CN105706463A - 用于听力保护器的自适应频率响应、自适应自动电平控制以及处理无线电通信 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种听力保护装置。听力保护装置可包括将声音诸如交谈传递至听力保护使用者的扬声器。听力保护装置可包括可滤掉不期望的声音的电子器件包，以改善使用者听到他们周围交谈的能力同时仍保护使用者的耳朵。

Description

用于听力保护器的自适应频率响应、自适应自动电平控制以及处理无线电通信

背景技术

当人们处于大声或噪声环境中时，经常佩戴听力保护设备。听力保护设备可减少使用者耳朵被暴露的噪声量。在一些情况下，使用者可能想要听到来自他们周围人的一些声音，诸如交谈和命令。如果使用者佩戴了听力保护设备，则可能难以听到或不能听到这些所需的声音。因此，存在允许听力保护设备使用者在减少大声或不期望的噪声同时，仍然能够听到一些外部声音的需要。

发明内容

听力保护耳机外部的声音可通过耳机上的一个或多个麦克风输入。环境外部声音或背景噪声可被监控、分析以及过滤，使得耳机的使用者可以更好地听到人声。

在一个示例中，一种用于听力保护的设备，包括设置在该设备上的麦克风。麦克风被配置成用于从环境中拾取输入声波并且将该输入声波转化成输入信号。该设备还包括处理器，该处理器被配置成用于将带通滤波器施加到输入信号以产生输出信号。该设备还可包括设置在设备上的扬声器。扬声器被配置成用于产生来自处理器的输出。由处理器施加的带通滤波器选自多个带通滤波器。带通滤波器的选择是基于输入声波的平均振幅。与用于较小振幅的带通滤波器中的至少一个带通滤波器相比，用于较大振幅的带通滤波器中的至少一个带通滤波器更加狭窄地集中于所选择的频率范围。

在一个示例中，一种用于听力保护的设备，包括设置在设备上的麦克风，该麦克风被配置成用于从环境中拾取输入声波并且将该输入声波转化成输入信号。该设备还包括处理器，该处理器被配置成用于将带通滤波器施加到输入信号，其中带通滤波器的输出信号的频率根据输入信号的振幅而改变。该方法还被配置成用于执行两个步骤中的一个。第一选项是：当输入的振幅超过脉冲检测阈值时检测脉冲噪声，当检测到脉冲噪声时，抑制输出一段抑制时间段，其中抑制时间段根据使用者所选择的音量电平设定。第二选项是：当音频装置输入低于门阈值时，保持自动电平控制器的增益恒定，并且当输出另外地超过ALC最大电平时，将输出减小到ALC最大电平。该设备还包括设置在设备上的扬声器，该扬声器被配置成用于产生来自处理器的输出。

在一个示例中，一种用于听力保护的设备，包括用于从环境中拾取输入声波的装置，用于将该输入声波转化成输入信号的装置，用于从多个带通滤波器选择带通滤波器的装置，用于将所选择的带通滤波器施加到输入信号以产生输出的装置，以及用于将该输出转化成输出声波的装置。带通滤波器是基于输入声波的平均振幅而从多个带通滤波器中选择。用于较大振幅的带通滤波器更加狭窄地集中于频率范围。

附图说明

结合以下附图可更全面地理解本发明，其中：

图1是根据实施例的耳机的透视图。

图2是根据实施例的耳机的透视图。

图3是根据实施例的方法的框图。

图4是根据实施例的音频滤波器行为的图。

图5是根据实施例的音频滤波器行为的图。

图6是根据实施例的音频滤波器行为的图。

图7是根据实施例的方法的框图。

图8是根据实施例的音频滤波器行为的图。

图9是根据实施例的方法的框图。

图10是根据实施例的音频滤波器行为的图。

图11是根据实施例的框图。

图12是根据实施例的音频滤波器行为的图。

虽然本发明可存在各种修改形式和替代形式，但其细节已以举例和附图的方式示出并将做详细描述。然而，应当理解，本发明不局限于所述的具体实施例。相反，本发明的目的在于覆盖属于本发明的精神和范围内的修改形式、等同物及替代形式。

具体实施方式

本文所述的本发明实施例并不旨在详尽地说明，或将本发明限于以下具体实施方式中所公开的精确形式。相反，选择和描述这些实施例是为了使本领域中的其他技术人员能领会和理解本发明的原理和实施过程。

本文提及的所有出版物和专利均以引用的方式并入本文。本文所公开的出版物和专利仅为它们的公开内容而提供。本文中没有内容被理解为承认本发明人无权占先于任何出版物和/或专利，包括本文所引用的任何出版物和/或专利。

图1为耳机100的透视图。在一个实施例中，耳机100可包括耳杯102和头带104。耳机100可包括两个耳杯102。头带104可耦接第一耳杯102与第二耳杯102。头带104可以是弧形，以便当耳机100处于使用中时在使用者头顶的上方延伸。头带104可以是柔性的，以便当使用者佩戴耳机100时，允许使用者将第二耳杯102从第一耳杯102展开。头带104可包括垫料，以至少部分地与使用者的头部相符并且增加使用者的舒适度。

耳杯102可被配置成用于当使用时至少部分地适配在使用者的耳朵周围并且设置在使用者头部的侧面。耳杯102可限定腔。腔可被配置成用于当使用者佩戴耳机100时使得使用者的耳朵(人耳)适配于其内。耳杯102可包括密封环106。密封环106可以是环形的，以在使用者的耳朵周围延伸。密封环106可以是柔性的并且能够与使用者的头部相符。密封环106可在耳杯102和使用者的头部之间提供密封，以减少达到使用者耳朵的噪声或声波的量，从而至少部分地保护使用者的耳朵免于外部噪声。密封环106可包括皮革、布料、橡胶、塑料或聚合物诸如聚氨酯。

