專利名稱：用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置。
除此之外，本發(fā)明還涉及處理音頻數(shù)據(jù)的方法。
而且，本發(fā)明還涉及程序單元。
此外，本發(fā)明還涉及計算機可讀媒介。
背景技術(shù)：
聲音再現(xiàn)裝置變得越來越重要。特別地，數(shù)量不斷增加的用戶購買頭戴聽筒式聲 音再現(xiàn)裝置。如今，語音通信越來越多地在噪聲環(huán)境下以及在劇烈運動活動期間發(fā)生。而 且，用戶在活動中通常戴耳機，欣賞他/她喜歡的音樂。有些用戶還使用噪聲抑制耳機或頭 戴聽筒來降低環(huán)境噪聲。不對稱的戴法(如，左側(cè)聽筒和左耳的相對方位與右側(cè)聽筒和右 耳的相對方位相比較之間的空間不對稱)對聲音再現(xiàn)質(zhì)量的影響可以取決于如用戶的身 體結(jié)構(gòu)或用戶戴頭戴聽筒的方式等條件。 GB 2， 360， 165公開了一種方法，該方法改善來自靠近耳朵的揚聲器的聲音的可聽 度，其包括采用提供相應(yīng)的環(huán)境聲音信號的換能器來檢測來自其它聲源的環(huán)境聲音，轉(zhuǎn)換 所述信號的極性，并通過具有傳輸功能的濾波器傳遞環(huán)境聲音信號，所述濾波器補償從揚 聲器行進到耳朵的聲音的由于耳朵靠近揚聲器引起的、和/或由于換能器靠近頭部引起的 聲頻修正，以及將過濾過的環(huán)境聲音信號與送至揚聲器的信號混合，以降低所述環(huán)境聲音 的可聽度。 W0 98/41974公開了一種通用有源降噪設(shè)備，具有頭戴式耳機和分離的電子聲音 模塊，包括具有外殼的所述頭戴式耳機，由此該外殼包括具有第一端和第二端的頭帶；多 個耳機，具有用于檢測噪聲信號的麥克風(fēng)裝置和用于接收音頻信號的連接至頭帶兩端的揚 聲器裝置；具有第一端和第二端的電連接裝置，由此電連接裝置的第一端從頭帶的至少一 個耳機處延伸；以及連接至電連接裝置的第二端的適配器，其中用于傳輸所述音頻信號的 多個陽插頭從適配器上突出；電子聲音模塊包含降噪電路裝置和放大器裝置，其中電子聲 音模塊至少具有多個插孔，所述插孔在與適配器的陽插頭插入模塊時與所述陽插頭連接， 從而用于傳輸聲音信號；以及可選地，設(shè)置在電子聲音模塊上的開關(guān)裝置，用于啟動降噪電 路裝置，以在背景噪聲傳輸至佩戴者的耳朵之前消除所述背景噪聲。 然而，傳統(tǒng)的聲音再現(xiàn)系統(tǒng)可能會受到聲響假象的影B向，這種聲響假象源于將揚 聲器戴在用戶頭部上所采取的不可預(yù)見的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有準(zhǔn)確的聲音再現(xiàn)質(zhì)量的語音系統(tǒng)。 為了實現(xiàn)如上限定的目的，提供了與獨立權(quán)利要求一致的用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝
置、用于處理音頻數(shù)據(jù)的方法、程序單元和計算機可讀媒介。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，提供了一種用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置(如，基于
4聽筒的聲音再現(xiàn)裝置，例如，具有佩戴不對稱性補償特征的音頻內(nèi)容再現(xiàn)裝置)，其中該裝 置包括音頻換能器，適合于能夠作為揚聲器或麥克風(fēng)進行操作(例如，音頻換能器可以在 揚聲器模式作為揚聲器進行操作，以及可以在麥克風(fēng)模式作為麥克風(fēng)進行操作)，其中當(dāng)音 頻換能器作為麥克風(fēng)進行操作時適合檢測表示用戶的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)；處理單元，當(dāng) 將音頻換能器操作為揚聲器用于再現(xiàn)音頻內(nèi)容時，所述處理單元適合處理表示用戶的身體 噪聲的音頻數(shù)據(jù)，用于至少部分地補償用戶佩戴的音頻換能器的佩戴不對稱性(或由佩戴 不對稱性才產(chǎn)生的感知的音頻再現(xiàn)不對稱性)。 根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施方式，提供了一種處理音頻數(shù)據(jù)的方法，其中該方 法包括將適合于能夠作為揚聲器或麥克風(fēng)的音頻換能器作為麥克風(fēng)進行操作；當(dāng)將音頻 換能器作為麥克風(fēng)進行操作時，檢測表示用戶的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)；當(dāng)將音頻換能器作 為揚聲器進行操作(例如，緊接著或同時)，用于再現(xiàn)音頻內(nèi)容時，處理表示用戶的身體噪 聲的音頻數(shù)據(jù)，用于至少部分地補償由用戶佩戴的音頻換能器的佩戴不對稱性。
