CN107959910A - 音频系统以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种音频系统以及控制方法。音频系统包含头戴式耳机和控制装置。头戴式耳机包含壳体、扬声器和麦克风。当头戴式耳机配戴在耳朵上时，壳体与耳朵的外耳道共同形成一空腔。扬声器与麦克风设置于壳体中。控制装置耦接至头戴式耳机。控制装置用以提供扬声器要朝向空腔播放的参考音频信号，且经由麦克风接收来自空腔且对应于参考音频信号的回声的采样声音信号，以经由采样声音信号计算在不同频率上的声音强度分布曲线，并根据不同频率上的声音强度分布曲线决定空腔是否具有泄漏开口。借此，音频系统可以判断使用者的配戴状态并发出提示，以提供较佳的声音效果。

Description

音频系统以及控制方法
技术领域
本揭示文件是有关于一种音频系统与一控制方法，且特别是有关于一种可执行封闭侦测或声音校正的音频系统。
背景技术
一般而言，声音是在空气中与声波方式传播。而使用者所体验到的声音效果会受到很多因素影响，例如环境(如：户外、室内、在音乐厅内，或在小房间中)、音频播放装置的特性及/或使用者的耳朵结构。音频系统通常配有声音等化器(sound equalizer)以模拟不同环境或补偿音频输出。一个音频播放设定(如声音等化器设定、噪音过滤设定、或音量设定)可由一些系统默认的声音设定文件加以手动选择。
使用者可选择他们所偏好的系统默认声音设定文件或调整这些声音设定文件的参数以达到各人最佳的设定。然而，当使用者购买新的音频播放装置(如：头戴式耳机、耳机，或扬声器)，或在不同的音频播放装置中切换时，使用者必须重复这些设定过程。在其他的情况下，当有不同的使用者新加入这个音频系统，由于每个人不同的耳朵结构，音频系统的现有设定对这个使用者而言并不见得是最佳的。
发明内容
本揭示文件提供一种音频系统，其包含音频系统以及控制装置。头戴式耳机包含有壳体、扬声器以及麦克风。当头戴式耳机被配戴在耳朵上，壳体用以与耳朵的外耳道共同形成空腔。扬声器是设置于壳体内。麦克风是设置于壳体内。控制装置耦接至头戴式耳机。控制装置用以提供扬声器朝向空腔播放的参考音频信号。控制装置更通过麦克风接收来自于空腔对应于参考音频信号的回声的采样声音信号。控制装置更用以由此采样声音信号计算在不同频率上的一声音强度分布曲线。控制装置更可用以根据在不同频率上的此声音强度分布曲线决定此空腔是否具有一泄漏开口。
于一实施例中，参考音频信号在不同频率上具有一恒定水平的声音强度。
于一实施例中，控制装置更用以在一参考频率下撷取该声音强度分布曲线的一部分；将该声音强度分布曲线的该部分映射为一近似二次曲线；以及，基于该近似二次曲线的至少一系数决定该空腔是否具有该泄漏开口。
于一实施例中，至少一系数包含该近似二次曲线的一曲率、该近似二次曲线的一高度、或该声音强度分布曲线的该部分与该近似二次曲线之间的一相关系数。
于一实施例中，麦克风位于该扬声器以及该外耳道之间，且该麦克风设置于该空腔内。
于一实施例中，该麦克风设置于该空腔外，而该采样声音信号是由该壳体的一转导系数所调整。
于一实施例中，控制装置用以提供一刺激音频信号至该扬声器；经由该麦克风接收对应于该刺激音频信号的一估算声音信号；以及，基于该估算声音信号分析该头戴式耳机的一使用者是否具有听力障碍。
于一实施例中，控制装置更用以根据在不同频率上的该声音强度分布曲线制造一补偿滤波器；以及，在一音频内容信号传送到该扬声器之前，将该补偿滤波器应用于该音频内容信号。
于一实施例中，控制装置更用以将在不同频率上的该声音强度分布曲线分割成多个频率区段；分别计算该声音强度分布曲线在不同频率区段的多个声音强度的区段水平；计算在该不同频率区段的多个等化乘法器以将该多个区段水平的每一区段水平补偿至一恒定水平；以及，将在该不同频率区段的该多个等化乘法器储存为该补偿滤波器。
本揭示文件提供一种音频系统，其包含头戴式耳机以及控制装置。头戴式耳机包含壳体、扬声器以及麦克风。当头戴式耳机配戴在耳朵上，壳体是用以与耳朵的外耳道共同形成空腔。扬声器设置于壳体内。麦克风设置于壳体内。控制装置耦接至头戴式耳机。控制装置用以提供扬声器一个要朝向空腔播放的参考音频信号。控制装置更通过麦克风接收来自于空腔对应于参考音频信号的回声的采样声音信号。控制装置更可用来由此采样声音信号计算在不同频率上的声音强度分布曲线。控制装置更可用以根据此在不同频率上的声音强度分布曲线计算补偿滤波器。
于一实施例中，该控制装置更用以在一音频内容信号传送到该扬声器之前，将该补偿滤波器应用至该音频内容信号。
于一实施例中，该控制装置更用以将在不同频率上的该声音强度分布曲线分割成多个频率区段；分别计算该声音强度分布曲线在不同频率区段的多个声音强度的区段水平；计算该不同频率区段的多个等化乘法器以将该多个区段水平的每一区段水平补偿至一恒定水平；以及，将该不同频率区段的该等化乘法器储存为该补偿滤波器。
于一实施例中，该麦克风是位于该扬声器以及该外耳道之间，且该麦克风设置于该空腔内。
