CN114175669A - 声学设备中状况的实时检测 - Google Patents

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D·J·沃肯廷
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Abstract

本文件描述了一种方法，该方法包括接收用于声学设备的声换能器的驱动器信号。该方法还包括从声学设备的麦克风接收信号，并通过滤波器处理驱动器信号以提供参考信号。滤波器具有与声学设备的状况相关联的传递函数。该方法还包括将信号与参考信号进行比较以确定信号是否与参考信号具有阈值相似性，并且响应于所确定的阈值相似性指示声学设备的状况。

Description

声学设备中状况的实时检测
技术领域
本说明书整体涉及检测声学设备中的不稳定性和其它状况。
背景技术
各种声学设备结合了主动降噪(ANR)特征，也称为主动噪声控制或消除(ANC)，其中一个或多个麦克风检测声音，该声音诸如由前馈麦克风捕获的外部声音或由反馈麦克风捕获的内部声音。可以处理来自前馈麦克风和/或反馈麦克风的信号，以提供要馈送到声换能器(例如，扬声器、驱动器)的抗噪声信号，从而抵消否则可能被用户听到的噪声。反馈麦克风可以拾取由换能器产生的声学信号，并且形成闭环系统，该闭环系统可有时或在某些状况下变得不稳定。
发明内容
一般来讲，在一个方面，本文件描述了一种方法，该方法包括接收用于声学设备的声换能器的驱动器信号。该方法还包括从声学设备的麦克风接收信号，并通过滤波器处理驱动器信号以提供参考信号。滤波器具有与声学设备的状况相关联的传递函数。该方法还包括将信号与参考信号进行比较以确定信号是否与参考信号具有阈值相似性，并且响应于所确定的阈值相似性指示声学设备的状况。
在另一个方面，本文件描述了一种声学设备，该声学设备包括用于捕获音频的麦克风和包括一个或多个处理设备的控制器。该控制器被配置为接收用于声学设备的声换能器的驱动器信号，并且从声学设备的麦克风接收信号。该控制器还被配置为通过滤波器处理驱动器信号以提供参考信号。滤波器具有与声学设备的状况相关联的传递函数。该控制器还被配置为将信号与参考信号进行比较以确定信号是否与参考信号具有阈值相似性，并且响应于所确定的阈值相似性指示声学设备的状况。
在另一个方面，本文件描述了一种或多种非暂态机器可读存储设备，该一种或多种非暂态机器可读存储设备存储机器可读指令，该机器可读指令使一个或多个处理设备执行操作。操作包括接收用于声学设备的声换能器的驱动器信号，并且从声学设备的麦克风接收信号。操作还包括通过滤波器处理驱动器信号以提供参考信号。滤波器具有与声学设备的状况相关联的传递函数。操作还包括将信号与参考信号进行比较以确定信号是否与参考信号具有阈值相似性，并且响应于所确定的阈值相似性指示声学设备的状况。
上述方面的具体实施可以包括以下特征中的一个或多个。
该状况可以包括从用户移除声学设备、声学设备的声学输出阻塞、声学设备与用户之间的声学通道中的声学泄漏、声学设备损坏等。响应于状况的指示，声学设备可以被设置为低功率模式。可以响应于状况的指示来调整驱动器信号的一个或多个参数。响应于状况的指示，可以将通知传输到与声学设备相关联的用户设备。通知可以被配置为使用户设备显示状况的指示。通知可以被配置为使用户设备暂停向声学设备回放音频。信号可以是反馈信号、前馈信号等，并且麦克风可以是反馈麦克风、前馈麦克风等。将信号与参考信号进行比较以确定信号是否与参考信号具有阈值相似性可以包括确定预定数量的样本内的相似性。驱动器信号可以包括抗噪声信号。
这些和其它方面、特征和具体实施可以表示为方法、装置、系统、部件、程序产品、执行业务的方法、用于执行功能的装置或步骤，以及以其它方式表示，并且将从以下描述(包括权利要求书)中变得显而易见。
附图说明
图1为一个示例性头戴式耳机形状因子的透视图。
图2为另一示例性头戴式耳机形状因子的透视图。
图3为可结合到各种声学系统中的示例性声学处理系统的示意性框图。
图4为结合有前馈部件和反馈部件的示例性降噪系统的示意图。
图5、图6、图6A和图7为用于检测不稳定性和其它状况的示例性系统的示意图。
图8为用于检测声学设备的状况的示例性过程的流程图。
图9为计算设备的示例的框图。
各种附图中相同的参考符号指示相同的元件。
具体实施方式
本公开的各方面涉及声学设备中不稳定性和其它状况的实时检测。声学设备(诸如耳机、头戴式耳机或其它声学系统)可以包括主动降噪(ANR)或主动噪声消除(ANC)特征，这些特征通过降低环境噪声的影响来提供潜在沉浸式聆听体验。通常，ANR系统可以包括前馈部件和/或反馈部件。前馈部件检测声学设备外部的噪声(例如，经由外部麦克风)，并且用于提供抗噪声信号以抵消预期通过该设备传输到用户的外部噪声。反馈部件检测到达用户的声学信号(例如，经由内部麦克风)，并且处理检测到的信号以抵消不旨在作为用户的声学体验的一部分的任何信号分量。在一些情况下，反馈部件可以与声学设备的声换能器耦接，该声换能器可以使ANR系统有时或在某些状况下变得不稳定。这些不稳定性可使声学设备生成令用户不舒服的声学伪迹(例如，大噪声)。本文描述的技术使得声学设备能够检测ANR系统中的不稳定性或声学设备的另一状况，诸如由用户移除设备、设备与用户配合不佳或设备损坏等。一旦检测到，声学设备就可以采取动作来防止或减轻不稳定性或以其他方式响应检测到的状况。
本文描述的技术可以包括头戴式耳机、耳机、助听器或其他个人声学设备，以及可以应用于家庭、办公室或汽车环境的声学系统，或者在其中操作。在整个本公开中，术语“头戴式耳机”、“耳机”、“耳塞”和“耳机组”可互换使用，并且除非上下文另外明确指明，否则使用一个术语代替另一个术语并非意在作出区分。另外，根据本文公开的各方面和示例适用于各种形状因子，诸如入耳式换能器或耳塞、贴耳式或耳罩式耳机、音频眼镜、裸耳式音频设备(诸如肩戴或体佩音频设备)等。