根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施方式，提供了一種處理音頻數(shù)據(jù)的程序單元(例 如，源代碼或可執(zhí)行代碼形式的軟件程序)，當(dāng)由處理器執(zhí)行時，所述程序單元適合控制或 執(zhí)行具有上述特征的音頻數(shù)據(jù)處理方法。 根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施方式，提供了一種計算機可讀媒介(例如，CD、DVD、 USB棒、軟盤或硬盤)，其中存儲了計算機程序，當(dāng)由處理器執(zhí)行時，所述計算機程序適合控 制或執(zhí)行具有上述特征的音頻數(shù)據(jù)處理方法。 用于根據(jù)本發(fā)明的實施方式進行的音頻校準(zhǔn)目的的數(shù)據(jù)處理可以由計算機程序 實現(xiàn)，即由軟件實現(xiàn)，或者通過采用一個或多個專用電子優(yōu)化電路來實現(xiàn)，即硬件形式，或 混合形式，即依靠軟件元件和硬件元件。 特別地，術(shù)語"音頻換能器"可以表示能夠?qū)⒁环N形式的輸入信號轉(zhuǎn)化為另一種形 式的輸出信號的任何裝置，其中所述形式中的一種可以為聲音形式，且所述形式中的另一 種可以為電信號。在這種情況中，該系統(tǒng)可以用作電聲換能器(當(dāng)將音頻換能器作為揚聲 器進行操作時將電信號轉(zhuǎn)化成聲信號)，或者可以用作聲電換能器((當(dāng)將音頻換能器作為 麥克風(fēng)進行操作時將聲信號轉(zhuǎn)化成電信號)。包含光信號或其它種類的信號的換能器也是 可能的。在本文中，聲波可以表示為以聲速移動的壓力變化。 特別地，術(shù)語"表示用戶的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)"可以表示可以被檢測的任何音頻 信號，并且包括表示當(dāng)將音頻換能器作為麥克風(fēng)進行操作時由音頻換能器感應(yīng)的用戶的身 體噪聲的信息。特別地，這種身體噪聲可以包括語音、呼吸、牙齒噼啪聲等。假設(shè)在多數(shù)情 況下，身體噪聲非常對稱，并且可以由具有相同的音頻特性的左耳音頻換能器和右耳音頻 換能器檢測到——假設(shè)左耳音頻換能器和右耳音頻換能器對稱地戴在用戶的頭部上。如果 由左耳音頻換能器和右耳音頻換能器捕獲的基于身體噪聲的音頻信號不同，則差異可以認(rèn) 為是對佩戴不對稱性的測量(如，左音頻換能器和左耳的相對方位與右音頻換能器和右耳 的相對方位相比之間的空間不對稱性)。捕獲的信號隨后可以作為補償這種空間不對稱性 的基礎(chǔ)，用于實現(xiàn)可感知到的音頻再現(xiàn)對稱性。 特別地，術(shù)語"音頻內(nèi)容"可以表示將由音頻再現(xiàn)裝置，特別是由該裝置的揚聲器 再現(xiàn)的任何音頻片段。這種音頻內(nèi)容可以包括存儲在諸如CD、 DVD或硬盤之類的存儲裝置 上的音頻信息。它可以為音樂歌曲、語音等。
特別地，術(shù)語"將音頻換能器作為揚聲器或麥克風(fēng)進行操作"可以表示這種事實， 即揚聲器的物理結(jié)構(gòu)可以是這樣的，使得它也可以用于檢測聲波。揚聲器可以依賴于振動 膜等，當(dāng)振動膜由電信號激活時，它能夠產(chǎn)生聲波。另一方面，這種膜也可以在例如由用戶 產(chǎn)生的聲波的存在下振動，由此產(chǎn)生將要檢測的電信號。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，可以采用這種認(rèn)識，即諸如聽筒之類的聲音再現(xiàn) 裝置通常由用戶以相對于用戶的耳朵在生理上不對稱的方式佩戴，這可能在音頻再現(xiàn)期間 產(chǎn)生用戶感知的不對稱的聲音響應(yīng)。通過(例如，臨時地)將揚聲器(通常用于音頻再現(xiàn)) 用作麥克風(fēng)，用于檢測用于表示可能的佩戴不對稱性的身體噪聲，這種佩戴不對稱性的程 度(或存在或不存在)可以被確定。換句話說，基于身體噪聲的音頻信號的不對稱性可以 用來指示用戶頭部上的揚聲器的佩戴不對稱性。這種不同的佩戴響應(yīng)隨后被補償，以改善 音頻再現(xiàn)，由此允許根據(jù)測量的佩戴不對稱性校準(zhǔn)音頻系統(tǒng)。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，音頻內(nèi)容再現(xiàn)裝置的揚聲器可以以下述方式構(gòu) 造，即這種揚聲器也可以被控制為用作麥克風(fēng)，即不僅僅用于發(fā)射聲波，也用于檢測聲波。 因此，在該裝置采用將音頻換能器用作揚聲器再現(xiàn)音頻內(nèi)容之前或期間，能夠檢測由用戶 產(chǎn)生的與用戶身體上的音頻換能器的目前的佩戴狀態(tài)一致的麥克風(fēng)身體噪聲信號。在不需 要附加的硬件元件或例如產(chǎn)生測試聲音等的復(fù)雜測試的條件下，以及在不要求用戶手動進 行任何調(diào)整操作的條件下，該系統(tǒng)可以采用音頻換能器的至少用作麥克風(fēng)的一部分的一個 或者兩個或者甚至多個揚聲器檢測身體噪聲音頻波。所測量的身體噪聲信號隨后可以用于 消除或抑制由于不對稱的佩戴情況引起的音頻再現(xiàn)不對稱性，例如，通過計算用于在再現(xiàn) 之前過濾音頻內(nèi)容信號的濾波器增益值(如果需要，補償用戶佩戴音頻內(nèi)容再現(xiàn)裝置的方 式的影響)，用于平衡與兩個聽筒相關(guān)的差異。 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，提供了一種用于在不需要額外的硬件的條件下自 動校準(zhǔn)前饋式有源降噪(ANR)頭戴式耳機的系統(tǒng)。揚聲器可以用作麥克風(fēng)，并且可以基于 由聽者產(chǎn)生的聲源來計算左/右差異。 在一種實施方式中，提供了調(diào)整或校準(zhǔn)基于頭戴式耳機或耳機的有源噪聲消除系 統(tǒng)，其中濾波器增益可以相應(yīng)于由佩戴或用戶產(chǎn)生的身體噪聲或語音而改變。這種校準(zhǔn)過 程可以依賴于由佩戴或用戶產(chǎn)生的身體噪聲而進行。 