CN109769165A - 外耳式耳机装置和方法 - Google Patents

Abstract

耳机设置有一对扬声器，所述扬声器适于悬挂在远离所述收听者的耳朵一定距离处并且可在多个测试位置之间移动。至少一个传声器适于定位在所述收听者的耳朵中的一个附近。控制器与所述一对扬声器通信。所述控制器被编程为激活所述一对扬声器以在多个测试位置处产生测试声音。所述控制器基于在所述多个测试位置处的所述测试声音中的每一个从所述传声器接收回放信号。基于所述传声器接收的所述回放信号确定头部相关传输函数(HRTF)。

Description

外耳式耳机装置和方法

技术领域

本公开总体上涉及音频耳机。

背景技术

耳机通常围绕耳朵密封或物理地插入耳道，形成紧密密封以减少外部噪音并将声学驱动器定位在紧密接近耳朵的位置。虽然耳机允许单个用户收听音频源并提供与外部噪音的良好隔离，但是耳机可能使用户不知道他们的周围环境。此外，使用耳机的用户的收听体验可能不自然，使得声音出现在耳朵之间或收听者的头部内。

发明内容

根据至少一个实施方案，耳机设置有一对扬声器，其适于悬挂在远离收听者的耳朵一定距离处并且可在多个测试位置之间移动。至少一个传声器适于定位在收听者的耳朵中的一个附近。控制器与所述一对扬声器通信。控制器被编程为激活所述一对扬声器以在多个测试位置处产生测试声音。控制器基于在多个测试位置的每个测试声音从传声器接收回放信号。基于传声器接收的回放信号确定头部相关传输函数(HRTF)。

在另一个实施方案中，耳机具有头带和一对可移动支柱。所述一对可移动支柱中的每一个在近端处附接到头带，在远端处保持一对扬声器中的一个。

在另一个实施方案中，所述一对可移动支柱中的每一个是可伸展的，以改变扬声器中的每一个悬挂远离头带的距离。

在另一个实施方案中，耳机具有沿头带的中心部分定位的旋转毂。所述一对可移动支柱连接成围绕旋转毂旋转。

在另一个实施方案中，旋转毂具有伺服器。伺服器在多个测试位置之间自动移动可移动支柱。

在另一个实施方案中，控制器被编程为命令伺服器将所述一对扬声器移动到多个测试位置。

在另一个实施方案中，控制器被编程为命令所述一对扬声器移动到收听位置。控制器被编程为基于HRTF将音频滤波器应用于每个扬声器的音频输出，从而生成与每个扬声器处的收听位置方向不同的定向声音输出。

在另一个实施方案中，控制器被编程为基于回放信号确定最佳收听位置。控制器命令扬声器移动到最佳收听位置。

在另一个实施方案中，控制器被编程为确定所述一对扬声器中的每一个的串扰消除因子。

根据至少一个其他实施方案，外耳式耳机设置有头带和连接到头带的一对声学驱动器。声学驱动器适于悬挂在远离收听者的耳朵一定距离处并且可在多个测试位置之间移动。至少一个传声器适于邻近收听者的耳朵中的一个定位。当在多个测试位置中的每一个处驱动声学驱动器时，基于传声器接收的信号确定用户特定的头部相关传输函数(HRTF)。

在另一个实施方案中，耳机具有连接到头带的一对传声器。所述对传声器中的一个适于定位在收听者的每个耳朵内。

在另一个实施方案中，耳机具有沿头带定位的旋转毂。所述一对声学驱动器可围绕旋转毂旋转到相对于收听者的耳朵的多个测试角度。

在另一个实施方案中，耳机具有一对可移动支柱，其连接成围绕旋转毂旋转并连接到所述一对声学驱动器。旋转毂包括多个锁定特征。所述一对可移动支柱适于接合多个锁定特征中的一个，以在多个测试位置之间移动可移动支柱。

在另一个实施方案中，耳机具有一对可移动支柱，其连接成围绕旋转毂旋转并连接到所述一对声学驱动器。旋转毂包括连接到头带和所述一对可移动支柱的马达。马达在多个测试位置之间自动移动可移动支柱。

根据至少一个实施方案，提供了一种方法。该方法包括提供具有一对扬声器和至少一个适于定位在用户耳朵附近的传声器的耳机。所述一对扬声器被移动到多个测试位置，每个测试位置与用户的耳朵间隔开一定距离。利用传声器从在多个测试位置中的每一处的所述一对扬声器测量回放测试信号。基于由所述一对传声器测量的回放测试信号确定头部相关传输函数(HRTF)。

