CN115039415A - 用于头戴式送受话器的耳上检测的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

所描述的实施方案总体涉及一种用于耳塞的耳上检测的信号处理设备。该设备包括：第一麦克风输入，用于接收来自第一麦克风的麦克风信号，第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内；第二麦克风输入，用于接收来自第二麦克风的麦克风信号，第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；信号生成器，被配置为生成用于声学回放的、来自被配置为定位于耳塞内的扬声器的信号；以及，处理器。处理器被配置为接收来自第一麦克风输入和第二麦克风输入中的每一个的至少一个第一麦克风信号，且比较第一麦克风信号以确定耳塞的耳上状态；确定耳塞的耳上状态不能被充分确定，生成来自扬声器的用于声学回放的信号，接收来自第一麦克风输入的第二麦克风信号，且将第二麦克风信号与所生成的信号进行比较以确定耳塞的耳上状态。

Description

用于头戴式送受话器的耳上检测的系统和方法
技术领域
实施方案总体涉及用于确定头戴式送受话器是否位于用户的耳朵上或耳朵内的系统和方法，以及涉及被配置为确定头戴式送受话器是否位于用户的耳朵上或耳朵内的头戴式送受话器。
背景技术
头戴式送受话器是一种流行的用于传递声音和音频至用户的一只耳朵或两只耳朵的设备。例如，头戴式送受话器可用于传递音频，诸如音乐、音频文件或电话信号的回放。头戴式送受话器典型地还捕获来自周围环境的声音。例如，头戴式送受话器可以捕获用于语音记录或语音电话的用户的语音，或者可以捕获背景噪声信号以用于增强由设备处理的信号。头戴式送受话器可以提供广泛的信号处理功能。
例如，一种这样的功能是主动噪声消除(ANC，还称为主动噪声控制)，它将噪声消除信号与回放信号组合，且经由扬声器输出经组合的信号，以使得噪声消除信号分量在声学上消除周边噪声，而用户仅听到或主要听到感兴趣的回放信号。ANC处理典型地将由参考(前馈)麦克风所提供的周边噪声信号以及由误差(反馈)麦克风所提供的回放信号作为输入。即使取下头戴式送受话器，ANC处理仍持续地消耗大量功率。
因此，在ANC中且类似地在头戴式送受话器的许多其他信号处理功能中，期望的是，知晓在任何特定时间是否佩戴了头戴式送受话器。例如，期望的是，知晓贴耳型头戴式送受话器是否放置在用户的耳廓上或上方，以及耳塞(earbud)型头戴式送受话器是否已经放置在用户的耳道或外耳内。这两种使用情形在本文中都被称为各自的头戴式送受话器处于“耳上(on ear)”。诸如当头戴式送受话器被戴在用户的脖子上或者被完全取下时的未使用状态在本文中被称为处于“离耳(off ear)”。
用于耳上检测(on ear detection)的先前方法包括使用专用传感器，诸如电容性传感器、光学传感器或红外传感器，所述专用传感器可以检测何时将头戴式送受话器戴在耳朵上或耳朵附近。用于耳上检测的另一先前方法是提供一种感测麦克风，所述感测麦克风被定位为在佩戴时检测头戴式送受话器内部的声学声音，这是基于与头戴式送受话器离耳时相比，耳道和/或耳廓内的声学混响将导致感测麦克风信号的功率的可检测到的上升。然而，感测麦克风信号的功率会受到来自诸如交通的噪声源的巨大周边噪声的影响，因此这种方法在实际中头戴式送受话器离耳且受噪声影响时可能输出头戴式送受话器耳上的错误肯定(false positive)。当头戴式送受话器握在用户的手中、放置在盒子中等时，用于耳上检测的这些和其他方法也可能输出错误肯定。
期望的是能解决或改善与在先的用于确定头戴式送受话器是否位于用户的耳朵上或耳朵内的系统和方法相关联的一个或多个缺点或劣势，或至少提供一种有用的替代方案。
贯穿本说明书，词语“包括(comprise)”或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”之类的变体将被理解为暗示包括所陈述的元素、整体或步骤，或元素组、整体组或步骤组，但不排除任何其他元素、整体或步骤，或元素组、整体组或步骤组。
在本说明书中，元素可以是选项列表中的“至少一个”的陈述应被理解为，该元素可以是所列出的选项中的任何一个，或者可以是所列出的选项中的两个或更多个的任何组合。
本说明书中已经包括的对文件、动作、材料、设备、物品等的任何讨论不应被认为是承认这些事项中的任何事项或所有事项由于在每个所附权利要求的优先权日之前存在而形成现有技术基础的一部分或是与本公开内容相关领域内的公共常识。
发明内容
一些实施方案涉及一种用于耳塞的耳上检测的信号处理设备，所述设备包括：
第一麦克风输入，用于接收来自第一麦克风的麦克风信号，所述第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内；
第二麦克风输入，用于接收来自第二麦克风的麦克风信号，所述第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；
信号生成器，被配置为生成用于声学回放的信号，所述用于声学回放的信号来自被配置为定位于所述耳塞内的扬声器；以及
处理器，被配置为：
接收来自所述第一麦克风输入和所述第二麦克风输入中的每一个的至少一个第一麦克风信号，且比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态；
确定所述耳塞的耳上状态不能被充分确定，生成来自扬声器的用于声学回放的信号，接收来自所述第一麦克风输入的第二麦克风信号，且将所述第二麦克风信号与所生成的信号进行比较以确定所述耳塞的耳上状态。
一些实施方案进一步包括接近传感器，且其中所述处理器进一步被配置为接收来自所述接近传感器的指示所述耳塞接近对象的至少一个传感器信号，以及响应于接收来自所述接近传感器的至少一个传感器信号而执行接收至少一个第一麦克风信号以及比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态的步骤。根据一些实施方案，所述接近传感器是红外传感器。
