CN104429096A - 音频信号输出装置和处理音频信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种处理音频信号的方法，包括：输出第一音频信号的第一部分；提取第一音频信号的输出的第一部分作为第二音频信号；比较第一音频信号的第二部分与第二音频信号；基于比较的结果，修改第一音频信号的第二部分；以及输出第一音频信号的修改的第二部分。本发明还公开一种音频信号输出装置。
Description
技术领域
各实施例概括地涉及音频信号处理领域，具体地，涉及实时自适应音频头相关传递函数(head-related transfer function，HRTF)系统。
背景技术
数字信号处理(DSP)中的进步已导致应用于各种音频系统的硬件(HW)和软件(SW)开发/解决方案的激增，音频系统范围从传统的2.1音频系统到包括头戴式耳机(headphone)/头戴式受话器(headset)的虚拟的7.1音频系统。具体地，通过在很大程度上利用这些新的DSP技术，在头戴式耳机/头戴式受话器中已存在大量的变化。头戴式耳机、头戴式受话器和耳塞式耳机(ear bud)的使用者正看到虚拟化的5.1和7.1版本上市。这些扩展的版本需要更多的音频/声音处理能力，以获得非常接近实际的5.1和7.1声音的期望的音频(声音)结果，并获得用于游戏目的的优化的音频。
图1示出配戴头戴式耳机(或头戴式受话器)102的使用者100的俯视示意图。头戴受话器102的右耳机104和左耳机106处的头相关传递函数(HRTF)分别由HRR108和HLL 110代表，HRR 108及HLL 110用于表示右耳和左耳会分别感知的直接传输或音频脉冲。理想地，在封闭式环境(contained environment)中，右耳机104与左耳机106之间应不存在串扰，即从右耳机到左耳机的HRTF(HRL 112)和从左耳机到右耳机的HRTF(HLR 114)是零。右耳机104与左耳机106彼此独立。然而，应当理解，实际上，音频信号可具有固有串扰，固有串扰可影响由使用者所感知的声音。
虽然已实现HRTF实施方式中的进步，但是这些进步以实施方式的“固定模式”为基础。这意味着这些实施方式不是自适应的并且不考虑环境噪声或人类收听者(或使用者)的耳朵的物理方面。收听者的外耳构型或结构(或耳廓)可通过对进来的音频特征(或信号)应用与人类听觉灵敏度相关的“放大和/或衰减因子”而使问题复杂。图2示出收听者耳朵200的示意图。收听者耳朵200的耳廓202作为进来的音频信号204通过听管206到鼓膜208的接收器。由于向外传播声音能量依据平方反比定律(inverse square law)，因此更大的接收器(例如大的耳廓202会提取更多能量)由大约2或3的因子放大人类听觉灵敏度。
由于当前HRTF实施方式的固有性质，无论环境(例如环境噪声、给定收听者的外/内耳道的大小和形状的可变性、头戴式受话器(例如，与外/内耳道相关的图1的头戴式受话器102)中的音频驱动器的可变位置)如何，都不可能考虑已知存在的变量并针对这些变量进行调整。
因此，需要提供一种将音频装置(例如头戴式耳机、头戴式受话器和耳塞式耳机)集成到实时自适应音频调整系统的方法和设备，实时自适应音频系统会极大地改善声音质量；从而力图解决至少上述提到的问题。
发明内容
在第一方面中，本发明涉及一种处理音频信号的方法，包括：输出第一音频信号的第一部分；提取第一音频信号的输出的第一部分作为第二音频信号；比较第一音频信号的第二部分与第二音频信号；基于比较的结果，修改第一音频信号的第二部分；以及输出第一音频信号的修改的第二部分。
根据第二方面，本发明涉及一种音频信号输出装置，包括：扬声器，被配置为输出第一音频信号的第一部分；麦克风，被配置为提取第一音频信号的输出的第一部分作为第二音频信号；比较器，被配置为比较第一音频信号的第二部分与第二音频信号；以及电路，被配置为基于比较的结果修改第一音频信号的第二部分；其中，扬声器进一步被配置为输出第一音频信号的修改的第二部分。
在第三方面中，本发明涉及一种头戴式受话器，包括：耳机对；位于每个耳机中的一个或多个扬声器；以及位于耳机对的至少一个耳机内的麦克风；其中扬声器大体上居中地位于耳机内；以及其中麦克风位于扬声器附近。
附图说明
在附图中，全部不同视图中相同的附图标记一般指代相同的部分。这些附图未必按比例绘制，而是一般着重强调示出本发明的原理。为清楚起见，可任意扩大或缩小各种特征/元件的尺寸。在下面的描述中，将参照下面的附图描述本发明的各实施例，其中：
图1示出配戴头戴式耳机(或头戴式受话器)的使用者的俯视示意图以及该头戴式耳机(或头戴式受话器)的HRTF；
图2示出收听者的耳朵的示意图；
