CN115442693A - 用于评估耳机的拟合质量的系统、音频可佩戴设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于在噪声环境中使用时评估耳机的拟合质量的系统、设备和方法。耳机具有用于捕获外耳音频信号的外部麦克风和用于捕获内耳音频信号的内部麦克风。通过根据所捕获的内耳和外耳音频信号来估计滤波器，并根据所估计的滤波器的经识别的系数确定拟合质量，来估计拟合质量。用于在安静环境中使用时评估耳机的密封质量的系统、装置和方法。耳机具有用于向耳道发射声音刺激的扬声器和用于捕获耳道内的音频信号的内部麦克风。通过根据发射和捕获的声音刺激来估计传递函数，并根据传递函数的信号幅度来确定至少一个密封质量指标，从而评估密封质量。

Description

用于评估耳机的拟合质量的系统、音频可佩戴设备和方法
本发明申请是本申请人于2018年6月26日提交的、申请号为 201880054791.2、发明名称为“用于评估耳机的拟合质量的系统、音频 可佩戴设备和方法”的发明申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2017年6月26日在美国专利商标局提交的题为" System andMethod of Continuous Assessment of a Fit of an In-Ear Wearable Device UsingDigital Adaptive Filters"的美国临时专利 申请No.62/524,873的优先权的利益。
技术领域
本发明通常涉及用于评估耳机的拟合质量的系统、装置和方法，更 具体地涉及用于评估耳机在有噪声或无声环境中的拟合质量的系统、装 置和方法。
发明背景
耳机用于各种应用。例如，耳机可以是被动听力保护装置(HPD)， 用于保护佩戴者的听力免受环境噪声或声音的影响。在另一种情况下， 耳机可以是例如用于允许两个或更多个人在例如噪声环境中通信的通信 设备。耳机在本领域中确实是公知的。然而，这种装置只有在它们被适 当地佩戴以提供合适的拟合质量时才是有效的。这对于耳内或入耳装置 如耳塞或外耳保护器或通信装置尤其如此。在入耳装置的情况下，需要 将耳机正确地和仔细地插入耳道内，以充分地保护佩戴者的听力或允许 适当的通信。在外耳保护器或通信装置的情况下，耳机需要适当地覆盖 和密封耳亭，以充分保护佩戴者的听力或允许适当的通信。而且，在大 多数情况下，耳机需要具有足够适合佩戴者的耳朵或耳道的形状和尺寸。 此外，当长时间佩戴时，耳机的拟合质量会随着时间的推移而降低，因 为耳机会随着时间的推移而改变位置、松开或变形，而且随着时间推移， 耳机的材料会退化并影响其拟合质量。耳机的拟合质量仅是逐渐地降低， 并且通常不被佩戴者所注意。例如，如果是耳塞，佩戴者不能检测耳塞 装置的松开，因为他的听力自然地适应了进入耳机的逐渐增加的噪声。 多年来，已经为耳机开发了使用不同"拟合测试"系统的不同"拟合测试" 解决方案，以解决该问题，从而确保适当的拟合质量并提供期望的声音 衰减。
这种单独的"拟合测试"解决方案通常为听力保护提供了巨大的潜力 和优点。然而，所执行的测量仅显示出在测量时由耳机提供的声音衰减 的"快照"。研究表明，耳塞并不总是始终如一地拟合，并且耳塞在长时 间佩戴时可能变松，从而需要定期的重新定位。然而，佩戴者经常忽略 需要定期地对耳塞进行重新定位。实际上，佩戴者大部分由其任务预先 占有，并且暂停以重新定位其耳塞会是一种负担，特别是对需要去除身 体覆盖物(例如口罩或手套)的工人，或者为了重新定位其耳塞而需要洗 手或离开工作环境的工人。此外，佩戴者经常忘记重新定位他的耳塞， 因为佩戴者不能注意到他的耳塞的衰减水平正在降低。对于工作者来说， 为了在佩戴时定期评估其佩戴的耳塞的拟合质量，定期地离开其工作环 境以进行单独的拟合测试可能是更大的负担和麻烦。实际上，单独的"拟 合测试"解决方案通常是耗时的，并且会对管理具有挑战性。
