CN104508738B - 方向性声音掩蔽 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于掩蔽入射在人上的声音的系统。所述系统包括扩音器子系统，所述扩音器子系统用于捕获所述声音。所述系统还包括谱分析器以及空间分析器，其中，所述谱分析器用于确定由多个扩音器子系统捕获的所述声音的功率属性，所述空间分析器用于确定所捕获的声音的方向属性，所述方向属性表示入射在所述人上的方向。所述系统还包括发生器子系统，所述发生器子系统用于在所述功率属性和所述空间属性的组合控制下生成掩蔽声音，以掩蔽入射声音。

Description

方向性声音掩蔽
技术领域
本发明涉及一种被配置用于掩蔽入射在人上的声音的系统。本发明还涉及一种用于在本发明的系统中使用的信号处理子系统、一种掩蔽入射在人上的声音的方法以及一种用于将计算机配置为执行本发明的方法的控制软件。
背景技术
声音掩蔽是向环境中添加自然或人造声音(例如，白噪声)以掩盖不想要的声音。这与有源噪声控制的技术相反。声音掩蔽减少或消除了在给定环境中的预先存在的声音的意识，并且能够使环境更舒适。例如，设备是市售的用于被安装在房间中以便掩蔽否则可能干扰房间中的人的工作或睡眠的声音。
在本领域中已知，不是峰值声级而是峰值到基线声级与由声音引起的对患者睡眠的唤醒的数量相关。因此，通过添加掩蔽声音，用于从睡眠被唤醒的阈值升高，得到更舒适的睡眠环境。参见例如Stanchina，M.Abu-Hijleh,M.Chaudhry,B.K.Carlisle,C.C.Millman,R.P.的文章“The influence of white noise on sleep in subjectsexposed to ICU noise”(Sleep Medicine，6(5)，第423至428页，2005)，该文章用于在医院的重症监护病房实施实验的范围内对峰值到基线声级与阈值之间的关系的讨论。
声音掩蔽设备是市售的，声音掩蔽设备以相对宽的频带产生固定声学噪声以减少用户由于周边声音的结果而在他/她的睡眠期间被唤醒的机会。在这些设备中的一些中，扩音器被用于捕获潜在干扰声音以使潜在干扰声音经受分析以便将掩蔽声音调节为干扰声音的强度的水平和干扰声音的谱特性。
市售的声音掩蔽设备通常使用单个扬声器以以相对宽的频带来再现声音，例如，白噪声。市售产品中的一些配有头戴式耳机连接，使得掩蔽声音在产品的操作使用中不干扰附近的人。然而，通过头戴式耳机再现的声音常常仅是单个信道的复制。
US 2013/0170655 A1描述了一种具有扩音器的线路和扬声器的线路的声音掩蔽系统。响应于由扩音器捕获的讲话者的语音来检测讲话者的位置。对扬声器中的每个的延迟被控制使得来自扬声器的声音在其语音待掩蔽的讲话者的方向上到达接收人。
US 2013/170662 A1描述了一种声音掩蔽系统，该声音掩蔽系统利用扩音器拾取声音、提取声学特征量并输出对应于所提取的声学特征量的掩蔽声音。回声消除部分被用来从拾取的声音去除回声。
发明内容
发明人已经认识到，市售的声音掩蔽系统没有将不期望的声音的方向性考虑在内。
关于声音的方向性，参考Jens Blauert的“Spatial Hearing:The Psychophysicsof Human Sound Localization”(Cambridge,MA；MIT Press,2001)，尤其参考章节3.2.2。Blauert讨论了一种情况，其中，一组人存在于相同房间内，并且其中，同时进行若干交谈。一位听者能够将他/她的听觉注意力集中在语音的喧嚣当中的特定讲话者，即使在没有面对该特定讲话者的情况下。然而，如果听者塞住他/她的耳朵中的一只，听者对理解该特定讲话者正在说的内容将会有更多的困难。这种心理声学现象在本领域中被称为“鸡尾酒会效应”或“选择性注意力”。关于“鸡尾酒会效应”的更多背景信息参见例如Cherry,E.Colin的文章“Some Experiments on the Recognition of Speech,with One and with TwoEars”(Journal of the Acoustical Society of America，25(5)，第975至979页，1953年)。这种现象起源于这样的事实，即，在具有来自另一入射方向的噪声的环境中，正在听具有特定入射方向的所期望的听觉信号的人，当他/她双耳听(即，利用两只耳朵)时，比他/她单耳听时(即，仅利用一只耳朵)能够更好地识别所期望的听觉信号。换言之，如果人双耳声听而非单耳声听，并且如果所期望的听觉信号和听觉噪声具有不同的入射方向，则人能够在听觉噪声的存在的情况下更好地识别所期望的听觉信号。