于一实施例中，该麦克风设置于该空腔外，而该采样声音信号是由该壳体的一转导系数所调整。
本揭示文件提供一种适用于一头戴式耳机的控制方法，控制方法包含以下步骤。提供要朝向空腔播放的一参考音频信号，空腔由头戴式耳机及耳朵的外耳道所构成。由头戴式耳机接收来自于空腔对应于此参考音频信号的回声的采样声音信号。由采样声音信号计算在不同频率上的声音强度分布曲线，根据在不同频率上的声音强度分布曲线而决定此空腔是否具有泄漏开口。
于一实施例中，该控制方法包含：在一参考频率下撷取该声音强度分布曲线的一部分；将该声音强度分布曲线的该部分映射为一近似二次曲线；以及，基于该近似二次曲线的至少一参数决定该空腔是否具有该泄漏开口。
于一实施例中，至少一系数包含该近似二次曲线的一曲率、该近似二次曲线的一高度、或该声音强度分布曲线的该部分与该近似二次曲线之间的一相关系数。
于一实施例中，控制方法包含：提供要朝向由该头戴式耳机以及一耳朵的一外耳道所构成的一空腔播放的刺激音频信号：由该头戴式耳机接收对应至该刺激音频信号的一估算声音信号；以及，基于该估算声音信号分析该头戴式耳机的一使用者是否具有听力障碍。
于一实施例中，控制方法还包含：根据在不同频率上的该声音强度分布曲线制造一补偿滤波器；以及，在一音频内容信号传送到该扬声器之前，将该补偿滤波器应用于该音频内容信号。
于一实施例中，控制方法还包含：将在不同频率上的该声音强度分布曲线分割成多个频率区段；分别计算该声音强度分布曲线在不同频率区段的多个声音强度的区段水平；计算在该不同频率区段的多个等化乘法器以将该多个区段水平的每一区段水平补偿至一恒定水平；以及，将在该不同频率区段的该多个等化乘法器储存为该补偿滤波器。
于一实施例中，控制方法还包含：根据该头戴式耳机的一转导参数调整该采样声音信号。
于一实施例中，参考音频信号在不同频率上具有一恒定水平的声音强度。
透过上述实施例，音频系统可以判断使用者的佩戴状态并发出提示，避免因使用者错误配戴而未能形成封闭音场，进而提供稳定的声音效果。
附图说明
为让本揭示文件的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1所示为根据本揭示文件一实施例一音频系统的示意图；
图2A所示为图1的控制装置与右耳机的示意图；
图2B所示为当右耳机并未被适当地穿戴在右耳时的示意图；
图3A所示为根据本揭示文件一实施例一控制方法的流程图；
图3B所示为图3A的控制方法的更进一步的步骤；
图4所示为根据本揭示文件的一实施例参考音频信号在不同频率上的一声音强度分布曲线的示意图；
图5A所示为根据本揭示文件的实施例由右耳机所搜集的采样声音信号在不同频率上的一声音强度分布曲线及由左耳机所搜集的采样声音信号在不同频率上声音强度分布曲线的示意图；
图5B所示为当使用者并未适当地穿戴头戴式耳机时右耳机所搜集的采样声音信号在不同频率上的一声音强度分布曲线及由左耳机所搜集的采样声音信号在不同频率上的声音强度分布曲线的示意图；
图6A所示为由图5A的采样声音信号所产生的一近似二次曲线的示意图；
图6B所示为由图5A的采样声音信号所产生一近似二次曲线的示意图；
图6C所示为由图5B的采样声音信号所产生一近似二次曲线的示意图；
图6D所示为由图5B的采样声音信号所产生的一近似二次曲线的示意图；
图7所示为根据本揭示文件其他实施例图1的右耳机及控制装置的示意图；
图8所示为根据本揭示文件其他实施例图1的右耳机及控制装置的示意图；
图9所示为根据本揭示文件的实施例一控制方法的示意图；
图10A所示根据本揭示文件的实施例从右耳机收集的采样声音信号在不同频率上的声音强度分布曲线；
图10B所示为对应于图10A中的区段水平的用以补偿采样声音信号的等化乘法器。
具体实施方式
下文是举实施例配合所附附图作详细说明，但所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用来限定本发明，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本发明揭示内容所涵盖的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有词汇(包括技术和科学术语)具有其通常的意涵，其意涵是能够被熟悉此领域者所理解。更进一步的说，上述的词汇在普遍常用的字典中的定义，在本说明书的内容中应被解读为与本发明相关领域一致的意涵。除非有特别明确定义，这些词汇将不被解释为理想化的或过于正式的意涵。
请参照图1，图1所示为根据本揭示文件一实施例一音频系统100的示意图。如图1所示，音频系统100包含一头戴式耳机120以及连接至头戴式耳机120的一控制装置140。头戴式耳机120可穿戴在使用者的一耳朵上，以播放音频。举例来说，头戴式耳机120可为耳内式(in-ear)耳机、贴耳式(on-ear)耳机、或是全罩式(over-ear)耳机。图1所示的头戴式耳机120为经由线路连接至控制装置140的一耳内式耳机。然而，头戴式耳机120并不以此为限制。在其他实施例，头戴式耳机120可以经由Bluetooth、Bluetooth A2DP、WiFi、WiFi-direct、Zigbee或其他类似的无线传输协定与控制装置140无线连接。图1所示的头戴式耳机120包含有右耳机120R以及左耳机120L。在本例中，右耳机120R与左耳机120L皆为耳内式耳塞形式。
