CN101547389B - 头戴式耳机设备、信号处理设备和信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了头戴式耳机设备、信号处理设备和信号处理方法。一种头戴式耳机设备包括：声音再现单元，该声音再现装置具有膜片并且配置为基于声音信号执行声音再现；声音拾取单元，配置为执行声音拾取操作；滤波单元，配置为向由声音拾取单元获得的拾取声音信号应用滤波，以给予噪声消除信号特性；组合单元，配置为组合已经经历滤波的拾取声音信号与单独输入的收听声音信号，以生成被提供给声音再现单元的声音信号；以及异常确定单元，配置为基于对在声音信号处理系统内获得的声音信号进行的电平检测的结果来确定异常声音的发生与否，声音信号处理系统包括滤波单元和组合单元并且形成在声音拾取单元和声音再现单元之间。

Description

头戴式耳机设备、信号处理设备和信号处理方法

技术领域

本发明涉及具有噪声消除功能的头戴式耳机(headphone)设备和具有噪声消除功能的信号处理设备。另外，本发明涉及适合应用于噪声消除系统的信号处理方法。

背景技术

在现有技术中，所谓的噪声消除系统存在并且已经投入实际使用，这些噪声消除系统适用于头戴式耳机设备并且配置为主动消除在经由头戴式耳机设备再现诸如歌曲之类的内容的声音时听到的外部噪声。一般而言，存在用于这种噪声消除系统的两种方案：反馈方案和前馈方案。

例如，公开号为平3-214892的日本未审查专利申请描述了作为基于反馈方案的噪声消除系统的配置的以下配置。根据该配置，通过反转由如下麦克风单元拾取的声管(sound tube)内的噪声的相位来生成声音信号，并且该声音信号作为声音从耳机单元输出，从而减小外部噪声，所述麦克风单元设在用户耳朵上佩戴的声管内的耳机(头戴式耳机)单元附近。

另外，公开号为平3-96199的日本未审查专利申请描述了作为基于前馈方案的噪声消除系统的配置的配置，在该配置中，基本上向由附接到头戴式耳机设备的外壳的麦克风通过拾取声音而获得的声音信号给予基于预定传递函数(transfer function)的特性，并且由此得到的声音信号被从头戴式耳机设备输出。

当采用前馈方案和反馈方案中的任一种时，基于从外部噪声源到用户耳朵位置(噪声消除点)的声音的空间传递函数和诸如麦克风放大器/头戴式耳机放大器特性之类的各种传递函数，以在用户耳朵位置处消除噪声的方式来设置将为噪声消除而设置的滤波特性。

在当前情况下，通过模拟电路来配置用于噪声消除的滤波器(NC滤波器)。在将通过模拟电路来配置NC滤波器的情况下，例如为了适应不同噪声环境而可变地设置其滤波特性，提供具有不同滤波特性的多个滤波电路，并且在这些滤波电路之间进行切换以实现滤波特性的改变。但是，从电路安装区域等的观点出发，这种配置是不实际的。结果，在当前情况下，不可能改变滤波特性。

鉴于上述当前情况，本申请人先前已经提出一种作为用于可变地设置滤波特性的配置的配置，其中噪声消除滤波器由数字电路实现。就是说，使用例如FIR(有限脉冲响应)滤波器，通过数字滤波器来实现噪声消除滤波器。通过采用使用这种数字滤波器的噪声消除系统，可以通过改变滤波器配置或滤波系数来实现滤波特性的改变，并且与通过模拟电路来配置滤波器的情况相比可以简化配置。就是说，可以用实际的方式来达到用于实现滤波特性改变的配置。

发明内容

如上面已经描述的，应当基于构成系统的各单元的传递函数来适当地设置噪声消除系统中的NC滤波器的特性。就这点而言，在构成头戴式耳机设备的各单元当中，诸如驱动器单元(膜片(diaphragm)单元)和麦克风(用于噪声拾取)之类的声学部件对用户所听到的声音质量有极大影响。换言之，在设置NC滤波器的特性时应该着重于这些声学部件的特性。

然而，这些声学部件容易由于时间变化(恶化)或由于在特殊环境下(例如，在非通常假定的高压/低压环境或高温/低温环境下)使用而改变(变形)，这导致声学特性的改变。就是说，由于声学部件特性的这种改变，使得NC滤波器的初始适当设置的滤波特性变得不适当。

另外，在其中NC滤波器不是内建于头戴式耳机设备本身而是设在头戴式耳机设备可以附接于/与之分离的信号处理设备(例如，具有NC功能的音频播放机)一侧的噪声消除系统的情况下，如果用户错误地连接不兼容的头戴式耳机设备，那么构成该头戴式耳机设备的声学部件的特性变得与所假定的特性不同，这类似地使NC滤波器的特性变得不适当。

自然地，当NC滤波器的特性不适当时，不可能获得期望的噪声消除效果。

另外，除了无法获得噪声消除效果之外，还存在其他问题的风险。特别是在采用上述反馈方案作为噪声消除方案的情况下，因为NC滤波器的特性被这样变得不适当，因此反常声音的发生被加重，或者取决于情况，甚至不能排除引起振荡的可能。

同时，在上面的描述中已经提到NC滤波器是由数字滤波器实现的。在如上所述的通过数字滤波器来配置NC滤波器的情况下，当由于诸如故障之类的某种原因而在数字设备(例如DSP：Digital Signal Processor(数字信号处理器)、A/D转换器或D/A转换器)中发生诸如位移位(bitshift)之类的异常时，恐怕可能引起反常声音或振荡。

反常声音的发生使得用户不适。另外，一旦发生振荡，这使得这种头戴式耳机设备极不适于作为将用于用户耳朵的产品，因此希望预先防止这种问题的发生。

根据本发明一个实施例的头戴式耳机设备包括：声音再现装置，该声音再现装置具有膜片并且用于基于声音信号执行声音再现；声音拾取装置，用于执行声音拾取操作；滤波装置，用于向由所述声音拾取装置基于所述声音拾取操作得到的拾取声音信号应用滤波，以给出噪声消除信号特性；组合装置，用于组合已经经历由所述滤波装置进行的滤波的所述拾取的声音信号与作为将被用户听到的声音而单独输入的收听声音信号，以生成被提供给所述声音再现装置的声音信号；以及异常确定装置，用于基于对在声音信号处理系统内得到的声音信号的电平进行检测的结果来确定异常声音的发生与否，所述声音信号处理系统包括所述滤波装置和所述组合装置并且形成在所述声音拾取装置和所述声音再现装置之间。

另外，根据本发明一个实施例的信号处理设备包括：滤波装置，用于在头戴式耳机设备中向拾取声音信号应用滤波以给予噪声消除信号特性，所述头戴式耳机设备包括具有膜片并且用于基于声音信号执行声音再现的声音再现装置和用于执行声音拾取操作的声音拾取装置，所述拾取声音信号由所述声音拾取装置基于所述声音拾取操作获得；组合装置，用于组合已经经历由所述滤波装置进行的滤波的所述拾取的声音信号与作为将被用户听到的声音而单独输入的收听声音信号，以生成被提供给所述头戴式耳机设备的所述声音再现装置的声音信号；以及异常确定装置，用于基于对在声音信号处理系统内得到的声音信号的电平进行检测的结果来确定异常声音的发生与否，所述声音信号处理系统包括所述滤波装置和所述组合装置并且形成在所述声音拾取装置和所述声音再现装置之间。

另外，根据本发明一个实施例的信号处理方法是用于噪声消除系统的信号处理方法，所述噪声消除系统包括：滤波装置，用于在头戴式耳机设备中向拾取声音信号应用滤波以给予噪声消除信号特性，所述头戴式耳机设备包括具有膜片并且用于基于声音信号执行声音再现的声音再现装置和用于执行声音拾取操作的声音拾取装置，所述拾取声音信号由所述声音拾取装置基于所述声音拾取操作获得；组合装置，用于组合已经经历由所述滤波装置进行的滤波的所述拾取的声音信号与作为将被用户听到的声音而单独输入的收听声音信号，以生成被提供给所述声音再现装置的声音信号，所述信号处理方法包括基于对在声音信号处理系统内得到的声音信号的电平进行检测的结果来确定异常声音的发生与否，所述声音信号处理系统包括所述滤波装置和所述组合装置并且形成在所述声音拾取装置和所述声音再现装置之间。

当由于诸如麦克风和膜片之类的声学部件的特性的改变、数字设备中的故障等而在噪声消除系统中发生反常声音或者与振荡相关联的异常声音时，通过上述声音信号处理系统得到的信号电平也发生相应改变。因此，在本发明的实施例中，基于检测在如上所述的声音信号处理系统中得到的声音信号的电平来确定异常声音的发生与否。

这使得可以适当地确定噪声消除系统中的诸如由于诸如膜片单元或麦克风之类的声学部件的恶化/变形等而引起的反常声音或振荡之类的异常的发生与否，或者诸如由于数字设备中的故障等引起的反常声音或振荡之类的异常的发生与否。

如上所述，根据本发明的实施例，可以适当地确定噪声消除系统中的诸如由于诸如膜片单元或麦克风之类的声学部件的恶化/变形等而引起的反常声音或振荡之类的异常的发生与否，或者诸如由于数字设备中的故障等引起的反常声音或振荡之类的异常的发生与否。

