CN101690139A - 移动终端中的声学回声减小 - Google Patents

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Abstract

一种电子装置包括：第一扬声器和第二扬声器、麦克风，以及被设置成响应于源音频信号生成第一音频信号和第二音频信号，通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号，并通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号的电路。设置所述第一音频信号和所述第二音频信号，并且定位所述第一扬声器和所述第二扬声器，使得通过所述第一扬声器输出的所述第一音频信号和通过所述第二扬声器输出的所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式组合。

Description

移动终端中的声学回声减小
技术领域
本发明涉及便携式电子装置，并且具体地说，涉及包括扬声器和麦克风的便携式电子装置。
背景技术
移动电话和其它类型的便携式电子装置可以包括一个扬声器或多个扬声器以播放音频信号，如话音音频信号、音乐音频信号等。例如，大多数移动电话包括定位在抵靠在该电话用户的耳朵上的耳机中的低功率扬声器。接收到的音频信号(例如，话音信号)通过该扬声器播放并且可以被电话的用户收听到。通过这种扬声器播放的音频信号典型地功率受限，以减小对用户造成听力伤害的可能性。
移动电话的功能近年来已经在日益增长。例如，许多移动电话现在都被设置成充当免提电话(speakerphone)。采用免提电话模式，接收到的音频信号通过可以与设置在耳机中的低功率扬声器分离的放大扩音器按扩大电平播放，以使远离电话的收听者收听到。用户讲述的话语被设置在的移动电话的外壳内的麦克风拾取。
采用免提电话模式，与移动电话的用户和类似电子装置进行通信的远程呼叫方可能遭遇回声现象。即，通过放大扩音器输出的声音可以被麦克风拾取并且发送回至远程呼叫方，该远程呼叫方将该声音听作回声。
已经尝试了各种方法来减小采用免提电话模式操作的移动电话中的回声现象。例如，移动电话可以采用半双工模式操作，在半双工模式中，当通过放大扬声器播放声音时将麦克风静音(关闭)。这种方法不完全令人满意，因为一些语音可能丢失并且双方可能难于进行自然的对话。
已经进行了一些尝试，以通过从麦克风输入信号中减去扬声器输出信号的缩放延迟副本来动态地衰减回声。然而，这种方法对于实现来说可能较难且昂贵，并且在移动环境中可能不是特别有效，因为可能存在非线性和时变回声路径。
在一些装置中，已经将扬声器设置在装置外壳的相对侧上，以减小回声。这对装置的设计造成了约束，并且对于向用户播放立体声音频的装置来说可能不是所希望的。
发明内容
提供了一种根据本发明一些实施方式的电子装置，该电子装置包括：第一扬声器和第二扬声器、麦克风，以及被设置成响应于源音频信号生成第一音频信号和第二音频信号以通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号而通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号的电路。设置所述第一音频信号和所述第二音频信号，并且定位所述第一扬声器和所述第二扬声器，使得通过所述第一扬声器输出的所述第一音频信号和通过所述第二扬声器输出的所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式组合。
所述第二音频信号可以包括所述第一音频信号的反相副本。在一些实施方式中，所述第二音频信号可以包括所述第一音频信号的缩放反相方式副本。
所述第一音频信号可以包括多个频率，并且所述第二音频信号可以包括多个频率。所述第二音频信号的所述多个频率中的各个频率可以被相对于所述第一音频信号的所述多个频率中的各对应频率缩放和相移。在一些实施方式中，所述第二音频信号可以被相对于所述第一音频信号相移。
所述电子装置还可以包括被设置成对所述源音频信号滤波以生成所述第一音频信号的第一滤波器，和被设置成生成所述第二音频信号的第二滤波器。所述第一滤波器可以包括被设置成均衡所述源信号的第一组滤波器系数，而所述第二滤波器可以包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第二组滤波器系数。
在一些实施方式中，所述电子装置可以包括可在第一位置与第二位置(例如，打开位置与闭合位置)之间活动的外壳。当所述外壳处于所述第一位置时，所述第一滤波器可以包括第一组滤波器系数，而所述第二滤波器可以包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第二组滤波器系数，而当所述外壳处于所述第二位置时，所述第二滤波器可以包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第三组滤波器系数。
所述电子装置可以包括被设置成按免提电话模式和非免提电话模式操作的移动电话，并且所述电路可以被设置成通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号，而按所述免提电话模式通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号。
所述电路可以被设置成接收所述源音频信号作为立体声信号，将所述源音频信号转换成第一单声道信号，并且根据所述第一单声道信号生成所述第二音频信号作为第二单声道信号。
所述源音频信号包括响铃音调(ring tone)，并且所述电路还可以被设置成，响应于呼入呼叫通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号，而通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号。