在一个另选的实施例中，耳机可包括外壳，该外壳被配置成用于至少部分地适配于使用者耳朵的外部部分内，诸如耳廓或耳翼的一部分内。在一个实施例中，耳机可包括两个外壳，诸如被配置成用于至少部分地适配于使用者右耳朵内的右外壳，和被配置成用于至少部分地适配于使用者左耳朵内的左外壳。在一个实施例中，右外壳和左外壳可以基本上是相同的，使得右外壳可与左耳朵相连使用并且左外壳可与右耳朵相连使用。

耳机100可包括麦克风108。在一个实施例中，耳杯102中的一者或两者可包括麦克风108。在一个实施例中，两个耳杯102中的每个上具有一个麦克风108。在一个实施例中，耳杯102中的一者或两者上可具有多于一个的麦克风108。在一个实施例中，一个或多个麦克风108位于耳机100上的其它位置。麦克风108可被设置在耳杯102与腔相背对的外表面上。麦克风108可从周围环境中拾取声音和噪声。麦克风108可以是嵌入物，由此使得麦克风108不会延伸超过耳杯102的外表面。在具有两个耳杯102的一个实施例中，每个耳杯102可包括麦克风108。在具有两个耳杯102的另一个实施例中，仅一个耳杯102包括麦克风108。在具有两个耳杯102的另一个实施例中，一个麦克风108被定位在头带部分上。由麦克风108拾取的噪声和声音可通过耳杯102腔中的扬声器传递至使用者。

耳杯102中的一个可包括旋钮110。使用者可旋转旋钮110来控制耳机100的电子器件，以“开启”或“关闭”电子器件，或增大或减小耳杯102中扬声器的音量。

耳杯102可包括输入连接部112。输入连接部112可允许使用者将外部音频装置连接至耳机100内，诸如AM/FM无线电设备、双向无线电设备、MP3播放器、移动电话等。使用者可通过设置在耳杯102中的一个或多个扬声器收听外部音频装置。在一个实施例中，输入连接部112可容纳3.5mm音频输入。在一个实施例中，外部音频装置可通过无线连接诸如蓝牙连接而连接至耳机100。在一个实施例中，外部音频装置可内置于耳机100中或与耳机100整合为一体。

尽管存在抵靠使用者头部形成密封的耳杯，但一些声波仍将会通过使用者颅骨的骨骼和开放空间而到达耳道，诸如通过脑壳、嘴部或鼻部。一些声波经过密封环、耳杯或其它物理机构。经过这些其它途径的声音的电平(称为漏声)不会通过耳上或耳内佩戴的听力保护装置诸如耳机100或耳塞而减小。因此，即使佩戴足够的听力保护装置，一部分声音也将作为通过这些其它途径传导的漏声而被听到，使得该声音不会作为通过环境传导至耳朵的声音被听到。约40dB是假设完美的听力保护器可实现的最大减小量，这是因为通过颅骨的漏声仍将到达耳道。如果声音超过40dB，那么即使佩戴了听力保护装置，声音也将到达耳道。典型的枪声分贝电平是约149dB(通常在140dB和170dB之间)。

公认的到达耳朵的安全声音电平是8小时内平均约85dB，但在不同情况下以及在不同时间段上取平均值，不同的声音电平被政府、医疗机构或其它实体认定是安全的，诸如80dB、90dB或100dB。相似地，公认的到达耳朵的安全声音电平是114dB的瞬时电平，但不同的声音电平在不同情况下以及被不同实体认定是安全，诸如100dB、110dB或120dB。当确定使用耳机100的耳杯中的扬声器产生的声音的电平时，可考虑声音泄露的发生。例如，安全声音电平的一部分可被分配到作为泄露被接收，然后由扬声器产生的声音将被分配到安全声音电平的其它部分。在一个示例中，安全声音电平的一半被分配到作为泄露被接收。分贝标度是对数标度，因此声音电平中每3dB下降使输入噪声减半。使用85dB安全声音电平以及50％泄露分配的示例，一个选项是将一半(82dB)分配到泄露而另一半(82dB)的最大值则由扬声器提供。在该示例中，扬声器的输出不应高于82dB。

从不同于图1所示出的透视角度在图2中示出耳机100的透视图。耳杯102可包括电池仓214。电池仓214可容纳一个或多个电池。电池可用于为耳机100的电子部件供电。在一个实施例中，多个AAA电池可设置在电池仓214内。在一个实施例中，耳机100可使用锂离子电池、AA电池、可再充电电池、非可再充电电池或这些不同电池的组合。电池门216可至少部分地包封电池仓214。电池门216可被配置成用于当期望触及电池以更换电池时从耳机100去除。

每个耳杯102可包括扬声器218。扬声器218可产生输出，诸如声波。由每个麦克风108拾取的输入声音和噪声可被处理，以消除至少一部分噪声并且通过扬声器218产生输出。如本文所用，术语声音是指所需的音频信息而术语噪声是指不期望的音频信息。扬声器218可向使用者提供声音，诸如所需的音频。所需的音频可包括交谈、命令、警告或其它通信，诸如两个人之间的通信。来自每个麦克风的输入可被处理以消除至少一部分噪声，诸如不期望的噪声。不期望的噪声可包括机械噪声、来自通风系统的噪声、远距离交谈、脉冲噪声、磨削、啸叫、发动机噪声、枪响、爆炸声以及其它类似的噪声。