这使得可以对应于发生了诸如反常声音或振荡之类的异常的情况采取适当的对策，从而使得可以实现这样一种出色的噪声消除系统，其不会由于反常声音而使得用户不适或者免于振荡的风险。

附图说明

图1A和图1B是各自示出根据反馈方案的头戴式耳机设备的噪声消除系统的模型示例的示图；

图2是示出在图1A和图1B中示出的噪声消除系统的特性的波德图(Bode diagram)；

图3A和图3B是各自示出根据前馈方案的头戴式耳机设备的噪声消除系统的模型示例的示图；

图4是示出根据第一实施例的头戴式耳机设备的内部配置的框图；

图5是图示出根据第一实施例的自检(self-check)操作的示图；

图6是示出根据第一实施例的用于实现自检操作(和操作切换控制)的过程的流程图；

图7是示出向正常操作的转变过程的细节的流程图；

图8是示出向异常时操作(abnormal-time operation)的转变过程的细节的流程图；

图9是示出根据第二实施例的头戴式耳机设备的内部配置的框图；

图10是图示出根据第二实施例的自检操作的示图；

图11是示出根据第二实施例的用于实现自检操作(和操作切换控制)的过程的流程图；以及

图12是图示出根据第三实施例的声音再现系统的配置的示图。

具体实施方式

将描述用于实现本发明的最佳模式(在下文中称作实施例)。

首先，在描述根据本实施例的配置之前，将描述噪声消除系统的基本概念。

<噪声消除系统的基本概念>

作为根据现有技术的噪声消除系统的基本方案，存在执行伺服控制的反馈(FB)方案，以及前馈(FF)方案。首先，将参考图1A和1B来描述FB方案。

图1A示意性地示出了位于头戴式耳机佩戴者(用户)的右耳(具有L(左)和R(右)声道的双声道立体声中的R声道)侧的基于FB方案的噪声消除系统的模型示例。

该情况下的头戴式耳机设备的R声道侧的结构如下：首先，在对应于右耳的壳体单元201中，在对应于佩戴了头戴式耳机设备的用户500的右耳的位置处设有驱动器202。驱动器202与具有膜片的所谓扬声器同义。当被声音信号的经放大输出驱动时，驱动器202输出声音以将声音释放到空间中。

利用该结构，在FB方案中，将麦克风203设在壳体单元201中接近于用户500的右耳的位置处。这样设置的麦克风203拾取从驱动器202输出的声音，以及从外部噪声源301进入壳体单元201并接着到达右耳的声音，即作为通过右耳听到的外部声音的壳内噪声302。壳内噪声302例如是在来自噪声源301的声音因为声压而从壳体单元的耳垫等中的间隙中泄漏时发生的，或者当头戴式耳机设备的外壳在接收到来自噪声源301的声压后发生振动并且该振动被传递到壳体单元的内部时发生的。

然后，根据由麦克风203通过声音拾取得到的声音信号，用于消除(衰减或降低)壳内噪声302的信号(消除声音信号)，例如具有相对于外部声音的声音信号成分的逆特性的信号被生成，并且该信号被反馈以与用于驱动驱动器202的必要声音的声音信号(音频源)相组合。结果，在设于壳体单元201中的对应于右耳的位置处的噪声消除点400处，来自驱动器202的输出声音的成分和外部声音的成分被组合以获得消除了外部声音的声音，并且由此得到的声音通过用户的右耳被听到。上面的结构也设在L声道(左耳)侧，从而得到作为对应于常见双(L和R)声道立体声的头戴式耳机设备的噪声消除系统。

图1B是示出基于FB方案的噪声消除系统的基本模型配置示例的框图。在图1B中，如在图1A中一样，只有对应于R声道(右耳)侧的配置被示出。相同的系统配置也设在L声道(左耳)侧。该图中示出的每个框表示对应于基于FB方案的噪声消除系统中的特定电路部分、电路系统等的单个特定传递函数，并且在这里将被称作“传递函数块”。写在每个传递函数块中的字符表示传递函数块的传递函数。每当声音信号(或者声音)通过传递函数块，写在传递函数块中的传递函数就被给出。

首先，由设在壳体单元201中的麦克风203拾取的声音被获得作为已经通过对应于麦克风203和麦克风放大器的传递函数块101(传递函数：M)的声音信号，所述麦克风放大器放大由麦克风203得到的电信号并输出该声音信号。已经通过传递函数块101的声音信号经由对应于FB(反馈)滤波器电路的传递函数块102(传递函数：-β)而被输入到组合器103。FB滤波器电路是设置为具有用于根据由麦克风203通过声音拾取得到的声音信号来生成上述消除音频信号的特性的滤波器电路。FB滤波器电路的传递函数被表示为-β。

这里假定音频源的声音信号S(其是诸如歌曲之类的内容)被均衡器均衡化。声音信号S经由对应于该均衡器的传递函数块107(传递函数：E)而被输入到组合器103。

之所以这样向声音信号S应用均衡是因为以下事实：在FB方案中，用于噪声拾取的麦克风203设在壳体单元201中，而且不仅噪声声音被拾取，来自驱动器202的输出声音也被拾取。就是说，因为麦克风203也这样拾取声音信号S的成分，因此在FB方案中也向声音信号S应用传递函数-β，并且这可能导致声音信号S的声音质量的劣化。因此，为了预先抑制由于传递函数-β引起的声音质量的劣化，通过均衡化向声音信号S提供期望的信号特性。

组合器103通过相加将上述两个信号组合在一起。这样组合后的声音信号被功率放大器放大并且作为驱动信号被输出到驱动器202，使得声音信号作为声音从驱动器202中输出。就是说，从组合器103输出的声音信号通过对应于功率放大器的传递函数块104(传递函数：A)，然后在作为声音被释放到空间中之前进一步通过对应于驱动器202的传递函数块105(传递函数：D)。驱动器202的传递函数D例如是由驱动器202的结构确定的。

从驱动器202输出的声音经由对应于从驱动器202到噪声消除点400的空间路径(空间传递函数)的传递函数块106(传递函数：H)而到达噪声消除点400，并且被与该空间中的壳内噪声302相组合。因此，从噪声消除点400到达例如右耳的输出声音的声压P被获得作为已经从中消除了从壳体单元201外部进入的来自噪声源301的声音的声压。

在图1B所示的噪声消除系统模型的系统中，令N是壳内噪声302并且令S是音频源的声音信号。那么，通过使用写在各传递函数块中的传递函数“M，-β，E，A，D和H”，由下面的[式1]来表示上述的输出声音的声压P。

[式1]

$P=\frac{1}{1+\mathrm{ADHM\&beta;}}N+\frac{\mathrm{AHD}}{1+\mathrm{ADHM\&beta;}}\mathrm{ES}$ …[式1]

现在注意表示壳内噪声302的N，在上面的[式1]中，N显然被由1/(1+ADHMβ)表示的系数所衰减。

但是，为了使[式1]所表示的系统在要降低噪声的频率范围中稳定工作而不发生振荡，需要满足下面的[式2]。

[式2]

$\left|\frac{1}{1+\mathrm{ADHM\&beta;}}\right|<1$ …[式2]

一般而言，考虑到基于FB方案的噪声消除系统中的各传递函数的乘积的绝对值是由1＜＜|ADHMβ|表示的，并考虑到根据经典控制理论的尼奎斯特稳定性标准，[式2]可被解释如下。

现在，考虑由(-ADHMβ)表示的系统，该系统是通过在图1B所示的噪声消除系统中的一点处切掉与壳内噪声302(N)有关的回路部分而得到的。该系统在这里将被称作“开环回路”。例如，当在对应于麦克风和麦克风放大器的传递函数块101和对应于FB滤波器电路的传递函数块102之间的点处切掉上述回路部分时，可以形成上述开环回路。

上述开环回路例如具有如图2的波德图所指示的特性。在该波德图中，水平轴表示频率，垂直轴的下半部分表示增益并且其上半部分表示相位。

在该开环回路的情况下，为了满足[式2]，基于尼奎斯特稳定性标准，需要满足下面两个条件。

条件1：在通过相位＝0deg.(0度)的点的瞬间，增益应当小于0dB。

条件2：在增益等于或者大于0dB的瞬间，不应当包括相位＝0deg.的点。

当上面两个条件1和2得不到满足时，正反馈被应用于回路，从而引起振荡(振鸣)。在图2中，示出了对应于上面的条件1的相位裕度Pa和Pb，以及对应于上面的条件2的增益裕度Ga和Gb。如果这些裕度较小，那么振荡的可能性取决于使用噪声消除系统所应用于的头戴式耳机设备的用户之间的各种个体差异、用户之间的关于如何佩戴头戴式耳机设备的变化等而增大。

例如在图2中，通过相位＝0deg.的点时的增益小于0dB，并且相应获得了增益裕度Ga和Gb。然而，例如如果在通过相位＝0deg.的点的瞬间增益变得等于或者大于0dB并因而不存在增益裕度Ga或Gb，或者如果在通过相位＝0deg.的点的瞬间增益小于0dB但是接近0dB从而使得增益裕度Ga或Gb变得较小，那么会发生振荡或者振荡的可能性会增大。