根据一些实施方案，比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态包括比较所述第一麦克风信号的功率水平。在一些实施方案中，比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果从第一麦克风所接收的第一麦克风信号的功率比从第二麦克风所接收的第一麦克风信号的功率低一预定阈值，则确定耳塞是在耳上的。
在一些实施方案中，比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果从第一麦克风所接收的第一麦克风信号的功率比从第二麦克风所接收的第一麦克风信号的功率高一预定阈值，则确定耳塞是离耳的。
在一些实施方案中，比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果每个第一麦克风信号的功率水平都低于一预定阈值，则确定所述耳塞的耳上状态不能被充分确定。
根据一些实施方案，将至少一个第二麦克风信号与所生成的信号进行比较以确定所述耳塞的耳上状态包括确定所述至少一个第二麦克风信号是否包括所生成的信号的共振。
在一些实施方案中，所生成的信号是可听探测信号。根据一些实施方案，所生成的信号具有已知在人的耳道中产生共振的频率。
在一些实施方案中，所述处理器进一步被配置为响应于所确定的所述耳塞的耳上状态而执行音频处理功能。
一些实施方案涉及一种用于耳塞的耳上检测的方法，所述方法包括：
接收来自第一麦克风的第一麦克风信号和来自第二麦克风的第一麦克风信号，其中所述第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内，所述第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；
比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态；
确定所述耳塞的耳上状态不能被充分确定，生成用于声学回放的信号，接收来自第一麦克风的第二麦克风信号，且将第二麦克风信号与所生成的信号进行比较以确定所述耳塞的耳上状态，所述用于声学回放的信号来自被配置为定位于所述耳塞内的扬声器。
一些实施方案进一步包括接收来自接近传感器的指示所述耳塞接近对象的至少一个传感器信号，以及响应于接收来自接近传感器的至少一个传感器信号而执行接收至少一个第一麦克风信号以及比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态的步骤。
根据一些实施方案，比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态包括比较所述第一麦克风信号的功率水平。在一些实施方案中，比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果从所述第一麦克风所接收的第一麦克风信号的功率比从所述第二麦克风所接收的第一麦克风信号的功率低一预定阈值，则确定所述耳塞是在耳上的。
根据一些实施方案，比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果从所述第一麦克风所接收的第一麦克风信号的功率比从所述第二麦克风所接收的第一麦克风信号高一预定阈值，则确定所述耳塞是离耳的。
在一些实施方案中，比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果每个第一麦克风信号的功率水平都低于一预定阈值，则确定所述耳塞的耳上状态不能被充分确定。
在一些实施方案中，将至少一个第二麦克风信号与所生成的信号比较以确定所述耳塞的耳上状态包括确定所述至少一个第二麦克风信号是否包括所生成的信号的共振。
根据一些实施方案，所生成的信号是可听探测信号。在一些实施方案中，所生成的信号具有已知在人的耳道中产生共振的频率。
一些实施方案进一步包括响应于所确定的所述耳塞的耳上状态而执行音频处理功能。
一些实施方案涉及一种用于耳塞的耳上检测的信号处理设备，所述设备包括：
第一麦克风输入，用于接收来自第一麦克风的麦克风信号，所述第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内；
第二麦克风输入，用于接收来自第二麦克风的麦克风信号，所述第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；
信号生成器，被配置为生成用于声学回放的信号，所述用于声学回放的信号来自被配置为定位于所述耳塞内的扬声器；以及
处理器，被配置为：
生成来自扬声器的用于声学回放的信号；
导致所述信号由扬声器播放；
接收来自第一麦克风输入和第二麦克风输入中的每一个的至少一个麦克风信号，且将所接收的麦克风信号与由扬声器播放所生成的信号进行比较以检测所生成的信号的共振；以及
确定所述耳塞的耳上状态；
其中，仅在来自所述第一麦克风输入的信号中检测到共振但在来自所述第二麦克风输入的信号中未检测到共振时，才确定所述耳塞是在耳上的。
根据一些实施方案，所生成的信号是可听探测信号。根据一些实施方案，所生成的信号具有已知在人的耳道中产生共振的频率。
在一些实施方案中，处理器进一步被配置为在比较所接收的麦克风信号之前使用带通滤波器对所接收的麦克风信号进行滤波。在一些实施方案中，带通滤波器被匹配至所生成的信号的频率。
根据一些实施方案，处理器被配置为仅在自所述扬声器发出所生成的信号的时间起已经逝去一预定时段之后，才比较经滤波的信号。
在一些实施方案中，将所接收的麦克风信号与由扬声器播放所生成的信号进行比较以检测所生成的信号的共振包括从接收自第一麦克风的麦克风信号的功率水平减去接收自第二麦克风的麦克风信号的功率水平以及所生成的信号的功率水平，且将所得到的功率水平与一预定阈值进行比较。
根据一些实施方案，处理器进一步被配置为响应于所确定的所述耳塞的耳上状态而执行音频处理功能。
一些实施方案涉及一种用于耳塞的耳上检测的方法，所述方法包括：
生成用于声学回放的信号，所述用于声学回放的信号来自被配置为定位于耳塞内的扬声器；
导致所述信号由扬声器播放；
接收来自第一麦克风和第二麦克风中的至少一个麦克风信号，其中所述第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内，所述第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；
