)聲器112投射的可聽信號(hào)。這種均衡化可以是周期性執(zhí)行的、響應(yīng) 于用戶的命令或者其任意組合。
應(yīng)當(dāng)理解，上述頻率相關(guān)過(guò)程不限于圖5和6中示出的三個(gè)頻率 路徑150、 160、 170，或者不限于上面討論的三個(gè)頻帶。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，不同路徑150、 160、 170中的每個(gè)比較器156、 166、 176 可以使用不同的閾值?？商鎿Q地， 一個(gè)或多個(gè)比較器156、 166、 176 可以使用相同的閾值。
別。依照一;;例性實(shí)施例^ DSP12)可以^分析在揚(yáng)聲器;12 二活動(dòng) 的時(shí)候期間由換能器114測(cè)量的"不活躍"SPL。這種分析可以是頻 率相關(guān)的或者頻率不相關(guān)的。基于這種分析，DSP 124和/或控制器 130可以依照任何已知過(guò)程產(chǎn)生使得揚(yáng)聲器112投射"抗噪聲，，信號(hào) 的噪聲抑制信號(hào)。揚(yáng)聲器112可以單獨(dú)地和/或與任何被投射可聽信 號(hào)聯(lián)合地投射該"抗噪聲，，信號(hào)。將該"抗噪聲"信號(hào)投射到耳道 14中取消或者減少了耳道14中存在的噪聲，使得用戶能夠更好地聽 到這些被投射的可聽信號(hào)。被投射"抗噪聲"信號(hào)還使得用戶能夠在 比噪聲存在的情況下的所需音量低的音量下聽到被投射可聽聲音。因 此，該噪聲取消過(guò)程可以與音量控制過(guò)程相結(jié)合以便減小耳道14內(nèi) 部的總SPL。
上述DSP 124和控制器130可以包括一個(gè)或多個(gè)處理器、硬件、 固件或者其組合。盡管上文將DSP 124、控制器130和音頻處理器134 描述成遠(yuǎn)程電子設(shè)備120中的分離的設(shè)備，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，DSP 124的全部或者部分可以與控制器130處于相同的位置。此外，應(yīng)當(dāng) 理解的是，ADC 122、 DSP 124和/或控制器130的部分可以與揚(yáng)聲器 112和換能器114共同處于耳塞110中。
這里描述的本發(fā)明相對(duì)于常規(guī)音量控制系統(tǒng)具有許多益處。首 先，通過(guò)使用閉環(huán)音量控制系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)地控制從耳塞的揚(yáng)聲器投射的 可聽信號(hào)的音量，本發(fā)明使用戶能夠在相對(duì)一致的音量下聆聽音樂(lè)或 其他可聽內(nèi)容，而不管外部環(huán)境或者所取得音頻信號(hào)的幅度如何。此 外，父母或者其他用戶可以使用這里描述的自動(dòng)音量控制來(lái)為便攜式 電子設(shè)備設(shè)置最大音量。由于上面描述的音量控制過(guò)程也可以用來(lái)將 被投射可聽信號(hào)的不同頻率分量的音量設(shè)置在不同級(jí)別，因而本發(fā)明 也提供了對(duì)于被投射可聽信號(hào)的自動(dòng)均衡。這種自動(dòng)均衡使得被投射 可聽信號(hào)的頻率包絡(luò)適應(yīng)特定用戶耳朵的聲學(xué)特性。
實(shí)現(xiàn)，而不脫離本發(fā)明的基本特征。當(dāng)前的實(shí)施例在所有方面都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的，并且進(jìn)入所附權(quán)利要求的含義和 等效范圍之內(nèi)的所有變化都預(yù)期包括在內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種用于音頻耳機(jī)(110)的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，包括揚(yáng)聲器(112)，被配置成將可聽信號(hào)投射到耳道(14)中；壓力換能器(114)，被配置成測(cè)量耳道(14)中的聲壓級(jí)；以及控制系統(tǒng)(124，130)，與揚(yáng)聲器(112)和壓力換能器(114)關(guān)聯(lián)，所述控制系統(tǒng)(124，130)被配置成基于所述測(cè)量的聲壓級(jí)控制所述被投射可聽信號(hào)的音量。
2. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，還包括被配置成響 應(yīng)于放大器驅(qū)動(dòng)信號(hào)而驅(qū)動(dòng)所述揚(yáng)聲器的放大器(128)。
3. 權(quán)利要求2的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100 )，其中，控制系統(tǒng)(124, 130)基于所述測(cè)量的聲壓級(jí)通過(guò)控制放大器(128)的增益來(lái)控制所 述被投射可聽信號(hào)的音量。
4. 權(quán)利要求2的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100),其中，控制系統(tǒng)(124， 130)基于所述測(cè)量的聲壓級(jí)通過(guò)控制輸入到放大器(128)的放大器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度來(lái)控制所述被投射可聽信號(hào)的音量。
5. 權(quán)利要求2的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100),其中，放大器(128) 包括可變?cè)鲆娣糯笃?128)。
6. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng)(124， 130)被配置成當(dāng)所述測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò)第一閾值時(shí)降低所述被投射可聽信號(hào)的音量。
7. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100),其中，控制系統(tǒng)(124， 130)被配置成當(dāng)所述測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò)第一閾值的時(shí)間比第一時(shí)間段更長(zhǎng)時(shí)降低所述被投射可聽信號(hào)的音量。
8. 權(quán)利要求7的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng)(124， 130)被配置成當(dāng)所述測(cè)量的聲壓級(jí)保持低于第二閾值的時(shí)間比第二 時(shí)間段更長(zhǎng)時(shí)提高所述被投射可聽信號(hào)的音量。
9. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng)(124， 130)被配置成當(dāng)所述測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò)第一閾值的時(shí)間比第一時(shí)間 段更長(zhǎng)時(shí)或者當(dāng)所述測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò)第二閾值的時(shí)間比第二時(shí)間 段更長(zhǎng)時(shí)降低所述被投射可聽信號(hào)的音量。
10. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng) (124, 130 )還被配置成隔離所述測(cè)量的聲壓級(jí)的不同頻率分量以便產(chǎn)生頻率相關(guān)聲壓級(jí)測(cè)量結(jié)果。
11. 權(quán)利要求10的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng) (124， 130)還被配置成基于所述頻率相關(guān)聲壓級(jí)測(cè)量結(jié)果而均衡所述被投射可聽信號(hào)。
12. 權(quán)利要求10的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng) (124， 130)基于所述頻率相關(guān)聲壓級(jí)測(cè)量結(jié)果通過(guò)控制所述被投射可聽信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)頻率分量的幅度來(lái)控制所述被投射可聽信號(hào) 的音量。
13. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng) (124， 130)被配置成當(dāng)相應(yīng)于被投射可聽信號(hào)的頻率分量的測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò)閾值時(shí)，通過(guò)減小所述頻率分量的幅度來(lái)控制所述音量。
14. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng) (124, 130 )與揚(yáng)聲器(112)和壓力換能器(114)共同處于音頻耳機(jī)(110)中。
15. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100),其中，揚(yáng)聲器(112) 和壓力換能器(114)共同處于音頻耳機(jī)(110)中，并且其中控制系 統(tǒng)(124, 1 30 )處于經(jīng)由有線連接而連接到音頻耳機(jī)(110)的遠(yuǎn)程 電子設(shè)備中。
16. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，揚(yáng)聲器(112 ) 和壓力換能器(114)共同處于音頻耳機(jī)(110)中，并且其中控制系 統(tǒng)(124， 130)處于經(jīng)由無(wú)線連接而連接到音頻耳機(jī)(110)的遠(yuǎn)程 電子設(shè)備(120)中。
17. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，控制系統(tǒng) (124， 130)還被配置成基于當(dāng)揚(yáng)聲器(112)不活動(dòng)時(shí)由壓力換能器(114)測(cè)量的不活躍聲壓級(jí)來(lái)取消耳道(14)中存在的噪聲。
18. 權(quán)利要求1的閉環(huán)音量控制系統(tǒng)(100)，其中，壓力換能 器(114)與音頻耳機(jī)(110)內(nèi)部的可聽信號(hào)聲學(xué)隔離，并且其中壓 力換能器(114)聲學(xué)耦合到耳道(14)內(nèi)部的可聽信號(hào)。
19. 一種控制耳道(14)中的聲壓級(jí)的方法，該方法包括 使用設(shè)置在耳道(14)中的壓力換能器(IIO測(cè)量耳道U4)中的聲壓級(jí)；以及基于所述測(cè)量的聲壓級(jí)控制由揚(yáng)聲器(114)投射到耳道(14) 中的可聽信號(hào)的音量。
20. 權(quán)利要求19的方法，還包括 利用放大器驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大器(128);以及 利用由放大器(128)輸出的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)信號(hào)(116)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器(114)以便從揚(yáng)聲器(112)投射該可聽信號(hào)。