类似地，在图2中，在增益等于或者大于0dB的瞬间，相位＝0deg.的点未被通过，所以得到相位裕度Pa和Pb。然而，例如如果在增益等于或者大于0dB的瞬间，相位为0deg.的点被通过，或者相位接近于0deg.并且相位裕度Pa和Pb因而变小，那么会发生振荡或者振荡的可能性会增大。

接下来，将给出对以下情况的描述：其中，利用图1B所示的基于FB方案的噪声消除系统的配置，除了上面描述的消除(降低)外部声音(噪声)的功能之外，还通过头戴式耳机设备再现和输出必要的声音。

在这种情况下，必要的声音例如由作为诸如歌曲之类的内容的音频源的声音信号S表示。

声音信号S不限于音乐内容或其他这种类似内容的声音信号。例如，在噪声消除系统应用于听力辅助等的情况下，声音信号S是由设在外壳外部的用于拾取必要环境声音的麦克风(不同于设在噪声消除系统中的麦克风203)通过声音拾取获得的声音信号。另外，在噪声消除系统应用于所谓的头戴式耳机的情况下，声音信号S是例如由另一方经由诸如电话通信之类的通信接收到的语音的声音信号。就是说，声音信号S一般指根据头戴式耳机设备的预期应用而将被再现和输出的声音的类型。

首先，注意上述[式1]中的音频源的声音信号S。假定对应于均衡器的传递函数E被设置为具有由下面的[式3]表示的特性。

[式3]

E＝(1+ADHMβ)...[式3]

当沿着频率轴查看时，上面的传递函数E基本上是相对于上述开环回路的逆特性(1+开环回路特性)。将由[式3]表示的传递函数E代入[式1]得到[式4]，其表示图1B所示的噪声消除系统的模型中的输出声音的声压P。

[式4]

$P=\frac{1}{1+\mathrm{ADHM\&beta;}}N+\mathrm{ADHS}$ ...[式4]

在[式4]中的项ADHS中的传递函数A、D和H当中，传递函数A对应于功率放大器，传递函数D对应于驱动器202，并且传递函数H对应于从驱动器202到噪声消除点400的路径的空间传递函数。因此，可以认识到，如果壳体单元201中的麦克风203被放置于耳朵附近，那么关于声音信号S得到与没有噪声消除功能的通常耳机的特性等价的特性。

接下来，下面将描述基于FF方案的噪声消除系统。

图3A图示出基于FF方案的噪声消除系统的模型示例。如在图1A中一样，图3A示出对应于R声道一侧的配置。

在FF方案中，麦克风203设在壳体单元201的外部，使得从噪声源301到达的声音可被拾取。由麦克风203拾取的外部声音(即从噪声源301到达的声音)被拾取以获取声音信号，并且适当的滤波被应用于该声音信号，从而生成消除声音信号。然后，该消除声音信号被与必要声音的声音信号相组合。就是说，在电学上模拟从麦克风203的位置到驱动器202的位置的路径的声学特性的消除声音信号被与必要声音的声音信号相组合。

然后，这样通过组合消除声音信号和必要声音的声音信号而得到的声音信号被经由驱动器202输出。因此，作为在噪声消除点400处得到的声音，已经从中消除了从噪声源301进入壳体单元201的声音的声音被听到。

图3B示出了作为基于FF方案的噪声消除系统的基本模型配置示例的对应于一声道(R声道)侧的配置。

首先，由设在壳体单元201外部的麦克风203拾取的声音被获得，作为已经通过对应于麦克风203和麦克风放大器的传递函数块101的声音信号。

然后，已经通过传递函数块101的声音信号经由对应于FF(前馈)滤波器电路的传递函数块102(传递函数：-α)被输入组合器103。FF滤波器电路是设置为具有用于以下特性的滤波器电路：根据由麦克风203通过声音拾取得到的声音信号来生成上述消除音频信号。FF滤波器电路的传递函数被表示为-α。

在这种情况下，音频源的声音信号S被直接输入组合器103。

由组合器103组合后的声音信号被功率放大器放大并且作为驱动信号被输出到驱动器202，使得声音信号作为声音从驱动器202中输出。就是说，也是在这种情况下，从组合器103输出的声音信号通过对应于功率放大器的传递函数块104(传递函数：A)，然后在作为声音被释放到空间中之前进一步通过对应于驱动器202的传递函数块105(传递函数：D)。

然后，从驱动器202输出的声音经由对应于从驱动器202到噪声消除点400的空间路径(空间传递函数)的传递函数块106(传递函数：H)而到达噪声消除点400，并且被与该空间中的壳内噪声302相组合。

如传递函数块110所指示，在从噪声源301发出的声音进入壳体单元201之后、到达噪声消除点400之前，该声音被给予对应于从噪声源301到噪声消除点400的路径的传递函数(空间传递函数F)。同时，麦克风203拾取外部声音，即从噪声源301到达的声音。此时，如传递函数块111所指示，在从噪声源301发出的声音(噪声)到达麦克风203之前，该声音被给予对应于从噪声源301到麦克风203的路径的传递函数(空间传递函数G)。对于对应于传递函数块102的FF滤波器电路，在考虑到上述空间传递函数F和G的同时设置传递函数-α。

因此，从噪声消除点400到达例如右耳的输出声音的声压P被获得作为已经从中消除了从壳体单元201外部进入的来自噪声源301的声音的声压。

在图3B所示的基于FF方案的噪声消除系统模型的系统中，令N是从噪声源301发出的噪声并且令S是音频源的声音信号，那么，通过使用写在各传递函数块中的传递函数“M，-α，E，A，D和H”，由下面的[式5]来表示上述的输出声音的声压P。

[式5]

P＝-GADHMαN+FN+ADHS...[式5]

理想地，从噪声源301到噪声消除点400的路径的传递函数F由下面的式6给出。

[式6]

F＝GADHMα...[式6]

将[式6]代入[式5]使得右侧的第一项和第二项的消除。结果，输出声音的声压P可以由下面的[式7]表示。

[式7]

P＝ADHS...[式7]

这表明从噪声源301到达的声音被消除，使得只有来自音频源的声音信号被获得作为声音。就是说，在理论上，用户的右耳听到消除了噪声的声音。然而在实际上，构造可以给出完美满足[式6]的传递函数的完美FF滤波器电路是极其困难的。另外，通常认为个体之间在耳朵形状和头戴式耳机佩戴方式方面存在较大差异，并且噪声发生位置和麦克风位置之间的关系的改变等影响噪声减小效果，特别是关于中频和高频范围。因此，关于中频和高频范围，经常是以下情况：避免主动噪声减小处理，并且执行取决于头戴式耳机设备的壳体结构的主要为被动的声音隔离。

应当注意到，[式6]意味着从噪声源301到耳朵的路径的传递函数被包括传递函数-α的电子电路所模仿。

在图3A所示的基于FF方案的噪声消除系统中，麦克风203设在壳体的外部。因此，和在图1A所示的基于FB方案的噪声消除系统中不同，可以在壳体单元201中对应于听者耳朵位置的位置处任意地设置噪声消除点400。但是，在正常条件下，传递函数-α是固定的，并且在设计阶段，传递函数-α是针对某一目标特性而设计的。同时，耳朵的形状等根据不同用户而不同。因此，有可能未达到足够的噪声消除效果，或者有可能以非相反相位添加噪声成分，从而导致诸如反常声音发生之类的现象。

因此通常认为，虽然在FF方案的情况下振荡的可能性较低并且稳定性较高，但是难于实现足够的噪声减小(消除)。另一方面，虽然在FB方案的情况下可以期望较大的噪声减小，但是应当注意系统稳定性。因此，FB方案和FF方案具有其自己的独特特性。

<第一实施例>

[头戴式耳机设备的配置]

图4是示出根据本发明实施例的头戴式耳机设备1的内部配置的框图。

首先，头戴式耳机1设有麦克风MIC，作为对应于噪声消除系统的组件。如图所示，由麦克风MIC拾取的声音拾取信号被麦克风放大器2放大，然后在被提供给DSP(数字信号处理器)5之前被A/D转换器3转换为数字信号。在下文中，在A/D转换器3中被转换为数字信号的声音拾取信号还将被称作声音拾取数据。

在这种情况下，图4所示的头戴式耳机1支持反馈方案作为噪声消除方案。如参考上述图1A和图1B所将认识到的，在支持反馈方案的头戴式耳机设备中，麦克风MIC(图1A和图1B中的麦克风203)被提供以放置在壳体单元(201)中。具体而言，该情况下的麦克风MIC被提供用来拾取壳体单元内的声音，即噪声声音和来自驱动器DRV(图1A和图1B中的202)的输出声音。

另外，如稍后描述的图5所示，头戴式耳机1中包括的壳体单元是壳体单元1A。

另外，在图4中，例如从外部音频播放机提供的音频信号(声音信号)经由图中所示的音频输入端TAin被输入头戴式耳机1。从音频输入端TAin输入的声音信号经由A/D转换器4被提供给DSP 5。

DSP 5基于在图中所示的存储器8中存储的信号处理程序8a来执行数字信号处理，从而实现图中所示的各功能块的操作。

关于由DSP 5基于上述的信号处理程序8a执行数字信号处理而实现的各功能操作，为了方便描述，图4既示出了联系正常噪声消除操作而执行的功能操作，也示出了联系根据稍后描述的本实施例的自检操作而执行的功能操作。

