CN102273232A - 用于播放双声道和单声道信号的耳机和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于提供音频信号到用户的两只耳朵的耳机，包括用于提供音频信号的音频接口，耦合到音频接口、用于输出一输出信号的骨传导扬声器，具有可调脉冲响应的自适应滤波器以提供过滤的信号，该过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的第二耳朵，将降低在用户的第二耳朵上的泄漏信号的音频效应，耦合到音频接口、用于提供耳内音频信号到用户的第二耳朵的耳内扬声器，以响应于过滤的信号和第二输入信号，用于感应一感应的音频信号的耳内扩音器，以及用于更新自适应滤波器的脉冲响应的处理器，以便降低泄漏信号到感应的音频信号的贡献。

Description

用于播放双声道和单声道信号的耳机和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年11月10日提交的(以及题为Stereo Method And System的)U.S.临时申请序列号61/112,785的权益，其在此以引用的方式全部并入。

发明背景

现今移动电话以及其它便携式设备提供高质量双声道音乐，用户在进行活动时听音乐。如果用户使用无线头戴式受话器，例如蓝牙头戴式受话器，他佩戴相对大的头戴式受话器，如两个扬声器附接到耳廓。

在带有标准耳机的移动电话中，用户通过一只耳朵听到输入的语音呼叫，该耳朵被用户附接电话或头戴式受话器到其上。被熟知的是，当用户在两只耳朵听到语音呼叫时，他听到的呼叫明显地更好并且呼叫的可识度和愉悦度明显地增加。当用户被高噪声环境包围时，在两只耳朵听到语音呼叫的重要性增加。为了在两只耳朵听到语音呼叫并仍然保持呼叫的隐私性，用户需要使用带有附接到两只耳朵的两个耳机的头戴式受话器。使用这样的头戴式受话器是不方便的，因为它使用户与他的周围环境隔离，当人在公共场所正交谈和行走时，这可能是非常危险的。另外，带着使用两个耳机的头戴式受话器驾驶车辆是非常危险的，并且在一些国家其是被法律禁止的。

在移动电话中，当用户使用一个耳机来听语音呼叫时，他以未被覆盖的耳朵获得环境噪声。这在有高环境噪声的环境中可是非常有问题的。

存在一种需要，通过使用一个耳机来提供高质量的音频，其中用户在两只耳朵听到语音呼叫或音乐。

发明概述

一种用于提供音频信号到用户的两只耳朵的耳机，其包括：音频接口，其用于提供包括第一输入信号和第二输入信号的音频信号；耦合到音频接口的骨传导扬声器，其用于输出一输出信号；其中输出信号的输出使音频信号到达用户的第一耳朵并使泄漏信号到达用户的第二耳朵；具有可调脉冲响应的自适应滤波器，其用于过滤第一输入信号以提供过滤的信号，该过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的第二耳朵，将降低在用户的第二耳朵上的泄漏信号的音频效应；耦合到音频接口的耳内扬声器，其用于提供耳内音频信号到用户的第二耳朵，以响应于过滤的信号和第二输入信号；耳内扩音器，其用于感应一感应的音频信号；以及处理器，其用于更新自适应滤波器的脉冲响应，以便降低泄漏信号到感应的音频信号的贡献。

一种用于通过使用单个耳机提供音频信号到用户的两只耳朵的方法，该方法包括：接收包括第一输入信号和第二输入信号的输入信号；将第一输入信号注入到骨传导扬声器；

通过骨传导扬声器输出一输出信号以响应于第一输入信号；其中输出该输出信号使音频信号到达用户的第一耳朵并使泄漏信号到达用户的第二耳朵；

通过自适应滤波器过滤第一输入信号以提供过滤的信号，该过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的第二耳朵，将降低在用户的第二耳朵上的泄漏信号的音频效应；发送过滤的信号和第二输入信号到耳内扬声器；通过耳内扬声器提供耳内音频信号到用户的第二耳朵，以响应于过滤的信号和第二输入信号；通过耳内扩音器感应一感应的音频信号；以及更新自适应滤波器的脉冲响应，以便降低泄漏信号到感应的音频信号的贡献。

一种用于通过使用单个耳机提供音频信号到用户的两只耳朵的方法，该方法包括：接收第一输入信号；发送第一输入信号到耳内扬声器；通过耳内扬声器提供内耳音频信号到用户的第二耳朵，以响应于第二输入信号；通过接近于用户的第二耳朵的耳内扩音器感应一感应的音频信号；其中感应的音频信号被内耳音频信号和代表由用户的第二耳朵听到的第二音频信号的另一信号影响；以及计算补偿信号，该补偿信号一旦被提供到骨传导扬声器将使骨传导扬声器输出一输出信号，该输出信号降低在用户的第一耳朵上的第二音频信号的音频效应。

一种耳机，其包括：音频接口，其用于接收输入信号；耳内扬声器，其用于通过耳内扬声器提供内耳音频信号到用户的第二耳朵，以响应于输入信号；接近于用户的第二耳朵的耳内扩音器，其用于感应一感应的音频信号；其中感应的音频信号被内耳音频信号和代表由用户的第二耳朵听到的第二音频信号的另一信号影响；以及处理器，其用于计算补偿信号，该补偿信号一旦被提供到骨传导扬声器将使骨传导扬声器输出一输出信号该输出信号降低在用户的第一耳朵上的第二音频信号的音频效应。