控制装置140为音频源，如智能手机、多媒体播放器、平板电脑、电脑、音响系统或任何类似的电子装置。请参照图2A，其所示为图1所示的控制装置140与右耳机120R的示意图。图2A所示的控制装置140包含有储存媒体142及处理电路144，处理电路144可以是处理器、音频驱动电路及/或数位信号处理器，以处理音频信号并控制应用在头戴式耳机120的音频设置。举例来说，储存媒体142包含快闪记忆体、硬盘、只读记忆体或任何等效的储存装置。
请参照图1及图2A，图2A的头戴式耳机120的右耳机120R被配戴在使用者的右耳RE。右耳机120R包含壳体122、扬声器124以及一麦克风126。扬声器124与麦克风126是设置于壳体122内。当右耳机120R配戴在图2A中的右耳，壳体122与右耳RE的外耳道CAN一同形成空腔CAV。扬声器124设置于壳体122内且位于空腔CAV的一侧。扬声器124用以播送声音至空腔CAV以及耳朵的耳鼓EDR。麦克风126设置于壳体122内，且其位于空腔CAV的中、在扬声器124与图2A的耳鼓EDR之间。麦克风126用以搜集对应于由扬声器124所播送的声音的回声，并据以产生采样声音信号。
相似地，头戴式耳机120还包含有配戴在使用者的左耳的左耳机120L(如图1所示)。左耳机120L并未显示在图2A中，且具有与图2A的右耳机120R相似的内部构造与相关的实施例。换言之，左耳机120L亦包含有壳体、扬声器以及麦克风。
由于空腔CAV为相对较小的空间，当声波被传送至空腔CAV中，空腔CAV内的所有点(包含麦克风126的位置以及耳鼓EDR)将会被感测为近乎相等的由声波引起的声压(soundpressure)级。在本实施例中，麦克风126所感测的声压与耳鼓EDR所感测的声压大致上是相同的(或近似的)，换言之，由于麦克风126与耳鼓EDR位在相同的空腔CAV，由麦克风126所感测的取样声音信号可趋近于使用者所听到的真实声音效果。
当使用者如图2A所示适当地穿戴头戴式耳机120时，由外耳道CAN与壳体122的部分内部空间形成的空腔CAV将会形成密闭的空间。如此一来，由扬声器124所产生的声音将会被精确且有效率地传送至耳鼓EDR。
请参照图2B，图2B所示为当右耳机120R并未被适当地穿戴在右耳RE时的示意图。如图2B所示，当使用者并未适当地穿戴头戴式耳机120，像是并未将右耳机120R扣入外耳道CAN等，将会产生空腔CAV的一个泄漏开口OUT。如此一来，空腔CAV将不再是一个完美的密闭空间，而且传送至空腔CAV内的一部分声波将会从泄漏开口OUT溢散出。音频系统100可执行一控制方法以侦测空腔CAV是否具有此一泄漏开口OUT。
请参照图3A，其所示为根据本揭示文件一实施例一控制方法300的流程图。控制方法300可适用于前面揭露的音频系统100，或被应用在其他等效的音频系统。请注意到，控制方法300的步骤S302-S312是分别执行在右耳机120R及左耳机120L。后续关于步骤S302-S312的叙述将平行(同时)或接续性地(依先后次序)分别应用在右耳机120R及左耳机120L。
请同时参照图2A及图3A，步骤S302提供一个朝向空腔CAV播放的参考音频信号(如：由控制装置140的处理电路144所产生)至右耳机120R/左耳机120L的扬声器124。在某些实施例中，参考音频信号具有一个在不同频率上恒定水平的声音强度。请参照图4，其所示为根据本揭示文件的一实施例参考音频信号Sref的在不同频率上的一声音强度分布曲线的示意图。如图4所示，参考音频信号Sref对应到不同频率的声音强度水平是相同的。
请同时参照图1、图2A及图3A，步骤S304是由控制装置140的处理电路144所执行以接收采样声音信号。采样声音信号是由右耳机120R/左耳机120L的麦克风126从空腔CAV处所接收，且采样声音信号是对应至参考音频信号Sref的回声。在本实施例中，两个采样声音信号会分别由右耳机120R的麦克风126与左耳机120L的麦克风(未显示于图中)所搜集。步骤S306是用以从每一个采样声音信号计算在不同频率上的声音强度分布曲线。
请参照图5A，其所示为根据本揭示文件的实施例由右耳机120R所搜集的采样声音信号SR1在不同频率上的一声音强度分布曲线以及由左耳机120L所搜集的采样声音信号SL1在不同频率上声音强度分布曲线的示意图。采样声音信号SR1与SL1的声音强度分布曲线会受到空腔CAV的不同因素(包含其形状、尺寸及/或结构)以及使用者如何穿戴头戴式耳机120(以适当方式或不适当的方式)的影响。空腔CAV的形状可能会吸收一特定频率的一些能量，并放大在另一频率的强度。举例来说，采样声音信号SR1与SL1在1000赫兹附近的声音强度会相对而言较低，而在5000赫兹附近的声音强度则相对较高。