在下文中，首先，将给出对联系正常噪声消除操作(声音再现)而执行的功能操作的描述。

联系正常噪声消除操作而执行的功能操作对应于图中所示各功能块当中的NC(噪声消除)滤波器5a、均衡器(EQ)5b和加法单元5c。

在对与正常操作相关联的这些功能块的以下描述中，其他功能块(自检单元5d、输入控制单元5e、操作切换控制单元5f和乘法单元5g)将被看作不存在。

首先，在正常噪声消除操作时，作为如图中均衡器(EQ)5b所指示的功能操作，均衡处理被应用于经由A/D转换器4从上述音频输入端TAin输入的音频信号(音频数据)。例如，均衡器5b可以通过例如FIR(有限脉冲响应)滤波器来实现。

如从先前描述的基本概念的描述所将明白的，在FB方案的情况下，因为用于噪声消除的滤波处理是在反馈回路内执行的，因此在被加入反馈回路的声音信号(即所输入的将被用户听到(感知到)的声音信号：收听声音信号)中恐怕可能发生声音质量劣化。如上述均衡器5b所指示的功能操作是为了防止声音信号的这种声音质量劣化而执行的。

另外，作为如图中所示NC滤波器5a所指示的功能操作，噪声消除信号特性被给予经由A/D转换器3从麦克风放大器2输入的上述声音拾取数据。NC滤波器5a通过例如FIR滤波器来配置。

另外，作为如图中加法单元5c所指示的功能操作，经上述均衡器5b处理过的音频数据和经上述NC滤波器5a处理过的声音拾取数据被加在一起。通过加法单元5c中的该加法处理而得到的数据被称为加法数据。该加法数据被与已被上述NC滤波器5a给予用于噪声消除的特性的声音拾取数据相加。因此，当通过上述驱动器DRV执行基于加法数据的声音再现时，由此得到的声音可被佩戴头戴式耳机1的用户感知为已经从中消除(除去)噪声成分的声音。

这样，在正常的声音再现时，基于收听声音信号的声音可被用户听到，同时使该声音被感知为已经从中消除在外部环境中生成的噪声成分的声音。

另一方面，DSP 5还实现自检单元5d、输入控制单元5e、操作切换控制单元5f和乘法单元5g的功能操作，作为联系稍后描述的自检操作而执行的功能操作。稍后将描述根据该实施例的这些功能操作。

在该实施例中，如图所示，警告声音数据8b被存储在存储器8中。稍后也将描述警告声音数据8b。

如上所述在DSP 5中得到的加法数据被提供给D/A转换器6并且被转换为模拟信号，然后在被提供给驱动器DRV之前被功率放大器7放大。

驱动器DRV包括膜片，并且膜片是基于从上述功率放大器7提供的声音信号(驱动信号)来驱动的，从而影响基于上述声音信号的声音输出(声音再现)。

微计算机10例如包括ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、CPU(中央处理器)等。微计算机10例如通过基于存储在上述的ROM中的程序执行各种控制处理和计算来控制整个头戴式耳机1。

如图所示，操作单元9连接到微计算机10。操作单元9例如包括提供用来在头戴式耳机1的外壳的外表面上出现的操作元件(未示出)。用户利用操作单元9进行各种操作输入。利用操作单元9输入的信息作为操作输入信息被发送到微计算机10。微计算机10基于所输入的信息执行必要的计算或控制。

例如，用于指示头戴式耳机1的电源的打开/关闭的电源按钮可被给出，作为装备到上述操作单元9的操作元件的一个示例。微计算机10根据对电源按钮的操作、基于从上述操作单元9提供的操作输入信息来执行对头戴式耳机1的电源的开/关控制。

[自检操作]

诸如驱动器DRV和麦克风MIC(所谓的传感器)之类的装备到头戴式耳机1的声学部件由于时间变化(恶化)或者由于在特殊环境下(例如在非通常假定的高压/低压环境或者高温/低温环境下)使用而经历结构改变(变形)，从而导致声学特性的改变。当如上所述的声学部件的特性发生改变时，NC滤波器5a的初始适当设置的滤波特性变得不再适当。

当NC滤波器5a的特性因此变得不再适当时，不仅变得不再可能获得期望的噪声消除效果，而且尤其在如在该示例中一样采用FB方案的情况中，反常声音的发生被恶化，或者取决于情况甚至无法排除引起振荡的可能。

另外，在该示例中，NC滤波器通过DSP 5而被实现为数字滤波器。在这种情况下，如果在数字设备(例如DSP 5、A/D转换器3或者D/A转换器6)中由于诸如故障之类的某种原因而发生诸如位移位之类的反常操作，恐怕可能引起反常声音或振荡。

反常声音的发生使得用户不适。另外，如果发生振荡并且振荡被维持，这使得这种头戴式耳机设备极不适于作为将用于用户耳朵的产品，因此需要预先防止这种问题的发生。

因此，该实施例例如采用针对诸如反常声音或振荡之类的由于上述原因而可以在噪声消除系统中发生的异常的发生与否进行检查的方法。另外，根据该检查的结果，当确定已经发生异常时采取对策来处理这种情况。

因此，在根据该实施例的头戴式耳机1中，如上面参考图4描述的自检单元5d、输入控制单元5e、操作切换控制单元5f和乘法单元5g的功能操作是由DSP 5执行的。

在下文中，将给出对由DSP 5执行的与自检操作相关联的各功能操作的描述。在以下描述中应当注意到，在图4中，关于由DSP 5实现的上述功能操作，示出为好像各功能块被以如下方式配置为硬件一样：例如，自检单元5d在NC滤波器5a、输入控制单元5e等上工作，操作切换控制单元5f在乘法单元5g上工作。然而，这是为了帮助理解DSP 5中包括的功能，并且应当仅仅看作由DSP 5基于程序(其在该情况下为信号处理程序8a)执行数字信号处理而实现的各功能操作的框图形式的概念性例示。

在图4中，首先，图中的自检单元5d执行稍后描述的自检操作以检查(确定)是否已经发生异常。

输入控制单元5e控制经由A/D转换器4输入的音频数据的输入。就是说，输入控制单元5e控制上述音频数据的输入/不输入。

操作切换控制单元5f根据自检单元5d的检查结果(确定结果)来切换DSP 5的操作，如稍后将描述。

乘法单元5g向已经经历由NC滤波器5a进行的滤波的声音拾取数据给予指定增益。由乘法单元5g给予的该增益是由如上述操作切换控制单元5f的功能操作来指定的。

图5是图示出由上述自检单元5d执行的自检操作的示图。

图5示出从图4所示的头戴式耳机1的组件当中提取出的与该示例中的自检操作有关的部分。具体而言，麦克风MIC、麦克风放大器2、A/D转换器3、DSP 5、D/A转换器6、功率放大器7和驱动器DRV被提取。

图5还示出头戴式耳机1的壳体单元1A内的驱动器DRV和麦克风MIC的相对放置。如图所示，该情况下的麦克风MIC与驱动器DRV一起被放置在壳体单元1A中。

在图5中，如由DSP 5实现的自检单元5d的功能操作可被再划分为音频不输入控制块5d1、滤波特性设置块5d2、A/D后和D/A前电平检测块5d3、A/D后和D/A前频率特性分析块5d4和异常确定块5d5。

首先，作为前提而假定：在该实施例中，当预定条件得到满足时(例如当头戴式耳机1的电源被开启时)，响应于微计算机10对DSP 5作出的操作开始指令而开始由自检单元5d进行的自检操作。就是说，响应于来自微计算机10的这种操作开始指令而开始由自检单元5d进行的操作。

将具体描述自检单元5d的操作。

首先，响应于来自上述微计算机10的操作开始指令，图中的音频不输入控制块5d1执行控制，使得来自A/D转换器4的音频数据的输入被上述图4所示的输入控制单元5e设置为不输入状态。就是说，响应于自检操作开始指令，首先通过如音频不输入控制块5d1的功能操作执行控制，使得收听音频数据不被加入反馈回路。

在图5中，图4中的均衡器5b和加法单元5c未被示出。这表明，由于上述音频不输入控制块5d1的操作，在自检操作时，不针对收听音频数据执行均衡处理和加入反馈回路。

接着，在上述的音频不输入控制之后，通过图中的滤波特性设置块5d2为NC滤波器5a设置用于检查的滤波特性。用于设置用于检查的滤波特性的参数信息例如被存储作为存储器8中的信号处理程序8a的一部分。上述滤波特性设置块5d2基于参数信息为NC滤波器5a设置用于检查的滤波特性。

在执行如上述音频不输入控制块5d1和滤波特性设置块5d2的操作之后，在头戴式耳机1中，在未包括收听音频信号成分的状态下执行噪声消除操作。就是说，收听音频信号成分未被用户听到，而是只有已经从中消除(降低)了噪声声音的声音(理想上没有声音)被用户听到。

在该实施例中，下面描述的检查操作是在没有包括音频信号成分的状态下(即，在没有向反馈回路加入音频信号成分的状态下)执行的，从而提高了对异常声音的存在与否的判定的精确度。

当如上述滤波特性设置块5d2的操作被执行时，从A/D转换器3提供给NC滤波器5a的声音拾取数据的电平和从NC滤波器5a提供给D/A转换器6的声音拾取数据的电平被A/D后和D/A前电平检测块5d3检测。