图3根据各实施例示出示例性实时自适应反向过滤过程的框图；
图4根据各实施例示出现有DSP HW技术与独特SW/算法组合(或改良的组合)的示例性概括图，该组合允许特定的实施方式；
图5根据各实施例示出处理音频信号的方法流程图；
图6根据各实施例示出音频信号输出装置的示意性框图；
图7根据各实施例示出头戴式受话器的示意性框图；
图8A根据各实施例示出头戴式受话器的示例性耳机的剖面侧视图；
图8B根据各实施例示出头戴式受话器的示例性耳机的剖面侧视图，该图描绘各驱动器的位置；
图8C根据各实施例示出头戴式受话器的示例性耳机的剖面侧视图，该图描绘MEMS麦克风的较佳(或理想)位置；
图8D根据各实施例示出头戴式受话器的示例性耳机的剖面侧视图，该图描绘MEMS麦克风可定位的可能区域及其效果；以及
图9根据各实施例示出基于幅值校正因子和对应的原音频信号的修改的音频信号，对应的原音频信号针对(A)左耳和(B)右耳在100赫兹至20千赫兹频率范围上。
具体实施方式
以下参考附图进行详细说明，这些附图通过举例说明的方式示出，用于实践本发明的具体细节及实施例。足够详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够实践本发明。可使用其他实施例，且可在不背离本发明的范围的条件下作出结构及逻辑上的改变。各实施例未必相互排斥，因为一些实施例可与一个或多个其他实施例相组合而形成新的实施例。
为使本发明可易于理解并具有实际效果，现通过示例而非限制的方式并参考附图描述具体的实施例。
头相关传递函数(HRTF)的独特修改方式或实施方式不断演进。各种实施例提供现有DSP HW技术与独特SW/算法之一组合(或改良的组合)，该组合允许特定的实施方式。各种HW和SW元件布置于耳机内并在SW层面上集成的方式允许通过对进入收听者耳朵的音频特征应用复杂的实时信号处理来改变(即修改)原音频流(raw audio stream)，以使收听体验能够更清晰(或更纯)。如此，确保感知的音频尽可能紧密地匹配想要听到的原始/原音频流。
各实施例包括音频DSP技术与位于耳机中的麦克风元件的独特组合或混合，以这种方式，耳机提取通过声音反弹出外耳道而改变的右/左音频特征并接着执行左声道与右声道的原始/原音频源的比较。实时自适应DSP技术在DSP层面上调用并改变原始的原音频流并确保在外耳处感知的声音特征尽可能紧密地匹配原始/原音频流。
各种实施例基于头戴式耳机的耳机中的独特HW驱动器提供原始的原音频流上的频率修正。频率修正可与其他算法函数(例如幅值修正(即放大修正或衰减修正)及相移修正(或延迟修正))相关或相关联。图3示出示例性实时自适应反向过滤过程的框图。在图3中，输入信号300被馈送入期望的传递函数D 302和自适应滤波器A 304中。来自期望的传递函数D 302的输出是期望的信号306，通过比较器310比较期望的信号306与测量的信号308，以给出误差信号312。测量的信号308从真实传递函数R 314的输出获得，真实传递函数R 314接受驱动信号316作为其输入。驱动信号316依次从自适应滤波器A 304的输出获得，自适应滤波器A 304根据误差信号312使过滤参数被修改。如图3所示的自适应滤波器是用于实时地自适应处理音频信号的特定基础算法的实例。
换言之，例如，波形合成(wave synthesis)可将基线音频波(base line audiowave)与来自放置于每一个耳机中的麦克风的反射音频波比较。麦克风可放置于每一个耳机中的各种位置处。然而，当放置于特定位置或策略性位置处时，麦克风可接收例如最大等级的反射音频波，因此增强期望的音频信号的提取以进行处理。
波形合成可实时地应用且是例如图3中的示例的过程：由此原音频波或进来的音频波被数字采样并接着将其与来自每一个耳机的反射的音频波的数字样本进行比较。在应用修正因子(即，放大、衰减、移相、延迟、回声和/或噪声消除)后产生第三或音频波。波形合成实时地应用修正因子，并产生独特的第三音频波，独特的第三音频波通过应用修正因子重建，以尽可能紧密地接近初始或原音频波。
图4示出现有DSP HW技术与独特SW/算法组合(或改良的组合)的示例性概括图，该组合允许特定的实施方式。
在图4中，原音频流(或信号)400输入到包含DSP功能404的系统402中。系统402可以是但不限于外部音频PUCK/MICX放大器。可由DSP功能404将原音频流400修改为由系统402输出的修改的音频流(或信号)406。DSP功能404还可用于针对幅值改变、衰减和/或其他信号异常(例如回声和/或噪声消除)执行一定量的处理。然后，修改的音频流406被送入到头戴式受话器412的左耳机408和右耳机410中。使用者(图4中未示出)将他/她的头定位于左耳机408与右耳机410之间，如方向符号414所示。耳机408、410可靠着使用者的相应耳朵(图4未示出)定位，分别如箭头416、418所示。