接下來，將描述該裝置的其它示例性的實施方式。然而，這些實施方式也適用于該 方法，適用于該程序單元并應(yīng)用于該計算機可讀媒介。 該裝置可以包括具有第一聽筒和第二聽筒的頭戴式耳機，當(dāng)頭戴式耳機佩戴在用 戶的頭部上時，第一聽筒可定位成靠近用戶的第一只耳朵，且第二聽筒可定位成靠近用戶 的第二只耳朵。在一種實施方式中，這種頭戴式耳機可以包括具有揚聲器的一對聽筒或耳 機，揚聲器也可操作為麥克風(fēng)。還可以提供可選的另外的麥克風(fēng)，其可被設(shè)置為靠近用戶的 嘴部。聽筒可以包括在耳朵上、整個耳朵上或耳朵內(nèi)的一對揚聲器，使得僅佩戴者可以聽見 聲音。耳機可以表示為正好佩戴在整個耳朵上或耳朵內(nèi)的小型揚聲器。特別地，當(dāng)這種聽 筒至少部分地戴在耳朵內(nèi)時，本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識到再現(xiàn)期間佩戴不對稱性對所感知的音頻 內(nèi)容的質(zhì)量的影響可能很顯著，并且可能取決于聽筒佩戴的方式。在這種情況中，通過采用 下述方式的校準(zhǔn)是特別有利的將揚聲器作為麥克風(fēng)進行操作(例如，臨時地)，以用于消 除或抑制由于佩戴不對稱性引起的音頻差異，采用身體噪聲信號作為表示耦合響應(yīng)的探測值，并且可以在每次使用該裝置之前或者在第一次使用該裝置時進行該校準(zhǔn)。還可以在音 頻信息再現(xiàn)期間進行這種校準(zhǔn)。 換能器可以包括設(shè)置在第一聽筒處的第一音頻換能器部件(如，可操作為第一麥 克風(fēng)的第一揚聲器)，并包括設(shè)置在第二聽筒處的第二音頻換能器部件(例如，包括可操作 為第二麥克風(fēng)的第二揚聲器)，第一音頻換能器部件和第二音頻換能器部件中的每一個都 適合可選擇地作為揚聲器或麥克風(fēng)進行操作。 還參照前述實施方式，處理單元(其可以具有處理能力，并且可以為CPU、中央處 理單元或微處理器)可以適合通過確定由第一音頻換能器部件檢測到的音頻數(shù)據(jù)和由第 二音頻換能器部件檢測到的音頻數(shù)據(jù)之間的差異而處理所述音頻數(shù)據(jù)。因此，通過評估該 差異，并且通過計算處理信號(用于處理以不對稱方式向兩只耳朵再現(xiàn)音頻數(shù)據(jù))，以由此 補償這種差異，可以平衡由不對稱的佩戴條件引起的身體噪聲和/或其它周圍聲音對兩個 音頻換能器部件的不同的影響。 處理單元可以適合通過確定在預(yù)定頻帶中由第一音頻換能器部件和第二音頻換 能器部件檢測的音頻數(shù)據(jù)之間的能量水平(例如，功率水平)差異而處理音頻數(shù)據(jù)。例如， 差異判定可以可選擇地在音頻帶進行，由此集中在作為音頻假象源的頻率部分上。也可能 的是，聲譜的特定部分，如低音部分、中頻部分或最高音部分可以被特殊處理，以通過消除 或抑制再現(xiàn)的音質(zhì)上的空間不對稱佩戴情況來改善再現(xiàn)的音頻質(zhì)量。 處理單元還可以適合處理音頻數(shù)據(jù)，用于補償所確定的差異。因此，可以進行這種 處理，以便改善兩個聽筒的主觀上可感知的品質(zhì)。 處理單元可以適合將濾波器增益值作為處理過的音頻數(shù)據(jù)反饋(或提供)至音頻 換能器，用于根據(jù)所述一個或多個濾波器增益值再現(xiàn)音頻內(nèi)容，由此抑制與音頻內(nèi)容的再 現(xiàn)相關(guān)的、由用戶佩戴的音頻換能器的佩戴不對稱性產(chǎn)生的聽得見的左-右差異。這種濾 波器增益值可以為這樣一種值，采用該值，在這種過濾過的信號用于由揚聲器產(chǎn)生聲波之 前，將被再現(xiàn)的音頻內(nèi)容過濾。增益值的計算(特別是兩個增益值(每個耳朵一個)的計 算)允許采用合理的計算成本進行由檢測到的身體噪聲表示的左-右佩戴不對稱性的補 償。 處理單元可以適合將依賴于增益值的頻率作為處理過的音頻數(shù)據(jù)反饋(或提供)
至音頻換能器。因此，對于特別是在音頻范圍的每個再現(xiàn)頻率，這種增益值可以被計算，以
便根據(jù)頻率相關(guān)處理功能進行所述補償，其中采用該頻率相關(guān)處理功能，將被再現(xiàn)的頻譜
可以以頻率相關(guān)的方式被處理。這允許顯著地改善將被再現(xiàn)的音頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量。 更具體地，處理單元適合將不同的濾波器增益值反饋(或提供)至作為揚聲器進
行操作的第一音頻換能器部件和第二音頻換能器部件。因此，對于兩個聽筒通過空間上不
對稱地過濾，可以補償身體生理上的或佩戴聽筒方式的空間不對稱性。 音頻換能器可以適合同時作為揚聲器和麥克風(fēng)進行操作。在這種實施方式中，可 以在再現(xiàn)聲音期間進行校準(zhǔn)，因此允許濾波器增益值動態(tài)地調(diào)整以適應(yīng)改變的外部環(huán)境， 例如改變再現(xiàn)屬性或者頭戴式耳機(或聽筒、耳機)的佩戴條件。在這種情況中，可以提供 允許系統(tǒng)在源自音頻內(nèi)容的數(shù)據(jù)和源自身體噪聲的數(shù)據(jù)之間進行區(qū)分的機構(gòu)(如，音頻濾 波器或音頻控制器)。 例如，這可以通過采用聲回波抵消器(AEC， acoustic echo canceller)來實現(xiàn)，該