所述电路可以被设置成按话音应答模式操作，并且所述电路还可以被设置成，利用所述麦克风接收话音信号，同时通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号，而通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号。
所述麦克风可以定位在与所述第一扬声器和所述第二扬声器有关的抵消弧上，并且所述电路可以调节所述第一音频信号的功率电平或所述第二音频信号的功率电平，以使在所述麦克风处接收到的所述第一音频信号的功率大约等于在所述麦克风处接收到的所述第二音频信号的功率。
所述第二音频信号可以包括所述第一音频信号的缩放反相副本，所述第一音频信号可以包括多个频率，所述第二音频信号可以包括多个频率，以及所述电路可以将所述第二音频信号的所述多个频率中的各个相应频率相对于所述第一音频信号的所述多个频率中的对应频率进行相移。
提供了一种根据本发明一些实施方式的电子装置，该电子装置包括：第一扬声器和第二扬声器、麦克风，以及被设置成接收源音频信号、响应于所述源音频信号生成第一音频信号和第二音频信号，通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号而通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号的电路。可以设置所述第一音频信号和所述第二音频信号，以使通过所述第一扬声器输出的所述第一音频信号和通过所述第二扬声器输出的所述第二音频信号在抵消轨迹处以相消方式组合。所述麦克风位于所述抵消轨迹上。
所述抵消轨迹可以包括居中位于所述第一扬声器与所述第二扬声器之间并且和在所述第一扬声器与所述第二扬声器之间延伸的线垂直的面。在一些实施方式中，所述抵消轨迹可以包括在所述第一扬声器与所述第二扬声器之间延伸的弯曲表面。
本发明的一些实施方式提供了一种操作便携式电子装置的方法，该便携式电子装置包括第一扬声器和第二扬声器以及与这些扬声器相关地定位的麦克风。所述方法包括以下步骤：响应于源音频信号生成第一音频信号和第二音频信号，通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号；以及通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号。生成所述第一音频信号和所述第二音频信号，以使通过所述第一扬声器输出的所述第一音频信号和通过所述第二扬声器输出的所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式组合。
所述第二音频信号可以包括所述第一音频信号的反相副本。在一些实施方式中，所述第二音频信号可以包括所述第一音频信号的缩放反相副本。
所述第一音频信号可以包括多个频率，并且所述第二音频信号可以包括多个频率，以及所述方法还可以包括将所述第二音频信号的所述多个频率中的相应频率相对于所述第一音频信号的所述多个频率中的对应频率进行缩放和相移的步骤。所述方法还可以包括以下步骤：接收所述源音频信号作为立体声信号，将所述源音频信号转换成第一单声道信号，以及生成所述第二音频信号作为第二单声道信号。
所述源音频信号可以包括响铃音调，所述方法还可以包括以下步骤：响应于呼入呼叫通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号而通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号，和在通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号而通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号的同时，利用所述麦克风接收话音信号。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且被并入并构成本申请的一部分，例示了发明的特定实施方式。在图中：
图1例示了根据本发明一些实施方式的移动电话。
图2A-2B例示了根据本发明一些实施方式的翻盖型(flip-type)移动电话。
图3A-3B例示了根据本发明一些实施方式的滑盖型(slider-type)移动电话。
图4是根据本发明一些实施方式的便携式电子装置的示意性框图。
图5A-5B是例示根据本发明一些实施方式的便携式电子装置的一些电子组件的示意性框图。
图6A-6B例示了根据本发明一些实施方式的声波的相长干涉和相消干涉。
图7A-7B例示了根据本发明一些实施方式的用于声学回声抵消/减小的扬声器和麦克风的构造。
图8是根据本发明实施方式的音频滤波器的框图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行更全面描述。本发明不应被视为受限于在此阐述的实施方式；而相反，提供这些实施方式以使本公开详尽且完整，并且向本领域技术人员全面传达本发明的范围。贯穿所有附图都用相同标号指示相同部件。而且，示意性地例示了图中所示各种特征和区域。因此，本发明不限于附图中所示相对尺寸和间隔。
应当明白，尽管在此可以使用词语第一、第二等来描述各种部件，但这些部件不受这些词语限制。这些词语仅被用于区别一个部件与另一部件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一部件称作第二部件，类似地，可以将第二部件称作第一部件。如在此使用的，词语“和(以及)/或”包括关联列举项中的任一个和一个或更多个的全部组合。