发明人现已经将这种情况朝好的方向转变，并提出一种深思熟虑的声音掩蔽情况，其中，不期望的声音由人工生成的噪声掩蔽，所述人工生成的噪声被控制从而具有入射在人上的基本上相同的方向，所述人尽可能少地受声学干扰。
更具体地，发明人提出一种被配置用于掩蔽入射在人上的声音的系统，所述系统包括：扩音器子系统，其用于同时在多个位置处捕获所述声音；扬声器子系统，其用于在所捕获的声音的控制下生成掩蔽声音；以及信号处理子系统，其被耦合在所述扩音器子系统与所述扬声器子系统之间。所述信号处理子系统被配置用于：确定所捕获的声音的频谱的功率属性，所述功率属性表示所捕获的声音的频带中的功率；确定所述频带中的所捕获的声音的方向属性，所述方向属性表示所述声音入射在所述人上的方向；并且控制所述扬声器子系统以在所述功率属性和所述空间属性的组合控制下生成所述掩蔽声音。
在本发明的所述系统中，所捕获的入射声音的所述功率属性被确定从而控制所述掩蔽声音的谱，并且所述方向属性被确定以便生成所述掩蔽声音，所述掩蔽声音当由所述人感知时似乎来自与所述入射声音的入射方向相似的方向从而使所述掩蔽更有效。
如已知的，就耳朵同时处理不同谱分量的意义上而言，人耳并行处理声音。内耳的耳蜗似乎用作用于执行对传入声音的频率分析的谱分析仪，并且通常在心理声学中被建模为参差调谐重叠听觉带通滤波器的库。然而，耳蜗是一种动态系统，其中，每个带通滤波器的特性参数，例如，滤波器(在其峰值上的)的中心频率、带宽和增益能够在无意识的控制下被修正。对耳蜗的滤波属性进行的测量指示每个带通滤波器的形状是不对称的，所述形状具有高频侧上的较陡的斜坡和在低频侧上延伸的较缓慢衰减的尾部。在心理声学建模中，出于实用原因，每个个体听觉带通滤波器的不对称滤波器形状通常由被称为圆形-指数(RoEx)形状的对称的频率响应函数来替换，并且有效滤波器带宽被表达为等效矩形带宽(ERB)。
在本发明的所述系统中，所确定的所述功率属性包括表示多个频带中的各自一个中的各自频谱的各自指示。相应地，系统的实施例能够并行掩蔽由不同源在不同位置处同时发出的并且具有不同频谱的不同入射声音。
在本发明中的所述系统的实施例中，所述扩音器子系统供应表示所捕获的声音的第一信号。所述信号处理子系统供应用于对所述扬声器子系统的控制的第二信号。所述系统包括自适应滤波子系统，所述自适应滤波子系统能用于减少来自存在于所捕获的声音中的所述掩蔽声音对所述第二信号的贡献。所述自适应滤波系统包括自适应滤波器和减法器。所述自适应滤波器具有用于接收所述第二信号的滤波器输入和用于供应所述第二信号的经滤波的版本的滤波器输出。所述减法器具有用于接收所述第一信号的第一减法器输入、用于接收所述第二信号的所述经滤波的版本的第二减法器输入以及向所述信号处理子系统供应第三信号的减法器输出，所述第三信号表示所述第一信号与所述第二信号的所述经滤波的版本之间的差。所述自适应滤波器具有用于接收所述第三信号的控制输入以用于对所述自适应滤波器的一个或多个滤波器系数的控制。
在没有足够好地将所述扩音器子系统与所述扬声器子系统声学隔离的配置中，由所述扩音器子系统捕获的所述声音包括待掩蔽的所述声音以及所述掩蔽声音。所述自适应滤波确保基本上防止所捕获的所述掩蔽声音影响所述掩蔽声音其本身的生成。
所述信号处理子系统包括空间分析器，所述空间分析器用于确定所述方向属性，并且其中，所述空间分析器用于基于确定表示以下中的至少一个的量来确定所述方向属性：耳间时间差(ITD)和耳间电平差(ILD)。
在人类声音定位中，概念“耳间时间差”(ITD)和“耳间电平差”(ILD)指的是使得人能够确定声音似乎来自侧向方向(左，右)的物理量。
如已知的，波束形成是在用于方向性信号发送或接收的传感器阵列中使用的信号处理技术。这通过以这样的方式组合所述阵列中的元件来实现，在所述方式中，在特定角度处的信号经历相长干涉，而其他信号经历相消干涉。波束形成能够被用在发送端和接收端两者处以便实现空间选择性。关于更多的背景参见例如B.D.V.Veen和K.M.Buckley的文章“Beamforming:A versatile approach to spatial filtering”(IEEE ASSP Magazine，1988年4月，第4至24页)。
本发明的所述系统的另一实施例包括声音分类器，所述声音分类器能用于在执行对所述功率属性的所述确定和在执行对所述方向属性的所述确定之前选择性地从所捕获的声音去除预先确定的部分。
所述声音分类器被配置为在由所述扩音器子系统捕获并且将被掩蔽的声音与由所述扩音器子系统捕获并且不会被掩蔽(例如，人声或报警)的其他声音之间进行鉴别，从而选择性地使所捕获的声音经受被掩蔽的过程。所述分类器可以通过例如分析所捕获的声音的谱并识别匹配预先确定的标准的一个或多个图案来实施。
本发明还涉及一种用于在如以上说明的系统中使用的信号处理子系统。
