CN106062746A - 用于用户可控制的听觉环境定制的系统和方法 - Google Patents

用于用户可控制的听觉环境定制的系统和方法 Download PDF

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CN106062746A CN201580003831.7A CN201580003831A CN106062746A CN 106062746 A CN106062746 A CN 106062746A CN 201580003831 A CN201580003831 A CN 201580003831A CN 106062746 A CN106062746 A CN 106062746A
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Abstract

一种用于为用户生成听觉环境的方法可包括：接收表示所述用户的周围听觉环境的信号；使用微处理器处理所述信号，以识别所述周围听觉环境中的多个类型的声音中的至少一个；接收对应于所述多个类型的声音中的每一个的用户偏好；基于所述对应用户偏好，针对所述周围听觉环境中的每一个类型的声音修改所述信号；以及将修改的信号输出到至少一个扬声器来为所述用户生成所述听觉环境。一个系统可包括可穿戴式装置，其具有扬声器、麦克风和各种其他传感器，用以检测噪声情景。一个微处理器处理环境声音，并且基于与特定类型的声音相关联的用户偏好使用衰减、放大、消除和/或均衡来生成修改的音频信号。

Description

用于用户可控制的听觉环境定制的系统和方法
相关申请
本申请要求于2014年1月6日提交的美国专利申请序列号14/148，689的权益，其以引用的方式特此并入本文。
发明领域
本公开涉及了用于使用可穿戴式装置诸如耳机、扬声器或入耳装置例如为用户选择性地删除、添加、增强和/或衰减听觉事件的用户可控制的听觉环境的系统和方法。
发明背景
各种产品设计目标在于消除不想要的声音或者说是“听觉污染”，以使用户能够聆听期望的音频源或者基本消除来自于周围活动的噪声。越来越多对象、事件和状况持续生成各种类型听觉信息。一些这些听觉信息是受到欢迎的，但是这些听觉信息中的很多听觉信息可能令人感到心烦、多余且无关的。人们将注意力集中于某些声音上而忽略其他声音的本能不断受到挑战，并且会随年龄的增大而减小。
各种类型的消噪耳机和助听设允许用户在一定程度上控制或影响他们听觉环境。消噪系统通常会消除或增强总体声场，但是不在各种类型的声音或者声音事件之间进行区分。换句话说，这样的消除或加强并非选择性的，并无法由用户微调。虽然一些助听装置可调谐以用于某些的环境和场合，但是这些系统通常并不提供期望的灵活性和精细级别动态控制来影响用户听觉环境。类似地，入耳监听装置(诸如舞台上的演艺人员所穿戴的那种)可被馈送监听器混音工程师所制出的极特定的混音。然而，这是手动过程，并仅使用相加混音。
发明概述
根据本公开的实施方案包括一种用于为用户生成听觉环境的系统和方法，其可包括：接收表示所述用户的周围听觉环境的信号；使用微处理器处理所述信号，以识别所述周围听觉环境中的多个类型的声音中的至少一个；接收对应于所述多个类型的声音中的每一个的用户偏好；基于所述对应用户偏好，针对所述周围听觉环境中的每一个类型的声音修改所述信号；以及将修改的信号输出到至少一个扬声器来为所述用户生成所述听觉环境。在一个实施方案中，一种用于为用户生成听觉环境的系统包括：扬声器；麦克风；以及数字信号处理器，其被配置来：从所述麦克风接收表示所述用户的周围听觉环境的环境音频信号；处理所述环境音频信号以识别所述周围听觉环境中的多个类型的声音中的至少一个；基于接收的用户偏好修改所述至少一个类型的声音；以及将修改的声音输出到所述扬声器来为所述用户生成所述听觉环境。
各种实施方案可包括：从与所述微处理器通信的外部装置接收声音信号；以及将来自所述外部装置的所述声音信号与修改的类型的声音组合。可无线传输和接收来自外部装置的声音信号。外部装置可通过局域或广域网(如互联网)进行通信，并且可包括已存储不同类型的声音的声音信号的数据库，所述声音信号可用于识别声音类型或组。例如，实施方案可包括从由可嵌入移动装置(如蜂窝电话)的第二微处理器生成的用户界面无线接收用户偏好。用户界面可响应于用户的周围听觉环境来动态地生成用户控件以提供情境敏感的用户界面。由此，控件仅可呈现在周围环境包括对应类型或对应组的声音的地方。实施方案可包括一个或多个情境传感器以识别预期声音以及相对于用户在音频环境内的相关联空间定向。除了一个或多个麦克风之外，情境传感器可包括例如GPS传感器、加速计或陀螺仪。
本公开的实施方案还可包括通过显示对应于所选声音的多个控件或用于周围听觉环境中的预期声音的默认控件，生成情境敏感的用户界面。实施方案可包括通过微处理器或与移动装置(例如蜂窝电话、膝上型计算机或平板型计算机、腕表或其他可穿戴式配饰或服饰)关联的第二微处理器来生成的各种类型用户界面。在一个实施方案中，所述用户界面获取用户手势以指定与所述多个类型的声音中的一个相关联的至少一个用户偏好。其他用户界面可包括位于触敏屏幕上的图形显示器，如滑动条、单选按钮或复选框等等。用户界面可使用一个或多个情境传感器实施来检测用户的移动或手势。语音激活用户界面还可提供语音识别，以向微处理器提供用户偏好或其他系统命令。
接收的环境音频信号可通过以下方式进行处理：将所述信号划分成多个分量信号，每一个均表示所述多个类型的声音中的一个；基于所述对应用户偏好，针对所述周围听觉环境中的每一个类型的声音修改所述分量信号中的每一个；基于所述类型的声音在所述用户的所述听觉环境内的对应期望空间位置，生成所述多个分量信号中的每一个的左信号和右信号；将所述左信号组合成组合的左信号；以及将所述右信号组合成组合的右信号。所述组合的左信号被提供到第一扬声器，而所述组合的右信号被提供到第二扬声器。修改所述信号可包括通过衰减分量信号、放大分量信号、均衡分量信号、消除分量信号和/或利用分量信号中的另一个类型的声音替代一个类型的声音来调整与一个或多个分量声音类型相关联的信号振幅和/或频谱。消除某一声音类型或组可通过生成相对所述一个类型或组的声音具有基本上相等的振幅和基本上相反的相位的反相信号来执行。