7聲回波抵消器(AEC)采用適合根據(jù)所確定的信號消除再現(xiàn)的音頻內(nèi)容的成分(當(dāng)將揚聲器 作為麥克風(fēng)進行操作時)，以獲得表示用戶的身體噪聲的純音頻數(shù)據(jù)。因此，這種聲回波抵 消器可以從所檢測到的信號中去除音頻內(nèi)容成分，使得即使在同時再現(xiàn)音頻內(nèi)容期間也能 夠提取身體噪聲相關(guān)的音頻數(shù)據(jù)?；芈曄梢园ǜ綦x并去除由再現(xiàn)的音頻信號產(chǎn)生的 不希望的信號能量。 在可替換的實施方式中，該裝置可以適合僅在音頻換能器不同時操作為揚聲器時 將音頻換能器操作為麥克風(fēng)。例如，在采用該裝置再現(xiàn)音頻內(nèi)容之前，可以進行校準(zhǔn)程序。 這可以允許進行校準(zhǔn)，而不存在再現(xiàn)的音頻內(nèi)容的可能的干擾影響。 在一種實施方式中，組成音頻換能器的同一物理結(jié)構(gòu)適合提供揚聲器和麥克風(fēng)這 兩種功能(取決于這種共用物理結(jié)構(gòu)的操作模式)。在另一實施方式中，音頻換能器包括適 合提供揚聲器功能的第一物理結(jié)構(gòu)，并包括適合提供麥克風(fēng)功能的第二物理結(jié)構(gòu)(其與第 一物理結(jié)構(gòu)不同并與第一物理結(jié)構(gòu)分離)。因此，用來感測身體噪聲的換能器不必是再現(xiàn)音 頻信號的同一換能器(盡管這是優(yōu)選的實施方式，因為它帶來很大的好處)。在本發(fā)明的實 施方式中也可以采用靠近揚聲器放置的單獨的麥克風(fēng)(如圖3中的麥克風(fēng)206)。
例如，本發(fā)明的裝置可以實現(xiàn)為由下述設(shè)備組成的組中的至少一種移動電話、頭 戴式耳機、耳機再現(xiàn)裝置、助聽器、電視設(shè)備、錄像機、監(jiān)視器、游戲設(shè)備、便攜式電腦、音頻
播放器、DVD播放器、CD播放器、基于硬盤的媒體播放器、無線電設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)廣播設(shè)備、公 共娛樂播放器、MP3播放器、汽車娛樂設(shè)備、醫(yī)療通信系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、健身設(shè)備、語音通信設(shè) 備、家庭影院系統(tǒng)、家庭劇場系統(tǒng)、平板電視設(shè)備、氣氛營造設(shè)備、錄音系統(tǒng)和音樂廳系統(tǒng)。 然而，這些應(yīng)用僅僅是示例性的，在許多技術(shù)領(lǐng)域的其它應(yīng)用也是可能的。在一種實施方式 中，該裝置可以用于耳內(nèi)前饋型的有源降噪(ANR)頭戴式耳機。 根據(jù)下文將描述的實施方式的例子，本發(fā)明的上述限定的各方面和其它方面是容 易理解的，并且將參照實施方式的這些例子進行說明。


以下將參照實施方式的例子詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些例子。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式示出用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置。
圖2示出前饋式有源降噪(ANR)系統(tǒng)。 圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方式示出反饋式有源降噪(ANR)系統(tǒng)。 圖4是根據(jù)另一示例性實施方式示出用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置。 圖5和圖6是根據(jù)示例性實施方式示出采用耳內(nèi)揚聲器作為麥克風(fēng)的錄音的頻
譜，以及示出不同的佩戴情況和對左/右差異的不同的影響的示意圖。 圖7是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式示出用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置的校準(zhǔn)塊。
具體實施例方式
附圖中的圖示是示意性的。在不同的附圖中，相似或相同的元件采用相同的附圖 標(biāo)記。 在下文中，將基于本發(fā)明已經(jīng)提出的示例性實施方式提及本發(fā)明人的一些基本認(rèn) 識。
有源降噪(ANR)頭戴式耳機將通過經(jīng)由耳機揚聲器播放所謂的"反噪聲"降低對 環(huán)境噪聲的暴露?；驹硎黔h(huán)境噪聲由麥克風(fēng)拾音，由ANR濾波器過濾和反相，并返回?fù)P 聲器。在前饋式ANR的情況中，麥克風(fēng)可以設(shè)置在耳機外部。在反饋式ANR的情況中，麥克 風(fēng)可以設(shè)置在耳機內(nèi)部。 在便攜式/移動應(yīng)用中，可能的實現(xiàn)方式是耳內(nèi)前饋式模擬ANR，其可以具有與傳
統(tǒng)耳機相同的波形因數(shù)，并且可以比反饋式ANR耳內(nèi)頭戴式耳機更容易設(shè)計，在反饋式ANR
耳內(nèi)頭戴式耳機中，將麥克風(fēng)安裝在耳朵內(nèi)側(cè)在機械上和聲學(xué)上可能是困難的。 然而，除了全尺寸ANR頭戴式耳機，耳內(nèi)ANR頭戴式耳機可能會受到與耳朵連接缺
少重復(fù)性的影響。特別地，這可能具有下述后果-從揚聲器到耳道的傳輸功能可能不連續(xù)。這可能首先影響低音響應(yīng)(壓力耦合 降低)。-無源衰減(定義為由于在耳朵上存在耳機而引起的聲音阻塞效應(yīng))也可能減小 很多。 這種不完美的佩戴對耳內(nèi)前饋式ANR性能的影響可能較大，因為ANR濾波器可以 在耳機的設(shè)計階段基于那兩種傳輸功能精確地計算。結(jié)果可以是耳機在耳朵內(nèi)的不完美的 佩戴可能導(dǎo)致ANR效果降低甚至放大環(huán)境噪聲。