将所接收的麦克风信号与由扬声器播放所生成的信号进行比较以检测所生成的信号的共振；以及
确定所述耳塞的耳上状态，其中仅在来自所述第一麦克风输入的信号中检测到共振但在来自所述第二麦克风输入的信号中未检测到共振时，才确定所述耳塞是在耳上的。
在一些实施方案中，所生成的信号是可听探测信号。根据一些实施方案，所生成的信号具有已知在人的耳道中产生共振的频率。
一些实施方案进一步包括在比较所接收的麦克风信号之前，使用带通滤波器对所接收的麦克风信号进行滤波。在一些实施方案中，带通滤波器被匹配至所生成的信号的频率。
一些实施方案进一步包括仅在自所述扬声器发出所生成的信号的时间起已经逝去一预定时段之后，才比较经滤波的信号。
根据一些实施方案，将所接收的麦克风信号与由扬声器播放所生成信号进行比较以检测所生成的信号的共振包括从接收自所述第一麦克风的麦克风信号的功率水平减去接收自所述第二麦克风的麦克风信号的功率水平以及所生成的信号的功率水平，且将所得到的功率水平与一预定阈值进行比较。
一些实施方案进一步包括响应于所确定的所述耳塞的耳上状态而执行音频处理功能。
一些实施方案涉及一种存储非暂时性指令的机器可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时导致电子装置执行一些其他实施方案的方法。
一些实施方案涉及一种包括处理电路和非暂时性机器可读物的装置，所述非暂时性机器可读物在由处理电路执行时导致所述装置执行一些其他实施方案的方法。
一些实施方案涉及一种用于耳塞的耳上检测的系统，所述系统包括处理器和存储器，所述存储器包含由所述处理器能执行的指令，且其中所述系统能操作以执行一些其他实施方案的方法。
附图说明
下面通过实施例且参考附图进一步详细描述实施方案，在附图中：
图1例示了包括头戴式送受话器的信号处理系统，在该头戴式送受话器中实施了根据一些实施方案的耳上检测；
图2示出了示出图1的头戴式送受话器的耳塞的硬件部件的方框图；
图3示出了示出图1的头戴式送受话器的耳塞的软件模块的方框图；
图4示出了例示如由图1的系统所执行的确定头戴式送受话器是否位于用户的耳朵上或耳朵内的方法的流程图；
图5示出了进一步详细示出图4的方法的主动耳上检测过程的方框图；
图6A至图6C示出了例示由图1的系统的内部麦克风所测量的信号的图表；以及
图7A至图7B示出了例示由图1的系统的内部麦克风和外部麦克风所测量的信号的图表。
具体实施方式
本实施方案总体涉及用于确定头戴式送受话器是否位于用户的耳朵上或耳朵内的系统和方法，以及涉及被配置为确定头戴式送受话器是否位于用户的耳朵上或耳朵内的头戴式送受话器。
一些实施方案涉及混合耳上检测技术，其中头戴式送受话器首先以低功率收听模式或被动模式运行，且执行第一次尝试以做出耳上确定。如果不能做出确定，例如如果周边声学环境太安静，头戴式送受话器移动至需要生成探测信号的相对高功率的主动模式，然后执行第二次尝试以做出耳上确定。与单独使用接近传感器或被动检测技术时相比，这种混合技术可以通过将主动检测技术用作最后手段而不需要持续发出探测信号来允许更大的确定性。
一些实施方案进一步涉及一种高功率或主动耳上检测技术，该技术通过响应于应用可听共振探测信号来比较内部麦克风信号和外部麦克风信号而非单独查看内部麦克风信号来减少当耳塞被包含在小的封闭环境内(例如，握在用户的手中)时可能出现的错误肯定结果。
图1例示了一种头戴式送受话器100，在该头戴式送受话器100中实施了耳上检测。头戴式送受话器100包括两个耳塞120和150，每个耳塞分别包括两个麦克风121、122和151、152。头戴式送受话器100可以被配置为确定每个耳塞120、150是否位于用户的耳朵内或耳朵上。
图2是进一步详细地示出了耳塞120的硬件部件的系统示意图。耳塞150包括与耳塞120大体上相同的部件且以大体上相同的方式配置。因此，耳塞150未单独示出或描述。
除了麦克风121和122，耳塞120还包括数字信号处理器124，该数字信号处理器124被配置为接收来自耳塞麦克风121和122的麦克风信号。麦克风121是外部麦克风或参考麦克风，且被定位为当耳塞120定位于用户的耳朵内或耳朵上时感测来自耳道外和耳塞外的周边噪声。相反地，麦克风122是内部麦克风或误差麦克风，且被定位在耳道内，从而当耳塞120定位于用户的耳朵内或耳朵上时感测耳道内的声学声音。
耳塞120还包括扬声器128，用于当耳塞120定位于用户的耳朵内或耳朵上时传递音频至用户的耳道。当耳塞120定位于耳道内时，麦克风122至少在一定程度上与外部周边声学环境堵塞，但是保持与扬声器128的输出的良好耦合。相反地，当耳塞120定位于用户的耳朵内或耳朵上时，麦克风121至少在一定程度上与扬声器128的输出堵塞，但是保持与外部周边声学环境的良好耦合。头戴式送受话器100可以被配置为将音乐或音频传递至用户、允许用户打电话、将语音命令传递至语音识别系统，以及其他这样的音频处理功能。
处理器124还被配置为响应于一个或两个耳塞120、150定位于耳朵上或从耳朵上取下，来适配这样的音频处理功能的操纵。例如，处理器124可以被配置为当处理器124检测到一个或多个耳塞120、150已经从用户的耳朵上取下时，暂停正在通过头戴式送受话器100所播放的音频。处理器124还可以被配置为当处理器124检测到一个或多个耳塞120、150已经被放置在用户的耳朵上或耳朵内时，恢复正在通过头戴式送受话器100所播放的音频。
耳塞120还包括存储器125，该存储器125实际上可以被设置为单个部件或多个部件。存储器125被设置用于存储数据以及可以由处理器124读取和执行的程序指令，以使得处理器124执行诸如上文所描述的功能。耳塞120还包括收发器126，该收发器126允许耳塞120能够与外部设备通信。根据一些实施方案，耳塞120、150可以是无线耳塞，且收发器126可以促进耳塞120与耳塞150之间的无线通信，以及耳塞120、150与外部设备(诸如，音乐播放器或智能电话)之间的无线通信。根据一些实施方案，耳塞120、150可以是有线耳塞，且收发器125可以促进耳塞120与耳塞150之间直接地(诸如，在头顶带(overhead band)内)或者经由中间设备(诸如，智能电话)的有线通信。根据一些实施方案，耳塞120还可以包括接近传感器129，该接近传感器129被配置为将指示耳塞120是否位于接近对象的位置的信号发送至处理器124和/或测量对象的接近度。在一些实施方案中，接近传感器129可以是红外传感器或次声波传感器。根据一些实施方案，耳塞120可以具有其他传感器，诸如运动传感器或加速度计。耳塞120还包括电源123，根据一些实施方案，该电源123可以是电池。