一种用于为用户生成听觉环境的系统的各种实施方案可包括：扬声器；麦克风；以及数字信号处理器，其被配置来：从所述麦克风接收表示所述用户的周围听觉环境的环境音频信号；处理所述环境音频信号以识别所述周围听觉环境中的多个类型的声音中的至少一个；基于接收的用户偏好修改所述至少一个类型的声音；以及将修改的声音输出到所述扬声器来为所述用户生成所述听觉环境。可将扬声器和麦克风设置在耳塞内，其被配置用于在用户的耳朵内定位，或者耳杯内，其被配置用于在用户的耳朵上定位。所述数字信号处理器或其他微处理器可被配置来将环境音频信号与多个声音信号进行比较以识别周围听觉环境中的至少一个类型的声音。
实施方案还包括一种用于为用户生成听觉环境的计算机程序产品，其包括已存储程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码可由微处理器执行以：处理环境音频信号以将所述环境音频信号分成分量信号，每一个均对应于多组声音中的一个；响应于从用户界面接收的对应用户偏好来修改所述分量信号；以及在修改后，组合所述分量信号来为所述用户生成输出信号。所述计算机可读存储介质还可包括：用于从具有响应于所述环境音频信号中识别的所述分量信号而选择的多个控件的用户界面接收用户偏好的代码；以及用于响应于所述用户偏好来改变所述分量信号的振幅或频谱中的至少一个的代码。
各种实施方案可具有相关联优点。例如，可穿戴式装置或相关方法的实施方案可通过基于对各种类型的声音的不同用户偏好以选择性地处理不同类型或组声音来提高用户听力、注意力和/或集中力。这可导致对听觉任务的认知负荷降低，并且在聆听会话、音乐、谈话或任何类型的声音时提供更强的集中力。例如，根据本公开的系统和方法可允许用户仅欣赏到他/她期望从听觉环境听到的声音，借助像例如通过利用自然声音或音乐来替换噪声或多余声音来进行的声音美化以及在会话、音频流和电话会话中直接通到他/她的耳朵而不需要将装置保持在他/她的耳朵附近的位置的实时翻译的功能增强他/她的听觉体验，并且将任何另外声音(例如，音乐或录音)添加到他/她的听场(auditory field)。
各种实施方案可允许用户经由局域或广域网从外部装置处接收音频信号。这促成可提供给用户的情境感知的广告以及针对用户界面或用户偏好的情境感知的调整。用户可获得对他们个人听觉环境的完全控制，这可导致信息过载减小以及应力减小。
结合附图，本公开的以上优点和其他优点及特征将从以下对优选实施方案的详细描述显而易见。
附图简述
图1例示用于为用户生成定制或个性化听觉环境的系统或方法的代表实施方案的操作；
图2是例示用于生成用户可控制的听觉环境的系统或方法的代表实施方案的操作的流程图；
图3是例示用于基于用户偏好为用户生成听觉环境的系统的代表实施方案的方框图；
图4是例示代表实施方案中的用于为用户生成听觉环境的系统的功能方框的方框图；以及
图5和图6例示具有用于指定与特定类型或组声音关联的用户偏好的控件的用户界面的代表实施方案。
具体实施方案
在本文中描述本公开的实施方案。然而，应当理解，所公开的实施方案仅是实例，并且其他实施方案可采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可放大或缩小以便示出特定部件细节。因此，本文中公开的特定的结构和功能细节不解释为限制性的，而仅作为用于教示本领域的技术人员以各种方式采用本公开的教示内容的代表基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考任一附图例示和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中例示的特征组合，以便产生未明确地例示或描述的实施方案。所例示特征的组合为典型应用提供了代表实施方案。然而，对特定应用或实施而言，可能期望特征与本公开的教导内容相符的各种的组合和修改。所述描述中的一些可指明可使用的部件数量或附图中的空间基准(如上方、下方、内部、外部等)任何空间基准、提及形状或提及可使用的部件数量仅是为了方便且容易地例示和描述而使用，并且不应被理解为以任何方式来进行限制。
图1例示用于为用户生成可响应于针对特定类型或组声音的用户偏好来个性化或定制的用户可控制的听觉环境的系统或方法的代表实施方案的操作。系统100包括用户120，用户被包括多个类型或组声音的周围听觉环境所包围。在图1的代表实施方案中，代表声音源和相关联的类型或组声音是以交通噪声102、来自与用户120谈话的人的语音104、各种类型警报106、未直接传达给用户120或处于与来自人的语音104不同的空间位置处的来自观众的语音或会话108、自然声音110和音乐112。图1所示代表类型或组声音或噪声(其可包括任何不期望的声音)仅是代表性的，并且被提供为非限制性实例。针对用户120的听觉环境或环境声音可随用户移向不同位置而变，并且可包括数十或数百的其他类型的声音或噪声，其中一些在下文中参考特定实施方案更详细地描述。
各种声音(如图1所表示的那些)可存储在数据库中，并且可响应于用户偏好存取以添加或插入用户听觉环境之中，如以下更详细地描述。类似地，特定声音组或声音类型的代表或平均声音的各种信号特性可提取并存储在数据库中。这些特定声音组或声音类型的代表或平均声音的各种信号特性可用作用于与来自于当前周围听觉环境的声音比较以识别周围环境内的声音类型或声音组的标记。声音和/或声音信号特性的一个或多个数据库可存储在板上或本地存储在系统100内，或者可经由局域或广域网(如互联网)访问。一些类型标记或轮廓可基于用户120的当前位置、位置或情境动态地加载或改变。或者，一个或多种声音类型或轮廓可由用户120来下载或购买，以供用于替代不期望的声音/噪声，或者用于增强听觉环境。