更一般地，前饋式ANR濾波器可能依賴于下述要素-每種耳機類型的聽筒聲音可以不同。這可以在ANR耳機的開發(fā)階段完成，且隨后 在耳機壽命周期內(nèi)不變。-每個耳機樣品的揚聲器和麥克風(fēng)容差可能不同。這可以通過選擇低容差元件或 通過在工廠中進行樣品校準(zhǔn)而控制。-在耳朵中的適配性對每個用戶可能不同，甚至可能在每次使用耳機時都不同。
后一種要素可能是最關(guān)鍵的，因為它可能是不可預(yù)知的。甚至在工廠中經(jīng)過恰當(dāng) 地校準(zhǔn)的耳內(nèi)ANR耳機一旦用在用戶的耳朵中就可能遭受性能差的問題。這種差異可以 經(jīng)由兩種增益來補償，一種用于左耳，一種用于右耳。事實上，在用于不同佩戴條件的揚聲 器和耳道之間的聲學(xué)傳輸功能中觀察到的差異可能具有等于2kHz左右的頻率自增益的波 形。這正好是ANR效果可能起作用的頻率范圍。 因此，可以推斷出ANR濾波器對變化的佩戴條件的校準(zhǔn)可以經(jīng)由兩種增益來補 償， 一種用于左耳， 一種用于右耳。 解決這種問題的自動方式是將附加的內(nèi)部麥克風(fēng)放在耳機中。這種麥克風(fēng)可以用 來識別揚聲器和麥克風(fēng)之間的聲學(xué)傳輸功能，并自動地改善或優(yōu)化ANR濾波器和對佩戴條 件的增益。 然而，在耳內(nèi)頭戴式耳機中安裝附加的內(nèi)部麥克風(fēng)在機械上和聲學(xué)上可能是困難 的。 解決這種校準(zhǔn)問題的另一種方式是允許終端用戶手動調(diào)整左、右ANR濾波器增 益，以改善或最大化ANR效果。這可以部分地補償不完美的佩戴，但不會帶來最優(yōu)的結(jié)果， 因為左/右佩戴差異沒有補償。通過附加的控制有差別地調(diào)整左、右增益對終端用戶來說 可能是不方便的。 因此，上述關(guān)于耳內(nèi)ANR頭戴式耳機的構(gòu)思的性能可能會遭受在將聽筒佩戴在耳朵中缺少重復(fù)性的問題。單獨的校準(zhǔn)可能適合獲得最優(yōu)的性能?？偠灾瑳]有任何常規(guī)
技術(shù)能夠自動校準(zhǔn)左、右ANR濾波器增益，而不需要額外的內(nèi)部麥克風(fēng)。 在本發(fā)明的實施方式中，可以提供用于自動校準(zhǔn)左、右耳內(nèi)前饋式有源降噪(ANR)
濾波器增益的系統(tǒng)，以補償在聽者耳朵中耳內(nèi)聽筒的佩戴不對稱性。因為揚聲器可以用作
麥克風(fēng)，這不要求附加的硬件，并且可以基于由用戶產(chǎn)生的聲源(語音、牙齒噼啪聲等)校
準(zhǔn)左/右差異。 圖1示出用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置100，其包括兩個音頻換能器部件102、 104，所 述音頻換能器部件適合可選擇地作為揚聲器和/或作為麥克風(fēng)進行操作(取決于操作模 式)，其中當(dāng)作為麥克風(fēng)進行操作時，音頻換能器部件102、104適合檢測表示用戶106的身 體噪聲的音頻數(shù)據(jù)(如對應(yīng)的電信號)。當(dāng)用戶106佩戴音頻換能器部件102、104時，作為 揚聲器進行操作的音頻換能器部件102、104可以產(chǎn)生由用戶106感知的聲波，這允許用戶 106去聽存儲在諸如硬盤、CD、DVD等等之類的音頻數(shù)據(jù)存儲裝置130上的聲音信息。為了 這個目的，從硬盤130供給的電音頻信號132、133可以由音頻換能器部件102、104轉(zhuǎn)化成 由用戶106的各個耳朵116、 118感知的聲波。 然而，可能發(fā)生的是用戶106關(guān)于耳朵116、118不對稱地佩戴音頻換能器部件 102、 104。更確切地說，音頻換能器部件102和耳朵116之間的空間關(guān)系可能與音頻換能 器部件104和耳朵118之間的空間關(guān)系不同，例如，由于用戶106沒有將音頻換能器部件 102、104對稱地連接至頭部，或者頭部在生理上不是完全對稱的。例如，如果音頻換能器部 件102和耳朵116之間的距離小于音頻換能器部件104和耳朵118之間的距離，同樣產(chǎn)生 的聲音對耳朵116的聲響比對耳朵118的聲響大。 而且，使用者106容易通過講話、呼吸或牙齒啪嗒而不斷地產(chǎn)生身體噪聲，所述身 體噪聲在許多情況下具有空間對稱特性。例如，如果音頻換能器部件102和耳朵116之間 的距離小于音頻換能器部件104和耳朵118之間的距離，則表示身體噪聲的音頻信號在音 頻換能器部件102的位置具有比在音頻換能器部件104位置處大的幅值。因此，由身體噪 聲產(chǎn)生的音頻信號可以認(rèn)為是所述佩戴不對稱的指示器。 作為處理單元進行操作的微處理器108適合用于處理由音頻換能器部件102、 104 記錄的音頻數(shù)據(jù)(源自身體噪聲)，所述音頻換能器部件102、104目前作為用于補償由用戶 106佩戴的音頻換能器102U04的佩戴不對稱性的麥克風(fēng)進行操作。微處理器108適合將 處理過的音頻數(shù)據(jù)以電子控制信號或濾波器信號形式反饋至音頻換能器部件102、 104，用 于補償基于由音頻換能器部件102、104捕獲身體噪聲可能存在的不對稱性檢測到的佩戴 不對稱性。當(dāng)將音頻換能器部件102、 104用作揚聲器，用于再現(xiàn)存儲在硬盤130上的音頻 內(nèi)容，這種音頻內(nèi)容可以通過電子控制信號或濾波器信號進行處理，以補償由身體噪聲檢 測裝置測量到的佩戴不對稱性。