會(huì)話輔助系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種會(huì)話輔助系統(tǒng)(16)，具有麥克風(fēng)的雙向陣列(20?23)，被布置在不包括任何陣列麥克風(fēng)的空間的外部，其中該空間具有左側(cè)、右側(cè)、前面和后面，該陣列(20?23)包括多個(gè)麥克風(fēng)的左側(cè)子陣列(20、21)和多個(gè)麥克風(fēng)的右側(cè)子陣列(22、23)，其中每個(gè)麥克風(fēng)(20?23)具有麥克風(fēng)輸出信號(hào)，以及從麥克風(fēng)輸出信號(hào)創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)的處理器(110)。左耳音頻信號(hào)基于來(lái)自左側(cè)子陣列(20、21)的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列(22、23)的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建，并且右耳音頻信號(hào)基于來(lái)自左側(cè)子陣列(20、21)的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列(22、23)的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
會(huì)話輔助系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001]會(huì)話輔助設(shè)備旨在使得會(huì)話更明了及易于理解。這些設(shè)備旨在減小不想要的背景噪聲和混響。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的一個(gè)路徑關(guān)注利用頭戴式麥克風(fēng)陣列的線性的、時(shí)不變波束賦形。線性波束賦形向會(huì)話輔助的應(yīng)用通常并不新穎。例如，利用指向性麥克風(fēng)陣列改進(jìn)言語(yǔ)清晰度是已知的。
[0002]針對(duì)在漫射噪聲存在的情況下瞄準(zhǔn)講話者的指向性麥克風(fēng)陣列，陣列指向性的增大產(chǎn)生講話者與噪聲比率(TNR)的增大。該TNR的增大可導(dǎo)致對(duì)于收聽(tīng)陣列輸出的用戶的言語(yǔ)清晰度的增大。不計(jì)入某些后面討論的復(fù)雜性，增大陣列指向性增大了言語(yǔ)清晰度增益。
[0003]考慮圖1中的四個(gè)麥克風(fēng)陣列10位于用戶的頭上。在現(xiàn)有技術(shù)的波束賦形方法中， 陣列被設(shè)計(jì)為假設(shè)個(gè)體麥克風(fēng)元件位于自由場(chǎng)中。針對(duì)左耳的陣列通過(guò)波束賦形兩個(gè)左麥克風(fēng)20和21而被創(chuàng)建。右耳陣列通過(guò)波束賦形兩個(gè)右麥克風(fēng)22和23而被創(chuàng)建。針對(duì)這樣的簡(jiǎn)單、兩個(gè)元件的陣列的良好建立的自由場(chǎng)的波束賦形技術(shù)例如可以產(chǎn)生超心自由場(chǎng)接收形態(tài)。超心在上下文中是常見(jiàn)的，因?yàn)樵谧杂蓤?chǎng)中它們?cè)诼湓肼暣嬖诘那闆r下產(chǎn)生針對(duì)軸上的講話者的兩元件陣列的優(yōu)化TNR改進(jìn)。由于頭對(duì)由組成陣列的麥克風(fēng)元件所接收到的聲音上的聲學(xué)效果，當(dāng)被置于頭上時(shí)，諸如陣列10之類(lèi)的陣列在被設(shè)計(jì)用于自由場(chǎng)表現(xiàn)時(shí)可以不滿足表現(xiàn)判斷標(biāo)準(zhǔn)。此外，諸如陣列10之類(lèi)的陣列可以不提供顯著改進(jìn)言語(yǔ)清晰度的充分高的指向性。
[0004]特別是那些具有高指向性的頭戴陣列可以是大的且突出的。頭戴陣列的可替代方式是離頭麥克風(fēng)陣列，其普遍被置于收聽(tīng)者之前的桌子上或在收聽(tīng)者的軀體上，在之后指向性信號(hào)被傳輸?shù)酵ǔ２捎弥?tīng)信號(hào)處理的入耳設(shè)備。盡管這些設(shè)備較不突出，它們?nèi)鄙俣鄠€(gè)重要的特性。首先，這些設(shè)備通常是單聲道的，向兩耳傳輸相同的信號(hào)。這些信號(hào)缺乏雙耳收聽(tīng)的自然空間線索和關(guān)聯(lián)清晰度的優(yōu)點(diǎn)。第二，這些設(shè)備可能不提供顯著改進(jìn)言語(yǔ)清晰度的充分高的指向性。第三，這些設(shè)備并不隨用戶的頭部旋轉(zhuǎn)，因此并不向用戶的視覺(jué)焦點(diǎn)集中聲音接收。此外，陣列設(shè)計(jì)可能不考慮麥克風(fēng)被安裝到的結(jié)構(gòu)的聲學(xué)效果。
[0005]白噪聲增益(WNG)描述了非相關(guān)噪聲由陣列處理的放大并且在現(xiàn)有技術(shù)中被很好地定義。WNG基本上是總陣列濾波器能量與針對(duì)軸上源的通過(guò)陣列接收到的聲壓的比率。例如，該量描述了由于相消干擾的陣列損耗將如何增大系統(tǒng)噪聲底。簡(jiǎn)單的超心陣列是有損陣列，其在針對(duì)平的軸上響應(yīng)被均衡時(shí)可產(chǎn)生太多自噪聲。未考慮到特定陣列設(shè)計(jì)的WNG可導(dǎo)致過(guò)量自噪聲的系統(tǒng)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以下提及的所有示例和特征可以以任何技術(shù)上可行的方式進(jìn)行結(jié)合。
[0007]在一個(gè)方面，一種會(huì)話輔助系統(tǒng)包括雙向的麥克風(fēng)陣列，其被布置在不包括任何陣列麥克風(fēng)的空間的外部，其中該空間具有左側(cè)、右側(cè)、前面和背面，該陣列包括多個(gè)麥克風(fēng)的左側(cè)子陣列和多個(gè)麥克風(fēng)的右側(cè)子陣列，其中每個(gè)麥克風(fēng)具有麥克風(fēng)輸出信號(hào)。存在處理器，從該麥克風(fēng)輸出信號(hào)創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)。左耳音頻信號(hào)基于來(lái)自左側(cè)子陣列的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建，并且右耳音頻信號(hào)基于來(lái)自左側(cè)子陣列的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建。
[0008]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。處理器可以包括用于在音頻信號(hào)的創(chuàng)建中涉及的每個(gè)麥克風(fēng)的輸出信號(hào)的濾波器。這些濾波器可以使用至少一個(gè)極坐標(biāo)規(guī)格而被創(chuàng)建，該至少一個(gè)極坐標(biāo)規(guī)格包括作為頻率的函數(shù)的左側(cè)子陣列和右側(cè)子陣列中的一者或兩者的理想化輸出信號(hào)的幅度和相位?？梢葬槍?duì)每個(gè)子陣列存在單獨(dú)的極坐標(biāo)規(guī)格。處理器可以基于來(lái)自左側(cè)子陣列的所有麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列的所有麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)兩者。處理器可以基于來(lái)自左側(cè)子陣列的所有麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列的所有麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)兩者。極坐標(biāo)規(guī)格可以包括在零度方位角處的角度范圍上的水平角度。
[0009]在一個(gè)非限制示例中，極坐標(biāo)規(guī)格基于雙耳假人的每個(gè)耳朵的極坐標(biāo)的頭部相關(guān)的傳遞函數(shù)。在另一個(gè)非限制示例中，極坐標(biāo)規(guī)格基于人的頭部的每個(gè)耳朵的極坐標(biāo)的頭部相關(guān)的傳遞函數(shù)。在另一個(gè)非限制示例中，極坐標(biāo)規(guī)格基于模型。[〇〇1〇]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。處理器可以基于來(lái)自左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)兩者。在預(yù)定頻率之上，處理器可以僅基于來(lái)自左側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)， 并且可以僅基于來(lái)自右側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建右耳音頻信號(hào)。
[0011]左側(cè)子陣列可以被布置為接近于用戶的頭部的左側(cè)而被穿戴，并且右側(cè)子陣列可以被布置為接近于用戶的頭部的右側(cè)而被穿戴。左側(cè)子陣列麥克風(fēng)可以沿著空間的左側(cè)被間隔開(kāi)，并且右側(cè)子陣列麥克風(fēng)可以沿著空間的右側(cè)被間隔開(kāi)。麥克風(fēng)的陣列可以進(jìn)一步包括沿著空間的前面或者后面定位的至少一個(gè)麥克風(fēng)。在特定的非限制示例中，麥克風(fēng)的陣列包括至少七個(gè)麥克風(fēng)，其中至少三個(gè)沿著空間的左側(cè)被間隔開(kāi)，至少三個(gè)沿著空間的右側(cè)被間隔開(kāi)，并且至少一個(gè)在空間的前面或者后面處。
[0012]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。處理器可以被配置為衰減從相對(duì)于陣列的主接收方向的預(yù)定通過(guò)角之外抵達(dá)麥克風(fēng)陣列的聲音。預(yù)定通過(guò)角相對(duì)于主接收方向可以從大約+/-15度至大約+/-45度。會(huì)話輔助系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括改變預(yù)定通過(guò)角的功能。在一個(gè)情況下，預(yù)定通過(guò)角可以基于用戶的移動(dòng)而被改變。在一個(gè)情況下，預(yù)定通過(guò)角可以基于追蹤用戶的頭部的移動(dòng)而被改變。
[0013]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。處理器可以被配置為處理麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在左耳音頻信號(hào)與右耳音頻信號(hào)之間的特定極坐標(biāo)的耳間聲級(jí)差(ILD)。處理器可以被配置為處理麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在左耳音頻信號(hào)與右耳音頻信號(hào)之間的特定極坐標(biāo)的耳間相位差(IPD)。處理器可以被配置為處理麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)中的特定極坐標(biāo)的ILD和特定極坐標(biāo)的IPD，使聲音源如同處于與聲音源到陣列的實(shí)際角度不同的角度。處理器可以被配置為處理麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)，使聲音源如同處于與聲音源到陣列的實(shí)際角度不同的角度。[〇〇14]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。麥克風(fēng)陣列可以具有確立陣列的主接收方向的指向性，并且會(huì)話輔助系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括改變陣列指向性的功能。會(huì)話輔助系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括用戶可操作輸入設(shè)備，其被適配為被操縱以便于致使在陣列指向性中的變化。用戶可操作的輸出設(shè)備可以包括便攜計(jì)算設(shè)備的顯示器。陣列指向性可以自動(dòng)被改變。陣列指向性可以基于用戶的移動(dòng)而被改變。陣列指向性可以基于通過(guò)由陣列接收到的能量確定的聲源的可能位置而被改變。陣列可以具有多個(gè)指向性。會(huì)話輔助系統(tǒng)可以包括具有對(duì)應(yīng)于針對(duì)每個(gè)陣列指向性的定向角度的ild和iro的雙耳陣列。
[0015]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。左側(cè)子陣列可以被耦合到適配為保持蜂窩電話的蜂窩電話外殼的左側(cè)。子陣列的右側(cè)可以被耦合到蜂窩電話外殼的右側(cè)。該陣列可以被限制為具有最大白噪聲增益(WNG)。最大WNG可以基于環(huán)境噪聲與陣列引致的噪聲的比率而被確定。[〇〇16]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。在一個(gè)角度處的聲源可以由具有對(duì)應(yīng)于不同角度的iro和ILD的雙耳波束賦形器而被重現(xiàn)。iro和ILD可以被處理以匹配與實(shí)際由陣列接收到的能量的角度不同的感知角度。感知角度可以大于或小于能量實(shí)際被接收到的角度。