类似于上述所存储的声音或代表信号，警报106可起源于用户120的周围听觉环境内，并且可由相关联的麦克风检测，或者可使用无线通信协议(如Wi-Fi、蓝牙或蜂窝协议)直接传输到系统100。例如，区域天气警报或安珀警报可由系统100传输和接收，并且插入或添加到用户听觉环境。根据具体实施方案，例如，一些警报可基于用户偏好来处理，而另外一些警报可不受限于各种类型用户偏好，如消除或衰减。例如，警报可包括情境敏感的广告、通知或信息，如当参加音乐会、运动会或进入剧院时出现的那些。
另外如图1所示，系统100包括可穿戴式装置130，所述可穿戴式装置包括至少一个麦克风、至少一个扬声器和基于微处理器的数字信号处理器(DSP)，如参考图2-6更详细地描述。可穿戴式装置130可通过耳机或耳塞134来实施，每一个耳机或耳塞容纳相关联的扬声器以及一个或多个麦克风或换能器，所述一个或多个麦克风或换能器可包括环境麦克风以检测周围听觉环境内的环境声音，并且可包括用于闭环反馈控制系统中的内部麦克风以消除用户所选声音。根据特定实施方案，耳机134可任选地被头带132所连接，或者可配置用于在用户120的各个耳朵周围定位。在一个实施方案中，耳机134是部分或基本完全地密封用户120的耳道以提供对环境声音的无源衰减的入耳装置。在另一实施方案中，罩耳耳杯可定位在每一个耳朵上方，以便提供改进无源衰减。其他实施方案可使用挂耳耳机134，所述挂耳耳机被定位在耳道上方，但是提供对环境声音的少得多的无源衰减。
在一个实施方案中，可穿戴式装置130包括入耳或者说是耳内耳机134，并且在默认或者说是初始处理模式下操作，以使耳机134是声学“透明”的，这表示了系统100不相对于当前周围听觉环境更改用户120体验到的听场或听觉环境。或者，系统100可包括分别衰减来自于周围环境的所有声音或放大来自于周围环境的所有声音或者衰减或放大环境声音特定频率(类似于更常规的消噪耳机或助听器的操作)的默认模式。相比此类常规系统，用户120可通过设置应用于相关联的用户界面所选择的不同类型或组声音的不同用户偏好，使用系统100个性化或定制他/她的听觉环境。例如，用户偏好随后通过有线或无线技术(如Wi-Fi、蓝牙或类似技术)来传达到与耳机134关联的DSP。可穿戴式装置130分析当前音场和声音102、104、106、108、110和112，以便确定要生成哪些信号来实现用户期望听觉情景。如果用户改变偏好，那么系统更新配置，以便反应改变并动态地应用这些改变。
在一个实施方案中，如图1中大体所描绘，用户120穿戴可使用类似于助听器使用的技术的技术来定制贴合或成形的两个入耳或者说是耳内装置134(在每一个耳朵中存在一个)。或者，常备尺寸和/或可移除的接头或适配器可用于为不同用户提供良好密封和舒适贴合。装置134可由完全贴合耳道中的高度小型化的装置实施，并因此是尤其不可见的，以便它们不会触发与助听装置相关的任何社会歧视。这还可使用户感到更为舒适和“融合”。穿戴此类装置134的动作和习惯可相当于隐形眼镜，其中用户早上插入装置134，并且随后可能忘记他/她正在穿戴它们。或者，用户可在晚上保持装置以在他/她睡觉时来充分利用系统功能，如针对以下代表使用案例所述。
根据特定实施方案，耳机134可通过无源和/或有源衰减或消除将用户与周围听觉环境隔离，同时仅仅再现具有或不具有加强或增强的期望的声音源。可实施在耳机134内的可穿戴式装置130还可装配无线通信(集成蓝牙或Wi-Fi)以与各种外部的声音源、外部用户界面或其他类似可穿戴式装置连接。
可穿戴式装置130可包括情境传感器(如加速计、陀螺仪、GPS等；图3)，以便准确确定用户位置和/或头部的位置和定向。这允许了系统在语音和声音出现在周围听觉环境内时，在正确空间位置中再现语音和声音以便不使用户混淆。作为一个实例，如果语音来自用户左侧并且他将他的头部朝他的左侧转45度，那么语音放置在立体声全景中的正确位置中以便不使用户感知混淆。或者，系统可优化会话立体声全景(例如，通过扩散开音频源)，在某些状况下，这可降低用户感知负载。在一个实施方案中，用户120可提供用户偏好以人工或实际地重新定位特定的声音源。例如，经由电话或计算机来聆听群组会话的用户可将扬声器定位在立体声全景内的第一位置中，并将听话器定位在立体声场或全景内的第二位置处。类似地，多个扬声器可实际上定位在如可穿戴式装置130生成的用户听觉环境中的不同位置处。
虽然可穿戴式装置130被描绘为具有耳机134，但是其他实施方案可包括系统100的容纳在不同类型可穿戴式装置内或由它们实施的各种部件。例如，可将扬声器和/或麦克风设置在帽子、围巾、衬衫领子、夹克、风帽等等内。类似地，可将用户界面实施在单独移动或可穿戴式装置(如智能电话、平板、腕表、臂带等)内。单独移动或可穿戴式装置可包括还可用于提供另外处理能力以增强主要系统微处理器和/或DSP的能力的相关联的微处理器和/或数字信号处理器。
另外如图1中的系统100的方框图大体所描绘，用户界面(图5-6)允许用户120通过针对相关联的声音类型设置分别由符号140、142、144、146指示的他/她的偏好以指示哪些声音要放大、消除、添加或插入、或衰减，创建个性化或定制听觉体验。其他功能可用来通过提供均衡或滤波、相关联的声音的一个或多个频率的选择性的衰减或放大或者用更令人舒适的声音(例如，使用消除和添加/插入的组合)来替代不期望的声音而来增强声音。用户120使用用户界面来做出的改变被传达到可穿戴式装置130，以便控制对输入信号的对应处理，从而创建实施该用户偏好的听觉输出信号。
例如用于142处表示的消除的用户偏好可与“交通噪声”102的声音组或类型关联。可穿戴式装置130可类似于消噪耳机的方式通过生成与交通噪声102基本异相的具有基本类似或相等的振幅的信号而来消除这种声音/噪声。与常规消噪耳机不同，消除可基于对应用户偏好142来选择。因此，相较尝试来减小任何/所有噪声的常规消噪耳机而言，可穿戴式装置130仅仅消除用户选择不听到的声音事件，同时提供对来自于周围听觉环境的其他声音的进一步加强或增强。