本文所公开的示例可通过有线或无线装置耦接到其他系统或被设置成与其他系统连接，或者可独立于任何其他系统或设备。本文所公开的示例可以与本文所公开的至少一个原理一致的任何方式与其他示例组合，并且对“示例”、“一些示例”、“另选的示例”、“各种示例”、“一个示例”等的引用不一定互相排斥，并且旨在指示所述的特定特征、结构或特性可包括在至少一个示例中。本文中此类术语的出现未必全都指代相同的示例。
图1和图2示出了两个示例性头戴式耳机100A、100B。每个头戴式耳机100包括由用户佩戴的支撑结构106(例如，头带、颈带等)连接的右听筒110a和左听筒110b。在一些示例中，两个听筒110可以彼此独立，而不是通过支撑结构连接。每个听筒110可包括一个或多个麦克风，诸如前馈麦克风120和/或反馈麦克风140。前馈麦克风120可被配置为感测听筒110外部的声学信号，例如被配置为在周围环境中的声学信号到达用户耳部之前对其进行检测。反馈麦克风140可被配置为在听筒110被佩戴时感测由用户耳部形成的声学体积内部的声学信号，例如被配置为检测到达用户耳部的声学信号。每个听筒还包括驱动器130，该驱动器可以是用于将例如电信号转换成用户可听到的声学信号的声换能器。在各种示例中，一个或多个驱动器可以包括在听筒中。在一些情况下，听筒可以仅包括前馈麦克风或仅包括反馈麦克风。
尽管附图标记120和140用来指代一个或多个麦克风，但在一些示例中，附图中所示的视觉元素可表示声学端口，声学信号从其进入以最终到达可能位于内部且在物理上从外部不可见的此类麦克风。在一些示例中，麦克风120、140中的一个或多个麦克风可紧邻声学端口的内部或者可从声学端口移开一定距离，并且可包括声学端口与相关联的麦克风之间的声波导。
如图3所示，处理单元310可包括在头戴式耳机100之上或之内。处理单元310可包括处理器312、声学接口314和电池316。处理单元310可耦接到一个或多个前馈麦克风120、驱动器130和/或反馈麦克风140。在一些情况下，接口314可以是用于接收声学信号(诸如回放声学信号或程序内容信号)的有线或无线接口，并且可包括另外的接口功能，诸如用于接收用户输入和/或配置选项的用户界面。在各种示例中，电池316可以是可替换的和/或可再充电的。在各种示例中，处理单元310可经由不同于电池316或除电池316之外的装置供电，诸如通过有线电源等。在一些示例中，系统可被设计用于仅降噪并且可以不包括用于接收回放信号的接口314。
在一些具体实施中，头戴式耳机100可以包括降噪系统，该降噪系统被配置为处理来自前馈麦克风和/或反馈麦克风的信号以减少到达用户耳部的声学噪声。图4呈现了突出降噪系统的特征的简化示意图。完整系统的各种示例可包括放大器、模数转换(ADC)、数模转换(DAC)、均衡、子频带分离与合成以及其他信号处理等。在一些示例中，回放信号410,p(t)可被接收以由驱动器130呈现为声学信号。前馈麦克风120可提供前馈信号122，以供具有前馈传递函数126,Kff的前馈处理器124处理以产生前馈抗噪声信号128。反馈麦克风140可提供反馈信号142，以供具有反馈传递函数146,Kfb的反馈处理器144处理以产生反馈抗噪声信号148。在各种示例中，回放信号410、前馈抗噪声信号128和/或反馈抗噪声信号148中的任一者可以例如通过组合器420组合，以生成要提供给驱动器130的驱动器信号132,d(t)。在各种示例中，回放信号410、前馈抗噪声信号128和/或反馈抗噪声信号148中的任一者可被省略，并且/或者支持这些信号中的任一者所需的部件可能未包括在系统的特定实施方式中。
本文所述的各种示例包括反馈降噪系统，例如反馈麦克风140和反馈处理器144，该反馈处理器具有反馈传递函数146以提供反馈抗噪声信号148以包括在驱动器信号132中。反馈麦克风140可被配置为检测包括用户耳朵的声学体积内的声音，并且因此可检测由驱动器130产生的声学信号136，使得存在回路。因此，在各种示例中和/或在各种时间，可存在反馈回路，该反馈回路从驱动器信号132通过驱动器130，产生声学信号136，该声学信号由反馈麦克风140拾取，通过反馈传递函数146,Kfb处理，并且包括在驱动器信号132中。因此，反馈信号142的至少一些分量由从驱动器信号132呈现的声学信号136引起。换句话说，反馈信号142包括与驱动器信号132相关的分量。
图4所示的电气和物理系统表现出装置传递函数134,G，该装置传递函数表征驱动器信号132一直到反馈信号142的传递。换句话讲，反馈信号142对驱动器信号132的响应通过装置传递函数134,G来表征。因此，反馈降噪回路的系统通过组合(回路)传递函数GKfb来表征。如果回路传递函数GKfb在一个或多个频率下变得等于一，GKfb＝1，则回路系统可发散，从而致使驱动器信号132的至少一个频率分量的振幅逐渐增加。这可以被用户感知为听觉伪影，诸如音调或啸声，并且可以在驱动器130能够产生的最大振幅处达到极限，可能是极其大声的。因此，当存在这种状况时，反馈降噪系统可被描述为不稳定的。
具有驱动器130和反馈麦克风140的听筒110的各种示例可被设计成避免反馈不稳定性或其他状况，例如，通过设计成避免或最小化具有不期望特性的回路传递函数GKfb的可能性。尽管各种质量设计，回路传递函数GKfb仍然可在各种时间或在某些状况下表现出不稳定性，例如，通过装置传递函数134,G的作用，该装置传递函数由于用户对听筒110的移动或抓握而改变，诸如当戴上或脱下头戴式耳机时，在佩戴时调整听筒110时，听筒110损坏时等等。在一些情况下，听筒110的配合可能不太理想或者可能脱离标准，并且可在驱动器130和反馈麦克风140之间提供与预期不同的耦接。因此，装置传递函数134,G可在各种时间改变以引起反馈降噪回路中的不稳定性或其他状况。在一些示例中，由反馈处理器144进行的处理可包括可改变响应或传递函数的主动处理，诸如通过包括一个或多个自适应滤波器，或可在各种时间改变反馈传递函数Kfb的其他处理。这些改变可引起(或纠正)反馈降噪回路中的不稳定性或其他状况。