扬声器218可传递由麦克风108拾取的来自周围环境的声音。扬声器218可传递来自从输入连接部112所连接的外部音频装置的声音。来自扬声器218的输出不可高于最大输出电平，以保护使用者的耳朵。在不同实施例中，由来自麦克风的声音引起的扬声器218的最大输出电平可至少是80dB(A)、不超过90dB(A)、至少是70dB(A)、不超过100dB(A)以及这些约束的组合。在一个实施例中，当周围声音电平小于106dB(A)时，无论使用者把音量调到多高，来自扬声器218的输出不应高于82dB(A)。在一个实施例中，当周围声音电平小于106dB(A)时，无论使用者把音量调到多高，来自扬声器218的输出不应高于85dB(A)。在一个实施例中，无论使用者把音量调到多高，来自扬声器218的输出不应高于82dB(A)。在一个实施例中，无论使用者把音量调到多高，来自扬声器218的输出不应高于85dB(A)。在一个实施例中，当外部音频装置连接至输入连接部112时，来自扬声器218的输出不可高于82dB(A)。由麦克风108拾取的声音可被处理，之后作为来自扬声器218的输出产生。该处理可诸如通过减小背景噪声、抑制脉冲噪声或保持输入电平恒定，而增加使用者听到的声音的质量或清晰度。在两个耳杯102中的每个均具有麦克风108的一个实施例中，由单个处理器来处理输入声音和噪声。在两个耳杯102中的每个均具有麦克风108的另一个实施例中，由施用相同算法的不同处理器来处理输入声音和噪声。

在另一个示例中，具有如本文所述的一个或多个处理功能的听力保护器是使用入耳式结构而不是耳上杯式结构。在这样一个示例中，耳塞结构可用于减少到达内耳的声波。扬声器可位于入耳式结构面向内耳的一部分上，并且一个或多个麦克风位于入耳式结构面向使用者环境的一部分上。

在各种实施例中可存在本文所述的单个特征。在各种实施例中也可存在本文所述的单个特征的组合。在一个实施例中，耳机100可包括自适应频率响应。在一个实施例中，耳机100可包括自适应自动电平控制衰减/保持/释放时序。在一个实施例中，耳机100可包括用于外部输入的门控ALC。在一个实施例中，耳机100可包括自适应频率响应和自适应自动电平控制衰减/保持/释放时序。在一个实施例中，耳机100可包括自适应频率响应和用于外部输入的门控ALC。在一个实施例中，耳机100可包括自适应自动电平控制衰减/保持/释放时序以及用于外部输入的门控ALC。在一个实施例中，耳机100可包括自适应频率响应、自适应自动电平控制衰减/保持/释放时序以及用于外部输入的门控ALC。

自适应频率响应

耳机100外部的噪声和声音可通过麦克风108输入。外部噪声和声音可通过在微处理器上运行的第一算法连续处理。第一算法可分析外部噪声和声音，以确定外部噪声和声音的电平或振幅。在分析外部噪声和声音之后，第一算法可将若干个数字滤波器中的一个施加到输入声音以减小外部噪声。随着外部噪声和声音的振幅增加，滤波器可渐进地集中于人声的频率。减小带宽或集中于人声的频率可改善声音与噪声的比率并且在外部噪声存在下提高口头命令和交谈的语言可懂度。

声音可由麦克风拾取并且通过扬声器传递至使用者。耳机100可包括电子器件包。电子器件包可将第一算法施加到由麦克风拾取的声音。图3示出根据实施例的电子器件包320的框图。电子器件包320可设置在耳杯102内。在一个实施例中，每个耳杯102内设置有电子器件包320。在一个实施例中，仅一个耳杯102内设置有电子器件包320，并且该电子器件包诸如通过穿过头带至耳机相对侧上的耳杯的线，而与另一个耳杯相连通。电子器件包320可包括初始带通滤波器326、电平数字化器328、电平处理器330、增益控制器332、音量控制334以及放大器336。

一般来讲，耳机100可诸如通过在耳杯102和使用者头部周围提供密封，而减小使用者听到的声音量。在一些环境中，使用者可能期望听到比使用者因为耳杯102和使用者头部之间的密封所能够听到更多的周围环境的声音。麦克风108可从周围环境中拾取声音并且将它们诸如通过扬声器218传递至使用者的耳朵322。

电子器件包320可诸如通过减小不期望的声音或增加所需的声音，来帮助改善传递至使用者的声音质量。电子器件包320可将模拟输入转化成数字信号。电子器件包320可减小或至少部分地过滤掉背景噪声。电子器件包320可将扬声器的输出集中到所需的频率，诸如人声的频率范围。

在一个实施例中，耳机100可在大声环境中使用，诸如射击靶场。使用者可佩带耳机100以保护他或她的耳朵免于大声的噪声。由麦克风108拾取的声音可通过电子器件包320处理，以减小或至少部分地过滤掉不期望的或大声的噪声并且增加或放大所需的噪声。在各种实施例中，耳机100可包括两个麦克风108，诸如每个耳杯上有一个麦克风。在一个实施例中，来自每个麦克风的输入通过电子器件包320处理，然后提供至与麦克风相联的扬声器。因此，来自右麦克风的输入通过电子器件包处理并且提供至右扬声器，而来自左麦克风的输入通过电子器件包320处理并且提供至右扬声器。在另一个实施例中，通过电子器件包320处理的输入可以是两个麦克风108的平均值。电子器件包320可包括噪声检测器和带通滤波器。在一个实施例中，电子器件包320可包括多个带通滤波器。该算法可分析外部噪声并且施用若干适当带通滤波器中的一个。可基于来自麦克风的输入的声音电平来确定用于过滤来自麦克风的输入的带通滤波器。可基于平均振幅选择带通滤波器。