周围听觉环境内的声音可如用户偏好140大体所指示的那样增强。可穿戴式装置130可如针对当前助听技术执行的类似方式实施这类型的特征。然而，相较当前助听技术而言，一些加强响应于特定用户偏好设置来选择性地施加。可穿戴式装置130可基于如144处指示的用户偏好来使用一个或多个面向内扬声器将声音主动地添加或插入到用户听场。这个功能可如用于耳机的类似方式通过回放音乐或其他音频流(电话呼叫、路径、口语数字助理等等)实施。由用户偏好146表示的声音减弱或衰减涉及调低相关联的声音(如108处表示的人的谈话)的音量或振幅。这种效果可类似于保护(无源)耳塞效果，但响应于用户120的用户偏好选择性地仅施加到某些声音源。
图2是例示用于生成用户可控制的听觉环境的系统或方法的代表实施方案的操作的简化流程图。图2的流程图一般表示可由参考图1例示和描述的可穿戴式装置来执行的功能或逻辑。功能或逻辑可通过由编程微处理器执行的硬件和/或软件执行。至少部分由软件实施的功能可存储在计算机程序产品中，所述计算机程序产品包括非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储表示代码或指令的数据，所述代码或指令可由计算机或处理器执行，以便执行所指示的功能。一个或多个计算机可读存储介质可为可利用电气、磁性和/或光学装置来暂时或永久地存储可执行指令和相关联的数据或信息的许多已知物理装置中的任何一个。如本领域的普通技术人员将了解诶，图式可表示许多已知软件编程语言以及处理策略(如事件驱动、中断驱动、多任务化、多线程化等)中的任一个或多种。因此，所例示的各种特征和功能可例示顺序执行、并行执行，或者在一些情况下省略。同样，处理次序不一定是实现各种实施方案的特征和优点所需要的，而是为了容易地例示和描述提供。虽然未明确地例示，但是本领域的技术人员将认识到，所例示的特征或功能中的一个或多个可重复地执行。
图2的方框210表示具有入耳装置的一个实施方案的代表默认或者说是启动模式，所述入耳装置再现周围听觉环境，而无需任何修改。根据可穿戴式装置的特定应用和实施，这可包括将周围环境有源或电动地再现到可穿戴式装置的扬声器。例如，在具有带有良好密封和无源衰减的耳内耳机的实施方案中，默认模式可使用一个或多个环境麦克风接收各种类型的声音，并且针对一个或多个扬声器生成对应信号而无需显著信号或声音修改。对于无显著无源衰减的实施方案，可不需要有源周围听觉环境再现。
用户经由可由可穿戴式装置或由基于第二微处理器的装置(如智能电话、平板型计算机、腕表等)实施的用户界面来设置听觉偏好，如方框220所表示。代表用户界面中的代表特征参考图5和图6来例示和描述。如先前所述，方框220所表示的用户偏好可与特性类型、组或分类声音关联，并且例如可包括对相关联的声音的一个或多个修改，如消除、衰减、放大、替代或加强。
用户界面所获取的用户偏好被传达到可穿戴式装置，如方框230所表示。在一些实施方案中，用户界面集成在用户装置内，以使通信经由程序模块、消息或类似策略进行。在其他实施方案中，远程用户界面可使用有线或无线通信技术经由局域或广域网来通信。接收的用户偏好被应用于周围听觉环境内的相关联的声音，如方框240所表示。这些包括消除242一个或多个声音、添加或插入244一个或多个声音、加强246一个或多个声音，或衰减248一个或多个声音。随后，修改的声音被提供到与可穿戴式装置关联或与所述可穿戴式装置集成的一个或多个扬声器。对修改的声音的另外处理可使用立体声或多扬声器布置来执行，以便使声音实际上定位在用户听觉环境内，如本领域的技术人员一般所理解。响应于相关联的用户偏好对可穿戴式装置的一个或多个环境麦克风接收的一个或多个类型或分类的声音的修改继续，直到用户偏好改变，如方框250所表示，
图2的流程图所表示的各种实施方案可使用相关联的策略来消除或衰减(减弱音量)所选声音类型或分类，如方框242和248所分别表示。
对于具有耳内或罩耳耳机的实施方案，来自于周围听觉环境的外部声音正好在到达耳鼓前无源衰减。这些实施方案通过机械防止外部声波到达耳鼓来将用户声学隔离。在这些实施方案中，无论实际外部声音如何，用户听到而没有有源或电动信号修改的默认听觉情景是静音的，或是显著减小或抑制声音。为使用户实际从周围听觉环境中听到任何声音，系统必须利用一个或多个麦克风检测外部声音并且将它们递送到一个或多个面向内扬声器，使得它们对位于第一地点的用户而言是可听的。减弱或消除声音事件可主要以信号处理级别实现。外部声音情景被分析并(在给定用户偏好下)修改(处理)，随后通过一个或多个面向内扬声器来回放给用户。
在具有挂耳耳机或包括耳朵上方装置(例如，传统的助听器)的其他可穿戴扬声器或麦克风的实施方案中，外部声音仍然能够到达耳鼓，因此默认感知听觉情景最等同于实际环境听觉情景。在这些实施方案中，为了减弱或消除特定外部声音事件，系统不得不创建有源反相声音信号来抵消实际环境声音信号。消除信号与环境信号声音信号异相地生成，因此反相声音信号和环境声音信号组合并彼此抵消以去除(或者说是朝0调低)特定声音事件。注意，如方框244和246所表示的添加和增强声音事件在两种策略下以与增强或添加的声音事件在面向内扬声器上回放的相同方式完成。
图3是例示用于响应于与一个或多个类型或分类的环境声音关联的用户偏好来为用户生成听觉环境的代表实施方案的方框图。系统300包括与一个或多个麦克风312、一个或多个放大器314和一个或多个扬声器316通信的微处理器或者说是数字信号处理器(DSP)310。系统300可包括与DSP 310通信的一个或多个情境传感器330。例如，任选情境传感器330可包括GPS传感器332、陀螺仪334和加速计336。情境传感器330可用于检测用户120相对于预定或了解的听觉环境的位置或情境(图1)、或可穿戴式装置130(图1)的位置。在一些实施方案中，情境传感器330可由用户界面使用来控制情境敏感的用户偏好控件的显示。或者，或组合地，情境传感器330可由用户界面使用来检测用户手势以选择或控制用户偏好，如以下参考图5和图6中例示的代表用户界面更详细地描述。