因此，在一些具体实施中，本文所述的技术可以进行操作以监测其中回路传递函数GKfb变得等于一，GKfb＝1的状况，并且可以指示存在反馈不稳定性或其他状况作为响应。继续参考图4，回路传递函数等于一可表示为装置传递函数134,G，其等于反馈传递函数146,Kfb的倒数(例如，倒数)，由此满足表达式G＝Kfb -1。因此，当装置传递函数(例如，134)是反馈传递函数(例如，146)的倒数时，反馈降噪系统可能是不稳定的。
如前所讨论，反馈信号142可包括驱动器信号132的分量。当存在反馈不稳定性或其他状况时，反馈信号142的分量可通过反馈传递函数146的倒数与驱动器信号132相关，因为在不稳定状况期间，装置传递函数134可与反馈传递函数146逆相关。本文描述的技术可以通过监测反馈信号142中与驱动器信号132相关的分量来检测反馈不稳定性或状况，使得关系为反馈传递函数146的倒数。在一些示例中，本文描述的技术可以包括具有与声学设备的其他状况(诸如喷嘴开放状况、配合不严状况、端口阻塞状况和头戴式耳机损坏状况)相关联的传递函数的滤波器，用于检测这些其他状况。在一些示例中，驱动器信号132由反馈传递函数146或另一传递函数的倒数进行滤波，并且将所得的信号与反馈信号142进行比较。相似性的阈值水平可指示装置传递函数134几乎等于反馈传递函数146或另一传递函数的倒数，并且因此可指示存在反馈不稳定性或另一状况。
如图5所示，由比较器模块510将反馈信号142与驱动器信号132进行比较，并且如果它们的关系类似于反馈传递函数146的倒数，则可提供不稳定性指示符520。不稳定性指示符520可为例如用于指示存在或不存在不稳定性或另一状况的标志、指示符或逻辑电平信号(例如，具有高输出电平和低输出电平)，或者可为用于由各种其他部件解释的任何合适类型的信号。例如，其他部件可接收不稳定性指示符520并且可响应于不稳定性或其他状况而采取动作，诸如减小反馈传递函数146中的增益(例如，以一个或多个频率或频率范围)。
参考图6，示出了比较器模块510的至少一个示例，包括比较模块600，其适用于通过反馈传递函数146的倒数来比较反馈信号142是否与驱动器信号132相关。驱动器信号132由具有传递函数Kfb -1的滤波器514接收和处理，该传递函数是反馈传递函数146的倒数，以提供参考信号512。在一些示例中，可将延迟应用于反馈信号142以将反馈信号142与参考信号512对准(例如，以匹配由滤波器514添加的延迟)。相关器516在反馈信号142和参考信号512之间提供相关性测量以量化它们的相似性，并且如果其相似性满足阈值(由比较器518确定)，则不稳定性指示符520指示不稳定性或其他状况，该不稳定性指示符是比较器模块510的输出信号。在各种示例中，相关器516提供的相关性测量可以是用于关联信号的各种测量中的任一种测量。在一些示例中，可计算反馈信号142和参考信号512之间的互相关性。在各种示例中，可以测量和比较各种子频带中的信号包络和/或信号能量，和/或可在各种情况下应用各种平滑和/或加权，和/或其他处理以量化反馈信号142和参考信号512之间的关系。在各种示例中，比较器518可应用确定存在不稳定性或其他状况所必需的阈值水平(例如，量化相似性的阈值水平)，并且还可应用阈值时间帧，诸如相似性必须保持在阈值水平以上的时间量。在一些示例中，在指示存在不稳定性或其他状况之前的时间和/或延迟的量可由满足阈值水平的例如数字域中的采样信号的相关性的最小样本数量限定。
在一些示例中，可由比较模块600进行多个相关性测量，其中的每个相关性测量可与阈值进行比较，其中的任一者或多者可被认为是指示不稳定性或其他状况所需的。例如，在某些示例中可实现两个不同的相关性测量，并且可能要求两者均满足阈值以指示不稳定性或其他状况。在另外的示例中，如果两个不同的相关性测量中的一者超过较高阈值，则这可能足以指示不稳定性或其他状况，即使两个不同的相关性测量中的另一者无法满足其阈值。在另外的示例中，具有其自身阈值的第三相关性测量可确认和/或覆写由前两个相关性测量生成的不稳定性(或其他状况)的指示等。
在一些示例中，比较器模块510可以包括除比较模块600之外或代替比较模块的一个或多个比较模块600A-600C。例如，比较器模块510可以包括比较模块600A，其适于比较反馈信号142是否通过“离头”传递函数614A(有时称为“喷嘴开放”传递函数)与驱动器信号132相关。比较模块600A可以检测和指示以下情况：头戴式耳机已被用户脱下、已从用户的头部撞掉、已从用户的耳部掉下来或以其他方式已从用户的头部移除。在一些示例中，比较器模块510可以包括比较模块600B，其适于比较反馈信号142是否通过“端口阻塞”传递函数614B与驱动信号132相关。比较模块600B可以检测和指示以下情况：头戴式耳机的耳塞被堵塞或变脏，或者以下情况：头戴式耳机已被不正确地插入到用户的耳部中或之上，使得头戴式耳机的声学通路被阻塞。在一些示例中，比较器模块510可以包括比较模块600C，其适合于比较反馈信号142是否通过“头戴式耳机损坏”传递函数614B与驱动信号132相关。比较模块600C可以检测和指示头戴式耳机的故障模式，诸如声换能器130损坏、反馈麦克风140损坏、前馈麦克风120损坏和/或听筒110损坏，以及其他故障模式。
在一些示例中，比较器模块510可以包括比较模块600、600A-600C的任何子集或组合。此外，比较器模块510不限于上文描述的比较模块，并且可以包括适合于检测可以改变装置传递函数134的各种状况的任何数量的附加比较模块。例如，一个或多个比较模块可以包括在比较器模块510中，该一个或多个比较模块检测和识别头戴式耳机的以下“配合不严”状况：头戴式耳机100没有从用户的头部完全移开，但是被定位成使得用户的耳部不与头戴式耳机100外部的噪声充分隔离，或者检测和识别以下情况：前馈麦克风120没有与由驱动器130产生的声学信号136充分隔离。