一种用于提供音频信号到用户的两只耳朵的电话，其包括：骨传导扬声器，其用于输出音频信号；其中输出信号的输出使泄漏信号到达用户的第二耳朵；具有可调脉冲响应的自适应滤波器，其用于过滤第一输入以提供过滤的信号，该过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的第二耳朵，将降低在用户的第二耳朵上的泄漏信号的音频效应；耦合到音频接口的耳内扬声器，其用于提供耳内音频信号到用户的第二耳朵，以响应于过滤的信号和第二输入信号；耳内扩音器，其用于感应一感应的音频信号；以及处理器，其用于更新自适应滤波器的脉冲响应，以便降低泄漏信号到感应的音频信号的贡献。

一种具有两个耳机的头戴式受话器，其包括：音频接口，其用于提供包括第一输入信号和第二输入信号的音频信号；第一耳内扬声器，其用于提供第一内耳音频信号到用户的第一耳朵，以响应于第一输入信号，以及第二耳内扬声器，其用于提供第二内耳音频信号到用户的第二耳朵，以响应于第二输入信号；接近于用户的第一耳朵的至少一个耳内扩音器，其用于感应一感应的音频信号；其中感应的音频信号被第一内耳音频信号和代表由用户的第一耳朵听到的第二音频信号的另一信号影响；以及处理器，其用于计算补偿信号，该补偿信号一旦被提供到耳内扬声器将使耳内扬声器输出一输出信号，该输出信号降低第二音频信号的音频效应。

一种用于提供音频信号到用户的两只耳朵的耳机，其包括：音频接口，其用于提供包括第一输入信号和第二输入信号的音频信号；耦合到音频接口的骨传导扬声器，其用于输出一输出信号；其中输出信号的输出使音频信号到达用户的第一耳朵并使泄漏信号到达用户的第二耳朵；具有可调脉冲响应的自适应滤波器，其用于过滤第一输入信号以提供过滤的信号，该过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的第二耳朵，将降低在用户的第二耳朵上的泄漏信号的音频效应；以及处理器，其用于更新自适应滤波器的脉冲响应，以便降低泄漏信号到感应的音频信号的贡献。

附图简述

被视作为本发明的主题被特别地指出并在说明书的结论部分清楚地要求权利。然而，本发明关于组织构造和操作方法，与它们的目的、特征以及优点一起，可通过当同附图一起阅读时参考以下详细的描述最好地被理解，其中：

图1呈现根据本发明的实施方式的带有一个耳机的典型的头戴式受话器，其提供双声道音频或单声道语音呼叫到两只耳朵；

图2示出根据本发明的实施方式的耳机；

图3示出根据本发明的实施方式的由处理器执行的典型的过程的过程图；

图4示出根据本发明的实施方式的移动电话；

图5示出根据本发明的实施方式的使用耳内扩音器的环境噪声估算；

图6示出根据本发明的实施方式的带有噪声降低或噪声消除机制的噪声降低头戴式受话器；

图7示出根据本发明的实施方式的噪声估算和减去的过程；

图8示出根据本发明的实施方式的方法；

图9示出根据本发明的另一个实施方式的方法；以及

图10示出根据本发明的另一个实施方式的耳机。

为说明的简明和清楚将理解到，在图中所示的元件没有必要按比例绘制。例如，为清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其它元件被扩大。此外，在考虑合适的地方，参考数字可在表示相应的或类似的元件的图中被重复。

本发明的详细描述

在以下详细的描述中，许多具体细节被提出以便提供本发明的全面理解。然而，将被那些本领域的技术人员理解的是，本发明在没有这些具体细节时可被实践。在其它例子中，熟知的方法、过程以及部件没有被详细地描述，以不致使本发明难理解。

带有一个耳机的头戴式受话器被提供，该头戴式受话器能够提供能被两只耳朵听到的声音(对于没有佩戴头戴式受话器的各方没有声音是可听得见的)。

头戴式受话器包括至少骨传导扬声器、扩音器、数字信号处理器以及至少一个扬声器。耳机被定位在其上的耳朵听到由头戴式受话器提供的声音，同时第二耳朵保持未被覆盖。为提供声音到未被覆盖的耳朵，骨传导扬声器被使用。DSP以这样的方式处理声音信号，使得声音通过用户的骨头传送并在未被覆盖的耳朵被听到，好像耳机同样被放置在那个耳朵上一样。

未被覆盖的耳朵打开以捕获环境噪声。为降低或消除噪声，几种不同的技术可被使用。第一种技术是放大通过骨传导扬声器传输的信号，以使该信号比经由扬声器播放到未被覆盖的耳朵的信号强。通过这样做，被未被覆盖的耳朵听到的信号实际上声音变大，然而，噪声使该声音感到好像等于播放到被覆盖的耳朵的信号。第二种技术包括在头戴式受话器上使用扩音器以便分析噪声。然后产生噪声降低信号，以使当噪声降低信号与通过骨传导扬声器传输到未被覆盖的耳朵的音频信号结合时，未被覆盖的耳朵听到带有最小噪声干扰的由头戴式受话器产生的声音。