左耳机408中的麦克风420(MIC"L")和右耳机410中的麦克风422(MIC"R")分别提取MIC(L/R)被反馈到比较器426中的音频信号424。比较器426还接收原音频流400并比较原音频流400与MIC(L/R)音频信号424。比较器426输出比较的结果428，比较的结果428被反馈到系统402中。系统402接收结果428并基于结果428修改原音频流400。
为了比较器426执行MIC(L/R)音频信号424相对于对应的原音频流400的比较，在原音频流400进入比较器426之前，由移相器430将延迟引入到原音频流400，因此在两种信号之间提供一种用于比较的时序同步的形式。
为了系统402基于对应的比较的结果428执行原音频流400的修改，在比较的结果428进入系统402之前，由另一移相器432将另一延迟引入到比较的结果428，从而在这些信号之间提供一种用于修改的时序同步的形式。
对于图4中的示例，所有音频信号可以是数字信号。
在其他示例中，在特定处理步骤的一些音频信号可以是模拟信号或数字信号。例如，原音频流可以是模拟音频流或数字音频流。如果原音频流是模拟音频流，则系统将原音频流转换成数字信号，以便DSP功能可应用。
在第一方面中，提供一种处理音频信号的方法500，如图5中所示。在502处，输出第一音频信号的第一部分。例如，第一音频信号的第一部分可指图4的修改的音频流406，且第一音频信号可指图4的原音频流400。第一音频信号的第一部分指的是在一时间段(例如表示为X)内的音频信号。术语“音频信号”可被互换地被称为“音频流”，其可代表源自于任何音频信号源(例如重放音轨(audiotrack))的任何音频信号。
在504处，提取第一音频信号的输出的第一部分作为第二音频信号。例如，第二音频信号可指图4中的MIC(L/R)音频信号424。如本文所使用的，术语“提取”或“被提取”可概括地指被接收的。
在506处，比较第一音频信号的第二部分和第二音频信号。例如，第一音频信号的第二部分可指基于图4的原音频流400的音频信号，原音频流400通过具有DSP功能404的系统402被馈送入比较器406的输入端中。在另一示例(未示出)中，第一音频信号的第二部分可以是基于原音频流的音频信号，且不经过具有DSP功能的系统被送入比较器的输入端中。
在508处，基于比较的结果修改第一音频信号的第二部分。例如，比较的结果指的是图4的比较的结果428。
如本文所使用的，术语“修改”指但不限于：改变、调整、放大或衰减。例如，基于可以是放大修正因子的比较的结果，可通过放大第一音频信号的第二部分的幅值修改第二部分的幅值。在另一非限制性示例中，基于可以是频率修正因子的比较的结果，可通过改变第一音频信号的第二部分的频率修改第二部分的频率。应当理解，根据比较的结果，修改可采取任何变化或变化组合形式。由于反馈机制，修改可被称为自适应修改。修改的目的在于在使用者的外耳处获得尽可能密切地匹配原始/原音频流的感知的声音特征。
在510处，输出第一音频信号的修改的第二部分。
例如，第一音频信号的修改的第二部分可指在另一时间段(例如表示为Y)上的图4的修改的音频流406。在一个示例中，时间段X和Y可以是相邻的时间段。在另一示例中，时间段X和Y的至少部分可重叠。
在各实施例中，以预定时间间隔重复在502、510处的输出步骤、在504处的提取步骤、在506处的比较步骤以及在508处的修改步骤，预定时间间隔允许大体上实时地处理音频信号。例如，在510处输出第一音频信号的修改的第二部分之后，可重复方法500提供的步骤，以便第一音频信号的修改的第二部分此时变成在502处的第一音频信号的第一部分。在这种情况下，第一音频信号的第一部分此时指的是另一时间段(例如表示为Y)上的音频信号。
可每隔一段时间或可连续地重复方法500，以提供大体上实时的音频信号处理。应当意识到且应当理解，术语“大体上”可包括“精确地”和“类似的”，“类似的”在一定程度上可被理解为“精确的”。仅为了说明的目的且并非作为限制性示例，术语“大体上”可被量化为与精确或实际相差+/-5％。例如，短语“A(至少)大体上与B相同”可包含如下实施例，其中A精确地与B相同或其中A可在B的+/-5％(例如一值)内变化，反之亦然。
在各实施例中，在502处输出第一音频信号的第一部分的步骤可包括通过头戴式受话器的扬声器输出第一音频信号的第一部分。
在各实施例的上下文中，术语“头戴式受话器”指具有一个或多个听筒(earphone)的设备，一个或多个听筒通常用头带(headband)保持于使用者的耳朵上。在一些实例中，术语“头戴式受话器”可互换地指头戴式耳机、耳机(earpiece)、听筒或接收器。