应当明白，当将一部件称为“连接”或“接合”至另一部件时，其可以直接连接或接合至另一部件，或者可能存在插入部件。与此相反，当将一部件称为“直接连接”或“直接接合”至另一部件时，不存在插入部件。
在此可以使用诸如“下面”或“上方”或“上部”或“下部”或“水平”或“垂直”的相对性词语，来描述如图中所示一个部件、层或区域与另一部件、层或区域的关系。应当明白，这些词语旨在也涵盖本装置的除了图中描绘的取向以外的其它不同取向。
在此使用的词语仅出于描述特定实施方式的目的，而非对本发明进行限制。除非语境以其它方式清楚地表明，否则，如在此使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”以及“该(所述)(the)”旨在同样包括复数形式。还应当明白，词语“包括”当在此使用时，指存在规定特征、要件、步骤、操作、部件以及/或组件，而非排除存在或增加一个或更多个其它特征、要件、步骤、操作、部件、组件，以及/或其组合。
除非另外定义，在此使用的所有术语(包括科技术语)都具有和本发明所属领域普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应当明白，在此使用的术语应被解释为具有与它们在本说明书和相关领域的背景中的含义一致的含义，而非按理想化或过度字面化意义来解释，除非在此明确地这样表达。
根据本发明实施方式的诸如无线移动电话的便携式电子装置可以具有多种形状、尺寸以及外壳类型。图1到3B示出了几种类型的移动电话外壳的示例。例如，图1中例示了根据一些实施方式的移动电话100A。该移动电话100A包括容纳并保护移动电话100A的电子组件的外壳15。移动电话100A包括LCD显示器18和小键盘16。移动电话100A还包括可以用于选择菜单项和/或向移动电话100A输入命令的多功能控制/输入按钮22。
移动电话100A包括麦克风口14和耳机/扬声器20。外壳15可以被设计成当将耳机/扬声器20放到用户的头部时形成针对用户耳朵的声密封。移动电话100A可以被设置成播放视频文件和/或音频文件(如歌曲文件)，该音频文件可以是立体声信号。因此，移动电话100A除了包括耳机/扬声器20以外，还包括例如可以被用于播放立体声音频的一对放大扬声器12L、12R。放大扬声器12L、12R还可以被用作在免提电话操作期间的扩音器。为安全起见，放大扬声器12L、12R可以远离耳机/扬声器20定位(即，在用户将他的电话放置至他/她的耳朵同时通过扬声器12L、12R播放放大声音时的情况下)。然而，扬声器12L、12R可以和麦克风14定位在外壳15的同一侧。
图2A和2B例示了翻盖型移动电话100B。翻盖型移动电话100B在图2A中被示为处于打开位置，而在图2B中被示为处于闭合位置。移动电话100B包括外壳15，该外壳15包括下外壳15A和上外壳或“翻盖”部分15B，它们可通过转轴24可旋转地连接。移动电话100B包括在翻盖15B的内侧上的主LCD显示器18和在下外壳15A的内侧上的小键盘16。移动电话100B还包括多功能控制/输入按钮22。
移动电话100A包括在下外壳15A上的麦克风口14和在翻盖15B的内侧上的耳机/扬声器20。移动电话100B还包括在下外壳15B上的一对放大立体声扬声器12L、12R。放大扬声器12L、12R还可以用作在免提电话操作期间的扩音器。
如图2B所示，辅显示器28和摄像机镜头30可以位于翻盖15B的外侧。
图3A和3B例示了滑盖型移动电话100C。该滑盖型移动电话100C在图3A中被示为处于闭合(缩回)位置，而在图3B中被示为处于打开(伸出)位置。移动电话100C包括外壳15，该外壳15包括上外壳15A和以滑动方式连接至上外壳15A的可伸缩下外壳15B。移动电话100C包括在上外壳15A的外侧上的LCD显示器18和在下外壳15B上的小键盘16。小键盘16在移动电话100C处于缩回位置时被隐藏，如图3A所示。移动电话100C还包括位于上外壳15A上的多功能控制/输入按钮22，该多功能控制/输入按钮22在移动电话100C处于闭合/缩回位置时可以由用户访问。
移动电话100C包括在下外壳15B上的麦克风口14和在上外壳15A上的耳机/扬声器20。移动电话100C还包括在上外壳15A的外侧上的一对放大立体声扬声器12L、12R。放大扬声器12L、12R还可以用作在免提电话操作期间的扩音器。
图4示出了诸如无线移动电话100的个人电子装置的示例性框图。如图所示，根据本发明一些实施方式的示例性移动电话100包括小键盘16、显示器18、收发器54、存储器58、麦克风14，以及与处理器50通信和接收来自处理器50的信号的立体声扬声器12L、12R。收发器54典型地包括发送器电路和接收器电路，它们协作以经由可以位于移动电话100外壳内部或外部的天线56针对远程收发器发送和接收射频信号。在移动电话100与远程收发器之间传送的射频信号可以包括业务信号(例如，话音)和控制信号(例如，呼入呼叫的寻呼信号/消息)，该控制信号用于建立和保持与另一方或目的地的通信。
处理器50还接合至系统总线连接器52，该系统总线连接器可以接合有附件装置。该附件装置可以通过系统总线连接器52与处理器50通信。具体来说，系统总线连接器52可以提供允许处理器50针对所连接的附件发送/接收模拟和/或数字音频和/或视频信号以及数据和/或控制信号的导体。系统总线连接器52还可以针对所接合的附件提供电力和/或接地连接。
存储器58可以是通用存储器，其用于存储针对处理器50的程序指令以及数据，如音频数据、视频数据、配置数据以及/或处理器50可以访问和/或使用的其它数据。存储器58可以包括非易失性读取/写入存储器，只读存储器以及/或易失性读取/写入存储器。具体来说，存储器58可以包括存储有基本操作系统指令的只读存储器、可以存储诸如配置信息、目录信息以及其它信息的可再用数据的非易失性读取/写入存储器，以及可以存储短期指令和/或临时数据的易失性读取/写入存储器。存储器58还可以被设置成存储诸如由移动电话100生成或接收到的数字音频和/或视频信号的数字信息信号。