在另一个实施方案中，该方法包括命令所述一对扬声器移动到多个测试位置。

在另一个实施方案中，该方法包括在将所述一对扬声器移动到多个测试位置中的每一个之后，命令所述一对扬声器移动到收听位置。

在另一个实施方案中，该方法包括确定所述一对扬声器中的左扬声器的左HRTF以及确定所述一对扬声器中的右扬声器的右HRTF。

在另一个实施方案中，该方法包括确定左扬声器和右扬声器中的每一个的串扰消除因子。

在另一个实施方案中，该方法包括基于回放测试信号确定最佳收听位置。命令扬声器移动到最佳收听位置。

附图说明

图1示出了根据一个实施方案的外耳式耳机组件的示意性顶视图。

图2示出了图1的外耳式耳机组件和多个位置处的声学换能器。

图3是示出使用图1的外耳式耳机组件的方法的流程图。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的详细实施方案；然而，应理解，所公开的实施方案仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。这些附图不一定是按比例绘制的；某些特征可能被放大或最小化以显示特定组件的细节。因此，本文公开的具体的结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

图1示出了具有扬声器或用于生成声波的声学驱动器12的外耳式耳机组件10。典型的耳机类型通常包括三种类型中的一种，所有类型都具有接触用户头部或耳朵的耳机。例如，贴耳式耳机定位在用户耳朵的顶部，耳罩式耳机围绕用户的耳朵，或者耳内式耳机定位在用户的耳朵内。然而，当在这些典型耳机上再现多声道或立体声时，对于收听者而言存在缺点。立体声录音通常意味着通过扬声器再现，诸如5.1和7.1环绕声系统，或者甚至是双声道立体声系统，而不是通过耳机回放。当在典型的耳机中再现立体声录音时，在耳朵之间或收听者头部内线上出现的立体声全景的结果可能是不自然且令人疲劳的聆听体验。

与这些典型的耳机组件不同，外耳式耳机组件10允许声音似乎是定向立体声环绕声。外耳式耳机组件10将声学驱动器12定位在与用户耳朵间隔开的一定距离处，并且不接触用户的头部。音频信号被提供给外耳式耳机组件10，其用于驱动声学驱动器12以向用户提供可听声音。

外耳式耳机组件10包括头带14，用于将外耳式耳机组件固定到用户的头部。可移动支柱16附接到头带14和声学驱动器，并允许声学驱动器定位在相对于用户头部的各个位置处。每个可移动支柱16在近端18处连接到头带14并且将所述一对声学驱动器12中的一个保持在远端20处。另外，支柱16可以是可伸展的，以改变支柱16的长度，从而改变每个声学驱动器12悬挂远离头带的横向距离。通过延长支柱16的长度，可以进一步调整外耳式耳机组件10的尺寸以适应用户的特定头部尺寸。在一个实施方案中，声学驱动器12可以悬挂在距离用户耳朵8到16英寸的位置。然而，声学驱动器12可以与用户的耳朵间隔更远的距离。在另一个实施方案中，声学驱动器12可以与用户的耳朵间隔5到9英寸的距离。在又一个实施方案中，声学驱动器可以悬挂在远离用户耳朵2到5英寸的位置。

外耳式耳机组件10还包括沿着头带14的中心部分(诸如沿着用户头部的冠部)定位的旋转毂26。可移动支柱16连接在近端18处以围绕旋转毂26旋转。旋转毂26还可包括用于控制可移动支柱的旋转的马达28。例如，马达28可以是伺服马达或其他小马达，其可以附接到头带14并且重量轻。马达28适于在多个测试位置之间自动移动可移动支柱16。外耳式耳机组件10还可包括多个锁定特征，其允许支柱由用户手动移动。锁定特征可以是对应于每个测试位置的棘爪或凹口。

至少一个传声器30也设置有外耳式耳机组件10。如图1所示，外耳式耳机组件10包括一对传声器30。所述一对传声器30适于定位在收听者的左耳道和右耳道32的开口附近或其中。传声器30可以连接到头带14的下端，以定位在用户的耳道处或其中。如下所述，传声器30可用于确定用户特定的头部相关传输函数(HRTF)，并且在这种使用之后将能够从耳机组件10断开以便存储。

