CN107690110B - 用于操作可穿戴式扬声器设备的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于操作远离用户耳部和头部穿戴于用户身体的上部之上的可穿戴式扬声器设备的方法包括确定传感器数据；基于所述传感器数据确定与所述用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备的所述当前位置相关的至少一个参数，并且基于所述至少一个参数针对所述用户头部的当前位置调适至少一个滤波器单元的滤波器传递函数，其中输出至所述可穿戴式扬声器设备的至少一个扬声器的音频输出信号取决于所述滤波器传递函数。

Description

用于操作可穿戴式扬声器设备的系统和方法

技术领域

本公开涉及用于操作可穿戴式扬声器设备、具体地其中扬声器被布置成距用户的耳部一定距离的可穿戴式扬声器设备的系统和方法。

背景技术

许多人不喜欢戴耳机，特别是长时间段内，因为耳机可造成身体的不舒适。例如，耳机可在耳道上或在耳郭上产生永久性压力以及产生支撑颈椎骨的肌肉的疲劳。因此，已知可穿戴于颈的周围或肩部上的可穿戴式扬声器设备。此类设备允许高音量水平用于用户，同时在附近的其他人经受低得多的声压水平。此外，由于扬声器紧密接近用户的耳部，所以房间反射相对较低。然而，虽然得益于若干个优点，但是此类可穿戴式设备仍具有若干个缺点。例如，一个主要缺点是设备的扬声器与用户的耳部之间的声学传递函数由于头部移动而发生变化。这导致了可变的声学信号着色以及可变的空间表示。

发明内容

描述了一种用于操作远离用户耳部和头部穿戴于用户身体的上部之上的可穿戴式扬声器设备的方法，所述方法包括确定传感器数据；基于所述传感器数据确定与用户头部的当前位置相关的至少一个参数，并且基于所述至少一个参数针对当前位置调适至少一个滤波器单元的滤波器传递函数，其中输出至可穿戴式扬声器设备的至少一个扬声器的音频输出信号取决于滤波器传递函数。

描述了一种用于操作远离用户耳部穿戴于用户身体的上部之上的可穿戴式扬声器设备的系统，所述系统包括第一滤波器单元，所述第一滤波器单元被配置来处理音频输入信号并且将音频输出信号输出至可穿戴式扬声器设备的至少一个扬声器；和控制单元，所述控制单元被配置来接收传感器数据、基于所述传感器数据确定与用户头部相对于可穿戴式扬声器设备的当前位置相关的至少一个参数，并且基于所述至少一个参数针对用户头部的当前位置调适滤波器单元的滤波器传递函数，其中音频输出信号(OUT)取决于滤波器传递函数。

本领域的技术人员将在查阅以下详述和附图后，了解或更清楚其他系统、方法、特征和优点。预期的是，所有此类另外系统、方法、特征和优点包括于本说明书内，包括于本发明的范围内，并由随附权利要求书来保护。