一般来讲，每个比较模块600A-600C可以类似于比较模块600进行操作。每个比较模块适于比较反馈信号142是否通过传递函数614A-614C与驱动器信号132相关。驱动器信号132由具有传递函数614A-614C的滤波器接收和处理，以提供参考信号612A-612C。滤波器可以是有限脉冲响应(FIR)、无限脉冲响应(IIR)或另一自适应滤波器中的一者。在一些示例中，可将延迟应用于反馈信号142以将反馈信号142与参考信号612A-612C对准(例如，以匹配由滤波器614A-614C添加的延迟)。相关器616A-616C在反馈信号142和参考信号612A-612C之间提供相关性测量以量化它们的相似性，并且如果它们的相似性满足阈值(如由比较器618A-618C所确定)，则状况指示符620A-620C指示不稳定性或其他状况，该状况指示符是比较器模块510的输出信号。在各种示例中，相关器616A-616C提供的相关性测量可以是用于关联信号的各种测量中的任一种测量。在一些示例中，可计算反馈信号142和参考信号612A-612C之间的互相关性。在各种示例中，可以测量和比较各种子频带中的信号包络和/或信号能量，和/或可在各种情况下应用各种平滑和/或加权，和/或其他处理以量化反馈信号142和参考信号612A-612C之间的关系。在各种示例中，比较器618A-618C可应用确定存在状况所必需的阈值水平(例如，量化相似性的阈值水平)，并且还可应用阈值时间帧，诸如相似性必须保持在阈值水平以上的时间量。在一些示例中，在指示存在不稳定性之前的时间和/或延迟的量可由满足阈值水平的例如数字域中的采样信号的相关性的最小样本数量限定。在一些示例中，除了具有不同传递函数614A-614C之外，每个比较模块600A-600C还可以实现类似或不同类型的滤波器、类似或不同的相关器616A-616C、类似或不同的比较器618A-618C和/或类似或不同的时间延迟。例如，一个或多个自适应滤波器可以由相关器616A-616C中的一个或多个相关器使用。
参考图6A，呈现了结合自适应滤波器的比较模块600E。采用图6的信令描述，将驱动器信号d(t)132提供给状况滤波器614E以产生信号612E，该信号表示是否(例如，耳塞的麦克风)遇到状况。反馈信号m(t)142由产生信号143E的自适应滤波器615E(例如，具有N个抽头)进行滤波。在一段时间内，自适应滤波器615E尝试将信号612E(由状况滤波器614E产生)与信号143E(由自适应滤波器产生)匹配。减法器模块616E产生表示信号612E与信号143E之间的差值的信号617E。将差值信号617E提供给自适应滤波器615E并且用于迭代滤波器系数(抽头)以调整信号143E，用以匹配信号612E。从减法器模块616E输出的信号617E也被提供给比较器618E，该信号与阈值进行比较。在该示例中，来自自适应滤波器615E的滤波器系数619E也被提供给比较器618E，该滤波器系数与阈值模式进行比较。如果这些比较报告，比较器输入(例如，差值信号、滤波器系数)中的任一者或两者超过它们的相应阈值，则生成输出信号620E(例如，输出标志)。
返回图6，可以针对每种状况采用一个或多个阈值和/或时间延迟。一般来讲，使用相对短的持续时间(例如，2毫秒)来检测系统不稳定性，而可以使用用于较长持续时间(例如，500毫秒、1秒等)的时间参数来检测其他系统状况，诸如“离头”(也称为“喷嘴开放”)。对于阈值水平的一个示例来说，当定义为信号的滤波平方总和的阈值相对于满量程大于-30dB时，可以检测到反馈Kfb不稳定性。还可以采用时间延迟例如，要求信号的滤波平方总和与信号的滤波平方差之比在至少2毫秒内大于18dB。
虽然上文描述的示例中的一些示例集中于由驱动器130与头戴式耳机100的反馈麦克风140之间的耦接引起的反馈不稳定性，但是在一些情况下，可以基于驱动器130与前馈麦克风120之间的耦接来检测不稳定性和其他状况。例如，再次参考图4，在某些状况下(诸如“喷嘴开放”状况或“配合不严”状况)，可以由前馈麦克风120拾取驱动器信号132，并且可以呈现第二装置传递函数430，H，从而表征驱动信号132到前馈信号122的传输。在此类情况下，回路传递函数HKff可以通过监测检测反馈通路中的不稳定性和其他状况，包括喷嘴开放状况、配合不严状况、端口阻塞状况和头戴式耳机损坏状况。类似地，可以在前馈通路中检测到不稳定性等状况。例如，当耳塞处于感知模式时(例如，允许耳塞用户听到一些周围的声音)，在某些状况下，前馈路径可遭受反馈尖叫。如果耳塞被托在用户的手掌中(例如，当戴上或取下耳塞时)，则杯形手掌可以产生从驱动器到外部麦克风的声学反馈路径(使正常前馈路径成为反馈路径)。当耳塞非常靠近用户的耳部时，手掌呈杯形的情况通常不会引发尖叫；然而，通过检测预测尖叫对于改善用户体验是值得的。返回参考图6，监测回路传递函数HKff可以使用比较器模块510(其具有修改的比较模块600、600A-600C)来实现，使得代替将驱动器信号132与反馈信号142进行比较，将驱动器信号与前馈信号122进行比较。
参考图7，示出了比较模块600D的另一个示例。如上所述，参考图6中的比较模块600，通过反馈传递函数146的逆传递函数Kfb -1(例如，通过滤波器514)对驱动器信号132进行滤波，并且将所得的参考信号512与反馈信号142进行比较。在一些示例中，代替滤波器514或除该滤波器之外，还可以使用一个或多个其他滤波器，诸如滤波器614A-614C中的一个或多个滤波器。在一些示例中，参考信号512可以是预测信号，因为它可以在反馈不稳定性的时间期间或存在另一状况时预测反馈信号142(如前所讨论)，使得反馈信号142与参考信号512的比较可以用于检测存在不稳定性或其他状况。
参考图7，示例性比较模块600D包括将参考信号512添加到反馈信号142以提供求和信号712的组合器710，以及将参考信号512从反馈信号142中减去(或在其他示例中反之亦然)以提供差值信号722的组合器720。如上所述，当G＝Kfb -1时，可能存在反馈不稳定性，从而导致参考信号512预测反馈信号142。因此，当反馈信号142类似于参考信号512时，可能存在不稳定性。另外，当反馈信号142类似于参考信号512时，求和信号712可预期具有相对较大的振幅和信号能量，并且差值信号722可预期具有相对较小的振幅和信号能量。