在另一个实施方案中，每个传声器30可以包括多个传声器或传声器阵列，诸如前传声器和后传声器。传声器30可以是全向的，但是可以使用具有不同极性模式的其他类型的定向传声器，诸如单向或双向传声器。这些传声器将被放置在耳廓内和耳廓周围的不同位置，以避免这种传声器需要放置在耳道中，这对于一些用户来说可能是不舒服的。

外耳式耳机组件10还可以具有控制器40，控制器40与所述一对声学驱动器12和传声器通信，以确定用户特定的HRTF。控制器40可以是集成在外耳式耳机组件10中的微控制器，或者控制系统可以实现为或结合到各种设备中，例如个人计算机(PC)、平板PC、个人数字助理(PDA)、移动设备、掌上电脑、膝上型计算机、台式计算机、通信设备、无线电话、音频设备或能够执行一组指令(顺序的或其他的)的任何其他机器，该指令指定由该机器采取的动作。

耳机组件10和控制器40可以包括附加的控制模块。术语“模块”可以被定义为包括多个可执行模块。如本文所述，模块被定义为包括软件、硬件或可由处理器执行的硬件和软件的某种组合。软件模块可以包括存储在存储器中的指令，该指令可由处理器或另一处理器执行。硬件模块可包括可由处理器执行、定向和/或控制性能的各种设备、组件、电路、门、电路板等。

例如，耳机组件10和控制器40可以包括与每个传声器30相关联的模数转换器(ADC)，以将模拟音频信号转换为数字格式。控制器还可包括数字信号处理器(DSP)，用于处理数字化传声器信号并向声学驱动器12提供输出信号。因此，外耳式耳机组件10还可包括与每个声学驱动器12相关联的数字模拟转换器DAC和/或扬声器驱动器(未示出)。此外，虽然示出了单个控制器，但是控制器可以包括任何控制模块的集合，这些控制模块单独地或联合地执行一组或多组指令以执行例如一个或多个计算机或控制功能。

另外，外耳式耳机组件10与提供音频输入信号的音频设备或电子音频源通信。外耳式耳机组件10可包括可连接到电子音频源以从其接收音频信号的电线和适配器(未示出)。音频设备的示例包括放大器、光盘播放器、电视、车辆音响主机、收音机、家庭影院系统、音频接收器、MP3播放器、音频耳机、电话或能够生成可由收听者感知的音频信号和/或可听声音的任何其他设备。在特定示例中，外耳式耳机组件10可以使用提供语音、音频、视频或数据通信的无线电子设备(诸如智能手机)进行通信。

外耳式耳机组件10可包括左扬声器50和右扬声器52，用于响应于输入的音频信号生成声波。例如，左扬声器50可以从DSP接收左耳机输出信号(LH)，并且右扬声器52可以从DSP接收右耳机输出信号(RH)。因此，外耳式耳机组件10还可包括与每个扬声器50、52相关联的数模转换器DAC和/或扬声器驱动器(未示出)。

如图2和图3所示，外耳式耳机组件10可用于确定对于佩戴外耳式耳机组件10的收听者而言是用户特定的头部相关传输函数(HRTF)。HRTF是一种响应，表征耳朵如何从空间中的某个点接收声音。用于两耳的一对HRTF可用于合成似乎来自空间中特定点的双耳声音。例如，HRTF可以被设计为在收听者面前(例如，在相对于收听者的±30度或±45度)呈现声源。

用于测量由耳机生成的音频信号的现有测试方法和装置通常包括符合IEC 60711(例如GRAS 43AG)的标准耳模拟器。据称，这些测试方法和装置得到的响应类似于“普通”人的耳鼓处的声压。然而，用户之间的实际物理变化，例如用户头部的大小，用户耳朵之间的距离以及耳朵的轮廓(即，耳廓和耳道)可以显着影响耳机的感知声音。因此，普通用户的测量数据没有考虑单独感知的频率响应和收听者之间的变化。