附图说明

参阅以下的描述和附图可更好地理解方法。附图中的部件不一定按比例，而是着重示出本发明的原理。此外，在附图中，相同参考数字指示所有不同视图中的对应部分。

图1为示出了示例性可穿戴式扬声器设备和穿戴可穿戴式扬声器设备的用户的示意图。

图2是另一示例性可穿戴式扬声器设备的示意图。

图3(包括图3A-图3D)以示意图示出了穿戴可穿戴式扬声器设备时的用户的不同头部姿势。

图4以图表示出了针对进行向右旋转时用户的不同头部姿势从可穿戴式扬声器设备的第一扬声器至用户左耳的振幅响应。

图5以图表示出了针对进行向左旋转时用户头部的不同姿势从可穿戴式扬声器设备的第一扬声器至用户左耳的振幅响应。

图6以图表示出了参考用户头部的初始姿势处的振幅响应，针对进行向右旋转时用户头部的不同姿势从可穿戴式扬声器设备的第一扬声器至用户左耳的振幅响应。

图7以图表示出了参考用户头部的初始姿势处的振幅响应，针对进行向左旋转时用户头部的不同姿势从可穿戴式扬声器设备的第一扬声器至用户左耳的振幅响应。

图8以流程图示出了用于操作可穿戴式扬声器设备的方法。

图9以框图示出了用于操作可穿戴式扬声器设备的系统。

图10以框图示出了用于操作可穿戴式扬声器设备的另一种系统。

图11以框图示出了用于操作可穿戴式扬声器设备的另一种系统。

图12以图表示出了针对进行向右旋转时用户头部的不同姿势的补偿滤波器的振幅函数。

图13以图表示出了针对进行向左旋转时用户头部的不同姿势的补偿滤波器的振幅函数。

具体实施方式

参考图1，可穿戴式扬声器设备110可以穿戴于用户100的颈部周围。因此，可穿戴式扬声器设备110可具有U形。然而，任何其他形状也是可能的。可穿戴式扬声器设备例如可以是柔性的使得其可以产生任何所需形状。可穿戴式扬声器设备110可以搁置在用户100的颈部和肩部上。然而，这仅是示例。可穿戴式扬声器设备110也可以被配置来仅搁置在用户100的肩部或可以甚至在不接触肩部的情况下夹在用户100的颈部周围。可穿戴式扬声器设备110的任何其他位置或实施是可能的。为了允许可穿戴式扬声器设备110紧密接近用户100的耳部定位，可穿戴式扬声器设备110可以在用户身体上部的颈部、胸部、背部、肩部、上臂或任何其他部分上或附近的任何地方定位。为了使可穿戴式扬声器设备110附接成紧密接近用户100的耳部，任何实施是可能的。例如，可穿戴式扬声器设备110可以附接至用户100的衣服或通过合适的夹具捆扎至身体。参考图1，可穿戴式扬声器设备110被实施为一个物理单元。如图2中所示，例如，可穿戴式扬声器设备110可以包括两个子单元110a、110b，其中一个单元包括用于左耳的至少一个扬声器120L并且另一个单元包括用于右耳的至少一个扬声器120R。每个单元110a、110b可以搁置在用户100的一个肩部上。在其他实施方案中，可穿戴式扬声器设备110可以包括甚至超过两个子单元。

可穿戴式扬声器设备110可以包括至少一个扬声器120。可穿戴式扬声器设备110例如可以包括两个扬声器，用户的每个耳部一个扬声器。如图1中所示，可穿戴式扬声器设备110可以包括甚至超过两个扬声器120。例如，可穿戴式扬声器设备110可以包括用于用户100的右耳的两个扬声器120AR、120BR和用于用户100的左耳的两个扬声器120AL、120BL，以增强用户的收听体验。

在将可穿戴式扬声器设备附接至用户100的身体的颈部、肩部或上部但远离用户100的耳部时，对于头部的不同姿势用户100的耳部可能相对于扬声器120不总是在相同位置。这种情况在图3中说明。图3A示出了用户100的头部的第一姿势。在此第一姿势中，用户100的耳部与扬声器120R、120L基本上在一行上。这表示用户头部的第一姿势，其中围绕第一轴线x的头部旋转角为0°。在这种姿势中，左扬声器120L与左耳之间的距离与右扬声器120R与右耳之间的距离基本上相同。然而，当用户100其头部围绕用户100直立时基本上垂直于地球表面的第一轴线x进行旋转时，耳部与扬声器120R、120L之间的距离可以变化。此第一轴线x和用户头部围绕此第一轴线x的旋转示例性地示出在图1中。然而，这仅是示例。用户100的头部也可以进行围绕第二轴线y(例如当点头时)或围绕第三轴线z(例如，当使其右耳至其右肩时)的旋转，或围绕这三个轴线旋转的任何组合。头部的移动通常可以引起围绕提及的轴线中的一个以上的旋转。如图3中所示，第二轴线y可以垂直于第三轴线z并且第二轴线y和第三轴线z可以垂直于第一轴线x。

用户头部围绕第一轴线x的旋转示出在图3B、图3C和图3D中。在图3B时，相对于如图3A中示出的头部的起始姿势，头部旋转15°的角α。在图3C中，示出了30°角α的头部旋转并且在图3D中，示出了45°角α的头部旋转。如可清楚看见的，角α越大，耳部与相应扬声器120R、120L之间的距离越大。这意味着由扬声器120R、120L输出的声音必须行进的距离增加。此外，当旋转头部时，耳部的位置相对于扬声器的主辐射轴线改变，这通常显示出对辐射角的振幅响应相依性。此外，当旋转头部时，耳部可能不同程度地被用户身体部分(即头部、颈部、下巴或肩部)遮蔽，这可阻挡声音从扬声器120R、120L至用户的耳部的直接路径。

因此，扬声器设备的扬声器的振幅响应和相位响应(在用户100的耳部处测量的)随着头部的姿势变化。如可在图4中看见的，振幅响应对于用户头部的不同旋转角度α是不同的。图4示出了当用户100的头部进行向右的旋转时，针对各种频率的可穿戴式扬声器设备110的左扬声器120L至用户100的左耳的振幅响应。向右的旋转示例性地在图3中示出。在图4中，第一个图表示出了0°旋转角α的振幅响应。这意味着用户100其头部未进行任何旋转。另外的图表示出针对若干种频率的10°、20°、30°、40°和50°旋转角α的振幅响应。图表显示，特别是在较高频率下，当头部旋转时音调发生变化，并且此外，当头部旋转超过30°时，宽带声压水平降低。可进一步看出，对于大多数的频率，振幅响应的偏差随着角α增加而增加。频率相依性偏差向下延伸到2kHz并且强烈影响音调。如图4中示出的3dB或更大的宽带声压降低通常由普通用户识别出。

相同结果可以从图5看出，其示出了当用户100的头部进行向左的旋转时，可穿戴式扬声器设备110的左扬声器120L至用户100的左耳的振幅响应。图6示出了当用户100的头部进行向右的旋转时，可穿戴式扬声器设备110的左扬声器120L至用户100的左耳的振幅响应，其中对角α>0°的测量是参照在α＝0°处的测量。图7示出了当用户100的头部进行向左的旋转时，可穿戴式扬声器设备110的左扬声器120L至用户100的左耳的振幅响应，其中对角α>0°的测量是参照在α＝0°处的测量。

如通过图4-图7示出的振幅响应变化显著地阻碍了正常立体回放的声音质量，甚至对于温和的头部旋转。此外，如从通过耳机播放的双耳录音中知晓的，环绕或甚至3D音频回放例如显著经受了扬声器设备与耳部之间的可变传递函数，因为空间线索因振幅变化和相位变化而改变。