本发明能够通过制造、使用或提供如以上说明的本发明的系统被利用。备选地，本发明能够通过制造、使用或提供被配置为用于在本发明的系统中使用的信号处理子系统被利用。在打算使用的位置处，所述信号处理子系统之后被耦合到扩音器子系统、扬声器子系统并且可能被耦合到自适应滤波器和/或从其他供应商获得的分类器。
本发明还能够通过执行根据本发明的方法被利用。因此，本发明还涉及一种用于掩蔽入射在人上的声音的方法，所述方法包括：同时在多个位置处捕获所述声音；确定所捕获的声音的频谱的功率属性，所述功率属性表示所捕获的声音的频带中的功率；确定所述频带中的所捕获的声音的方向属性，所述方向属性表示所述声音入射在所述人上的方向；并且在所述功率属性和所述空间属性的组合控制下生成掩蔽声音。
在本发明的方法的实施例中，所述方法包括：接收表示所捕获的声音的第一信号；供应用于生成所述掩蔽声音的第二信号；并且自适应滤波以减少来自存在于所捕获的声音中的所述掩蔽声音对所述第二信号的贡献。所述自适应滤波包括：接收所述第二信号；使用所述自适应滤波器以供应所述第二信号的经滤波的版本；
供应第三信号，所述第三信号表示所述第一信号与所述第二信号的所述经滤波的版本之间的差；接收所述第三信号以用于对所述自适应滤波器的一个或多个滤波器系数的控制；并且使用所述第三信号以用于对所述功率属性的所述确定并且用于对所述方向属性的所述确定。
对所述方向属性的所述确定包括：确定表示以下中的至少一个的量：耳间时间差(ITD)和耳间电平差(ILD)。
根据本发明方法的另一实施例包括在执行对所述功率属性的所述确定之前和在执行对所述方向属性的所述确定之前选择性地从所捕获的声音去除预先确定的部分。
本发明还能够被利用为控制软件，所述控制软件作为被存储在诸如固态存储器、光盘、磁盘等的计算机可读介质上而被提供，或者被制作为经由诸如因特网的数据网络可下载的电子文件。
因此本发明还涉及一种用于在计算机上运行的控制软件，所述控制软件用于将所述计算机配置为执行掩蔽入射在人上的声音的方法，其中，所述控制软件包括：第一指令，其用于接收第一信号，所述第一信号表示同时在多个位置处捕获的所述声音；第二指令，其用于确定所捕获的声音的频谱的功率属性，所述功率属性表示所捕获的声音的频带中的功率；第三指令，其用于确定所述频带中的所捕获的声音的方向属性，所述方向属性表示所述声音入射在所述人上的方向；以及第四指令，其用于生成第二信号，所述第二信号用于在所述功率属性和所述空间属性的组合控制下产生掩蔽声音。
在本发明的所述控制软件的实施例中，所述控制软件包括第五指令，所述第五指令用于自适应滤波以减少来自存在于所捕获的声音中的所述掩蔽声音对所述第二信号的贡献。所述第五指令包括：第六指令，其用于接收所述第二信号；第七指令，其用于使用自适应滤波器以供应所述第二信号的经滤波的版本；第八指令，其用于供应第三信号，所述第三信号表示所述第一信号与所述第二信号的所述经滤波的版本之间的差；以及第九指令，其用于接收所述第三信号以用于对所述自适应滤波器的一个或多个滤波器系数的控制。所述第二指令包括第十指令，所述第十指令用于使用所述第三信号以用于对所述功率属性的所述确定。所述第三指令包括第十一指令，所述第十一指令用于使用所述第三信号以对所述方向属性的所述确定。
所述第三指令包括用于确定表示以下中的至少一个的量的指令：耳间时间差和耳间电平差。
本发明的所述控制软件的另一实施例包括第十四指令，所述第十四指令用于在执行对所述功率属性的所述确定之前和在执行对所述方向属性的所述确定之前选择性地从所捕获的声音去除预先确定的部分。
为了完整起见，参考名称为“TINITUS TREATMENT SYSTEM AND METHOD”的国际申请公开WO2011043678。如已知的，耳鸣是在没有听觉刺激的情况下人对所述人的头部内部的声音的感知。国际申请公开WO2011043678涉及一种用于由有耳鸣的人使用的耳鸣掩蔽系统。该系统包括声音递送系统，该声音递送系统具有左耳级和右耳级音频递送设备并且被配置为经由该音频递送设备向该人递送掩蔽声音，使得掩蔽声音似乎来源于虚拟声源位置，该虚拟声源位置基本上对应于由该人所感知的耳鸣的源的3D听觉空间中的空间位置。
已知的系统和方法基于掩蔽耳鸣和/或降低患者对耳鸣的敏感性。已经证实，与耳鸣相关联的痛苦中的一些与违反来自正常听觉场景分析(ASA)的耳鸣感知有关。具体而言，已经证实，形成耳鸣的神经活动与正常声音活动完全不同，当形成为整体图像时，形成耳鸣的神经活动与真实声音的记忆相冲突。换言之，耳鸣并不局部化为外部源。没有局部化声音源的能力是“不自然的”并且违反基本感知过程。额外地，已经证实，上下文的缺乏、或者行为上相关的意义的缺乏迫使大脑反复地或强烈地关注于耳鸣信号。例如，容易习惯于背景中的雨水的声音。所述声音与对雨水的视觉感知和触觉感知或感知记忆相关联。理解了所述声音的上下文，所以所述声音能够由于不值得进一步关注而被处理并且被忽略。然而，对耳鸣信号不存在这种理解，所述耳鸣信号不对应于真正的听觉对象。已知的耳鸣处置和系统采用定制信息掩蔽和脱敏。信息掩蔽以一定的认知水平作用并且限制大脑处理耳鸣的能力。通过在空间上叠加所感知的耳鸣位置和所述掩蔽声音的空间表示(或虚拟声源位置)来增强耳鸣掩蔽。