[0017]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。該系統(tǒng)可以與有源降噪(ANR)電聲換能器(例如，ANR耳機(jī)或耳塞)一起使用。該陣列可以具有指向性指數(shù)(DI)， 并且由電聲換能器實(shí)現(xiàn)的降噪的量可以等于或大于陣列的DI。系統(tǒng)處理的至少一些處理可以由諸如蜂窩電話、智能電話或平板電腦之類(lèi)的便攜計(jì)算設(shè)備的處理器而實(shí)現(xiàn)。會(huì)話輔助系統(tǒng)可以包括至少兩個(gè)均具有處理器的單獨(dú)的物理設(shè)備，其中該設(shè)備經(jīng)由有線通信或無(wú)線通信而與彼此通信。一個(gè)設(shè)備可以包括頭戴設(shè)備。一個(gè)設(shè)備可以被適配為執(zhí)行助聽(tīng)類(lèi)信號(hào)處理。這些設(shè)備可以無(wú)線通信。
[0018]該系統(tǒng)的示例可以包括以下特征中的一個(gè)，或者其任意組合。陣列的顯見(jiàn)空間寬度可以通過(guò)非線性時(shí)變信號(hào)處理而被增大。處理器可以被配置為處理麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)中的特定極坐標(biāo)的ILD和特定極坐標(biāo)的IPD，從而將期望的講話者的物理定向更好地匹配至系統(tǒng)的用戶。
[0019]在另一方面，一種會(huì)話輔助系統(tǒng)包括雙向的麥克風(fēng)陣列，被布置在不包括任何陣列麥克風(fēng)的空間的外部，其中該空間具有左側(cè)、右側(cè)、前面和后面，該陣列包括多個(gè)麥克風(fēng)的左側(cè)子陣列和多個(gè)麥克風(fēng)的右側(cè)子陣列，其中每個(gè)麥克風(fēng)具有麥克風(fēng)輸出信號(hào)，以及從麥克風(fēng)輸出信號(hào)創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)的處理器。左耳音頻信號(hào)基于來(lái)自左側(cè)子陣列的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建，并且右耳音頻信號(hào)基于來(lái)自左側(cè)子陣列的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建。在預(yù)定頻率之上，處理器僅基于來(lái)自左側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)，并且僅基于來(lái)自右側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建右耳音頻信號(hào)。處理器被配置為處理麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在左耳音頻信號(hào)與右耳音頻信號(hào)之間的特定極坐標(biāo)的耳間聲級(jí)差(ILD)和特定極坐標(biāo)的耳間相位差(iro)。
[0020]在另一方面，會(huì)話輔助系統(tǒng)包括雙向的麥克風(fēng)陣列，被耦合到便攜設(shè)備并且被布置在便攜設(shè)備上，該陣列包括多個(gè)麥克風(fēng)的左側(cè)子陣列和多個(gè)麥克風(fēng)的右側(cè)子陣列，其中麥克風(fēng)陣列具有確立陣列的主接收方向的指向性，并且其中每個(gè)麥克風(fēng)具有麥克風(fēng)輸出信號(hào)，以及從麥克風(fēng)輸出信號(hào)創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)的處理器。該左耳音頻信號(hào)基于來(lái)自左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建。該右耳音頻信號(hào)基于來(lái)自左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建。在預(yù)定頻率之上，處理器僅基于來(lái)自左側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)，并且僅基于來(lái)自右側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建右耳音頻信號(hào)。處理器被配置為處理麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在左耳音頻信號(hào)與右耳音頻信號(hào)之間的特定極坐標(biāo)的耳間聲級(jí)差(ild)和特定極坐標(biāo)的耳間相位差(iro)。存在用戶可操作輸入設(shè)備，其被適配為被操縱以便于致使在所述陣列指向性中的變化?！靖綀D說(shuō)明】
[0021]圖1示意性地圖示了用于會(huì)話輔助系統(tǒng)的示例性左和右兩元件陣列布局，其中麥克風(fēng)(由實(shí)點(diǎn)所示)被定位在接近于耳朵并且被間隔開(kāi)大約17.4_。[〇〇22] 圖2A和圖2B相應(yīng)地圖示了具有和不具有15dB的最大WNG約束的圖1的左耳兩元件 (即，一側(cè)的)陣列的大約超心型頭上極坐標(biāo)響應(yīng)。本文的極坐標(biāo)圖(包括圖2的那些)標(biāo)繪了 dB對(duì)角度，其中標(biāo)繪的頻率在鍵中給出。
[0023]圖3圖示了使用圖1的陣列的所有四個(gè)麥克風(fēng)(S卩，兩側(cè)的)的陣列的左耳的頭上極坐標(biāo)響應(yīng)。[〇〇24]圖4圖示了針對(duì)圖1的陣列的一側(cè)陣列和兩側(cè)陣列的頭上3D指向性指數(shù)(DI)(頻率對(duì)DI(以dB))。每個(gè)曲線表示相應(yīng)的左耳和右耳陣列的平均DI。
[0025]圖5是針對(duì)使用兩側(cè)的四元件陣列的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意框的信號(hào)處理示圖。
[0026]圖6圖示了針對(duì)七元件陣列的非限制麥克風(fēng)布置。
[0027]圖7圖示了使用圖6的陣列的所有七個(gè)麥克風(fēng)的兩側(cè)陣列的左耳的頭上極坐標(biāo)響應(yīng)。[〇〇28]圖8圖示了圖1和圖6的陣列的頭上三維DI，其中每個(gè)曲線表示相應(yīng)的左耳和右耳陣列的平均DI。
[0029]圖9是針對(duì)使用兩側(cè)的七元件陣列的會(huì)話輔助系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意框的信號(hào)處理示圖。
[0030]圖10A和圖10B圖示了針對(duì)七元件的兩側(cè)陣列的示例性陣列濾波器;左耳和右耳陣列濾波器相應(yīng)地在圖10A和圖10B中分開(kāi)地示出。注:麥克風(fēng)1 =左前麥克風(fēng);麥克風(fēng)2 =左中麥克風(fēng);麥克風(fēng)3 =左后麥克風(fēng);麥克風(fēng)4 =右后麥克風(fēng);麥克風(fēng)5 =右中麥克風(fēng);麥克風(fēng)6 = 右前麥克風(fēng);麥克風(fēng)7 =頭后麥克風(fēng)。
[0031]圖11圖示了使用圖6的陣列的所有七個(gè)麥克風(fēng)并且使用圖10的濾波器的兩側(cè)陣列的左耳的頭上極坐標(biāo)響應(yīng)。[〇〇32]圖12圖示了針對(duì)四元件和七元件陣列的頭上三維DI。該七元件陣列使用圖10的濾波器。每個(gè)曲線表示相應(yīng)的左耳和右耳陣列的平均DI。
[0033]圖13A圖示了在五個(gè)不同方位角處的七元件的兩側(cè)陣列的耳間聲級(jí)差(ILD)，并且圖13B圖示了耳間相位差(IH))。非輔助雙耳假人的參考(目標(biāo))ILD和IPD也被示出。[〇〇34]圖14是可以在會(huì)話輔助系統(tǒng)中被使用的陣列的示例。
[0035]圖15圖示了具有任意通過(guò)角寬度的理想的單耳會(huì)話輔助陣列的極坐標(biāo)接收?qǐng)D。
[0036]圖16圖示了雙耳假人的極坐標(biāo)ILD。
[0037]圖17A至D圖示了以幅度(17A和17C)和相位(17B和17D)兩者的示例性左耳(17A和 17B)和右耳(17C和17D)陣列規(guī)格。
[0038]圖18A和圖18B圖示了使用圖17的規(guī)格的七元件的雙耳陣列的左耳和右耳極坐標(biāo)響應(yīng)。
[0039]圖19A至19C圖示了在三個(gè)頻率(相應(yīng)地，500、1000和4000Hz)處的七元件的、兩側(cè)陣列的極坐標(biāo)ILD。非輔助雙耳假人的參考ILD也被示出。
[0040]圖19D至19F圖示了在相同的三個(gè)頻率處的七元件的兩側(cè)陣列的極坐標(biāo)IPD。非輔助雙耳假人的參考iro也被示出。[〇〇41]圖20A和圖20B示出了針對(duì)七元件雙耳陣列的、在五個(gè)方位角處的、在目標(biāo)與實(shí)際陣列之間的ILD和iro雙耳誤差。
[0042]圖21A和圖21B示出了相同誤差但沒(méi)有雙耳波束賦形。
[0043]圖22圖示了具有窄的(+/-15度)目標(biāo)規(guī)格的兩側(cè)帶限制的七元件陣列的左耳極坐標(biāo)響應(yīng)。
[0044]圖23A至23C圖示了在三個(gè)頻率(相應(yīng)地，500、1000和4000Hz)處的具有窄的(+/-15 度)目標(biāo)規(guī)格的七元件陣列的極坐標(biāo)ILD。
[0045]圖23D至23F圖示了在相同的三個(gè)頻率處的具有窄的(+/-15度)目標(biāo)規(guī)格的七元件陣列的極坐標(biāo)IPD。
[0046]圖24A圖示了在五個(gè)方位角處的具有窄的(+/-15度)目標(biāo)規(guī)格的七元件陣列的ILD誤差。[〇〇47]圖24B圖示了在五個(gè)方位角處的具有窄的(+/-15度)目標(biāo)規(guī)格的七元件陣列的IPD誤差。[〇〇48]圖25圖示了出于比較的目的具有不同傳輸角的、具有非雙耳陣列的多個(gè)七元件陣列的3D頭上指向性指數(shù)的比較。針對(duì)三個(gè)雙耳陣列，每個(gè)曲線表示相應(yīng)的左耳和右耳陣列的平均DI。[〇〇49]圖26A和圖26B示出了圖17A和圖17C在翹曲規(guī)格三倍之后相應(yīng)的左耳和右耳幅度規(guī)格。
[0050]圖27是包括四元件陣列的會(huì)話輔助系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意框圖。[〇〇51]圖28是可以在會(huì)話輔助系統(tǒng)中被使用的陣列的示例。[0〇52]圖29是可以在會(huì)話輔助系統(tǒng)中被使用的陣列的示例。[〇〇53]圖30圖示了具有安裝到眼鏡的元件的會(huì)話輔助系統(tǒng)。[〇〇54]圖31圖示了具有在頭部的側(cè)面上的、由耳塞承載的元件的會(huì)話輔助系統(tǒng)。
[0055]圖32是包括兩個(gè)或更多單獨(dú)的、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備的會(huì)話輔助系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意框圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0056]波束賦形的一個(gè)類(lèi)別在本領(lǐng)域中已知稱為超指向性。超指向性波束賦形器具有入射聲音的小于波長(zhǎng)A的一半的麥克風(fēng)間間隔d(d〈A/2)，其利用在經(jīng)濾波的麥克風(fēng)信號(hào)之間的相消干涉而獲得高陣列指向性。出于兩個(gè)互補(bǔ)的原因，針對(duì)會(huì)話輔助的陣列可以利用在大多數(shù)陣列帶寬中的超指向性波束賦形。首先，由于人類(lèi)頭部的大小，頭戴陣列的麥克風(fēng)間間隔相對(duì)于在言語(yǔ)帶中較低頻率的聲音的入射波長(zhǎng)較小。其次，高陣列指向性是需要的以便于實(shí)質(zhì)地減小背景噪聲和混響、增大TNR、并且改進(jìn)清晰度且在嘈雜環(huán)境中易于理解。 [〇〇57]來(lái)自超指向性波束賦形的高陣列指向性以陣列內(nèi)的相消干涉為代價(jià)而發(fā)生。該相消干涉不僅減小來(lái)自不想要的角度，也減小來(lái)自期望角度的所接收到的信號(hào)的大小。期望的(或軸上的)信號(hào)大小的減小例如可以通過(guò)均衡陣列輸出或歸一化陣列濾波器至軸上的單位增益而被校正。針對(duì)不約束的超指向性陣列，產(chǎn)生的均衡濾波器或歸一化陣列濾波器大小可以攀爬而沒(méi)有界限。在實(shí)際中，由于跨陣列中的麥克風(fēng)不相關(guān)的噪聲的過(guò)量放大以及麥克風(fēng)靈敏度漂移，這種高增益導(dǎo)致陣列不穩(wěn)定。不相關(guān)的噪聲源的示例包括麥克風(fēng)自噪聲、附著到每個(gè)麥克風(fēng)的電子裝置的噪聲底、風(fēng)噪、以及來(lái)自與陣列的機(jī)械作用的噪聲。 該噪聲靈敏度也被稱為白噪聲增益(WNG)，其由下列式給予:
[0058]W=RRh/(RSoS〇hRh),
[0059]其中R是應(yīng)用至L麥克風(fēng)中的每個(gè)麥克風(fēng)的復(fù)系數(shù)濾波器，SO是L麥克風(fēng)中的每個(gè)麥克風(fēng)的軸上聲學(xué)響應(yīng)的LX1向量，并且H是埃爾米特(Hermetian)或共輒轉(zhuǎn)置運(yùn)算符。每個(gè)系數(shù)均是頻率的函數(shù)，然而出于簡(jiǎn)化的目的，頻率在符號(hào)上被消除。WNG描述了相對(duì)于陣列的軸上增益的不相關(guān)的噪聲的放大。例如，由于麥克風(fēng)間靈敏度的小量漂移，具有過(guò)量的 WNG的陣列可以導(dǎo)致在陣列輸出上的可聽(tīng)噪聲、風(fēng)噪的過(guò)量放大、以及不良的指向性。