在以下的描述中，术语“被覆盖的耳朵”指的是在其上放置耳机的用户的耳朵。被覆盖的耳朵也被称作“第二耳朵”。术语“未被覆盖的耳朵”意为：没有戴着耳机的耳朵，并也被称作“第一耳朵”。

图1呈现了具有一个耳机的典型的头戴式受话器，其提供双声道音频或单声道语音呼叫到两只耳朵，未被覆盖的耳朵以及被覆盖的耳朵(也就是，带有耳机的耳朵)。耳机也能够被用于降低在未被覆盖的耳朵上的噪声效应，该未被覆盖的耳朵比被覆盖的耳朵对环境噪声更加敏感。

耳机包括骨传导扬声器120，该骨传导扬声器120可以通过使用附加设备，例如头戴式受话器环，被放置在靠近骨头，例如颊骨或颞骨，的各种位置，附加设备被放置在耳朵后面并且被用于接收被传递到耳机的信号。骨传导扬声器120产生振动并且被用于通过使用骨头作为传导介质将信号传导到另一(未被覆盖的)耳朵。

耳机还具有耳内部分110，其包括传递音频到被覆盖的耳朵的耳内扬声器以及被用于获得耳内信号(也就是，被用户听到的音频)的耳内扩音器。应注意的是，耳内部分110可以被附接到耳廓而不是被放置在耳朵内，虽然为简单起见，其将被称作耳内部分(耳内扬声器和耳内扩音器)。获得的耳内信号被用于计算不期望的音频，这通过从获得的耳内信号减去期望的信号。不期望的音频可以为：环境噪声、骨传导的边界效应的泄漏信号或环境噪声和泄漏信号的结合。

头戴式受话器还可以包括标准或耳内扩音器(未被示出)以获得在语音呼叫期间的用户的语音。

耳机可以被用于不同模式的操作，例如：(i)传递双声道信号到被覆盖的耳朵和未被覆盖的耳朵；(ii)传递单声道语音呼叫到两只耳朵，模拟使用带有两个耳机的头戴式受话器的效应，其中每个耳机附接到一只耳朵；(iii)用特定的耳机听语音呼叫，该特定的耳机降低在被覆盖的耳朵和未被覆盖的耳朵中的环境噪声效应；以及(iv)像在(i)或(ii)中一样传递双声道或单声道信号，并且另外像在(iii)中一样降低环境噪声。

图2示出用户佩戴在一只耳朵上的耳机200。耳机200传递双声道音乐或单声道语音呼叫到两只耳朵(即使其覆盖仅一只耳朵)并且可提供噪声降低效应到未被覆盖的耳朵。

耳机200包括：(i)耳内扬声器210；(ii)耳内扩音器220，用于感应在耳道内的信号；(iii)骨传导扬声器230，用于通过骨头传导音频到未被覆盖的耳朵。骨传导扬声器230被放置在耳内扬声器210被定位的用户的脸的同侧、靠近用户的骨头处；(iv)处理器240，用于接收：在双声道模式的情况下的两个音频信号以及在单声道模式(即R(n)＝L(n))的情况下的一个音频信号；通过耳内扩音器220从耳道获得的信号；以及来自音频接口260的信号。处理器240还处理接收到的信号。处理器240可以是数字信号处理(DSP)，ARM处理器或任何其它处理器；音频接口260是音频设备(未被示出，例如，音频播放器或蜂窝电话)和耳机200之间的接口。音频接口260可以包括分路器用于将单声道信号分成两个相等的信号。音频接口260可以通过使用无线技术(例如，蓝牙、Wi-Fi)或有线连接与音频设备通信。在前一种情况下的音频接口260包括无线接收器，而在后一种情况下的音频接口260包括模拟接口或数字接口，在模拟接口260的情况中将包括ADC(模拟到数字转换器)以将模拟信号转换成数字信号；电源255用于为耳机200供应电力；ADC和DAC(数字到模拟转换器)单元241被耦合到处理器240并分别地转换模拟信号到数字信号以及数字信号到模拟信号；以及存储器250由处理器240使用来中间存储计算数据。耳机还可以包括标准扩音器或耳内扩音器，用于在语音呼叫期间获得用户的语音。

双声道信号280从音频设备被传输并被音频接口260接收。双声道信号280包括两个信号：左声道信号，被表示为L(n)282，其期望被用户的左耳听到，以及右声道信号，被表示为R(n)281，其期望被右耳听到。假设耳机200被附接在用户的右耳，在该配置中，耳内扬声器210将传递右声道信号R(n)281，而同样被附接在右耳的骨传导扬声器230将传递左声道信号L(n)282。L(n)282信号以衰减α通过骨头传播到左耳。L(n)282同样也传播到右耳，但以不同的衰减β。应注意的是，α和β可以是频率相依赖的，然而为了简单起见，我们将α和β视作频率无关的。对频率相依赖性的修改是非常明确的并且能够被本领域的技术人员理解。