然后，关于从A/D转换器3提供给NC滤波器5a的声音拾取数据和从NC滤波器5a提供给D/A转换器6的声音拾取数据，它们相应的频率特性被A/D后和D/A前频率特性分析块5d4分析。具体而言，例如通过执行诸如FFT(快速傅立叶变换)之类的傅立叶变换，针对每个频率范围来分析(检测)幅度(电平)。可替代地，也可以通过使用多个BPF(带通滤波器)来针对每个频率范围执行电平检测。

另外，在A/D后和D/A前频率特性分析块5d4中的操作之后，由异常确定块5d5基于由A/D后和D/A前电平检测块5d3进行的电平检测的结果以及由A/D后和D/A前电平频率特性分析块5d4进行的频率分析的结果来执行异常确定。

基于由上述的A/D后和D/A前电平检测块5d3检测到的从A/D转换器3提供给NC滤波器5a的声音拾取数据(在下文中称作来自A/D转换器3的输出信号)的电平和从NC滤波器5a提供给D/A转换器6的声音拾取数据(在下文中称作到D/A转换器6的输入信号)的电平，以及由A/D后和D/A前电平频率特性分析块5d4检测到的关于来自A/D转换器3的输出信号的预定频率范围的电平(幅度电平)和关于到D/A转换器6的输入信号的预定频率范围的电平，异常判定块5d5确定诸如反常声音或振荡声音之类的异常声音的发生与否。

具体而言，确定上述的来自A/D转换器3的输出信号的电平和上述的到D/A转换器6的输入信号的电平是否等于或高于预先定义的预定阈值(第一阈值)。另外，确定上述的来自A/D转换器3的输出信号的预定频率范围的电平和上述的到D/A转换器6的输入信号的预定频率范围的电平是否等于或者高于预先定义的预定第二阈值。然后，如果即使在这四个确定中的至少一个中获得肯定的确定结果(就是说，如果检测到的电平等于或者高于预定阈值)，那么确定已经发生异常声音，并且如果在所有以上确定中确定结果都是否定的，那么确定尚未发生异常声音。

如上所述，在确定异常时，异常确定块5d5针对预定频率范围的幅度电平来执行确定处理。这是考虑到以下事实：可以在某种程度上估计其中发生反常声音或振荡声音的频率范围。就是说，在这种情况下，作为受到由异常确定块5d5进行的确定的频率范围，预期在实际配置中将在其中发生反常声音或振荡声音的范围可被设置。

另外，从该观点看来，作为上述的A/D后和D/A前频率特性分析块5d4在这种情况下的操作，仅至少针对预期将在其中发生反常声音或振荡声音的上述预定频率范围执行电平检测就够了，而非如上所述针对每个频率范围执行电平检测。在该情况下也可以获得相同的效果。

利用具有如上所述的各功能的自检单元5d，可以在实际执行声音再现操作(噪声消除/收听声音的再现)之前预先检查诸如反常声音或振荡之类的异常的发生/未发生。

在该实施例中，在上述自检单元5d进行检查之后，基于检查结果(即关于异常的存在/不存在的确定结果)，由图4所示的操作切换控制单元5f在正常操作模式与对应于反常情况的操作模式之间进行切换。

在图4中，如果自检单元5d确定没有异常(异常声音尚未发生)，那么操作切换控制单元5f执行用于转变为正常操作模式的控制。

就是说，首先，为NC滤波器5a设置用于音频再现的滤波特性。用于设置这种用于音频再现的滤波特性的参数信息也存储在存储器8内的信号处理程序8a的一部分中，并且NC滤波器5a基于参数信息为NC滤波器5a设置上述用于音频再现的滤波特性。

然后，在设置这种滤波特性之后，操作切换控制单元5f执行控制以使得来自A/D转换器4的音频数据被输入控制单元5e输入。

然后，NC滤波器5a、均衡器5b和加法单元5c被激活，使得上面描述的正常噪声消除操作(包括收听音频数据的再现)被开始。

另一方面，如果自检单元5d确定存在异常(异常声音已经发生)，那么操作切换控制单元5f执行用于转变为异常时操作模式的控制。

就是说，首先执行系统重置。就是说，重新启动DSP 5，以重置DSP5本身的设置。

接下来，通过乘法单元5g，执行控制以使得被给予反馈回路的增益被设为较低值。具体而言，在这种情况下，通过向乘法单元5g给予小于1的预定值的系数，低于正常操作时增益的增益被设置。

然后，执行控制使得向用户进行警告通知。就是说，通过例如在加法单元5c中添加存储器8中存储的警告声音数据，基于警告声音数据的声音被从驱动器DRV输出。

将被记录作为上述警告声音数据8b的声音例如可以是用于通知在系统中已经发生异常的嘟嘟声或导引语音(消息语音)。

应当注意到，上述的警告声音数据的组合可以针对最后被提供给D/A转换器6的任何声音数据来执行，这种声音数据例如是在由NC滤波器5a进行的滤波处理之前或之后的声音数据、在由均衡器5b进行的均衡处理之前或之后的声音数据或者在由加法单元5c进行的加法处理之后的声音数据。

在已经执行上述的用于系统重置、增益设置(调节)和警告通知的控制之后，如在上面描述的正常操作模式的情况下一样，操作切换控制单元5f执行对以下操作的控制：音频再现的滤波特性的设置、音频数据的输入，以及NC滤波器5a、均衡器5b和加法单元5c的操作的开始。

通过操作切换控制单元5f的上述操作，当在异常时操作模式下时，在系统被重置并且警告被给予用户之后，在为反馈回路设置了低于正常操作时增益的增益的状态下执行包括音频再现的噪声消除操作。

图6中的流程图示出用于实现根据上述第一实施例的自检操作(包括操作切换控制)的过程。

在图6中，用于实现根据第一实施例的自检操作的过程被示出为由DSP 5基于信号处理程序8a而执行的过程。

在图6中，首先在步骤S101中等待来自微计算机10的检查操作开始指令。就是说，等待由微计算机10响应于例如如上所述的电源打开操作而作出的检查操作开始指令。

当上述检查操作开始指令被作出时，在步骤S102中，音频数据不输入控制处理被执行。就是说，通过控制例如作为图4所示的输入控制单元5e的开关，来自A/D转换器4的收听音频数据被切换为不输入状态。

在后续的步骤S103中，用于检查的滤波特性被设置。就是说，基于在存储器8中存储的参数信息，用于检查的滤波特性被设置为NC滤波器5a的滤波特性。

在下一步骤S104中，声音拾取信号输入和NC滤波器操作开始处理被执行。就是说，开始从A/D转换器3输入声音拾取数据，并且开始由NC滤波器5a对该声音拾取数据进行滤波。

在这种情况下，因为未针对收听音频数据执行声音再现，因此未执行如加法单元5c的操作，并且将已经被上述NC滤波器5a应用滤波的声音拾取数据提供给D/A转换器6。

在后续的步骤S105中，检测来自A/D转换器3的输出信号的电平。

然后，在下一步骤S106中，检测去往D/A转换器6的输入信号的电平。

另外，在下一步骤S107中，对来自A/D转换器3的输出信号执行频率分析，并且在下一步骤S108中，对去往D/A转换器6的输入信号执行频率分析。

在后续的步骤S109中，确定来自A/D转换器3的输出信号的电平是否过高。就是说，确定来自A/D转换器3的输出信号的电平是否等于或者高于预先设置的第一阈值。

如果在步骤S109中获得的否定确定结果表明来自A/D转换器3的输出信号的电平不是等于或者高于第一阈值，那么在步骤S110中确定去往D/A转换器6的输入信号的电平是否过高(等于或者高于上述的第一阈值)。如果在步骤S110中获得的否定确定结果表明上述去往D/A转换器6的输入信号的电平不是等于或者高于第一阈值，那么处理前进到步骤S111。

在步骤S111中，确定来自A/D转换器3的输出信号的预定频率范围的电平是否过高。就是说，确定来自A/D转换器3的输出信号的电平是否等于或者高于预先设置的第二阈值。如果在步骤S111中获得的否定确定结果表明来自A/D转换器3的输出信号的预定频率范围的电平不是等于或者高于第二阈值，那么在步骤S112中确定D/A转换器6的输入信号的预定频率范围的电平是否过高(等于或者高于上述的第二阈值)。

如果在步骤S112中获得的否定确定结果表明上述去往D/A转换器6的输入信号的预定频率范围的电平不是等于或者高于第二阈值，那么处理如图所示前进到步骤S113，并且执行向正常操作的转变处理。就是说，根据在上述步骤S110至S113中所有确定处理中获得的否定确定结果，执行向正常操作的转变处理。

另一方面，如果在上述步骤S110至S113中任一确定处理中获得肯定的确定结果，就是说，如果这些电平之一被确定为过高，那么处理前进到步骤S114，在步骤S114中执行向异常时操作的转变处理。