图3进一步详细地示出了存储在耳塞120的存储器125中的可执行软件模块的方框图，且进一步例示了根据一些实施方案的用于耳上监测的过程。图3示出了麦克风121和122，以及扬声器128和接近传感器129。接近传感器129在一些实施方案中可以是可选的部件。当未经由扬声器128播放音频时，参考麦克风121基于检测到的周边声音生成被动信号XRP。当经由扬声器128播放音频时，参考麦克风121基于检测到的声音生成主动信号XRA，该检测到的声音可以包括周边声音以及通过扬声器128所发出的声音。当未经由扬声器128播放音频时，误差麦克风122基于检测到的周边声音生成被动信号XEP。当经由扬声器128播放音频时，误差麦克风122基于检测到的声音生成主动信号XEA，该检测到的声音可以包括周边声音以及通过扬声器128所发出的声音。
存储器125存储可由处理器124执行的被动耳上检测模块310，以使用被动耳上检测来确定耳塞120是否位于用户的耳朵上或耳朵内。被动耳上检测指的是不需要经由128发出音频而是替代地使用在周边声学环境中所检测到的声音来做出耳上确定的耳上检测过程。模块310被配置为接收来自接近传感器129的信号，以及来自麦克风121和122的被动信号XRP和XEP。从接近传感器129所接收的信号可以指示耳塞120是否接近对象。如果从接近传感器129所接收的信号指示耳塞120接近对象，则被动耳上检测模块310可被配置为使得处理器124处理被动信号XRP和XEP，以确定耳塞120是否位于用户的耳朵内或耳朵上。根据耳塞120不包括接近传感器129的一些实施方案，耳塞129可以替代地基于一预定时段或基于正在接收的一些其他输入信号而持续地或周期性地执行被动耳上检测。
处理器124可以通过测量和比较被动信号XRP和XEP的功率来执行被动耳上检测。如果从参考麦克风121所接收的被动信号XRP的功率是高的，但是从误差麦克风122所接收的被动信号XEP的功率是低的，则处理器121可以确定耳塞120位于用户的耳朵内或耳朵上。根据一些实施方案，处理器121可以认为从参考麦克风121所接收的被动信号XRP的功率是高的，而从误差麦克风122所接收的被动信号XEP的功率是低的，例如如果两个信号之间的阈值差大于8dB。这可能对应于这样一种情形：参考麦克风121正在检测周边噪声，但是由于误差麦克风122位于耳道内，此周边噪声被麦克风122堵塞。如果从参考麦克风121所接收的被动信号XRP的功率是高的，且从误差麦克风所接收的被动信号XEP的功率也是高的，则处理器121可以确定耳塞120位于用户的耳朵外。根据一些实施方案，处理器121可以认为从参考麦克风121所接收的被动信号XRP的功率是高的，且从误差麦克风122所接收的被动信号XEP的功率也是高的，例如如果两个信号之间的阈值差小于8dB且两个信号的功率高于一预定阈值(该预定阈值可以是大约70dBSPL)。这可能对应于参考麦克风121和误差麦克风122都在检测周边噪声的情形。此确定的结果可以被发送至决策模块340，以用于进一步处理。然而，如果从参考麦克风121所接收的被动信号XRP的功率是低的，则处理器124可能无法做出关于耳塞120的耳上状态的确定。这可能对应于存在很小或没有周边噪声的情形，因此麦克风121和122都可能生成低信号。例如，低信号可以是低于70dBSPL的信号。
如果被动耳上检测模块310不能做出确定，则被动耳上检测模块310可以将信号发送至主动耳上检测模块320，以指示被动耳上检测未成功。根据一些实施方案，即使在被动耳上检测模块310可以做出确定的情况下，被动耳上检测模块310也可以将信号发送至主动耳上检测模块320，以启动主动耳上检测，主动耳上检测例如可以用于确认被动耳上检测模块310所做出的确定。
主动耳上检测模块320可由处理器124执行，以使用主动耳上检测来确定耳塞120是否位于用户的耳朵上或耳朵内。主动耳上检测指的是需要经由扬声器128发出音频来做出耳上确定的耳上检测过程。模块320可以被配置为导致扬声器128播放声音，响应于所播放的声音接收来自误差麦克风122的主动信号XEA，且导致处理器124参考所播放的声音来处理主动信号XEA，以确定耳塞120是否位于用户的耳朵内或耳朵上。根据一些实施方案，模块320还可以可选地接收和处理来自参考麦克风121的主动信号XRA，如下文参考图5至图7B进一步详细描述的。
执行主动耳上检测模块330的处理器124可以首先被配置为指示信号生成模块330生成将由扬声器128所发出的探测信号。根据一些实施方案，所生成的探测信号可以是可听探测信号，且可以是例如钟声信号。根据一些实施方案，探测信号可以是具有已知在人的耳道中产生共振的频率的信号。例如，根据一些实施方案，信号的频率可以在100Hz与2kHz之间。根据一些实施方案，信号的频率可在200Hz与400Hz之间。根据一些实施方案，信号可包括音符C、D和G，是Csus2和弦。
麦克风121可以在扬声器128正在发出探测信号的时段期间生成主动信号XEA。主动信号XEA可包括至少部分地对应于由扬声器128所发出的探测信号的信号。
一旦扬声器128已经发出了由信号生成模块330所生成的信号，且麦克风122生成了主动信号XEA(该信号XEA是基于麦克风122在扬声器128发出所生成的信号期间感测到的音频而生成的)，信号XEA通过执行主动耳上检测模块320的处理器124进行处理，以确定耳塞120是否在用户的耳朵上或耳朵内。处理器124可以通过检测误差麦克风122是否检测到由扬声器128所发出的探测信号的共振，通过比较探测信号与主动信号XEA来进行主动耳上检测。这可能包括确定检测信号的共振增益是否超过一预定阈值。如果处理器124确定主动信号XEA与探测信号的共振相关，则处理器124可以确定麦克风122位于用户的耳道内，且因此耳塞120位于用户的耳朵上或耳朵内。如果处理器124确定主动信号XEA与探测信号的共振不相关，处理器124可以确定麦克风122并不位于用户的耳道内，且因此耳塞120并不位于用户的耳朵上或耳朵内。此确定的结果可以被发送至决策模块340，以用于进一步处理。