收发器54被设置成通过无线接口向诸如蜂窝基站的远程单元传送数据，该远程单元经由有线或无线链路与移动电话交换局(MTSO)通信。
收发器54例如可以包括蜂窝通信模块、蓝牙模块，以及/或无线局域网(WLAN)模块。利用蜂窝通信模块，移动电话100可以利用一个或更多个蜂窝通信协议(举例来说，如高级移动电话服务(AMPS)、ANSI-136、全球移动通信(GSM)标准、通用分组无线业务(GPRS)、GSM演进增强数据速率(EDGE)、码分多址(CDMA)、宽带CDMA、CDMA2000，以及通用移动电信系统(UMTS))，与基站通信。基站可以连接至移动电话交换局(MTSO)，该移动电话交换局又可以连接至电话网络、计算机数据通信网络(例如，因特网)以及/或另一网络。
利用蓝牙模块，移动电话100可以经由ad-hoc网络与其它无线通信终端通信。利用WLAN模块，移动电话100可以利用通信协议通过WLAN路由器(未示出)通信，该通信协议可以包括但不限于802.11a、802.11b、802.11e、802.11g、802.11i、802.11n等。
如上所述，移动电话100可以被设置成按免提电话模式操作，在免提电话模式中，该电话所接收到的话音信号通过放大扬声器12播放，同时本地用户所讲述的话语被麦克风14拾取。采用免提电话模式，接收到的话音信号通过放大扩音器按扩音电平播放，以被距电话某一距离的收听者听到。
回声现象可能是采用免提电话模式操作的电话100的一个问题。具体来说，通过放大扩音器12输出的声音可以被麦克风14拾取，并且发送回远程呼叫方，从而该远程呼叫方将该声音收听为回声。
如上所述，按当通过放大扬声器12播放声音时将麦克风13静音(关闭)的半双工模式操作移动电话100可能不是希望的，因为双方可能难于进行自然对话。而且，因为实现的复杂性和成本，所以麦克风信号中的电子回声抵消/减小可能不是所希望的，并且因为可能存在非线性和时变回声路径，所以在移动环境下可能不是特别有效。
本发明的一些实施方式在广播免提电话式声音中执行声学回声抵消/减小，以便抵消和/或减小在全双工通信模式下从扬声器到麦克风的不想要的回声。本发明的一些实施方式对全双工免提电话式通信可能特别有用。然而，本发明的一些实施方式可以在移动电话的其它操作模式期间使用，例如便于在通过扬声器播放响铃信号或响铃音调的同时进行呼叫的话音应答。
根据本发明的一些实施方式，可以通过一对扬声器12L、12R中的一个播放第一音频信号而通过扬声器12L、12R中的另一个播放第二音频信号来执行声学回声抵消。第一音频信号和第二音频信号可以被设置成，使得这些音频信号在麦克风14的位置处以相消方式干涉以基本上抵消彼此。因此，麦克风14从扬声器12L、12R检测到的组合音频信号的功率电平可能低于组合的第一和第二音频信号的功率电平，并且可能低于第一音频信号的功率电平或者低于第二音频信号的功率电平。应当清楚，相消干涉不需要完全抵消或消除第一音频信号或第二音频信号。在一些实施方式中，相消干涉可以造成功率低于第一音频信号或低于第二音频信号的功率的接收信号，或者造成功率比第一音频信号和第二音频信号的组合功率低的接收信号。
图5A和5B例示了根据本发明实施方式的便携式电子装置的一些示例性音频路径。例如，参照图5A，例示了便携式电子装置的包括处理器50、麦克风14以及第一和第二扬声器12L、12R在内的音频路径。
麦克风14所接收到的声音通过模数转换器(ADC)62转换成数字信号并提供给处理器50。该声音例如可以通过收发器54发送给远程方。
处理器50可以使诸如通过收发器54从远程装置接收到的接收话音信号和/或诸如响铃信号、响铃音调以及/或歌曲文件的存储信息的源音频信号通过扬声器12L、12R播放。如图5A所示，由处理器50生成和/或处理的源数字音频信号可以通过滤波器64进行滤波，以减小噪声和/或限定范围以外的信号分量。滤波信号可以由数模转换器(DAC)66L转换成模拟信号，接着通过第一扬声器66L播放。根据本发明一些实施方式，滤波信号可以由反相器反相，并且反相信号可以由DAC 66R转换成模拟信号，接着通过第二扬声器12R播放。在一些实施方式中，该信号首先可以由DAC 66R转换成模拟信号，接着被反相，如虚线67所示。
参照图5B，可以针对每一个扬声器12L、12R设置单独滤波器64L、64R。在这种情况下，滤波器64L、64R中的一个还可以将从处理器50接收到的音频信号反相。
虽然出于例示目的将图5A和5B所示音频路径的组件示为单独框，但应当清楚，可以将单独框的功能组合成单一电路或者可以将它们分布在几个电路之间。例如，模数转换、数模转换以及/或滤波的功能可以通过一个信号处理芯片来执行。在一些实施方式中，可以将专用微处理器设置成执行诸如模数转换、数模转换以及/或滤波的功能。而且，应当清楚，处理器50可以包括通用可编程控制器和/或专用处理器，如数字信号处理器。
相长干涉和相消干涉的概念是波动力学领域所公知的。相消干涉目前用于诸如消噪头戴式耳机的应用中。图6A和6B中例示了相长干涉和相消干涉概念，它们例示了源于间隔开的音频源12L、12R的波阵面干涉。具体来说，图6A例示了分别源于间隔开的扬声器12L、12R的声波120L、120R的干涉。声波120L、120R分别用表示波峰(即，最大压缩区域)的实线和表示波谷(即，最大稀薄区域)的虚线来表示。声波120L、120R彼此同相，并且具有单一频率。
当声波120L、120R彼此交叉时，发生干涉，这改变了在干涉点处检测到的声音。当两个波峰或两个波谷交叉时，发生相长干涉，与不发生干涉相比，在交叉位置处造成更加压缩或更加稀薄。然而，当一个声波120R的波峰交叉另一声波120L的波谷时，声波在交叉位置处彼此抵消，造成所谓的相消干涉。
