CN109076283B - 耳机的音色补偿装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种耳机的音色补偿装置及方法。根据本发明的耳机的音色补偿装置(方法)，被配置为：由参数抽取部，从入耳式麦克风和非入耳式麦克风所传导到的声波信号，抽取各个频率的相位及振幅参数；由参数比较部，分别对所抽取到的入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数和非入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数进行比较；并由参数补偿部，对于检测值之间存在差异的参数，补偿为非入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数。

Description

耳机的音色补偿装置及方法
技术领域
本发明涉及一种耳机。更具体地，涉及一种用于补偿用户音色的耳机的音色补偿装置及方法。
背景技术
近来，对于将扬声器和麦克风一体化的耳机的提议比较多。
这种耳机可在一个物体(Body)上执行将声响传导到外耳道的功能以及对用户的声音进行集音的功能。因此，扬声器通常是朝向外耳道的，以用于传导声响，而麦克风则显露于外部，以用于对用户的声音进行集音。
但是，显露于外部的麦克风对用户的声音进行集音的同时，还会对外部噪音也进行集音。
为了解决外部噪音问题，也曾有提议，将耳机的麦克风(入耳式麦克风)朝向外耳道方向设置，但是，从声带通过咽鼓管传导到鼓膜上的声音的频率为0～2KHz左右的低音域，因此，仅利用输入于入耳式麦克风的低音域，来复原原声存在困难。
为了解决这种高音域丢失的问题，也曾有提议，配置多个麦克风，并合成输入于麦克风的相互不同频带频率的声音，以复原原声的技术。即，同时配置设于外耳道侧的入耳式(In-Ear)麦克风和设于耳廓外侧的非入耳式(Out-Ear)麦克风，并将分别借助入耳式麦克风和非入耳式麦克风而输入的相互不同频带频率的声音，从而，复原原声。
但是，从声带传导耳朵鼓膜的内耳声波(Inner sound)的特性因人而异。因此，当对其适用同样的高音复原算法时，会出现被复原的声音与实际用户的的声音不同的问题。
鉴于此，考虑到每个用户所具有的不同内耳特性，有必要对复原算法进行改良。
发明内容
本发明目的在于，提供一种耳机的音色补偿装置及方法，其通过比较输入到入耳式麦克风和非入耳式麦克风的声音，来补偿用户的音色。
为了实现上述所述的目的，本发明的耳机的音色补偿装置，包括：入耳式麦克风，其用于集音从声带传到耳朵鼓膜的内耳声波；非入耳式麦克风，其用于集音从声带传到口腔外部的外部声波；声波复原部，其通过比较从所述入耳式麦克风和从所述非入耳式麦克风所传导到的声波信号的各个参数，以复原声音。
这时，还可包括：频带展宽部，其用于从输出自所述入耳式麦克风的声波信号和输出自所述声波复原部的声波信号展宽频带。
另外，本发明的耳机的音色补偿装置，包括：入耳式麦克风，其用于集音从声带传到耳朵鼓膜的内耳声波；频带展宽部，其用于将频带从低音域的内耳声波展宽至高音域的内耳声波；非入耳式麦克风，其用于集音从声带传到口腔外部的外部声波；及声波复原部，其通过比较从所述频带展宽部输出的声波信号和所述非入耳式麦克风所传导到的声波信号的各个参数，以复原声音。
在此，所述声波复原部，包括：参数抽取部，其用于从所传导到的声波信号抽取多个参数；参数比较部，其用于比较各个参数的检测值；及参数补偿部，其用于将所述检测值之间存在差异的参数，补偿为所述非入耳式麦克风的参数值，其中，所述参数可包括对于声波的各个频率的相位及振幅。
另外，本发明的耳机的音色补偿方法，包括如下步骤：由入耳式麦克风集音从声带传到耳朵的鼓膜上的内耳声波，由非入耳式麦克风集音从声带传到口腔外部的外部声波的步骤；由参数抽取部从所述入耳式麦克风和所述非入耳式麦克风所传导到的声波信号抽取各个频率的相位及振幅参数的步骤；由参数比较部，分别比较所抽取到的所述入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数和所述非入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数的步骤；及由参数补偿部，对于检测值之间存在差异的参数，补偿为所述非入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数的步骤。