[0060]在一些示例中，可能理想的是將陣列的WNG限制或約束到預(yù)定值。實(shí)現(xiàn)使用陣列濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程而限制WNG的陣列設(shè)計(jì)的方法在以下進(jìn)行討論。限制陣列WNG不僅減小過(guò)量 WNG的有害效果，也在陣列本將具有超出指定WNG最大值的WNG的頻率處減小陣列指向性。換言之，WNG和陣列指向性呈現(xiàn)設(shè)計(jì)上的取舍。圖2示出了具有(圖2A中)或不具有(圖2B中)大約15dB的WNG限制的大約超心(在自由場(chǎng)中)陣列的頭上響應(yīng)(標(biāo)繪的dB對(duì)角度)。所標(biāo)繪的這些頻率和其他極坐標(biāo)圖在鍵中被闡述。圖2A的WNG限制陣列具有較低指向性，然而，該陣列將不放大不相關(guān)噪聲至非約束陣列的程度。[0061 ] 陣列指向性表現(xiàn)(performance)的無(wú)偏見(jiàn)比較應(yīng)當(dāng)考慮到指向性和WNG取舍。在以下段落中，每個(gè)陣列將被限制為15dB的最大WNG。該約束基于來(lái)自助聽(tīng)?wèi)?yīng)用中典型的麥克風(fēng)和電子裝置的自噪聲的清晰度。該約束是示例性的并且不限制本公開(kāi)的范圍。在圖2A中WNG 約束的陣列因而代表簡(jiǎn)易的、兩元件陣列中典型的頭上的、指向性表現(xiàn)基準(zhǔn)。
[0062]WNG限制可以基于電氣自噪聲以外的其他考慮而被選擇。在例如風(fēng)存在的情況下使用的陣列可以要求較低的最大WNG約束從而將靈敏度限制到由吹過(guò)陣列中的麥克風(fēng)的擾流空氣激發(fā)的噪聲。在該情況下，小于5至10dB的、或小于15dB的一些量的WNG限制可能是理想的。諸如響環(huán)境噪聲之類(lèi)的其他考慮可以允許更高的WNG約束。如果環(huán)境噪聲的頻譜與由 WNG造成的噪聲頻譜顯著地重疊，并且如果環(huán)境噪聲級(jí)比由WNG導(dǎo)致的噪聲級(jí)顯著更高，環(huán)境噪聲將遮掩WNG相關(guān)的噪聲。在該情況下，更高的最大WNG約束可以被用來(lái)增大陣列指向性而不導(dǎo)致在陣列輸出上的可聽(tīng)噪聲。環(huán)境噪聲與陣列引致的(WNG)噪聲的比率可以被用來(lái)找到針對(duì)WNG約束的合理值。
[0063]在以下段落中，除非另有說(shuō)明，陣列方向表現(xiàn)的所有比較將是基于頭上數(shù)據(jù)的。以該方式，包括了頭部的相關(guān)的、潛在有害的聲學(xué)效果。[〇〇64]為了更清楚地顯示針對(duì)陣列設(shè)計(jì)使用頭上數(shù)據(jù)的益處，當(dāng)適用時(shí)，使用頭上數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的陣列濾波器和使用自由場(chǎng)(離頭)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的陣列濾波器在一些情況下彼此比對(duì)。在以下段落中，陣列濾波器的設(shè)計(jì)條件將被提及。
[0065]麥克風(fēng)陣列的輸出必須通過(guò)電聲換能而被回放至用戶。針對(duì)會(huì)話增強(qiáng)系統(tǒng)，回放系統(tǒng)可以包括耳機(jī)。耳機(jī)可以是罩耳的或者在耳朵上的。耳機(jī)還可以在耳朵中。其他聲音再現(xiàn)設(shè)備可以具有抵著耳道的開(kāi)口放置的耳塞的形式。其他設(shè)備可以密封到耳道，或者可以被插入到耳道中。一些設(shè)備可以更準(zhǔn)確地描述為收聽(tīng)設(shè)備或助聽(tīng)器。在以下段落中，除非另有說(shuō)明，假設(shè)使用降噪(例如，噪聲隔離或有源降噪)耳機(jī)。非噪聲消除耳機(jī)與會(huì)話輔助系統(tǒng)的應(yīng)用也將在以下進(jìn)行討論。
[0066]兩側(cè)波束賦形
[0067]遍及兩側(cè)波束賦形所討論的是，陣列濾波器已經(jīng)使用自由場(chǎng)麥克風(fēng)響應(yīng)數(shù)據(jù)和陣列濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程(將在以下進(jìn)行討論)而被設(shè)計(jì)。然而，指向性指數(shù)和極坐標(biāo)圖中所示的計(jì)算出的陣列表現(xiàn)示出了在設(shè)備被穿戴在頭上時(shí)，頭上表現(xiàn)更緊密地代表陣列表現(xiàn)。
[0068]在較早的示例中，單側(cè)陣列的設(shè)計(jì)被描述。單側(cè)陣列使用僅在頭部的一側(cè)上定位的兩個(gè)或更多麥克風(fēng)元件而被形成以生成身體同側(cè)的陣列輸出信號(hào)。
[0069]在頭部的左側(cè)和右側(cè)上的麥克風(fēng)的陣列的兩側(cè)波束賦形涉及利用在頭部的兩側(cè)上的麥克風(fēng)的至少一個(gè)麥克風(fēng)(優(yōu)選是所有麥克風(fēng))來(lái)創(chuàng)建左耳和右耳音頻信號(hào)兩者。該布置可以被稱為“兩側(cè)陣列”。優(yōu)選但不是必要的，該陣列在頭部的每側(cè)上包括至少兩個(gè)麥克風(fēng)。優(yōu)選但不是必要的，該陣列在頭部的前面和/或后面包括至少一個(gè)麥克風(fēng)?？梢栽诒竟_(kāi)中被采用的陣列的其他非限制性示例在以下示出及描述。通過(guò)增大可以被使用的元件的數(shù)目并且增大至少一些個(gè)體元件相對(duì)于其他元件的間隔(在頭部的相反兩側(cè)上的元件將比在頭部的相同側(cè)上的元件相隔更遠(yuǎn))，兩側(cè)陣列可以提供與一側(cè)陣列相比改進(jìn)的表現(xiàn)。
[0070]在陣列中使用所有麥克風(fēng)來(lái)針對(duì)每個(gè)耳朵創(chuàng)建音頻信號(hào)可以在與陣列濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程相連時(shí)實(shí)質(zhì)地提高滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的能力，這將在以下討論。一個(gè)可能的設(shè)計(jì)目標(biāo)是用于增大的指向性。圖3示出了兩側(cè)陣列的頭上極坐標(biāo)響應(yīng)。圖4示出了針對(duì)一側(cè)和兩側(cè)陣列(圖1，兩者均適用陣列10)的頭上、3D指向性指數(shù)(DI)。其中所有的四個(gè)麥克風(fēng)均被用來(lái)創(chuàng)建左耳和右耳音頻信號(hào)兩者的兩側(cè)方法產(chǎn)生指向性指數(shù)(DI)的高至3dB的增大。圖5是示出了針對(duì)這樣的兩側(cè)陣列的濾波器的布置的簡(jiǎn)化框的信號(hào)處理示圖16。該附圖省略了一些細(xì)節(jié)，如A/D、D/A、放大器、諸如動(dòng)態(tài)范圍限幅器之類(lèi)的非線性信號(hào)處理功能、用戶接口控制以及對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的其他方面。應(yīng)當(dāng)注意的是，針對(duì)包括在圖5中所示的信號(hào)處理(以及在附圖中省略的信號(hào)處理，包括個(gè)體麥克風(fēng)陣列濾波器、對(duì)個(gè)體陣列濾波器的輸出求和的加法器、針對(duì)每個(gè)耳信號(hào)的均衡、諸如動(dòng)態(tài)范圍限幅器之類(lèi)的非線性信號(hào)處理以及人工或自動(dòng)的增益控制等)的會(huì)話增強(qiáng)設(shè)備的所有的信號(hào)處理可以通過(guò)單個(gè)微處理器、DSP、ASIC、FPGA、或模擬電路、或以上的任意多個(gè)或組合而被執(zhí)行。陣列濾波器110的集合包括用于每個(gè)麥克風(fēng)的濾波器，其針對(duì)左音頻信號(hào)和右音頻信號(hào)中的每個(gè)音頻信號(hào)。左耳音頻信號(hào)通過(guò)相加(使用加法器111)相應(yīng)地由濾波器L1、L2、L3和L4濾波的所有的四個(gè)麥克風(fēng)20-23的輸出而被創(chuàng)建。右耳音頻信號(hào)通過(guò)相加(使用加法器113)相應(yīng)地由濾波器Rl、R2、R3和R4濾波的所有的四個(gè)麥克風(fēng)20-23的輸出而被創(chuàng)建。陣列濾波器的開(kāi)發(fā)在以下進(jìn)行討論。
[0071]如在之前提及的，均衡可能需要用來(lái)均衡陣列處理的軸上輸出。該均衡可以作為每個(gè)個(gè)體麥克風(fēng)陣列濾波器的部分而被完成，或者可以在加法器111和113之后被完成。附加地，在每個(gè)加法器的輸出上或在兩個(gè)加法器的組合上，動(dòng)態(tài)范圍或其他非線性信號(hào)處理可以被應(yīng)用至每個(gè)個(gè)體麥克風(fēng)信號(hào)。這種已知的處理細(xì)節(jié)可以通過(guò)本領(lǐng)域中已知的任何方式被完成并且不被本公開(kāi)所限制。
[0072]如之前提及的，在實(shí)現(xiàn)的陣列指向性與陣列的WNG之間存在取舍。通過(guò)使用兩側(cè)陣列的以上描述的改進(jìn)可以被用來(lái)改進(jìn)指向性、改進(jìn)WNG或可以在兩個(gè)目標(biāo)之間分開(kāi)。通過(guò)使用兩側(cè)陣列，在指向性和WNG上的約束的組合可以被滿足，而這將不可能用單側(cè)陣列所滿足。
[0073]兩側(cè)波束賦形可以被應(yīng)用到任意數(shù)目的元件或麥克風(fēng)的陣列?？紤]一個(gè)如圖6所示的示例性的、非限制的七元件陣列12，其中三個(gè)元件在頭部的每側(cè)上并且通常接近每個(gè)耳朵(麥克風(fēng)20、24和21在頭部的左側(cè)上且接近左耳，麥克風(fēng)22、25和23在頭部的右側(cè)上且接近右耳)，還有一個(gè)元件26在頭部之后。要注意的是，在頭部的每側(cè)上可以存在兩個(gè)或更多元件，并且麥克風(fēng)26可以不存在，或者其可以被定位在與左側(cè)陣列和右側(cè)陣列間隔開(kāi)的其他位置，諸如在頭部的前面或頂上，或在一副眼鏡的梁上。這些元件一般可以不需要所有均置于相同的水平面。此外，麥克風(fēng)可以被定位為豎直地一個(gè)在另一個(gè)之上。圖7示出了由具有圖6的七元件陣列的兩側(cè)波束賦形產(chǎn)生的頭上極坐標(biāo)圖，其中所有的七個(gè)元件有助于創(chuàng)建左耳和右耳音頻信號(hào)兩者。圖8比較不同陣列的指向性指數(shù)(現(xiàn)有技術(shù)的四元件單側(cè)陣列，以及本公開(kāi)的四元件和七元件兩側(cè)陣列，如以上討論的)；在每個(gè)頻率處WNG是15dB (最大)，如上所述。
[0074]要注意的是，在一側(cè)四元件陣列的示例中，接近于左耳的兩個(gè)左麥克風(fēng)被波束賦形以創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)，并且接近于右耳的兩個(gè)右麥克風(fēng)被用來(lái)創(chuàng)建右耳音頻信號(hào)。盡管由于存在總共四個(gè)麥克風(fēng)，該陣列被稱為四元件陣列，但僅在頭部的一側(cè)上的麥克風(fēng)被波束賦形以創(chuàng)建針對(duì)相應(yīng)側(cè)的陣列。這與兩側(cè)波束賦形不同，其中在頭部的兩側(cè)上的所有麥克風(fēng)被一起波束賦形以創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)兩者。
[0075]針對(duì)合并左側(cè)元件和右側(cè)元件的輸出的陣列，在頭部的左側(cè)上的麥克風(fēng)與在頭部的右側(cè)上的麥克風(fēng)元件過(guò)于遠(yuǎn)地間隔開(kāi)以用于大約1200Hz以上的理想的陣列表現(xiàn)。為了避免在更高頻率處的極坐標(biāo)不規(guī)則性(在文獻(xiàn)中被稱為“柵瓣(grating lobe)”)，兩側(cè)陣列的一側(cè)可以在大約1200Hz以上被有效地低通濾波。在一個(gè)非限制性示例中，在1200Hz的低通濾波器轉(zhuǎn)角頻率以下，頭部的兩側(cè)均被波束賦形，而在1200Hz以上，針對(duì)每個(gè)耳朵，該陣列轉(zhuǎn)換為單側(cè)波束賦形器。為了保存空間線索(例如，耳間聲級(jí)和相位(或等效地，時(shí)間)的差異)，在1200Hz以上左耳陣列僅使用左側(cè)麥克風(fēng)。類(lèi)似地，在1200Hz以上右耳陣列僅使用右側(cè)麥克風(fēng)。針對(duì)1200Hz以下的頻率，每個(gè)耳信號(hào)由所有的陣列元件形成。帶寬限制可以使用之后討論的陣列濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程而被實(shí)施，或者可以以其他方式被實(shí)施。圖9(其以與圖5的類(lèi)似的方式被簡(jiǎn)化)示出了針對(duì)這樣的兩側(cè)陣列的擴(kuò)展信號(hào)處理示圖28，該兩側(cè)陣列包括具有左濾波器和右濾波器的集合120的七個(gè)麥克風(fēng)20-26;濾波器120以與圖5中的濾波器相似的方式被使用。圖1OA和圖1OB示出了針對(duì)七元件的兩側(cè)陣列的陣列濾波器的示例集合(圖1OA中的左濾波器和圖1OB中的右濾波器)。注意，在圖1OA和圖1OB中，1200Hz低通在陣列濾波器本身內(nèi)被有效地實(shí)施?？商娲兀屯梢员粚?shí)施為第二濾波器級(jí)。
[0076]圖11示出了與圖10的左耳濾波器相同的七元件陣列的在三個(gè)頻率處的產(chǎn)生的極坐標(biāo)表現(xiàn)(其包括如上描述的低通濾波)。在圖11中所示的帶限制的兩側(cè)陣列的表現(xiàn)可以與在圖7中所示的沒(méi)有帶限制的兩側(cè)陣列的表現(xiàn)比對(duì)。在更高頻率處(例如，如所示在大約4KHz處)的特性在圖11的帶限制兩側(cè)陣列中比在圖7的非帶限制兩側(cè)陣列中的更為受控和規(guī)則。
