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CN108701449A - 耳机中的主动降噪的系统和方法 - Google Patents

耳机中的主动降噪的系统和方法 Download PDF

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CN108701449A CN201780013549.6A CN201780013549A CN108701449A CN 108701449 A CN108701449 A CN 108701449A CN 201780013549 A CN201780013549 A CN 201780013549A CN 108701449 A CN108701449 A CN 108701449A
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Abstract

提供了主动降噪(ANR)耳机和相关联的方法。除了由ANR耳机的处理器可执行的简档选择例程之外，ANR耳机可以包括用于存储多个简档的存储器，每个简档包括控制器信息和声学参数。简档选择例程可以被配置为标识佩戴ANR耳机的对象的声学特性，将对象的声学特性与多个简档的声学参数相比较，基于对象的声学特性与所选择的简档的声学参数的比较来从多个简档中选择简档，并且向ANR耳机的降噪电路提供所选择的简档的控制器信息。

Description

耳机中的主动降噪的系统和方法
技术领域
技术领域总体上涉及用于耳机的主动降噪(ANR)的系统和方法。
背景技术
降噪耳机通常通过生成噪声消除信号来阻挡来自对象的耳朵的环境噪声，噪声消除信号破坏性地干扰环境声音以在对象的耳道中消除它。这些降噪设备基于对象的耳道的假定的一组声学特性来生成噪声消除信号。
发明内容
根据一个方面，提供了一种主动降噪(ANR)耳机。ANR耳机包括：用于接收驱动器信号并且基于驱动器信号生成声音的扬声器；用于检测靠近扬声器的声音并且生成反馈音频信号的反馈麦克风；用于存储多个简档的存储器；每个简档包括控制器信息和声学参数；耦合到扬声器和反馈麦克风的降噪电路；耦合到降噪电路和存储器的处理器；以及由处理器可执行的简档选择例程。简档执行例程可以被配置为标识佩戴ANR耳机的对象的声学特性，将对象的声学特性与多个简档的声学参数相比较，基于对象的声学特性与所选择的简档的声学参数之间的比较来从多个简档中选择简档，并且向降噪电路提供所选择的简档的控制器信息。
在一个示例中，控制器信息可以包括指示至少反馈音频信号与驱动器信号之间的关系的信息。在这个示例中，降噪电路可以被配置为至少基于所选择的简档的控制器信息和反馈音频信号来生成驱动器信号，并且向扬声器提供驱动器信号。
在一个示例中，ANR耳机还包括用于检测环境声音并且生成前馈音频信号的前馈麦克风，并且其中每个简档中的声学参数包括以下中的至少一项：反馈音频信号与前馈音频信号之间的第一能量比、反馈音频信号与驱动器信号之间的第二能量比、反馈音频信号与前馈音频信号之间的第一传递函数、或反馈音频信号与驱动器信号之间的第二传递函数。
在一个示例中，多个简档包括默认简档和定制简档，并且其中简档选择例程还被配置为确定对象的声学特性是否与定制简档的声学参数相匹配。在该这个示例中，简档选择例程还可以被配置为至少部分通过响应于对象的声学特性与定制简档的声学参数相匹配而选择定制简档来选择简档，和/或至少部分通过响应于对象的声学特性与定制简档的声学参数不匹配而选择默认简档来选择简档。应当理解，ANR耳机还可以包括耦合到处理器的用户界面，其中处理器还被配置为经由用户界面来提供默认简档被选择的指示。
在一个示例中，简档选择例程还被配置为选择具有最适合对象的声学特性的声学参数的简档。在一个示例中，存储器还存储将对象的声学特性与多个简档相关联的查找表，并且其中简档选择例程还被配置为通过查找表来选择具有最适合对象的声学特性的声学参数的简档。在一个示例中，ANR耳机还包括用于从外部实体接收定制简档的接口，并且其中处理器还被配置为将定制简档存储在存储器中。
在一个示例中，ANR耳机还包括用于检测环境声音并且生成前馈音频信号的前馈麦克风，并且其中简档还包括反馈音频信号与前馈音频信号之间和/或反馈音频信号与驱动器信号之间的至少一个预期能量比。在这个示例中，简档选择例程还可以被配置为确定反馈音频信号与前馈音频信号之间和/或反馈音频信号与驱动器信号之间的至少一个实际能量比。简档选择例程还可以被配置为将至少一个预期能量比与至少一个实际能量比之间的差与阈值相比较。
在一个示例中，降噪电路还被配置为向扬声器提供测试驱动器信号，并且简档选择例程还被配置为将反馈音频信号与测试驱动器信号相比较以标识对象的声学特性。在这个示例中，测试驱动器信号可以包括例如响铃、音调或噪声中的一种。
在一个示例中，ANR耳机还包括耦合到处理器的用户界面，其中处理器还被配置为经由用户界面来提供所选择的简档的指示。
在一个示例中，ANR耳机还包括用于从外部实体接收音频信号的接口，并且其中控制器信息包括指示至少反馈音频信号、音频信号与驱动器信号之间的关系的信息。在这个示例中，降噪电路还可以被配置为至少基于所选择的简档的控制器信息、音频信号和反馈音频信号来生成驱动器信号，并且向扬声器提供驱动器信号。