这时，还可包括如下步骤：由频带展宽部，从输出自所述入耳式麦克风的声波信号和输出自所述参数补偿部的声波信号展宽频带的步骤。
另外，本发明的耳机的音色补偿方法，包括如下步骤：由入耳式麦克风集音从声带传到耳朵的鼓膜上的内耳声波，由非入耳式麦克风集音从声带传到口腔外部的外部声波的步骤；由频带展宽部，将所述入耳式麦克风声波信号的频带，展宽为高音域的声波信号的步骤；由参数抽取部，从所述频带展宽部和所述非入耳式麦克风所传导到的声波信号，抽取各个频率的相位及振幅参数的步骤；由参数比较部，分别比较所抽取到的所述频带展宽部的各个频率的相位及振幅参数和所述非入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数的步骤；及由参数补偿部，对于检测值之间存在差异的参数，补偿为所述非入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数的步骤。
如上述所述，根据本发明的耳机的音色补偿装置及方法，通过比较输入于入耳式麦克风和非入耳式麦克风的声音，来复原用户的声音，从而能够为用户本人及谈话对象提供舒适感。
附图说明
图1图示了根据本发明一实施例的耳机的音色补偿装置的构成图；
图2图示了根据本发明另一实施例的耳机的音色补偿装置的构成图；
图3图示了根据本发明一实施例的声波复原部的构成图；
图4图示了根据本发明一实施例的频带展宽部的构成图；
图5图示了根据本发明一实施例的耳机的音色补偿方法的流程图；
图6图示了根据本发明另一实施例的耳机的音色补偿方法的流程图；
图7图示了本发明的音色补偿概念图；
图8图示了通过应用程序(APP)实施音色补偿过程的图。
具体实施方式
以下，参照本发明优选实施例及附图，对本发明进行详细说明，且其说明前提为附图上的等同的附图标记指等同的构成要素。
发明的具体实施方式或者权利要求范围中，当某一构成要素“包括”另一构成要素时，在并未记载与其特别相反的记载内容的情况下，其不应被理解为是仅由一个相应构成要素构成，而应被理解为是还可包括其他的构成要素。
另外，发明的具体实施方式或者权利要求范围中，以“～方法”、“～部”、“～模块”、“～方块”命名的构成要素意指处理至少一个以上的功能或者动作的单位，这些各个构成要素可由软件或硬件，或者这些结合实施。
以下，通过特定实施例来说明实施本发明的耳机的音色补偿装置及方法的一例。
图1图示了根据本发明一实施例的耳机的音色补偿装置的构成图。
参照图1，本发明的耳机的音色补偿装置，包括：入耳式麦克风1，其用于集音从声带传到耳朵鼓膜的内耳声波；非入耳式麦克风2，其用于集音从声带传到口腔外部的外部声波；声波复原部3，其通过比较从入耳式麦克风1和非入耳式麦克风2传导到的声波信号的各个参数，以用于复原声音。
在此，本发明的耳机的音色补偿装置，还可包括：频带展宽部4，其用于从输出自入耳式麦克风1的声波信号和输出自声波复原部3的声波信号展宽频带。
图2图示了根据本发明另一实施例的耳机的音色补偿装置的构成图。
参照图2，本发明的耳机的音色补偿装置，包括：入耳式麦克风1，其用于集音从声带传到耳朵鼓膜的内耳声波；频带展宽部4，其用于将频带从低音域的内耳声波展宽至高音域的内耳声波；非入耳式麦克风2，其用于集音从声带传到口腔外部的外部声波；声波复原部3，其通过比较从频带展宽部4输出的声波信号和非入耳式麦克风2传导到的声波信号的各个参数，以用于复原声音。
图3图示了本发明的声波复原部的构成图。
参照图3，本发明的声波复原部3，包括：参数抽取部31，其用于从由入耳式麦克风1及非入耳式麦克风2所传导的声波信号抽取多个参数；参数比较部32，其用于比较入耳式麦克风1和非入耳式麦克风2的各个参数的检测值；参数补偿部33，其用于将检测值之间存在差异的参数补偿为非入耳式麦克风2的参数值。
在此，参数包括对于声波的各个频率的相位及振幅。即，从包括各个频率的相位及振幅的正弦波信号的要素抽取参数。
所述的参数抽取部31可分别设于入耳式麦克风1和非入耳式麦克风2。
另外，本实施例中，说明了对于与声波相关的参数之间执行的实时比较，但是，参数之间的比较也可通过比较存储各个参数的标准值的存储器来执行。因此，可执行用于设定各个参数的标准值的过程。