[0077]圖12示出了針對(duì)包括一側(cè)和兩側(cè)四元件陣列的所有的以上陣列的3D頭上指向性指數(shù)。盡管更加規(guī)則的極坐標(biāo)響應(yīng)通過(guò)在更高頻率處轉(zhuǎn)換到單側(cè)陣列而產(chǎn)生，指向性指數(shù)相應(yīng)較低。在1200Hz以外的值可能是合適的，這取決于陣列的期望的指向性。對(duì)于較少的指向性陣列，較低的跨頭(cross-head)的轉(zhuǎn)角頻率是理想的，諸如900Hz。對(duì)于更多的指向性陣列，較高的轉(zhuǎn)角頻率是理想的，諸如2kHz。
[0078]沒(méi)有進(jìn)一步修改，兩側(cè)陣列可產(chǎn)生在跨頭的轉(zhuǎn)角頻率(例如1200Hz)以下的妥協(xié)的空間表現(xiàn)。特別是，耳間聲級(jí)差(ILD)和耳間相位差(IPD)在對(duì)于每個(gè)陣列在頭部的兩側(cè)上使用對(duì)稱的麥克風(fēng)的情況下特別地小。圖13A和圖13B示出了如在圖6中的七元件的兩側(cè)陣列的ILD和IPD。雙耳波束賦形(以下)可以被用來(lái)解決該問(wèn)題并且提供如與更傳統(tǒng)的方法相比附加的益處。
[0079]以上關(guān)于頭部安裝的麥克風(fēng)陣列描述的概念可以被應(yīng)用至與助聽(tīng)設(shè)備一起使用的麥克風(fēng)陣列，在其中陣列并未布置在用戶的頭部上。未安裝在頭部上并且可以在本文描述的兩側(cè)波束賦形方法中使用的陣列的一個(gè)示例在圖14中示出，其中麥克風(fēng)由小圈指示。該示例包括在左側(cè)和右側(cè)的每側(cè)上具有三個(gè)、在前側(cè)和后側(cè)上各具有一個(gè)的八個(gè)麥克風(fēng)?！翱臻g”沒(méi)有麥克風(fēng)，但不需要沒(méi)有其他物體，實(shí)際上可以包括承載一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)和/或會(huì)話輔助系統(tǒng)的其他部件的物體;這在以下更詳細(xì)地進(jìn)行描述。若該麥克風(fēng)被放置在桌上，后麥克風(fēng)通常將面向用戶，而前麥克風(fēng)將最可能面向視覺(jué)向前的方向。
[0080]針對(duì)每個(gè)左耳信號(hào)和右耳信號(hào)使用所有麥克風(fēng)可提供與在現(xiàn)有技術(shù)中的線陣列相比改進(jìn)的表現(xiàn)。在主題會(huì)話輔助系統(tǒng)的兩側(cè)波束賦形方面，所有的或一些的麥克風(fēng)可以被用于左耳信號(hào)和右耳信號(hào)中的每個(gè)，并且麥克風(fēng)被使用的方式可以是取決于頻率的。在圖14的示例中(假設(shè)該空間大約是典型智能電話的大小(諸如大約15 X7cm))，在陣列的左側(cè)上的麥克風(fēng)可以與右側(cè)麥克風(fēng)過(guò)遠(yuǎn)以用于大約4kHz以上的理想表現(xiàn)。換言之，當(dāng)結(jié)合時(shí)，左側(cè)麥克風(fēng)和右側(cè)麥克風(fēng)將導(dǎo)致在該頻率以上的空間假頻。因而，左耳信號(hào)在該頻率以上可以僅使用左側(cè)麥克風(fēng)、前麥克風(fēng)和后麥克風(fēng)，并且右耳信號(hào)在該頻率以上可以僅使用右側(cè)麥克風(fēng)、前麥克風(fēng)和后麥克風(fēng)。最大期望的交叉頻率是在左側(cè)麥克風(fēng)與右側(cè)麥克風(fēng)之間的距離、以及可以在左側(cè)陣列與右側(cè)陣列之間的任何物體的幾何形狀的函數(shù)。然而，可以選擇較低的交叉頻率，例如若期望更寬的極坐標(biāo)接收?qǐng)D。因?yàn)榉涓C電話外殼比在典型的用戶的耳朵之間的空間更窄，交叉頻率比用于頭部安裝的設(shè)備的更高。然而，非頭部穿戴設(shè)備并不限制它們的物理大小，并且可以具有比圖14中的設(shè)備所示的更寬或更窄的麥克風(fēng)間隔。[0081 ] 雙耳波束賦形
[0082]在會(huì)話增強(qiáng)系統(tǒng)中的兩側(cè)波束賦形允許陣列的設(shè)計(jì)在比本將使用單側(cè)陣列成為可能的更低的WNG處具有更高的指向性。然而，兩側(cè)陣列也可以在在頭部的兩側(cè)上的陣列元件被用來(lái)形成個(gè)體耳信號(hào)的較低頻率處不利地影響空間線索。該影響可以通過(guò)引入雙耳波束賦形而被改善，其將在以下以更多細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。
[0083]出于多個(gè)原因，在會(huì)話輔助系統(tǒng)中諸如ILD和IPD之類(lèi)的空間線索期望得以維持。首先，收聽(tīng)者感知他們的可聽(tīng)環(huán)境為空間上自然的程度取決于空間線索的特性。其次，在本領(lǐng)域中已知的是，雙耳收聽(tīng)和其關(guān)聯(lián)的空間線索增大言語(yǔ)清晰度。在會(huì)話輔助系統(tǒng)中創(chuàng)建有利的空間線索因而可以增強(qiáng)系統(tǒng)的感知到的空間自然度并且提供附加的清晰度增益。
[0084]考慮會(huì)話輔助系統(tǒng)的陣列的理想化極坐標(biāo)響應(yīng)，如在圖15中所示。如果該麥克風(fēng)陣列的輸出被單耳地或?qū)蓚€(gè)耳朵等同地回放，ILD和iro線索即使對(duì)于相當(dāng)離軸的聲音源也是零。附加地，由收聽(tīng)者的頭部的自然、時(shí)變的移動(dòng)導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)線索例如將不導(dǎo)致耳間線索變化。在這些事例的兩者中，耳間線索與自然收聽(tīng)的那些不同。由于這些差別，單耳會(huì)話輔助系統(tǒng)可以導(dǎo)致不自然的空間體驗(yàn)。一些收聽(tīng)者可描述該空間體驗(yàn)為“在頭中”，意味著由收聽(tīng)者感知到的源距離是小的。離軸講話者聽(tīng)起來(lái)仿佛他們一直在O度方位，其他收聽(tīng)者可以被此困擾。缺乏雙耳線索還排除了雙耳收聽(tīng)，其進(jìn)一步劣化了語(yǔ)音清晰度。兩側(cè)陣列在頭部的兩側(cè)上的麥克風(fēng)對(duì)于兩個(gè)耳朵均是活動(dòng)的頻率處呈現(xiàn)了相似的問(wèn)題。這樣的特性針對(duì)之前的示例性七元件陣列在圖13A和圖13B中在大約1200Hz的跨頭的轉(zhuǎn)角頻率以下是明顯的。
[0085]為了說(shuō)明該問(wèn)題，考慮圖16中的雙耳假人的極坐標(biāo)ILD。該極坐標(biāo)圖是在右耳與左耳幅度之間的dB差。極坐標(biāo)IPD(未示出)的相似的標(biāo)繪可以基于在右耳相位與左耳相位之間的相位差被做出。ILD與iro兩者作為聲音源角度的函數(shù)變化。然而，單耳極性ILD和iro簡(jiǎn)單地是零度Iro和零dB ILD的圈，因?yàn)闆](méi)有耳間線索根據(jù)聲音源位置而變化。
[0086]雙耳波束賦形是可以被應(yīng)用來(lái)解決以上耳間問(wèn)題的方法，而仍然保存兩側(cè)波束賦形的陣列的高指向性和TNR增益和較低WNG。為了實(shí)現(xiàn)此，雙耳波束賦形處理陣列內(nèi)的麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建如由用戶聽(tīng)見(jiàn)的特定極坐標(biāo)ILD和IPD，也衰減從超出特定通過(guò)角(例如+/-45度)到達(dá)的所有聲音源。對(duì)于用戶，利用雙耳波束賦形的會(huì)話輔助設(shè)備可以提供兩個(gè)重要的益處。首先，該設(shè)備可以通過(guò)在陣列的通過(guò)角內(nèi)再現(xiàn)更真實(shí)的ILD和IPD而創(chuàng)建更自然和清晰的助聽(tīng)體驗(yàn)。第二，該設(shè)備可以顯著地衰減在通過(guò)角以外抵達(dá)的聲音。其他益處也是可能的并且將在以下進(jìn)行討論。
[0087]雙耳波束賦形的陣列利用陣列濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程，其包括在其中期望的陣列響應(yīng)的幅度和相位兩者均被特定的復(fù)雜賦值的極坐標(biāo)規(guī)格。該規(guī)格可以描述每個(gè)耳朵或耳間關(guān)系O
[0088]在一個(gè)雙耳波束賦形的非限制性示例中，雙耳陣列極坐標(biāo)規(guī)格包括針對(duì)每個(gè)耳朵的單獨(dú)規(guī)格。這些規(guī)格是復(fù)雜賦值的并且基于極坐標(biāo)頭部相關(guān)的傳遞函數(shù)(HRTF)目標(biāo)。在該示例中，該目標(biāo)由雙耳假人的每個(gè)耳朵的極坐標(biāo)HRTF的所獲得。用于獲得目標(biāo)的其他方法也在本文中構(gòu)思，其中的一些在以下進(jìn)行描述。在該示例中，在左耳與右耳陣列規(guī)格之間的相對(duì)差異匹配如圖16中的雙耳假人IB)和ILD。圖17A至17D圖示了以幅度和相位(在圖17A和圖17B中所不的左耳幅度和相位，以及在圖17C和圖17D中所不的右耳幅度和相位)兩者的示例性左耳和右耳陣列規(guī)格。例如，考慮在30度水平角的規(guī)格(在O度方位)。在IkHz處左耳規(guī)格與右耳規(guī)格之間的差異在幅度上是7dB。這對(duì)應(yīng)于在圖16的30度處的-7dB的ILD響應(yīng)。幅度規(guī)格(在圖17A和圖17C中)超出大約+/-60度被完全衰減(-無(wú)窮dB)。針對(duì)幅度規(guī)格被完全衰減處的角度，ILD和iro兩者有效地未定義，因?yàn)樵诿總€(gè)耳朵處不存在能量。比圖15的更寬的通過(guò)角出于圖示方便而被使用，但特定通過(guò)角并不是本公開(kāi)的限制。
[0089]在雙耳波束賦形的其他應(yīng)用中，雙耳陣列極坐標(biāo)規(guī)格可能不同。例如，該規(guī)格可能與由歸一化HRTF定義的自然耳間關(guān)系不同?？商娲?，規(guī)格可以基于對(duì)給定對(duì)象的頭部、歸一化的球體模型或多個(gè)頭部的統(tǒng)計(jì)采樣的個(gè)體化測(cè)量而被創(chuàng)建。其他這樣的應(yīng)用的示例在后續(xù)給出。
[0090]考慮到這些規(guī)格，針對(duì)做陣列麥克風(fēng)輸出和右陣列麥克風(fēng)輸出兩者的陣列濾波器使用陣列濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程被創(chuàng)建。圖18A和圖18B示出了針對(duì)圖6的七元件陣列的針對(duì)左耳使用圖17A和圖17B的規(guī)格并且針對(duì)右耳使用圖17C和圖17D的規(guī)格產(chǎn)生的雙耳陣列極坐標(biāo)響應(yīng)。
[0091]左耳陣列和右耳陣列通過(guò)耳機(jī)的回放創(chuàng)建相應(yīng)由圖19A至19C以及19D至19F所示的極坐標(biāo)ILD和IPD。圖20A和圖20B示出了在目標(biāo)與實(shí)際陣列表現(xiàn)之間相應(yīng)的ILD和IPD誤差。相對(duì)比的，圖21A和圖21B相應(yīng)地示出了7元件帶限制的兩側(cè)陣列而沒(méi)有雙耳波束賦形的ILD和I PD誤差。由雙耳波束賦形的應(yīng)用導(dǎo)致的更像HRTF的耳間特性(例如，減小的雙耳ILD和IPD誤差)產(chǎn)生了陣列的更自然和愉悅的空間表現(xiàn)，以及改進(jìn)的態(tài)勢(shì)感知和清晰度。
[0092]針對(duì)極窄的通過(guò)角(S卩，在其中指向性指數(shù)接近最大物理可能的角度)，雙耳目標(biāo)可以被縮窄到+/-15度。然而，非常尖的極坐標(biāo)目標(biāo)產(chǎn)生，其利用七元件陣列難以實(shí)現(xiàn)。因而，產(chǎn)生的ILD和IB)誤差相對(duì)地高。圖22示出了針對(duì)左耳陣列的產(chǎn)生的極坐標(biāo)響應(yīng)幅度。圖23A至23C和圖23D至23F相應(yīng)地示出了由具有該較窄規(guī)格的七元件雙耳陣列導(dǎo)致的極坐標(biāo)ILD和IPD。圖24A和圖24B示出了相對(duì)于非輔助雙耳假人相應(yīng)的ILD和IPD誤差。圖25將針對(duì)多個(gè)兩側(cè)七元件陣列的頭上DI與變化的通過(guò)角寬度(15、30和45度)進(jìn)行比較，并且圖示了在15度處的非雙耳陣列的示例。盡管這樣的窄通過(guò)角可能難以僅利用在陣列中的七個(gè)麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)，在陣列中增大麥克風(fēng)的數(shù)量將增大波束賦形的度并且導(dǎo)致陣列表現(xiàn)更緊密地匹配規(guī)格。
[0093]具有+/-15度通過(guò)角的頭上七元件雙耳陣列具有目前討論的任何兩側(cè)、跨頭的帶限制的陣列的最高指向性。在兩側(cè)波束賦形段落中討論的在最窄的七元件雙耳陣列與非雙耳陣列之間的DI差異是由于頭上優(yōu)化。雙耳陣列濾波器基于頭上極坐標(biāo)數(shù)據(jù)被確定，并且包括頭部的陰影和衍射效果，其導(dǎo)致陣列表現(xiàn)更緊密地滿足極坐標(biāo)規(guī)格。當(dāng)采用假定自由場(chǎng)(即，離頭)條件位于頭上而設(shè)計(jì)的陣列濾波器的設(shè)備時(shí)，頭部的聲學(xué)效果導(dǎo)致系統(tǒng)從自由場(chǎng)表現(xiàn)偏離。這樣的陣列已降低表現(xiàn)。假定自由場(chǎng)條件而設(shè)計(jì)的陣列可以在用在特定應(yīng)用中時(shí)表現(xiàn)得顯著不同，這些特定應(yīng)用諸如頭上陣列或被設(shè)計(jì)用來(lái)置于桌或臺(tái)之類(lèi)的表面上的陣列。