在一个示例中，降噪电路包括专用集成电路。在一个示例中，降噪电路根据由处理器执行的软件在处理器内实现。在一个示例中，ANR耳机还包括前馈麦克风和耳塞，并且其中反馈麦克风和扬声器设置在耳塞内，并且其中前馈麦克风设置在耳塞的外部部分上。
根据一个方面，提供了一种ANR耳机。ANR耳机包括：用于接收驱动器信号并且基于驱动器信号生成声音的扬声器；用于检测靠近扬声器的声音并且生成反馈音频信号的反馈麦克风；用于存储多个简档的存储器，每个简档包括控制器信息；耦合到扬声器和反馈麦克风的降噪电路；耦合到降噪电路和存储器的处理器；以及由处理器可执行的简档选择例程。简档选择例程可以被配置为从多个简档中选择简档，向降噪电路提供所选择的简档的控制器信息。降噪电路可以被配置为至少基于所选择的简档的控制器信息和反馈音频信号来生成驱动器信号，并且向扬声器提供驱动器信号。
在一个示例中，ANR耳机还包括耦合到处理器以从外部实体接收输入的用户界面，并且其中简档选择例程被配置为基于来自外部实体的输入来选择简档。
在一个示例中，多个简档包括默认简档，并且其中简档选择例程还被配置为监测驱动器信号的稳定性并且响应于驱动器信号不稳定而选择默认简档。
根据一个方面，提供了一种消除ANR耳机的噪声的方法。该方法包括从反馈麦克风接收表示ANR耳机内的声音的反馈音频信号；标识佩戴ANR耳机的对象的声学特性；将对象的声学特性与声学参数相比较；基于对象的声学特性与所选择的简档的声学参数之间的比较来从多个存储的简档中选择简档，每个简档包括控制器信息和声学参数；至少基于所选择的简档的控制器信息和反馈音频信号来生成驱动器信号，并且向耳机中的扬声器提供驱动器信号。
在一个示例中，选择简档的动作包括确定对象的声学特性是否与所选择的简档的声学参数相匹配。
下面详细讨论这些示例性方面的其他方面、示例和优点。此外，应当理解，前述信息和以下详细描述都仅是各个方面的说明性示例，并且旨在提供用于理解所要求保护的对象的性质和特性的概述或框架。本文中公开的任何示例可以与任何其他示例组合。对“示例”、“一些示例”、“备选示例”、“各种示例”、“一个示例”、“至少一个示例”、“这个示例和其他示例”等的引用不一定是相互排斥的并且旨在表明结合这个示例描述的特定特征、结构或特性可以被包括在至少一个示例中。本文中的这样的术语的出现不一定都指代同一示例。
此外，如果本文档与通过引用并入本文的文档之间的术语使用不一致，则并入的参考文献中的术语用法是对本文档中的术语用法的补充。本文档中的术语用法占支配地位。另外，包括附图以提供对各个方面和示例的说明和进一步理解，并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图与说明书的其余部分一起用于解释所描述和要求保护的各方面和示例的原理和操作。
附图说明
下面参考附图讨论至少一个示例的各个方面，附图不旨在按比例绘制。包括这些附图以提供对各个方面和示例的说明和进一步理解，并且附图被并入本说明书并且构成本说明书的一部分，但是并不旨在作为任何特定示例的范围的定义。附图与说明书的其余部分一起用于解释所描述和要求保护的各方面和示例的原理和操作。在附图中，在各个图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相同的数字表示。为清楚起见，并非在每个附图中标记每个组件。在图中：
图1是示例ANR耳机的图示；
图2是示例ANR耳机的另一图示；
图3A和3B是示例ANR耳机的另一图示；
图4是一个示例ANR耳机的功能示意图；
图5是示出示例降噪过程的流程图；
图6是示出用于标识对象的声学特性的示例过程的流程图；
图7是示出用于标识对象的声学特性的示例过程的流程图；
图8是示出示例简档选择过程的流程图；
图9是示出另一示例简档选择过程的流程图；以及
图10是示出与参考对象上的默认反馈控制器的能量比相比较的反馈(FB)与前馈(FF)信号能量比的偏差的示例图。
具体实施方式
以下示例描述耳机中的主动降噪(ANR)的系统和方法，其通过采用针对对象耳道的声学信息而定制的更积极的噪声消除技术来改善降噪性能。例如，本文中公开的一些示例表明，耳道的声学特性在个体之间变化，并且可以通过针对对象的耳道的特定声学特性来定制生成噪声消除信号的控制器来提高降噪性能。然而，如果耳道声学特性改变(例如，不同的对象戴上ANR头戴式耳机)，则这些定制控制器可能变得不稳定。因此，一些示例包括能够标识对象的声学特性并且基于当前对象的所标识的声学特性来在一个或多个定制控制器之间切换的耳机。因此，可以在不牺牲用户兼容性的情况下提高降噪性能。
本文中讨论的方法和装置的示例不限于应用于以下描述中阐述的或附图中示出的组件的构造和布置的细节。该方法和装置能够在其他示例中实现并且能够以各种方式实践或执行。本文中提供的具体实现的示例仅用于说明性目的，而不旨在是限制性的。特别地，结合任何一个或多个示例讨论的动作、元素和特征在任何其他示例中不旨在从类似角色中被排除。