可以多个不同方式来确定用于选择带通滤波器的平均振幅。在一个实施例中，平均振幅是来自两个或更多个麦克风中的每个的输入的平均值。例如，平均振幅可以是来自设置在第一耳杯上的第一麦克风的输入与设置在第二耳杯上的第二麦克风的输入的平均值。在一个实施例中，可对来自麦克风的每个输入求均方根，然后与来自其它麦克风的其它均方根输入平均。在一个另选的实施例中，可对来自麦克风中的每个的输入求平均值，然后求均方根。在一个另选的实施例中，可诸如通过将输出设定为输入的最大值，来组合来自麦克风的输入。

在一个实施例中，可对用于选择带通滤波器的平均振幅进行时间平均，以避免滤波器的快速变化。在一个实施例中，电子器件包320可包括增加磁滞，以避免滤波器之间的快速切换(即使使用了时间平均)。在一个实施例中，电子器件包可选择三个带通滤波器中的一个以施加到来自麦克风的输入。在一个实施例中，电子器件包可选择五个带通滤波器中的一个以施加到来自麦克风的输入。可能存在从中选择带通滤波器的其它数量的带通滤波器。

在一个实施例中，当输入声音的电平小于第一阈值时，可施用第一带通滤波器。当输入声音大于第一阈值但是小于第二阈值时，可施用第二带通滤波器。当输入声音大于第二阈值时，可施用第三带通滤波器。在一个实施例中，第一阈值可以是85dB(A)。在一个实施例中，第二阈值可以是100dB(A)。在一个另选的实施例中，第一阈值可以是65dB(A)并且第二阈值可以是80dB(A)。

在一个实施例中，可包括单个可变滤波器。单个可变滤波器可改变基于输入的振幅而过滤的频率。在该实施例中，随着输入的振幅增加，滤波器可逐渐集中于接近人声典型频率范围的更窄的频率范围。

图4-6针对三个不同带通滤波器中的每个，在竖直轴线上示出输出电平并且在水平轴线上示出输出的频率。带通滤波器中的每个可集中于所需的频率，诸如包括人声的频率范围。如图4-6所示，第一带通滤波器(图4所示)可集中于相比于第三带通滤波器(图6所示)更宽的频率范围。

图4示出可在声音电平低于第一阈值时施用的第一带通滤波器的表示。第一带通滤波器可过滤掉低于第一低频424和高于第一高频426的频率。第一低频424和第一高频426之间的频率可包括人声的普通频率，诸如如果使用者想要听到其他人的声音。在一个实施例中，第一低频424可以是100Hz。在一个实施例中，第一高频426可以是10KHz。

图5示出可在声音电平高于第一阈值且低于第二阈值时施用的第二带通滤波器的表示。第二带通滤波器可过滤掉低于第二低频526和高于第二高频530的频率。第二低频528和第二高频530之间的频率可包括人声的普通频率，诸如如果使用者想要听到其他人的声音。在一个实施例中，第二低频528可以是300Hz。在一个实施例中，第二高频530可以是5KHz。第二带通滤波器可具有相比于第一带通滤波器更窄的范围(低频点和高频点之间的差值)，以在更大声的环境中集中于更加期望的范围。

图6示出可在声音电平高于第二阈值时施用的第三带通滤波器的表示。第三带通滤波器可滤掉低于第三低频632和高于第三高频634的频率。第三低频632和第三高频634之间的频率可包括人声的普通频率，诸如如果使用者想要听到其他人的声音。在一个实施例中，第三低频632可以是300Hz。在一个实施例中，第三高频634可以是3KHz。第三带通滤波器可具有相比于第二带通滤波器更窄的范围(低频点和高频点之间的差值)，以在更大声的环境中集中于更加期望的范围。

在一个实施例中，从中选择出一个的多个带通滤波器可包括强调滤波器，诸如牺牲低频强调高频的滤波器(图6所示)。在一个实施例中，与较低频率的输出电平相比，第三带通滤波器可增加第三低频632和第三高频634之间的频率的至少一部分的输出电平。如图6可看出，频率的一部分可在具有大声背景噪声的环境中被放大，以帮助使用者听到声音(通常与人声相关联的频率)。在一个实施例中，300Hz处的信号可降低6-7dB(A)，3KHz处的信号可增加6-7dB(a)，而1KHz处的信号可不改变。

第二低频可大于或等于第一低频。第三低频可大于或等于第二低频。第二高频可小于或等于第一高频。第三高频可小于或等于第二高频。第二低频和第二高频可在第一低频至第一高频的范围内。第三低频和第三高频可在第二低频至第二高频的范围内。应注意，类似图案可在以下情况下发生：所施用的带通滤波器选自包括多于或小于三个带通滤波器诸如两个带通滤波器、四个带通滤波器、五个带通滤波器或六个带通滤波器的带通滤波器的组。另选地，可包括单个可变滤波器。在各种实施例中，带通滤波器可包括与低通滤波器串联的高通滤波器。

重新参照图3，在图3的示例中，来自麦克风108的输出被示出为溃入初始带通滤波器326中。在一个示例中，模数信号转换器(未示出)存在于麦克风108和初始带通滤波器326之间。初始带通滤波器326使信号的频率变窄以消除极低端和极高端频率。在图3的示例中，带通滤波器326的输出溃入电平数字化器328和自适应频率响应(AFR)滤波器332两者中。电平数字化器328将信号电平输出至电平处理器330。电平处理器330确定将施用不同带通滤波器中的哪个并且提供该信息至滤波器模块332。然后滤波器模块332将特定带通滤波器施加到从初始带通滤波器326输入的信号。过滤后的信号接着被输入至音量控制334。基于来自由使用者控制的音量旋钮的设定的输入，音量控制334通过放大器336提供适当增益量。最后，信号到达扬声器218。描述为电子器件包320的一部分的许多部件可作为在微处理器上运行的算法被提供，包括电平数字化器328、AFR滤波器332和电平处理器330。