另一个问题涉及这样的事实，即通过拟合测试解决方案获得的测量， 如同任何计量设备一样，具有固有的不确定性，即所报告的衰减值可能 不同于"真实的"物理衰减。这种不确定性应该由拟合测试系统进行报告 或以其它方式加以考虑，以便操作员可以考虑该不确定性，特别是在需 要特定HPD噪声衰减的应用中。已经对现有的商业系统进行了几个第三 方独立的验证研究。一些研究报告了某些现有的拟合测试系统可以呈现 与遵循标准化过程(例如，ISO 4869或ANSI/ASA S12.6标准中规定的实 耳阈值衰减(REAT)测量)的同一个人的声音衰减测量显著不同的结果。 这种不确定性可以通过去除两个主要的不确定性组分而大大降低。两个 主要的不确定性组分中的一个是所谓的"拟合不确定性"，其与一个用户 在一段时间就给定耳机的拟合/重新拟合的易变性有关。两个主要的不确 定性组分中的另一个通常被称为"频谱不确定性"，其由仅在一个给定的 噪声频谱中而不是在用户真正暴露的环境噪声中的对声音衰减的测量而 产生。因此，需要一种能够在佩戴在用户的工作环境中时以足够的精度 无缝地评估耳机的拟合质量的解决方案。用于耳内装置声学性能的客观 评估的技术和方法已经在美国专利号7,688,983、8,254,586和8,254,587中公开。该技术使用F-MIRE(现场麦克风在实耳中)方法。F-MIRE方法 同时测量在听力保护器(耳内麦克风)下面的和听力保护器(外耳麦克风) 外侧的耳道内的声压级，这两个测量之间的差异允许估计听力保护器的 衰减级。这种方法需要计算几个快速傅立叶变换(FFT)，或者用于计算 耳内麦克风和外耳麦克风的自动频谱(美国专利号6,687,377)，或用于使 用上述自动频谱以及交叉频谱计算传递函数估计(美国专利号 7,688,983)。
F-MIRE方法，如美国专利号6,687,377和7,688,983中所公开的， 在计算上要求高，并且仅限于瞬时评估由HPD提供的衰减，并且没有能 力在HPD在随后的几小时、几天、几周等的佩戴期间验证或确保提供经 评估的衰减。
其它技术，例如在美国专利号6,567,524中公开的方法，提供了耳 内可佩戴的音频设备，用于在噪声环境中允许通信/对话的同时保护耳朵。 这些技术通常使用电声方法来评估音频耳内可佩戴装置的适当拟合。这 种方法使用内部微型扬声器以耳内麦克风实际测量的相同声级来链接回 放的声级。根据在不同离散频率下的幅度和相位来测量该关系，并且将 该关系与表示恰当密封的耳机的预定参考值进行比较。然而，该方法需 要在评估密封质量之前必须执行校准步骤。如果耳机在校准步骤和评估 步骤之间移动，则评估的密封质量可能不准确。此外，由于必须预先执 行单独的校准步骤，密封质量评估没有被无缝地提供。因此，需要一种 解决方案来提供对拟合质量或密封质量的评估，该评估对于用户来说是 无缝的，不依赖于密集的计算，并且在耳机被使用时能够实时操作，而 无需用户走出他的环境且无需单独的校准步骤。
发明内容
现有技术的缺点通常通过提供一种系统、装置和方法来减轻，所述 系统、装置和方法用于无缝地评估耳机的拟合质量或密封质量，以便确 定耳机在佩戴和使用时所提供的声音衰减水平的指标
应当认识到，耳机可以是任何类型的HPD，例如耳塞、助听器(假体)、 上面的或外耳保护装置或耳机(耳内音频可佩戴装置)，以保护耳朵，允 许在噪声环境中进行通信/对话或捕获存在于封闭耳道中的生物信号(心 跳或呼吸速率)。如果在使用时耳机的拟合质量和密封质量是适当的，则 这种耳机是有效的并提供所期望的声音衰减。
本领域技术人员将认识到，拟合质量或密封质量可能受到耳机的形 状、尺寸、位置、完整性、退化和预插入操作的影响。拟合质量和密封 质量还可能受到由耳道壁产生的各种运动的影响。实际上，当使用者作 出诸如说话、打呵欠或吃的颌运动时，可以引起耳道壁移动并影响耳机 的位置或形状。