[0094]具有非常窄的通過(guò)角的雙耳陣列可以導(dǎo)致接近單耳陣列的空間表現(xiàn)(包括“在頭中”的空間印象)的空間表現(xiàn)。這是由于缺乏來(lái)自在非零方位角處的聲源的陣列輸出中的能量。如果這樣的陣列在頭上被使用，頭部追蹤(在以下描述)可以被用來(lái)拓寬接收形態(tài)。例如，如果用戶經(jīng)常轉(zhuǎn)頭看若干講話者，接收形態(tài)可以被拓寬以便于提供更好的雙耳線索和空間感知。如果陣列不是頭部安裝的，頭部追蹤可以被用來(lái)在用戶的注視方向上指向主瓣(main lobe)，如在以下描述的。即使窄的通過(guò)角也可以顯著增大TNR和清晰度，接近單耳的空間呈現(xiàn)可劣化會(huì)話增強(qiáng)系統(tǒng)的感知到的自然度并且由總體會(huì)話輔助系統(tǒng)減損。來(lái)自非常窄的雙耳陣列的空間線索輸出的質(zhì)量可以通過(guò)操縱ILD和iro而被增強(qiáng)。
[0095]在其中ILD和IPD可以被操縱的一種方式是夸張空間線索超出由自然的HRTF描述的那些。例如，在5度處的聲源可以通過(guò)利用對(duì)應(yīng)于15度的IPD和ILD的雙耳波束賦形再現(xiàn)，而針對(duì)在O度處的相同陣列聲源可以利用對(duì)應(yīng)于O度的IB)和ILD再現(xiàn)。耳間特性的夸張可以通過(guò)翹曲(warping)在雙耳波束賦形中使用的復(fù)雜極坐標(biāo)雙耳規(guī)格而被實(shí)現(xiàn)。將被感知為具有第一角度程度的入射在收聽(tīng)者的位置的自然發(fā)生的能量以其被感知為在與第一角度程度不同的第二角度程度上傳播的被接收、處理及渲染至收聽(tīng)者。第二角度程度可以比第一角度程度更大或更小。附加地，角度程度的中心被渲染以使得其被感知為在與沒(méi)有處理的情況下將被感知的相同位置。附加地，偏移可以被應(yīng)用，使得能量被感知為從相對(duì)于其感知到的到達(dá)方向移位一偏移角度的方向入射。
[0096]針對(duì)以上給出的特定非限定示例，復(fù)雜規(guī)格將沿著角度維度被翹曲三倍，使得在15度的翹曲的規(guī)格對(duì)應(yīng)于在5度處的HRTF。盡管三倍被用于該示例中，不同于三的翹曲因數(shù)也被構(gòu)思，并且這些示例并不在翹曲的程度上被限制。翹曲因數(shù)可以小于一或是大于一的任意數(shù)。圖26A和圖26B示出了圖17A和圖17C在翹曲規(guī)格三倍之后相應(yīng)的左耳和右耳幅度規(guī)格。要注意的是，陣列的總主瓣寬度在規(guī)格(+/-60度)之間是相同的，然而，在規(guī)格中的值被翹曲。以此方式，來(lái)自窄雙耳陣列的能量可以在更寬的感知范圍的方位角上被傳播至收聽(tīng)者而不通過(guò)陣列增大總能量。這隨后維持非常窄的雙耳陣列的清晰度益處，但創(chuàng)建了更愉悅的空間特性。增加的IB)和ILD線索還可以輔助清晰度，因?yàn)槎X系統(tǒng)可以利用更豐富的、清晰度增強(qiáng)雙耳線索?？臻g線索的許多其他操縱也是可能的，包括但不限于，線索的非線性翹曲以及使用翹曲超出由HRTF所描述的那些，諸如與時(shí)間-強(qiáng)度交易的既定概念相關(guān)聯(lián)的那些。在時(shí)間-強(qiáng)度交易的情況下，例如，極坐標(biāo)ILD和IPD目標(biāo)可以使用既定交易規(guī)則而生成，這些既定交易規(guī)則導(dǎo)致與諸如圖17A至17C的那些基于測(cè)量的規(guī)格不同的規(guī)格但仍對(duì)于收聽(tīng)者產(chǎn)生類(lèi)似的空間印象。
[0097]在其中顯見(jiàn)空間寬度可以被增大而不增大主瓣寬度的可替代方式是通過(guò)非線性、時(shí)變的信號(hào)處理。這種信號(hào)處理的一個(gè)非限制性示例如下。時(shí)域左耳信號(hào)和時(shí)域右耳信號(hào)在陣列處理之后被分散為塊，其在一個(gè)非限制性示例中可以是128樣本長(zhǎng)的。那些塊被轉(zhuǎn)換到頻域中，被操縱，轉(zhuǎn)換回時(shí)域，并隨后向用戶再現(xiàn)。非限制示例性塊處理方案如下。一旦在頻域中，ILD和iro在每個(gè)頻率處基于相應(yīng)地在左耳陣列和右耳陣列幅度和相位之間的差異而被生成。用來(lái)翹曲輸入ILD和IPD的濾波器隨后根據(jù)下列規(guī)則而被生成:WarpLevel =ILDin*( ILDwarpfactor-1);WarpPhase = IPDin*( IPDwarpfactor-1)?！皐arpfactor”在意圖上等同于以上描述的翹曲因數(shù)。WarpLevel和WarpPhase表示頻域翹曲濾波器的幅度和相位。濾波器是取決于頻率的并且可能是非最小相位的。濾波器隨后被應(yīng)用到輸入信號(hào)(在頻域上相乘)以便于創(chuàng)建已經(jīng)被IPDwarpf actor和ILDwarpfactor翹曲的輸出ILD和IPD。為了保持系統(tǒng)的因果，翹曲濾波器應(yīng)用到延遲的耳信號(hào)。例如，如果在任意頻率處的輸入ILD和II3D是3dB和15度，并且如果ILDwarpf actor和IPDwarpf actor兩者均是2，那么在該頻率處的翹曲濾波器響應(yīng)在幅度上是3dB并且在相位上是15度。在應(yīng)用濾波器之后(在頻域上相乘)，輸出ILD和iro是6dB和30度，其是輸入ILD和iro的兩倍。如果ILD和iro被定義為對(duì)于到收聽(tīng)者的左邊的聲音是正的，那么翹曲濾波器被應(yīng)用至右耳以保持系統(tǒng)因果，因?yàn)橛叶鄬?duì)于左邊被延遲以增大IPD。存在完成以上的其他方法，例如通過(guò)使用查找表以將輸入ILD和IPD關(guān)系到輸出 ILD 和 II3D，而不是 ILDwarpfactor 和 IPDwarpfactor。
[0098]在一些示例中，可能理想的是，允許陣列的指向性以一些方式被改變。隨著在其中使用會(huì)話增強(qiáng)設(shè)備的環(huán)境的性質(zhì)改變，在設(shè)備的操作中的一些改變(例如改變陣列指向性)可能是理想的。在一些示例中，用戶控制的開(kāi)關(guān)可以被提供以完成允許用戶來(lái)手動(dòng)地改變陣列指向性(例如，通過(guò)在各種預(yù)定陣列指向性之間切換)的功能性。在一些示例中，切換或改變陣列指向性可以被自動(dòng)完成，例如作為一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)狀況的函數(shù)。
[0099]實(shí)際中，具有極窄的固定(S卩，時(shí)不變的)通過(guò)角或主瓣寬度的會(huì)話輔助陣列可劣化會(huì)話體驗(yàn)。當(dāng)使用這種陣列時(shí)，輔助的收聽(tīng)者必須基本上面向活動(dòng)的講話者，其可能繁重且使人疲勞。當(dāng)多個(gè)人參與在會(huì)話中時(shí)，該問(wèn)題變得復(fù)雜，因?yàn)檩o助收聽(tīng)者必須一致向著活動(dòng)的講話者旋轉(zhuǎn)他或她的頭部。該所謂的“伸長(zhǎng)脖子問(wèn)題”可能對(duì)于收聽(tīng)者是非常沮喪的。附加地，輔助的收聽(tīng)者可能見(jiàn)不到基本上離軸的講話者。沒(méi)有該視覺(jué)線索，收聽(tīng)者可能不轉(zhuǎn)向講話者并且可能全都錯(cuò)失會(huì)話。為了解決該問(wèn)題，通過(guò)角應(yīng)當(dāng)維持最小寬度。對(duì)于頭戴陣列，實(shí)驗(yàn)建議大約+/-45度的通過(guò)角足以用于增大會(huì)話理解而不導(dǎo)致過(guò)度的“伸長(zhǎng)脖子”。針對(duì)非頭部安裝的陣列，更寬的通過(guò)角可能是需要的，這取決于離軸講話者相對(duì)于陣列位置的角度位置。大約+/-15度的通過(guò)角針對(duì)軸上的講話者增大會(huì)話清晰度至更高的程度，但可能導(dǎo)致過(guò)度的“伸長(zhǎng)脖子”。因而，在非限制示例中考慮的是，大約+/-15度可能是最小LTI通過(guò)角并且大約+/-45度可能是在清晰度增益還與減少伸長(zhǎng)脖子之間合理的取舍。
[0100]會(huì)話是動(dòng)態(tài)的，如它們發(fā)生的環(huán)境一樣。在一個(gè)時(shí)刻周?chē)h(huán)境可能是安靜的，而數(shù)分鐘后該位置可能變得嘈雜，例如吵鬧的人流可用噪聲填滿房間。會(huì)話可以是一對(duì)一的或在多人之間的。在后一情景中，講話者可在任何時(shí)刻插嘴，也許是從桌子的一端或另一端。
[0101]會(huì)話的動(dòng)態(tài)性質(zhì)為會(huì)話輔助設(shè)備呈現(xiàn)了多種情景。對(duì)于在非常嘈雜環(huán)境中的一對(duì)一會(huì)話，高指向性麥克風(fēng)陣列是理想的，以便于改進(jìn)清晰度及易于理解。在較不嘈雜的環(huán)境中，高指向性陣列可移除周?chē)h(huán)境的過(guò)多環(huán)境聲音，使得設(shè)備聽(tīng)起來(lái)不自然或過(guò)于突出。當(dāng)多個(gè)講話者被包含在圍繞桌子的單個(gè)會(huì)話中時(shí)，高指向性陣列可導(dǎo)致用戶錯(cuò)失來(lái)自離軸站立的那些用戶的評(píng)論。
[0102]在一個(gè)示例中，會(huì)話輔助設(shè)備可以包括一些手段(即功能性)來(lái)完成時(shí)變、取決于情形的陣列處理。一個(gè)這樣的手段包括允許用戶手動(dòng)地在不同接收模式之間切換。作為一個(gè)非限制示例，用戶可被給予關(guān)于陣列指向性的簡(jiǎn)單的、一自由度的用戶接口控制(例如，被旋轉(zhuǎn)的鈕或滑動(dòng)器)。這樣的“變焦”控制可使得用戶自定義他們?cè)跁?huì)話期間的收聽(tīng)體驗(yàn)。該控制例如可允許用戶在環(huán)境變得非常嘈雜和難以理解時(shí)增大陣列指向性，但隨后當(dāng)環(huán)境噪聲級(jí)降低時(shí)減小指向性(因而返回更自然的空間線索和增大的態(tài)勢(shì)感知)。該控制可被用來(lái)不僅改變通過(guò)角寬度也用來(lái)改變通過(guò)角的定向的角度。例如在汽車(chē)中的乘客期望主瓣向左90度指向駕駛者，允許會(huì)話被輔助而不需乘客看著駕駛者。改變主瓣方向和/或?qū)挾壤缈赏ㄟ^(guò)在針對(duì)期望方向的預(yù)定陣列濾波器的分立集合之間切換。該用戶控制可在會(huì)話輔助系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)元件中被實(shí)施。作為一個(gè)非限制性示例，如果智能電話被包含在系統(tǒng)中(例如，位于圖14中所示的空間中或被栓到系統(tǒng)控制中)，用戶控制可以在蜂窩電話上被實(shí)施。當(dāng)使用窄通過(guò)角時(shí)，這樣的用戶控制可以緩和之前描述的一些問(wèn)題。
[0103]除了改變通過(guò)角寬度和定向的角度之外，用戶可選擇性地在不同的定向角度打開(kāi)或關(guān)閉多個(gè)通過(guò)角。用戶可以使用智能電話應(yīng)用(或在如平板電腦之類(lèi)的不同類(lèi)型的便攜計(jì)算設(shè)備上的應(yīng)用)來(lái)完成這樣的控制。例如，該控制可以呈現(xiàn)用戶以它們位置以及在每30度處圍繞他們的可能的聲源的視覺(jué)圖標(biāo)。用戶隨后將輕擊一個(gè)或多個(gè)聲源圖標(biāo)以啟用或禁用在該方向上定向的通過(guò)角。例如，以此方式，用戶可輕擊在O度和-90度的聲源圖標(biāo)以聽(tīng)見(jiàn)在那些角度處的講話者，同時(shí)衰減在所有其他角度的聲源。每個(gè)可能的陣列定向角將包括具有對(duì)應(yīng)于定向角度的ILD和iro的雙耳陣列。以此方式，來(lái)自給定角度的聲源顯現(xiàn)給用戶將被定位在該給定角度。如果陣列是頭戴的，頭部追蹤將被用來(lái)根據(jù)頭部位置來(lái)改變定向角、ILD和IPD以保持顯見(jiàn)講話者位置在空間中固定而不是隨頭部位置改變。在離頭陣列的情況下，頭部追蹤可被用來(lái)改變ILD和IPD以保持顯見(jiàn)講話者位置在空間中固定，同時(shí)定向角度將不移動(dòng)，因?yàn)殛嚵胁⒉浑S頭部移動(dòng)。
[0104]時(shí)變處理的另一形式涉及陣列的物理定向。在針對(duì)包括圍繞智能電話外殼的周界定位的麥克風(fēng)的陣列的一個(gè)非限制示例中，該陣列根據(jù)該設(shè)備是水平的(例如，平放在桌面上)還是垂直的(例如，在口袋中或隨項(xiàng)鏈圍繞脖子懸掛)而不同地表現(xiàn)。在該示例中，當(dāng)水平定向時(shí)主瓣可沿桌子指向前，但隨后當(dāng)垂直定向時(shí)改變?yōu)榇怪庇谥悄茈娫捚聊坏谋砻嬷赶?。以此方式，用戶從指向性獲益而不管設(shè)備的定向，因而將設(shè)備自由地放置在桌子上或口袋中或繞著脖子。在主瓣對(duì)準(zhǔn)角度中的該變化可以通過(guò)切換到陣列濾波器的不同集合而被完成，其中陣列濾波器的兩個(gè)集合可以使用本文描述的過(guò)程而被設(shè)計(jì)。這樣的切換可以使用來(lái)自加速度計(jì)的信號(hào)而被自動(dòng)化，或許加速度計(jì)集成在智能電話內(nèi)。在另一非限制性示例中，該陣列可不同地表現(xiàn)，這取決于該設(shè)備是否正被用于其他講話者的大聲接收或者用于用戶自己嗓音的近場(chǎng)接收，如在電話的情況下。在后者的情況下，陣列濾波器可以改變以增大針對(duì)用戶自己的嗓音相對(duì)于在遠(yuǎn)場(chǎng)中的其他聲音的陣列靈敏度。例如，這增大了由收聽(tīng)者在電話會(huì)話的遠(yuǎn)程端上的收聽(tīng)者聽(tīng)到的信噪比。本文描述的相同的陣列濾波器設(shè)計(jì)方法可以通過(guò)將近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)兩者附到聲學(xué)響應(yīng)(S)和規(guī)格(P)中而完成該濾波器設(shè)計(jì)。針對(duì)非限制性的頭戴陣列示例，由這樣的設(shè)計(jì)導(dǎo)致的濾波器將增大所謂的接近度效應(yīng)，因此增大用戶自己的嗓音與其他遠(yuǎn)端聲音的比率。作為針對(duì)集成到智能電話外殼中的陣列的附加的非限制性示例，由這樣的設(shè)計(jì)產(chǎn)生的濾波器將向上、與智能電話屏幕平行、向著用戶的嘴瞄準(zhǔn)主瓣，因此增大從用戶的語(yǔ)音相對(duì)于其他聲音所接收到的能量。