每一个人都具有自己的独特耳朵结构。因此，每个人的采样声音信号SR1与SL1的声音强度分布曲线皆不相同。此外，由于每个人每一次穿戴头戴式耳机120的方式也不一定会完全相同。因此，每个人在不同时间点的采样声音信号SR1与SL1的声音强度分布曲线也可能不同。
图5A所示为当使用者适当地穿戴头戴式耳机120(参照图2A没有泄漏开口时)采样声音信号SR1与SL1的声音强度分布曲线的示意图。
请参照图5B，其所示为当使用者并未适当地穿戴头戴式耳机120时(参照图2B，空腔CAV具有泄漏开口OUT时)右耳机120R所搜集的采样声音信号SR2在不同频率上的声音强度分布曲线以及由左耳机120L所搜集的采样声音信号SL2在不同频率上的声音强度分布曲线的示意图。当空腔CAV的泄漏开口OUT存在，声音强度会受到影响。如图5A及图5B所示，采样声音信号SR2与SL2的声音强度的水平会相对低于采样声音信号SR1与SL1的声音强度的水平。在低频部分(例如，从大约100赫兹到大约2000赫兹)中，采样声音信号SR2和SL2的声音强度水平的降低更加明显。音频系统100与控制方法300是用以根据采样声音信号(如图5A与图5B的SR1、SL1、SR2和SL2)在不同频率上的声音强度分布曲线以决定空腔CAV是否具有泄漏开口OUT(参照图2B)。接下来将说明如何根据声音强度分布曲线决定是否有泄漏开口OUT存在的实施例。
请参照图3A，得到采样声音信号的声音强度分布曲线后，步骤S308执行以在一参考频率下撷取采样声音信号的声音强度分布曲线的一部分。步骤S310被执行以将一采样声音信号的声音强度分布曲线的前述部分映射(map)至一近似二次曲线。步骤S312是执行以基于近似二次曲线的至少一参数决定空腔CAV是否具有一泄漏开口OUT。当步骤S312侦测到泄漏开口OUT，会执行步骤S314以提供使用者关于泄漏开口OUT的提醒，使得使用者可因此调整头戴式耳机120的位置。接着，控制方法300可再次执行步骤S302-S31，以验证在步骤S314的调整后使用者是否已适当地穿戴头戴式耳机120。
请参照图6A，其所示为由图5A的采样声音信号SR1所产生的近似二次曲线SR1ap的示意图。在步骤S308，采样声音信号SR1在一参考频率下的声音强度分布曲线的部分SR1ex，此参考频率在本实施例中大约是2000赫兹。在其他实施例中，参考频率在大约1000赫兹到5000赫兹的范围内。在步骤S310，采样声音信号SR1的部分SR1ex被映射到一近似二次曲线SR1ap。
近似二次曲线SR1ap是由一二次曲线的方程式所产生：
y＝A+Bx+Cx2
其中x为沿着频率轴的座标，y为延着强度轴的座标，A、B与C为二次曲线的系数，A为二次曲线的的高度，而C为二次曲线的曲率。
一个二项回归分析会对部分SR1ex执行以找到一个最接近部分SR1ex的二次曲线。在这种情形下，近似二次曲线SR1ap的方程式为：
y＝25.8–4.5x+0.19x2
在步骤S312，相关于近似二次曲线SR1ap的系数(包含有：曲率、高度及/或前述的相关系数)会与参考数值做比较。当近似二次曲线SR1ap的曲率大于0.1(亦即：C>0.1)，近似二次曲线SR1ap的高度大于10(亦即：A>10)，且近似二次曲线SR1ap与部分SR1ex之间的相关系数大于0.8(亦即：γ>0.8)，音频系统100将决定空腔CAV并不存在泄漏开口；否则音频系统100将决定空腔CAV存在有泄漏开口OUT。
在本例中，近似二次曲线SR1ap的曲率为0.19，近似二次曲线SR1ap的高度为25.8，且近似二次曲线SR1ap与部分SR1ex之间的相关系数为0.91。因此，并不存在有泄漏开口对应到采样声音信号SR1。
请参照图6B，其所示为由图5A的采样声音信号SL1所产生近似二次曲线SL1ap的示意图。在步骤S308，采样声音信号SL1在一参考频率下的声音强度分布曲线的部分SL1ex，此参考频率在本实施例中大约是2000赫兹。在步骤S310，采样声音信号SL1的部分SL1ex被映射至一近似二次曲线SL1ap。
一个二项回归分析会对部分SL1ex执行以找到一个最接近部分SL1ex的二次曲线。在这种情形下，近似二次曲线SL1ap的方程式为：
y＝23–3.9x+0.16x2
在步骤S312，相关于近似二次曲线SL1ap的系数(包含有：曲率、高度及/或前述的相关系数)会与参考数值做比较(亦即：C>0.1，A>10，与γ>0.8)。
在本例中，近似二次曲线SL1ap的曲率为0.16，近似二次曲线SL1ap的高度为23,且近似二次曲线SL1ap与采样声音信号SL1的部分SL1ex之间的相关系数为0.91。因此，并不存在有泄漏开口对应到采样声音信号SL1。
请参照图6C，其所示为由图5B的采样声音信号SR2所产生近似二次曲线SR2ap的示意图。在步骤步骤S308，采样声音信号SR2在一参考频率下的声音强度分布曲线的部分SR2ex，此参考频率在本实施例中大约是2000赫兹。在步骤S310,采样声音信号SR2的部分SR2ex被映射到一近似二次曲线SR2ap。