在示例中，头戴式受话器包括以耳机(例如图4的耳机408、410)形式的听筒。每一个耳机可包括环绕耳机的外圆周的软垫。当使用者将耳机放置于耳朵上时，软垫覆盖耳朵以提供围绕耳朵的封闭环境，以使音频信号直接进入耳朵的听管中。
如本文所使用的，术语“扬声器”一般指任何一般形式的音频发送器，且可互换地被称为扩音器(loudspeaker)。扬声器可包括音频驱动器。扬声器可包装在头戴式受话器的耳机内。
在各实施例中，在504处提取第一音频信号输出的第一部分作为第二音频信号的步骤可包括：由麦克风接收第一音频信号的输出的第一部分。麦克风可策略性地定位于耳机内，以便麦克风接收最大级别的音频信号和/或麦克风接收由头戴式受话器的配戴者的耳道所接收的相似的音频信号。
如本文所使用的，术语“麦克风”一般指任何一般形式的音频接收器。例如，麦克风可以是微机电系统(MEMS)麦克风。MEMS麦克风通常是麦克风芯片或硅麦克风。为形成MEMS麦克风，通过MEMS技术直接将压敏膜片(pressure-sensitive diaphragm)蚀刻成硅芯片，且压敏膜片通常伴随有集成的前置放大器(preamplifier)。大多数MEMS麦克风系为电容式麦克风设计的变型。MEMS麦克风常常在相同的CMOS芯片上内建有模拟－数字转换器(ADC)电路，使芯片成为数字麦克风且因此更易于与数字产品集成。MEMS麦克风通常具有紧凑且小的尺寸，并能够跨大的传输角度接收音频信号。MEMS麦克风还在大的频率范围内具有平坦响应。
在各实施例中，麦克风可位于头戴式受话器的耳机内，以便当配戴者配戴头戴式受话器时，麦克风可被配置为大体上定位到配戴者的耳道入口附近。
如本文所使用的，术语“配戴者”可互换地被称为“使用者”。术语“大体上”可如上述定义。在本文的上下文中，术语“附近”指紧密地邻近，以便麦克风和耳道二者接收至少类似的音频信号。术语“耳道”指耳朵的听管。
在各实施例中，第二音频信号可包括头戴式受话器的左声道音频信号和右声道音频信号。例如，左声道音频信号和右声道音频信号可指图4的MIC(L/R)音频信号424。
在实施例中，第二音频信号可进一步包括噪声信号。
如本文所使用的，词组“噪声信号”一般指任何不期望的信号，其可包括归因于各种电子部件(例如麦克风或电导体)的不需要的音频信号和/或电噪声信号。电噪声信号可包括例如串扰、热噪声、散粒噪声(shot noise)。不需要的音频信号可包括例如来自环境的声音。
在各实施例中，第一音频信号的输出的第一部分可包括第一音频信号的第一部分的反射。在各实施例的上下文中，术语“反射”指回声。
在实施例中，第一音频信号的第一部分的反射可包括来自耳廓的至少部分的第一音频信号的第一部分的反射，耳廓是头戴式受话器的配戴者的耳廓。可通过回声和噪声消除修正因子处理来制约反射的信号。
如本文所使用的，术语“耳廓”意味着形成人的独特耳朵形状的外耳结构。
例如，当配戴者(或使用者)配戴头戴式受话器时，音频信号从头戴式受话器的扬声器输出并传至耳朵。音频信号的部分可进入耳道中，而音频信号的其他部分可到达耳朵的耳廓。音频信号的其他部分或其他部分的部分可从耳廓的表面反弹或反射，并可由麦克风提取。
在另一示例中，音频信号的部分可进入耳道中，而音频信号的其他部分可到达耳机的表面，耳机与耳朵形成至少大体上封闭的区域。音频信号的其他部分或其他部分的部分可从耳机的表面反弹或反射，并可由麦克风提取。
在各实施例中，在506处比较第一音频信号的第二部分与第二音频信号的步骤可包括进行以下比较中至少之一：比较第一音频信号的第二部分的幅值与第二音频信号的幅值以获得幅值修正因子、比较第一音频信号的第二部分的频率与第二音频信号的频率以获得频率修正因子、或比较第一音频信号的第二部分的相位与第二音频信号的相位以获得相位修正因子。
例如，幅值修正因子、频率修正因子和/或相位修正因子可以是图4的比较的结果428。
术语“比较”可指但不限于获得两个或更多个信号的差别。例如，术语“比较”还可包括应用于此差别的权重或倍增因子(multiplication factor)。
在各实施例中，在508处修改第一音频信号的第二部分的步骤可包括：基于幅值修正因子、频率修正因子或相位修正因子中至少之一修改第一音频信号的第二部分。例如，可基于幅值修正因子、或频率修正因子、或相位修正因子、或幅值修正因子与频率修正因子的组合、或幅值修正因子与相位修正因子的组合、或相位修正因子与频率修正因子的组合、或幅值修正因子及频率修正因子与相位修正因子的组合来修改第一音频信号的第二部分。
在各实施例中，在508处修改第一音频信号的第二部分的步骤可包括：增大或减小第一音频信号的第二部分的幅值、频率或相位中至少一个。