从图6A可见，相长干涉发生在沿中线201限定的位置处，该中线201居中位于扬声器12L、12R之间，并且垂直于连接在两个扬声器12L与12R之间的假想线210。应当清楚，中线201上的每一个点都与两个扬声器12L和12R中的每一个等距，这意味着在中线201上的每一个点处从两个扬声器12L和12R中的每一个扬声器接收到的信号功率大约相同。相长干涉还沿弧202发生，该弧202限定一个波的波峰交叉另一波的波峰和一个波的波谷交叉另一波的波谷的位置。应当清楚，弧202的位置取决于声波120L、120R的波长，因为一个波的波峰交叉另一波的波峰的位置和一个波的波谷交叉另一波的波谷的位置取决于波的波长。然而，中线201的位置不随波长改变。相长干涉的点通常称为节点。
应当清楚，相消干涉在由弧203限定的位置处发生，在该弧203处，一个波的波峰与另一波的波谷交叉。然而，假定源12L、12R输出的两个信号的功率电平相同，沿弧203的相消干涉不会造成完全抵消波，因为波功率随着与源的距离而降低，并且弧203描述了与扬声器12L、12R不等距的位置。相消干涉的点通常称为反点(anti-point)。
参照图6B，波抵消可以通过从第一扬声器12L发送第一音频信号120L并且同时从第二扬声器12R发送作为第一音频信号的反相形式的第二音频信号120R′来执行。即，第二音频信号120R和第一音频信号120L除了颠倒波谷和波峰(即，信号的极性相反)以外其它方面相同。换言之，第一音频信号120L和第二音频信号120R′的相位差为180°。
如图6B所示，第一音频信号的波峰与第二音频信号的波谷以及第一音频信号的波谷与第二音频信号的波峰在沿中线301的位置处交叉，该中线301限定与扬声器12L和12R两者等距的点，并且垂直于连接在两个扬声器12L与12R之间的假想线310。在三维上，中线301落在垂直于两个扬声器12L与12R之间的线310的中面305上。因为第一和第二音频信号120L、120R以相消方式组合并且在面305上的所有点处具有相同信号功率，所以该面305可以被称为“抵消面”。应当清楚，抵消面305的位置独立于波长。因此，包括一个范围的波长的声波可以在抵消面305处抵消。
沿弧302还发生一些信号减小。然而，如上所述，假定通过扬声器12L、12R输出的两个信号的功率相同，沿弧302的相消干涉不会造波全部抵消，因为波功率随着与源的距离而降低，并且弧302描述了与扬声器12L、12R不等距的位置。
图7A例示了根据本发明一些实施方式的用于声学回声减小/抵消的系统和方法。具体来说，图7A例示了根据一些实施方式的扬声器12L、12R和麦克风14的可能构造。如图中所示，扬声器12L、12R相隔距离d。第一音频信号120L和第二音频信号120R响应于诸如通过收发器接收到的话音信号和/或响铃音调的源音频信号而生成。第一音频信号120L(具有值X(t))通过第一扬声器12L播放，而第二音频信号120R(具有值-X(t))通过第二扬声器12R播放，它简单地为第一音频信号120L的反相(即，反相干)形式。因此，在第一扬声器12L与第二扬声器12R之间限定了抵消中面305，使得中面305上的所有点与第一扬声器12L和第二扬声器12R等距。即，中面305限定在第一扬声器12L与第二扬声器12R之间的居中位置，并且垂直于在第一扬声器12L与第二扬声器12R之间延伸的假想线。
为了在麦克风处彼此有效地抵消，通过扬声器12L、12R输出的两个波形必须在麦克风14的位置处反相干(或几乎反相干)。如果两个多频率波形精确地具有相同波长范围并且在每一个组成波长处具有相同的相位差，则它们完全彼此相干。如果两个多频率波形精确地具有相同波长范围并且在每一个组成波长处具有相同的相位差以及具有相反极性，则它们彼此反相干。即，如果一个波形是另一波形的反相形式(即，相位差180°)，则两个波形反相干。
麦克风14位于抵消面305上。因此，通过第一扬声器12L输出的第一音频信号120L和通过第二扬声器12R输出的第二音频信号120R可以在麦克风14处彼此以相消方式干涉。因为麦克风位于与第一扬声器12L和第二扬声器12R等距的位置处，所以相消干涉可以大大衰减第一和第二音频信号120L、120R两者，使得通过麦克风14从第一和第二扬声器12L、12R接收到的信号可以大大小于通过第一和第二扬声器12L、12R输出的音频信号120L、120R。在一些实施方式中，可以获得差不多30dB的衰减。
因而，例如，在免提电话呼叫期间，可以通过移动电话100经由收发器54从远程呼叫方接收话音信号。该话音信号可以是具有表示为X(n)的值的单声道数字信号。将该话音信号X(n)通过控制器50反相以形成反相信号-X(n)。将话音信号X(n)和反相信号-X(n)例如经由第一和第二数模转换器66L、66R转换成模拟信号，以形成分别具有模拟值X(t)和-X(t)的第一和第二音频信号120L、120R。
第一音频信号120L通过第一扬声器12L播放，而第二音频信号120R通过第二扬声器12R播放。如上所述，第一和第二音频信号120L、120R在麦克风14处彼此声学抵消，这可以减小可能在麦克风14处被拾取并且经由收发器54发送回至远程呼叫方的回声。然而，通过本地用户生成的声音(如语音)被麦克风14拾取并且经由收发器54发送回至远程呼叫方。因此，可以在双方之间继续进行真实的全双工免提电话对话。
与常规回声抑制/减小技术相比，在下行链路噪声和/或双方说话的情况下，根据一些实施方式的声学回声抑制/减小可以更加透明。而且，可以更少地限制电话的机械设计。例如，扬声器12L、12R可以更靠近麦克风14定位。在一些实施方式中，如图1到3B所示实施方式，立体声扬声器12L、12R可以和麦克风14位于外壳15的同一侧。