相反，本发明涉及掩蔽来自一个或多个实际源的实际声音，并且不关注以一定认知水平进行信息掩蔽来限制大脑处理耳鸣的能力。
附图说明
通过范例的方式并参考附图对本发明进一步详细说明，其中：
图1是本发明中的系统的第一实施例的框图；
图2是本发明中的系统的第二实施例的框图；并且
图3是本发明中的系统的第三实施例的框图。
在附图中，相似或对应的特征由相同的附图标记来指示。
具体实施方式
本发明涉及用于掩蔽入射在人上的声音的系统和方法。所述系统包括扩音器子系统，所述扩音器子系统用于捕获声音。所述系统还包括谱分析仪以及空间分析器，其中，所述谱分析仪用于确定由多个扩音器子系统捕获的声音的功率属性，所述空间分析器用于确定表示入射在人上的方向的所捕获的声音的方向属性。所述系统还包括发生器子系统，所述发生器子系统用于在功率属性和方向属性的组合控制下生成掩蔽声音，以掩蔽入射声音。
图1是本发明中的系统的第一实施例100的图。第一实施例100包括放置在用户的左耳(未示出)处或附近的左扩音器102和放置在用户的右耳(未示出)处或附近的右扩音器104。第一实施例100包括放置在用户的左耳处或中的左扬声器106和放置在用户的右耳处或中的右扬声器108。假设在第一实施例100中，左扩音器102和右扩音器104中的每个很好地与左扬声器106和右扬声器108两者声学隔离。例如，左扩音器102、右扩音器104、左扬声器106和右扬声器108形成诸如市售的Roland CS-10EM的一对配备扩音器的耳机的一部分。左扬声器106适合放入左耳，并且右扬声器108适合放入右耳，而左扩音器102和右扩音器104每个相对于用户的头部面朝外。当左扩音器102和右扩音器104出于所有实际目的被配置为不拾取由左扬声器106和右扬声器108发出的声音时，左扩音器102和右扩音器104被称为很好地与左扬声器106和右扬声器108声学隔离。
第一实施例100包括信号处理子系统103，信号处理子系统103一方面在左扩音器102与右扩音器104之间，并且另一方面在左扬声器106与右扬声器108之间。现在将讨论信号处理子系统103的功能。
左扩音器102捕获入射在左扩音器102上的声音并产生用于左声道的左声频信号。左声频信号在左转换器110中被转换到频域，左转换器110产生左谱。同样地，右扩音器104捕获入射在右扩音器104上的声音并产生用于右声道的右声频信号。右声频信号由右转换器112转换到频域，右转换器112产生右谱。对左转换器110和右转换器112的操作是基于例如快速傅立叶变换(FFT)的。
左谱被供应给一个或多个左带通滤波器114的集合，一个或多个左带通滤波器114的集合确定左谱中的一个或多个频带。同样地，右谱被供应给一个或多个右带通滤波器116的集合，一个或多个右带通滤波器116确定右谱中的一个或多个频带。将左谱和右谱中的每个各自一个划分成各自的频带使得能够单独处理相同谱中的不同带。例如，左带通滤波器114的集合确定左谱中的一个或多个频带，其中，频带中的每个特定一个与听觉带通滤波器中的特定一个相关联。如以上所提到的，在听觉感知的心理声学模型中的每个个体带通滤波器的非对称形滤波器形状实际上近似于对称频率响应函数，被称为圆形指数(RoEx)。类似地，右带通滤波器116的集合确定右谱中的一个或多个频带，其中，频带的每个特定一个与听觉带通滤波器中的特定一个相关联。
第一实施例100还包括掩蔽声音发生器118，掩蔽声音发生器118被配置用于生成表示掩蔽声音的信号。掩蔽声音信号由另一频率转换器120转换到频域，以生成掩蔽声音的谱。掩蔽声音的谱被供应给一个或多个另外的带通滤波器122的集合。另外的带通滤波器122的集合确定掩蔽声音的谱中的各自频带，所述各自频带与由左带通滤波器114的集合和右带通滤波器116的集合确定的频率范围中的各自频带相对应。
与特定频率范围相关联的左谱的特定部分，与该特定频率范围相关联的右谱的其他特定部分和与特定频率范围相关联的掩蔽声音的谱的另外的特定部分被供应给第一子系统124、第二子系统126、第三子系统128等中特定的一个。在下文中，对左谱的特定部分的处理、对右谱的其他特定部分的处理和对掩蔽声音的谱的另外的特定部分的处理将参考通过第一子系统124的处理进行说明。