当上述的步骤S113或步骤S114中的转变处理被执行时，根据按照本实施例的自检操作(和操作切换控制)的处理结束。

图7和图8图示出上述的步骤S113和S114中的各转变处理的细节。

图7图示出在上述的步骤S113中的向正常操作的转变处理。

首先，在步骤S201中，设置用于音频再现的滤波特性。就是说，基于存储在存储器8中的参数信息，为NC滤波器5a设置用于音频再现的滤波特性。

然后，在后续的步骤S202中，执行音频数据输入开始处理。就是说，通过控制例如作为输入控制单元5e的开关，开始从A/D转换器输入收听音频数据。

另外，在下一步骤S203中，开始均衡器5b、NC滤波器5a和加法单元5c的操作。

通过这些处理，开始上面描述的正常噪声消除操作(正常操作模式)。

图8图示出步骤S114中的向异常时操作的转变处理的细节。

在图8中，首先在步骤S301中，作为系统重置处理，执行重新启动DSP 5的处理以重置DSP 5的设置。

然后，在步骤S302中，执行控制以使得将给予反馈回路的增益被设置为低。具体而言，通过向乘法单元5g提供小于1的预定值的系数，设置了低于正常操作时增益的增益。

在后续的步骤S303中，执行警告通知处理。具体而言，通过在例如加法单元5c中添加存储器8中存储的警告声音数据，从驱动器DRV输出基于该警告声音数据的声音。

在执行步骤S303中的处理之后，如图所示执行与步骤S201至S203中那些处理相同的处理。因此，如果通过自检操作确定存在异常，那么在重置系统之后，向用户作出警告，并且为反馈回路设置低于正常操作时增益的增益。在这种状态下，执行包括音频再现的噪声消除操作(异常时操作模式)。

利用根据上面描述的该实施例的自检操作，可以在实际执行声音再现之前预先检查诸如反常声音或振荡之类的异常的发生与否。这使得可以在例如当将发生诸如反常声音或振荡之类的异常时的情况下预先采取适当对策，从而实现这样一种优良的噪声消除系统：其不会由于反常声音而使得用户不适或者免于振荡的风险。

在该实施例中，作为具体对策，在如上所述重置系统之后，向用户提供警告，设置低于正常操作时增益的增益，并且在该状态下执行音频再现和噪声消除操作。

通过执行系统重置，在反常声音或振荡的原因是数字设备中的异常的情况下，这可以得到解决，从而使得可以防止在此之后发生异常声音。

通过作出警告通知，可以可靠地向用户通知已经检测到异常的事实。

通过将增益设置为低，可以实现对由反常声音引起的不适的降低，或者在发生振荡的情况下可以实现对用户耳朵的保护。

应当注意到，因为在检测到已经实际发生的异常声音之后执行根据该示例的自检操作，因此用户可能瞬间听到轻微的异常声音。然而，通过采取这些对策(具体而言，系统重置和低增益的设置)，可以防止异常声音在此后被连续听到(或者降低异常声音)。在这方面，可以适当地实现用户不适的降低和对用户耳朵的保护。

另外，在该实施例中，在进行设置以使得在不包含关于收听音频数据的再现声音的状态下执行噪声消除操作之后，执行自检操作。这使得可以提高异常的发生与否的确定准确性。

<第二实施例>

接下来，将描述本发明的第二实施例。

图9是示出根据第二实施例的头戴式耳机15的内部配置的框图。在下文中，与上面已经描述的那些相同的部分由相同的标号表示并且其描述被省略。

第二实施例表示对上面参考第一实施例描述的自检操作的部分修改。在这一方面，在根据第二实施例的头戴式耳机15中，根据上述第一实施例的头戴式耳机1中的自检单元5d被修改为自检单元5h。

这种情况下的DSP 5还被给予如图所示的输入控制单元5i的功能。在输入自A/D转换器3并且分支输入到NC滤波器5a和自检单元5h的多条声音拾取数据当中，输入控制单元5i控制被输入到NC滤波器5a的声音拾取数据的输入(输入/不输入)。

根据一不同于第一实施例中功能操作的功能操作被DSP 5实现这一事实，信号处理程序8c而不是信号处理程序8a在这种情况下被存储在存储器8中。

图10是图示出根据第二实施例的自检操作的示图，该自检操作是由上述自检单元5h实现的。

还是在图10中，如在上面的图5中一样，在图9所示的头戴式耳机15的组件当中提取并示出与自检操作有关的部分。

还是在该图中，还示出头戴式耳机15的壳体单元1A中的驱动器DRV和麦克风MIC的相对放置。如从该相对放置所显见，根据第二实施例的头戴式耳机15也采用FB方案作为噪声消除方案。

在根据第二实施例的自检操作中，在执行不包括音频再现的噪声消除(NC)操作的状态下检测声音信号电平之前，预先在NC操作关闭的状态下检测外部噪声的电平作为基准电平，并且基于基准电平与在实际执行NC操作时检测到的声音信号电平之间的差异来确定是否已经发生异常声音。

首先，关于自检单元5h在这种情况下具有的功能，因为如图中的音频不输入控制块5d1的功能与上面第一实施例情况下的功能相同，因此其描述将不被重复。通过如音频不输入控制块5d1的该功能操作，响应于检查操作开始指令而执行控制，使得收听音频数据的输入变为不输入状态。

然后，在该情况下，在执行如上述音频不输入控制块5d1的操作之后，由外部噪声电平检测块5h1来检测外部噪声声音的电平。

作为外部噪声电平检测块5h1，首先由输入控制单元5i执行控制，使得来自AD转换器3的声音拾取数据不被输入到NC滤波器5a。因此，反馈回路被关断，使得针对由麦克风MIC拾取的外部噪声声音的消除操作不被执行(NC操作被关闭)。

然后，检测来自A/D转换器3的输入信号的电平。

将这样检测到的来自A/D转换器3的输入信号的电平信息存储到存储器8中，作为在稍后描述的异常确定时充当基准电平的信息。

在作为上述外部噪声电平检测块5h1的操作之后，执行滤波特性设置块5d2的操作。就是说，如上面参考第一实施例描述的，为NC滤波器5a设置用于检查的滤波特性。

接下来，通过NC开启时A/D后和D/A前电平检测块5h3，在NC操作开始的状态下，检测来自A/D转换器3的输出信号电平和去往D/A转换器6的输入信号电平。具体而言，在由输入控制单元5i执行控制以使得来自A/D转换器3的声音拾取数据被输入到NC滤波器5a之后，并且在利用NC滤波器5a进行的滤波被开始之后，来自A/D转换器3的输出信号电平和去往D/A转换器6的输入信号电平被检测。

另外，NC开启/关闭时电平差计算块5h3计算如上所述在存储器8中存储的基准电平(外部噪声电平)与由上述NC开启时A/D后和D/A前电平检测块5h3检测到的电平之间的差异。具体而言，计算[Lev1-LevR]和[Lev2-LevR]，其中LevR表示上述基准电平，Lev1表示由上述NC开启/关闭时电平差计算块5d3检测到的来自A/D转换器3的输出信号电平，并且Lev2表示去往D/A转换器6的输入信号电平。

然后，异常确定块5h4基于这样计算出的电平差的信息来执行异常确定。就是说，确定基于上述[Lev1-LevR]的电平差和基于上述[Lev2-LevR]的电平差是否过小，并且如果确定这两个电平差之一过小，那么获得表明存在异常声音的确定结果，并且如果确定这两个电平差都不过小，那么获得表明不存在异常声音的确定结果。

具体而言，关于基于上述[Lev1-LevR]的电平差和基于上述[Lev2-LevR]的电平差中的每一个是否过小的确定是通过确定该电平差的值是否等于或者小于预先定义的预定阈值(称作第三阈值)来进行的。

应当注意到，例如当基于上述[Lev1-LevR]的电平差和基于上述[Lev2-LevR]的电平差的值被确定为过小时，例如当这些值变为负值时，认为NC操作时的声音信号电平已经由于反常声音或振荡而变得过高。因此，如在第一实施例中一样，上述异常确定块5h4的操作还使得可以适当地确定由反常声音或振荡的发生而引起的异常声音的发生与否。

如从在上面描述的图9中示出操作切换控制单元5f、乘法单元5g和警告声音数据8b的事实可以认识到，还是在第二实施例中，在通过自检操作就异常的存在/不存在作出确定之后，基于确定结果，以与在第一实施例中相同的方式作出向正常操作模式/异常时操作模式的转变。因为已经描述了关于这种操作的细节，所以将不重复其描述。

图11中的流程图示出用于实现根据上述第二实施例的自检操作的过程。在图11中，用于实现根据第二实施例的自检操作的过程被示出为由DSP 5基于信号处理程序8c执行的过程。

在图11中，为了阐明与根据第一实施例的处理的差异，与上面参考图6描述的那些处理相同的处理由相同的步骤号表示。

还是在图11中，首先在步骤S101中等待来自微计算机10的检查操作开始指令。当上述检查操作开始指令被作出时，在步骤S102中，音频数据不输入控制处理被执行。

然后，在该情况下中，在执行上述步骤S102中的不输入控制处理之后，在步骤S401中执行反馈回路关闭处理。就是说，通过控制例如作为图9所示输入控制单元5i的开关，执行控制以使得来自A/D转换器3的声音拾取数据不被输入到NC滤波器5a。

在后续的步骤S402中，开始从上述A/D转换器3输入声音拾取数据。

然后，在后续的步骤S403中，检测来自A/D转换器3的输出信号的电平。就是说，检测从A/D转换器3提供的声音拾取数据的电平(LevR)。如先前描述，将这样检测到的电平LevR保持在存储器8中作为基准电平信息。