方便地，馈送到骨传导的信号被均衡以便改进信号，然而为解释的简单起见，我们假设没有进行均衡。用均衡器修改是非常明确的并且能够被那些本领域的技术人员理解。

因此，假定仅L(n)282被应用，左耳和右耳将听到：

(i)Left-ear(n)＝αL(n)和Right-ear(n)＝βL(n)。

加上传递R(n)281的耳内扬声器210的贡献的结果是：

(ii)Left-ear(n)＝αL(n)和Right-ear(n)＝βL(n)+R(n)。

目标是处理这些对信号使得用户在他的右耳将听到原始的右声道信号R(n)281，并且在他的左耳将听到原始的左声道信号L(n)282，如同用标准的双声道头戴式受话器一样。因此，作为目标的Left-ear(n)和Right-ear(n)应为：Left-ear(n)＝L(n)和Right-ear(n)＝R(n)。

值得一提的是，如果耳机200以应用于左声道和右声道信号的合适的修改被放置在左耳上，类似的过程将被进行。

处理器240接收输入信号：来自音频接口260的L(n)282和R(n)281。音量和平衡控制245也被提供到处理器240。音量和平衡控制245被操作音频设备的用户控制并通过有线通道或无线通道被传递到耳机200。

处理器240执行所有必要的处理以满足Left-ear(n)＝L(n)和Right-ear(n)＝R(n)的目标，如对图3所描述的。

图3说明了由处理器240实现的典型的过程的过程图，以便达到以上提到的分别地提供L(n)282和R(n)281到左耳和右耳的目标。

放大器320被用户经由音量和平衡控制245控制。放大器320由左声道信号L(n)282馈送。用户选择增益G用于左声道信号L(n)282以便在他听到的左声道信号和右声道信号之间进行平衡。放大的结果是量值L(n)G的放大的信号361。放大的信号361被馈送到在颅骨的右侧上的骨传导扬声器230，并且放大的信号361经由骨头传播到颅骨的左侧。在传播期间，信号以α衰减，该效应由块310代表。因此，用户将在他的左耳听到量值：L(n)Gα的衰减信号362。

在他的右耳用户被假定听到R(n)281。假设R(n)和L(n)应被平衡，那么用户将选择增益G使得Gα≈1是所期望的，所以，在左耳听到的信号：

(iii)Left-ear(n)＝L(n)Gα≈L(n)。

左声道信号L(n)282也经由骨头传播到右耳。在该路线中，左声道信号L(n)282以量值β被衰减，由块330代表。因为假设骨传导扬声器230被附接到用户的右耳，骨传导扬声器230和右耳之间的距离比骨传导扬声器230和左耳之间的距离要短。因此在其传播到右耳期间应用到信号的衰减β与在其传播到左耳期间应用到信号的衰减α是不同的。将到达右耳的左信道信号L(n)282的部分为：L(n)Gβ。

右声道信号R(n)通过耳内扬声器210被注入到右耳，所以被右耳听到的总信号为：

(iv)R(n)+L(n)Gβ。

该信号的附加在耳道中发生，由加法符号323表明。注意虚线框370表明发生在耳道中的现象而不是由处理器240处理的过程。

为了使用户将在他的右耳听到仅右声道信号R(n)，处理器240执行以下过程。

左声道信号L(n)282被馈送到带有脉冲响应H(n)的自适应滤波器340。脉冲响应H(n)由处理更新计算350来更新，如稍后所描述的。自适应滤波器340产生被注入到耳内扬声器210的信号-L(n)*H(n)364。-L(n)*H(n)的信号364在耳内被加到R(n)+L(n)Gβ的信号365，如以加法符号321所呈现的。该加法的输出被表示为其中：

$\left(v\right)\hat{R}\left(n\right)=R\left(n\right)+L\left(n\right)*(\mathrm{G\β}-H\left(n\right))$

等式(v)代表用户在右耳中听到的右声道输出信号366。右声道输出信号366由耳内扩音器220获得并且信号也被表明为in-ear-mic(n)。

要达到目标我们在误差计算器322计算误差e(n)，其中：

(vi)e(n)＝in ear mic(n)-R(n)

误差计算器322将误差e(n)367馈送到更新计算350。误差计算350可以使用LMS(最小均方)算法或任何其它算法以找到自适应滤波器340的滤波器响应H(n)的系数，其使e(n)最小化。一旦达到e(n)的最小值，右耳将听到：

在单声道语音呼叫的情况中，进行相同的过程，其中R(n)＝L(n)。在该情况下，如果e(n)的最小值不够小，用户仍在两只耳朵中听到单声道信号，其将给他所期望的效果。

根据本发明的一些实施方式，耳机200可以降低在未被覆盖的耳朵中的环境噪声。当耳机200被用于接收语音呼叫时尤其重要，在该情况下环境噪声可显著地影响话音的可理解性。以下实施方式被提供用于环境噪声降低。

当耳机200被放置在右耳，穿过右耳的环境噪声不显著地阻塞语音，因为用户可以提高语音呼叫的音量以便掩盖在被覆盖的耳朵处的环境噪声。然而，穿过未被覆盖的耳朵的环境噪声不能够通过提高在被覆盖的耳朵处的音量被掩盖。