虽然在图4-图7中，仅示出针对左耳和左扬声器的振幅响应，但是，当用户100的头部进行向左或向右的旋转时，可以针对右耳和右扬声器获得类似的结果。此外，图4-图7仅示出针对头部围绕第一轴线x旋转的振幅响应。然而，对于围绕第二轴线y、第三轴线z的头部旋转或围绕这些轴线的任何旋转组合，获得类似的结果。图4-图7仅旨在大体示出头部移动的影响。

当使用耳机时，扬声器对耳部的传递函数通常是恒定的，与用户头部的姿势无关，因为耳机与用户100的耳部一起移动，并且扬声器与耳部之间的距离以及相互取向基本上保持恒定。对于不跟随用户100的头部移动的可穿戴式扬声器设备110，可能希望的是实现类似的情况，这意味着当用户100移动其头部时未注意到音调和响度的显著差异。除了头部移动，可穿戴式设备110本身也不总是在相同位置。由于用户100的移动，例如，可穿戴式扬声器设备110可能移出其初始位置。为了至少降低音调和响度的可感知差异，传递函数变化可以至少部分地取决于头部移动被动态补偿。

图8以流程图示出了用于具体地通过动态地调适扬声器设备的传递函数操作可穿戴式扬声器设备110的方法。首先，可以确定至少一个传感器的传感器数据(步骤801)。传感器数据取决于用户头部的姿势、取向和/或位置，并且任选地还取决于扬声器设备的取向和位置。例如，传感器数据可取决于用户头部相对于可穿戴式扬声器设备110或可穿戴式扬声器设备110的扬声器120L、120R的位置。传感器数据还可取决于用户的头部和可穿戴式扬声器设备110相对于与远离用户和可穿戴式扬声器设备110的参考点的位置。在下一步骤中，根据传感器数据确定与用户头部相对于可穿戴式扬声器设备110或可穿戴式扬声器设备110的扬声器120L、120R的取向和/或位置相关的至少一个参数(步骤802)。至少一个参数例如可以包括绕第一轴线x、第二轴线y、第三轴线z或任何其他轴线的旋转角。然而，这些仅是示例。至少一个参数可以包括与用户头部的位置相关的任何其他参数。取决于使用哪种传感器，至少一个参数可以另选地或另外包括例如运行时间、电压或一个或多个像素。任何其他合适参数也是可能的。至少一个参数可以另选地或另外包括没有几何或物理意义的抽象数字。基于一个或多个参数，可以调适扬声器设备的传递函数(步骤803)。现在将更详细地描述所述方法。

为了确定取决于用户头部的位置的传感器数据，可以例如使用一个或多个传感器。一个或多个传感器可以包括取向传感器、姿态传感器、接近度传感器、图像传感器或声传感器。然而，这些仅是示例。可以使用适合用于确定取决于用户头部的位置的传感器数据的任何其他传感器类型。取向传感器等可以包括(地磁性)磁力仪、加速仪、陀螺仪或重力传感器。姿态传感器或接近度传感器等可以包括红外传感器、电近场传感器、基于雷达的传感器、热传感器或超声传感器。图像传感器可以包括例如诸如视频传感器、渡越时间照相机或结构光扫描器的传感器。声传感器可以包括例如麦克风。然而，这些仅是示例。

例如，至少一个传感器可以集成在可穿戴式扬声器设备110中或附接到可穿戴式扬声器设备110。传感器数据可以取决于用户头部的姿势或取决于用户头部相对于可穿戴式扬声器设备110的位置。例如，至少一个姿态或接近度传感器可以布置在可穿戴式扬声器设备110上并且可以被配置为提供取决于用户头部的部分(例如用户耳部、下巴和/或颈部部分)与相应传感器之间的距离的传感器数据。在一个实施方案中，距离传感器被布置在可穿戴式扬声器设备110的两个远侧端部，例如被布置成靠近下巴、相对于中央平面在大致对称的位置处，以检测相应传感器与在传感器附近的区域中的对象(例如用户下巴和/或用户颈部部分)之间的距离。当用户向一侧转动其头部时，其下巴和/或颈部部分例如可以移动得较靠近至少一个传感器并且进一步远离至少另一个传感器。因此，通过相应传感器检测的传感器数据受大致呈相反方式的这种移动的影响。此外，如果用户向上或向下转动其头部，则其头部的部分(例如其下巴和/或颈部部分)与在可穿戴式扬声器设备110的每个远侧端部处的传感器之间的距离可以大致相等地增加或减少，并且因此以大致相同的方式影响每个远侧端部处的传感器的传感器数据。