当执行上述步骤S403中的处理时，在步骤S103中执行设置用于检查的滤波特性的处理。

然后，在下一步骤S404中，启动反馈回路，并且开始NC滤波器5a的操作。就是说，由输入控制单元5i执行控制以使得来自A/D转换器3的声音拾取数据被输入到NC滤波器5a，并且利用NC滤波器5a进行的滤波被开始。

在后续的步骤S405中，检测来自A/D转换器3的输出信号的电平(Lev1)。另外，在下一步骤S406中，检测去往D/A转换器6的输入信号的电平(Lev2)。

然后，在下一步骤S407中执行电平差的计算。就是说，针对在上述步骤S403中检测到的外部噪声电平LevR、在上述步骤S405中检测到的来自A/D转换器3的输出信号电平Lev1和在上述步骤S406中检测到的去往D/A转换器6的输入信号电平Lev2来计算[Lev1-LevR]和[Lev2-LevR]。

然后，在下一步骤S408中，确定基于[Lev1-LevR]的电平差是否过小。具体而言，确定基于[Lev1-LevR]的电平差是否等于或者小于上述第三阈值。

如果在步骤S408中获得基于[Lev1-LevR]的电平差的值不等于或者小于上述第三阈值的否定确定结果，那么在步骤S409中确定基于[Lev2-LevR]的电平差的值是否过小(该值是否等于或者小于上述第三阈值)。如果获得[Lev2-LevR]的值不等于或者小于上述第三阈值的否定确定结果，那么处理进行到步骤S113中的向正常操作的转变处理。

另一方面，如果在上述步骤S408和S409中的确定处理之一中获得肯定确定结果，即如果电平差之一的值被确定为过小，那么步骤S114中的向异常时操作的转变处理被执行。

还是在这种情况下，在上述步骤S113或步骤S114中执行转变处理之后，根据该实施例的自检操作(和操作切换控制)结束。

通过根据上述第二实施例的自检操作，也可以在实际执行声音再现之前预先检查诸如反常声音或振荡之类的异常的存在/不存在。

在这点上，在上述第一实施例中，仅基于在执行了噪声消除操作的状态下检测到的声音信号电平来执行自检操作。因此，取决于在那时发生的外部噪声的电平，恐怕可能变得难于精确地确定异常声音的存在/不存在。相比之下，利用根据上述第二实施例的自检操作，预先检测外部噪声电平作为基准电平，并且基于基准电平与在NC操作时检测到的电平之间的差来执行异常确定。因此，无论在外部发生的噪声的电平，可以用更高的准确性来执行确定。

在第二实施例中，基于声音信号的频率特性分析结果进行的对异常声音的存在/不存在的确定不被执行作为自检操作。然而，在第二实施例中，当然可以基于频率特性分析结果来执行对异常声音的存在/不存在的确定。

在这种情况下，在将要预先执行的对外部噪声电平的检测时，基于关于外部噪声电平与稍后在NC操作启动时检测到的预定频率范围的幅度电平之间的差是否等于或者小于预定阈值的确定结果，可以检测到预期将发生反常声音/振荡声音的预定频率范围的幅度电平和异常声音的存在/不存在。

<第三实施例>

本发明的第三实施例涉及包括头戴式耳机设备和诸如头戴式耳机设备所可以附接于和与之分离的音频播放机之类的信号处理设备的声音再现系统，其中用于噪声消除的信号处理系统不被包括在头戴式耳机设备侧而是包括在信号处理设备侧。具体而言，第三实施例涉及包括具有噪声消除功能的音频播放机(30)和没有噪声消除功能的(典型)头戴式耳机(20)的声音再现系统。

图12是图示出作为根据第三实施例的声音再现系统的配置的、头戴式耳机20的内部配置和音频播放机30的内部配置的框图。

首先，这种情况下的头戴式耳机20包括麦克风MIC、麦克风输出端TMout、音频输入端TAin和驱动器DRV。由麦克风MIC获得的声音拾取信号被提供给上述麦克风输出端TMout。上述音频输入端TAin连接到驱动器DRV。

另一方面，如从与上述图4进行的比较可以认识到，音频播放机30包括与根据第一实施例的头戴式耳机1中包括的用于噪声消除的声音信号处理系统具有相同配置的声音信号处理系统。具体而言，音频播放机30具有头戴式耳机1中包括的麦克风放大器2、A/D转换器3、DSP 5(和存储器8)、D/A转换器6和功率放大器7。用于噪声消除的声音信号处理系统的各单元的操作与上面描述的那些相同，所以其描述将不被重复。

在这种情况下，由麦克风MIC获得的声音拾取信号从麦克风输出端TMout经由设在上述音频播放机30侧的麦克风输入端TMin而被提供给麦克风放大器2。功率放大器7的输出信号从设在音频播放机30侧的音频输出端TAout经由上述音频输入端TAin而被提供给驱动器DRV。

上述各端子T(即麦克风输出端TMout和音频输入端TAin，以及麦克风输入端TMin和音频输出端TAout)分别形成在头戴式耳机20侧和音频播放机30侧，使得当头戴式耳机20连接到音频播放机30时，这些端子T根据以下组合而互相连接：[麦克风输出端TMout-麦克风输入端TMin]和[音频输出端TAout-音频输入端TAin]。

音频播放机30包括存储单元3 1和再现处理单元32，作为用于音频数据的再现系统。

上述存储单元31用于存储包括音频数据在内的各种数据。至于其具体配置，存储单元31例如可被配置为向/从诸如闪存之类的固态存储器执行数据的写入(记录)/读取，或者可由例如HDD(硬盘驱动器)配置而成。

存储单元31还可以被配置作为不支持内建记录介质而是支持柔性记录介质的驱动器设备，所述柔性记录介质例如是诸如具有内建固态存储器的存储卡之类的记录介质、诸如CD(致密盘)或DVD(数字通用光盘)之类的光盘、磁光盘，或全息存储器。

当然，诸如固态存储器或HDD之类的内建型存储器和用于柔性记录介质的驱动器设备都可被安装。

存储单元31基于由稍后描述的微计算机33执行的控制来执行对包括音频数据在内的各种数据的写入/读取。

在上述存储单元31中，假定在以预定声音压缩和编码方案来压缩和编码音频数据的同时存储音频数据。由存储单元31读取的压缩音频数据被提供给再现处理单元32。基于由微计算机33执行的控制，再现处理单元32应用诸如对所提供的音频数据的解压缩之类的预定再现处理(解码处理)。

已经在再现处理单元32中经历过再现处理的音频数据被提供给DSP 5作为收听音频数据。

微计算机33执行对音频播放机30的整体控制。

例如，微计算机33控制向/从上述存储单元31进行的数据的写入/读取。微计算机33还通过控制存储单元31和再现处理单元32来控制音频数据的再现的开始/停止。

微计算机33被与操作单元34相连接，并且根据基于从操作单元34提供的用户操作输入的操作输入信息来执行对各单元的计算和操作控制。因此，获得根据用户操作的音频播放机30的操作。

另外，微计算机33被与显示单元35相连接。显示单元35被配置作为诸如液晶显示器或有机EL显示器之类的显示设备，并且响应于来自微计算机33的指令而显示期望的信息。

根据图12所示的该配置，可以执行与上述第一实施例的那些相同的自检操作和操作切换控制。此外，通过把在存储器8中存储的信号处理程序8a改变为上面图9所示的信号处理程序8c，可以执行与上述第二实施例的那些相同的自检操作和操作切换控制。

上述各实施例针对于这样一种情况，其中，因为用于噪声消除的声音信号处理系统设在头戴式耳机设备侧，因此用于自检操作的开始触发被设置为头戴式耳机设备的电源的开启。然而，在第三实施例中，用于噪声消除的声音信号处理系统设在音频播放机30侧，所以用于自检操作的开始触发例如可被设置为音频播放机30的电源的开启或者收听音频数据的再现的开始。作为替代，在该情况下，可以响应于头戴式耳机20的连接而开始自检操作。在这种情况下，音频播放机30例如可设有连接检测装置，使得麦克风30响应于来自连接检测装置的检测到连接的通知而向DSP 5发出自检操作开始指令，所述连接检测装置由根据头戴式耳机20已经连接与否而开启/关断的机械开关等配置而成。

根据上述第三实施例的声音再现系统(噪声消除系统)被配置为这样一种系统：其中用于噪声消除的声音信号处理系统设在头戴式耳机设备所可以附接于/与之分离的信号处理设备一侧。

在这种系统中，不仅可由于诸如麦克风MIC和驱动器DRV之类的声学部件的时间变化等而发生异常，而且当用户误将不兼容的头戴式耳机设备连接到信号处理设备时也可发生异常。

因此，利用根据图12所示第三实施例的配置，针对如上所述的在连接不兼容的头戴式耳机设备时发生诸如反常声音或振荡之类的异常的情况，也可以预先检查诸如反常声音或振荡之类的异常。然后，根据检查结果，可以在发生异常的情况下采取适当的对策。

在第三实施例中，类似于上述的各实施例，通过语音来提供用于通知发生异常的警告。在这种情况下，因为显示单元35设在音频播放机30侧，因此可以在显示单元35上进行警告显示。在这种情况下，关于异常的存在/不存在的确定结果的信息被从DSP 5(自检单元5d)提供给微计算机33，并且基于该确定结果信息，微计算机33使诸如预先设置的文本信息之类的用于通知发生异常的显示信息被显示在显示单元35上。