此外，本文中使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应当被视为限制。本文中以单数形式提及的对系统和方法的示例或映射或动作的任何引用也可以包含包括多个这些映射的示例，并且本文中对于任何示例或元素或动作的任何复数引用也可以包括仅包括单个元素的示例。单数或复数形式的引用并不旨在限制当前公开的系统或方法、其组件、动作或元素。本文中使用的“包括(including)”、“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、“涉及(involving)”及其变形表示包括其后列出的项目及其等同物以及附加项目。对“或”的引用可以被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个、多于一个和所有所描述的术语中的任何术语。
示例主动降噪耳机
本文中公开的各种示例在ANR耳机中实现定制控制器。图1示出了示例ANR耳机100，ANR耳机100基于接收的音频信号108和外部噪声106来向对象的耳朵102提供噪声消除的声音。如图所示，耳机100包括耳垫104、前馈麦克风110、反馈麦克风112和驱动器114。耳机100基于反馈控制器Kfb 116、前馈控制器Kff 118和音频控制器Keq 120的输出来为驱动器114生成驱动器信号。应当理解，也可以使用控制器116和118以及求和块122的备选布置。
在一些示例中，耳垫104结合耳机100的结构(例如，耳罩)可以通过将耳朵102和反馈麦克风112与外部噪声106隔离来提供至少一定程度的被动降噪(PNR)。当外部噪声106传播到耳朵102和反馈麦克风112时PNR对外部噪声106的影响由性能指标G2 124示出。到达耳朵102和反馈麦克风112的外部噪声可以通过来自驱动器114的破坏性地干扰噪声的声音来抵消。
如图所示，耳机100采用前馈控制技术和反馈控制技术两者来生成噪声消除信号。反馈控制回路可以包括反馈麦克风112、反馈控制器Kfb 116和驱动器114。在反馈控制回路中，被控制的性能指标可以是靠近被示出为性能指标G1 126的对象的耳道的声音。反馈麦克风112用作基于驱动器114施加的刺激来观察装置响应的传感器。因此，反馈控制器Kfb116可以被设计为基于反馈麦克风112检测到的声音来为驱动器114生成适当的驱动器信号。
采用前馈控制路径结合先前描述的反馈控制回路可以通过使得耳机100能够采取先发制人的动作消除将很快到达耳朵102的外部噪声106来改善耳机100的性能。前向控制路径可以包括前馈麦克风110、前馈控制器Kff 118和驱动器114。在前馈控制路径中，前馈麦克风110检测将到达耳朵102的干扰(例如，外部噪声106)，并且前馈控制器Kff 118为驱动器114生成用于调节即将发生的干扰的控制信号。前馈控制路径可以与反馈控制回路结合使用，例如，通过如求和块122所示对控制信号求和。应当理解，音频信号108和/或由音频控制器Keq 120提供的已滤波音频信号可以进一步与控制信号组合以主动地消除外部噪声106并且向对象播放音频信号108。
在一些示例中，耳机100存储针对对象的耳朵102的声学特性而定制的一个或多个定制控制器(例如，反馈、前馈和/或音频控制器)。采用定制控制器相对于适用于普通大众的通用控制器提供改进的性能。通用控制器需要在各种耳道声学特性之间保持稳定，并且因此通常为任何特定对象提供次优性能。例如，通用控制器可以基于所有对象中的最坏情况性能指标G1 126和/或G2 124来生成。针对对象来定制控制器消除了控制器必须在各种耳道声学响应之间保持稳定的这一约束，并且从而使得控制器的设计能够具有更好的性能。在仅用于说明的一个示例中，可以针对对象定制控制器增益，同时仍然满足稳定性的增益裕度约束。通过定制，可以在某些对象上增加控制器增益，从而获取更高的性能，同时仍然满足稳定性所需要的增益裕度约束。应当理解，这个示例是简化的情况，并且可以使用其他类型的定制控制器设计方法和/或定制控制器。
然而，如果存在由例如使用耳机的另一对象引起的耳朵(例如，控制回路中的性能指标)的声学特性的变化，则定制控制器可能变得不稳定。因此，在一些示例中，标识控制器被优化的一组声学特性的声学参数可以与控制器信息一起存储为简档。在这些示例中，耳机可以标识当前对象的各种声学特性，并且将所标识的声学特性与简档的声学参数相比较以确定特定控制器设计是否与当前对象兼容。耳机可以存储任何数目的简档并且当对象的声学特性改变时在简档之间切换。因此，耳机100可以采用定制的积极控制器，其提供性能改进，同时仍然与宽范围的耳道声学特性兼容。
受益于本公开内容的本领域普通技术人员应当理解，给定性能指标和期望的性能指标响应的知识，可以采用各种方法来初步生成定制的反馈和/或前馈控制器。例如，可以通过使设备适合给定用户并且调节参数以找到在没有不稳定性的情况下可实现的最大增益来手动设计控制器。自动化过程可以采用已修改设备，该设备向自动系统提供信息以在调节参数的同时播放测试音调、测量响应和检测不稳定性。关于如何创建定制简档的细节超出了本公开的范围。包括定制控制器的所完成的简档可以由耳机经由例如通信接口来接收并且本地存储在耳机中。应当理解，除了图1所示的前馈麦克风110、反馈麦克风112和/或驱动器114之外的组件也可以被采用以设计和/或选择定制控制器。例如，耳机100可以包括可以深入耳道中以测量管内压力以设计定制控制器的探针麦克风(未示出)。