[0105]圖27圖示了會(huì)話輔助系統(tǒng)80，其包括如在圖5中所示并在圖1中布置的四元件陣列20-23。每個(gè)麥克風(fēng)的輸出通過(guò)增益電路被傳遞，該增益電路包括麥克風(fēng)偏置和模擬增益電路(相應(yīng)地，30-33)，并且隨后由A/D (相應(yīng)地，40-43)被數(shù)字化。數(shù)字化的信號(hào)被輸入到數(shù)字信號(hào)處理器50，其實(shí)施以上描述的濾波器。用戶接口(UI)46可以被包括。例如，該UI可以包括一類(lèi)型的顯示器以向用戶提供狀態(tài)信息和/或允許用戶輸入，諸如以上描述的手動(dòng)切換。輸出通過(guò)D/A 60被返回到模擬信號(hào)，并且兩聲道D/A輸出隨后由放大器70放大并且被提供到耳機(jī)(未示出)?；胤怕曇艨刂圃O(shè)備72可以被包括以提供允許用戶控制該信號(hào)音量的手段。如果有源降噪作為系統(tǒng)的部分被包括，其將經(jīng)由處理器50被完成，或作為本領(lǐng)域已知的而被單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。有源降噪傳感器和電路可以被直接包含到耳機(jī)中。
[0106]會(huì)話輔助系統(tǒng)優(yōu)選地利用耳機(jī)、聽(tīng)筒、耳塞或其他過(guò)耳、耳上或入耳設(shè)備。作為無(wú)源噪聲隔離(NI)或利用有源降噪(ANR)或作為無(wú)源和有源兩者的電聲換能器也將衰減用戶的耳朵內(nèi)的環(huán)境噪聲。如果系統(tǒng)利用NI和/或ANR電聲換能器，并且如果電聲換能器在用戶的耳朵處衰減環(huán)境噪聲至低于經(jīng)換能的麥克風(fēng)陣列輸出信號(hào)的聲級(jí)以下的聲級(jí)，用戶將基本上僅聽(tīng)見(jiàn)陣列輸出信號(hào)。因而，用戶將利用陣列的TNR改進(jìn)。如果非隔離的、聲學(xué)透明的電聲換能器被取而代之地使用在系統(tǒng)中，用戶將聽(tīng)見(jiàn)環(huán)境噪聲和陣列信號(hào)的組合。有效TNR取決于環(huán)境噪聲的相對(duì)聲級(jí)和在用戶的耳朵處再現(xiàn)的陣列信號(hào)。隨著陣列聲級(jí)被增大到環(huán)境噪聲以上，有效TNR將達(dá)到陣列TNR。在沒(méi)有NI或ANR電聲換能器的高噪聲環(huán)境中陣列聲級(jí)可需要高于環(huán)境噪聲的實(shí)質(zhì)放大以提供完全的、基于陣列的TNR改進(jìn)。然而，這創(chuàng)建了在用戶的耳朵中的高聲壓級(jí)并且創(chuàng)建顯著不適或聽(tīng)覺(jué)損壞。因而，在一些非限制示例中，對(duì)于會(huì)話輔助系統(tǒng)可能理想的是當(dāng)在高噪聲環(huán)境中使用時(shí)包括NI和/或ANR電聲換能器。在一些非限制示例中，所提供(例如，通過(guò)在電聲換能器中的無(wú)源N1、ANR功能，或兩者的結(jié)合)降噪的量應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥陉嚵械闹赶蛐灾笖?shù)，使得通過(guò)陣列傳輸?shù)穆浔本┰肼晫⒃诼暭?jí)中大約等效于穿過(guò)電聲換能器(ANR或無(wú)源NI)的漫射背景噪聲。在一些非限制示例中，由電聲換能器提供的降噪的量等效于麥克風(fēng)陣列跨角度的最大衰減，其可以在10與25dB之間任何地方的幅度。通常，隨著環(huán)境中的噪聲級(jí)增大，增大的來(lái)自電聲換能器的降噪是理想的。可能的是以受控的方式改變由ANR電聲換能器提供的降噪的量比改變由無(wú)源NI設(shè)備提供的降噪更容易。降噪的量可以以期望的方式被控制。在典型的基于反饋的ANR設(shè)備中，環(huán)補(bǔ)償濾波器被用來(lái)成形反饋環(huán)響應(yīng)以便于獲得最大ANR表現(xiàn)而同時(shí)保持穩(wěn)定。首先在該濾波器中的增益可以被減小以便于減小ANR的量。更復(fù)雜的系統(tǒng)可能成形濾波器響應(yīng)而不是減小增益，盡管這并非必須。
[0107]對(duì)于低噪聲環(huán)境，可能需要聲透明的耳機(jī)?？商娲?，ANR耳機(jī)的降噪可以根據(jù)背景噪聲級(jí)而變化。對(duì)于嘈雜的環(huán)境，可以利用全ANR。對(duì)于較安靜的環(huán)境，ANR可以被減小或關(guān)閉。此外，在低噪聲情景中，ANR耳機(jī)可以經(jīng)由在耳杯或耳塞的外部上的附加或集成麥克風(fēng)傳遞環(huán)境聲音通過(guò)耳朵。該穿透模式因而增大了環(huán)境感知而不必修改陣列信號(hào)。
[0108]對(duì)于沒(méi)有進(jìn)一步修改的離頭陣列，針對(duì)左耳信號(hào)和右耳信號(hào)兩者在設(shè)備(例如，圖14的“空間”)的兩側(cè)上使用麥克風(fēng)將增大指向性但也導(dǎo)致陣列在截止頻率以下是單耳的。此外，窄間隔(例如，典型智能電話的大小)以及由左側(cè)與右側(cè)之間的頭部造成的聲學(xué)陰影缺乏將導(dǎo)致左耳信號(hào)和右耳信號(hào)基本上相似。這兩個(gè)問(wèn)題可導(dǎo)致陣列空間表現(xiàn)接近于單耳。
[0109]為了既重新創(chuàng)建準(zhǔn)確的空間線索又衰減離軸聲音，雙耳波束賦形可以被使用。包括它們被安裝在其上的任何設(shè)備(諸如智能電話)的麥克風(fēng)的聲學(xué)被包括在陣列濾波器的最小平方設(shè)計(jì)中(其在以下進(jìn)行描述)。此外，用于陣列的目標(biāo)空間表現(xiàn)使用雙耳規(guī)格被定義，這由雙耳假人類(lèi)似地得到。離頭雙耳波束賦形與上述討論的在左側(cè)與右側(cè)之間沒(méi)有頭部的不同。然而，設(shè)計(jì)方法將在最小平方意義上盡可能準(zhǔn)確地重新創(chuàng)建雙耳線索(例如，ILD和IPD)，即使在兩側(cè)之間不存在頭部。針對(duì)離頭設(shè)計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)在于用戶自己的語(yǔ)音可以更好地與其他講話者分開(kāi)，減小用戶自己的語(yǔ)音的放大。這是由于麥克風(fēng)陣列與用戶減小的接近度以及相對(duì)于頭上陣列的離頭陣列的用戶的嘴與講話者的嘴之間的角度分離。具體地，陣列設(shè)計(jì)方法可以被修改以向用戶的嘴導(dǎo)回空值以減小用戶的語(yǔ)音的放大，同時(shí)還執(zhí)行以上的其他雙耳波束賦形任務(wù)。除了減小由陣列接收到的用戶的語(yǔ)音的幅度之外，陣列的布置可增大與期望的講話者的接近度，例如在用戶之前的講話者，因此增大TNR。
[0110]當(dāng)陣列是頭部安裝的，陣列定向角度將對(duì)應(yīng)于相對(duì)于用戶期望的講話者的定向，因?yàn)樵撚脩艉完嚵惺枪仓?colocated)的。當(dāng)遠(yuǎn)程陣列和用戶非共址，遠(yuǎn)程陣列輸出的ILD和iro線索可以被翹曲以將期望的講話者的物理定向更好地匹配到用戶。
[0111]主瓣不需要轉(zhuǎn)向在向前方向。使用雙耳波束賦形，其他目標(biāo)角度也是可能的。主瓣可以被轉(zhuǎn)向用戶的最接近的左側(cè)和右側(cè)以便于聽(tīng)見(jiàn)直接接近于用戶坐著的講話者。該主瓣可重新創(chuàng)建對(duì)應(yīng)于在用戶的左側(cè)或右側(cè)處的講話者的雙耳線索，并且也仍然排斥來(lái)自其他角度的聲音。若陣列被置于在用戶前面的桌子上，與用戶向左側(cè)90度的講話者并不是陣列向左側(cè)90度(例如，其可以在大約-135度)。相應(yīng)地，空間目標(biāo)必須從純雙耳被翹曲。在該示例中，針對(duì)在-135度的源的陣列的目標(biāo)雙耳規(guī)格應(yīng)當(dāng)重新創(chuàng)建與在用戶向左90度處的講話者關(guān)聯(lián)的ILD和IPD。
[0112]與在圖14中示出的那些不同的麥克風(fēng)位置可以根據(jù)實(shí)施例和空間目標(biāo)而更好地表現(xiàn)。其他非限制性假象麥克風(fēng)配置在圖28和圖29中被示出，在其中麥克風(fēng)位置由小圈指示。與圖28中的空間的四個(gè)拐角中的每一個(gè)拐角接近的麥克風(fēng)對(duì)可以提供在高頻處的主瓣的更好的轉(zhuǎn)向控制。麥克風(fēng)的布置確定了針對(duì)陣列處理的聲學(xué)自由度。對(duì)于給定數(shù)目的麥克風(fēng)，如果指向性表現(xiàn)(例如，DI，雙耳線索的預(yù)留)在定向的一些角度而不是另一些角度更加重要，沿著一個(gè)軸線而不是另一個(gè)軸線布置更多麥克風(fēng)可產(chǎn)生更理想的表現(xiàn)。例如，在圖14中的陣列偏置針對(duì)前看方向的表現(xiàn)?？商娲兀趫D28中的陣列偏置針對(duì)多個(gè)離軸角度的表現(xiàn)。在圖29中的陣列例如對(duì)旋轉(zhuǎn)90度的陣列偏置針對(duì)前看方向的表現(xiàn)。麥克風(fēng)的數(shù)目和其位置可以改變。此外，被用來(lái)創(chuàng)建左耳信號(hào)和右耳信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)的麥克風(fēng)的數(shù)目可以改變?！翱臻g”不需要是矩形的。更一般地，針對(duì)陣列的優(yōu)化麥克風(fēng)布置可以通過(guò)假設(shè)承載該陣列的(多個(gè))設(shè)備的物理約束來(lái)檢測(cè)所有可能的麥克風(fēng)間隔而被確定。WNG可以被考慮，特別是在低頻處。
[0113]離頭陣列并不機(jī)械地跟隨用戶的“觀看”角度，因?yàn)樗鼈儾⑽锤街筋^部。為解釋這點(diǎn)，在智能電話上的相機(jī)可以被用來(lái)追蹤用戶的頭部的角度并且將觀看角度發(fā)送到DSP，其中陣列參數(shù)被實(shí)時(shí)改變以旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)于新的觀看角度的ILD和IPD。為了說(shuō)明，如果相機(jī)檢測(cè)到用戶頭部的-90度(向左)旋轉(zhuǎn)，陣列參數(shù)將被修改以重新渲染之前的O度陣列對(duì)+90度(向右)的響應(yīng)。
[0114]主瓣角度的選擇可以通過(guò)用戶(例如，通過(guò)智能電話應(yīng)用上的用戶接口(UI)—一例如，通過(guò)輕擊主瓣被朝向其轉(zhuǎn)向的講話者的位置)而被控制，或者主瓣角度可以被適應(yīng)性地控制(例如，通過(guò)使能具有高調(diào)制能量的空間輸入，該高調(diào)制能量指示強(qiáng)的附近(因此是期望的)講話者)。波束模式可以使用諸如加速度計(jì)之類(lèi)的慣性傳感器而被適配，慣性傳感器可以被用來(lái)追蹤佩戴者所面對(duì)的方向。例如，加速度計(jì)可以被耦合到用戶的頭部(例如，由用戶佩戴的設(shè)備所承載的)以使得其可以被用來(lái)確定佩戴者正在面對(duì)的方向，并且波束模式可以被相應(yīng)地適配。頭部安裝的傳感器將需要向執(zhí)行信號(hào)處理的設(shè)備傳輸其輸出信息以用于適配ILD和IPD;在信號(hào)處理中涉及的設(shè)備的示例在本文中的其他地方進(jìn)行了描述。該設(shè)備可以可替代地使用臉追蹤或眼追蹤以確定用戶正在觀看哪個(gè)方向。完成臉追蹤和/或眼追蹤的方法在本領(lǐng)域中是已知的。使用頭部安裝的傳感器或其他傳感器以用于追蹤用戶的注視方向?qū)?chuàng)建與陣列被放平在桌面上時(shí)不同的波束模式。
[0115]在系統(tǒng)等級(jí)處，存在相對(duì)于頭上陣列的一些離頭陣列的示例的一些特有屬性。首先，示例可以圍繞蜂窩/智能電話、蜂窩/智能電話外殼、眼鏡殼、手表、垂飾、或任何可攜帶的物體而被構(gòu)建。對(duì)于該實(shí)施例的一個(gè)動(dòng)機(jī)在于當(dāng)放置在社交場(chǎng)合的桌子上時(shí)其看起來(lái)無(wú)傷大雅。在所有的四個(gè)邊緣上圍繞電話的電話外殼可承載多個(gè)麥克風(fēng)，其如在附圖中所示地間隔開(kāi)或以其他方式間隔開(kāi)。電話外殼可以從其放置到的表面脫離連接和/或麥克風(fēng)可以從電話外殼機(jī)械地脫離連接。該脫離連接可以以期望的方式被完成，諸如通過(guò)在外殼與表面和/或麥克風(fēng)之間的機(jī)械路徑上使用軟性材料(例如，泡沫橡膠或軟彈性體)，以便于抑制振動(dòng)傳遞到外殼和/或麥克風(fēng)。
[0116]會(huì)話輔助系統(tǒng)可能將包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(AD/DA)、電池、充電電路、(多個(gè))無(wú)線電、UI以及耳機(jī)。一些或所有的部件(除了耳機(jī))可以被構(gòu)建到特殊設(shè)計(jì)的電話外殼中，例如，該電話外殼具有對(duì)總體電話功能或美學(xué)的最小影響。耳機(jī)(例如，耳塞)可以是有線的或無(wú)線的，降噪的或非降噪的。降噪耳機(jī)信號(hào)處理可以利用安裝在電話外殼中的部件而被完成。一些或所有的麥克風(fēng)可以被耳塞承載，用以取代或附加于電話外殼中的麥克風(fēng)或其他的承載的物體。功能還可以被直接構(gòu)建為電話的部分。電話處理器可以完成一些或所有的所需處理。如果電話與電話外殼一起使用，麥克風(fēng)將需要保持被露出。因而，該系統(tǒng)可以分布在多于一個(gè)的物理設(shè)備之間;這在以下以更多細(xì)節(jié)進(jìn)行解釋。