在各实施例中，在508处修改第一音频信号的第二部分的步骤可包括：基于头相关传递函数(HRTF)修改第一音频信号的第二部分。
在各实施例的上下文中，头相关传递函数(HRTF)是表征耳朵如何从空间中的点接收声音的响应。两只耳朵的一对HRTF可用于合成仿佛来自空间中的特定点的双耳声(binaural sound)。一般而言，HRTF是描述来自特定点的声音如何到达耳朵或耳廓的传递函数。
在各实施例中，基于动态HRTF修改第一音频信号的第二部分。换言之，动态HRTF根据若干因子(例如，耳朵位置的改变和/或所接收的音频信号的改变)而改变。这与静态而不变化的现有HRTF形成对照。例如，现有立体声系统可使用静态HRTF进行其相应的信号处理。
在各实施例中，方法500可进一步包括：在506处比较第一音频信号的第二部分与第二音频信号之前，可对第一音频信号的第二部分增加延迟。
延迟可由移相器(例如图4的移相器430)执行。增加延迟的目的在于在比较的两个信号之间提供时序同步形式，以便第二音频信号可与第一音频信号的对应部分相比较。
在各实施例中，方法500可进一步包括：在508处修改第一音频信号的第二部分之前，可对比较的结果增加另一延迟。
另一延迟可由移相器(例如图4的移相器432)执行。增加该另一延迟的目的在于在修改的信号之间提供时序同步形式，以便可基于对应的比较的结果修改第一音频信号的第二部分。
在各实施例中，第一音频信号的第二部分可以是模拟信号或数字信号。若第一音频信号的第二部分是模拟信号，则方法500可进一步包括：将第一音频信号的模拟的第二部分转换成数字信号。数字信号可以用例如由并列位或串行位表示的任何格式，并可具有任何清晰度，例如但不限于8位表示形式、16位表示形式、32位表示形式、64位表示形式、或高于64位表示形式之其他表示形式。
在第二方面中，提供一种音频信号输出装置600，如图6所示。音频信号输出装置600包括：扬声器602，被配置为输出第一音频信号的第一部分；麦克风604，被配置为提取第一音频信号的输出的第一部分作为第二音频信号；比较器606，被配置为比较第一音频信号的第二部分与第二音频信号；以及电路608，被配置为基于比较的结果修改第一音频信号的第二部分；其中，扬声器602进一步被配置为输出第一音频信号的修改的第二部分。
例如，扬声器602可以是图4的左耳机408和右耳机410中所见的相应扬声器。麦克风604可如本文上述定义且可以是图4的麦克风MIC"L"420或麦克风MIC"R"422。比较器606可指图4的比较器426。比较器606可以是加法电路(summing circuit)且可以是数字比较器(即比较数字信号的比较器)。电路608可指图4的具有DSP功能404的系统402。
在其他示例中，电路608可集成于耳机(例如，图4的左耳机408和/或右耳机410)内。
在各实施例的上下文中，“电路”可被理解为任何种类的逻辑执行实体，其可以是专用目的电路或执行存储在存储器、固件或其任意组合中的软件的处理器。因此，“电路”可以是硬接线(hard-wired)逻辑电路或可编程逻辑电路，例如可编程处理器(例如，微处理器(例如，复杂指令集计算机(CISC)处理器或精简指令集计算机(RISC)处理器))。“电路”还可以是执行软件(例如任何种类的计算机程序，例如使用虚拟机码(例如Java或例如数字信号处理算法)的计算机程序)的处理器。根据本公开的替代方面，描述的相应功能的任何种类的其他实施方式还可被理解为“电路”。
在各实施例中，扬声器602、麦克风604、比较器606和电路608可被配置为以预定时间间隔重复地运行，预定时间间隔允许大体上实时的音频信号处理。
术语“大体上”如上述定义。术语“实时”意味着在其中执行操作的时间范围(time frame)，其可被使用者接受及被使用者感知为类似于或等于实际时钟时间。“实时”还可指响应于其中不存在有关需求的严格时间的真实世界事件或事务的确定性时间。例如，在本文的上下文中，“实时”可涉及在若干微秒、毫秒、秒或甚至分钟以前所发生的操作或事件。
在示例中，预定时间间隔可以是但不限于约1微秒至约100微秒、或约10微秒至约50微秒、约1毫秒至约100毫秒、或约10毫秒至约50毫秒、约1秒至约10秒的范围。
术语“重复地”指的是反复执行。
术语“麦克风”、“第一音频信号的第一部分”、“第二音频信号”、“第一音频信号的第二部分”、“比较”、“修改”、“比较的结果”以及“第一音频信号的修改的第二部分”可如上述定义。
在各实施例中，比较器606可被配置为进行以下比较中至少之一：比较第一音频信号的第二部分的幅值与第二音频信号的幅值以获得幅值修正因子、比较第一音频信号的第二部分的频率与第二音频信号的频率以获得频率修正因子、或者比较第一音频信号的第二部分的相位与第二音频信号的相位以获得相位修正因子。