一旦耳上决策由被动耳上检测模块310和主动耳上检测模块320中的一个生成且被传送至决策模块340，则处理器124可以执行决策模块340，以确定是否需要执行任何动作来作为该确定的结果。根据一些实施方案，决策模块340还可以存储耳塞120的先前状态的历史数据，以协助确定是否需要执行任何动作。例如，如果确定耳塞120现在处于入耳位置，而先前存储的数据指示耳塞120先前处于离耳位置，则决策模块340可以确定现在应将音频传递至耳塞120。
图4是例示使用耳塞120进行耳上检测的方法400的流程图。方法400通过处理器124执行存储在存储器125中的代码模块310、320、330和340来进行。
方法400以步骤405开始，在步骤405处，处理器124接收来自接近传感器129的信号。在步骤410处，处理器124分析所接收的信号以确定该信号是否指示耳塞120接近对象。此分析可包括将所接收的信号与一预定阈值进行比较，该预定阈值在一些实施方案中可以是距离值。如果处理器124确定所接收的信号指示耳塞120并未接近对象，则处理器124确定耳塞120并未位于用户的耳朵内或耳朵上，因此继续等待从接近传感器129所接收的进一步信号。
另一方面，如果处理器124从接近传感器129所接收的信号确定耳塞120接近对象，则处理器124继续执行方法400，进入步骤415。在耳塞120不包括接近传感器129的实施方案中，方法400的步骤405和410可以被跳过，且处理器124可以从步骤415开始执行该方法。根据一些实施方案，不同的传感器(诸如，运动传感器)可用于从步骤515触发方法400的执行。
在步骤415处，处理器124执行被动耳上检测模块310，以确定耳塞120是否位于用户的耳朵内或耳朵上。如上文参考图3进一步详细描述的，执行被动耳上检测模块310可以包括处理器124接收和比较由麦克风121和122响应于所接收到的周边噪声而生成的被动信号XRP和XEP的功率。
在步骤420处，处理器120检查被动耳上检测过程是否成功。如果处理器120能够基于被动信号XRP和XEP确定耳塞120是否位于用户的耳朵内或耳朵上，则在步骤425，结果被输出至决策模块340，以用于进一步处理。如果处理器120不能基于被动信号XRP和XEP确定耳塞120是否位于用户的耳朵内或耳朵上，则处理器124通过移动至步骤430来继续执行主动耳上检测过程。
在步骤430处，处理器124执行信号生成模块330，以导致探测信号被生成且被发送至扬声器128进行发出。在步骤435处，处理器124进一步执行主动耳上检测模块320。如上文参考图3进一步详细描述的，执行主动耳上检测模块320可以包括处理器124接收由麦克风122响应于所发出的探测信号而生成的主动信号XEA，且确定所接收的信号是否对应于探测信号的共振。根据一些实施方案，如下面参考图5至图7B进一步详细描述的，执行主动耳上检测模块320可以进一步包括处理器124接收由麦克风121响应于发出的探测信号而生成的主动信号XRA，且确定所接收的信号是否对应于探测信号的共振。在步骤425处，主动耳上检测过程的结果被输出至决策模块340，以用于进一步处理。
图5示出了进一步详细例示耳塞120的部件的方框图，具体地参考可通过执行主动耳上检测模块320的处理器124执行的用于执行主动入耳检测的替代方法。如下文参考图6A至图7B所描述的，一些先前的用于主动耳上检测的技术仅寻找内部麦克风(即，误差麦克风122)上的共振，因此在某些情况下可能容易出现错误肯定，诸如当耳塞120被保持在共振腔(诸如，紧紧握住的手或其他小的封闭环境)中时。图5所示的方法还考虑了外部麦克风(即，参考麦克风121)的共振，这可以避免在某些情形中出现错误肯定。
图5示出了麦克风121和122以及扬声器128。当经由扬声器128播放音频时，参考麦克风121基于所检测到的声音(可能包括周边声音以及由扬声器128所发出的声音)生成主动信号XRA，而误差麦克风122基于所检测到的声音(可能包括周边声音以及由扬声器128所发出的声音)生成主动信号XEA。
由扬声器128所播放的音频由信号生成模块330生成。根据一些实施方案，针对待执行的主动耳上检测方法，信号生成模块330可以生成探测信号。探测信号可以是可听探测信号，且可以是例如钟声信号。根据一些实施方案，探测信号可以是具有已知在人的耳道中产生共振的频率的信号。例如，根据一些实施方案，信号的频率可以在100Hz与2kHz之间。根据一些实施方案，信号的频率可在200Hz与400Hz之间。根据一些实施方案，信号可以包括音符C、D和G，即Csus2和弦。
麦克风121和122可以检测由扬声器128所发出的信号，以及任何其他背景噪声或周边噪声。麦克风121和122可以基于所检测到的声音而生成主动信号XRA和XEA，且将这些信号分别传送至参考信号带通滤波器510和误差信号带通滤波器540。带通滤波器510和540可以对所接收的信号XRA和XEA应用带通滤波器，在一些实施方案中可以是窄带通滤波器。根据一些实施方案，滤波器510和540可以应用4阶窄带通滤波器。根据一些实施方案，带通滤波器510和540的参数可以基于由信号生成模块330所生成的探测信号的频率来设置。例如，根据一些实施方案，滤波器510和540可以对信号XRA和XEA应用带通260Hz至300Hz的滤波器，这可以与包括音符C和D的探测信号相匹配。使用匹配的滤波器可以降低系统对外部噪声的敏感度，以避免基于可能与发出探测信号的同时发生的外部声音而检测到大功率读数。
经滤波的信号可经由开关520和550被分别传送至参考信号功率计530和误差信号功率计560。开关520和550可被配置为仅在自扬声器128首次开始发出所生成的探测信号起已经逝去一预定时段之后闭合。这可允许由麦克风121和122所探测的和所生成的信号稳定。例如，根据一些实施方案，开关520和550可以被配置为在扬声器128开始发出探测信号之后的100ms闭合。