如上所述构成的本发明的声波复原部3被配置为，用于从分别由入耳式麦克风1及非入耳式麦克风2所传导的各个声波信号抽取对于各个频率的相位及振幅参数。并对所抽取到的入耳式麦克风1的各个频率的相位及振幅参数与非入耳式麦克风2的各个频率的相位及振幅参数分别进行比较之后，将对于其检测值之间存在差异的参数补偿为非入耳式麦克风2的各个频率的相位及振幅参数。
图4图示了本发明一实施例的频带展宽部的构成图。
参照图4，根据本发明的频带展宽部4，包括：第一线性预测分析部61，其用于从所输入的超窄带信号(Super-Narrowband signal)来确定激励信号(excitation signal)；激励信号展宽部62，其通过利用谱折叠方法或者高斯噪音带通调制方法等，将所确定的激励信号输出为宽带激励信号，以生成声响；高频波谱展宽部63，其通过加倍(N倍)超窄带信号的频率，以将其展宽为包括高频频带信号的宽带信号；第二线性预测分析部64，其用于从所被展宽的宽带信号来推断及确定高频频带信号；过滤部65，其用于对从第二线性预测分析部64所输出的高频频带信号进行过滤；合成部66，其用于合成从过滤部65输出的高频频带信号和从激励信号展宽部62输出的宽带激励信号；混声部67，其用于混声从合成部66输出的高频信号和超窄带信号。如上所述，本发明的频带展宽部4被配置为，其由高频信号生成部和混声部67构成，所述高频信号生成部为，通过合成从超窄带信号(Super-Narrowbandsignal)展宽的激励信号(excitation signal)和通过加倍超窄带信号的频率而展宽并过滤的高频频带信号，以生成高频信号，所述混声部67为，用于混声高频信号和超窄带信号。
作为高频波谱展宽部63的一例，将超窄带信号(0～2KHz)上采样至2倍时，所上采样的信号会在4KHz中采样。因此，从高频波谱展宽部63输出的信号将具有等同于0～4KHz频带的波谱，而在高频频带4～8KHz中则会具有与被折叠的输入信号等同的波谱。利用该波谱来推断高频频带信号。因此，过滤部65将抽取4～8KHz频带的声波信号。然后，在合成部66合成0～4KHz频带的声波信号和，4～8KHz频带的声波信号，接着，对从合成部66所输出的高频声波和展宽之前的超窄带信号(0～2KHz)进行混声，并最终将其复原为高音域。
如上所述，本发明的频带展宽部4被配置为，即便超窄带信号(Super-Narrowbandsignal)被输入至入耳式麦克风1，也能够复原为高音域。即，通常的高音复原算法为将0～4KHz展宽至8KHz，而与此相反，本发明能够对通过入耳式麦克风1输入的未满2KHz的超窄带信号进行复原。不仅如此，本发明在明显降低了计算量的同时，仍能够复原高音域。
本发明中，并不执行通过基于线性预测符号化的算法来预测频率并进行展宽的计算，而是通过高频波谱展宽(High Frequency Spectr um Extension)来执行单纯的频率展宽。即，省略了通过预测频率并将其实时地展宽的计算，而是，通过利用整流器(rectifier)、谱折叠(spectral folding)、调制(modulation)方法，只对频率进行展宽。因此，能够大幅降低计算量。
如上所述，通过在高频波谱展宽部63仅对频率进行单纯的展宽，从而输出宽带信号之后，对其进行线性预测分析之后，并不使用通过线性预测模式执行频率展宽，而是利用过滤器仅执行单纯的过滤。即，在无频带扩张的情况下，可执行靠近原音(高音域)的过滤。之后，合成所过滤的结果和激励信号展宽的信号，就能够生成高频信号。继而，最终混声高频信号和通过入耳式麦克风1输入的超窄带信号，就能够复原高音域。
那么，接下来，说明利用上述所述的系统的本发明的耳机的音色补偿方法。
图5图示了根据本发明一实施例的耳机的音色补偿方法的流程图。
参照图5，用户发出声音之后，入耳式麦克风1用于集音从声带传到耳朵的鼓膜上的内耳声波，而非入耳式麦克风2用于集音从声带传到口腔外部的外部声波(S1)。
然后，参数抽取部31被配置为，从入耳式麦克风1和非入耳式麦克风2所传导到的声波信号抽取各个频率的相位及振幅参数(S2)。
继而，参数比较部32被配置为，分别比较所抽取到的入耳式麦克风1的各个频率的相位及振幅参数和非入耳式麦克风2的各个频率的相位及振幅参数(S3)。
然后，参数补偿部33被配置为，对于检测值之间存在差异的参数，补偿为非入耳式麦克风2的各个频率的相位及振幅参数(S4)。