DSP 310接收相关联的用户界面324所获取的用户偏好322。在图3中例示的代表实施方案中，例如，用户界面324通过具有嵌入移动装置320(如智能电话、平板型计算机、腕表或臂带)中的相关联的存储器328的第二微处理器326实施。用户偏好322可经由有线或无线通信链路360传达到DSP 310。各种类型有线或无线通信技术或协议可根据具体应用或实施来使用。例如，代表通信技术或协议可包括Wi-Fi或蓝牙。或者，微处理器326可集成在与DSP310相同的可穿戴式装置内，而非在单独移动装置320内。除了用户界面功能之外，移动装置320可对系统300提供另外处理能力。例如，DSP 310可依赖移动装置320中的微处理器326来检测用户情境，接收广播消息、警报或信息等等。在一些实施方案中，系统可与外部装置(例如，智能电话320、智能手表)进行通信以便实现另外处理能力，或使用无线网络直接连接到远程服务器。在这些实施方案中，未处理音频流可发送到移动装置320，所述移动装置会处理音频流并且将这个修改的音频流发送回DSP 310。类似地，与移动装置320关联的情境传感器可用于向DSP 310提供情境信息，如先前所述。
例如，系统300可经由局域或广域网(如互联网352)与本地或远程数据库或库350通信。数据库或库350可包括存储有声音和/或相关联的信号特征以供DSP 310用来识别来自于周围音频环境的特定类型或组声音的声音库。数据库350还可包括对应于特定周围听觉环境的多个用户偏好预设设置。例如，数据库350可表示“预设存储”，其中用户可容易地下载已经针对不同的状况或环境处理或编程的预格式化音频消除/增强模型。作为代表实例，如果用户正在观看棒球比赛，那么他可轻易转至预设存储并且下载将会增强解说员的语音以及与他谈话的人的语音而消除可听广告并减小或衰减观众噪声声级的预先安排好的音频增强模型。
如先前所述，情境敏感的声音或表示声音的数据流可从相关联的音频源340(如音乐播放器、警报广播器、体育场解说员、商店或剧院等)提供。例如，流送数据可经由蜂窝连接、蓝牙或Wi-Fi从音频源340直接提供到DSP 310。例如，数据流送或下载还可经由局域或广域网342(如互联网)提供。
在操作中，如图3所示系统或方法的代表实施方案例如通过从一个或多个麦克风312接收表示用户周围听觉环境中的声音的信号，基于来自于周围听觉环境的声音生成定制或个性化用户可控制的环境。DSP 310使用微处理器处理所述信号，以识别周围听觉环境中的多个类型的声音中的至少一个。DSP 310接收对应于多个类型的声音中的每一个的用户偏好322，并且基于对应用户偏好，针对周围听觉环境中的每一个类型的声音修改信号。修改的信号被输出到放大器314和扬声器316来为用户生成听觉环境。DSP 310可经由有线或无线网络342从与DSP 310通信的外部装置或源340接收声音信号。从外部装置340(或数据库350)接收的信号或数据随后通过DSP 310来与修改的类型的声音组合。
另外如图3所示，用户偏好322可由第二微处理器326所生成的用户界面324获取并无线传输到DSP 310和由所述DSP 310接收。例如，微处理器326可配置用于响应于用户周围听觉环境来生成情境敏感的用户界面，所述情境敏感的用户界面可由DSP 310传达或由移动装置320直接检测。
图4是例示如图3所示代表实施方案中的用于为用户生成听觉环境的系统或方法的功能方框或特征的方框图。如先前所述，DSP 310可与情境传感器330通信，并且接收相关联的用户界面所获取的用户偏好或设置322。DSP 310分析表示环境声音的信号，如420处表示。这可包括存储识别的检测到的声音列表，如422处表示。先前识别的声音可具有存储在数据库中的特性特征或标记，以供用于识别未来的情境中的声音。DSP 310可分离声音或对与特定声音关联的信号进行划分，如430处表示。每一个声音类型或组可修改或操控，如442处表示。如先前所述，这可包括增大音量、减小音量、消除特定声音、用不同声音来替代某个声音(消除和插入/添加声音的组合)或改变声音的各种量(如均衡、基音(pitch)等)，如方框444处表示。期望声音可添加到来自于周围听觉环境的响应于用户偏好322和/或情境传感器330修改的声音，或与所述声音混合。
如方框442操控的修改的声音以及任何添加声音446被复合或组合，如方框450处表示。音频可基于复合信号呈现，如450处表示。这可包括进行信号处理以生成用于一个或多个扬声器的立体声或多声道音频信号。在各种实施方案中，所组合的已修改的信号被处理成基于周围听觉环境内的源的位置或基于用户所选空间定向使一个或多个声音源实际上定位在用户听觉环境内。例如，所组合的已修改的信号可分成提供到第一扬声器的左信号和提供到第二扬声器的右信号。
图5和图6例示具有用于指定与特定类型或组声音关联的用户偏好的控件的简化用户界面的代表实施方案。用户界面允许用户通过针对哪些声音要更好地听到、完全地听不到或仅在某个时刻调低来设置偏好，以便形成更好听觉体验。用户对这个界面做出的改变被传达到可穿戴式装置，从而如先前所述的那样处理，以便放大、衰减、消除、添加、替换或增强来自于周围听觉环境/外部源的特定声音来为用户形成个性化的用户控制听觉环境。
用户界面可与可穿戴式装置集成和/或通过与可穿戴式装置通信的远程装置提供。在一些实施方案中，可穿戴式装置可包括集成用户界面，以供用于在外部装置并不可用时设置偏好。外部装置上的用户界面可利用具有优先权的集成用户界面或远程用户界面来重写或替换集成装置的设置或偏好，反之亦然，这取决于特定实施方案。
用户界面使用户能够对听觉偏好进行实时且动态地设置。通过这个界面，用户可调高或调低特定的声音源音量并且完全地消除或增强其他听觉事件，如先前所述的那样。一些实施方案包括情境敏感或情境感知的用户界面。在这些实施方案中，听觉情景限定如下文更详细地描述的那样动态地生成并呈现给用户的用户界面元素或控件。