換句話說，可以以電子信號134U36的形式將表示用戶106 的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)提供至處理單元108。這些電子信號134、 136由作為麥克風(fēng)進行操 作時(也就是當(dāng)音頻換能器部件102、104捕獲表示身體噪聲的聲波并將它們轉(zhuǎn)化成表示不 對稱程度的電子信號時)的音頻換能器部件102、 104產(chǎn)生。 控制單元108隨后可以經(jīng)由一個或多個信號138控制硬盤130，使得音頻內(nèi)容的再 現(xiàn)被相應(yīng)地處理，且不對稱的佩戴情況被補償。可替換地，如圖1中的虛線所示，控制單元 108還可以適合產(chǎn)生控制數(shù)據(jù)140、 142，從硬盤130發(fā)送至音頻換能器102、 104用于再現(xiàn)的
10音頻內(nèi)容信號132、 133由所述控制數(shù)據(jù)處理140、 142。因此，虛線140、142是對信號138供 給的替換。 從圖1中還可以看出，用戶接口 148可以設(shè)置為與處理單元108進行雙向通信，允 許用戶控制裝置100的操作模式，例如，可以調(diào)節(jié)再現(xiàn)裝置的音量等。通過輸入/輸出單元 148，用戶可以向處理單元108提供控制命令，并可以將關(guān)于裝置100的目前操作模式的信 息提供給用戶。因此，用戶接口 148可以包括諸如按鈕等的輸入元件，并且還可以包括諸如 液晶顯示器(LCD)之類的顯示單元。 更具體地，裝置100包括具有第一聽筒112和第二聽筒114的頭戴式耳機110，當(dāng)
將頭戴式耳機110佩戴在用戶106的頭上時，第一聽筒112靠近用戶106的第一只耳朵116
放置，且第二聽筒114靠近用戶106的第二只耳朵118放置，如圖l所示。 第一音頻換能器部件102設(shè)置在第一聽筒112處，且第二音頻換能器部件104設(shè)
置在第二聽筒114處。第一音頻換能器部件102和第二音頻換能器部件104中的每一個都
適合選擇性作為揚聲器或作為麥克風(fēng)進行操作。 處理單元108可以通過分析信號134和136來確定身體噪聲的影響之間的差異， 所述身體噪聲由第一音頻換能器部件102和第二音頻換能器部件104檢測，例如，所述差異 是由于用戶106不對稱地佩戴頭戴式耳機110引起的。在音頻帶由第一音頻換能器部件 102和第二音頻換能器部件104檢測到的音頻數(shù)據(jù)136U34之間的關(guān)于能量水平的差異可 以被至少部分地確定和平衡。因此，這種差異可以經(jīng)由控制信號138或140、142來補償，所 述控制信號可以在音頻內(nèi)容(所述音頻內(nèi)容存儲在硬盤130中)在單個揚聲器102、104上 再現(xiàn)之前處理所述音頻內(nèi)容。特別地，可以向不同的音頻換能器部件102、104提供不同的 濾波器增益值。 處理單元108還可以用作聲回波抵消器，用于消除由所確定的信號再現(xiàn)的音頻內(nèi) 容的成分，以獲得表示用戶身體噪聲的純音頻數(shù)據(jù)。通過分析身體噪聲信號，這還可以改善 判斷佩戴不對稱性的精度。再現(xiàn)在再現(xiàn)音頻內(nèi)容132、133期間，當(dāng)校準(zhǔn)程序執(zhí)行時(例如 確定值140、142)，可以進行回聲的消除。圖2示出前饋式有源降噪頭戴式耳機200，其中耳 機202附在耳朵116上。在圖2中，揚聲器204設(shè)置在耳機202中，從而用于檢測外部噪聲 的獨立的麥克風(fēng)206設(shè)置在耳機202的外部。有源降噪單元208可以補償由獨立的麥克風(fēng) 206檢測到的身體噪聲信號。與圖2的系統(tǒng)相反，本發(fā)明的實施方式采用普通的音頻換能器 102、104，其中麥克風(fēng)206和揚聲器204被設(shè)置為以不同的方式進行操作的相同的實體。
與前饋式ANR系統(tǒng)200相反，如圖3所示的本發(fā)明實施方式的反饋式ANR系統(tǒng)300 將揚聲器204以及麥克風(fēng)206結(jié)合在耳機202中。 本發(fā)明的其它實施方式例如與圖3的反饋布局類似的方式進行操作，但是麥克風(fēng)
206和揚聲器204被設(shè)置為單個共用的共享單元。 圖4示出本發(fā)明另一示例性實施方式的聲音再現(xiàn)裝置400。 表示身體噪聲的信號(由用戶106產(chǎn)生的并用附圖標(biāo)記402示意性地表示)通過 聽筒112U14施加至有源降噪校準(zhǔn)機構(gòu)404。有源降噪校準(zhǔn)機構(gòu)404基于由聽筒112U14 提供的表示身體噪聲402的信號計算增益值和GK，所述增益值和GK將分別供給至放 大器406、40S。基于增益值G^， GJ其表征聽筒112U14的佩戴不對稱性，所述佩戴不對稱 性由通過聽筒112， 114感知的身體噪聲402指示)，左側(cè)聽筒音頻內(nèi)容410和右側(cè)聽筒音頻
11相應(yīng)地有差別放大。濾波器單元414或416可以被分別執(zhí)行。因此，音頻輸出 信號418、420隨后可以被發(fā)送至聽筒112和114，用于再現(xiàn)音頻內(nèi)容，同時源自佩戴不對稱 性的假象被抑制了。 聽者106佩戴著ANR耳機112、114，其中揚聲器用作麥克風(fēng)。由用戶106產(chǎn)生的聲 音(如講話聲或牙齒相互啪嗒的聲音)由揚聲器捕獲，通過ANR校準(zhǔn)單元404處理，該ANR 校準(zhǔn)單元404計算左、右之間的所要求的增益差，并相應(yīng)地調(diào)整ANR濾波器增益和GK。