另外，频带展宽部4被配置为，还可从输出自入耳式麦克风1的声波信号和输出自参数补偿部33的声波信号展宽频带的过程(S5)。
图6图示了根据本发明另一实施例的耳机的音色补偿方法的流程图。
参照图6，用户发出声音之后，入耳式麦克风1用于集音从声带传到耳朵的鼓膜上的内耳声波(S11)，这时，频带展宽部4将低音域的内耳声波展宽为高音域的内耳声波(S12)。另外，非入耳式麦克风2用于集音从声带传到口腔外部的外部声波(S11)。
然后，参数抽取部31被配置为，从频带展宽部4和非入耳式麦克风2所传导到的声波信号抽取各个频率的相位及振幅参数(S13)。
继而，参数比较部32被配置为，分别比较所抽取到的频带展宽部4的各个频率的相位及振幅参数和非入耳式麦克风2的各个频率的相位及振幅参数(S14)。
然后，参数补偿部33被配置为，对于检测值之间存在差异的参数，补偿为非入耳式麦克风2的各个频率的相位及振幅参数(S15)。
图7图示了本发明音色补偿的概念图。
参照图7，本发明采用通过比较外部信号和内部信号，来调整频率响应特性的流程。
图8图示了通过应用程序(App)来实施音色补偿的过程的图。
作为一例，在智能手机等中开启应用程序(App)来设定参数标准值的过程及实施音色补偿的过程的流程图。
参照图8，确认智能手机和耳机的有线、无线连接状态(S21)。
当并未设定参数标准值时，进行对参数标准值进行设定的过程。
在智能手机和耳机连接的状态下，输入用户声音(S22)。这时，优选地，输入用户声音之前，先确认从非入耳式麦克风2输入的噪音，以使得当噪音值为设定值以下时，实施用户声音输入。
朗读应用程序(App)中所指引的文章时，从输出自入耳式麦克风1和非入耳式麦克风2的声波信号，抽取各个频率的相位及振幅参数(S23)。
继而，分别比较所抽取到的入耳式麦克风1的各个频率的相位及振幅参数和非入耳式麦克风2的各个频率的相位及振幅参数(S24)。
对于检测值之间存在差异的参数，以非入耳式麦克风2的各个频率的相位及振幅参数作为标准，而确定补偿值(S25)。
然后，将补偿值存储于存储器中(S26)。
以后，存储于存储器中的补偿值可被利用于声音复原。即，对于从入耳式麦克风传导到的声波信号，适用存储于存储器中的补偿值，而实施声音的复原。
以上，通过举几个实施例，介绍了本发明的技术思想。
显而易见地，本发明所述领域技术人员可通过本发明中所记载的内容，能够对于所述实施例进行多种变形或者变更。另外，显而易见地，对于虽然并未明示于附图或者予以说明的事项，本发明所属领域技术人员可通过本发明中所记载的事项，对其进行包括本发明技术思想的多样形态的变形，且其仍属于本发明权利要求范围。参照附图所说明的上述实施例仅用于说明本发明，本发明的权利要求范围并不受限于这些实施例。

Claims (3)

1.一种耳机的音色补偿装置，其特征在于，
包括：
入耳式麦克风，其用于集音从声带传到耳朵鼓膜的内耳声波；
频带展宽部，其用于将频带从低音域的内耳声波展宽至高音域的内耳声波；
非入耳式麦克风，其用于集音从声带传到口腔外部的外部声波；及
声波复原部，其通过比较从所述频带展宽部输出的声波信号和所述非入耳式麦克风所传导到的声波信号的各个参数，以复原声音，
随着用户的声波的输入，所述声波复原部从所述频带展宽部和所述非入耳式麦克风所传导到的声波信号抽取对于各个频率的相位及振幅参数，
所述声波复原部通过对所抽取到的所述频带展宽部的各个频率的相位及振幅参数和所述非入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数分别进行比较，对于检测值之间存在差异的参数，以所述非入耳式麦克风的各个频率的相位及振幅参数作为标准，而确定补偿值，
所述声波复原部根据确定的所述补偿值对通过所述频带展宽部展宽的所述内耳声波进行补偿，从而复原用户的声音。
2.根据权利要求1所述的耳机的音色补偿装置，其特征在于，
所述频带展宽部在用于合成通过调制从所述入耳式麦克风输出的超窄带信号而成的宽带激励信号和高频频带信号以后，混声所合成的信号和所述超窄带信号。
3.根据权利要求1所述的耳机的音色补偿装置，其特征在于，
所述声波复原部用于将确定的所述补偿值预先存储于存储器中，并且，当通话时，从所述存储器提取补偿值，以补偿通过所述频带展宽部展宽的所述内耳声波。
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