然而，也可能至少一个传感器安装在可穿戴式扬声器设备110、用户或附接到用户的第二设备中的每一个上。一般来讲，传感器的位置可以取决于使用的传感器种类。例如，至少一个传感器可以被安装成靠近可穿戴式扬声器设备110的扬声器120L、120R或在可穿戴式扬声器设备的与扬声器120L、120R中的至少一个的几何关系是固定的任何其他位置处。作为附接到可穿戴式扬声器设备110的至少一个传感器的替代或附加，至少一个传感器可以附接到用户身体。附接到用户身体的至少一个传感器可以任何合适方式附接到用户头部。例如，传感器可以附接到用户100正在穿戴的眼镜(例如用于3D TV或虚拟现实耳机的快门眼镜(shutter glass))或集成在所述眼镜中。传感器还可以集成在以下项中或附接到以下项：耳环、Alice带、发绳、小发夹或用户100可能正在穿戴的或附接到其头部的任何其他设备。通过传感器，可以确定依赖于用户头部和可穿戴式扬声器设备110的位置的传感器数据。例如，取向传感器可以附接到可穿戴式扬声器设备110和用户头部上。这种取向传感器可以例如提供取决于相应传感器相对于第三位置(例如，北极、地球重心或任何其他参考点)的位置的传感器数据。来自可穿戴式扬声器设备110和用户头部的这种传感器数据的相关性可以取决于用户头部相对于可穿戴式扬声器设备110或相对于可穿戴式扬声器设备110的扬声器120L、120R的位置。

在另一实例中，至少一个麦克风可以附接到用户头部，而没有传感器附接到可穿戴式扬声器设备110。至少一个麦克风被配置来感测通过可穿戴式扬声器设备110的至少一个扬声器产生的声学声压以及通过其他声源产生的声学声压。通过可穿戴式扬声器设备的至少一个扬声器辐射的至少一个麦克风处的声音的到达时间和/或声压水平通常取决于用户头部和可穿戴式扬声器设备110的相对位置。例如，可穿戴式扬声器设备110可以经扬声器中的一个或多个辐射某些触发信号。触发信号例如可以是仅包括人不可听见的频率(例如20kHz以上)的脉冲式信号。通过可穿戴式扬声器设备110的一个或多个扬声器辐射并且通过至少一个麦克风感测的此类触发信号的接收时间和/或声压水平可以取决于用户头部的姿势或用户头部相对于可穿戴式扬声器设备110的位置。不一定需要确定与某一确定的传感器数据值或一组传感器数据值相关的用户头部的实际姿势。相反，已知与某些传感器数据相关的必要传递函数或传递函数的调适是足够的。

还可能的是作为先前所述传感器的替代或添加，至少一个传感器被布置成远离用户100并且远离可穿戴式扬声器设备110。例如，远程传感器单元可以被布置在距用户100一定的距离处。例如远程传感器单元可以集成在TV或音频单元，特别是将音频数据发送到可穿戴式扬声器设备110的音频单元中。这种远程传感器单元可以包括例如图像传感器。然而，另选地或另外，远程传感器单元可以包括例如取向传感器、姿态传感器或接近度传感器。当使用这种远程传感器单元时，定位在用户头部上或可穿戴式扬声器设备110上的另外传感器不一定是必要的。取决于用户头部的姿势或用户头部相对于可穿戴式扬声器设备110或相对于远程传感器单元的位置的传感器数据是可以确定的。此外，取决于可穿戴式扬声器设备110相对于远程传感器单元的位置和/或取向的传感器数据是可以确定的。在一个实例中，远程传感器单元包括照相机。照相机可以被配置来获取用户头部和上部身体的图片，并且因此提供依赖于用户头部的姿势的传感器数据。例如，在使用合适的软件或面部识别算法的情况下，接着可以确定与用户头部的姿势、位置相关的至少一个参数。然而，这仅是一个示例。使用被布置成远离用户100的传感器单元确定与用户头部的姿势、位置相关的至少一个参数存在许多其他方式。

还可能是，被布置成远离用户100的传感器单元提供依赖于定位在用户头部上和/或可穿戴式扬声器设备110上的至少一个传感器的位置的传感器数据。根据传感器数据，可以确定与用户头部的位置相关的至少一个参数。至少一个传感器可以任何方式(如上文已经描述的)被布置在用户头部上。另外的传感器可以集成在可穿戴式扬声器设备110中或附接到可穿戴式扬声器设备110。允许确定可以根据其确定与用户头部和/或可穿戴式扬声器设备110的位置相关的至少一个参数的传感器数据的任何传感器组合是可能的。

根据通过至少一个传感器采集的传感器数据(上文给出关于其的多个实例)，可以确定与用户头部的位置相关的至少一个参数。至少一个参数可以合适的精确性限定用户头部相对于可穿戴式扬声器设备110的位置。至少一个参数可以至少与某一位置相关，使得某些参数值或参数值的范围至少大致对应于用户头部的某些位置或用户头部的某些位置范围。参数例如可以是相对于用户头部的初始位置的旋转角。初始位置可以是用户100直立前视的位置。在这个位置中用户100的耳部可以与可穿戴式扬声器设备110的左扬声器120L和右扬声器120R基本上在一行上。因此初始位置对应于0°旋转角。可以围绕任何轴线进行旋转，如上文已经描述的。当围绕一条以上的轴线进行旋转时，用户头部的位置可以通过一个以上的旋转角进行描述。然而，根据一个实施方案，用户头部移动的追踪也可以被限制于围绕单条轴线的移动，从而忽视围绕其他轴线的移动。任何其他参数可以用于描述用户头部的位置，以作为至少一个旋转角的替代或附加。例如，左扬声器120L与左耳之间的距离和右扬声器120R与右耳之间的距离可以指示用户头部的位置。至少一个参数还可以是抽象参数，其方式使得某些参数值范围与用户头部的某些位置相关，但是没有几何意义。参数例如可具有物理意义(例如电压或时间)或逻辑意义(例如查找表的索引)。此外，用户头部的任何位置，或更一般地讲，其依赖的任何参数值、参数值组合、参数值范围或参数值范围的组合，可以被定义为初始位置、初始参数值、初始参数值组合、初始参数值范围或初始参数值范围组合。例如，用户看右侧、看左侧、向上看或向下看可以被定义为初始或基准位置和/或取向。更一般地讲，任何参数值集合可以被定义为初始或基准参数值集合。