圖5示出曲線圖500，且圖6示出曲線圖600，每個曲線圖具有橫坐標(biāo)502，沿著橫 坐標(biāo)502以赫茲為單位繪出頻率。沿著縱坐標(biāo)504，繪出信號強度。圖5和圖6都示出了音 頻再現(xiàn)系統(tǒng)的兩個不同的聲道(左/右)，其中圖5和圖6示出兩種不同的佩戴條件或情 況，聽筒根據(jù)這兩種條件佩戴在用戶的頭部。因此，圖5和圖6示出了佩戴條件(且特別是 佩戴不對稱性)對左/右差異的影響。 圖5和圖6示出兩種不同的佩戴情況下采用耳內(nèi)揚聲器作為麥克風(fēng)記錄的用戶的 講話的頻率響應(yīng)。在圖6中，右側(cè)揚聲器佩戴較松散，這極大地增加了相關(guān)的左/右差異。 通過比較在特定頻帶下的左側(cè)和右側(cè)錄音的能量水平，能夠?qū)С龊线m的ANR增益修正。
圖7示出了本發(fā)明示例性實施方式的有源降噪校準(zhǔn)塊700。 從圖7中可以看出，左側(cè)揚聲器信號136和右側(cè)揚聲器信號134供給至各個 低通濾波器702、704。低通濾波器702、704可以在lkHz處具有截止頻率，并可以依照 Butterworth濾波器特性進行操作。濾波器輸出可以供給至均方根校準(zhǔn)單元706或708。所 述單元706、708的輸出隨后可以供給至最大值判定單元710，并供給至左側(cè)信號產(chǎn)生單元 712或右側(cè)信號產(chǎn)生單元714。這些單元712、714可以以示出的方式根據(jù)單元706、708和 710的輸出進行操作，并分別產(chǎn)生輸出信號716、718，隨后它們可以表示增益值G^或Gp
因此，圖7示出了實現(xiàn)圖4的ANR校準(zhǔn)塊404的方法。它比較左側(cè)揚聲器輸入和 右側(cè)揚聲器輸入之間的包含在特定頻率范圍內(nèi)的能量水平。 ANR濾波器校準(zhǔn)可以基于左/右差異的頻率相關(guān)性在頻域(即依賴于ANR增益的 頻率)中進行。相同的過程可以在ANR耳機使用期間進行。在那種情況中，所捕獲的揚聲 器信號還包含將在揚聲器上播放的信號(反噪聲+音樂)。這可以經(jīng)由聲回波抵消器(AEC) 去除。 應(yīng)當(dāng)注意的是，術(shù)語"包括"并不排除其它元件或特征，且"一"或"一個"并不排除 多個。還可以結(jié)合與不同的實施方式聯(lián)合描述的元件。 還應(yīng)當(dāng)注意，權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)理解為限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
一種用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置(100)，其中，該裝置(100)包括音頻換能器(102，104)，適合于能夠作為揚聲器或麥克風(fēng)進行操作，其中當(dāng)音頻換能器(102，104)作為麥克風(fēng)進行操作時適合檢測表示用戶(106)的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)；處理單元(108)，所述處理單元適合，當(dāng)將音頻換能器(102，104)作為揚聲器操作用于再現(xiàn)音頻內(nèi)容時，處理表示用戶(106)的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)，用于至少部分地補償用戶(106)佩戴的音頻換能器(102，104)的佩戴不對稱性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置(IOO)，包括將戴在用戶(106)頭部上的頭戴式耳機 (IIO)，所述頭戴式耳機(110)具有第一聽筒(112)和第二聽筒(114)，第一聽筒(112)可定 位在用戶(106)的第一只耳朵(116)上或內(nèi)，且第二聽筒(114)可定位在用戶(106)的第 二只耳朵(118)上或內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(100)，其中，音頻換能器包括設(shè)置在第一聽筒(112) 處的第一音頻換能器部件(102)，并包括設(shè)置在第二聽筒(114)處的第二音頻換能器部件 (104)，第一音頻換能器部件(102)和第二音頻換能器部件(104)中的每一個都適合于能夠 作為揚聲器或麥克風(fēng)進行操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置(IOO)，其中，處理單元(108)適合，通過確定由第一音 頻換能器部件(102)檢測的音頻數(shù)據(jù)和由第二音頻換能器部件(104)檢測的音頻數(shù)據(jù)之間 的差異，處理表示用戶(106)的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置(IOO)，其中，處理單元(108)適合，通過確定在預(yù)定頻 帶中，特別是在音頻帶中，更特別是在音頻帶的預(yù)定部分中由第一音頻換能器部件(102) 檢測的音頻數(shù)據(jù)和由第二音頻換能器部件(104)檢測的音頻數(shù)據(jù)之間的能量水平差異，處 理表示用戶(106)的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(IOO)，其中，處理單元(108)適合處理音頻數(shù)據(jù)，以至 少部分地補償所確定的差異。