一个二项回归分析会对部分SR2ex执行以找到一个最接近部分SR2ex的二次曲线。在这种情形下，近似二次曲线SR2ap的方程式为：
y＝4.6+1.2x+0.06x2
在步骤S312，相关于近似二次曲线SR2ap的系数(包含有：曲率、高度及/或前述的相关系数)会与参考数值做比较(亦即：C>0.1，A>10，与γ>0.8)。
在本例中，近似二次曲线SR2ap的曲率为0.06，近似二次曲线SR2ap的高度为4.6，且近似二次曲线SR2ap与采样声音信号SR2的部分SR2ex之间的相关系数为0.67。因此，对应到采样声音信号SR2的空腔CAV存在有一溢漏的输出。当音频系统100与控制方法300侦测到右耳机120R有泄漏开口OUT，图3A的控制方法300是执行步骤S314以提供使用者关于泄漏开口OUT的提醒，例如，音频系统100可经由扬声器124播放一警告音，或在控制装置120的显示器显示一提示信息，以促使使用者调整右耳机120R的位置，使得使用者可调整右耳机120R以避免泄漏开口OUT泄漏输出。
请参照图6D，其所示为由图5B的采样声音信号SL2所产生近似二次曲线SL2ap的示意图。在步骤步骤S308，采样声音信号SL2在一参考频率下的声音强度分布曲线的部分SL2ex，此参考频率在本实施例中大约是2000赫兹。在步骤S310，采样声音信号SL2的部分SL2ex被映射到一近似二次曲线SL2ap。
一个二项回归分析会对部分SL2ex执行以找到一个最接近部分SL2ex的二次曲线。在这种情形下，近似二次曲线SL2ap的方程式为：
y＝3.4–0.9x+0.04x2
在步骤S312，相关于近似二次曲线SL2ap的系数(包含有：曲率、高度及/或前述的相关系数)会与参考数值做比较(亦即：C>0.1、A>10，与γ>0.8)。
在本例中，近似二次曲线SL2ap的曲率为0.04，近似二次曲线SL2ap的高度为3.4，且近似二次曲线SL2ap与采样声音信号SL2的部分SL2ex之间的相关系数为0.63。因此，对应到采样声音信号SL2的空腔CAV存在有溢漏的输出。当音频系统100及控制方法300测得左耳机120L存在有泄漏开口OUT，音频系统100可经由扬声器124播放一警告音，或在控制装置120的显示器显示一提示信息，以促使使用者调整左耳机120L的位置。
基于前述实施例，音频系统100与控制方法300可决定使用者是否适当地穿戴右耳机120R及左耳机120L。当右耳机120R或左耳机120L当中至少其一并未被适当穿戴，其可由从右耳机120R或左耳机120L的采样声音信号所侦测。据此，音频系统100与控制方法300可提醒使用者以校正右耳机120R与左耳机120L的位置，以避免图2B的泄漏开口OUT并确保图2A的空腔CAV的密闭状态。
在一些实施例中，图1、图2A，及图2B的音频系统100更可用以执行一耳声传射测试(otoacoustic emission，(OAE)test)以估计使用者是否有听力障碍，如听力损失、外耳道的阻塞(blockage)、中耳积液、耳朵的耳蜗内的外毛细胞(outer hair cell)的损伤。
如图2A及图2B所示，使用者的内耳有一耳蜗COCH。在耳蜗COCH的表面分部有毛细胞(hair cell)。当有声音传送至耳蜗COCH，毛细胞HAC会随着声音的频率震动以感测声音。在耳蜗COCH的一外侧部分的毛细胞HAC主要感测声音的高频部分，而在耳蜗COCH的一内侧部分的毛细胞HAC主要感测声音的低频部分。
当在耳蜗COCH内的毛细胞HAC受到一输入声音的刺激，毛细胞HAC会随着这个刺激震动并产生一耳声传射(OAE)。在本揭示文件的实施例中，头戴式耳机120的扬声器124是用以提供一刺激声音。当声音刺激耳蜗时，毛细胞HAC会因此振动。此振动产生一个几乎听不到的声音并回声到中耳。在本实施例中，这个声音可以被头戴式耳机120的麦克风126所量测。
OAE测试时常是新生儿听力筛检程序的一部分。具有正常听力的人会产生耳声传射。而具有大于30分贝的听力损失(由于中耳的问题)的人则不会产生耳声传射。而由于外毛细胞HAC的疾病而具听力损失的人也不会产生耳声传射。OAE测试可以检测外耳道的阻塞、中耳积液的存在，及/或耳蜗COCH内的外毛细胞HAC的损伤。
请参照图3B，其所示为图3A的控制方法300的更进一步的步骤。如图3B所示，在步骤S312之后，控制方法300还包含有步骤S316、S318以及S320。
如图1、图2A与图3B所示，当头戴式耳机120被适当穿戴时(亦即：没有侦测到泄漏开口)，会执行步骤S316以提供一刺激音频信号给扬声器124，而扬声器124将会将这个刺激声音传播至耳朵。步骤S318会被执行以经由麦克风126接收一对应到刺激音频信号的估算声音信号。执行步骤S320被执行以基于此估算声音信号分析使用者是否具有听力障碍。