词组“幅值修正因子”、“频率修正因子”及“相位修正因子”可如上述定义。
在各实施例中，电路608可被配置为基于幅值修正因子、频率修正因子或相位修正因子中至少之一修改第一音频信号的第二部分。例如，电路608可被配置为增大或减小第一音频信号的第二部分的幅值、频率或相位中至少之一。电路608还可被配置为基于头相关传递函数(HRTF)修改第一音频信号的第二部分。
词组“HRTF”可如上述定义。
在各实施例中，音频信号输出装置600可进一步包括：移相器，被配置为对第一音频信号的第二部分增加延迟。
在其他实施例中，音频信号输出装置600可进一步包括：另一移相器，被配置为对比较的结果增加另一延迟。
移相器及另一移相器可分别指图4的移相器430及移相器432。若由于信号在处理期间穿过各种部件或设备而量测到相位或延迟，则可使用移相器(或延迟区块(delay block))。
在各实施例中，音频信号输出装置600可进一步包括：模拟数字转换器(analog-to-digital converter)，被配置为将第一音频信号的模拟的第二部分转换成数字信号。
在第三方面中，提供一种头戴式受话器700，如图7所示。头戴式受话器700包括：耳机对702；扬声器704，位于每个耳机702中；以及麦克风706，位于耳机对702的至少一个耳机内；其中扬声器704大体上居中地位于耳机702内；以及其中麦克风706位于扬声器704附近。
术语“附近”指的是邻近、紧挨着或在旁边。
例如，该对耳机702可指图4的左耳机408和右耳机410，扬声器704可以是图4的左耳机408和右耳机410中所见的相应扬声器，且麦克风706可以是图4的麦克风MIC"L"420和/或麦克风MIC"R"422。
在各实施例中，麦克风706可位于扬声器704下方，以便当配戴者配戴头戴式受话器时，麦克风706面朝配戴者的外听管(auditory canal)大体上下部部分。
如本文所使用的，词组“外听管”可互换地被称为耳道或听管。
在实施例中，麦克风706可位于具有约1公分至2公分半径的区域内，该区域与大体上居中定位的扬声器704隔开。在其他示例中，麦克风706可与大体上居中定位的扬声器704相距约0.5公分、约1公分、约1.2公分、约1.5公分、约1.8公分、约2公分、约2.2公分、或约2.5公分。
在一些实施例中，头戴式受话器700可在每个耳机中包括多个扬声器。例如，头戴式受话器700可在每个耳机中包括2个或3个或4个或5个扬声器。
术语“麦克风”可如上述定义。
各实施例提供一种自适应方法及装置，以调整(原始)原音频流(例如，图4的实时的原音频流400)，允许改变(原始)原音频流，以这种方式无论与外耳和其独特的形状相关的音频驱动器的位置如何，都使收听者(配戴者)感到音频内容是完整的、无损的并保持预期的声音特征。
方法的实时自适应部分(例如如图3所描述的)可基于特定于头戴式受话器的专门的HW驱动器频率修正与SW波形合成算法的独特组合，此组合基于初始音频信号的比较而实时地调整其他关键性音频因子(例如，相位、延迟、信号幅值、(衰减/放大)因子)。在一些示例中，可在具有DSP功能的系统(例如图4的系统402)中进行修正与算法。
通过在如图2所描述的通向鼓膜的耳道入口附近以及与允许麦克风从外耳或耳廓提取关键性音频脉冲相隔一定距离，策略性地且最佳地放置数字硅或MEMS麦克风，可获得处理音频信号的自适应方法及装置。
8A图示出头戴式受话器的示例性耳机800的剖面侧视图。在此示例中，五个扬声器802、804、806、808及810被示出位于耳机800内，其中扬声器808大体上居中地位于耳机800中。其余扬声器802、804、806及810围绕中心扬声器808定位。例如，扬声器802定位于扬声器808的左上方；驱动器804定位于扬声器808的左下方；驱动器806定位于扬声器808的右上方；以及驱动器810定位于扬声器808的右下方。
8B图示出描述各驱动器位置的图8A的示例性耳机800。
在图8B中，五个(音频)驱动器820、822、824、826、828位于相应的扬声器802、804、806、808、810处。当配戴者将具有耳机800的头戴式受话器配戴在耳朵上而使耳机800如图8B所示在垂直方位时，配戴者面朝左侧且耳机800是配戴者的左耳机。驱动器820可以是直径约30毫米的前方驱动器；驱动器822可以是直径约30毫米的中心驱动器；驱动器824可以是直径约20毫米的后方环绕驱动器；驱动器826可以是直径约40毫米的超低音驱动器(subwoofer driver)；以及驱动器828可以是直径约20毫米的环绕驱动器。
图8C示出图8A的示例性耳机800，其描述MEMS麦克风的较佳(或理想)位置830。在图8C中，MEMS麦克风沿中心轴线832并在耳机800的底部附近(即，在中心驱动器822及环绕驱动器828下方)定位。