图9示出了用于操作可穿戴式扬声器设备110的系统。所述系统可以包括在可穿戴式扬声器设备110中或外部设备中。所述系统可以包括滤波器单元210、增益单元220和控制单元230。滤波器单元210可以包括自适应滤波器且可以被配置来处理音频输入信号INL并且来输出音频输出信号OUTL。为了处理音频输入信号INL，可以调适滤波器单元210的传递函数，并且更具体地自适应滤波器的传递函数。当用户头部在初始位置时，可以使用第一滤波器传递函数处理音频输入信号INL以向用户100提供预期的收听体验。另选地，这个初始位置处的传递函数可以等于1(H(s)＝1)作为静态均衡，这通常通过具有恒定传递函数的滤波器完成以便针对预期的收听体验调适扬声器的传递函数，可以通过独立于图9的系统的滤波器完成。当用户100移动其头部时，可能需要不同的滤波器传递函数或补偿传递函数以实现恒定的收听体验。因此，可以进行传递函数补偿，这意味着可以根据用户头部的位置调适滤波器传递函数。因此，控制单元230可以接收表示与用户头部的当前位置相关的至少一个参数的输入信号。基于至少一个参数，控制单元230可以控制滤波器单元210的滤波器传递函数。

增益单元220被配置来调适音频输出信号OUTL的水平。任选地，还可以根据用户头部的当前位置调适增益单元220的增益或衰减。然而，此举对于用户头部的每个位置可以不是必须的或可以包括在自适应滤波器的传递函数中，并且因此是任选的。因此，滤波器单元210的传递函数，以及任选地增益单元220的增益可以至少部分地补偿由用户头部的移动导致的任何声音变化。为了补偿此类变化，例如可以施用精确的或近似的反传递函数。用于为非初始位置的用户头部的任何位置的这种反传递函数可以例如根据在用户的至少一个耳部测量的可穿戴式扬声器设备的至少一个扬声器的在初始位置或初始参数值组与为非初始位置的用户头部位置或限定这个位置的参数值组之间的振幅和/或相位响应的差异确定。随后，控制单元230调适滤波器单元210的滤波器传递函数和(任选地)增益单元220的增益或衰减以产生适当的音频输出信号OUTL，从而实现恒定的收听体验，而与用户头部位置无关。

针对与用户头部的某一位置相关的某一参数选择滤波器传递函数和增益的一种可能性是使用查找表。查找表可以包括针对多个旋转角或角组合或与用户头部的位置相关的至少一个参数的任何其他值或值组合预先限定的滤波器控制参数和/或增益值。查找表可以不覆盖所有可能的角、角组合、参数值或参数值组合。因此，针对落入列出在查找表中的角或参数之间的中间角、参数、角组合或参数组合的传递函数可以通过任何合适方法内插。例如，可以内插滤波器控制参数(例如，频率、增益、模拟或IIR滤波器的质量)或系数(例如IIR或FIR滤波器的)。若干种内插法通常是已知的并且因此不再更详细地论述。查找表中列出的滤波器控制参数可以是滤波器单元210的系数，所述系数允许控制滤波器单元210。滤波器单元210可以例如包括IIR或FIR类型的数字滤波器。然而，其他滤波器类型也是可能的。

滤波器单元210可以包括例如模拟滤波器。模拟滤波器可以通过控制电压控制。控制电压可以确定滤波器的传递函数。这意味着通过改变控制电压可以调适传递函数。当滤波器单元210包括模拟滤波器时，查找表可以包括与若干种旋转角、旋转角组合、与用户头部的位置相关的至少一个参数的值或值组合有联系的控制电压。然后可以针对与用户头部的位置相关的每个确定的参数施加某一控制电压。因此，控制单元230可以包括数模转换器以提供所需的控制电压。滤波器单元210可以在频域中实现。如果在频域中实现，则滤波器控制参数可以包括用于单个频谱分量的倍增因子。

然而，一般来讲，滤波器传递函数可以任何可能的方式控制。精确的实现可以取决于滤波器单元210内使用的滤波器类型。如果使用IIR或FIR滤波器，则滤波器系数以及可以用于单个频谱分量的倍增因子可以根据与用户头部的位置相关的至少一个参数设定为不同的值，以便设定所需的传递函数。

在图9中示出的系统中，提供了左扬声器120L的音频输出信号OUTL。然而，这仅是示例。所述系统还也可以用于提供右扬声器120R的音频输出信号OUTR。许多这些系统可以用于提供多个扬声器的输出信号。