在一实施例中，步骤S316-S320采用一短暂音诱发耳声传射(Transient EvokedOAE(TEOAE)测试的方式。在TEOAE测试，此刺激音频信号包含短声(click)刺激或是在1000-4000赫兹的单音调突发刺激(singular-tone burst stimulus)。当使用者具有健康的耳朵，外毛细胞HAC将会产生具有耳声传射特性的回声以回应前述短声刺激或单音调突发刺激(即刺激音频信号)，而由麦克风126所接收的估算声音信号将包含有耳声传射特性的回声。当使用者具有听力障碍，由麦克风126所接收的估算声音信号将不会包含耳声传射特性的回声在内。
在一实施例，步骤S316-S320采用一变频耳声传射(Transient DistortionProduction OAE，DPOAE)测试。在DPOAE测试，刺激音频信号包含在两个不同频率的双音调突发刺激(dual tone stimuluses)。这些双音调突发刺激会同时达到耳蜗COCH。耳蜗COCH的非线性将会对这些双音调突发刺激产生总谐波失真(total harmonic distortion)。当使用者具有健康的耳朵，外毛细胞HAC将会产生变频(distortion production)耳声传射特性的回声以回应这些双音调突发刺激(即刺激音频信号)，而由麦克风126所接收的估算声音信号将会包含变频耳声传射特性的回声在内，而变频耳声传射特性的回声应低于于6分贝。当使用者具有听力障碍，由麦克风126所接收的估算声音信号内的变频耳声传射特性的回声将会低于于6分贝会甚至不存在。
换言之，图1、图2A与图2B所示的音频系统100的头戴式耳机120可通过将刺激音频信号传播至耳朵、接收此估算声音信号，以及通过分析估算声音信号的结果来看此估算声音信号内是否包含耳声传射特性的回声，来检测使用者是否具有听力障碍。
图1、图2A与图2B所示的音频系统100的头戴式耳机120为一耳内式耳机，然而，本揭示文件并不以此为限。请参照图7，其所示为根据本揭示文件其他实施例图1的右耳机120R及控制装置140的示意图。图7所示的右耳机120R为一全罩式耳机。如图7所示，右耳机120R包含一壳体122、一扬声器124以及一麦克风126。与图1、图2A与图2B的耳内式耳机相比，由壳体122及外耳道CAN所构成的空腔CAV较大。然而这并不会影响到图7所示的全罩式右耳机120R的功能和运作。图7所示的全罩式右耳机120R的扬声器124及一麦克风126的功能和运作与前述的耳内式右耳机120R相似，在此便不再赘述。
图2A、图2B与图7的实施例中，麦克风126是在空腔CAV内，且位于扬声器124与耳鼓EDR之间。然而，本揭示文件并不以此为限。请参照图8，其所示为根据本揭示文件其他实施例图1的右耳机120R及控制装置140的示意图。图8所示的右耳机120R为一耳内式耳机。如图8所示，右耳机120R包含一壳体122、一扬声器124以及一麦克风126。与图2A、图2B的耳内式耳机120R或图7的全罩式耳机120R相比，图8的麦克风126是在壳体122之内，且在空腔CAV之外。在本例中，麦克风126不会直接感测到空腔CAV内的声压。空腔CAV内的声压将会产生壳体122的振动，且此振动将传送到麦克风126。麦克风126因此将经由右耳机120R的壳体122的转导而间接地感测空腔CAV内的声压。如此一来，由麦克风126产生的采样声音信号将更进一步由壳体122的一转导系数所调整。转导系数是由壳体122的材料、形状或结构所决定。此转导系数可由头戴式耳机120制造后的测试程序中得到。
在采样声音信号被转导系数校正后，采样声音信号可用以决定空腔是否具有泄漏开口(经由图3A中的步骤S306到步骤S312)。由于图3A中的步骤S306到步骤S312是与前述实施例相似，在此便不再赘述。
由于每个人皆具有自己独特的耳朵结构，即使同一个人的左耳与右耳的结构也不相同。此外，使用者每一次穿戴头戴式耳机120的方式可能也不会完全相同。当相同的音频内容被播送至使用者的耳朵，音频内容将会发生不同程度的失真。音频系统100可执行一控制方法以补偿音频内容以消除由于耳朵结构及/或穿戴头戴式耳机120的方式所导致的失真。
请参照图9，其所示为根据本揭示文件的实施例一控制方法900的示意图。控制方法900是适用于音频系统100以及其相关的图1、图2A、图2B、图7、及图8的实施例或其他等效的音频系统。请注意到，控制方法900的步骤S902-S914是分别由右耳机120R及左耳机120L分别执行。下列关于步骤S902-S912的叙述是平行(同时)或接续性地(一个接一个)地应用至右耳机120R及左耳机120L。
请参照图2A及图9，执行步骤S902以提供用以朝向空腔CAV播放的一参考音频信号至扬声器124。请参照图4，参考音频信号Sref在不同频率上具有一个一致的水平的声音强度。
执行步骤S904以由控制装置140的处理电路144经由麦克风126以接收对应于来自从空腔CAV的参考音频信号Sref的一回声的一采样声音信号。执行步骤S906以由控制装置140的处理电路144从采样声音信号计算在不同频率上的一声音强度分布曲线。请参照图10A，其所示根据本揭示文件的实施例从右耳机120R收集的采样声音信号SR1的在不同频率上的声音强度分布曲线。