在一些示例中，定制控制器可以具有定制频率响应。采用具有定制频率响应的控制器相对于仅采用定制增益的其他方法可能是有利的，因为它允许更大程度的自由度来为特定系统设计控制器。例如，仅增益调节可以仅提供相对于可以通过定制频率响应来实现的通用控制器的改进的一小部分。定制频率响应可以根据频率来控制增益，或者可以包括更复杂的定制频率响应，即，根据频率来控制相位和增益。
在至少一个示例中，定制控制器可以被构造成不完全消除外部噪声106的子集以提供选择环境声音(例如，人类语音)的自然听到。因此，耳机可以消除不想要的噪声，同时仍然提供对象态势感知。用于提供选择声音的自然听到的示例性已修改控制器在于2014年8月5日发布的题为“PROVIDING AMBIENT NATURALNESS IN ANR HEADPHONES”的美国专利8,798,283和于2014年3月26日提交的题为“COLLABORATIVELY PROCESSING AUDIO BETWEENHEADSET AND SOURCE”的美国专利申请号14/225,814中描述，这两者的每一个都通过引用整体并入本文。
耳机100具有各种潜在实现。在至少一些示例中，耳机100可以被构造为头戴式耳机。一种这样的耳机实现是图2所示的ANR头戴式耳机200。ANR头戴式耳机200包括由头带204连接的耳罩202。如图所示，每个耳罩202包括耳垫104、前馈麦克风110、反馈麦克风112和驱动器114。应当理解，除了求和块122和/或向处理器提供电力的电源(未示出)，ANR头戴式耳机还可以包括用于实现控制器116、118和120的处理器(未示出)。
如图2所示，前馈麦克风110设置在耳罩202的外部部分上以检测外部噪声，并且反馈麦克风112设置在耳罩中并且靠近驱动器114。应当理解，可以基于特定应用而采用前馈麦克风110、反馈麦克风112和驱动器114的其他布置。另外，耳罩202的形状和尺寸可以基于期望的设计而改变。例如，与包耳式头戴式耳机实现相反，在贴耳式头戴式耳机实现中可以采用较小的耳罩202。
ANR头戴式耳机200的构造可以基于特定实现来改变。例如，ANR头戴式耳机200可以被构造为单声道头戴式耳机并且仅使用附接到头带204的一个耳罩202。此外，单声道头戴式耳机还可以包括用于检测对象的语音的悬臂式麦克风。因此，ANR头戴式耳机200不限于任何特定实现。
在另一示例中，耳机可以被构造为如图3A和3B所示的入耳式ANR头戴式耳机。图3A示出了包括定位和保持结构302、驱动器模块304、尖端310、密封结构312和杆314的入耳式ANR头戴式耳机300的外部视图。参考图3B，示出了包括在驱动器模块304内的驱动器114和反馈麦克风112的入耳式ANR头戴式耳机300的截面图。应当理解，入耳式ANR头戴式耳机300还可以包括各种其他电子设备(未示出)，包括例如前馈麦克风和/或与外部设备无线通信的通信电路。
如图3A所示，定位和保持结构302包括从驱动器模块304延伸的外支腿306和内支腿308。外支腿308可以是弯曲的以大致遵循对象的耳朵的外耳后部的防螺旋壁的曲线。合适的定位和保持结构在于2012年8月21日发布的题为“EARPIECE POSITIONING ANDRETAINING”的美国专利号8,249,287中描述，其通过引用整体并入本文。
密封结构312密封对象的耳道以免受外部噪声的影响，从而为对象提供被动降噪。密封结构312可以包括当入耳式ANR头戴式耳机被推入对象的耳道中时向内偏转的适形的截头圆锥形结构。截头圆锥形结构符合外耳碗与耳道之间的过渡区域处的外耳的特征。合适的密封结构在于2014年5月27日发布的题为“EARPIECE PASSIVE NOISE ATTENUATING”的美国专利号8,737,669中描述，其通过引用整体并入本文。
在至少一个示例中，密封结构312与定位和保持结构302组合可以为入耳式ANR头戴式耳机300提供机械稳定性。因此，在一些示例中，不需要头带或其他装置来施加向内压力以便保持入耳式ANR头戴式耳机300。另外的入耳式ANR头戴式耳机配置在于2015年7月14日发布的题为“IN-EAR ACTIVE NOISE REDUCTION EARPHONE”的美国专利9,082,388中描述，其通过引用整体并入本文。
耳机可以包括用于促进噪声消除信号的生成的附加组件，如图4中的示例耳机400的功能示意图所示。耳机400包括经由音频电路422与前馈麦克风110、反馈麦克风112和驱动器114通信的控制电路420。如图所示，控制电路420包括处理器402、包括简档数据406的数据存储装置404、降噪电路408、通信接口410、音频接口412和用户界面414。应当理解，耳机400还可以包括可充电电池(未示出)和/或用于容纳向其他各种组件提供电力的一个或多个一次性电池(未示出)的插座。
如图4所示，处理器402耦合到数据存储装置404和各种接口410、412和414。处理器402执行一系列指令，这些指令产生存储在数据存储装置404中并且从数据存储装置404中检索的数据。数据存储装置404包括被配置为存储非暂态指令和数据的计算机可读和可写的非易失性数据存储介质。例如，介质可以是光盘、磁盘或闪存等，并且可以永久地固定到耳机400或从耳机400移除。