21. 權(quán)利要求20的方法，其中，控制所述音量包括基于所述測(cè) 量的聲壓級(jí)控制所述放大器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度。
22. 權(quán)利要求20的方法，其中，控制所述音量包括控制放大器 (128 )的增益。
23. 權(quán)利要求19的方法，其中，控制所述音量包括當(dāng)所述測(cè)量 的聲壓級(jí)超過(guò)第 一 閾值時(shí)降低所述被投射可聽信號(hào)的音量。
24. 權(quán)利要求19的方法，其中，控制所述音量包括當(dāng)所述測(cè)量 的聲壓級(jí)超過(guò)第 一 閾值的時(shí)間比第 一 時(shí)間段更長(zhǎng)時(shí)降低所述被投射可聽信號(hào)的音量。
25. 權(quán)利要求24的方法，其中，控制所述音量包括當(dāng)所述測(cè)量 的聲壓級(jí)保持低于第二閾值的時(shí)間比第二時(shí)間段更長(zhǎng)時(shí)提高所述被 投射可聽信號(hào)的音量。
26. 權(quán)利要求19的方法，其中，控制所述音量包括當(dāng)所述測(cè)量 的聲壓級(jí)超過(guò)第 一 閾值的時(shí)間比第 一 時(shí)間段更長(zhǎng)時(shí)或者當(dāng)所述測(cè)量 的聲壓級(jí)超過(guò)第二閾值的時(shí)間比第二時(shí)間段更長(zhǎng)時(shí)降低所述被投射可聽信號(hào)的音量。
27. 權(quán)利要求19的方法，還包括隔離所述測(cè)量的聲壓級(jí)的不同頻率分量以便產(chǎn)生頻率相關(guān)聲壓級(jí)測(cè)量結(jié)果。
28. 權(quán)利要求27的方法，其中，控制所述音量包括基于所述頻 率相關(guān)聲壓級(jí)測(cè)量結(jié)果來(lái)控制所述被投射可聽信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)頻 率分量的幅度。
29. 權(quán)利要求27的方法，還包括基于所述頻率相關(guān)聲壓級(jí)測(cè)量 結(jié)果來(lái)均衡所述被投射可聽信號(hào)。
30. 權(quán)利要求19的方法，其中，控制所述音量包括當(dāng)相應(yīng)于被 投射可聽信號(hào)的頻率分量的測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò)閾值時(shí)，減小所述頻率分量的幅度。
31. 權(quán)利要求19的方法，還包括基于當(dāng)所述揚(yáng)聲器不活動(dòng)時(shí)測(cè)量的不活躍聲壓級(jí)而產(chǎn)生噪聲取 消信號(hào)；以及通過(guò)經(jīng)由揚(yáng)聲器(112)將所述噪聲取消信號(hào)投射到耳道(14) 中取消來(lái)自耳道(14)的噪聲。
32. —種音頻耳機(jī)(110),包括壓力換能器(114),被配置成測(cè)量耳道(14)中的聲壓級(jí)；以及揚(yáng)聲器(112),被配置成以基于所述測(cè)量的聲壓級(jí)至少部分控 制的音量將可聽信號(hào)投射到耳道(14)中。
33. 權(quán)利要求32的音頻耳機(jī)(110)，還包括可操作地連接到揚(yáng) 聲器(112)和壓力換能器(114)的控制器(130)，所述控制器(130) 被配置成基于所述測(cè)量的聲壓級(jí)通過(guò)控制所述被投射可聽信號(hào)的幅 度來(lái)控制所述被投射可聽信號(hào)的音量。
34. 權(quán)利要求33的音頻耳機(jī)(110),其中，控制器(130)被 配置成當(dāng)所述測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò)第 一 閾值時(shí)減小所述^皮投射可聽信 號(hào)的幅度。
35. 權(quán)利要求33的音頻耳機(jī)(110),其中，控制器(130)被 配置成當(dāng)所述測(cè)量的聲壓級(jí)超過(guò)第 一 閾值的時(shí)間比第 一 時(shí)間段更長(zhǎng) 時(shí)減小所述被投射可聽信號(hào)的幅度。
36. 權(quán)利要求35的音頻耳機(jī)(110)，其中，控制器(130)被 配置成當(dāng)所述測(cè)量的聲壓級(jí)保持低于第二閾值的時(shí)間比第二時(shí)間段 更長(zhǎng)時(shí)增大所述被投射可聽信號(hào)的幅度。
37. 權(quán)利要求33的音頻耳機(jī)(110),其中，控制器(130)還 被配置成基于當(dāng)揚(yáng)聲器(112)不活動(dòng)時(shí)測(cè)量的不活躍聲壓級(jí)取消耳 道(14)中存在的噪聲。
38. 權(quán)利要求32的音頻耳機(jī)(110)，其中，壓力換能器(114) 與音頻耳機(jī)(IIO)中的可聽信號(hào)聲學(xué)隔離，并且其中壓力換能器(114) 聲學(xué)耦合到耳道U4)中的可聽信號(hào)。
全文摘要
本文描述了一種用于自動(dòng)地調(diào)節(jié)耳機(jī)(110)的音量的方法和設(shè)備。該耳機(jī)(110)包括揚(yáng)聲器(112)和壓力換能器(114)。揚(yáng)聲器(112)將可聽信號(hào)投射到耳道(14)中，而壓力換能器(114)測(cè)量耳道(14)中的聲壓級(jí)?；谒鰷y(cè)量的聲壓級(jí)，控制系統(tǒng)(130)控制從揚(yáng)聲器(112)投射的可聽聲音的音量。
文檔編號(hào)H04R5/04GK101449595SQ200780018711
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
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