请参照图2A、图9与图10A，执行步骤S908以通过处理电路144将采样声音信号SR1在不同频率上的声音强度分布曲线分割成多个频率区段。在图10A所示的实施例，采样声音信号SR1的频率区段被分割成100赫兹-200赫兹、200赫兹-300赫兹、300赫兹-400赫兹，…900赫兹-1000赫兹、1000赫兹-2000赫兹、2000赫兹-3000赫兹、…9000赫兹-10000赫兹，以及10000赫兹-20000赫兹。然而分割方法并不限于此。在一些实施例中，这些频率区段可以被以每100赫兹、每500赫兹、每1000赫兹或每2000赫兹等等来加以分割。
请参照图2A、图9与图10A，执行步骤S910以由处理电路144分别计算采样声音信号SR1在不同频率上的声音强度分布曲线于不同频率区段的声音强度。如图10A所示，区段水平LV1是对应100赫兹-200赫兹所计算出，区段水平LV1b是对应到200赫兹-300赫兹所计算出；区段水平LV1c是对应至300赫兹-400赫兹所计算出；以及，区段水平LV1d是对应至400赫兹-500赫兹所计算出。在本例中，区段水平LV1a是高于区段水平LV1b。区段水平LV1b是高于区段水平LV1c。区段水平LV1c是高于区段水平LV1d。图10A中还有更多区段水平。为了说明简便起见，在这里只解释四个区段水平LV1a-LV1d。而其他区段水平也会被相应地处理。
执行步骤S912以由处理电路144计算不同频率区段的多个等化乘法器以将多个区段水平的每一区段水平补偿至一个一致的水平。请参照图10B，其所示为对应于图10A中的区段水平LV1a-LV1d的等化乘法器EQ1a-EQ1d以补偿采样声音信号SR1。等化乘法器EQ1a-EQ1d的水平是与区段水平LV1a-LV1d的水平呈负相关。在本例中，等化乘法器EQ1a是低于等化乘法器EQ1b、等化乘法器EQ1b是低于等化乘法器EQ1c，而等化乘法器EQ1c是低于等化乘法器EQ1d。在一些实施例中，等化乘法器EQ1a-EQ1d与相对应的区段水平LV1a-LV1d的乘积等于1。
执行步骤S914以由处理电路144储存不同频率区段的多个等化乘法器(包含有EQ1a-EQ1d)以作为补偿滤波器。在一些实施例中，补偿滤波器是储存在储存媒体142。换言之，补偿滤波器是根据采样声音信号SR1在不同频率上的声音强度分布曲线而产生。补偿滤波器是用以补偿由于音频播放状态(包含耳朵结构及/或耳机位置)所生的失真。
当音频系统100将要播放一音频内容信号(如一音轨、一首歌、一声音信息或任何音频数据)，补偿滤波器会由处理电路144所使用以在传送至扬声器1245之前将补偿滤波器应用在音频内容信号，以强化/减少音频内容信号在不同频率区段的强度的程度。因此，使用者所听到的音频内容信号可以具有较少的失真。基于控制方法900，左耳与右耳的补偿滤波器可以各自依据从两个耳朵所生的采样声音信号而分别产生。因此，补偿滤波器将可依据特定使用者的特定耳朵而客制化。控制方法900可以在每次音频内容信号被传送至扬声器124之前执行，补偿滤波器因此将可不时动态调整。
虽然本揭示内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭示内容，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (22)

1.一种音频系统，其特征在于，该音频系统包含：
一头戴式耳机，包含：一壳体，当该头戴式耳机配戴在一耳朵上时，该壳体用以与该耳朵的一外耳道共同形成一空腔；一扬声器，设置于该壳体内；以及一麦克风，设置于该壳体内；以及
一控制装置，耦接至该头戴式耳机，其中该控制装置用以：
提供该扬声器向该空腔播放的一参考音频信号；
通过该麦克风接收来自于该空腔对应于该参考音频信号的一回声的一采样声音信号；
由该采样声音信号计算在不同频率上的一声音强度分布曲线；以及
根据在不同频率上的该声音强度分布曲线决定该空腔是否具有一泄漏开口。
2.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，该参考音频信号在不同频率上具有一恒定水平的声音强度。
3.根据权利要求2所述的音频系统，其特征在于，该控制装置更用以：
在一参考频率下撷取该声音强度分布曲线的一部分；
将该声音强度分布曲线的该部分映射为一近似二次曲线；以及
基于该近似二次曲线的至少一系数决定该空腔是否具有该泄漏开口。
4.根据权利要求3所述的音频系统，其特征在于，该至少一系数包含该近似二次曲线的一曲率、该近似二次曲线的一高度、或该声音强度分布曲线的该部分与该近似二次曲线之间的一相关系数。
5.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，该麦克风位于该扬声器以及该外耳道之间，且该麦克风设置于该空腔内。
6.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，该麦克风设置于该空腔外，而该采样声音信号是由该壳体的一转导系数所调整。