耳机200能够显著地降低环境噪声效应，如下：呼叫的语音被注入到耳内扬声器210以及到骨传导扬声器230。被注入到骨头的语音将在左侧被听到，正如对于图2和图3所描述的。骨传导信号的音量能够被用户经由如在图3中所描述的音量和平衡控制245控制。以适合的音量设置，在未被覆盖的耳朵的环境噪声的效应将被降低且电话交谈的体验将被改善。这是由于没有声音注入到未被覆盖的耳朵，用户在该耳朵内听到纯环境噪声的事实。通过将语音信号注入到未被覆盖的耳朵，用户在他未被覆盖的耳朵听到语音信号加环境噪声，如果经由骨头注入的语音相较于环境噪声足够高，大脑将掩盖环境噪声的部分且呼叫可理解性将增加。

根据本发明的另一个实施方式，阻塞或降低在未被覆盖的耳朵处的环境噪声由噪声减法机制进行。以下描述涉及耳机200被附接在用户的右耳而左耳未被覆盖的实施例。

来电的语音被注入到耳内扬声器210并且噪音降低信号被注入到骨传导扬声器230。消除信号用应用到其上的适合的相位改变反应估算的环境噪声。环境噪声将进入左耳并将被通过骨头也进入未被覆盖的耳朵的噪声降低信号部分地消除，以使在左耳听到的总噪声被降低。

环境噪声能够被消除，其通过添加用于获得环境噪声的外部扩音器，或可选地，通过使用耳内扩音器220，与一些附加的处理一起。

图5示出实际获得用户听到的信号的耳内扩音器220。获得的信号550由已知信号和环境噪声组成。已知信号540包括输入语音520和泄漏信号530；输入语音520方便地是单声道信号(在该情况下L(n)＝R(n))，其从音频设备被传输到耳机200并且经由耳内扬声器210被注入；泄漏信号530来自骨传导扬声器230，被表明为R(n)Gβ。然而一旦按照等式(v)和等式(vi)达到最小值，Gβ～H(n)且泄漏信号为已知的R(n)*H(n)。H(n)为自适应滤波器340的脉冲响应。从获得的信号550减去输入语音520和信号525(其实质上等于泄漏信号530)，结果是减去后的信号555，该信号555是估算的环境噪声。

耳机200可以被嵌入到移动电话400，如在图4中所示的。当被嵌入到移动电话时，骨传导扬声器230被定位使得在正常的电话呼叫期间其将接触骨头。耳内扩音器220和耳内扬声器210被定位如在图4中所示的。移动电话400可包括标准扩音器或耳内扩音器(未被示出)以在语音呼叫期间获得用户的语音。

有许多被设计成消除环境噪声的头戴式受话器，它们的大多数是覆盖在耳廓上并且通过使用外部扩音器来估算环境噪声。根据本发明的实施方式，耳内扩音器220不测量环境噪声，而是测量耳道内的信号，该信号为用户听到的实际信号。

图6示出带有噪声降低或噪声消除机制的噪声降低头戴式受话器600。头戴式受话器600使用耳内扬声器与耳内扩音器的组合，在每个耳朵内，其获得在对于左耳和右耳的耳道内的信号。头戴式受话器600使在不需要外部扩音器的情况下消除环境噪声能够实现。头戴式受话器600包括：两个耳内扬声器211和212，两个耳内扩音器221和222。耳内扩音器221和222都分别地获得在左耳道和右耳道内的信号；处理器240从两个耳内扩音器221和222接收信号。处理器240使用存储器250执行信号处理；音频接口260从音乐设备接收音频信号。头戴式受话器600可以被无线地连接到音乐设备，在该情况下，音频接口260包括无线接收器。头戴式受话器600可以被有线地连接到音乐设备，在该情况下其包括模拟接口，如果连接是数字连接，其带有ADC或数字接口。音频接口260的输出被馈送到处理器240；以及电源255供应头戴式受话器600的电力。

处理器240可以是DSP、ARM或任何其它处理器。处理器240被附接到ADC和DAC单元241，其将模拟信号转换成数字信号或将数字信号转换成模拟信号。处理器240的输入是由音频接口260供应的左声道和右声道信号L(n)282和R(n)281。另外，音量和平衡控制245被提供到处理器240。

虽然图6示出两个扩音器，仅使用一个耳内扩音器(假设类似的环境噪声穿过两个耳朵)是可能的。应注意到，类似的过程能够被应用到一个耳机，其将消除穿过耳机的噪声。类似的过程能够通过使用骨传导扬声器被应用。

处理器240估算环境噪声并消除该环境噪声或其部分，该环境噪声来自两只耳朵。

右侧的耳内扩音器221获得右声道信号R(n)281和右耳道内噪声N_canal_right(n)的总和。左侧的耳内扩音器222获得左声道信号L(n)282和左耳道内噪声N_canal_left(n)的总和。处理器240的目的为处理接收的耳内扩音器信号以使用户将在他的左耳听到原始的左声道信号L(n)282并在右耳听到原始的右声道信号R(n)281。