图5中例示的简化用户界面控件500被布置有熟悉的滑动条510、520、530和540，用于控制分别与噪声、语音、用户语音和警报相关的用户偏好。每一个滑动条包括相关联的控件或滑块542、544、546和548，用于将每一个类型或组声音中的噪声、语音、用户语音和警报的相应相关分布调整或混合到用户听觉环境之中。在所例示的代表实施方案中，提供各种声级混合，其范围从“关闭”550到“低音”552到“真音”554到“高音”560。当滑块处于“关闭”位置550时，DSP可衰减相关联的声音以使这种声音无法听到(在直接外部声音或广告的情况下)，或者施加有源消除来将指定声音从周围听觉环境中显著地衰减或消除。“低音”位置552对应一些衰减，或者对应相关联的声音相对于混音器或滑块界面所呈现的其他声音的相对较低放大。“真音”位置554对应基本将声级从周围听觉环境复制到用户，就像可穿戴式装置未被穿戴那样。“高音”位置560对应声音相对于周围听觉环境中的其他声音或该声音的声级的更多放大。
在其他实施方案中，用户偏好可使用滑块或指定呈各种格式的声级或声压级(SPL)的类似控件来获取或指定。例如，滑块或其他控件可指定特定声音初始响度的百分比、或dBA SPL(其中0dB是“真音”，或者说是处于绝对SPL)。或者，或组合地，滑块或其他控件可标记为“减弱”、“正常”和“增强”。例如，当用户想要尝试完全地阻挡或消除特定声音时，用户可将选择器或滑块(如滑块542)移动到0的百分比值(例如，对应于“低音”值)。另外，当用户想要使得特定声音传入耳中时，用户可将选择器(如滑块544)移动到100的百分比值(例如，对应于“正常”或者说是“真音”值)。另外，当用户想要放大或增强特定声音时，用户可将选择器(如滑块546)移动到高于100的百分比值(例如，200％)。
在其他实施方案中，用户界面可获取关于可表达为声压级(dBA SPL)和/或衰减/增益值(例如以分贝来表示)的声级值的用户偏好。例如，当用户想要衰减特定声音时，用户可将选择器(如滑块548)移动到-20分贝(dB)的衰减值(例如，对应于“低音”值)。另外，当用户想要使得特定声音传入耳中时，用户可将选择器(如滑块548)移动到0dB的值(例如，对应于图5中的“真音”值554)。另外，当用户想要通过增大声音响度来使特定声音增强时，用户可将选择器(如滑块548)朝+20dB的增益值(例如，对应于图5中的“高音”值560)移动。
在相同或其他的实施方案中，用户可指定特定声音将再现给用户的声压级。例如，用户可指定闹钟声音以80 dBA SPL再现，而室友的闹钟以30 dBA SPL再现。作为响应，DSP310(图3)可增大用户警报响度(例如，从60 dBA SPL至80 dBA SPL)和减小用户警报响度(例如，从60 dBA SPL至30 dBA SPL)。
滑块或类似控件可相对通用于或针对于各组声音(如图5所示)。或者，或组合地，滑块或其他控件可针对于更特定类型或类别的声音。例如，可对“正与您进行会话的人的语音”对比“其他语音”或者“TV语音”对比“我室友的语音”提供个人偏好或控件。类似地，警报控件可包括对特定类型警报(如汽车警报、电话警报、PA通知、广告等)的更精细的细分。一般用于噪声的控件或偏好可包括对“鸟类”、“交通”、“机械”、“飞机”等的子控件或分类。细分级别不受所例示的实例限制，并且可包括数量类型实际不受限的预定、了解或自定义创建的声音、声音分组、类别、分类、类型等等。
图6例示根据本公开的各种实施方案的用于与可穿戴式装置一起使用的用户界面的另一简化控件。控件600包括复选框或单选按钮，可选择或清除选中所述复选框或单选按钮以获取关于特定声音类型或源的用户偏好。所列代表控件包括用于消除噪声610、消除语音612、消除用户语音(“我的语音”)614或消除警报616的复选框。复选框或类似控件可结合图5的滑块或混音器使用，以便提供一个用于抑制或消除来自于用户听觉环境的特定声音的方便方法。
如先前所述，用户界面中的各种元素(如图5和图6中例示的代表控件)可始终存在/显示(即，大多数常见的声音已经存在)，所显示的控件可为基于用户位置或对周围听觉环内的特定声音的识别或这两者的组合进行情境感知的，即，一些控件始终存在而另外一些控件是情境感知的。例如，当存在交通行为时或当用户界面已检测到用户在汽车中或在高速公路附近时，一般“噪声”控件可始终以将呈现在用户界面上的另外滑块“交通噪声”显示。作为另一实例，一个听觉情景(用户正行走于人行道上)可包括交通声音，因此添加带标签“交通”的滑块。如果情景改变，例如，用户在家中的无交通噪声的起居室中，那么标记为“交通”的滑块消失。或者，用户界面可是静态的，并且包含标记有通用术语(如“语音”、“音乐”、“动物声音”等)的大量滑块。用户还可被提供手动地添加或删除特定控件的能力。
虽然图形用户界面控件在图5和图6中的代表实施方案中例示，但是也可使用其他类型用户界面获取关于对用户听觉环境进行定制的用户偏好。例如，语音激活控件可与特定命令(如“调低语音”或“关闭语音”)语音识别一起使用。在一些实施方案中，可穿戴式装置或链接的移动装置可包括触摸垫或触摸屏以获取用户手势。例如，用户画出字符“V”(用于语音)，然而向下扫划(减弱这个声音类别)。命令或偏好还可使用先前所描述的情境传感器获取，以便识别相关联的用户手势。例如，用户将他的头部偏向左(以便选择来自该方向的语音或声音类型)，可穿戴式装置系统会发出声音来请求确认“语音？”，然后用户低头(表示减弱这个声音类别)。也可获取多模输入组合：例如，用户说出“语音！”，与此同时，向下扫划耳杯式触摸垫以便减弱语音。用户可指向特定的人，并且做出调高或调低手势来使这个人的语音音量放大或减小。指向特定的人可用来指明用户仅想改变该装置的警报音量。
在一些实施方案中，使用不同手势指定“单独个体”以及声音的“分类”或类型。如果用户用第一手势来指向汽车，那么系统将声级改变为该特定车辆发出的声音。如果用户用第二种的手势(例如，伸出2指而非1指指向、将手张开指向或进行其他手势指向)来指向汽车，那么系统将音量改变解释为涉及整个交通噪声(所有汽车和类似物)。