图9中示出的系统仅包括一个滤波器单元210。如图10中所示的，其他系统可以包括串联耦接的一个以上的滤波器单元。图10中的系统包括第一滤波器单元2101、第二滤波器单元2102和第三滤波器单元210x。所有滤波器单元2101、2102、210x通过控制单元230控制。例如当滤波器单元2101、2102、210x包括模拟滤波器或IIR滤波器时，可以使用一个以上的滤波器单元2101、2102、210x。在此类情况下，串联耦接的多个滤波器单元2101、2102、210x可以产生更精确的传递函数。然而，在任何其他情况下也可以使用一个以上的滤波器单元2101、2102、210x。

图11示出了用于操作可穿戴式扬声器设备110的另一系统。在这种系统中，若干个滤波器单元2111、2112、2113、…、211x并联耦接。图11中的系统包括六个滤波器单元2111、2112、2113、…、211x。然而，这仅是示例。任何数目的滤波器单元2111、2112、2113、…、211x可以并联耦接。第一滤波器单元2111可以包括针对围绕第一轴线x向左的45°旋转角的补偿滤波器。第二滤波器单元2112可以包括针对向左的30°旋转角的补偿滤波器并且第三滤波器单元2113可以包括针对向左的15°旋转角的补偿滤波器。第四滤波器单元2114、第五滤波器单元2115和第六滤波器单元2116可以包括分别针对向右的15°、30°和45°旋转角的补偿滤波器。然而，这仅是示例。滤波器单元2111、2112、2113、…、211x可以包括针对任何其他旋转角，或更一般地讲，针对与用户头部的位置相关的至少一个参数的任何值或值组合的补偿滤波器。一个倍增单元31、32、33、34、35、3x分别串联耦接至每个滤波器单元2111、2112、2113、…、211x。基于用户头部的位置，其例如通过围绕第一轴线x的旋转角，或更一般地讲，与用户头部的位置相关的至少一个参数的任何值或值组合表示，控制单元可以确定施加至(乘以)滤波器单元输出值的加权增益值。在向每个滤波器输出值施加加权增益值之后，所有加权滤波器输出值可以施加至加法器40以产生作为所有滤波器单元输出值的总和的音频输出信号OUTL。这允许补偿滤波器之间的内插以对于中间角也接收到令人满意的结果。

至少一个滤波器单元210的传递函数可以根据针对用户头部的所有可能位置或其子组和/或相对于初始位置和/或旋转角围绕至少一个轴线的所有可能的旋转角或其子组进行的振幅和/或相位响应测量来确定(参见图4-图7)。振幅和/或相位响应测量可以包括可穿戴式扬声器设备的任一扬声器和/或至用户的任一耳部的声学路径以及任选地用户外耳(耳廓)的传递函数。测量还可以例如用在一定程度上类似于人解剖结构的仿真头进行。这种仿真头可以例如包括精细的或简化的耳廓或可以一点也不包括任何耳廓。在振幅和/或相位测量中忽视外耳的传递函数可以降低由所得滤波器传递函数产生的不想要的音调着色或定位偏移。图12示出了参照0°旋转角的传递函数的针对围绕第一轴线x向左的10°、20°、30°、40°和50°旋转角的可穿戴式扬声器设备110的左扬声器120L的可能的补偿函数。图13示出了参照0°旋转角的传递函数的针对围绕第一轴线x向右的10°、20°、30°、40°和50°旋转角的可穿戴式扬声器设备110的左扬声器120L的补偿函数。

作为任何振幅变化补偿的替代或附加，也可以例如至少部分地补偿由头部移动导致的相位或群延迟变化。为了实现此目的，至少一个滤波器单元210可以包括具有可变传递函数或可变延迟线的合适长度的FIR滤波器，例如可以在频域或时域中实现。群延迟补偿可以帮助使得可穿戴式扬声器设备110的空间表示保持稳定，因为其避免破坏针对左耳和右耳的信号的相位关系的空间线索。

一般来讲，人解剖结构在个体之间显著不同。因此，收听体验可能对于可穿戴式设备110的不同用户是不同的。因此，系统可以被配置来针对单个用户进行校准。校准步骤、校准过程或校准例行程序可以在初次使用可穿戴式扬声器设备110(即出于收听目的回放声内容)之前且独立于所述初次使用进行。具体地，在校准步骤、校准过程或校准例行程序过程中，滤波器单元的传递函数可以针对传感器数据或根据不同的头部位置的传感器数据确定的与用户头部的位置相关的至少一个参数确定并且用所述传感器数据或所述与用户头部相关的至少一个参数进行比对。从而，对于单个用户，滤波器单元的传递函数和传感器数据或根据传感器数据确定的与用户头部的位置相关的至少一个参数确定可以同时进行校准。用户可以沿各个方向转动其头部。对于若干个头部位置，可以确定来自可穿戴式扬声器设备的扬声器至用户耳部的传感器输出以及传递函数(并且可能包括)。用户可以限定的步骤转动其头部。例如，可以在向每侧(左侧和右侧)的15°、30°和45°头部旋转角进行测量。然而，这可能相当难以实现，因为用户可能未精确知道其头部旋转的程度。还可能的是用户缓慢向两侧转动其头部。虽然用户缓慢旋转其头部，但是可以连续进行若干个测量。在此类测量过程中，可以采集传感器数据和相关联的传递函数。然后，可以选择某些传感器数据值作为包括在查找表中的采样点。可以选择值使得采样点之间的传递函数的变化是恒定的或至少类似的。以此方式，可以针对用户头部运动的整个范围获得传递函数的变化的大致恒定的解析度，而无需必须知道整个运动范围或用户头部相对于采样点的实际姿势。