图7示出噪声估算和减法的过程。该过程针对左耳来证明但相同的过程应用到右耳。左声道信号L(n)282是所期望的信号。左侧的耳内扩音器222获得信号：

Sl(n)＝L(n)+Nl(n)

其中Sl(n)为获得的信号710以及Nl(n)为由左耳获得的噪声。图7示出如何估算左耳内的噪声的实施例，其中估算的噪声720由

来表示并且因此估算的左声道信号283为

自适应过程可以使用不同的算法，典型的过程是使用LMS技术。自适应计算的输出改变自适应滤波器340的脉冲响应H(n)。

环境噪声被估算并且至少部分地从左侧获得的信号710减去。用户可以决定不消除所有环境噪声而仅消除其一部分，即

其中δ由用户选择。

方便地，处理器240可以分析环境噪声的类型并检测一些预先定义的信号类型，例如，救护车/警车汽笛、小汽车喇叭或一些其它预先定义的信号。一旦预先定义的信号类型被检测到，处理器240将自动降低音乐声音的音量，以使用户将能够听到外部的声音。可选地，处理器240将通过合成的声音或以任何其它检测预先定义的信号类型的方式发信号到用户。

图8示出用于使用单个耳机提供音频信号到用户的两只耳朵的方法800。耳机被放置在一只耳朵上，其将被称作被覆盖的耳朵，同时第二耳朵将被称作未被覆盖的耳朵。

方法800以接收音频信号的阶段810开始。音频信号可以是双声道信号或单声道语音呼叫。音频信号包括第一输入信号和第二信号，第一输入信号意于由用户的未被覆盖的耳朵听到，第二信号意于由用户的被覆盖的耳朵听到。如果音频信号是单声道信号，阶段810还包括分路音频信号，使得第一输入信号等于第二输入信号。

阶段810后面接着阶段820和阶段850，它们同时执行。

阶段820包括以增益因子G放大第一输入信号，用于产生放大的信号。增益因子G由用户设置，并且阶段820可以包括从用户设备接收表示增益因子的音量和平衡控制。控制增益可以部分地掩盖在未被覆盖的耳朵处的环境噪声。

阶段820后面接着阶段840，阶段840将放大的信号注入到骨传导扬声器，并且通过骨传导扬声器输出输出信号以响应于第一输入信号。

输出信号通过骨头传播并以衰减β到达被覆盖的耳朵。因而，当第一输入信号到达被覆盖的耳朵时，其乘以传播因子Gβ。该信号被称作泄漏信号。

阶段850包括由自适应滤波器过滤第一输入信号以提供过滤的信号，一旦该过滤的信号通过耳内扬声器播放到用户的第二耳朵，其降低在用户的第二耳朵上的泄漏信号的音频效应。

阶段840和850后面接着阶段870，阶段870发送过滤的信号和第二输入信号到耳内扬声器，通过耳内扬声器提供耳内音频信号到用户的第二耳朵，以响应于过滤的信号和第二输入信号。

阶段870后面接着阶段880，阶段880由耳内扩音器感应一感应的音频信号。感应的音频信号响应于第二输入信号、泄漏信号和过滤的信号。

阶段880后面接着阶段890，阶段890更新自适应滤波器的脉冲响应，以便降低到感应的音频信号的泄漏信号的贡献。阶段890后面接着阶段850。

图9示出用于降低来自由耳机提供的音频的噪声的方法900。

阶段900以接收输入信号的阶段910开始。输入信号可以是单声道或双声道信号。如果输入信号是双声道信号，那么输入信号包括与第二输入信号不同的第一输入信号，以及如果输入信号是单声道信号，那么输入信号包括与第二输入信号相同的第一输入信号。

阶段910后面接着阶段920，阶段920通过骨传导扬声器发送第一输入信号到第一耳朵。

阶段920后面接着阶段930，阶段930通过耳内扬声器提供耳内音频信号到用户的第二耳朵，以响应于第二输入信号。

阶段930后面接着阶段940，阶段940通过接近于用户的第二耳朵的耳内扩音器感应一感应的音频信号；其中感应的音频信号被耳内音频信号和另一信号影响，另一信号代表由用户的第二耳朵听到的干扰音频信号。干扰音频信号可以是环境噪声。

阶段940后面接着阶段950，阶段950计算补偿信号，该补偿信号一旦提供到骨传导扬声器，将使骨传导扬声器输出输出信号，该输出信号降低在用户的第一耳朵上的干扰音频信号的音频效应。干扰音频信号是不期望的信号，例如环境噪声。该阶段能够消除或降低环境噪声。补偿信号可以通过使用图3和图7的自适应滤波器340被提供。

方法900可以包括阶段980，阶段980通过耳塞或甚至手指塞住用户的第一耳朵，以便由于闭塞效应改善在第一耳朵中的信噪(signal to noise)。因为音频通过骨头被提供到第一耳朵，塞住耳朵不干扰输入音频的提供，而且降低环境噪声效应。