一旦开关520和550闭合，由带通滤波器510和540所生成的经滤波的信号被传送至功率计530和560。功率计530和560被配置为测量和输出所接收的经滤波的信号的功率水平。所测量的功率水平被提供至求和节点585。求和节点585从功率计560所确定的测量功率水平减去功率计530所确定的功率水平值。结果被传送至求和节点580，该求和节点580还接收来自生成信号功率计570的功率水平值，该生成信号功率计570被配置为测量且输出由信号生成模块330所生成的且由扬声器128所发出的探测信号的功率水平。求和节点580将求和节点585的输出与由功率计560所确定的测量功率水平相加，且减去由生成信号功率计570所确定的功率水平值。在一些实施方案中，由功率计560所确定的测量功率水平可以以2的增益在求和节点585处相加，而不在求和节点580处相加，这将实现相同的结果。
求和节点580的结果被传送至主动耳上检测决策模块590。决策模块590将所接收的结果与一预定阈值进行比较，以确定耳塞120是否位于用户的耳朵上或耳朵内。具体地，如果所接收的结果等于或高于该预定阈值，则确定耳塞120在用户的耳朵上或耳朵内，如果所接收的结果低于该预定阈值，则确定耳塞120是离耳的。
在实践中，当耳塞120位于用户的耳朵内或耳朵上以使得误差麦克风122位于耳朵的耳道内时，误差麦克风122将检测到由于扬声器128所发出的探测信号而产生的且通过耳道产生共振的高功率信号。参考麦克风121被扬声器128堵塞，且将仅检测到低功率信号。因此，从麦克风122所接收的信号中减去参考麦克风121所接收的信号，将产生相对高的信号水平，该信号水平将高于该预定阈值，以允许处理器124能够正确确定耳塞120位于用户的耳朵内或耳朵上。
当耳塞120位于用户的耳朵外且在开放的空间中以使得参考麦克风121和误差麦克风122都在耳朵的耳道或任何其他共振腔外时，参考麦克风121和误差麦克风122都不会检测到由于扬声器128所发出的探测信号而产生的高功率信号，因为此信号在到达麦克风121和122之前不会产生共振。麦克风121和122所接收的信号可能基本相等，因此从麦克风122所接收的信号中减去参考麦克风121所接收的信号将产生相对低的信号水平，该信号水平将低于该预定阈值，以允许处理器124能够正确确定耳塞120位于用户的耳朵外。
当耳塞120位于用户的耳朵外但位于共振腔内(诸如，位于用户的闭合的手中)以使得参考麦克风121和误差麦克风122都位于共振腔内时，参考麦克风121和误差麦克风122都将检测到由于扬声器128所发出的探测信号而产生的高功率信号，因为此信号将在腔内产生共振。麦克风121和122所接收的信号可能基本相等，因此从麦克风122所接收的信号中减去参考麦克风121所接收的信号将产生相对低的信号水平，这将低于该预定阈值，以允许处理器124能够正确确定耳塞120位于用户的耳朵外。因此，此方法可以减少因将耳塞120放置在耳朵外的共振腔或共振区而产生的错误肯定。
图6A至图6C是分别例示由放置在开放空间中、耳朵内和闭合的手内的麦克风所测量的信号的图表。
图6A示出了图表600，示出相对于X轴610和Y轴605的信号615。X轴610显示频率，单位为kHz，而Y轴605显示功率谱密度，单位为dBm/Hz。当耳塞120位于开放空间中且扬声器128正在发出探测信号时，信号615由诸如耳塞120的麦克风122的内部耳塞麦克风生成。信号615以采样率16kHz进行采样，分辨率带宽为7.81Hz。
与此相反，图6B示出了图表630，示出相对于X轴640和Y轴635的信号645。X轴640显示频率，单位为kHz，而Y轴635显示功率谱密度，单位为dBm/Hz。当耳塞120位于用户的耳朵内且扬声器128正在发出探测信号时，信号645由诸如耳塞120的麦克风122的内部耳塞麦克风生成。信号615以采样率16kHz进行采样，分辨率带宽为7.81Hz。如在比较图表630与图表600时可见，与耳塞120在开放空间中相比，当耳塞120位于耳朵内时，所记录的信号存在许多不同。例如，如特征655所例示的，与信号615相比，信号645在100Hz与1kH之间经历了水平的增加。如特征650所例示的，信号645在2.5kHz左右也经历了峰值，随后在3.5kHz左右出现低谷。
图6C示出了图表660，示出相对于X轴670和Y轴665的信号675。X轴670显示频率，单位为kHz，而Y轴665显示功率谱密度，单位为dBm/Hz。当耳塞120位于诸如紧握的手的共振腔中且扬声器128正在发出探测信号时，信号675由诸如耳塞120的麦克风122的内部耳塞麦克风生成。信号675以采样率16kHz进行采样，分辨率带宽为7.81Hz。如在比较图表660与图表600或图表630时可见，将耳塞120放置在紧握的手中可以产生与在信号645中可见的、与耳塞120位于耳朵中相关的特征类似的特征。具体地，如特征685所例示的，信号675在100Hz和1kH之间也经历了水平的增加，且如特征680所例示的，信号675在2.5kHz左右也经历了小峰值，随后在3.5kHz左右出现小低谷。
如上文所描述的，这还可以通过查看由外部麦克风121所产生的信号来解决。图7A和图7B是分别例示由放置在耳朵内和闭合的手内的麦克风所测量的信号的图表，但示出了来自内部麦克风和外部麦克风的信号。
图7A示出了图表700，示出相对于X轴710和Y轴705的信号715。X轴710显示频率，单位为kHz，而Y轴705显示功率谱密度，单位为dBm/Hz。当耳塞120位于用户的耳朵内且扬声器128正在发出探测信号时，信号715由诸如耳塞120的麦克风122的内部耳塞麦克风生成。图表700还示出了信号720，当耳塞120位于用户的耳朵内且扬声器128正在发出探测信号时，信号720由诸如耳塞120的麦克风121的外部耳塞麦克风生成。信号715和720以采样率16kHz进行采样，分辨率带宽为7.81Hz。
图7B示出了图表750，示出相对于X轴760和Y轴755的信号765。X轴710显示频率，单位为kHz，而Y轴755显示功率谱密度，单位为dBm/Hz。当耳塞120位于诸如紧握的手的共振腔且扬声器128正在发出探测信号时，信号765由诸如耳塞120的麦克风122的内部耳塞麦克风生成。图表700还示出了信号770，当耳塞120位于诸如紧握的手的共振腔且扬声器128正在发出探测信号时，信号770由诸如耳塞120的麦克风121的外部耳塞麦克风生成。信号765和770以采样率16kHz进行采样，分辨率带宽为7.81Hz。