应当理解，这里使用的术语麦克风指的是任何类型的声音捕获设备 或捕获声音的装置。此外，术语扩音器和/或扬声器指的是任何类型的发 声设备或从声源再现声音的任何装置。
噪声环境中的拟合质量
根据一个方面，提供了一种音频可佩戴设备，其具有耳机，用于可 操作地防止环境声音进入用户的耳道。耳机具有用于捕获耳道外部的外 耳音频信号的外部麦克风和用于捕获耳道内部的内耳音频信号的内部麦 克风。该音频可佩戴设备具有模型化(modelization)模块，系数识别 器(identifier)和拟配质量评估器。模型化模块适于根据所捕获的外 耳音频信号和所捕获的内耳音频信号来估计耳机在噪声环境中使用时的 衰减模型。注意，衰减模型表示声滤波器。系数识别器适于根据衰减模 型识别一组声滤波器系数。拟合质量评估器适于分析该组声滤波器系数 并根据该分析确定至少一个拟合质量指标。经识别的该滤波器系数包括 在约8kHz的采样率下的至少一百个系数。该组滤波器系数包括至少一百 五十个系数。
根据另一方面，提供了一种用于耳机的拟合质量评估系统。耳机被 配置为防止环境噪声进入佩戴者的耳道，并且具有用于捕获耳道外部的 外耳音频信号的外部麦克风和用于捕获耳道内部的内耳音频信号的内部 麦克风。该系统具有第一接收器、第二接收器、模型化模块、系数识别 器、拟合质量评估器和拟合质量通信模块。第一接收器适于接收所捕获 的外耳音频信号。第二接收器适于接收所捕获的内耳音频信号。模型化 模块适于连接到第一和第二接收器，并根据捕获的外耳音频信号和捕获 的内耳音频信号来估计声滤波器。声滤波器表现出耳机在噪声环境中使 用时所提供的衰减。系数识别器适于根据估计的声滤波器来识别一组滤 波器系数。该拟合质量评估器适于分析该组滤波器系数并根据该分析确 定至少一个拟合质量指标。拟合质量通信模块适于发送表示出拟合质量 指标的状态信息。拟合质量评估器还包括平均模块，所述平均模块适于 计算所述频率响应的平均值，所述频率响应中的每一个与多组滤波器系 数中的至少一组相关联。拟合质量评估器还包括频率响应提取器，所述 频率响应提取器适于根据声滤波器系数计算预定频带组上的频率响应。 预定频带组在150Hz和350Hz的范围内。
根据又一方面，提供了一种评估耳机的拟合质量的方法。耳机被构 造成防止环境噪声进入佩戴者的耳道。耳机可以包括用于捕获耳道外部 的外耳声音信号的外部麦克风和用于捕获耳道内部的内耳声音信号的内 部麦克风。该方法包括捕获内耳声音信号和/或接收外耳声音信号，估计 数字滤波器，识别多个系数和确定拟合质量。可以从内部麦克风接收内 耳声音信号。可以从外部麦克风接收外耳声音信号。注意，所接收的外 耳声音信号表示噪声环境。根据所接收的内耳声音信号和所接收的外耳 声音信号来估计数字滤波器。所识别的系数是所估计的滤波器的系数。 根据所识别的系数来确定拟合质量。拟合质量可根据所述滤波器的可靠 性来确定。
根据另一方面，提供用于耳机的拟合质量评估系统。所述耳机被配 置为防止环境噪声进入佩戴者的耳道，所述耳机包括用于捕获所述耳道 外部的外耳音频信号的外部麦克风和用于捕获所述耳道内部的内耳音频 信号的内部麦克风。所述系统包括：第一接收器，适于接收所捕获的外 耳音频信号，第二接收器，适于接收所捕获的内耳音频信号，模型化模 块，被配置为连接到所述第一和第二接收器，并且估计滤波器，所述滤 波器表示在噪声环境中使用时由所述耳机提供的衰减，根据所捕获的外 耳音频信号和所捕获的内耳音频信号来估计所述滤波器，系数识别器， 被配置为根据所述被估计的滤波器来识别一组滤波器系数，拟合质量评 估器，被配置为分析该组滤波器系数并根据所述分析确定至少一个拟合 质量指标，和拟合质量通信模块，被配置为表明表示所述拟合质量指标 的状态信息。拟合质量评估系统还包括频率响应提取器，所述频率响应 提取器被配置成根据该组滤波器系数在频带的预定范围上计算的频率响 应。拟合质量评估器还包括拟合质量确定器，所述拟合质量确定器适于 根据所述比较和所述计算来确定拟合质量指标。拟合质量通信模块适于 连接到所述耳机的扬声器，并且适于将所述状态信息发送到所述扬声器。 拟合质量通信模块被配置成将所述状态信息发送到所述系统的监视模块。