图10示出用于提供单声道音频信号到用户的两只耳朵的耳机200的简化变形。耳机1000包括：(i)骨传导扬声器230，其用于通过骨头将音频传导到两只耳朵。骨传导扬声器230被靠近于用户的骨头放置；(ii)处理器240，其用于接收来自音频接口260的输入信号并且还用于处理接收的输入信号，例如，放大信号；(iii)音频接口260-如在图2中所描述的；(iv)ADC和DAC(数字到模拟转换器)-如在图2中所描述的；(v)存储器250，其由处理器240来使用，用于计算数据的中间存储；以及(vi)电源255。

虽然发明的某些特征已经在此被说明和描述，但是许多修改、替代、改变以及等同物现在将被那些本领域普通技术人员想起。因此，应被理解，附加的权利要求意于覆盖落入本发明的真实精神范围内的所有这样的修改和改变。

Claims (32)

1.一种用于通过使用单个耳机提供音频信号到用户的两只耳朵的方法，包括：

接收包括第一输入信号和第二输入信号的输入信号；

将所述第一输入信号注入到骨传导扬声器；

通过所述骨传导扬声器输出一输出信号以响应于所述第一输入信号；其中输出所述输出信号使音频信号到达用户的第一耳朵并使泄漏信号到达用户的第二耳朵；

通过自适应滤波器过滤所述第一输入信号以提供过滤的信号，所述过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的所述第二耳朵，则降低所述泄漏信号对用户的所述第二耳朵的音频效应；

发送所述过滤的信号和所述第二输入信号到耳内扬声器；

通过所述耳内扬声器提供耳内音频信号到用户的所述第二耳朵，以响应于所述过滤的信号和所述第二输入信号；

通过耳内扩音器感应一感应的音频信号；以及

更新所述自适应滤波器的脉冲响应，以便降低所述泄漏信号对所述感应的音频信号的贡献。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述感应的音频信号还包括环境噪声，以及其中更新所述脉冲响应还包括降低所述环境噪声的贡献。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括通过增益因子放大所述第一输入信号，以致当所述第一输入信号通过骨头传播到用户的所述第一耳朵时，补偿应用到所述第一输入信号的衰减。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括从用户设备接收表示所述增益因子的音量和平衡控制。

5.根据权利要求1所述的方法，其中更新所述脉冲响应包括通过从获得的耳内信号减去所述第二输入信号来计算误差。

6.根据权利要求5所述的方法，其中更新所述脉冲响应包括基于所述误差计算所需的脉冲响应的系数，以最小化所述误差。

7.根据权利要求6所述的方法，其中计算所述系数包括使用最小均方算法。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一输入信号不同于所述第二输入信号。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一输入信号等于所述第二输入信号。

10.一种用于提供音频信号到用户的两只耳朵的耳机，包括：

音频接口，其用于提供包括第一输入信号和第二输入信号的音频信号；

骨传导扬声器，其耦合到所述音频接口，并用于输出一输出信号；其中输出所述输出信号使音频信号到达用户的第一耳朵并使泄漏信号到达用户的第二耳朵；

自适应滤波器，其具有可调脉冲响应，并用于过滤所述第一输入信号以提供过滤的信号，所述过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的所述第二耳朵，则降低所述泄漏信号对用户的所述第二耳朵的音频效应；

耳内扬声器，其耦合到所述音频接口，并用于提供耳内音频信号到用户的所述第二耳朵，以响应于所述过滤的信号和所述第二输入信号；

耳内扩音器，其用于感应一感应的音频信号；以及

处理器，其用于更新所述自适应滤波器的脉冲响应，以便降低所述泄漏信号对所述感应的音频信号的贡献。

11.根据权利要求10所述的耳机，其中所述感应的音频信号还包括环境噪声，以及其中所述处理器被配置成更新所述脉冲响应以降低所述环境噪声的贡献。

12.根据权利要求10所述的耳机，还包括放大器，该放大器用于放大所述第一输入信号，以当所述第一输入信号通过骨头传播时，补偿应用到所述第一输入信号的衰减。

13.根据权利要求10所述的耳机，其中所述处理器被配置成更新所述脉冲响应以响应于误差，其中所述误差通过从获得的耳内信号减去所述第二输入信号来计算。

14.根据权利要求10所述的耳机，其中所述处理器被配置成基于所述误差计算所需的脉冲响应的系数，以最小化所述误差。

15.根据权利要求10所述的耳机，其中所述音频接口包括无线接收器，该无线接收器用于从无线音频设备接收所述音频信号。

16.根据权利要求10所述的耳机，其中所述音频接口包括模拟接口，该模拟接口用于从带有模拟发射器的有线音频设备接收所述音频信号。

17.根据权利要求10所述的耳机，其中所述音频接口包括数字接口，该数字接口用于从带有数字发射器的有线音频设备接收所述音频信号。

18.根据权利要求10所述的耳机，其中所述第一输入信号不同于所述第二输入信号。

19.根据权利要求10所述的耳机，其中所述第一输入信号等于所述第二输入信号。

20.一种用于通过使用单个耳机提供音频信号到用户的两只耳朵的方法，包括：

接收第一输入信号；

通过骨传导扬声器发送所述第一输入信号到用户的第一耳朵；

通过耳内扬声器提供内耳音频信号到用户的第二耳朵，以响应于第二输入信号；

通过接近于用户的所述第二耳朵的耳内扩音器感应一感应的音频信号；其中所述感应的音频信号被所述内耳音频信号和代表由用户的所述第二耳朵听到的干扰音频信号的另一信号影响；以及