在另一实施例中，移动电话100可以在接收到呼入呼叫时播放响铃音调。在一些情况下，根据一些实施方式的移动电话100还可以被设置成，允许在播放响铃音调的同时进行话音应答。例如，当接收到呼入呼叫时，移动电话100可以生成响铃音调和/或从存储器58获取由用户指定的响铃音调。该响铃音调可以被存储为包含数字音频信息的立体声数字音频信号或单声道数字音频信号，举例来说，如.WAV文件(或任何其它合适的数字音频格式)。如果该响铃音调是立体声音频信号，则控制器50例如可以通过组合和/或忽略立体声信号的声道而将该响铃音调信号转换成单声道音频信号。立体声信号与单声道信号的转换在数字信号处理领域中是公知的，而不需要进一步描述。
单声道响铃音调信号可以具有表示为X(n)的值。该响铃音调信号通过控制器50反相以形成反相信号-X(n)。将响铃音调信号X(n)和反相响铃音调信号-X(n)例如经由第一和第二数模转换器66L、66R转换成模拟信号，以形成分别具有模拟值X(t)和-X(t)的第一和第二音频信号120L、120R。
第一音频信号120L通过第一扬声器12L播放，而第二音频信号120R通过第二扬声器12R播放。如上所述，第一和第二音频信号120L、120R在麦克风14处彼此以相消方式干涉，该麦克风14又可以用于接收来自用户的话音命令，如，“应答”或“传递至话音邮件”。在麦克风14处的响铃音调信号的声学抑制可以改进在麦克风14处接收到的话音命令的信噪比，云许控制器50更准确地解释话音命令。
在一些实施方式中，如果未启用话音应答模式，则可以不执行回声抑制，在该情况下，立体声响铃信号不被转换成单声道信号和反相。然而，可以针对响铃信号执行立体声展宽。
图7B例示了根据另一实施方式的声学回声抑制。在一些情况下，可能不希望将麦克风定位于与第一和第二扬声器12L、12R等距的中面中。例如，在一些应用中，用户很可能按将用户的头部沿该中面定位的位置来保持该装置100。在该情况下，用户可能经受由扬声器12L、12R输出的声波的一些不希望的相消干涉。因此，可能希望将麦克风14定位在除了沿中面以外的其它位置处，并且修改通过扬声器12L、12R输出的声音，以在麦克风14的位置处发生声音抵消/减小。
再次参照图6B，如上提到，相消干涉还沿抵消弧302发生。然而，如上所述，假定由源12L、12R输出的两个信号的功率相同，沿弧302的相消干涉不会造成完全抵消波，因为波功率随着与源的距离降低，并且弧302描述了与源12L、12R等距的位置。因此，在一些实施方式中，麦克风14可以定位在沿一个弧302的位置处，并且可以改变由扬声器12L、12R中的一个输出的信号功率，以使在麦克风14的位置处接收到的来自第一和第二扬声器12L、12R的功率大约相等。
因而，参照图7B，麦克风14沿包括弧302在内的抵消轨迹定位，并且例如通过将第二扬声器12R输出的信号乘以一常数a(其可以大于或小于1)来改变由扬声器12L、12R输出的相对音量，以使在麦克风14的位置处接收到的来自第一和第二扬声器12L、12R的功率相等，并且在麦克风14的位置处发生抵消。
应当清楚，抵消弧14的位置根据扬声器12L、12R之间的距离并且根据所输出声音的频率/相位来确定。因而，对于具有多个频率的声音(即，除了单音调以外的任何声音)来说，简单地缩放由扬声器12L、12R中的一个输出的声音不能造成指定位置处接收到的声音的实质抵消/减小。因此，在一些实施方式中，例如可以通过滤波器64L、64R(图5B)对特定扬声器输出的声音滤波，以改变音频信号的振幅/相位，或者改变音频信号的不同频率分量的振幅/相位，以便针对每一个频率分量定位抵消弧，使得其对应于麦克风14的位置。即，可以将不同传递函数应用于音频信号中的不同信号，和/或音频信号的不同频率分量，以便促进在麦克风14的位置处由扬声器12L、12R输出的声音的声学抵消/减小。
图8例示了可以用于对音频信号滤波的示例性滤波器64A。如图中所示，可以通过具有增益K的放大器405将音频信号放大，并且通过一排带通滤波器410-1到410-N分成单独频率分量。接着，可以通过延迟部件420-1到420-N将各单独频率分量延迟，这改变了各单独频率分量的相位，由此为各单独频率分量提供相应相移。接着可以在组合节点430处将单独延迟/偏移的频率分量重新组合。如上所述，可以选择单独延迟组件420-1到420-N的延迟以在麦克风14的位置处或该位置附近针对由延迟部件延迟的频率定位抵消弧。另外，可以通过滤波器464执行其它滤波。
放大器405的增益K和延迟部件420-1到420-N的延迟可以在设计时间确定。然而，例如在工厂校准期间，还可以经验性地确定恰当的参数。在设计时间，在校准期间和/或在以后的时间，还可以使用自适应数字信号处理算法来调谐滤波器464。
图9例示了可以用于对音频信号滤波的另一示例性滤波器64B。如图中所示，滤波器564可以被实现为包括N个延迟部件520-1到520-N的横向有限脉冲响应(FIR)滤波器。在对应乘法器525-0到525-N处将输入信号和每一个延迟信号乘以滤波器系数A0到AN，并且在组合节点530-1到530-N处组合所得输出，以形成输出信号。可以选择滤波器系数A0到AN，以在麦克风的位置处提供希望声学抑制水平。
如上所述，用于左信道和右信道的滤波器可以不同(即，可以具有不同的滤波器系数)，并且可以被设置成，使得由左、右扬声器输出的声音在麦克风的位置处以相消方式干涉，该扬声器可能位于或可能不位于与两个扬声器等距的点处。
可以对针对用于处理诸如左信道信号的第一信号的第一滤波器的滤波器系数进行调谐以均衡输出信号，来解决对应扬声器的频率响应的变化。可以选择用于处理第二信号的第二滤波器的滤波器系数，以在麦克风的位置处提供希望相消干涉水平。例如，当将麦克风定位得相比于到一个扬声器的距离更靠近另一个扬声器时，可以对更远离麦克风的扬声器的滤波器的滤波器系数进行调谐以均衡输出信号，以解决扬声器的频率响应的变化，同时可以选择更靠近麦克风的扬声器的滤波器的滤波器系数，以在麦克风的位置处提供希望相消干涉水平。