用户界面可包括学习模式或自适应功能。用户界面可使用许多启发式技术或机器学习策略中的任何一个来适应于用户偏好。例如，一个实施方案包括基于用户偏好设置而了解哪些声音对于特定用户而言重要的用户界面。这可使用随时间来监控并适应用户的机器学习技术实现。随着系统收集越来越多音频数据，系统将能够更好地基于用户偏好数据、用户行为和/或在一般基础上和/或基于每一个用户帮助对有价值的声音进行归类的通用机器学习模型，来对声音的优先级进行划分。这同样有助于系统在如何自动混合各种单独声音方面变得智能。
各种实施方案的用户/操作的例示性的实例
使用案例1：用户正行走于交通量较大的闹市区的街道，并且不想听到任何汽车噪声，但仍想要听到其他人的语音、会话和自然声音。系统滤掉交通噪声，同时增强人的语音和自然声音。作为另一实例，可选消噪可应用于电话呼叫，以便仅允许某些声音被听到、某些声音增强以及某些声音仅被减弱。用户可通过电话与正从嘈杂区域(机场)打电话的某人谈话。由于背景噪声，用户无法轻易听到说话者的声音，因此，用户使用用户界面调整偏好，所述用户界面呈现多个滑块用以控制从电话接收的不同声音。用户就可使针对“背景语音/噪声”的滑块走低和/或增强说话者的语音。或者(或另外)，说话者也可具有用户界面，并且在电话呼叫中足够有礼貌地降低他那边的背景噪声声级。这类型的使用甚至更与其中背景噪声积聚自每一个呼叫者的多方呼叫相关。
使用案例2：用户准备跑步。她会使用她的智能电话上的用户界面设置可穿戴式装置偏好。她决定保持能够听到交通噪声以避免车辆撞击，不过她选择将这种声音调低。她选择以某个音量将某个播放列表从她的智能电话或另一外部装置流送到她的耳朵中，并且她选择来增强鸟和自然声音以使这次跑步更为有趣。
使用案例3：用户在办公室中，并且他正忙于完成一份时间比较紧的报告。他将系统设成“集中模式”，并且系统阻挡任何办公室噪声以及他周围发生的人语音和会话。同时，耳机主动监听用户姓名，并且在会话明确提到用户(这与鸡尾酒会效应有关)时将使会话传入耳中。
使用案例4：用户正在观看棒球比赛，并且他想通过执行以下听觉调整增强他的体验：减弱观众欢呼噪声；增强评论员和主持人的语音；听到场上球员说话；以及仍能够与他旁边的人谈话或订购热狗并非常清楚地听到那些会话(这归因于音频声级加强)。
使用案例5：用户选择“美化”某些声音(包括他自己的语音)。他选择使同事语音更为令人舒适，并且将敲击计算机键盘的声音改变为雨滴滴在湖上的声音。
使用案例6：用户想要听到除了经常打扰他的特定同事语音外的所有声音。除了被消除的该特定人员的语音之外，他对声音和会话的感知无论如何都不更改。
使用案例7：用户选择听到他自己的不同语音。今天，他想听到他自己以詹姆斯·布朗(James Brown)的语音进行谈话。或者，用户可选择听到他自己以外国口音发出语音。这种语音可在面向内扬声器上回放，以使仅仅用户自己听到语音。
使用案例8：用户通过他的电话接收来电呼叫。通信以仍允许他听到在他周围的环境和声音但同时可响亮且清楚地听到电话里的人的声音的方式直接地流送到他的入耳装置。这也可在用户正在观看TV或聆听音乐时实现。他可使那些音频源直接地流送到他的入耳器件。
使用案例9：用户在他的入耳装置上聆听直接从他的移动装置流送的音乐。系统以允许他听到他周围的声音的极空间的方式回放音乐。所述效果类似从放在用户旁边的外放扬声器播放的音乐。这不阻碍其他声音，但是同时仅仅可由用户听到。
使用案例10：用户正在与说外语的人进行会话。入耳器件为他提供实时入耳语言翻译。用户实时听到另一人说英语，即使该另一人正在说的是不同语言。
使用案例11：用户可接收基于位置来提供的入耳广告(“左转在附近的咖啡店处正有50％的折扣”)。
使用案例12：用户正在进行会议。讲台上的演讲人员正在谈论不太感兴趣的话题(至少，对于用户而言不感兴趣)，与此同时收到重要邮件。为使他自己与环境隔离，用户可戴上噪声控制耳机，但是这对演讲人员来说将是非常不礼貌的。作为替代，用户可将他的入耳系统装置“完全消噪”，以使他自己与环境声音隔离，并且为他提供集中注意力需要的安静环境。
使用案例13：在两人相邻而眠而两人中的一人打鼾的家居生活场景中，另一用户可选择性地消除打鼾噪声，而不同时消除来自于环境的任何其他声音。这将允许用户仍能够在早上听到闹钟或利用传统耳塞的情况下将无法听到的其他噪声(如其他房间中的婴儿哭声)。用户还可将他的系统设置成消除他室友的闹钟噪声，但仍能够听到他自己的闹钟。
使用案例14：用户处于存在例如来自商店中的PA系统或来自办公室中的同事的计算机的持续背景音乐的环境中。用户就将他的偏好设为使其周围“所有环境音乐消除”，而不修改声音情景中的任何其他声音。
如上述本公开的各种实施方案所表明，所公开的系统和方法产生更佳用户听觉体验，并且可通过增强和/或消除声音以及听觉事件来提高用户听力。各种实施方案促成增强现实音频体检，在这种增强现实音频体检中，可将来自于环境的特定声音和噪声消除、增强、替换或以极为容易使用的方式插入或添加其他声音。用于定制用户听觉环境的可穿戴式装置或相关方法可通过基于对各种类型的声音的不同用户偏好以选择性地处理不同类型或组声音来提高用户听力、注意力和/或集中力。这可导致对听觉任务的认知负荷降低，并且在聆听会话、音乐、谈话或任何类型的声音时提供更强的集中力。例如，如先前所述的用于控制用户听觉环境的系统和方法可允许用户仅欣赏到他/她期望从听觉环境听到的声音，借助像声音美化以及在会话、音频流和电话会话中直接通到他/她的耳朵而不需要将装置保持在他/她的耳朵附近的位置的实时翻译的功能增强他/她的听觉体验，并且将任何另外声音(例如，音乐、录音、广告、信息消息)添加到他/她的听场。
虽然已详细描述了最佳模式，但是本领域的技术人员将认识到，各种替代的设计和实施方案在随附权利要求书的范围内。虽然各种实施方案可描述为相较其他实施方案而言，关于一个或多个期望特征来说提供优点或者是优选的，但是如本领域的技术人员意识到，一个或多个特征可折衷以实现期望系统属性，这取决于特定应用和实施。这些属性包括但不限于：成本、强度、耐久、寿命周期成本、可营销性、外观、包装、大小、可维修性、重量、制造能力、组装容易程度等等。描述为相较其他实施方案或现有技术实施方案而言关于一个或多个特征来说不太理想的本文所论述的实施方案也在本公开的范围之内，并且可能对于特定应用来说是期望的。