自适应自动电平控制衰减/保持/释放时序

脉冲噪声诸如枪声及其回声的电平和持续时间可通过在微处理器上运行的第二算法连续监控。第二算法可分析脉冲噪声的电平和持续时间并且可调整噪声抑制的长度以最大化减少初始脉冲，然后将抑制作用降低至可掩蔽脉冲噪声及其反射的最低水平。抑制脉冲噪声及其反射可改善使用者的体验，诸如当使用者在常见高脉冲噪声和反射的室内靶场进行射击时。

脉冲声音诸如枪声可由麦克风拾取并且通过扬声器传递至使用者。耳机100中的电子器件包320可将第二算法施加到由麦克风拾取的脉冲声音。图7示出根据实施例的电子器件包320的框图。电子器件包320可包括初始带通滤波器326、电平数字化器328、级别处理器330、增益控制器710、放大器711、音量控制334和放大器336。在一个实施例中，电子器件包320可包括两个放大器，诸如模数转换器(未示出)前面的前端放大器(也未示出)。这两个元件可定位在麦克风108和初始带通滤波器326之间。电子器件包320还可包括转换器后面的数字信号处理器。前端放大器(未示出)可在声音转换成数字之前将其放大，以确保存在具有全部频率范围的准确转换。在一个实施例中，电子器件包320可包括前馈路径712。在一个实施例中，电子器件包320可包括反馈路径713。

一般来讲，耳机100可诸如通过用耳杯102在使用者耳朵322周围提供密封，来减小到达使用者耳朵的声波量。如上所述，在一些环境中，使用者可能期望听到比使用者因为由耳机100提供的保护所能够听到更多的周围环境的声音。麦克风108可从周围环境中拾取声音并且将它们诸如通过扬声器218传递至使用者的耳朵322。然而，并不是所有由麦克风拾取的声音都是所需的，诸如脉冲噪声。电子器件包320可抑制脉冲噪声的至少一部分。

脉冲噪声的抑制可包括两个分量，(1)抑制量和(2)信号受抑制的时间量。在一个实施例中，抑制量可以是针对全部脉冲噪声的标准抑制量，诸如如果增益在抑制期间始终设定为零。在一个实施例中，抑制量可取决于特定使用阶段期间先前或第一脉冲噪声的电平。例如，高于第一电平而低于第二电平的脉冲噪声可导致后续脉冲噪声具有的抑制小于高于第二电平的脉冲噪声的抑制。抑制量可在整个抑制时间内变化。例如，在抑制时间的开始时当脉冲噪声最大时可具有较大的抑制，而在稍后的抑制时间内当反射/回声不那么大时可具有较小的抑制。图8示出脉冲噪声的输入836以及由麦克风拾取的脉冲噪声的若干回声的简化表示。如图8可看出，最大ALC增益841可受脉冲和抑制时间的影响。在抑制时间期间，最大ALC增益841可逐渐增大以匹配由线条837表示的回声衰减速率。在一个实施例中，ALC增益841在抑制时间期间的增益速率可以是以片段计，诸如100毫秒或50毫秒片段。在一个实施例中，至少一些片段可以是不同的时间量。

脉冲噪声受到抑制的时间量可基于耳机的使用条件而变化。抑制时间的长度可诸如在前端放大器或数字信号处理器处，被电子器件包320改变。在一个实施例中，脉冲受到抑制的时间长度可与扬声器设定的音量相关，如下文参考图9和图10所讨论的。输入836可基于多个因素而变化，诸如产生声音的武器类型以及耳机的使用环境(例如室内、户外、房间大小、房间几何形状、房间中的材料等)。非常长的射击范围将具有较长的回声之间的时间，而较短的射击范围将具有较少的回声之间的时间。墙壁的角度也将影响回声特性。当输入836达到脉冲检测阈值838时，可将输入定义为具有脉冲噪声。在一个实施例中，可通过输入声波的能量的量将输入噪声定义为脉冲。输入声波具有振幅和时间长度，从而定义能量的量。

脉冲检测阈值838可设定在低于麦克风的饱和电平的电平处。在一个实施例中，麦克风的饱和电平可以是130dB(A)并且脉冲检测阈值838可设定在120dB(A)处。脉冲的每个回声的电平可以由线条837所表示的速率衰减。第一回声将处于比脉冲低的电平。相似地，除非由麦克风拾取另外的脉冲，否则后续回声中的每个会是更低电平。

麦克风可连续地拾取背景噪声。平均背景噪声可由平均背景噪声电平839表示。脉冲可与平均背景噪声电平相关地进行定义。在一个实施例中，脉冲检测阈值可以是120dB。在一些实施例中，平均背景噪声可以是至少50dB且不超过70dB。在一个实施例中，当平均背景噪声高于指定电平诸如85dB时，抑制时间的量可设定在最大时间量处。

输入836在点840处达到脉冲检测阈值838。输入836高于脉冲检测阈值838直到点842。当脉冲不再高于脉冲检测阈值838的时间由箭头852表示。即使麦克风在低于脉冲噪声电平的点处是饱和的，仍可测量点840和点842之间的时间量以确定脉冲噪声的电平。点840和点842之间的时间量与脉冲噪声的声音大小成比例，使得较大声的脉冲噪声在点840和点842之间所具有的时间多于较安静的脉冲噪声。在一个实施例中，假设该比例是非线性的。脉冲噪声的回声或反射也可与点840和点842之间的时间成比例，使得点840和点842之间的更多时间等同于较大声的回声并且由此使用较长的抑制时间。在一个实施例中，抑制时间可与脉冲噪声的电平相关，使得具有较高电平的脉冲噪声需要较长的抑制时间。

系统可以是自适应的，使得该系统基于耳机的使用环境来改变抑制时间。例如，第一房间可具有不同于第二房间的反射特性。在第一房间中，250毫秒的抑制时间可足以抑制脉冲噪声及其反射，而在第二房间中，250毫秒的抑制时间可能不抑制反射。