[0117]用來(lái)控制陣列的功能的UI可存在于蜂窩電話上，并且UI設(shè)置可被無(wú)線或經(jīng)由線纜傳輸?shù)竭M(jìn)行陣列處理的DSP。在有線連接的情況下，模擬音頻連接可經(jīng)由FSK編碼傳輸控制數(shù)據(jù)。例如，這將使得沒(méi)有藍(lán)牙無(wú)線電的蜂窩電話能夠控制該DSP JSP還可執(zhí)行諸如向上壓縮之類(lèi)的助聽(tīng)信號(hào)處理，或者智能電話可執(zhí)行這些任務(wù)中的一些任務(wù)。一些處理可以被電話完成。特殊的電話外殼可具有其自己的電池，并且該電池可被使能在與電話電池的相同時(shí)間被充電。
[0118]陣列濾波器設(shè)計(jì)
[0119]麥克風(fēng)波束賦形是如下過(guò)程:由該過(guò)程來(lái)自多個(gè)麥克風(fēng)的電氣信號(hào)輸出首先被濾波隨后被合并以創(chuàng)建理想的聲壓接收特性。針對(duì)在自由場(chǎng)中僅包含兩個(gè)麥克風(fēng)的陣列，陣列濾波器的設(shè)計(jì)可以是確定性的。在本領(lǐng)域中已知的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)關(guān)系可以定義在麥克風(fēng)的位置的幾何形狀方面的復(fù)雜的陣列濾波器系數(shù)以及諸如心形或超心之類(lèi)的期望聲壓接收特性。然而，需要不平凡的接收特性、需要針對(duì)充分表現(xiàn)的附加約束或其組合的、針對(duì)包含多于兩個(gè)麥克風(fēng)的陣列的陣列濾波器的設(shè)計(jì)(不在自由場(chǎng)中)是不平凡的。當(dāng)設(shè)計(jì)用于在會(huì)話輔助中使用的陣列時(shí)引起這些復(fù)雜度。用來(lái)增大TNR和清晰度的高指向性的需要例如必須使用多于兩個(gè)麥克風(fēng)。附加地，在用戶的頭部上使用會(huì)話輔助系統(tǒng)引入了不像自由場(chǎng)的不利聲學(xué)效果。再麥克風(fēng)之間或附近的任何結(jié)構(gòu)存在不利效果。陣列設(shè)計(jì)需要將這些效果考慮在內(nèi)，不論是否由于頭部還是一些其他物體。附加地，雙耳波束賦形不僅需要特定的幅度，還需要極坐標(biāo)聲壓接收模式的相位特性。
[0120]用來(lái)設(shè)計(jì)用于會(huì)話輔助的陣列濾波器的一個(gè)方法在以下進(jìn)行描述。輸入首先被描述。所有輸入均是在頻域中的離散函數(shù)，但出于簡(jiǎn)便，頻率被丟棄符號(hào)。取而代之，要理解的是每個(gè)輸入被供應(yīng)用于每個(gè)頻率，并且每個(gè)數(shù)學(xué)運(yùn)算被獨(dú)立用于每個(gè)頻率，除非另有特指。陣列的期望空間表現(xiàn)被給定為極坐標(biāo)規(guī)格P，其是M個(gè)離散極坐標(biāo)角度的I XM向量。在陣列中的每個(gè)麥克風(fēng)的聲學(xué)響應(yīng)被給定為S，其是對(duì)應(yīng)于L麥克風(fēng)和M離散極坐標(biāo)角度的L X M矩陣。這些聲學(xué)響應(yīng)可以基于測(cè)量結(jié)果或理論模型。聲學(xué)響應(yīng)S可以被現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量(諸如在雙耳假人上)以便于在陣列濾波器的設(shè)計(jì)中包括附近的擋板或表面的聲學(xué)效果，這致使改進(jìn)的陣列表現(xiàn)，如前所述。最大期望WNG被給定為E，其是標(biāo)量。最大期望濾波器幅度被給定為G，其是對(duì)應(yīng)于L麥克風(fēng)的實(shí)數(shù)的I XL向量。最大濾波器幅度規(guī)格可以被用來(lái)實(shí)施陣列響應(yīng)的低通、陣列響應(yīng)的高通、防止在DSP上的陣列處理的數(shù)字限幅、或?qū)嵤﹥蓚?cè)陣列的跨頭帶限制，如上所述。誤差加權(quán)函數(shù)W確定在陣列濾波器方案中的每個(gè)極坐標(biāo)角度的相對(duì)重要性。W是沿著對(duì)角具有非零項(xiàng)(對(duì)應(yīng)于M極坐標(biāo)角度的誤差加權(quán))并且其他地方具有零的MXM矩陣。例如若噪聲源位于相對(duì)于陣列的已知角度，在該處以在其他角度的表現(xiàn)為代價(jià)更好地匹配極坐標(biāo)目標(biāo)將總體幫助陣列表現(xiàn)，則加權(quán)的極坐標(biāo)角度可以幫助設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)更好地極坐標(biāo)表現(xiàn)。
[0121]在所有的以上定義中，M維度可以更普遍地對(duì)應(yīng)于位置的任何集合并且不必是極坐標(biāo)角度。因而，以下方法可被用來(lái)例如基于空間而不是方位角中的任意測(cè)量結(jié)果而創(chuàng)建陣列濾波器。此外，L維度可對(duì)應(yīng)于揚(yáng)聲器而不是麥克風(fēng)，由此以下方法可被用來(lái)經(jīng)由聲學(xué)互易性(其在本領(lǐng)域中已知)創(chuàng)建針對(duì)揚(yáng)聲器陣列而不是麥克風(fēng)陣列的陣列濾波器。
[0122]陣列濾波器可以使用針對(duì)WNG、最大增益和復(fù)雜極坐標(biāo)表現(xiàn)被提供的初始規(guī)格被提供的迭代方法而被找到，濾波器方案例如使用與聲學(xué)響應(yīng)數(shù)據(jù)一起的嘴小平方的方法而被生成，WNG和濾波器幅度被計(jì)算并且與期望規(guī)格比較，WNG和最大濾波器增益規(guī)格相對(duì)于極坐標(biāo)規(guī)格的重要性隨后根據(jù)該比較而被相應(yīng)地修改，隨后新的濾波器方案被計(jì)算出。該過(guò)程繼續(xù)，直到并不超出WNG也不超出最大濾波器幅度規(guī)格的方案被找到，但該方案在例如最小平方的意義上滿足復(fù)雜極坐標(biāo)規(guī)格。各種其他優(yōu)化方法可以被應(yīng)用以引導(dǎo)迭代過(guò)程，如在本領(lǐng)域中已知的。
[0123]也存在其他濾波器設(shè)計(jì)方法。在可替代方法中，左陣列和右陣列兩者可被共同解決。在該方法中，左陣列和右陣列極坐標(biāo)目標(biāo)被相應(yīng)地給定為Pl和Pr。耳間目標(biāo)P顧后由Pr/Pi的比率形成。左陣列濾波器使用以上過(guò)程和Pi規(guī)格被解決，致使陣列極坐標(biāo)表現(xiàn)出。針對(duì)右陣列的極坐標(biāo)目標(biāo)Pr隨后由左陣列的實(shí)際極坐標(biāo)表現(xiàn)偏移，使得Pr = P^H1。右陣列濾波器隨后使用更新的Pr規(guī)格被解決，致使陣列極坐標(biāo)表現(xiàn)Hr。左陣列規(guī)格隨后由右陣列的實(shí)際極坐標(biāo)表現(xiàn)偏移，使得Pi=HJP1。左陣列濾波器隨后使用更新的P1規(guī)格而被解決。該迭代過(guò)程繼續(xù)，設(shè)計(jì)左陣列濾波器、更新右陣列規(guī)格、設(shè)計(jì)右陣列濾波器、更新左陣列規(guī)格等，直到目標(biāo)耳間表現(xiàn)在特定容差以內(nèi)。
[0124]^\\
[0125]示出了實(shí)施會(huì)話輔助系統(tǒng)的若干可能方式中的一些的非限制性示例在圖30和圖31中示出。圖30的組件200將陣列的左側(cè)的元件附著到左眼鏡腿部202。殼體210包括配合在腿部202上并且由配合到接納開(kāi)口 229和233的緊固件216和218被保持在一起的上半殼體212和下半殼體214。麥克風(fēng)元件230、231和232配合在下半部214中的腔體中?？梢允谴┛椎慕饘倨恋母癜?20覆蓋麥克風(fēng)以便于抑制對(duì)它們的機(jī)械損害?？椢锞W(wǎng)格蓋件222具有幫助減小由風(fēng)或毛發(fā)抵著麥克風(fēng)掃動(dòng)導(dǎo)致的噪聲的理想聲學(xué)特性。導(dǎo)體226承載麥克風(fēng)信號(hào)。相似的布置將被用于頭部的右側(cè)上。
[0126]圖31的組件300向耳塞302添加陣列。殼體310由配合到耳塞的適配器314承載。腔體316至318的每個(gè)承載六元件陣列的三個(gè)麥克風(fēng)元件中的一個(gè)。第七元件(如果包含)例如可由頸帶或頭帶承載?；蛘咂淇杀怀休d在眼鏡的梁上。
[0127]圖32的會(huì)話輔助系統(tǒng)90圖示了系統(tǒng)功能的方面，以及沿著多于一個(gè)設(shè)備的功能的分布。首先設(shè)備91包括陣列麥克風(fēng)、處理器和UI。設(shè)備91可以是電話外殼但不需要是；以下討論通常應(yīng)用于任何遠(yuǎn)程(即，非頭部安裝的)陣列系統(tǒng)。在每個(gè)麥克風(fēng)穿過(guò)偏置、增益和A/D電路之后，數(shù)字信號(hào)被傳遞至第一信號(hào)處理器I中。信號(hào)處理器I可以執(zhí)行諸如陣列處理、均衡和動(dòng)態(tài)范圍壓縮之類(lèi)的信號(hào)處理。UI I連接到處理器I以控制諸如陣列處理算法的那些特定參數(shù)。處理器I的輸出隨后傳遞至作為單獨(dú)設(shè)備92的一部分的第二信號(hào)處理器2，其例如可以是由用戶穿戴的耳機(jī)。信號(hào)處理器2可以執(zhí)行諸如陣列處理、均衡和動(dòng)態(tài)范圍壓縮之類(lèi)的信號(hào)處理。第二UI 2被連接到第二處理器2。第一和第二用戶接口(UI I和UI 2)兩者還可以連接到第一和第二處理器兩者以控制在兩個(gè)處理器上的參數(shù)。第一處理器可以包含在第一設(shè)備91中，而第二處理器可以包含在第二設(shè)備92中。
[0128]從第一處理器傳遞到第二處理器的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以經(jīng)由有線連接或經(jīng)由諸如藍(lán)牙無(wú)線電之類(lèi)的無(wú)線連接被傳輸。從任意用戶接口傳遞的控制數(shù)據(jù)可以經(jīng)由有線連接或諸如藍(lán)牙無(wú)線電之類(lèi)的無(wú)線連接被傳輸。在處理器上運(yùn)行的算法可以被組織，使得需要高計(jì)算復(fù)雜度的過(guò)程在具有實(shí)質(zhì)更多的電池容量或更大的物理尺寸的設(shè)備中的處理器上運(yùn)行。在第一設(shè)備中的第一處理器可以旁路第二處理器和第二設(shè)備，并且將數(shù)字音頻直接輸出到包含D/A和音頻放大器的第三設(shè)備93。設(shè)備93可以單不需要是具有用來(lái)接收來(lái)自設(shè)備91、92的數(shù)字信號(hào)的無(wú)線鏈接的有源耳塞。設(shè)備93的功能還可以被包含在設(shè)備91和/或設(shè)備92中。以此方式，附加的信號(hào)處理和用戶接口特征可以可用于用戶，如果他們選擇使用第二設(shè)備92。如果用戶并不選擇使用包括處理器2和UI 2的第二設(shè)備92，則處理器I和UI I將繼續(xù)提供一些功能。該靈活度可允許用戶僅在需要時(shí)利用僅在設(shè)備92中可用的先進(jìn)功能。
[0129]在一個(gè)示例中，指向性處理和均衡可以在處理器I上被完成并且由UII控制，但當(dāng)處理器2和UI 2經(jīng)由第二設(shè)備92被連接時(shí)，用戶將使能助聽(tīng)向上壓縮以及經(jīng)由智能電話對(duì)該算法的控制。在該示例中，第一設(shè)備91可以是頭戴陣列并且第二設(shè)備92可以是智能電話。
[0130]在另一示例處理器I中，UI I和連接的麥克風(fēng)和電路可在第一設(shè)備91中執(zhí)行陣列處理，而第二設(shè)備92可執(zhí)行向上壓縮以及其他助聽(tīng)類(lèi)處理。在該示例中，第二設(shè)備92包括處理器2、UI 2、左和右輔助麥克風(fēng)和電路、A/D以及放大器。在該示例中，第二設(shè)備92可以是在沒(méi)有第一設(shè)備91的情況下執(zhí)行助聽(tīng)類(lèi)信號(hào)處理的頭戴設(shè)備(例如，耳塞)，但當(dāng)?shù)谝辉O(shè)備91由用戶在無(wú)線鏈路上連接時(shí)，陣列處理隨后將在第一設(shè)備91中發(fā)生，其中陣列處理的信號(hào)輸出到第二設(shè)備92以用于回放。該示例是有利的，在于用戶可使用小的、頭戴設(shè)備92以用于助聽(tīng)，但隨后將遠(yuǎn)程設(shè)備91(例如，電話外殼實(shí)施例)與陣列處理連接以用于在嘈雜的情景時(shí)增加收聽(tīng)的益處。
[0131]會(huì)話輔助系統(tǒng)的另一非限制示例包括將系統(tǒng)使用為助聽(tīng)。遠(yuǎn)程陣列(例如，構(gòu)建在諸如蜂窩電話或蜂窩電話外殼或者眼鏡殼中的)可以被布置在接近于用戶處。由該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理(在一個(gè)或多于一個(gè)設(shè)備上，如上所述)完成如上所述的麥克風(fēng)陣列處理以及補(bǔ)償收聽(tīng)缺陷的信號(hào)處理兩者。這樣的系統(tǒng)可能不需要包括允許用戶實(shí)現(xiàn)不同規(guī)定處理的UI。例如，用戶可以想要使用不同的規(guī)定處理，如果陣列處理改變，或者如果不存在陣列處理。用戶可期望能夠基于環(huán)境的特性(例如，環(huán)境噪聲級(jí))調(diào)節(jié)規(guī)定處理。用于助聽(tīng)設(shè)備控制的移動(dòng)設(shè)備在2014年4月14日遞交的、名稱為“助聽(tīng)設(shè)備控制”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)14/258，825中公開(kāi)，該申請(qǐng)的公開(kāi)被全部并入本文。