在一些示例中，降噪电路408被配置为通过生成噪声消除信号来主动地消除外部噪声。由降噪电路408执行的示例过程在下面参考示例降噪过程部分和图5-10更详细地描述。降噪电路408可以使用硬件或硬件和软件的组合来实现。例如，在一个示例中，降噪电路408被实现为存储在数据存储装置404内并且由处理器402执行的软件组件。在其他示例中，降噪电路408可以是耦合到处理器402的专用集成电路(ASIC)。因此，降噪电路408的示例不限于特定的硬件或软件实现。
在一些示例中，简档数据406包括由降噪电路408使用以生成噪声消除信号的数据。例如，简档数据406可以包括一个或多个简档，包括控制器信息和/或控制器信息针对其被优化声学参数。另外，简档还可以包括与控制器针对其被优化的特定对象相关联的名称或其他标识符。如图4所示，降噪电路408和简档数据406是分开的组件。然而，在其他示例中，降噪电路408和简档数据406可以被组合成单个组件或重新组织，使得一部分数据被包括在降噪电路408中。这些和图4所示的其他组件的这样的变化旨在落入本文中公开的示例的范围内。
如图4所示，耳机控制电路420包括若干系统接口组件410、412和414。这些系统接口组件中的每个被配置为与可以位于耳机400内或其他地方的一个或多个专用设备交换(例如，发送或接收)数据。这些专用设备可以包括例如按钮、开关、发光二极管(LED)、麦克风、扬声器和/或天线。接口410、412和414使用的组件可以包括硬件组件、软件组件或两者的组合。
在一些示例中，音频接口412的组件通过提供例如模数转换和数模转换来将一个或多个音频换能器(包括例如前馈麦克风110、反馈麦克风112和驱动器114)耦合到降噪电路408。降噪电路基于由处理器402或直接从数据存储装置404加载到其中的参数来生成输出音频信号。在一些示例中，音频接口412经由音频电路422将由降噪电路408生成的音频输出信号提供给驱动器114。音频电路422可以包括例如各种放大器和滤波器，以调节由音频接口412提供和/或从音频接口412接收的音频信号。在一些示例中，音频电路422的功能被并入音频接口412中，并且前馈麦克风110、反馈麦克风112和驱动器114直接耦合到音频接口412。在一些示例中，音频接口本身进一步并入降噪电路408中，其中集成组件提供输入和输出接口和放大，并且应用降噪和均衡滤波器Kfb、Kff和Keq。
在一些示例中，通信接口410的组件将处理器402耦合到其他设备。例如，通信接口410可以实现耳机控制电路420的处理器402与例如蜂窝电话、便携式媒体播放器、支持计算机的手表和/或个人计算机之间的通信。通信接口410可以支持各种标准和协议中的任何一种，包括例如和/或IEEE 802.11。耳机控制电路420可以执行一个或多个配对过程，以例如最初建立通信链路，如于2013年3月7日提交的题为“WIRELESS DEVICEPAIRING”的共同拥有的美国专利公开号2014/0256260中所描述的，其通过引用整体并入本文。
图4所示的用户界面414包括允许耳机400与诸如用户等外部实体通信的硬件和软件组件的组合。这些组件可以被配置为从诸如身体运动和/或语言语调等动作接收信息。可以在用户界面414内采用的组件的示例包括按钮、开关、发光二极管、触摸屏、显示器、存储的音频信号、语音识别、或者在与耳机400通信的支持计算机的设备上的应用。在一些示例中，用户界面414使用户能够选择特定简档。例如，用户界面414可以包括呈现简档列表的显示器，用户可以经由一个或多个滚动按钮和/或选择按钮来导航该简档列表。每个简档可以通过例如与控制方案相关联的名称来标识(例如，“John Doe的简档”)。
因此，各种系统接口允许耳机控制电路420在各种上下文中与各种各样的设备互操作。应当理解，可以基于耳机的特定结构和特征从耳机控制电路420移除各种接口。另外，可以调节或添加特定组件以适应耳机400的特定结构。
示例降噪过程
各种示例实现并且启用耳机可以用来提供主动降噪的过程。这些过程可以基于对象的声学特性来确定一个或多个积极控制器是否适合于使用耳机的对象。图5示出了一个这样的过程500，其包括标识对象的声学特性的动作502，基于对象的声学特性来选择简档的动作504，以及基于所选择的简档来生成噪声消除信号的动作506。
在动作502中，耳机标识使用耳机的对象的声学特性。例如，耳机可以通过标识驱动器与一个或多个麦克风之间的一个或多个关系来标识对象的声学特性。再次参考图1，耳机可以标识性能指标G1 126和/或性能指标G2 124的一个或多个特性。下面参考图6描述用于标识性能指标G1 126的一个或多个特性的示例过程，并且下面参考图7描述用于标识性能指标G2 124的一个或多个特性的示例过程。应当理解，耳机可以确定关于性能指标G1 126和/或性能指标G2 124的一个或多个特性。
在一些示例中，耳机基于特定环境条件来在确定性能指标G1 126的特性和确定性能指标G2 124的特性之间进行选择。例如，在存在大的外部噪声106的情况下，使用图7所示的过程来标识性能指标G2 124的特性可以更准确。在没有足够的外部噪声106的情况下，来自前馈麦克风110和反馈麦克风112的检测到的声音可以主要包括来自各种电子组件的噪声，这与性能指标G2 124无关。因此，当外部噪声106水平充分高于被设置为例如耳机内的一个或多个电子组件的本底噪声的阈值时，耳机可以选择确定性能指标G2 124的特性。然而，在高噪声环境中给定来自驱动器114的刺激的情况下，通过分析由反馈麦克风112检测到的声音来推断性能指标G1 126的特性可能更困难和/或更不准确。因此，当外部噪声106水平低于阈值水平时，耳机可以选择确定性能指标G1 126的特性。