在一些示例中，总和信号712和差值信号722中的每一者可以由相应的功能模块730a、730b进行平方并且由相应的滤波器740a、740b(例如，低通滤波器)进行平滑。例如，信号的平方产生总是正的并且可被认为指示信号能量的输出。信号的平滑减轻了信号的快速变化，这可被认为是低通滤波，其可提供信号包络或被认为是信号包络。可能以各种方式应用平滑。至少一个示例可包括α平滑，其中随时间推移(例如，在数字域中)接收的每个新信号样本s[n]根据权重因子α被添加到先前样本的滑动平均值s_avg[n-1]，如等式(1)所示。
s_avg[n]＝αs[n]+(1-α)s_avg[n-1] (1)
权重因子α可被认为是例如可调时间常数。应当认识到，在各种示例中，可在模拟域或数字域中的任一者中执行各种信号处理，并且各种信号可通过时间参数t或数字样本指数n中的任一者等效地表达。在各种示例中，权重因子α在两个平滑块740中可为相同的。在其他示例中，权重因子α对于两个平滑块740可为不同的。
继续参考图7，求和信号712的平方和平滑提供当存在不稳定性(或其他状况)时预期具有相对较大值的主要信号714。相比之下，预期差值信号722具有相对较低的振幅，使得预期经平方和平滑版本具有相对较低值。在一些示例中，可采用比率750以提供相对信号724，该相对信号提供指示求和信号712对于彼此较大并且差值信号722相对于彼此较小的程度的单个信号。因此，当存在不稳定性(或其他状况)时，预期相对信号724具有相对较大值。
可由比较器760a、760b针对相应阈值来测试主要信号714和相对信号724中的每一者，该相应阈值中的每一者可应用不同的阈值，包括数量阈值和任选的时间阈值(例如，必须满足数量阈值的时间量或数字样本的数量)。在各种示例中，主要信号714的由比较器760a应用的阈值可以是固定或可变阈值，其基于与系统整体的各种分量(诸如驱动器信号132的电平)相关的各个方面和/或设置(例如，增益)来选择。相对信号724的由比较器760b应用的阈值也可以是基于系统的各个方面、分量和/或设置选择的固定或可变阈值。在各种示例中，在导致不稳定性的状况和不导致不稳定性的状况下，可基于作为整体的系统的测试和表征来选择由比较器760a、760b应用的阈值中的任一者或两者。在一些示例中，由比较器760b应用的阈值是在5分贝(dB)至25分贝的范围内的固定阈值。在某些示例中，由比较器760b应用的阈值是在12dB至18dB的范围内的固定阈值，并且在特定示例中可以是12dB、15dB、18dB或其他值。
继续参考图7，逻辑770可以组合来自比较器760a、760b的输出。在图7的示例中，逻辑770应用逻辑与，该逻辑与需要主要信号714和相对信号724两者满足其相应阈值(如由相应的比较器760a、760b所应用)。在一些示例中，数字样本的最小时间和/或数量可由逻辑770应用，例如，主要信号714和相对信号724中的每一者(潜在地组合)必须满足其相应阈值(如由相应的比较器760a、760b所应用)的样本的最小数量。各种示例可以使用逻辑770的其他组合，这些组合也可以结合来自附加处理的信号。在一些示例中，满足相应阈值(如由相应的比较器760a、760b所应用)的主要信号714或相对信号724中的任一者可被认为足以产生输出不稳定性指示符520或另一指示符620A-620C。在一些示例中，可将附加阈值(通过附加比较器)应用于所示的信号和/或其他信号。例如，可将附加阈值应用于相对信号724，其在得到满足时可由逻辑770结合以便即使主要信号714未能满足由比较器760a应用的阈值也会产生输出不稳定性指示符520或其他指示符620A-620C。
根据一些示例，系统可被测试和表征，并且可被确定为更可能在一个或多个频率和/或一个或多个子频带下表现出不稳定性和其他状况。因此，在一些示例中，例如图6至图7所示的各种处理可在其中可能发生不稳定性或其他状况的频率范围和/或一个或多个子频带内执行。除此之外或另选地，多个子频带或频率范围中的每一者可具有由各种处理应用的不同参数。例如，由比较器760b应用的阈值可以是相对信号724的一个子频带的固定值和相对信号724的另一个子频带的不同固定值。
根据一些示例，系统可被测试和表征，并且可被确定为更可能在一个或多个频率和/或一个或多个子频带下表现出高信号能量，尽管不存在反馈(或前馈)不稳定性。因此，在一些示例中，例如图6至图7所示的各种处理可被配置为省略或忽略一个或多个子频带和/或频率范围。
根据一些示例，系统可被测试和表征，并且可被确定，即可以有利地将更复杂或较不复杂的信号处理和/或逻辑应用于一个或多个子频带或频率范围而不是其他子频带或频率范围。因此，在一些示例中，例如图6至图7所示的各种处理可针对不同的频率范围和/或一个或多个子频带显著变化。
在各种示例中，如上所述，通过分析反馈(前馈)麦克风信号和驱动器信号之间的关系(例如，通过比较反馈信号142与驱动器信号132)来实现不稳定性或其他状况的检测，并且提供一个或多个指示符520、620A-620C。响应于从比较器模块510接收到一个或多个指示符520、620A-620C，其他部件可以采取与接收到的特定指示符相对应的动作。
例如，当不稳定性指示符520指示检测到不稳定性(或其他状况)时，本文描述的技术可以响应于不稳定性(或其他状况)而采取不同的动作，例如，以减轻或消除不稳定性(或其他状况)和/或不稳定性(或其他状况)的不期望后果。例如，根据所描述的那些的声学系统可以改变或替换反馈传递函数146，更改反馈控制器或反馈处理器144，改变为反馈降噪的不太激进的形式，将降噪系统的各种参数更改为不太激进的，更改驱动器信号振幅(例如，使驱动器信号132静音、减小或限制该驱动器信号)，更改例如驱动器信号132和/或反馈信号142的处理相位响应，以尝试破坏不稳定性，向用户提供指示符(例如，可听或声音消息、指示符灯等)和/或其他动作。
当指示符620A指示检测到“离头”状况时，本文描述的技术可以响应于离头状况而采取不同的动作，例如，以暂停向声学设备的音频回放、暂停由驱动器130产生的声学信号136的输出、启动用于将头戴式耳机置入待机或低功率模式的倒计时定时器等等。在一些情况下，当指示符620A指示不再检测到“离头”状况时，所采取的动作可以被停止或基本上反转，例如，以恢复由驱动器130产生的声学信号136的输出，从而将头戴式耳机返回到活动模式等等。