如在比较图表700和图表750时可见，信号715和765存在相似之处，使得仅基于内部麦克风122，很难判断耳塞120是在耳朵内还是在紧握的手内。然而，信号720和770更显著不同，信号770的增大水平示出了在图表750所示的情形中，耳塞120实际上可能不在耳朵内。
本领域技术人员将理解，在不背离本公开内容的宽泛的总体范围的情况下，可以对上文所描述的实施方案进行对多种变化和/或修改。因此，本实施方案在所有方面都应被认为是例示性的而非限制性的。

Claims (40)

1.一种用于耳塞的耳上检测的信号处理设备，所述设备包括：
第一麦克风输入，用于接收来自第一麦克风的麦克风信号，所述第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内；
第二麦克风输入，用于接收来自第二麦克风的麦克风信号，所述第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；
信号生成器，被配置为生成用于声学回放的信号，所述用于声学回放的信号来自被配置为定位于所述耳塞内的扬声器；以及
处理器，所述处理器被配置为：
接收来自所述第一麦克风输入和所述第二麦克风输入中的每一个的至少一个第一麦克风信号，且比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态；
确定所述耳塞的耳上状态不能被充分确定，生成来自扬声器的用于声学回放的信号，接收来自所述第一麦克风输入的第二麦克风信号，且将所述第二麦克风信号与所生成的信号进行比较，以确定所述耳塞的耳上状态。
2.根据权利要求1所述的信号处理设备，进一步包括接近传感器，且其中所述处理器进一步被配置为接收来自所述接近传感器的指示所述耳塞接近对象的至少一个传感器信号，以及响应于接收来自所述接近传感器的至少一个传感器信号，执行接收至少一个第一麦克风信号以及比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态的步骤。
3.根据权利要求2所述的信号处理设备，其中所述接近传感器是红外传感器。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的信号处理设备，其中比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态包括比较所述第一麦克风信号的功率水平。
5.根据权利要求4所述的信号处理设备，其中比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果从所述第一麦克风所接收的第一麦克风信号的功率比从所述第二麦克风所接收的第一麦克风信号的功率低一预定阈值，则确定所述耳塞是在耳上的。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的信号处理设备，其中比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果从所述第一麦克风所接收的第一麦克风信号的功率比从所述第二麦克风所接收的第一麦克风信号的功率高一预定阈值，则确定所述耳塞是离耳的。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的信号处理设备，其中比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果每个所述第一麦克风信号的功率水平低于一预定阈值，则确定所述耳塞的耳上状态不能被充分确定。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的信号处理设备，其中将至少一个第二麦克风信号与所生成的信号进行比较以确定所述耳塞的耳上状态包括确定所述至少一个第二麦克风信号是否包括所生成的信号的共振。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的信号处理装置，其中所生成的信号是可听探测信号。
10.根据权利要求9所述的信号处理设备，其中所生成的信号具有已知在人的耳道中产生共振的频率。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的信号处理设备，其中所述处理器进一步被配置为响应于所确定的所述耳塞的耳上状态而执行音频处理功能。
12.一种用于耳塞的耳上检测的方法，所述方法包括：
接收来自第一麦克风的第一麦克风信号以及来自第二麦克风的第一麦克风信号，其中所述第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内，所述第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；
比较所述第一麦克风信号，以确定所述耳塞的耳上状态；
确定所述耳塞的耳上状态不能被充分确定，生成用于声学回放的信号，接收来自所述第一麦克风的第二麦克风信号，且将所述第二麦克风信号与所生成的信号进行比较以确定所述耳塞的耳上状态，所述用于声学回放的信号来自被配置为定位于所述耳塞内的扬声器。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括接收来自接近传感器的指示所述耳塞接近对象的至少一个传感器信号，以及响应于接收来自所述接近传感器的至少一个传感器信号而执行接收至少一个第一麦克风信号以及比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态的步骤。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态包括比较所述第一麦克风信号的功率水平。
15.根据权利要求14所述的方法，其中比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果从所述第一麦克风所接收的第一麦克风信号的功率比从所述第二麦克风所接收的第一麦克风信号的功率低一预定阈值，则确定所述耳塞是在耳上的。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，其中比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果从所述第一麦克风所接收的第一麦克风信号的功率比从所述第二麦克风所接收的第一麦克风信号的功率高一预定阈值，则确定所述耳塞是离耳的。