[修改]

虽然上面已经描述了本发明的实施例，但是本发明不应被理解为限于在上文中描述的具体示例。

例如，上述描述针对于这样一种情况：其中为了简洁而将声音信号(包括声音拾取信号)的声道数目设置为仅1声道。但是，本发明也可以适用于针对多声道声音信号执行声音再现的情况。在这种情况下，可以针对每个声道来执行上述自检操作。

在上面的实施例中，基于对频率特性的分析结果来确定异常声音的发生与否。此时可以想到，取决于异常发生的原因种类，其中发生反常声音或振荡的频率范围可以变化。因此，基于频率分析结果的异常确定也可以被配置为使得针对每个频率范围来执行电平检测和异常声音发生确定，并且如果有其中存在异常声音的频率范围，那么从该频率范围识别发生原因。此时，也可以使用这样一种配置：其中将表示频率范围与发生原因之间的对应关系的对应关系信息预先存储在存储器8等中，并且基于该对应关系信息向用户通知识别出的发生原因。

在第二实施例中，预先检测到的外部噪声电平与在NC工作时检测到的电平之间的差可被用作指示NC效果测量结果的信息(由NC进行的噪声衰减的量的测量)。在该方面，可以基于计算出的电平差来检查是否已经获得预期的NC效果。

上述描述针对于在FB方案的噪声消除系统中执行自检操作的情况。然而，即使在采用诸如FF方案和自适应信号处理方案(其中基于噪声降低量的测量结果来自适应地改变NC滤波器的滤波特性的一种方案)之类的其他噪声消除方案的情况下，也恐怕在增益由于例如故障等而变得极大时发生异常。本发明也可以适用于这些情况。

上述描述针对于提供噪声消除信号特性的滤波器(NC滤波器)由数字滤波器配置而成的情况。然而，NC滤波器也可以由模拟滤波器配置而成。

上述描述针对于在自检操作时在紧接NC滤波器之前和之后的位置处检测声音信号的电平(包括关于给定频率范围的电平)的情况。然而，可以在这些位置之一处执行检测。可替代地，即使在除了紧接NC滤波器之前和之后的位置之外的位置处，如果检测到在用于噪声消除的声音信号处理系统内获得的声音信号的电平，也可以基于检测到的电平来适当地确定异常声音的发生与否。

上述描述针对于根据本发明每个实施例的信号处理设备被配置作为音频播放机的情况。但是，根据本发明每个实施例的信号处理设备也可以用其他形式的设备来实现，例如具有噪声消除功能的移动电话或头戴送受话器。

本领域技术人员应当明白，取决于设计要求和其他因素可以发生各种修改、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求书或其等同物的范围内即可。

相关申请的交叉引用

本发明包含与2008年3月28日向日本专利厅提交的日本专利申请JP2008-087322有关的主题，上述申请的全部内容通过引用被结合于此。

Claims (16)

1.一种头戴式耳机设备，包括：

声音再现装置，该声音再现装置具有膜片并且用于基于声音信号执行声音再现；

声音拾取装置，用于执行声音拾取操作；

滤波装置，用于向由所述声音拾取装置基于所述声音拾取操作得到的拾取声音信号应用滤波，以给予噪声消除信号特性；

组合装置，用于组合已经经历由所述滤波装置进行的滤波的所述拾取的声音信号与作为将被用户听到的声音而单独输入的收听声音信号，以生成被提供给所述声音再现装置的声音信号；以及

异常确定装置，用于基于对在声音信号处理系统内得到的声音信号的电平进行检测的结果来确定异常声音的发生与否，所述声音信号处理系统包括所述滤波装置和所述组合装置并且形成在所述声音拾取装置和所述声音再现装置之间，其中

如果所述异常确定装置确定存在异常声音，则根据所述异常声音来改变所述滤波装置的滤波特性。

2.如权利要求1所述的头戴式耳机设备，其中，所述异常确定装置在执行控制以使得所述收听声音信号不被提供给所述声音再现装置之后，检测所述声音信号的电平。

3.如权利要求2所述的头戴式耳机设备，其中：

所述声音拾取装置被提供用来拾取由所述声音再现装置再现的声音，从而形成基于反馈方案的噪声消除系统。

4.如权利要求3所述的头戴式耳机设备，其中，所述异常确定装置执行以下操作：

在执行控制以使得已经经历由所述滤波装置进行的滤波的所述拾取声音信号不被提供给所述声音再现装置之后，检测输入到所述滤波装置的所述拾取声音信号的滤波前电平，作为基准声音拾取电平，

在执行控制以使得已经经历由所述滤波装置进行的滤波的所述拾取声 音信号被提供给所述声音再现装置之后，检测在所述声音信号处理系统内得到的声音信号的电平，作为噪声消除电平，

寻找所述噪声消除电平与所述基准声音拾取电平之间的电平差，并且基于所述电平差来确定所述异常声音的发生与否。

5.如权利要求2所述的头戴式耳机设备，其中：

所述异常确定装置基于检测到的声音信号的电平与预设电平之间的大小关系来确定所述异常声音的发生与否。

6.如权利要求2所述的头戴式耳机设备，其中：

所述异常确定装置检测输入到所述滤波装置的所述拾取声音信号的滤波前电平。

7.如权利要求2所述的头戴式耳机设备，其中：

所述异常确定装置检测已经被所述滤波装置应用了滤波的所述拾取声音信号的滤波后电平。

8.如权利要求2所述的头戴式耳机设备，其中：

所述异常确定装置至少检测所述声音信号的预定频率范围的电平，作为所述声音信号的电平。

9.如权利要求8所述的头戴式耳机设备，其中：

所述异常确定装置基于所述声音信号的预定频率范围的电平和预设电平之间的大小关系来确定所述异常声音的发生与否。

10.如权利要求1所述的头戴式耳机设备，还包括：

增益调节装置，插入到所述声音信号处理系统中，用于调节被提供给所述声音再现装置的声音信号的增益；以及

控制装置，用于响应于由所述异常确定装置作出的存在异常的确定而控制所述增益调节装置，使得向提供给所述声音再现装置的所述声音信号给予的增益被减小。

11.如权利要求1所述的头戴式耳机设备，还包括：

控制装置，用于响应于由所述异常确定装置作出的存在异常的确定而执行控制，使得警告通知被提供。

12.如权利要求1所述的头戴式耳机设备，其中： 

所述滤波装置、所述组合装置和所述异常确定装置是由数字信号处理器通过数字信号处理实现的；并且

所述头戴式耳机设备还包括

模数转换器，该模数转换器将基于由所述声音拾取装置进行的声音拾取操作获得的作为模拟信号的所述拾取声音信号转换为数字信号，并且将该数字信号提供给所述数字信号处理器，以及

数模转换器，该数模转换器将由作为所述组合装置的所述数字信号处理器通过信号处理获得的组合信号转换为模拟信号。

13.如权利要求12所述的头戴式耳机设备，其中：

所述数字信号处理器响应于通过所述异常确定装置的功能操作获得的存在异常的确定结果而执行重新启动，使得其自己的设置被重置。

14.一种信号处理设备，包括：

滤波装置，用于在头戴式耳机设备中向拾取声音信号应用滤波以给予噪声消除信号特性，所述头戴式耳机设备包括具有膜片并且用于基于声音信号执行声音再现的声音再现装置和用于执行声音拾取操作的声音拾取装置，所述拾取声音信号由所述声音拾取装置基于所述声音拾取操作获得；

组合装置，用于组合已经经历由所述滤波装置进行的滤波的所述拾取的声音信号与作为将被用户听到的声音而单独输入的收听声音信号，以生成被提供给所述头戴式耳机设备的所述声音再现装置的声音信号；以及

异常确定装置，用于基于对在声音信号处理系统内得到的声音信号的电平进行检测的结果来确定异常声音的发生与否，所述声音信号处理系统包括所述滤波装置和所述组合装置并且形成在所述声音拾取装置和所述声音再现装置之间，其中

如果所述异常确定装置确定存在异常声音，则根据所述异常声音来改变所述滤波装置的滤波特性。

15.如权利要求14所述的信号处理设备，还包括：

显示装置，用于显示信息；以及

控制装置，用于执行控制，使得响应于由所述异常确定装置作出的存在异常的确定，带有该意思的信息被所述显示装置显示。 

16.一种用于噪声消除系统的信号处理方法，所述噪声消除系统包括：

滤波装置，用于在头戴式耳机设备中向拾取声音信号应用滤波以给予噪声消除信号特性，所述头戴式耳机设备包括具有膜片并且用于基于声音信号执行声音再现的声音再现装置和用于执行声音拾取操作的声音拾取装置，所述拾取声音信号由所述声音拾取装置基于所述声音拾取操作获得；

组合装置，用于组合已经经历由所述滤波装置进行的滤波的所述拾取的声音信号与作为将被用户听到的声音而单独输入的收听声音信号，以生成被提供给所述声音再现装置的声音信号，

所述信号处理方法包括

基于对在声音信号处理系统内得到的声音信号的电平进行检测的结果来确定异常声音的发生与否，所述声音信号处理系统包括所述滤波装置和所述组合装置并且形成在所述声音拾取装置和所述声音再现装置之间，其中

如果确定存在异常声音，则根据所述异常声音来改变所述滤波装置的滤波特性。 

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