Claims (25)

1.一种用于为用户生成听觉环境的方法，所述方法包括：
接收表示所述用户的周围听觉环境的信号；
使用微处理器处理所述信号，以识别所述周围听觉环境中的多个类型的声音中的至少一个；
接收对应于所述多个类型的声音中的每一个的用户偏好；
基于所述对应用户偏好，针对所述周围听觉环境中的每一个类型的声音修改所述信号；以及
将修改后的信号输出到至少一个扬声器来为所述用户生成所述听觉环境。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
从与所述微处理器通信的外部装置接收声音信号；以及
将来自所述外部装置的所述声音信号与修改后的类型的声音相组合。
3.如权利要求2所述的方法，其中从外部装置接收声音信号包括无线地接收声音信号。
4.如权利要求2所述的方法，其中接收声音信号包括从已存储不同类型声音的声音信号的数据库接收声音信号。
5.如权利要求1所述的方法，其中接收用户偏好包括从由第二微处理器生成的用户界面无线地接收所述用户偏好。
6.如权利要求5所述的方法，其还包括响应于所述用户的所述周围听觉环境，生成情境敏感的用户界面。
7.如权利要求6所述的方法，其中生成情境敏感的用户界面包括显示对应于所述周围听觉环境中的多个类型的声音的多个控件。
8.如权利要求1所述的方法，其还包括：
将所述信号划分成多个分量信号，每一个均表示所述多个类型的声音中的一个；
基于所述对应用户偏好，针对所述周围听觉环境中的每一个类型的声音修改所述分量信号中的每一个；
基于所述类型的声音在所述用户的所述听觉环境内的对应期望空间位置，生成所述多个分量信号中的每一个的左信号和右信号；
将所述左信号组合成组合后的左信号；以及
将所述右信号组合成组合后的右信号。
9.如权利要求8所述的方法，其中输出修改后的信号包括将所述组合后的左信号输出到第一扬声器并且将所述组合后的右信号输出到第二扬声器。
10.如权利要求1所述的方法，其中针对每一个类型的声音修改所述信号包括衰减所述信号、放大所述信号和均衡所述信号中的至少一个。
11.如权利要求1所述的方法，其中修改所述信号包括将一个类型的声音替换为另一个类型的声音。
12.如权利要求1所述的方法，其中修改所述信号包括通过生成相对于所述一个类型的声音具有基本相等的振幅和基本相反的相位的反相信号来消除至少一个类型的声音。
13.如权利要求1所述的方法，其还包括：
生成用户界面，其被配置来使用移动装置中嵌入的第二微处理器获取所述用户偏好；以及
从所述移动装置无线传输由所述用户界面所获取的所述用户偏好。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述用户界面获取用户手势以指定与所述多个类型的声音中的一个相关联的至少一个用户偏好。
15.一种用于为用户生成听觉环境的系统，所述系统包括：
扬声器
麦克风；
数字信号处理器，其被配置来：从所述麦克风处接收表示所述用户的周围听觉环境的环境音频信号；处理所述环境音频信号以识别所述周围听觉环境中的多个类型的声音中的至少一个；基于接收的用户偏好修改所述至少一个类型的声音；以及将修改后的声音输出到所述扬声器来为所述用户生成所述听觉环境。
16.如权利要求15所述的系统，其还包括用户界面，其具有对应于所述周围听觉环境中的所述多个类型的声音的多个控件。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述用户界面包括与微处理器通信的触敏表面，所述微处理器被配置来将用户触摸与所述多个控件关联。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述用户界面包括移动电话，其被编程以显示所述多个控件，响应于相对于所述多个控件的所述用户触摸来生成信号，并且将所述信号传达到所述数字信号处理器。
19.如权利要求15所述的系统，其中所述扬声器和所述麦克风设置在耳塞内，其被配置成用于在所述用户的耳朵内定位。
20.如权利要求15所述的系统，其还包括情境敏感的用户界面，其被配置来响应于所述环境音频信号来显示对应于所述周围听觉环境中的所述多个类型的声音的控件。
21.如权利要求15所述的系统，其中所述数字信号处理器被配置来通过衰减、放大或消除所述至少一个类型的声音来修改所述至少一个类型的声音。
22.如权利要求15所述的系统，其中所述数字信号处理器被配置来将所述环境音频信号与多个声音信号进行比较，以识别所述周围听觉环境中的所述至少一个类型的声音。
23.一种用于为用户生成听觉环境的计算机程序产品，其包括已存储程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码可由微处理器执行以：
处理环境音频信号以将所述环境音频信号分成分量信号，每一个分量信号均对应于多组声音中的一个；
响应于从用户界面接收的对应用户偏好来修改所述分量信号；以及
在修改后，组合所述分量信号来为所述用户生成输出信号。
24.如权利要求23所述的计算机程序产品，其还包括已存储程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码可由微处理器执行以：
从具有响应于所述环境音频信号中识别的所述分量信号而选择的多个控件的用户界面接收用户偏好。
25.如权利要求23所述的计算机程序产品，其还包括已存储程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码可由微处理器执行以：
响应于所述用户偏好来改变所述分量信号的振幅或频谱中的至少一个。
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