计算补偿信号，所述补偿信号一旦被提供到骨传导扬声器将使所述骨传导扬声器输出一输出信号，所述输出信号降低所述干扰音频信号对用户的所述第一耳朵的音频效应。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述干扰音频信号为环境噪声。

22.根据权利要求21所述的方法，其中被提供到所述骨传导扬声器的所述补偿信号将使所述骨传导扬声器输出一输出信号，所述输出信号消除所述环境噪声的音频效应。

23.根据权利要求21所述的方法，其中计算所述补偿信号响应于用户定义的噪声降低因子，以使所述环境噪声的音频效应的降低响应于所述用户定义的噪声降低因子。

24.根据权利要求20所述的方法，还包括通过耳塞塞住用户的所述第一耳朵以致由于闭塞效应改善在所述第一耳朵中的信噪。

25.一种耳机，包括：

音频接口，其用于接收第一输入信号和第二输入信号；

耳内扬声器，其用于通过所述耳内扬声器提供内耳音频信号到用户的第二耳朵，以响应于所述第二输入信号；

骨传导扬声器，其用于提供所述第一输入信号到用户的第一耳朵；

耳内扩音器，其接近于用户的所述第二耳朵，并用于感应一感应的音频信号；其中所述感应的音频信号被所述内耳音频信号和代表由用户的所述第二耳朵听到的干扰音频信号的另一信号影响；以及

处理器，其用于计算补偿信号，所述补偿信号一旦被提供到所述骨传导扬声器将使所述骨传导扬声器输出一输出信号，所述输出信号降低所述干扰音频信号对用户的所述第一耳朵的音频效应。

26.一种提供音频信号到用户的两只耳朵的电话，包括：

骨传导扬声器，其用于输出音频信号；其中输出所述输出信号使泄漏信号到达用户的第二耳朵；

自适应滤波器，其具有可调脉冲响应，并用于过滤第一输入以提供过滤的信号，所述过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的所述第二耳朵，则降低所述泄漏信号对用户的所述第二耳朵的音频效应；

耳内扬声器，其耦合到所述音频接口，并用于提供耳内音频信号到用户的所述第二耳朵，以响应于所述过滤的信号和第二输入信号；

耳内扩音器，其用于感应一感应的音频信号；以及

处理器，其用于更新所述自适应滤波器的脉冲响应，以便降低所述泄漏信号对所述感应的音频信号的贡献。

27.一种头戴式受话器，其包括：

音频接口，其用于提供音频信号，所述音频信号包括第一输入信号和第二输入信号；

第一耳内扬声器以及第二耳内扬声器，所述第一耳内扬声器用于提供第一内耳音频信号到用户的第一耳朵，以响应于所述第一输入信号，所述第二耳内扬声器用于提供第二内耳音频信号到用户的第二耳朵，以响应于所述第二输入信号；

至少一个耳内扩音器，其接近于用户的所述第一耳朵，并用于感应一感应的音频信号；其中所述感应的音频信号被所述第一内耳音频信号和代表由用户的所述第一耳朵听到的第二音频信号的另一信号影响；以及

处理器，其用于计算补偿信号，所述补偿信号一旦被提供到所述耳内扬声器将使所述耳内扬声器输出一输出信号，所述输出信号降低所述第二音频信号的音频效应。

28.根据权利要求1所述的方法，还包括通过增益因子放大所述第一输入信号，以掩盖由用户的所述第一耳朵听到的至少部分所述环境噪音。

29.根据权利要求10所述的耳机，还包括放大器，该放大器用于放大所述第一输入信号，以掩盖由用户的所述第一耳朵听到的至少部分所述环境噪音。

30.根据权利要求1所述的方法，还包括通过耳塞塞住用户的所述第一耳朵，以致由于闭塞效应改善在所述第一耳朵中的信噪。

31.根据权利要求10所述的耳机，还包括耳塞，该耳塞用于塞住用户的所述第一耳朵，以致由于闭塞效应改善在所述第一耳朵中的信噪。

32.一种用于提供音频信号到用户的两只耳朵的耳机，包括：

音频接口，其用于提供包括第一输入信号和第二输入信号的音频信号；

骨传导扬声器，其耦合到所述音频接口，并用于输出一输出信号；其中输出所述输出信号使音频信号到达用户的第一耳朵并使泄漏信号到达用户的第二耳朵；

自适应滤波器，其具有可调脉冲响应，并用于过滤所述第一输入信号以提供过滤的信号，所述过滤的信号一旦通过耳内扬声器被播放到用户的所述第二耳朵，则降低所述泄漏信号对用户的所述第二耳朵的音频效应；以及

处理器，其用于更新所述自适应滤波器的脉冲响应，以便降低所述泄漏信号对所述感应的音频信号的贡献。

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