在一些实施方式中，第二滤波器的滤波器系数可以根据一组开始滤波器系数最优化。第二滤波器的该组开始滤波器系数例如可以是第一滤波器的滤波器系数的缩放反相形式。
根据一些实施方式，移动电话100的操作模式和/或用于声学回声抑制的滤波器系数可以根据电话100的物理构造来改变。例如，如果移动电话是翻盖型或滑盖型电话，则可以在该电话处于“闭合”位置时利用被设置成在打开位置提供希望回声抑制的第一组滤波器系数，来执行如上所述的声学回声抵消，而当电话处于“打开”位置时，可以利用被设置成在打开位置提供希望回声抑制的另一组滤波器系数来执行声学回声抑制。当电话100处于不同位置(即，打开与闭合)时可以将不同组的滤波器系数用于左声道滤波器和/或右声道滤波器，因为例如可以根据电话100是处于打开位置还是处于闭合位置而将麦克风定位在不同位置处。另外，从扬声器到麦克风的音频路径可能因电话100的物理构造的变化而不同。在一些实施方式中，当电话100处于特定构造(如打开位置)时可以不执行回声抑制。
如上所述，本发明的一些实施方式能够将麦克风处接收到的回声减小达30dB。这种回声减小可以减小麦克风的成本和/或复杂性，因为麦克风仅必须能够处理语音的动态范围，而不是处理来自扬声器的可能更高声音。而且，提供显著声学回声抵消/减小可以使得能够使用不太复杂和/或不太昂贵的电子回声抵消/减小电路/算法，同时实现透明的、全双工通信。
在附图和本说明书中，已经公开了本发明的典型实施方式，尽管采用了特定术语，但它们仅按一般性和描述性意义来使用，而非出于限制目的，本发明的范围在下列权利要求书中进行了阐述。

Claims (26)

1、一种电子装置，该电子装置包括：
第一扬声器和第二扬声器；
麦克风；以及
被设置成响应于源音频信号生成第一音频信号和第二音频信号，通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号，并通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号的电路；
其中，设置所述第一音频信号和所述第二音频信号，并且定位所述第一扬声器和所述第二扬声器，使得通过所述第一扬声器输出的所述第一音频信号和通过所述第二扬声器输出的所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式组合。
2、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述第二音频信号包括所述第一音频信号的反相副本。
3、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述第二音频信号包括所述第一音频信号的缩放反相副本。
4、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述第一音频信号包括多个频率，其中，所述第二音频信号包括多个频率，其中，所述第二音频信号的所述多个频率中的各个频率被相对于所述第一音频信号的所述多个频率中的对应频率缩放和相移。
5、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电路将所述第二音频信号相对于所述第一音频信号相移，使得通过所述第一扬声器和所述第二扬声器生成的声音在所述麦克风的位置处以相消方式组合。
6、根据权利要求1所述的电子装置，该电子装置还包括第一滤波器和第二滤波器，该第一滤波器被设置成对所述源音频信号进行滤波以生成所述第一音频信号，该第二滤波器被设置成生成所述第二音频信号。
7、根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述第一滤波器包括被设置成均衡所述源信号的第一组滤波器系数，而所述第二滤波器包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第二组滤波器系数。
8、根据权利要求6所述的电子装置，其中，所述电子装置包括能在第一位置与第二位置之间活动的外壳；并且
其中，当所述外壳处于所述第一位置时，所述第一滤波器包括第一组滤波器系数，而所述第二滤波器包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第二组滤波器系数，而当所述外壳处于所述第二位置时，所述第二滤波器包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第三组滤波器系数。
9、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电子装置包括被设置成按免提电话模式和非免提电话模式操作的移动电话，并且其中，所述控制器被设置成通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号，而按所述免提电话模式通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号。
10、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电路被设置成接收所述源音频信号作为立体声信号，将所述源音频信号转换成第一单声道信号，并且根据所述第一单声道信号生成所述第二音频信号作为第二单声道信号。
11、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述源音频信号包括响铃音调，并且所述电路还被设置成，响应于呼入呼叫通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号，并通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号。