第一子系统124包括谱分析器130、空间分析器134和发生器子系统135。发生器子系统135包括谱均衡器132和虚拟器136。第二子系统126、第三子系统128等具有类似于第一子系统124的配置的配置。发生器子系统135被配置为在如由谱分析器130确定的功率属性和如由空间分析器134确定的方向属性的组合控制下生成掩蔽声音，以掩蔽由左扩音器102和右扩音器104捕获的声音。
谱分析器130被配置用于估计或确定由左扩音器102和右扩音器组合捕获的声音的正在由第一子系统124处理的频率范围中的相关一个中的功率。
随时间适当地被平均的如由谱分析器确定的在相关频率范围中的功率被用于控制谱均衡器132。谱均衡器132被配置为在由谱分析器130估计的功率的控制下将掩蔽声音的相关频率范围中的功率调节为存在于由左扩音器102和右扩音器104捕获的入射声音的相关频率范围中。任选地，谱均衡器132是可调节的，从而提前设置控制参数，以根据所捕获的声音的相关频率范围的功率谱来调节掩蔽声音的相关频率范围中的功率。例如，谱均衡器的可调节性使得能够将所捕获的声音的频率范围中的功率与掩蔽声音的频率范围中的功率之间的比率限制在最小值与最大值之间的范围。该比率的限制协助创建将被用户感知为更自然的，而不是人造的掩蔽声音。
空间分析器134被配置为确定方向属性，例如，声音的特定贡献的入射在左扩音器102和右侧扩音器104上的方向，所述声音由左扩音器102和右扩音器104捕获并且所述声音与相关频率范围相关联。
空间分析器134因此执行对相关频率范围中的所捕获的声音的贡献的声音定位。如在本领域中所使用的表述“声音定位”指的是人在方向和距离上识别所检测的声音的位置的能力。声音定位也可以指在虚拟三维空间中模拟听觉线索的放置的声学工程中的方法。在人类声音定位中，概念“耳间时间差”(ITD)和“耳间电平差”(ILD)指的是使得人能够确定声音似乎来自的侧向方向(左，右)的物理量。ITD是声音到达人左耳与到达人右耳的到达时间的差。如果声音信号从一侧到达人的头部，则声音信号必须行进比近耳更远到达远耳。该路径长度中的差异导致声音的到达两耳之间的时间差，该时间差被检测并帮助识别声音似乎来自的方向的过程。关于ILD，到达人的近耳的声音比到达人的远耳的声音具有更高的能量水平，因为远耳位于人的头部的声影中，所述声影引起声音信号的显著衰减。ILD是明显频率相关的，因为人的头部的特性尺寸在可听谱中的波长的范围内。空间分析器134被配置为，例如，确定表示用于由左扩音器102和右扩音器104捕获的声音的ITD和ILD中的至少一个的量。
虚拟器136被配置用于在谱均衡器130和空间分析器134的组合控制下生成频域中并与相关频率范围相关联的掩蔽声音的左声道表示和右声道表示。左声道表示被供应给左逆转换器138，以例如通过逆FFT被转换到时域。时域中的左声道表示之后被供应给左扬声器106。类似地，右声道表示被供应给右逆转换器140，以例如通过逆FFT被转换到时域。时域中的右声道表示之后被供应给右扬声器108。
第二子系统126的和第三子系统128等中每个各自一个执行类似的操作，以处理来自各自的其他频率范围的对所捕获的声音的各自贡献。如在左扬声器106和右扬声器108处放出的最终掩蔽声音之后包括在由第一子系统124、第二子系统126、第三子系统128等中的各自一个所供应的时域中的各自左声道表示和时域中的各自右声道表示。
为了完整起见，在此指明，能够利用超过两个扩音器和超过两个扬声器，从而能够确定具有较高分辨率的入射声音的方向性并且从而能够放出具有较高方向分辨率的掩蔽声音。还应指出，由扩音器，此处：左扩音器102和右扩音器104，捕获的声音可以源自于两个或更多个源，或者可以从多个方向(例如，通过在扩音器的范围内在声学反射对象上的多次反射)入射在扩音器上。第一实施例100确定频率范围的每个个体一个的功率谱和入射的方向，并考虑到多个源和/或多个入射的方向生成最终的掩蔽声音。
此外，在生成双耳掩蔽声音的情况下，可以添加一些混响，从而加强由用户的掩蔽声音如被感知为源自于在用户的头部的外部的一个或多个源的印象。
为了完整起见，在此指明，第一实施例100被图示为包括左扩音器102和右扩音器104。如果一个或多个额外的扩音器存在于第一实施例100中，每个额外的扩音器的输出信号被供应给额外的频率转换器(未示出)，并从那里被供应给带通滤波器的额外集合(未示出)。额外集合的带通滤波器的每个个体一个向第一子系统124、第二子系统126、第三子系统128等中的特定一个供应指示特定频率范围的特定输出信号。考虑带通滤波器的额外集合的被供应给第一子系统124的具体输出信号。具体输出信号之后被供应给谱分析器130并被供应给空间分析器134，与供应给第一子系统124的左带通滤波器114的集合的左输出信号并行，并且与供应给第一子系统124的右带通滤波器116的集合的右输出信号并行。