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置(IOO)，其中，處理單元(108)適合將一個或多個濾波器 增益值作為處理過的音頻數(shù)據(jù)反饋至音頻換能器(102，104)，用于根據(jù)所述一個或多個濾 波器增益值再現(xiàn)音頻內(nèi)容，由此抑制與音頻內(nèi)容的再現(xiàn)相關(guān)的由用戶(106)佩戴的音頻換 能器(102,104)的佩戴不對稱性產(chǎn)生的聽得見的左右差異。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(IOO)，其中處理單元(108)適合將一個或多個依賴于 頻率的增益值作為處理過的音頻數(shù)據(jù)反饋至音頻換能器(102， 104)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(IOO)，其中處理單元(108)適合將單獨的或各自的濾 波器增益值反饋至作為揚聲器進行操作的第一音頻換能器部件(102)和第二音頻換能器 部件(104)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置(IOO)，其中音頻換能器(102,104)適合能夠同時作為 揚聲器和麥克風(fēng)進行操作。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的裝置(IOO)，包括聲回波抵消器(108)，所述聲回波抵消器 (108)適合從由音頻換能器(102,104)確定的音頻信號中去除再現(xiàn)的音頻內(nèi)容，以導(dǎo)出表 示用戶(106)的身體噪聲的純音頻數(shù)據(jù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100,300)，包括下述特征中的一個 構(gòu)成音頻換能器的同一物理結(jié)構(gòu)(102,104)適合提供揚聲器和麥克風(fēng)這兩種功能；或者音頻換能器包括適合提供揚聲器功能的第一物理結(jié)構(gòu)(204)，并包括適合提供麥克風(fēng) 功能的第二物理結(jié)構(gòu)(206)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(100)，實現(xiàn)為由下述設(shè)備組成的組中的至少一種移 動電話、頭戴式耳機、耳機再現(xiàn)裝置、助聽器、電視設(shè)備、錄像機、監(jiān)視器、游戲設(shè)備、便攜式 電腦、音頻播放器、DVD播放器、CD播放器、基于硬盤的媒體播放器、無線電設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)廣 播設(shè)備、公共娛樂播放器、MP3播放器、汽車娛樂設(shè)備、醫(yī)療通信系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、健身設(shè)備、 語音通信設(shè)備、家庭影院系統(tǒng)、家庭劇場系統(tǒng)、平板電視設(shè)備、氣氛營造設(shè)備、錄音系統(tǒng)和音 樂廳系統(tǒng)。
14. 一種處理音頻數(shù)據(jù)的方法，其中該方法包括將適合能夠作為揚聲器或麥克風(fēng)的音頻換能器(102,104)作為麥克風(fēng)進行操作； 當(dāng)將音頻換能器(102,104)作為麥克風(fēng)進行操作時，檢測表示用戶(106)的身體噪聲 的音頻數(shù)據(jù)；當(dāng)將音頻換能器(102,104)作為揚聲器進行操作，用于再現(xiàn)音頻內(nèi)容時，處理表示用 戶(106)的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)，用于至少部分地補償由用戶(106)佩戴的音頻換能器 (102,104)的佩戴不對稱性。
15. —種計算機可讀媒介，其中存儲了處理音頻數(shù)據(jù)的計算機程序，當(dāng)由處理器(108) 執(zhí)行時，所述計算機程序適合執(zhí)行或控制權(quán)利要求14的方法。
16. —種處理音頻數(shù)據(jù)的程序單元，當(dāng)由處理器(108)執(zhí)行時，所述程序單元適合執(zhí)行 或控制權(quán)利要求14的方法。
全文摘要
一種用于處理音頻數(shù)據(jù)的裝置(100)，其中該裝置(100)包括音頻換能器(102，104)，適合作為揚聲器或麥克風(fēng)進行操作，其中當(dāng)音頻換能器(102，104)作為麥克風(fēng)進行操作時適合檢測表示用戶(106)的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)；處理單元(108)，當(dāng)將音頻換能器(102，104)操作為揚聲器用于再現(xiàn)音頻內(nèi)容時，所述處理單元適合處理表示用戶(106)的身體噪聲的音頻數(shù)據(jù)，用于至少部分地補償用戶(106)佩戴的音頻換能器(102，104)的佩戴不對稱性。
文檔編號H04R3/00GK101794574SQ200910263690
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
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