用户头部的移动不一定必须以恒定速度进行。还可能的是用户以不同的速度进行移动或其头部在某一位置保持一定时间。在移动的速度与采集的传递函数的变化相关，使得如果用户的位置不改变，则传递函数不发生变化，并且传递函数对于缓慢的头部移动以一定变化速率进行变化并且对于相同移动范围内的快速头部移动以较高的变化速率进行变化，则移动速度的变化与先前所述的选择采样点用于查找表的方式无关。关于实际头部移动的采样点之间的步长大小不一定需要是恒定的。作为先前所述的选择采样点的方式的结果，采样点之间的头部移动的步长大小在总的移动范围内可以代替是可变的。实际的传感器数据可以与先前所述的采样点具有任意相关性。作为示例，可以选择五个采样点。采样点可以是编号为1、2、3、4和5，由此采样点可以例如与传感器输出电压相关联，作为示例性传感器数据为1＝1V、2＝1.3V、3＝2V、4＝5V并且5＝8V可以将采样点的编号(1、2、3、4、5)视为与用户头部的位置相关的至少一个参数。在给定的实例中，采样点编号值与传感器数据之间存在非线性关系。可以通过内插法计算关于中间传感器数据值的中间采样点，从而产生分数的采样点编号值。例如可以选择整的(或整数)采样点编号作为查找表索引。用于滤波器单元的某些传递函数或产生所述滤波器单元的某些传递函数的控制参数可以与每个索引相关联。通过整数查找表索引处的滤波器控制参数之间的内插，可以确定任何中间采样点的一组对应滤波器控制参数。

入耳式麦克风可以用于记录由可穿戴式设备的一个或多个扬声器辐射的声学信号，以便例如确定从扬声器设备(包括扬声器)至用户耳部的传递函数。入耳式麦克风可以例如连接到可穿戴式扬声器设备以便后者接收并记录麦克风信号。入耳式麦克风可以被配置来故意地捕获或抑制由用户的耳廓产生的消除和共振放大效应(下文称为耳廓共振)。例如，入耳式麦克风的大小可以较小以仅覆盖或阻挡耳道的入口以便包含耳廓共振。在另一实例中，入耳式麦克风或更具体地在入耳式麦克风周围的支撑结构可以被设计成封闭耳廓的一部分(例如外耳)以至少部分地抑制对应的耳廓共振。这可以排除由用户耳廓根据针对不同的头部位置测量的传递函数产生的单耳定向线索。耳廓共振还可以通过适当地平滑通过先前所述的测量值获得的振幅响应来抑制。使用上文所述的方式，可以确定单个传递函数，其可以与特定的传感器输出(如与头部位置相关的)有联系。这些传递函数可以用作用于确定特定头部位置的滤波器传递函数的基础。

先前所述的校准过程可以通过可穿戴式扬声器设备的预期最终用户进行，所述用户可以在校准过程期间穿戴入耳式麦克风。然而，还可能的是，不是最终用户自身进行测量，而是在销售可穿戴式扬声器设备之前进行测量。测试人员可以穿戴入耳式麦克风并且进行测量。然后所述设置可以对市场上的若干个或所有可穿戴式扬声器设备是相同的。代替测试人员或用户，仿真头可以用于进行测量。入耳式麦克风然后可以连接到仿真头。然而，还可能的是使用穿戴可穿戴式扬声器设备和入耳式麦克风的头部和躯干模拟器。仿真头或头部和躯干模拟器可以不具有模拟人外耳的结构。在此类情况下，麦克风可以置于靠近典型的耳位置处的任何位置。

虽然已描述了本发明的各种实施方案，但是对于本领域的普通技术人员明显的是，在本发明的范围内，更多的实施方案和实现方式是可能的。因此，本发明仅受到随附权利要求书及其等效物限制。

Claims (14)

1.一种用于操作可穿戴式扬声器设备(110)的方法，所述方法包括：

确定传感器数据；

基于所述传感器数据，确定与用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的当前位置相关的至少一个参数，该可穿戴式扬声器设备(110)被穿戴于远离用户耳部和头部的所述用户身体的上部；以及

基于所述至少一个参数针对所述用户头部的所述当前位置调适至少一个滤波器单元(210)的滤波器传递函数，其中输出至所述可穿戴式扬声器设备(110)的至少一个扬声器的音频输出信号(OUT)取决于所述滤波器传递函数；

其中，当所述用户移动其头部时，用户耳部随着用户头部一起移动并且在所述可穿戴式扬声器设备(110)的至少一个扬声器与所述用户耳部之间的距离发生改变。

2.如权利要求1所述的方法，其中调适所述至少一个滤波器单元(210)的所述滤波器传递函数包括：针对所述用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的各种位置至少部分地补偿所述可穿戴式扬声器设备(110)的所述至少一个扬声器与所述用户的至少一个耳部之间的传递函数的变化。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中与所述用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的所述当前位置相关的所述至少一个参数是基于从位于以下位置中的一个或多个处的至少一个传感器采集的数据而被确定的：