图8D示出图8A的示例性耳机800，其描述可定位MEMS麦克风的三个可能区域840、842、844及其效果。
例如，使MEMS麦克风位于区域840中并非理想的，因为区域840的位置距配戴者的耳道最远。使MEMS麦克风位于区域842中允许自适应音频信号处理工作且相较于位于区域840中更好。使MEMS麦克风位于区域844中是(最)理想的，因为区域844的位置最接近配戴者的耳道。
如上所述根据各实施例的方法，可更自身适应于尤其是在微级别下的音频收听环境(例如，当音频信号(或声音)进入外耳时在耳朵的入口处)，其中，音频信号或声音到鼓膜的声道的表面(由使用者的外耳或耳廓及内耳道的形状提供)存在固有差别。描述的方法还能够考虑环境噪声级别以及应用噪声消除方法，噪声消除方法根据收听环境而不同。相比之下，现有HRTF功能本质上是静态的且不能考虑或修正这些不测事件(eventuality)/环境因子。
通过应用描述的方法，在修改的音频信号与对应的原音频信号之间进行比较。图9基于幅值修正因子和100赫兹至20千赫兹的频率范围的(A)左耳及(B)右耳的原音频信号904、906，示出修改的音频信号900、902。应当注意，在右耳与左耳之间存在约4分贝至约8分贝的固有差别。
如图9所看到的，修改的音频信号900、902基于幅值修正因子从原音频信号904、906衰减。使用者在配戴输出修改的音频信号900、902的头戴式受话器时，感知原音频信号904、906。总之，图9示出原音频波及在应用波形合成或修正因子后的结果波的示例。
在各实施例的上下文中，如应用于数值的术语“约”包含精确值以及值的+/-5％的变化量。
尽管已参照特定的实施例具体地显示并说明了本发明，然而本领域技术人员应当理解，在不背离由随附的权利要求范围限定的本发明的精神及范围的情况下，可对本发明作出形式及细节上之各种改变。因此，本发明的范围由随附的权利要求指示，且因此旨在包括落入权利要求的等效的意义和范围内的所有变化。
Claims (33)
1.一种处理音频信号的方法，包括：
输出第一音频信号的第一部分；
提取所述第一音频信号的输出的第一部分作为第二音频信号；
比较所述第一音频信号的第二部分与所述第二音频信号；
基于所述比较的结果，修改所述第一音频信号的第二部分；以及
输出所述第一音频信号的修改的第二部分。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述输出步骤、所述提取步骤、所述比较步骤和所述修改步骤以预定时间间隔重复，所述预定时间间隔允许大体上实时地处理所述音频信号。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述输出第一音频信号的第一部分的步骤包括：通过头戴式受话器的扬声器输出所述第一音频信号的第一部分。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述提取所述第一音频信号的输出的第一部分作为第二音频信号的步骤包括：通过麦克风接收所述第一音频信号的输出的第一部分。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述麦克风位于所述头戴式受话器的耳机内，以便配戴者配戴所述头戴式受话器时，所述麦克风被配置为大体上定位到所述配戴者的耳道入口附近。
6.如权利要求4所述的方法，其中所述麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风。
7.如权利要求3所述的方法，其中所述第二音频信号包括所述头戴式受话器的左声道音频信号和右声道音频信号。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第二音频信号进一步包括噪声信号。
9.如权利要求3所述的方法，其中所述第一音频信号的输出的第一部分包括所述第一音频信号的第一部分的反射。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一音频信号的第一部分的反射包括来自耳廓的至少部分的所述第一音频信号的第一部分的反射，所述耳廓是所述头戴式受话器的配戴者的耳廓。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述比较所述第一音频的第二部分与所述第二音频信号的步骤包括进行以下比较中至少之一：比较所述第一音频信号的第二部分的幅值与所述第二音频信号的幅值以获得幅值修正因子、比较所述第一音频信号的第二部分的频率与所述第二音频信号的频率以获得频率修正因子、或比较所述第一音频信号的第二部分的相位与所述第二音频信号的相位以获得相位修正因子。