安静环境下的拟合质量
根据一个方面，提供了一种具有耳机的音频可佩戴装置。耳机适于 可操作地防止环境声音进入用户的耳道。耳机包括用于向耳道发射声音 的诸如扬声器的声音发射装置和用于捕获耳道内的内耳音频信号的诸如 内部麦克风的声音捕获装置。音频可佩戴装置包括音源发生器、音源发 射器、模型化模块、信号幅度识别器和密封质量评估器。声源发生器适 于以预定的密封评估频率产生声音刺激。声源发射器适于将声音刺激发 送到扬声器和模型化模块。该模型化模块适于根据对声音刺激和由内部 麦克风捕获的该声音刺激的内耳音频信号的比较，来估计使用于安静环 境中的耳机的传递函数。信号幅度识别器适于以预定的密封评估频率建 立传递函数的信号幅度。密封质量评估器适于根据信号幅度确定至少一 个密封质量指标。所述预定密封评估频率可在约100Hz与约200Hz之间。 预定密封评估频率可在约2000Hz与约5000Hz之间。声源发生器可被配 置成以多个预定密封评估频率产生声音刺激。信号幅度识别器可进一步 配置成根据所述传递函数和所述多个预定密封评估频率来建立多个信号 幅度，且所述密封质量评估器适于根据所述多个信号幅度来确定至少一 个密封质量指标。声源发生器还可适于以预定的多个耳声发射测量校准 频率产生多个声音刺激。所述预定密封评估频率是所述多个耳声发射测 量校准频率中的一个。多个声音刺激可包括两个纯音频率。所述装置还 包括密封质量通信模块，所述密封质量通信模块适于发送表示所述至少 一个密封质量指标的状态信息。状态信息被发送到所述声音发射装置或 监视系统。所述至少一个密封质量指标可以是从由泄漏半径尺寸、泄漏长度和泄漏量组成的组中选择的泄漏指标。所述声音发射设备可以是扬 声器。所述声音捕获设备可以是内部麦克风。
根据另一方面，提供了一种用于耳机的密封质量评估系统。耳机被 构造成防止环境噪声进入佩戴者的耳道。耳机包括用于向耳道发射声音 的诸如扬声器的声音发射装置和用于捕获耳道内的内耳音频信号的诸如 内部麦克风的声音捕获装置。该密封质量评估系统包括声源发生器、声 源发射器、接收器、模型化模块、信号幅度识别器和密封质量评估器。 声源发生器适于以预定的密封评估频率产生声音刺激。声源发射器适于 将声音刺激发送到扬声器和模型化模块。接收器适于接收由内部麦克风 捕获的声音刺激的内耳音频信号。模型化模块适于根据对声音刺激和接 收到的内耳音频信号的比较来估计耳机在安静环境中使用时的传递函数。 信号幅度识别器适于以预定的密封评估频率建立传递函数的信号幅度。 密封质量评估器适于根据信号幅度确定至少一个密封质量指标。所述预 定密封评估频率可在约100Hz与约200Hz之间。预定密封评估频率可在 约2000Hz与约5000Hz之间。声源发生器可被配置成以多个预定密封评 估频率产生声音刺激。信号幅度识别器可进一步配置成根据所述传递函 数和所述多个预定密封评估频率来建立多个信号幅度，且所述密封质量 评估器适于根据所述多个信号幅度来确定至少一个密封质量指标。声源 发生器还可适于以预定的多个耳声发射测量校准频率产生多个声音刺激。 所述预定密封评估频率是所述多个耳声发射测量校准频率中的一个。多 个声音刺激可包括两个纯音频率。所述装置还可包括密封质量通信模块， 所述密封质量通信模块适于发送表示所述至少一个密封质量指标的状态 信息。状态信息可被发送到所述声音发射装置或监视系统。所述至少一 个密封质量指标可以是从由泄漏半径尺寸、泄漏长度和泄漏量组成的组 中选择的泄漏指标。所述声音发射设备可以是扬声器。所述声音捕获设 备可以是内部麦克风。