图2示出了相对于用户头部和头带14的各种测试位置处的扬声器50、52。测试位置可以是扬声器配置的示例，该扬声器配置将通过使用根据本公开的外耳式耳机组件10产生的HRTF来仿真。左扬声器50和右扬声器52中的每一个可包括一个或多个声学换能器12。在图2所示的一个实施方案中，扬声器50、52基于用于环绕声的测量和回放的标准角度(诸如标准ITU-R BS 775)位于测试位置。例如，在第一测试位置60处，扬声器朝向用户耳朵的前方，并且左扬声器50、右扬声器52从直接向前位置移动角度A。在一个实施方案中，角度A约为30度。在第二测试位置62处，扬声器朝向用户耳朵的前方，并且左扬声器50、右扬声器52从直接向前位置移动大于角度A的角度B。在一个实施方案中，角度B约为60度。第三测试位置64使扬声器50、52以与直接向前位置成角度C的方向定向在用户耳朵后方。在一个实施方案中，角度C约为150度。在另一测试配置中，角度A可以是0度，或者直接向前，角度B可以是大约30度，角度C可以是大约110度。当然，测试位置的数量和角度可以基于要求和基于输入源或其他收听因子定义立体声环绕声的合适测试而变化。

图3，该流程图描述了方法100。外耳式耳机组件10和方法100允许为特定收听者生成HRTF。过程100开始于框110，其中控制器接收为特定用户设置耳机组件的请求。外耳式耳机组件10或音频输入设备可以为用户提供输入以请求设置过程。可替代地，例如可以在将外耳式耳机组件放在用户的头部上的任何时候或者当耳机组件检测到新用户时提供该请求。

在框112处，控制器40可命令扬声器50、52移动到测试位置。为了移动扬声器50、52，控制器40可以命令马达28移动支柱16，从而将扬声器50、52移动到例如60、62、64的多个测试位置。在另一个实施方案中，外耳式耳机组件10还可以提供用户指令，用于手动地将支柱16和扬声器50、52移动到预设的测试位置。

在框114处，控制器命令左扬声器50和右扬声器52中的每一个中的声学驱动器12以产生激励。

在框116处，控制器基于每个测试激励从传声器30接收测试信号。

在框118处，在第一测试位置后，控制器40可以移动或命令扬声器50、52移动到其他测试位置。测试位置可包括至少一个前向位置和一个后向测试位置。测试位置的数量和位置可基于具体应用要求而变化。在框114处，在每个测试位置，控制器激活声学驱动器12，并在框116处从传声器30接收回放信号。马达28可以将支柱16和扬声器50、52自动移动到多个测试位置60、62、64，而无需用户在测试位置之间进一步输入。

在框120处，在扬声器50、52已经移动到多个测试位置之后，控制器基于由传声器接收的回放信号确定头部相关传输函数(HRTF)。控制器可以为左扬声器50和右扬声器52确定单独的HRTF。该确定可以包括校正因子，以考虑近场HRTF测量相对于期望远场HRTF的差异。

在框122处，一旦测试完成，扬声器50、52可以移动到收听位置。外耳式耳机的收听位置可以将耳机稍微向前定位在用户耳朵的预设位置。控制器还可以确定特定用户的最佳收听位置，其可以是为外耳式耳机提供环绕声，或者产生具有最小误差的HRTF的最佳回放角度。控制器40可以命令马达28将支柱和扬声器50、52移动到最佳收听位置。

在框124处，控制器使用从所有测量和HRTF导出的滤波器向扬声器50、52提供信号，使得来自所有横向方向的声音可以由扬声器在一个固定位置处模拟并且对于每个用户完全个性化。例如，简化为，在指向用户左耳的左扬声器50的位置Y处使用耳机回放来合成从方向X到达的声音的滤波器是：

因此当在位置Y的耳机上回放时，结果是：

各种风格的上混也可用于从立体声或离散源材料生成方向效应和包络。

作为对该技术的增强，可以通过将附加的校正因子包括到另一个扬声器来增强和优化针对左扬声器和右扬声器中的每一个单独确定的校正因子。附加的校正因子可以包括串扰消除，其中将适当的信号添加到右扬声器以防止右扬声器破坏为左扬声器和左耳计算的校正(反之亦然)。

虽然以上描述了示例性实施方案，但并不意味着这些实施方案描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且应理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。另外，可以组合各种实现实施方案的特征以形成本发明的其他实施方案。

Claims (20)