7.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，该控制装置用以：
提供一刺激音频信号至该扬声器；
经由该麦克风接收对应于该刺激音频信号的一估算声音信号；以及
基于该估算声音信号分析该头戴式耳机的一使用者是否具有听力障碍。
8.根据权利要求1所述的音频系统，其特征在于，该控制装置更用以：
根据在不同频率上的该声音强度分布曲线制造一补偿滤波器；以及
在一音频内容信号传送到该扬声器之前，将该补偿滤波器应用于该音频内容信号。
9.根据权利要求8所述的音频系统，其特征在于，该控制装置更用以：
将在不同频率上的该声音强度分布曲线分割成多个频率区段；
分别计算该声音强度分布曲线在不同频率区段的多个声音强度的区段水平；
计算在该不同频率区段的多个等化乘法器以将该多个区段水平的每一区段水平补偿至一恒定水平；以及
将在该不同频率区段的该多个等化乘法器储存为该补偿滤波器。
10.一种音频系统，其特征在于，该音频系统包含：
一头戴式耳机，其包含有：一壳体，当该头戴式耳机配戴在一耳朵上时，该壳体与该耳朵的一外耳道共同形成一空腔；一扬声器，设置于该壳体内；以及一麦克风，设置于该壳体内；以及
一控制装置，耦接至该头戴式耳机，其中该控制装置用以：
提供该扬声器向该空腔播放的一参考音频信号；
通过该麦克风接收来自于该空腔对应于该参考音频信号的一回声的一采样声音信号；
由该采样声音信号计算在不同频率上的一声音强度分布曲线；以及
根据在不同频率上的该声音强度分布曲线决定该空腔是否具有一泄漏开口。
11.根据权利要求10所述的音频系统，其特征在于，该控制装置更用以在一音频内容信号传送到该扬声器之前，将该补偿滤波器应用至该音频内容信号。
12.根据权利要求10所述的音频系统，其特征在于，该控制装置更用以：
将在不同频率上的该声音强度分布曲线分割成多个频率区段；
分别计算该声音强度分布曲线在不同频率区段的多个声音强度的区段水平；
计算该不同频率区段的多个等化乘法器以将该多个区段水平的每一区段水平补偿至一恒定水平；以及
将该不同频率区段的该等化乘法器储存为该补偿滤波器。
13.根据权利要求10所述的音频系统，其特征在于，该麦克风是位于该扬声器以及该外耳道之间，且该麦克风设置于该空腔内。
14.根据权利要求10所述的音频系统，其特征在于，该麦克风设置于该空腔外，而该采样声音信号是由该壳体的一转导系数所调整。
15.一种控制方法，其特征在于，该控制方法适用于一头戴式耳机，该控制方法包含：
提供朝向一空腔播放的一参考音频信号，该空腔由该头戴式耳机以及一耳朵的一外耳道所构成；
由该头戴式耳机接收来自于该空腔对应于该参考音频信号的一回声的一采样声音信号；
由该采样声音信号计算在不同频率上的一声音强度分布曲线；以及
根据在不同频率上的该声音强度分布曲线决定该空腔是否具有一泄漏开口。
16.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，该控制方法包含：
在一参考频率下撷取该声音强度分布曲线的一部分；
将该声音强度分布曲线的该部分映射为一近似二次曲线；以及
基于该近似二次曲线的至少一参数决定该空腔是否具有该泄漏开口。
17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于，该至少一系数包含该近似二次曲线的一曲率、该近似二次曲线的一高度、或该声音强度分布曲线的该部分与该近似二次曲线之间的一相关系数。
18.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，该控制方法包含：
提供要朝向由该头戴式耳机以及一耳朵的一外耳道所构成的一空腔播放的刺激音频信号：
由该头戴式耳机接收对应至该刺激音频信号的一估算声音信号；以及
基于该估算声音信号分析该头戴式耳机的一使用者是否具有听力障碍。
19.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，还包含：
根据在不同频率上的该声音强度分布曲线制造一补偿滤波器；以及
在一音频内容信号传送到该扬声器之前，将该补偿滤波器应用于该音频内容信号。
20.根据权利要求19所述的控制方法，其特征在于，还包含：
将在不同频率上的该声音强度分布曲线分割成多个频率区段；
分别计算该声音强度分布曲线在不同频率区段的多个声音强度的区段水平；
计算在该不同频率区段的多个等化乘法器以将该多个区段水平的每一区段水平补偿至一恒定水平；以及
将在该不同频率区段的该多个等化乘法器储存为该补偿滤波器。
21.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，还包含：
根据该头戴式耳机的一转导参数调整该采样声音信号。
22.根据权利要求15所述的控制方法，其特征在于，该参考音频信号在不同频率上具有一恒定水平的声音强度。
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