现在考虑这样的情况，其中，左扩音器102和右扩音器104中的一个或两个没有很好地与左扬声器106和/或与右扬声器108声学隔离。例如，典型的有源噪声消除头戴式耳机具有被定位在耳罩中的每个内部的扬声器单元和扩音器单元两者。即，典型的有源噪声消除头戴式耳机具有被定位在左耳罩内部的左扩音器102和左扬声器106，并且具有被定位在右耳罩内部的右扩音器104和右扬声器108。因此，由左扬声器106再现的掩蔽声音将由左扩音器102拾取，并且由右扬声器108再现的掩蔽声音将由右扩音器104拾取。在这种情况下，有必要从由左扩音器102捕获的声音去除由左扬声器106再现的掩蔽声音，并且从由右扩音器104捕获的声音去除由右扬声器108再现的掩蔽声音，从而使经由此修正的所捕获的声音经受由信号处理子系统103执行的信号处理。
同样地，考虑另一种情况，其中，左扩音器102、右扩音器104、左扬声器106和右扬声器108被定位远离用户的耳朵。因此，左扩音器102和右扩音器104中的每个个体一个被声学耦合到左扬声器106和右扬声器108两者。在这种情况下，也有必要从由左扩音器102和右扩音器104种的每个个体一个捕获的声音去除由左扬声器106再现的掩蔽声音和由右扬声器108再现的掩蔽声音，从而使经由此修正过的所捕获的声音经受由以上参考图1的图所讨论的信号处理子系统103执行的信号处理。
对如由左扩音器102和右扩音器104中的每个个体一个捕获的掩蔽声音的去除能够通过对自适应滤波的使用来实施，如参考图2的图所说明的。
图2是本发明中的系统的第二实施例200的图。第二实施例200包括如以上所讨论的扩音器子系统202、扬声器子系统204和信号处理子系统103。扩音器子系统202可以包括一个、两个或更多个扩音器，仅所述扩音器中的具体一个由附图标记206指示。扬声器系统204可以包括一个、两个或更多个扬声器。
扩音器子系统202的扩音器中的每个个体一个，例如，具体扩音器206，可以捕获待掩蔽的声音以及掩蔽声音，如以以上参考第一实施例100所描述的方式由扬声器子系统204所再现的。待掩蔽的声音在图2的图中由附图标记208指示。掩蔽声音在图2的图中由附图标记210指示。自适应滤波被应用于扩音器子系统202的扩音器中的每个个体一个，并将参考具体扩音器206进行说明。
具体扩音器206捕获待掩蔽的声音208以及掩蔽声音210并供应第一信号。第一信号经由减法器212被供应给信号处理子系统103。减法器212还接收来自自适应滤波器214的滤波器输出信号，并且能用于从扩音器信号减去滤波器输出信号。减法器212的输出信号被供应给参考第一实施例100描述的信号处理子系统103。如被供应给扬声器子系统204的信号处理子系统103的输出信号被供应给自适应滤波器214的输入。自适应滤波器214被配置用于在减法器212的输出信号的控制下调节其滤波器系数。自适应滤波技术是本领域中众所周知的技术，并且不需要在这里进一步详细讨论。
头戴式耳机(或耳机)的佩戴可能是不方便的。代替地，本发明的系统的扬声器和扩音器被定位在距用户的头部一定的距离处。在这种情况下，两个或更多个扩音器的阵列能够被用于使用波束形成技术来获得待掩蔽的干扰声音相对于用户的头部的优选固定位置的方向。例如，在医院的环境中，躺在竖立在医院病房中的固定位置处的医院病床上的患者的头部的可能位置通常限于小的空间体积。
扩音器的一维阵列能够之后被用于(在软件中)沿着具有相对于患者的特定取向的轴，例如，水平轴扫掠窄(扩音器)束图案。扩音器的二维阵列能够之后被用于(在软件中)沿着两个具有相对于患者的不同特定取向的轴，例如，水平轴和垂直轴扫掠窄(扩音器)束图案。
应指出，当仅使用位于用户的耳朵处或附近的左扩音器和右扩音器时，空间分析器134的实施方式可以被用于确定ITD和ILD。如果扩音器被定位远离用户头部，并且如果波束形成被用于确定待掩蔽的声音的方向，适于具体波束形成技术的空间分析器134的其他实施方式也可以被使用。
当扬声器被定位远离用户头部时，虚拟器136的实施方式可以被使用是的给定估计的目标声音的入射方向，掩蔽声音可以使用扬声器子系统在相同方向被呈现。这能够通过利用滤波器的矩阵对双耳信号进行滤波来合成扬声器阵列的输入信号来实现，其中，滤波器(例如，使用串音消除)被创建使得到用户的耳朵的位置的传输路径可以是相对透明的。备选地，能够使用波束形成，其中，两个窄束由滤波器矩阵形成，所述滤波器矩阵中的每个各自一个被指向用户的左耳的位置和用户的右耳的位置中的各自一个。串音消除是在本领域中已知的。串音消除器的目的是在单个目标位置处再现所期望的信号，同时在所有剩余目标位置处完美地消除声音。仅使用两个扬声器和两个目标位置的串音消除的基本原理已经被熟知很长时间了。在1966年，Atal和Schroeder使用物理推理来确定仅包括两个对称放置在单个听者前面的扬声器的串音消除器是如何工作的。为了仅在左耳处再现短脉冲，左扬声器首先发射正脉冲。该脉冲必须在右耳处通过由右扬声器发出的稍弱的负脉冲被取消。该负脉冲之后必须在左耳处通过由左扬声器发出的另一个更弱的正脉冲被取消，等等。Atal和Schroeder的模型假设自由场条件；听者的躯干、头部和外耳对进入声波的影响被忽略(复制自Southampton大学的声音和振动研究学会的“虚拟声学和音频工程”部门的流体动力学和声学组的“串音消除”的网页；URL＝http://resource.isvr.soton.ac.uk/FDAG/VAP/html/xtalk.html)。