所述可穿戴式扬声器设备(110)；

附接到所述用户头部的第二设备；

远离所述用户并远离所述可穿戴式扬声器设备(110)的第三设备。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述传感器数据依赖于以下各项中的至少一项：

所述用户(100)的头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的位置；

所述用户(100)的头部相对于所述第三设备的位置；以及

所述可穿戴式扬声器设备相对于所述第三设备的位置。

5.如权利要求1所述的方法，其中

调适所述至少一个滤波器单元(210)的所述滤波器传递函数包括调适所述至少一个滤波器单元(210)的控制参数，其中所述滤波器传递函数依赖于至少一个控制参数的值。

6.如权利要求5所述的方法，其中

产生所述至少一个滤波器单元(210)的传递函数的所述控制参数是在初次使用所述可穿戴式扬声器设备(110)之前或独立于所述初次使用而预先确定的用于与所述用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的所述当前位置相关的所述至少一个参数的多个值或值范围或值组合或值范围组合；以及

所述至少一个预先确定的控制参数在所述可穿戴式扬声器设备(110)的预期使用过程中，根据与所述用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的所述当前位置相关的所述至少一个参数的当前值或值组合，而被施加至所述至少一个滤波器单元。

7.如权利要求6所述的方法，其中预先确定所述控制参数包括进行传递函数测量并且其中进行传递函数测量包括：

使用麦克风记录由所述可穿戴式扬声器设备(110)的一个或多个扬声器辐射的声学信号，以及

确定从所述可穿戴式扬声器设备(110)的所述一个或多个扬声器至所述麦克风的传递函数，其中所述麦克风位于测试人员的耳中或头部上；位于最终用户的耳中或头部上；位于仿真头的耳中或仿真头上；或位于头部和躯干模拟器的耳中或头部和躯干模拟器上。

8.一种用于操作可穿戴式扬声器设备(110)的系统，所述系统包括：

第一滤波器单元(210)，其被配置来处理音频输入信号(IN)并且将音频输出信号(OUT)输出至所述可穿戴式扬声器设备(110)的至少一个扬声器(120)；以及

控制单元(230)，其被配置来

接收传感器数据；

基于所述传感器数据确定与用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的当前位置相关的至少一个参数，该可穿戴式扬声器设备(110)被穿戴于远离用户耳部和头部的所述用户身体的上部；以及

基于所述至少一个参数针对所述用户头部的所述当前位置调适所述第一滤波器单元(210)的滤波器传递函数，其中所述音频输出信号(OUT)取决于所述滤波器传递函数；

其中，当所述用户移动其头部时，用户耳部随着用户头部一起移动并且在所述可穿戴式扬声器设备(110)的至少一个扬声器与所述用户耳部之间的距离发生改变。

9.如权利要求8所述的系统，所述系统还包括被配置来确定所述传感器数据的至少一个传感器，其中所述至少一个传感器进行以下各项中的至少一个：

集成在所述可穿戴式扬声器设备(110)中；

附接到所述用户头部；以及

集成在被布置在距所述用户一定的距离处的远程传感器单元中。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述至少一个传感器包括以下各项中的至少一种：

取向传感器；

姿态传感器；

接近度传感器；以及

图像传感器。

11.如权利要求8至10中任一项所述的系统，其中所述控制单元(230)被配置来基于查找表调适所述第一滤波器单元(210)的所述滤波器传递函数，其中

所述滤波器传递函数依赖于所述第一滤波器单元(210)的至少一个控制参数的值；

所述查找表包括所述至少一个参数的多个值，值范围,和/或，值组合和值范围组合；以及

所述至少一个参数的每个值，值范围，和/或，值组合和值范围组合与至少一个控制参数的至少一个值和/或值组合有联系。

12.如权利要求8至10中任一项所述的系统，所述系统还包括串联耦接至所述第一滤波器单元的至少一个第二滤波器单元(2101、2102、210x)，其中所述控制单元(230)被配置来基于与所述用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的所述当前位置相关的所述至少一个参数调适每个第一滤波器单元(210)的所述滤波器传递函数。

13.如权利要求8至10中任一项所述的系统，所述系统还包括：

与所述第一滤波器单元并联耦接的至少一个第二滤波器单元(2111、2112、2113、…、211x)；

多个倍增单元(31、32、33、…、3x)，其中每个倍增单元与至少一个第二滤波器单元(2111、2112、2113、…、211x)中的一个第二滤波器单元串联耦接，并且其中所述控制单元(230)被配置来根据与所述用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的所述当前位置相关的所述至少一个参数确定加权增益值，其中所述加权增益值乘以至少一个第二滤波器单元(2111、2112、2113、…、211x)中的每个第二滤波器单元的音频输出信号，从而产生混合的音频信号；以及

加法器(40)，其被配置来对所述多个倍增单元(31、32、33、…、3x)的所述混合的音频信号求和以产生音频输出信号(OUT)。

14.如权利要求8至10中任一项所述的系统，所述系统进一步包括增益单元(220)，其中所述控制单元(230)被配置来基于与所述用户头部相对于所述可穿戴式扬声器设备(110)的所述当前位置相关的所述至少一个参数针对所述当前位置调适所述增益单元(220)的增益，其中所述音频输出信号(OUT)的所述增益取决于所述增益单元(220)的所述增益。

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