[0132]若干實(shí)施方式已經(jīng)被描述。然而，將理解的是，可以做出附加的修改而不偏離本文描述的發(fā)明構(gòu)思的范圍，并且相應(yīng)地，其它實(shí)施例也處于以下權(quán)利要求書(shū)的范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種會(huì)話輔助系統(tǒng)，包括:麥克風(fēng)的雙向陣列，被布置在不包括任何陣列麥克風(fēng)的空間的外部，其中所述空間具 有左側(cè)、右側(cè)、前面和后面，所述陣列包括多個(gè)麥克風(fēng)的左側(cè)子陣列和多個(gè)麥克風(fēng)的右側(cè)子 陣列，其中每個(gè)麥克風(fēng)具有麥克風(fēng)輸出信號(hào)；處理器，從所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)；其中所述左耳音頻信號(hào)基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)和所述 右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建;并且其中所述右耳音頻信號(hào)基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)和所述 右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)而被創(chuàng)建。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述處理器包括用于在所述音頻信號(hào)的 創(chuàng)建中涉及的每個(gè)麥克風(fēng)的所述輸出信號(hào)的濾波器。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述濾波器使用至少一個(gè)極坐標(biāo)規(guī)格而 被創(chuàng)建，所述至少一個(gè)極坐標(biāo)規(guī)格包括作為頻率的函數(shù)的所述左側(cè)子陣列和所述右側(cè)子陣 列中的一者或兩者的理想化輸出信號(hào)的幅度和相位。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，包括針對(duì)每個(gè)子陣列的單獨(dú)極坐標(biāo)規(guī)格。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中極坐標(biāo)規(guī)格基于雙耳假人的每個(gè)耳朵的 極坐標(biāo)的頭部相關(guān)的傳遞函數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中極坐標(biāo)規(guī)格基于人的頭部的每個(gè)耳朵的 極坐標(biāo)的頭部相關(guān)的傳遞函數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中極坐標(biāo)規(guī)格基于模型。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述處理器基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列中 的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)和所述右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定 頻率之下的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建所述左耳音頻信號(hào)和所述右耳音頻信號(hào)兩者。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中在所述預(yù)定頻率之上，所述處理器僅基于 來(lái)自所述左側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建所述左耳音頻信號(hào)，并且僅基 于來(lái)自所述右側(cè)子陣列的所述麥克風(fēng)的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建所述右耳音頻信號(hào)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述左側(cè)子陣列被布置為接近于用戶的 頭部的左側(cè)而被穿戴，并且所述右側(cè)子陣列被布置為接近于所述用戶的頭部的右側(cè)而被穿 戴。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述左側(cè)子陣列麥克風(fēng)沿著所述空間的 所述左側(cè)被間隔開(kāi)，并且所述右側(cè)子陣列麥克風(fēng)沿著所述空間的所述右側(cè)被間隔開(kāi)。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中麥克風(fēng)的所述陣列進(jìn)一步包括沿著所 述空間的所述前面或者所述后面而被定位的至少一個(gè)麥克風(fēng)。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為衰減從相對(duì)于所述 陣列的主接收方向的預(yù)定通過(guò)角之外抵達(dá)所述麥克風(fēng)陣列的聲音。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，進(jìn)一步包括改變所述預(yù)定通過(guò)角的功能。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述預(yù)定通過(guò)角基于追蹤用戶的頭部 的移動(dòng)而被改變。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為處理所述麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在所述左耳音頻信號(hào)與所述右耳音頻信號(hào)之間的特定極坐標(biāo)的耳間聲級(jí)差(ILD) 和特定極坐標(biāo)的耳間相位差(iro)。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述處理器被配置為處理所述麥克風(fēng)信 號(hào)以創(chuàng)建在所述左耳音頻信號(hào)和所述右耳音頻信號(hào)中的特定極坐標(biāo)的ILD和特定極坐標(biāo)的 IPD，使聲音源如同處于與所述聲音源到所述陣列的實(shí)際角度不同的角度。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述麥克風(fēng)陣列具有確立所述陣列的所 述主接收方向的指向性，并且其中所述會(huì)話輔助系統(tǒng)進(jìn)一步包括改變所述陣列指向性的功 能。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用戶可操作輸入設(shè)備，所述用戶 可操作輸入設(shè)備被適配為被操縱以便于致使所述陣列指向性的變化。20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述用戶可操作輸入設(shè)備包括便攜計(jì) 算設(shè)備的顯示器。21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述陣列指向性被自動(dòng)改變。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述陣列指向性基于用戶的移動(dòng)而被改變。23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述陣列能夠具有多個(gè)指向性，并且其 中所述系統(tǒng)包括具有對(duì)應(yīng)于針對(duì)每個(gè)陣列指向性的定向角度的ILD和iro的雙耳陣列。24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述左側(cè)子陣列被耦合到被適配為保持 蜂窩電話的蜂窩電話外殼的左側(cè)，并且所述右側(cè)子陣列被耦合到所述蜂窩電話外殼的右 側(cè)。25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述陣列被限制為具有最大白噪聲增益 (WNG)〇26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)與一個(gè)或多個(gè)有源降噪(ANR) 電聲換能器一起使用，其中所述陣列具有指向性指數(shù)(DI)，并且其中由所述電聲換能器實(shí) 現(xiàn)的降噪的量等于或大于所述陣列的所述DI。27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的會(huì)話輔助系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)均具有處理器的單獨(dú)的物理設(shè) 備，其中所述設(shè)備經(jīng)由有線通信或無(wú)線通信而與彼此聯(lián)通。28.—種會(huì)話輔助系統(tǒng)，包括:麥克風(fēng)的雙向陣列，被布置在不包括任何陣列麥克風(fēng)的空間的外部，其中所述空間具 有左側(cè)、右側(cè)、前面和后面，所述陣列包括多個(gè)麥克風(fēng)的左側(cè)子陣列和多個(gè)麥克風(fēng)的右側(cè)子 陣列，其中每個(gè)麥克風(fēng)具有麥克風(fēng)輸出信號(hào)；處理器，從所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)；其中所述左耳音頻信號(hào)基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)和所述 右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào) 而被創(chuàng)建;并且其中所述右耳音頻信號(hào)基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)和所述 右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào) 而被創(chuàng)建；其中在所述預(yù)定頻率之上，所述處理器僅基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建所述左耳音頻信號(hào)，并且僅基于來(lái)自所述右側(cè)子陣列的所述麥克風(fēng)的 所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建所述右耳音頻信號(hào)；其中所述處理器被配置為處理所述麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在所述左耳音頻信號(hào)與所述右 耳音頻信號(hào)之間的特定極坐標(biāo)的耳間聲級(jí)差(ild)和特定極坐標(biāo)的耳間相位差(iro)。29.—種會(huì)話輔助系統(tǒng)，包括:雙向的麥克風(fēng)陣列，被耦合到便攜設(shè)備并且被布置在所述便攜設(shè)備上，所述陣列包括 多個(gè)麥克風(fēng)的左側(cè)子陣列和多個(gè)麥克風(fēng)的右側(cè)子陣列，其中所述麥克風(fēng)陣列具有確立所述 陣列的主接收方向的指向性，并且其中每個(gè)麥克風(fēng)具有麥克風(fēng)輸出信號(hào)；處理器，從所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)創(chuàng)建左耳音頻信號(hào)和右耳音頻信號(hào)；其中所述左耳音頻信號(hào)基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)和所述 右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào) 而被創(chuàng)建；其中所述右耳音頻信號(hào)基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)和所述 右側(cè)子陣列中的一個(gè)或多個(gè)所述麥克風(fēng)的、但只是在預(yù)定頻率之下的所述麥克風(fēng)輸出信號(hào) 而被創(chuàng)建；其中在所述預(yù)定頻率之上，所述處理器僅基于來(lái)自所述左側(cè)子陣列的麥克風(fēng)的所述麥 克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建所述左耳音頻信號(hào)，并且僅基于來(lái)自所述右側(cè)子陣列的所述麥克風(fēng)的 所述麥克風(fēng)輸出信號(hào)而創(chuàng)建所述右耳音頻信號(hào)；其中所述處理器被配置為處理所述麥克風(fēng)信號(hào)以創(chuàng)建在所述左耳音頻信號(hào)與所述右 耳音頻信號(hào)之間的特定極坐標(biāo)的耳間聲級(jí)差(ILD)和特定極坐標(biāo)的耳間相位差(iro);以及 用戶可操作輸入設(shè)備，被適配為被操縱以便于致使所述陣列指向性的變化。
【文檔編號(hào)】H04R25/00GK105981409SQ201580007892
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2015年2月10日
【發(fā)明人】J·D·艾希費(fèi)爾德, W·M·拉比諾維茨, W·貝拉迪, J·特羅特爾, M·謝伊
【申請(qǐng)人】伯斯有限公司