1.耳机，其包括：

一对扬声器，其适于悬挂在远离收听者的耳朵一定距离处并且能够在多个测试位置之间移动；

至少一个传声器，其适于定位在所述收听者的耳朵中的一个附近；

控制器，其与所述一对扬声器通信并被编程为：

激活所述一对扬声器以在多个测试位置处产生测试声音；

基于所述多个测试位置处的所述测试声音中的每一个从所述传声器接收回放信号；

基于所述传声器接收的所述回放信号确定头部相关传输函数(HRTF)。

2.根据权利要求1所述的耳机，其还包括：

头带；和

一对可移动支柱，所述一对可移动支柱中的每一个在近端处附接到所述头带并且在远端处保持所述一对扬声器中的一个。

3.根据权利要求2所述的耳机，其中所述一对可移动支柱中的所述每一个是可伸展的，以改变所述扬声器中的每一个悬挂远离所述头带的所述距离。

4.根据权利要求2所述的耳机，其还包括沿着所述头带的中心部分定位的旋转毂，其中所述一对可移动支柱连接成围绕所述旋转毂旋转。

5.根据权利要求4所述的耳机，其中所述旋转毂还包括伺服器，所述伺服器在所述多个测试位置之间自动移动所述可移动支柱。

6.根据权利要求5所述的耳机，其中所述控制器还被编程为命令所述伺服器移动所述一对扬声器到所述多个测试位置。

7.根据权利要求1所述的耳机，其中所述控制器还被编程为：

命令所述一对扬声器移动到收听位置；以及

基于所述HRTF将音频滤波器应用于所述扬声器中的所述每一个的音频输出，从而生成与所述扬声器中的每一个处的收听位置方向不同的定向声音输出。

8.根据权利要求1所述的耳机，其中所述控制器还被编程为：

基于所述回放信号确定最佳收听位置；以及

命令所述扬声器移动到所述最佳收听位置。

9.根据权利要求1所述的耳机，其中所述控制器还被编程为确定所述一对扬声器中的每一个的串扰消除因子。

10.外耳式耳机，包括：

头带；

一对声学驱动器，其连接到所述头带并适于悬挂在远离收听者的耳朵一定距离处并且能够在多个测试位置之间移动；和

至少一个传声器，其适于邻近所述收听者的耳朵中的一个定位，

其中当在所述多个测试位置中的每一个处驱动所述声学驱动器时，基于所述传声器接收的所述信号确定用户特定的头部相关传输函数(HRTF)。

11.根据权利要求10所述的耳机，其中所述至少一个传声器包括连接到所述头带的一对传声器，以及适于定位在所述收听者的耳朵中的每一个内的所述一对传声器中的一个。

12.根据权利要求10所述的耳机，其还包括沿着所述头带定位的旋转毂，其中所述一对声学驱动器能够围绕所述旋转毂旋转到相对于所述收听者的耳朵的多个测试角度。

13.根据权利要求12所述的耳机，其还包括连接成围绕所述旋转毂旋转并连接到所述一对声学驱动器的一对可移动支柱，其中所述旋转毂包括多个锁定特征，并且所述一对可移动支柱适于接合所述多个锁定特征中的一个，以在所述多个测试位置之间移动所述可移动支柱。

14.根据权利要求12所述的耳机，其还包括连接成围绕所述旋转毂旋转并连接到所述一对声学驱动器的一对可移动支柱，其中所述旋转毂包括连接到所述头带和所述一对可移动支柱的马达，所述马达在所述多个测试位置之间自动移动可移动支柱。

15.一种方法，其包括：

提供耳机，所述耳机具有一对扬声器和适于定位在用户的耳朵附近的至少一个传声器；

将所述一对扬声器移动到多个测试位置，每个所述测试位置与所述用户的耳朵间隔开一定距离；

利用所述传声器在所述多个测试位置中的每一个处测量来自所述一对扬声器的回放测试信号；以及

基于由所述一对传声器测量的所述回放测试信号确定头部相关传输函数(HRTF)。

16.根据权利要求15所述的方法，其还包括：

命令所述一对扬声器移动到所述多个测试位置。

17.根据权利要求15所述的方法，其还包括：

在所述一对扬声器移动到所述多个测试位置中的每一个之后，命令所述一对扬声器移动到收听位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其中确定所述HRTF包括：

确定所述一对扬声器中的左扬声器的左HRTF；以及

确定所述一对扬声器中的右扬声器的右HRTF。

19.根据权利要求18所述的方法，其还包括：

确定所述左扬声器和所述右扬声器中的每一个的串扰消除因子。

20.根据权利要求15所述的方法，其还包括：

基于所述回放测试信号确定最佳收听位置；以及

命令所述扬声器移动到所述最佳收听位置。