可将回声最小阈值844设定在峰值低于设定电平的回声不再是不期望的电平，以定义最后的回声。回声最小阈值844可基于平均背景噪声电平而变化。在一个实施例中，回声最小阈值844比平均背景噪声电平839大15dB。输入836在点846处与回声最小阈值844最后相交。从点842至点846的时间可取决于周围环境的特性。抑制时间可在点840处开始并且在点846处结束，以包括脉冲噪声以及脉冲噪声高于回声最小阈值844的反射。抑制时间可增加和减少，从而在使用阶段期间基于先前脉冲的分析或第一脉冲的分析而更准确地在点846处结束。表示回声衰减速率的线条837可在点850处与回声最小阈值最后相交。线条837与回声最小阈值最后相交的时间可由箭头854表示。

抑制时间可不断更新，使得如果在抑制时间结束后未检测到高于回声最小阈值的回声，则可减小抑制时间。如果减小抑制时间并且在抑制时间结束后仍未检测到高于回声最小阈值的回声，则可进一步减小抑制时间。然而，如果抑制时间结束并且在抑制时间结束后仍检测到高于最小阈值的一个或多个回声，则可增加抑制时间。可不断监控回声最小阈值最后相交的发生以连续地更新抑制时间。

在一个实施例中，如果在抑制时间的一半之后存在高于最小回声阈值的回声，并且在抑制时间之后不存在高于最小回声阈值的回声，则抑制时间的长度可保持不变。如果在抑制时间的一半之后不存在高于回声最小阈值的回声，则可缩短抑制时间。在一个实施例中，可缩短抑制时间，使得新抑制时间等于最后抑制时间减去75％的先前抑制时间减去最小抑制时间，例如新抑制时间＝先前抑制时间–75％(先前抑制时间–最小抑制时间)。

如果在抑制时间之后存在回声，则可加长抑制时间。在一个实施例中，可加长抑制时间，使得新抑制时间等于最后回声高于回声最小阈值的时间。

在一个实施例中，关闭耳机之后，抑制时间的长度可重新设定至标准长度。在一个实施例中，当关闭耳机时，可保存抑制时间的长度。当重新开启耳机时，抑制时间的长度可与关闭耳机并且保存的抑制时间的长度相同。在一个实施例中，第一抑制时间的长度可与使用旋钮110设定的音量电平相关联。

重新参照图7，在图7的示例中，来自麦克风108的输出被示出为溃入初始带通滤波器326中。在一个示例中，模数信号转换器(未示出)存在于麦克风108和初始带通滤波器326之间。初始带通滤波器326使信号的频率变窄以消除极低端和极高端频率。在图7的示例中，初始带通滤波器326的输出溃入电平数字化器328和增益控制模块710两者中。电平数字化器328将信号电平输出至电平处理器330。电平处理器330确定增益控制应该如何改变，并且将该信息提供至增益控制模块710。增益控制模块710将特定增益改变施加到从初始带通滤波器326输入的信号。改变的信号接着被输入至音量控制334。基于来自由使用者控制的音量旋钮的设定的输入，音量控制334通过放大器336提供适当增益量。最后，信号到达扬声器218。描述为电子器件包320的一部分的许多部件可作为在微处理器上运行的算法被提供，包括电平数字化器328、增益控制模块710和电平处理器330。

在图9和图10所举例说明的一个实施例中，抑制时间的长度可取决于由使用者诸如通过旋钮110所选择的音量电平。使用者可旋转旋钮110(图2所示)以调节扬声器的输出音量。在一个实施例中，如果音量处于最低可能设定，则抑制时间可以是最短。如果音量处于最高可能设定，则抑制时间可以是最长。在一个实施例中，最短抑制时间可以是200毫秒。在一个实施例中，最长抑制时间可以是400毫秒。在一个实施例中，最长抑制时间可以是800毫秒。在一个实施例中，最长抑制时间可以是1秒。在一个实施例中，最长抑制时间可以是4秒。在一个实施例中，抑制时间可以是300毫秒至1秒。在一个实施例中，默认抑制时间可以是300毫秒。更长和更短的抑制时间是可能的并且可基于周围环境而变化。

图9示出根据实施例的电子器件包320的框图。电子器件包320可包括初始带通滤波器326、增益控制器910、放大器914、音量控制918以及自适应电平控制(ALC)模块916。在一个实施例中，电子器件包320可包括两个放大器或更多个放大器，诸如模数转换器前面的前端放大器，其中这两个部件均位于麦克风108和初始带通滤波器326之间。电子器件包320还可包括转换器后面的数字信号处理器。在一个实施例中，电子器件包320可包括三个放大器。前端放大器(未示出)可在声音转换成数字之前将其放大，以确保存在具有全部频率范围的准确转换。

图10示出脉冲噪声的输入1036以及由麦克风拾取的脉冲噪声的若干回声的简化表示。如上文参见图8所讨论的，输入1036可基于多个因素而变化，诸如产生声音的武器类型以及耳机的使用环境。

当输入1036达到脉冲检测阈值1038时，可将输入定义为具有脉冲噪声。脉冲的每个回声的电平可以由线条1037所表示的速率衰减。第一回声将处于比脉冲低的电平。相似地，除非由麦克风拾取另外的脉冲，否则后续回声中的每个会是更低电平。

图10的下半部分示出可如何基于脉冲和音量电平来修改最大增益1041的示例。在抑制时间期间，最大增益1041可逐渐增大，诸如回声衰减速率的估计或以匹配由线条1037表示的回声衰减速率。在一个实施例中，ALC增益1041在抑制时间期间的增益速率可以是以片段计，诸如100毫秒或50毫秒片段。在一个实施例中，至少一些片段可具有不同的时间量。