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述修改所述第一音频信号的第二部分的步骤包括：基于所述幅值修正因子、所述频率修正因子或所述相位修正因子中至少之一修改所述第一音频信号的第二部分。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述修改所述第一音频信号的第二部分的步骤包括：增大或减小所述第一音频信号的第二部分的幅值、频率或相位中至少之一。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述修改所述第一音频信号的第二部分的步骤包括：基于头相关传递函数(HRTF)修改所述第一音频信号的第二部分。
15.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在比较所述第一音频信号的第二部分与所述第二音频信号之前，对所述第一音频信号的第二部分增加延迟。
16.如权利要求1所述的方法，进一步包括：在修改所述第一音频信号的第二部分之前，对所述比较的结果增加另一延迟。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述第一音频信号的第二部分是模拟信号。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括：将所述第一音频信号的所述模拟的第二部分转换成数字信号。
19.一种音频信号输出装置，包括：
扬声器，被配置为输出第一音频信号的第一部分；
麦克风，被配置为提取所述第一音频信号的输出的第一部分作为第二音频信号；
比较器，被配置为比较所述第一音频信号的第二部分与所述第二音频信号；以及
电路，被配置为基于所述比较的结果修改所述第一音频信号的第二部分；
其中，所述扬声器进一步被配置为输出所述第一音频信号的修改的第二部分。
20.如权利要求19所述的音频信号输出装置，其中所述扬声器、所述麦克风、所述比较器以及所述电路被配置为以预定时间间隔重复地运行，所述预定时间间隔允许大体上实时音频信号处理。
21.如权利要求19所述的音频信号输出装置，其中所述麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风。
22.如权利要求19所述的音频信号输出装置，其中所述比较器被配置为进行以下比较中至少之一：比较所述第一音频信号的第二部分的幅值与所述第二音频信号的幅值以获得幅值修正因子、比较所述第一音频信号的第二部分的频率与所述第二音频信号的频率以获得频率修正因子、或者比较所述第一音频信号的第二部分的相位与所述第二音频信号的相位以获得相位修正因子。
23.如权利要求22所述的音频信号输出装置，其中所述电路被配置为基于所述幅值修正因子、所述频率修正因子或所述相位修正因子中至少之一修改所述第一音频信号的第二部分。
24.如权利要求19所述的音频信号输出装置，其中所述电路被配置为增大或减小所述第一音频信号的第二部分的幅值、频率或相位中至少之一。
25.如权利要求19所述的音频信号输出装置，其中所述电路被配置为基于头相关传递函数(HRTF)修改所述第一音频信号的第二部分。
26.如权利要求19所述的音频信号输出装置，进一步包括：移相器，被配置为对所述第一音频信号的第二部分增加延迟。
27.如权利要求19所述的音频信号输出装置，进一步包括：另一移相器，被配置为对所述比较的结果增加另一延迟。
28.如权利要求19所述的音频信号输出装置，进一步包括：模拟数字转换器，被配置为将所述第一音频信号的第二部分转换成数字信号。
29.一种头戴式受话器，包括：
耳机对；
扬声器，位于每个耳机中；以及
麦克风，位于所述耳机对的至少一个耳机内；
其中所述扬声器大体上居中地位于所述耳机内；以及
其中所述麦克风位于所述扬声器附近。
30.如权利要求29所述的头戴式受话器，其中所述麦克风位于所述扬声器下方，以便配戴者配戴所述头戴式受话器时，所述麦克风被配置为面朝所述配戴者的外听管的大体上下部部分。
31.如权利要求30所述的头戴式受话器，其中所述麦克风位于具有约1公分至2公分的半径的区域内，所述区域与大体上居中定位的扬声器隔开。
32.如权利要求29所述的头戴式受话器，其中所述头戴式受话器在每个耳机中包括多个扬声器。
33.如权利要求29所述的头戴式受话器，其中所述麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风。
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