当指示符620B指示检测到“端口阻塞”状况时，本文描述的技术可以响应于端口阻塞状况而采取不同的动作，例如，以向用户提供通知和推荐以清洁或清除头戴式耳机端口以获得更好的声学体验，或尝试将头戴式耳机重新安装在耳部中以消除由耳部自身产生的任何障碍。例如，通知可以是声音通知、发送到连接设备的推送通知等。通知可以向用户提供指令，诸如“左耳塞堵塞，轻柔地清洁以获得更好的声音质量”。在一些情况下，当指示符指示不再检测到“端口阻塞”状况时，所采取的动作可以被停止或基本上反转，例如，以停止声音通知、以清除推送通知、以通知用户头戴式耳机端口已经成功清洁等等。
当指示符620C指示检测到“头戴式耳机损坏”状况时，本文描述的技术可以响应于头戴式耳机损坏状况而采取不同的动作，例如，以向用户提供通知和推荐以修复头戴式耳机。例如，通知可以是声音通知、发送到连接设备的推送通知等。通知可以向用户提供修复指令和/或将用户引导到可以提供用于修复声学设备的提示或服务的网站或电话号码。在一些情况下，当指示符指示不再检测到“头戴式耳机损坏”状况时，所采取的动作可以被停止或基本上反转，例如，以停止声音通知、以清除推送通知、以通知用户头戴式耳机端口已经成功修复等等。
使用本文所描述的技术所检测和指示的状况不限于指示符520、620A-620C，而是可以延伸到可以改变装置传递函数134、430的任何状况。例如，比较器模块510可以包括指示“配合不严”状况的指示符。当指示符指示检测到配合不严状况时，本文描述的技术可以响应于配合不严状况而采取不同的动作，例如，以向用户提供通知和推荐以调整头戴式耳机以获得更好的声学体验。例如，通知可以是声音通知、发送到连接设备的推送通知等。通知可以向用户提供指令，例如，“右耳部中的头戴式耳机松动，轻轻将听筒推入以获得更好的声音质量”。在一些情况下，当指示符指示不再检测到“配合不严”状况时，所采取的动作可以被停止或基本上反转，例如，以停止声音通知、以清除推送通知、以通知用户头戴式耳机已经成功调整等等。
通常，除了上文描述的指示符520、620A-620C之外或代替这些指示符，可以实现任何数量的指示符，并且可以响应于检测到的状况的指示和/或不存在可检测状况而采取任何数量的适当动作。在一些情况下，头戴系统检测到的状况可由用户定制。例如，用户界面可以在连接用户设备(例如，电话、平板电脑或膝上型计算机等)上呈现给用户，从而允许用户选择他们想要系统检测到某些状况和/或特定动作，用户想要系统响应于检测到这些状况中的每一个状况而采取这些特定动作。
上述各方面和示例为诸如包括降噪的设备之类的个人声学设备提供了多个潜在益处。反馈控制的稳定性标准可在控制器设计阶段定义，并且各种考虑因素假设在系统的寿命期间(系统特性的)变化范围有限。例如，驱动器输出和麦克风灵敏度可随时间变化，并且有助于驱动器和反馈麦克风之间的电声传递函数。进一步的可变性可能影响设计标准，诸如生产变化、头对头变化、用户处理的变化以及环境因素。任何此类变化都可能导致违反稳定性限制，并且设计者通常必须采取保守的方法进行反馈系统设计，以确保避免不稳定性(或其他状况)。此类不稳定性(或其他状况)可导致降噪系统添加不期望的信号分量而不是减少它们，因此常规设计实践可采用高度保守的方法来避免发生可能给系统性能带来严重代价的不稳定性(或其他状况)。此外，诸如头戴式耳机移除、端口阻塞、头戴式耳机损坏、配合不严之类的状况可全部负面地有助于用户的声学体验或声学设备的功率消耗等等。
然而，如本文所述，检测不稳定性和其他状况的各方面和示例允许采取校正动作以消除不稳定性和/或当其他状况发生时解决此类状况。这可以允许系统设计者设计在更靠近不稳定性边界的状况下操作的系统，并且因此在更宽的反馈带宽上实现改进的性能。本文描述的各方面和示例允许如果遇到不稳定性边界或当遇到不稳定性边界时进行可靠的检测，并且如果到达阈值或当到达阈值时，指示存在另一状况。例如，在入耳式噪声消除耳机中，用户的抓握通常可阻挡耳塞的“喷嘴”(例如，手指暂时覆盖音频端口)，这可导致驱动器和反馈麦克风之间的电声耦接的极端物理变化。常规系统需要被设计成即使在阻挡喷嘴的情况下也避免不稳定性，但根据本文所述的各方面和示例的不稳定性检测允许在没有“阻挡喷嘴”状况作为约束的情况下设计反馈控制器或处理器。因此，本文描述的技术可使带宽范围加大到两倍以上，在该带宽范围内由反馈处理器进行的降噪可能为有效的。
图8示出了用于检测声学设备的状况的示例性过程800。可以使用一个或多个数字信号处理器(DSP)、比较器和比较模块来实现该过程的至少一部分，诸如参考图5至图7描述的比较器模块510和比较模块600、600A-600D。过程800的操作包括接收用于声学设备的声换能器的驱动器信号(802)以及从声学设备的反馈麦克风接收反馈信号(804)。在一些具体实施中，声学设备可以是或可以包括ANR设备。在一些具体实施中，驱动器信号包括抗噪声信号。
过程800的操作还包括通过滤波器处理驱动器信号以提供参考信号，该滤波器具有与声学设备的状况相关联的传递函数(806)。在一些具体实施中，该状况包括从用户移除声学设备。在一些具体实施中，该状况包括声学设备的声学输出阻塞。在一些具体实施中，该状况包括声学设备与用户之间的声学通道中的声学泄漏。在一些具体实施中，该状况包括声学设备损坏。
过程800的操作还包括将反馈信号与参考信号进行比较以确定反馈信号是否与参考信号具有阈值相似性(808)，并且响应于所确定的阈值相似性而指示声学设备的状况(810)。在一些具体实施中，确定反馈信号是否与参考信号具有阈值相似性包括确定预定数量的样本内的相似性。在一些具体实施中，声学设备可以响应于状况的指示而置于低功率模式中。在一些具体实施中，可以响应于状况的指示来调整驱动器信号的一个或多个参数。在一些具体实施中，响应于状况的指示，可以将通知传输到与声学设备相关联的用户设备。通知可以使用户设备显示状况的指示。通知可以使用户设备暂停向声学设备回放音频。