麦克风可连续地拾取背景噪声。平均背景噪声可由平均背景噪声电平1039表示。脉冲可与平均背景噪声电平相关地进行定义，类似于如上文参见图8所讨论的。输入1036在点1040处达到脉冲检测阈值1038。

图10示出三种不同音量设定的增益。增益1041可保持恒定直到检测到脉冲噪声，诸如超过脉冲检测阈值1038的输入(诸如在点1040处)。一旦检测到脉冲，即可减少或抑制增益。在一个实施例中，抑制量可逐渐地减少，以在抑制时间过程中逐渐地使增益返回至其正常水平。增益受抑制的时间长度或抑制量可取决于音量电平。如图10所示，增益部分1043可与低音量相关联。增益部分1045可与中音量相关联。增益部分1047可与高音量相关联。

在一个实施例中，较高音量选择导致较长抑制时间。如图10可看出，与中音量相关联的增益部分1045的抑制时间长于与低音量相关联的增益部分1043的抑制时间，且短于与高音量相关联的增益部分1047的抑制时间。

如上所述，在某些情形下，听力保护耳机将不会阻断或消除所有声波使其不被使用者听到。一些声波可穿过耳机或穿过使用者头部的部分而发生泄露。使用者可听到泄露。在某些情形下，诸如相比于使用者在没有耳机时将听到的声音，使用者所听到的泄露的电平相对较低。

泄露不通过本文所述的任何算法加以处理或过滤。因此，使用者可听到一些电平的泄露。在某些情形下，诸如当响应于检测到脉冲噪声而抑制输出时，泄露可具有高于来自扬声器的输出的电平。在一个实施例中，抑制量可随抑制时间而减少，使得扬声器的输出电平基本上类似于抑制时间结束之前的泄露电平。

在一个实施例中，来自脉冲噪声的泄露的衰减可比扬声器输出中的衰减更加快速。在一个实施例中，诸如当抑制输出时，泄露可具有高于来自扬声器的输出的电平。较快的泄露衰减可导致在抑制结束之前的时间处，泄露的电平达到与扬声器输出相同的电平。

泄露电平基本上等同于来自扬声器输出的电平的点可以是平衡点。相比于高音量选择，低音量选择时可更快地出现平衡点。基准线1070示出低音量选择的平衡电平。基准线1072示出中音量选择的平衡电平。基准线1074示出高音量选择的平衡电平。

重新参照图9，图9的示例具有与参考图3和图7描述的那些一样的许多特征和选项，包括初始带通滤波器326、模数信号转换器(未示出)和各种放大器。在图9的示例中，初始带通滤波器326的输出溃入增益控制模块910中，继而溃入放大器914中。放大器914将电平数字化信号提供至ALC模块916。由使用者所设定的音量控制918也向ALC模块916提供输入。音量控制设定将衰减时间控制信息提供至ALC模块916。然后ALC模块916确定增益控制应该如何改变，并且将该信息提供至增益控制模块910。增益控制模块910将特定增益改变施加到从初始带通滤波器326输入的信号。改变的信号接着被输入至放大器914，然后至音量控制918。基于来自由使用者控制的音量旋钮的设定的输入，音量控制334通过放大器336提供适当增益量。最后，信号到达扬声器218。描述为电子器件包320的一部分的许多部件可作为在微处理器上运行的算法被提供，包括ALC模块916和增益控制模块910。

使用用于外部输入的门控ALC处理无线电通信和其它间歇语音信号

如上所述，耳机100可包括输入连接部112，该输入连接部112被构造用于使外部音频装置耦接至耳机100，以允许使用者通过耳杯102中的扬声器218听到外部音频装置的输出。耳机100可包括传感器，当装置插入到输入连接部112中时，该传感器通知电子器件包320。当外部音频装置插入到输入连接112中时，外部音频装置提供音频装置输入信号。在另一个实施例中，音频装置可容纳在耳杯102中的一个内并且可生成音频装置输入信号。当由这些机构中的任一者或以另一方式提供音频装置输入信号时，可将第三算法施加到来自外部音频装置的音频装置输入信号。音频装置输入信号可被门控ALC处理，以防止ALC(如果是非门控的)受到静音或极低噪声的输入的影响。典型的无线电通信可包括静音时段和噪声(诸如语音)时段。如果ALC是非门控的，则静音时段的输出可能不期望地增加，使得当语音的输入被处理时，可能比所需的更大声。

图11示出可用门控ALC处理音频装置输入的电子器件包的框图。电子器件包320可包括以下中的一个或多个：衰减器、电平数字化器、电平处理器、增益控制器和放大器336。在一个实施例中，增益控制器可以是门控ALC。

如图12可看出，门控ALC可不受低于门阈值1248的信号的影响。如果音频装置输入信号低于门阈值1248，那么该音频装置输入信号可被ACL忽略，使得其将不影响ALC的输出。门阈值1248可设定在低值以确保正常音乐或语音不受门控的影响。在一个实施例中，门阈值1248可设定为比外部输入ALC拐点电平低20dB。在一个实施例中，门阈值1248可设定为约-40dBVrms。

低于ALC电平1250且高于门阈值电平1248的音频装置输入信号可引起ALC增益缓慢地增加。在一个实施例中，ALC增益增加的速率可以是2-3dB(A)/sec。在一个另选的实施例中，ALC增益在设定时间量诸如3秒内增加设定量。

另外，如果信号高于ALC电平1250，则可将信号降低至低于ALC电平1250的电平。基准线1251可表示ALC增益。在输入1249的开始处，ALC增益可等同于来自先前序列的ALC增益。