12、根据权利要求11所述的电子装置，其中，所述装置被设置成，按话音应答模式操作，并且其中，所述电路被设置成，当所述电子装置处于所述话音应答模式时，在通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号并通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号的同时，利用所述麦克风接收话音信号。
13、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述麦克风位于与所述第一扬声器和所述第二扬声器有关的抵消弧上，并且其中，所述电路调节所述第一音频信号的功率电平或所述第二音频信号的功率电平，使得在所述麦克风处接收到的所述第一音频信号的功率大约等于在所述麦克风处接收到的所述第二音频信号的功率。
14、根据权利要求13所述的电子装置，其中：
所述第二音频信号包括所述第一音频信号的缩放反相副本；
所述第一音频信号包括多个频率；
所述第二音频信号包括多个频率；并且
所述电路将所述第二音频信号的所述多个频率中的各个频率相对于所述第一音频信号的所述多个频率中的对应频率，相移相应相位偏移量，使得由所述第一扬声器和所述第二扬声器所生成的声音在所述麦克风的位置处以相消方式组合。
15、一种电子装置，该电子装置包括：
第一扬声器和第二扬声器；
被设置成接收源音频信号，响应于所述源音频信号生成第一音频信号和第二音频信号，通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号，并通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号的电路，其中，所述第一音频信号和所述第二音频信号被设置为，使得通过所述第一扬声器输出的所述第一音频信号和通过所述第二扬声器输出的所述第二音频信号在抵消轨迹处以相消方式组合；以及
位于所述抵消轨迹处的麦克风。
16、根据权利要求15所述的电子装置，其中，所述抵消轨迹包括居中位于所述第一扬声器与所述第二扬声器之间并且和在所述第一扬声器与所述第二扬声器之间延伸的线垂直的平面。
17、根据权利要求15所述的电子装置，其中，所述抵消轨迹包括从所述第一扬声器延伸到所述第二扬声器的弧。
18、一种操作便携式电子装置的方法，该便携式电子装置包括第一扬声器和第二扬声器以及相对于这些扬声器定位的麦克风，该方法包括以下步骤：
响应于源音频信号生成第一音频信号和第二音频信号；
通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号；以及
通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号；
其中，生成所述第一音频信号和所述第二音频信号，使得通过所述第一扬声器输出的所述第一音频信号和通过所述第二扬声器输出的所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式组合。
19、根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二音频信号包括所述第一音频信号的反相副本。
20、根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二音频信号包括所述第一音频信号的缩放反相副本。
21、根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一音频信号包括多个频率，其中，所述第二音频信号包括多个频率，所述方法还包括对所述第二音频信号的所述多个频率中的各个频率相对于所述第一音频信号的所述多个频率中的对应频率进行缩放和相移的步骤。
22、根据权利要求18所述的方法，该方法还包括以下步骤：接收所述源音频信号作为立体声信号，将所述源音频信号转换成第一单声道信号，以及生成所述第二音频信号作为第二单声道信号。
23、根据权利要求18所述的方法，其中，所述源音频信号包括响铃音调，所述方法还包括以下步骤：响应于呼入呼叫通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号并通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号，和在通过所述第一扬声器播放所述第一音频信号并通过所述第二扬声器播放所述第二音频信号的同时，利用所述麦克风接收话音信号。
24、根据权利要求18所述的方法，该方法还包括以下步骤：利用第一滤波器对所述源信号进行滤波以生成所述第一音频信号，并且利用第二滤波器对所述源信号进行滤波以生成所述第二音频信号。
25、根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一滤波器包括被设置成均衡所述源信号的第一组滤波器系数，而所述第二滤波器包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第二组滤波器系数。
26、根据权利要求24所述的方法，其中，所述便携式电子装置包括能在第一位置与第二位置之间活动的外壳；并且
其中，当所述外壳处于所述第一位置时，所述第一滤波器包括第一组滤波器系数，而所述第二滤波器包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第二组滤波器系数，而当所述外壳处于所述第二位置时，所述第二滤波器包括被设置成使所述第一音频信号和所述第二音频信号在所述麦克风处以相消方式干涉的第三组滤波器系数。
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