掩蔽声音想要有效掩蔽待掩蔽的声音的位置能够被固定，而不管来自待掩蔽的(一个或多个)声音的(一个或多个)方向是否正在到达用户的头部处。在医院病房中，诸如电子监控系统的待掩蔽的声音的源大多位于患者的病床的一侧或后面。在这种情况下，能够创建掩蔽声音，所述掩蔽声音已经被固定方向性并且仅被固定到侧向位置和后面的方向，减少了声音范围的可变性，并且还减少了用于自适应滤波所需的所需计算功率(因为，自适应滤波器中的一些能够使用固定的滤波器系数)。
图3是本发明中的系统的第三实施例300。第三实施例300包括声音分类器302。声音分类器302确定由扩音器子系统202所捕获的声音的哪部分将要从被掩蔽中被排除。即，声音分类器302被配置为在由扩音器子系统202捕获并且待屏蔽的声音与由扩音器子系统202捕获并且不会被屏蔽的其他声音(例如，人的声音或警报)之间进行区分，从而选择性地使所捕获的声音经受被掩蔽的过程。例如，医院中的患者可能想要使由近距离的监控设备所生成的声音被掩蔽，但是可能不想要使医生或护士的声音被掩蔽。声音分类器302之后阻止所捕获的声音的该部分对掩蔽声音的生成的贡献。声音分类器302可以通过选择性地提前调节或编程例如左带通滤波器114的集合和右带通滤波器116的集合的带通滤波器来实施，所述带通滤波器的输出信号被供应给第一子系统124、第二子系统126、第三子系统128等中的每个中的谱分析器和空间分析器，从而排除所捕获的声音中的某些频率范围对最终掩蔽声音的贡献。作为备选，在预先确定的类型的对所捕获的声音的贡献存在的情况下，声音分类器302可以通过选择性地使信号处理子系统103停用来实施，所述贡献指示不应被掩蔽的声音。所述停用可以在额外的谱分析器(未示出)的控制下被实施，所述额外的谱分析器在检测到所捕获的声音的频谱中的特定图案后停用信号处理子系统103，或者在检测到所捕获的声音的频谱中的特定图案后停用扩音器信号对减法器212或信号处理子系统103的供应。
第一实施例100被示出为容纳掩蔽声音发生器118。第三实施例300包括一个或多个额外的掩蔽声音发生器，例如，第一额外掩蔽声音发生器306和第二额外掩蔽声音发生器308等。相应地，代替使用单一类型的掩蔽声音用于在信号处理子系统103处进行处理，多种不同的掩蔽声音被使用，掩蔽声音中的特定一个被调谐到一起产生待掩蔽的声音的源中的特定一个。

Claims (13)

1.一种被配置用于掩蔽入射在人上的声音的系统(100；200)，其中：
所述系统包括：
扩音器子系统(102、104；202)，其用于同时在多个位置处捕获所述声音；
扬声器子系统(106、108；204)，其用于在所捕获的声音的控制下生成掩蔽声音；以及
信号处理子系统，其被耦合在所述扩音器子系统与所述扬声器子系统之间并且被配置用于：
确定所捕获的声音的频谱的功率属性，所述功率属性表示所捕获的声音的频带中的功率；
确定所述频带中的所捕获的声音的方向属性，所述方向属性表示所述声音入射在所述人上的方向；并且
控制所述扬声器子系统以在所述功率属性和所述方向属性的组合控制下生成所述掩蔽声音，
其中，所述信号处理子系统包括空间分析器(134)，所述空间分析器用于确定所述方向属性，并且其中，所述空间分析器能用于基于确定表示以下中的至少一个的量来确定所述方向属性：耳间时间差和耳间电平差。
2.如权利要求1所述的系统，其中：
所述扩音器子系统供应表示所捕获的声音的第一信号；
所述信号处理子系统供应用于对所述扬声器子系统的控制的第二信号；
所述系统包括自适应滤波子系统，所述自适应滤波子系统能用于减少来自存在于所捕获的声音中的所述掩蔽声音对所述第二信号的贡献；
所述自适应滤波子系统包括自适应滤波器(214)和减法器(212)；
所述自适应滤波器具有用于接收所述第二信号的滤波器输入和用于供应所述第二信号的经滤波的版本的滤波器输出；
所述减法器具有用于接收所述第一信号的第一减法器输入、用于接收所述第二信号的所述经滤波的版本的第二减法器输入以及向所述信号处理子系统供应第三信号的减法器输出，所述第三信号表示所述第一信号与所述第二信号的所述经滤波的版本之间的差；并且
所述自适应滤波器具有用于接收所述第三信号的控制输入以用于对所述自适应滤波器的一个或多个滤波器系数的控制。