再次参考图5，耳机在动作504中基于对象的所标识的声学特性来选择简档。每个简档可以包括例如预构建的控制器和/或控制器针对其被优化的一组相关联的声学参数。耳机可以通过将对象的所标识的声学特性与与各种存储的简档相关联的声学参数相比较来选择简档。下面参考图8-10描述用于选择简档的示例过程。
在动作506中，耳机基于所选择的简档来生成噪声消除信号。例如，耳机可以加载与所选择的简档相关联的控制器116和118，并且将所生成的控制信号提供给驱动器。
应当理解，耳机可以在过程500中执行动作502、504和506之前选择初始简档。在耳机启动时立即选择简档可以有利地最小化向用户提供噪声消除声音的任何感知延迟。例如，耳机可以采用适合于宽范围耳道的默认简档，并且随后执行过程500以通过在适当的情况下采用更合适的定制控制器来改善降噪性能。在另一示例中，耳机可以最初选择适合于特定对象的定制控制器并且监测控制回路的稳定性，同时执行过程500以在适当的情况下标识更合适的积极控制器。例如，耳机可以选择最常用的定制控制器作为初始控制器，并且在控制回路由于例如对象的声学特性与控制器针对其被设计的声学参数之间的不匹配而变得不稳定时切换到默认简档。
在一些示例中，耳机通过标识性能指标G1 126的一个或多个特性来标识对象的特性，如图1所示。可以通过经由驱动器114向系统提供已知刺激并且分析由反馈麦克风112检测到的系统的响应来标识性能指标G1 126的特性。图6中的过程600示出了一个这样的过程。过程600包括向驱动器提供测试信号的动作602、监测反馈麦克风的动作604、以及标识驱动器与反馈麦克风之间的关系的动作606。
在动作602中，耳机向驱动器提供测试信号。测试信号向系统提供已知刺激以引起可以在动作604中由反馈麦克风检测的系统响应。示例测试信号包括各种响铃、音调和/或噪声。测试信号可以本地存储在耳机的存储器中。应当理解，可以使用其他信号作为测试信号。例如，耳机可以从手持设备接收音频信号，并且采用接收的音频信号作为测试信号。在另一示例中，耳机可以采用由加载的控制器生成的控制信号。例如，耳机可以加载适合于各种各样的个人的通用控制器，并且测试信号可以是由控制器生成的驱动器信号。
在动作606中，耳机标识驱动器与反馈麦克风之间的关系。例如，耳机可以标识驱动器与反馈麦克风之间的传递函数(例如，传递函数G1 126)。如得益于本公开内容的本领域普通技术人员所理解的，给定已知刺激和已知响应，可以采用各种方法来标识传递函数(例如，黑盒系统标识方法)。在另一示例中，耳机可以确定驱动器与反馈麦克风之间的关系的近似值，以降低计算复杂度。例如，耳机可以在一系列频率上确定驱动器信号与反馈麦克风信号之间的能量比。能量比可以通过例如对信号执行快速傅里叶变换(FFT)操作并且确定每个频率的信号能量水平来确定。反馈麦克风信号的信号能量可以除以每个频率水平的测试信号的信号能量以生成能量比。
在一些示例中，耳机通过标识性能指标G2 124的一个或多个特性来标识对象的特性，如图1所示。可以通过将由前馈麦克风110检测到的外部噪声106与由反馈麦克风112检测到的已滤波外部噪声106相比较来标识性能指标G2 124的特性。图7中的过程700示出了一个这样的过程。过程700包括监测前馈和反馈麦克风的动作702和标识前馈麦克风与反馈麦克风之间的关系的动作704。
在动作702中，耳机监测由前馈和反馈麦克风检测到的声音。在动作704中，可以分析由前馈和反馈麦克风检测到的声音以确定关系。如上面参考图6中的动作606所述，可以采用各种方法来标识测量的刺激(例如，前馈麦克风检测到的外部噪声)与测量的响应(例如，反馈麦克风检测到的已滤波噪声)之间的关系。例如，可以导出前馈麦克风与反馈麦克风之间的等效传递函数，和/或可以确定反馈麦克风与前馈麦克风之间的能量比。
在一些示例中，耳机包括一个或多个定制简档，每个定制简档针对特定对象和/或对象子集而定制，以相对于适合于大部分人群的默认简档提供性能改进。因此，耳机通过将一个或多个定制简档的声学参数与对象的所标识的声学特性相比较来选择简档。用于选择简档的一个这样的过程由图8中的过程800示出。过程800包括将对象的声学特性与定制简档的声学参数相比较的动作802，确定所标识的声学特性是否与声学参数相匹配的动作804，选择默认简档的动作806，通知对象的动作808，以及选择定制简档的动作810。
在动作802中，耳机将对象的声学特性与与定制简档相关联的声学参数相比较。如前所述，对象的声学特性可以通过反馈麦克风与前馈麦克风之间和/或反馈麦克风与驱动器之间的能量比来标识。在这些示例中，每个简档的声学参数可以包括要与所标识的与对象相关联的能量比相比较的在特定频率的阈值能量比。参考图10，针对第一对象1002和第二对象1004示出了与参考对象上的默认反馈控制器的能量比相比的反馈(FB)与前馈(FF)信号能量比的偏差的示例图1000。如图10所示，第一对象1002和第二对象1004的能量比的偏差在100Hz到10kHz的整个范围内具有接近零的分贝平均值。然而，能量比偏差在特定频率范围内达到峰值。在一些示例中，与简档相关联的声学参数可以被存储为特定频率范围的阈值，如600Hz到900Hz之间的第一阈值1006和2000Hz到3000Hz之间的第二阈值1008所示。可以将阈值设置为通常在对象之间具有更多偏差的频率。再次参考图8，在动作804中，耳机确定定制简档的声学特性是否与定制简档的声学特性相匹配。例如，耳机可以确定与对象相关联的所标识的能量比偏差在由定制简档的声学参数指定的阈值内。如果耳机确定声学特性与定制简档相匹配，则耳机进行到动作810并且选择定制简档。否则，耳机进行到动作806并且选择默认简档。