为了确定音频装置输入信号是低于还是高于ALC电平1250，确定音频装置输入信号的平均振幅。可以多个不同方式来确定平均振幅，包括以上所讨论的与有关本文所讨论的自适应频率响应特征的带通滤波器选择方法相关的方式。在一个实施例中，平均振幅是音频装置输入信号的左半部和右半部的平均值。在一个实施例中，可对音频装置输入信号的每个部分求均方根，然后与来自另一侧的均方根输入平均。在一个另选的实施例中，可对来自每侧的输入求平均值，然后求均方根。在一个另选的实施例中，可诸如通过将输出设定为输入的最大值，来组合来自每侧的输入。

在一个实施例中，用于确定外部装置音频输入是高于还是低于ALC电平的平均振幅可以是时间平均的，以避免增益的快速改变。在一个实施例中，电子器件包320可包括增加磁滞，以避免增益电平之间的快速切换(即使使用了时间平均)。

图12示出来自音频装置诸如双向无线电设备的音频装置输入。音频装置的其它示例包括无线电设备、MP3播放器、CD播放器和磁带播放器。音频装置输入包括静音或低噪声1252、1256、1260、1262的部分。静音或低噪声的部分不高于门阈值1248，因此将不影响门控ALC。音频装置输入包括噪声部分，诸如语音1254、1258、1262。这些噪声部分处于高于门阈值1248的电平。部分1254和部分1262高于门阈值且低于ALC电平1250。由于不高于ALC电平1250，因此这些部分将不受门控ALC的影响。部分1258高于ALC电平1250，因此可被降低以匹配ALC电平1250，从而防止部分1258的输出过高。部分1259表示在降低之后使得其不超过ALC电平1250的部分1258。从基准线1251可以看出，ALC增益将受到高于ALC电平1250的部分1258的影响。在一个实施例中，ALC电平1250可设定在82dB(A)，使得高于82dB(A)的声音被抑制至82dB(A)。

应注意，如本说明书以及附加的权利要求中所使用的那样，“一种”和“该”是指一类物质，不分单复数，除非内容另有清楚声明。因此，例如，含有“化合物”的组合物这一表达方式包括两种或多种化合物的混合物。还应当指出的是，术语“或”一般来讲包括“和/或”，除非该内容明确地表示其他含义。

还应当指出的是，如本说明书和所附权利要求所用，短语“被配置成”描述系统、仪器或其他结构被构造或被配置成执行特定任务或采取特定构形。短语“被配置成”可以与其它类似的短语互换使用，诸如“被布置且被配置成”、“被构造且被布置成”、“被配置成”、“被制造且被布置成”等。

本说明书中的所有出版物和专利申请指示本发明所属领域的普通技术人员的水平。所有出版物和专利申请均以引用方式并入本文中，就如同每个单独的出版物或专利申请均以引用方式具体地且单独地指示一样。

本文结合了各种具体且优选的实施例和技术对本发明进行了描述。然而，应当理解可以做出许多变型形式和修改形式而保持处于本发明的精神和范围内。

Claims (15)

1.一种用于听力保护的设备，包括：

设置在所述设备上的麦克风，所述麦克风被配置成用于从环境中拾取输入声波并且将所述输入声波转化成输入信号；

处理器，所述处理器被配置成用于将带通滤波器施加到所述输入信号以产生输出信号；

设置在所述设备上的扬声器，所述扬声器被配置成用于产生来自所述处理器的所述输出；

其中所述带通滤波器选自多个带通滤波器，其中所述带通滤波器的选择基于所述输入声波的平均振幅；其中与用于较小振幅的所述带通滤波器中的至少一个带通滤波器相比，用于较大振幅的所述带通滤波器中的至少一个带通滤波器更加狭窄地集中于所选择的频率范围。

2.根据权利要求1所述的用于听力保护的设备，其中所述多个带通滤波器包括三个不同的带通滤波器。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的用于听力保护的设备，其中所述频率范围包括针对人声的所述频率范围。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，包括两个耳杯，每个所述耳杯限定被配置成适配使用者耳朵的腔。

5.根据权利要求4所述的设备，其中扬声器设置在由所述耳杯限定的每个所述腔内。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，包括包含所述扬声器的外壳，所述外壳被配置成用于适配在使用者的外耳内。

7.根据权利要求2所述的设备，其中第一带通滤波器在低于第一振幅阈值下使用，第二带通滤波器在所述第一振幅阈值和第二振幅阈值之间使用，并且第三带通滤波器在高于所述第二振幅阈值下使用。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述第一振幅阈值为65dB(A)并且所述第二阈值为80dB(A)。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的设备，其中施加到具有最大振幅的所述输入的所述带通滤波器包括放大所述信号的至少一部分。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的设备，其中所述处理器进一步被配置成用于：

将所述带通滤波器施加到所述输入信号，其中所述带通滤波器的输出信号的频率根据所述输入信号的振幅而变化；以及

执行以下组中的一项：

a.当所述输入的所述振幅超过脉冲检测阈值时检测脉冲噪声，当检测到脉冲噪声时，抑制所述输出一段抑制时间段，其中所述抑制时间段根据所述使用者所选择的音量电平设定；以及

b.当音频装置输入低于门阈值时，保持自动电平控制器的增益恒定，并且当所述输出另外地超过所述ALC最大电平时，将所述输出减小到ALC最大电平。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述抑制时间段可至少为200毫秒且不长于4秒。

12.根据权利要求10-11中任一项所述的设备，其中当外部音频装置连接至所述设备时，所述微处理器仅将增益保持在最小值。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的设备，其中所述脉冲检测阈值为120dB(A)。

14.根据权利要求10-13中任一项所述的设备，其中所述门阈值设定为比外部输入ALC拐点电平低20dB(A)。

15.根据权利要求10-14中任一项所述的设备，其中所述ALC最大电平设定为82dB(A)。