图9是示例性计算机系统900的框图，该示例性计算机系统可以用于执行上文描述的操作。例如，可以使用计算机系统900的至少部分来实现上文描述的系统(例如参考图6)中的任一系统。系统900包括处理器910、存储器920、存储设备930和输入/输出设备940。部件910、920、930和940中的每个部件可以例如使用系统总线950互连。处理器910能够处理用于在系统900内执行的指令。在一个具体实施中，处理器910是单线程处理器。在另一具体实施中，处理器910是多线程处理器。处理器910能够处理存储在存储器920中或存储设备930上的指令。
存储器920存储系统900内的信息。在一个具体实施中，存储器920是计算机可读介质。在一个具体实施中，存储器920是易失性存储器单元。在另一具体实施中，存储器920是非易失性存储器单元。
存储设备930能够为系统900提供海量存储。在一个具体实施中，存储设备930是计算机可读介质。在各种不同的具体实施中，存储设备930可以包括例如硬盘设备、光盘设备、通过网络由多个计算设备共享的存储设备(例如，云存储设备)、或一些其它大容量存储设备。
输入/输出设备940为系统900提供输入/输出操作。在一个具体实施中，输入/输出设备940可以包括一个或多个网络接口设备(例如以太网卡)、串行通信设备(例如和RS-232端口)和/或无线接口设备(例如，和802.11卡)。在另一具体实施中，输入/输出设备可以包括驱动器设备，这些驱动器设备被配置为接收输入数据并将输出数据发送到其它输入/输出设备，例如键盘、打印机和显示设备860以及声换能器/扬声器970。
尽管在图9中已经描述了示例性处理系统，但是本说明书中描述的主题和功能操作的具体实施可以在其他类型的数字电子电路中实现，或者在计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构及其结构等同物，或者在它们中的一者或多者的组合)中实现。
本说明书结合系统和计算机程序部件使用术语“配置”。对于一个或多个计算机的系统来说，被配置为执行特定操作或动作，意味着系统上已经安装了在操作中使得系统执行这些操作或动作的软件、固件、硬件或它们的组合。对于一个或多个计算机程序来说，“被配置为”执行特定操作或动作，意味着该一个或多个程序包括指令，该指令在由数据处理装置执行时使得该装置执行操作或动作。
本说明书中描述的主题和功能操作的实施方案可在数字电子电路中、在有形地体现的计算机软件或固件中、在计算机硬件中(包括本说明书中公开的结构及其结构等同物)或在它们中的一者或多者的组合中实现。本说明书中描述的主题的具体实施可被实现为一个或多个计算机程序，即，在有形非暂态存储介质上编码的用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。计算机存储介质可为机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行访问存储器设备或它们中的一者或多者的组合。另选地或除此之外，程序指令可以编码在人工生成的传播信号上，例如，机器生成的电信号、光学信号或电磁信号，该信号被生成以编码信息，以用于传输到合适的接收器装置从而供数据处理装置执行。
术语“数据处理装置”是指数据处理硬件，并且涵盖用于处理数据的所有类型的装置、设备和机器，包括例如可编程处理器、计算机或多个处理器或计算机。该装置还可为或还包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，该装置还可任选地包括为计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一者或多者的组合的代码。
计算机程序也可被称为或描述为程序、软件、软件应用程序、应用、模块、软件模块、脚本或代码，可用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，或说明性或过程语言，并且计算机程序可用任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元。程序可但不必对应于文件系统中的文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，例如存储在标记语言文档中的一个或多个脚本，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或存储在多个协调文件中，例如存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件中。计算机程序可被部署在一个计算机上或在一个站点或多个站点分布以及通过数据通信网络互联的多个计算机上执行。
本说明书中描述的过程和逻辑流可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程计算机执行，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行功能。过程和逻辑流程还可以由专用逻辑电路(例如，FPGA或ASIC)或由专用逻辑电路和一个或多个编程计算机的组合执行。
为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题的实施方案可以在计算机上实现，该计算机具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，发光二极管(LED)或液晶显示器(LCD)监视器)以及通过其用户可以向计算机提供输入的键盘和指向设备(例如鼠标或轨迹球)。也可使用其它种类的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声学输入、语音输入或触觉输入。此外，计算机可以通过向用户使用的设备发送文档和从用户使用的设备接收文档来与用户交互；例如，通过响应于从web浏览器接收到的请求将网页发送到用户设备上的web浏览器。另外，计算机可以通过向个人设备(例如，正在运行消息传送应用程序的智能手机)发送文本消息或其它形式的消息并且从用户接收返回的响应消息来与用户交互。