3.如权利要求1所述的系统，包括声音分类器(302)，所述声音分类器能用于在执行对所述功率属性的所述确定之前和在执行对所述方向属性的所述确定之前选择性地从所捕获的声音去除预先确定的部分。
4.一种用于在如权利要求1、2、或3所述的系统中使用的信号处理子系统(103)。
5.一种用于掩蔽入射在人上的声音的方法，其中：
所述方法包括：
确定同时在多个位置处所捕获的声音的频谱的功率属性，所述功率属性表示所捕获的声音的频带中的功率；
确定所述频带中的所捕获的声音的方向属性，所述方向属性表示所述声音入射在所述人上的方向；并且
在所述功率属性和所述方向属性的组合控制下生成掩蔽声音，
所述方法包括确定表示以下中的至少一个的量：耳间时间差和耳间电平差。
6.如权利要求5所述的方法，其中：
所述方法包括：
接收表示所捕获的声音的第一信号；
供应用于生成所述掩蔽声音的第二信号；并且
自适应滤波以减少来自存在于所捕获的声音中的所述掩蔽声音对所述第二信号的贡献；
所述自适应滤波包括：
接收所述第二信号；
使用自适应滤波器以供应所述第二信号的经滤波的版本；
供应第三信号，所述第三信号表示所述第一信号与所述第二信号的所述经滤波的版本之间的差；
接收所述第三信号以用于对所述自适应滤波器的一个或多个滤波器系数的控制；并且
使用所述第三信号以用于对所述功率属性的所述确定并且用于对所述方向属性的所述确定。
7.如权利要求5所述的方法，包括在执行对所述功率属性的所述确定之前和在执行对所述方向属性的所述确定之前选择性地从所捕获的声音去除预先确定的部分。
8.一种用于掩蔽入射在人上的声音的装置，其中，所述装置包括：
用于确定同时在多个位置处所捕获的声音的频谱的功率属性的单元，所述功率属性表示所捕获的声音的频带中的功率；
用于确定所述频带中的所捕获的声音的方向属性的单元，所述方向属性表示所述声音入射在所述人上的方向；以及
用于在所述功率属性和所述方向属性的组合控制下生成掩蔽声音的单元，
其中，所述装置包括用于确定表示以下中的至少一个的量的单元：耳间时间差和耳间电平差。
9.如权利要求8所述的装置，其中：
所述装置包括：
用于接收表示所捕获的声音的第一信号的单元；
用于供应用于生成所述掩蔽声音的第二信号的单元；以及
用于自适应滤波以减少来自存在于所捕获的声音中的所述掩蔽声音对所述第二信号的贡献的单元；
所述自适应滤波包括：
接收所述第二信号；
使用自适应滤波器以供应所述第二信号的经滤波的版本；
供应第三信号，所述第三信号表示所述第一信号与所述第二信号的所述经滤波的版本之间的差；
接收所述第三信号以用于对所述自适应滤波器的一个或多个滤波器系数的控制；并且
使用所述第三信号以用于对所述功率属性的所述确定并且用于对所述方向属性的所述确定。
10.如权利要求8所述的装置，包括用于在执行对所述功率属性的所述确定之前和在执行对所述方向属性的所述确定之前选择性地从所捕获的声音去除预先确定的部分的单元。
11.一种计算机可读介质，其上存储了用于在计算机上运行以用于将所述计算机配置为执行掩蔽入射在人上的声音的方法的指令，其中，所述指令包括：
第一指令，其用于接收第一信号，所述第一信号表示同时在多个位置处捕获的所述声音；
第二指令，其用于确定所捕获的声音的频谱的功率属性，所述功率属性表示所捕获的声音的频带中的功率；
第三指令，其用于确定所述频带中的所捕获的声音的方向属性，所述方向属性表示所述声音入射在所述人上的方向；以及
第四指令，其用于生成第二信号，所述第二信号用于在所述功率属性和所述方向属性的组合控制下生成掩蔽声音，
其中，所述第三指令包括以下中的至少一个：用于确定表示以下中的至少一个的量的指令：耳间时间差和耳间电平差。
12.如权利要求11所述的计算机可读介质，其中：
所述指令包括第五指令，所述第五指令用于自适应滤波以减少来自存在于所捕获的声音中的所述掩蔽声音对所述第二信号的贡献；
所述第五指令包括：
第六指令，其用于接收所述第二信号；
第七指令，其用于使用自适应滤波器以供应所述第二信号的经滤波的版本；
第八指令，其用于供应第三信号，所述第三信号表示所述第一信号与所述第二信号的所述经滤波的版本之间的差；并且
第九指令，其用于接收所述第三信号以用于对所述自适应滤波器的一个或多个滤波器系数的控制；并且
所述第二指令包括第十指令，所述第十指令用于使用所述第三信号以用于对所述功率属性的所述确定；以及
所述第三指令包括第十一指令，所述第十一指令用于使用所述第三信号以用于对所述方向属性的所述确定。
13.如权利要求11所述的计算机可读介质，其中，所述指令包括第十四指令，所述第十四指令用于在执行对所述功率属性的所述确定之前和在执行对所述方向属性的所述确定之前选择性地从所捕获的声音去除预先确定的部分。
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