在动作808中，耳机向对象通知默认简档被选择。耳机可以经由耳机的用户界面进行通知。例如，耳机可以照亮耳机上的一个或多个LED和/或经由显示器向用户呈现通知。在另一示例中，耳机可以播放预先记录的消息以向对象通知耳机正在使用默认控制器进行操作。另外，耳机可以向对象通知耳机已经存储有针对其的定制控制器的特定人员。例如，耳机可以播放预先记录的消息，该消息指出“这些耳机针对John Doe而被定制”。
在一些示例中，耳机包括多个定制简档，每个定制简档针对特定人群子集被定制。如前所述，被设计为在大部分人员之间稳定的控制器牺牲了控制器性能，而针对特定对象而设计的控制器以用户兼容性为代价具有更好的性能。多个简档每个可以被设计用于具有特定的一组相似声学特性的人群子集，并且从而达到控制器性能与用户兼容性之间的中值。例如，可以测量各种对象的声学特性，并且可以去除冗余的声学特性以标识一组声学特性以构建多个定制简档。用于从多个简档中选择适当简档的示例过程由图9中的过程900示出。过程900包括将对象的声学特性与定制简档相比较的动作902和选择最适合的定制简档的动作904。
在动作902中，耳机将对象的声学特性与简档的声学参数相比较。可以采用各种方法来比较对象的声学参数与简档的声学参数，如先前参考图8中的动作802所述。在至少一个示例中，耳机采用查找表来同时将对象的声学特性与多个简档的声学参数相比较。查找表可以基于例如驱动器114与反馈麦克风112之间的所存储的响应和/或性能指标G1 126的参数化版本来创建。查找表可以提供可以在动作904中选择的最适合的定制简档的指示。
在一些示例中，耳机可以调节在动作904中选择的定制简档的一个或多个参数以改善性能和/或稳定性。例如，查找表可以标识相应性能指标的频率响应最接近性能指标G1126和/或性能指标G2 124的频率响应的定制控制器。在这个示例中，耳机可以比较与定制简档相关联的设备的频率响应的大小与性能指标G1 126和/或性能指标G2 124的频率响应的大小以标识幅度间隙(如果有的话)。然后，耳机可以调节定制控制器增益，该增益与频率响应之间的所标识的幅度间隙相一致。应当理解，耳机可以执行最终检查以确保性能指标G1 126和/或性能指标G2 124的频率响应与与定制控制器相关联的性能指标(在幅度调节之后)的频率响应之间的任何剩余差异不违反任何稳定性约束。
本文中公开的每个过程描述了特定示例中的一个特定动作序列。被包括在这些过程中的每个过程中的动作可以由或使用如本文中讨论的专门配置的耳机来执行。一些动作是可选的，并且因此，可以根据一个或多个示例而被省略。另外，在不脱离本文中讨论的系统和方法的范围的情况下，可以改变动作的顺序，或者可以添加其他动作。另外，如上所述，在至少一个示例中，动作在特定的特别配置的机器(即，根据本文中公开的示例而配置的耳机)上执行。
已经如此描述了本公开的至少一个示例的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这些改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本公开的范围内。因此，前面的描述和附图仅是示例性的。

Claims (27)

1.一种主动降噪(ANR)耳机，包括：
扬声器，用于接收驱动器信号并且基于所述驱动器信号生成声音；
反馈麦克风，用于检测靠近所述扬声器的声音并且生成反馈音频信号；
存储器，用于存储多个简档，每个简档包括控制器信息和声学参数；
降噪电路，耦合到所述扬声器和所述反馈麦克风；
处理器，耦合到所述降噪电路和所述存储器；以及
简档选择例程，由所述处理器可执行并且被配置为：
标识佩戴所述ANR耳机的对象的声学特性；
将所述对象的所述声学特性与所述多个简档的所述声学参数相比较；
基于以下来从所述多个简档中选择简档：所述对象的所述声学特性与所选择的所述简档的声学参数之间的比较；以及
向所述降噪电路提供所选择的所述简档的控制器信息。
2.根据权利要求1所述的ANR耳机，其中所述控制器信息包括指示至少所述反馈音频信号与所述驱动器信号之间的关系的信息。
3.根据权利要求2所述的ANR耳机，其中所述降噪电路被配置为至少基于所述反馈音频信号和所选择的所述简档的所述控制器信息来生成所述驱动器信号，并且向所述扬声器提供所述驱动器信号。
4.根据权利要求1所述的ANR耳机，还包括用于检测环境声音并且生成前馈音频信号的前馈麦克风，并且其中每个简档中的所述声学参数包括以下中的至少一项：所述反馈音频信号与所述前馈音频信号之间的第一能量比、所述反馈音频信号与所述驱动器信号之间的第二能量比、所述反馈音频信号与所述前馈音频信号之间的第一传递函数、或者所述反馈音频信号与所述驱动器信号之间的第二传递函数。