17.根据权利要求14至16中的任一项所述的方法，其中比较所述第一麦克风信号以确定所述耳塞的耳上状态进一步包括如果每个第一麦克风信号的功率水平低于一预定阈值，则确定所述耳塞的耳上状态不能被充分确定。
18.根据权利要求12至17中的任一项所述的方法，其中将至少一个第二麦克风信号与所生成的信号进行比较以确定所述耳塞的耳上状态包括确定所述至少一个第二麦克风信号是否包括所生成的信号的共振。
19.根据权利要求12至18中的任一项所述的方法，其中所生成的信号是可听探测信号。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所生成的信号具有已知在人的耳道中产生共振的频率。
21.根据权利要求12至20中的任一项所述的方法，进一步包括响应于所确定的所述耳塞的耳上状态而执行音频处理功能。
22.一种用于耳塞的耳上检测的信号处理设备，所述设备包括：
第一麦克风输入，用于接收来自第一麦克风的麦克风信号，所述第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内；
第二麦克风输入，用于接收来自第二麦克风的麦克风信号，所述第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；
信号生成器，被配置为生成用于声学回放的信号，所述用于声学回放的信号来自被配置为定位于所述耳塞内的扬声器；以及
处理器，被配置为：
生成来自扬声器的用于声学回放的信号；
导致所述信号由扬声器播放；
接收来自第一麦克风输入和第二麦克风输入中的每一个的至少一个麦克风信号，且将所接收的麦克风信号与通过扬声器播放所生成的信号进行比较以检测所生成的信号的共振；以及
确定所述耳塞的耳上状态；
其中，仅在来自所述第一麦克风输入的信号中检测到共振但在来自所述第二麦克风输入的信号中未检测到共振时，才确定所述耳塞是在耳上的。
23.根据权利要求22所述的信号处理设备，其中所生成的信号是可听探测信号。
24.根据权利要求23所述的信号处理设备，其中所生成的信号是已知在人的耳道中产生共振的频率。
25.根据权利要求22至24中的任一项所述的信号处理设备，其中所述处理器进一步被配置为在比较所接收的麦克风信号之前，使用带通滤波器对所接收的麦克风信号进行滤波。
26.根据权利要求25所述的信号处理设备，其中所述带通滤波器被匹配至所生成的信号的频率。
27.根据权利要求25或权利要求26所述的信号处理设备，其中所述处理器被配置为仅在自所述扬声器发出所生成的信号的时间起已经逝去一预定时段之后，才比较经滤波的信号。
28.根据权利要求22至27中的任一项所述的信号处理设备，其中将所接收的麦克风信号与由扬声器播放所生成的信号进行比较以检测所生成的信号的共振包括从接收自所述第一麦克风的麦克风信号的功率水平减去接收自所述第二麦克风的麦克风信号的功率水平以及所生成的信号的功率水平，且将所得到的功率水平与一预定阈值进行比较。
29.根据权利要求22至28中的任一项所述的信号处理设备，其中所述处理器进一步被配置为响应于所确定的所述耳塞的耳上状态而执行音频处理功能。
30.一种用于耳塞的耳上检测的方法，所述方法包括：
生成用于声学回放的信号，所述用于声学回放的信号来自被配置为定位于所述耳塞内的扬声器；
导致所述信号由扬声器播放；
接收来自第一麦克风和第二麦克风中的至少一个麦克风信号，其中所述第一麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵内，所述第二麦克风被配置为在佩戴耳塞时定位于用户的耳朵外；
将所接收的麦克风信号与由扬声器播放所生成的信号进行比较以检测所生成的信号的共振；以及
确定所述耳塞的耳上状态，其中仅在来自第一麦克风输入的信号中检测到共振但在来自第二麦克风输入的信号中未检测到共振时，才确定所述耳塞是在耳上的。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所生成的信号是可听探测信号。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所生成的信号具有已知在人的耳道中产生共振的频率。
33.根据权利要求30至32中的任一项所述的方法，进一步包括在比较所接收的麦克风信号之前，使用带通滤波器对所接收的麦克风信号进行滤波。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述带通滤波器被匹配至所生成的信号的频率。
35.根据权利要求33或权利要求34所述的方法，进一步包括仅在自所述扬声器发出所生成的信号的时间起已经逝去一预定时段之后，才比较经滤波的信号。
36.根据权利要求30至35中的任一项所述的方法，其中将所接收的麦克风信号与由扬声器播放所生成的信号进行比较以检测所生成的信号的共振包括从接收自所述第一麦克风的麦克风信号的功率水平减去接收自所述第二麦克风的麦克风信号的功率水平以及所生成的信号的功率水平，且将所得到的功率水平与一预定阈值进行比较。
37.根据权利要求30至36中的任一项所述的方法，进一步包括响应于所确定的所述耳塞的耳上状态而执行音频处理功能。
38.一种存储非暂时性指令的机器可读介质，所述指令在由一个或多个处理器执行时导致电子装置执行权利要求12至21以及权利要求30至37中的任一项所述的方法。
39.一种包括处理电路和非暂时性机器可读物的装置，所述非暂时性机器可读物在由处理电路执行时导致所述装置执行权利要求12至21以及权利要求30至37中的任一项所述的方法。
40.一种用于耳塞的耳上检测的系统，所述系统包括处理器和存储器，所述存储器包含由所述处理器能执行的指令，其中所述系统能操作以执行权利要求12至21以及权利要求30至37中的任一项所述的方法。
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