本说明书中描述的主题的实施方案可以在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，作为数据服务器)，或包括中间件部件(例如应用服务器)，或包括前端部件(例如，客户端计算机，该客户端计算机具有图形用户界面、web浏览器或应用，通过其用户可以与本说明书中描述的主题的具体实施交互)，或此类后端部件、中间件部件或前端部件中的一者或多者的任何组合。系统的部件可以通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(LAN)和广域网(WAN)(例如，互联网)。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离并且通常通过通信网络交互。客户端和服务器的关系借助于在相应计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序产生。在一些实施方案中，服务器将数据(例如，HTML页面)传输到用户设备，例如，为了向与充当客户端的设备交互的用户显示数据和从该用户接收用户输入。在用户设备处生成的数据(例如，用户交互的结果)，可以在服务器处从设备接收。
本文中未具体描述的其他示例和应用也在以下权利要求书的范围内。本文所述的不同具体实施的元件可组合以形成上文未具体阐述的其他示例。可从本文所述的结构去除一些元件而不会不利地影响它们的操作。此外，可将各种独立的元件组合到一个或多个单独的元件中以执行本文所述的功能。

Claims (20)

1.一种方法，所述方法包括：
接收用于声学设备的声换能器的驱动器信号；
从所述声学设备的麦克风接收信号；
通过滤波器处理所述驱动器信号以提供参考信号，所述滤波器具有与所述声学设备的状况相关联的传递函数；
将所述信号与所述参考信号进行比较以确定所述信号是否与所述参考信号具有阈值相似性；以及
响应于所确定的阈值相似性指示所述声学设备的所述状况。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述状况包括从用户移除所述声学设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述状况包括所述声学设备的声学输出的阻塞。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述状况包括在所述声学设备与用户之间的声学通道中的声学泄漏。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述状况包括所述声学设备损坏。
6.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：
响应于所述状况的所述指示，将所述声学设备设置在低功率模式下。
7.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：
响应于所述状况的所述指示，调整所述驱动器信号的一个或多个参数。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括：
响应于所述状况的所述指示，将通知传输到与所述声学设备相关联的用户设备。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述通知被配置为使所述用户设备显示所述状况的所述指示。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述通知被配置为使所述用户设备暂停向所述声学设备回放音频。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号是反馈信号，并且所述麦克风是反馈麦克风。
12.根据权利要求1所述的方法，其中将所述信号与所述参考信号进行比较以确定所述信号是否与所述参考信号具有阈值相似性包括：确定预定数量的样本内的相似性。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述驱动器信号包括抗噪声信号。
14.一种声学设备，所述声学设备包括：
麦克风，所述麦克风用于捕获音频；以及
控制器，所述控制器包括一个或多个处理设备，其中所述控制器被配置为：
接收用于所述声学设备的声换能器的驱动器信号，
从所述声学设备的所述麦克风接收信号；
通过滤波器处理所述驱动器信号以提供参考信号，所述滤波器具有与所述声学设备的状况相关联的传递函数，
将所述信号与所述参考信号进行比较以确定所述信号是否与所述参考信号具有阈值相似性，以及
响应于所确定的阈值相似性指示所述声学设备的所述状况。
15.根据权利要求14所述的声学设备，其中所述状况包括从用户移除所述声学设备。
16.根据权利要求14所述的声学设备，其中所述状况包括所述声学设备的声学输出的阻塞。
17.根据权利要求14所述的声学设备，其中所述状况包括在所述声学设备与用户之间的声学通道中的声学泄漏。
18.根据权利要求14所述的声学设备，其中所述状况包括所述声学设备损坏。
19.一种或多种非暂态机器可读存储设备，所述一种或多种非暂态机器可读存储设备存储机器可读指令，所述机器可读指令使一个或多个处理设备执行操作，所述操作包括：
接收用于声学设备的声换能器的驱动器信号；
从所述声学设备的麦克风接收信号；
通过滤波器处理所述驱动器信号以提供参考信号，所述滤波器具有与所述声学设备的状况相关联的传递函数；
将所述信号与所述参考信号进行比较以确定所述信号是否与所述参考信号具有阈值相似性；以及
响应于所确定的阈值相似性指示所述声学设备的所述状况。
20.根据权利要求19所述的一种或多种非暂态机器可读存储设备，其中所述状况包括以下中的一者：从用户移除所述声学设备、所述声学设备的声学输出的阻塞、所述声学设备与用户之间的声学通道中的声学泄漏或所述声学设备损坏。
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