5.根据权利要求1所述的ANR耳机，其中所述多个简档包括默认简档和定制简档，并且其中所述简档选择例程还被配置为确定所述对象的所述声学特性是否与所述定制简档的所述声学参数相匹配。
6.根据权利要求5所述的ANR耳机，其中所述简档选择例程还被配置为：至少部分通过响应于所述对象的所述声学特性与所述定制简档的所述声学参数相匹配而选择所述定制简档，来选择所述简档。
7.根据权利要求5所述的ANR耳机，其中所述简档选择例程还被配置为：至少部分通过响应于所述对象的所述声学特性与所述定制简档的所述声学参数不匹配而选择所述默认简档，来选择所述简档。
8.根据权利要求7所述的ANR耳机，还包括耦合到所述处理器的用户界面，并且其中所述处理器还被配置为经由所述用户界面来提供所述默认简档被选择的指示。
9.根据权利要求1所述的ANR耳机，其中所述简档选择例程还被配置为选择具有最适合所述对象的所述声学特性的声学参数的简档。
10.根据权利要求1所述的ANR耳机，其中所述存储器还存储将所述对象的所述声学特性与所述多个简档相关联的查找表，并且其中所述简档选择例程还被配置为通过所述查找表来选择具有最适合所述对象的所述声学特性的声学参数的简档。
11.根据权利要求1所述的ANR耳机，还包括用于从外部实体接收定制简档的接口，并且其中所述处理器还被配置为将所述定制简档存储在所述存储器中。
12.根据权利要求1所述的ANR耳机，还包括用于检测环境声音并且生成前馈音频信号的前馈麦克风，并且其中所述简档还包括所述反馈音频信号与所述前馈音频信号之间和/或所述反馈音频信号与所述驱动器信号之间的至少一个预期能量比。
13.根据权利要求12所述的ANR耳机，其中所述简档选择例程还被配置为确定所述反馈音频信号与所述前馈音频信号之间和/或所述反馈音频信号与所述驱动器信号之间的至少一个实际能量比。
14.根据权利要求13所述的ANR耳机，其中所述简档选择例程还被配置为将所述至少一个预期能量比与所述至少一个实际能量比之间的差与阈值相比较。
15.根据权利要求1所述的ANR耳机，其中所述降噪电路还被配置为向所述扬声器提供测试驱动器信号，并且所述简档选择例程还被配置为将所述反馈音频信号与所述测试驱动器信号相比较以标识所述对象的声学特性。
16.根据权利要求15所述的ANR耳机，其中所述测试驱动器信号包括响铃、音调或噪声中的一种。
17.根据权利要求1所述的ANR耳机，还包括耦合到所述处理器的用户界面，其中所述处理器还被配置为经由所述用户界面来提供所选择的所述简档的指示。
18.根据权利要求1所述的ANR耳机，还包括用于从外部实体接收音频信号的接口，并且其中所述控制器信息包括指示至少所述反馈音频信号、所述音频信号与所述驱动器信号之间的关系的信息。
19.根据权利要求18所述的ANR耳机，其中所述降噪电路还被配置为至少基于所选择的所述简档的所述控制器信息、所述音频信号和所述反馈音频信号来生成所述驱动器信号，并且向所述扬声器提供所述驱动器信号。
20.根据权利要求1所述的ANR耳机，其中所述降噪电路包括专用集成电路。
21.根据权利要求1所述的ANR耳机，其中所述降噪电路根据由所述处理器执行的软件在所述处理器内实现。
22.根据权利要求1所述的ANR耳机，还包括前馈麦克风和耳塞，并且其中所述反馈麦克风和所述扬声器被设置在所述耳塞内，并且其中所述前馈麦克风被设置在所述耳塞的外部部分上。
23.一种主动降噪(ANR)耳机，包括：
扬声器，用于接收驱动器信号并且基于所述驱动器信号生成声音；
反馈麦克风，用于检测靠近所述扬声器的声音并且生成反馈音频信号；
存储器，用于存储多个简档，每个简档包括控制器信息；
降噪电路，耦合到所述扬声器和所述反馈麦克风；
处理器，耦合到所述降噪电路和所述存储器；以及
简档选择例程，由所述处理器可执行并且被配置为：
从所述多个简档中选择简档；
向所述降噪电路提供所选择的所述简档的控制器信息；
其中所述降噪电路被配置为：
至少基于所选择的所述简档的所述控制器信息和所述反馈音频信号来生成所述驱动器信号；以及
向所述扬声器提供所述驱动器信号。
24.根据权利要求23所述的ANR耳机，还包括耦合到所述处理器以从外部实体接收输入的用户界面，并且其中所述简档选择例程被配置为基于来自所述外部实体的所述输入来选择所述简档。
25.根据权利要求23所述的ANR耳机，其中所述多个简档包括默认简档，并且其中所述简档选择例程还被配置为监测所述驱动器信号的稳定性并且响应于所述驱动器信号不稳定而选择所述默认简档。
26.一种用于主动噪声消除(ANR)耳机的消除噪声的方法，包括：
从反馈麦克风接收表示所述ANR耳机内的声音的反馈音频信号；
标识佩戴所述ANR耳机的对象的声学特性；
将所述对象的所述声学特性与声学参数相比较；
基于以下来从多个存储的简档中选择简档：所述对象的所述声学特性与所选择的所述简档的声学参数之间的比较，其中每个简档包括控制器信息和声学参数；
至少基于所述反馈音频信号和所选择的所述简档的所述控制器信息来生成驱动器信号；以及
向所述耳机中的扬声器提供所述驱动器信号。
27.根据权利要求26所述的方法，其中选择所述简档包括确定所述对象的所述声学特性是否与所选择的所述简档的声学参数相匹配。
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