根据又一方面，提供了一种评估耳机的密封质量的方法。耳机被构 造成防止环境噪声进入佩戴者的耳道。作为示例，耳机可以包括用于向 耳道发射声音的扬声器和/或用于捕获耳道内的内耳音频信号的内部麦 克风。评估密封质量的方法包括产生声音刺激，发射声音刺激，捕获内 耳音频信号，比较所产生的多个声音刺激，估计传递函数，识别信号幅度和确定至少一个密封质量指标。以预定的密封评估频率产生声音刺激。 向耳道发射声音刺激。接收到的内耳音频信号是由内部麦克风捕获的声 音刺激的内耳音频信号。将所产生的声音刺激与所接收的内耳音频信号 进行比较。根据比较来估计传递函数。所识别的信号幅度是在预定密封 评估频率下的传递函数的信号幅度。根据信号幅度确定所述至少一个密 封质量指标。可以根据先前测量的密封质量指标的数据集来确定至少一 个密封质量指标。可以以多个预定密封评估频率产生声音刺激。可以根 据所述传递函数和所述多个预定密封评估频率来识别多个信号幅度。可 以在预定的多个耳声发射测量校准频率产生多个声音刺激。所述多个声 音刺激包括两个纯音频率。表示所述至少一个密封质量指标的状态信息 可以被发送。状态信息可以被发送到监视设备。
本发明的其它和进一步的方面和优点将在对将要描述的示例性实施 例的理解之后变得显而易见，或者将在所附权利要求中指出，并且在实 践中使用本发明时，本领域技术人员将会想到这里未提及的各种优点。
附图的简要说明
本发明的上述和其它方面，特征和优点将从以下描述结合参考附图 变得更加显而易见，其中：
图1A是音频可佩戴设备的实施例的图示，该音频可佩戴设备具有放 置在佩戴者的耳道入口中的耳机，该耳机具有外耳麦克风和内耳麦克风， 用于评估佩戴在噪声环境中时耳机的拟合质量；
图1B是根据一个实施例的图1A的音频可佩戴设备的部件的框图， 该设备包括模型化模块和拟合质量评估器；
图1C是根据另一实施例的图1A的音频可佩戴设备的部件的框图， 该设备包括模型化模块，拟合质量评估器和干扰检测器；
图1D是根据一个实施例的图1B和1C的模型化模块的组件的框图；
图2A是根据一个实施例的图1B和1C的拟合质量评估器的部件的框 图，该拟合质量评估器具有系数分析器和拟合质量确定器；
图2B是根据另一实施例的图1B和1C的拟合质量评估器的部件的框 图，该拟合质量评估器具有响应提取器和拟合质量确定器；
图2C是根据另一实施例的图1B和1C的拟合质量评估器的部件的框 图，该拟合质量评估器具有系数分析器，响应提取器和拟合质量确定器；
图3A是根据一个实施例的图2A和2C的系数分析器的组件的框图， 该系数分析器具有阈值包络分析器和平均模块；
图3B是根据一个实施例的图2B和2C的响应提取器的组件的框图， 该响应提取器具有响应计算器和平均模块；
图3C是由图2B和2C的拟合质量确定器使用的不良拟合底限和良好 拟合上限的图示；
图3D是根据一个实施例的具有配合评估模块和通信模块的拟合质量 评估系统的组件的框图；
图4A是根据一个实施例的用于确定拟合质量指标的方法的框图；
图4B是根据替换实施例的用于通过验证滤波器精度来确定拟合质量 指标的方法的框图；
图4C是根据替换实施例，通过分析系数来确定图4A和4B的拟合质 量指标的方法的框图；
图4D是根据替换实施例的用于通过提取响应来确定图4A和4B的拟 合质量指标的方法的框图；
图4E是根据替换实施例的用于通过分析系数并提取响应来确定图4A 和4B的拟合质量指标的方法的框图；
图4F是用于评估拟合质量的方法的框图，该方法包括确定拟合质量 指标并传送拟合质量指标。
图5A是根据一个实施例的用于通过确定滤波器系数是否在预定系数 包络内来评估耳机的拟合质量的方法的流程图；
图5B是根据一个实施例，由图5A的方法使用的预定系数包络的图；
图5C是根据一个实施例，通过提取在各种预定频率的频率响应来评 估耳机的拟合质量的方法的流程图；
图5D是根据一个实施例的用于在安静环境中使用数字自适应滤波器 来评估耳机的拟合质量的系统的图示；
图6A是根据一个实施例的具有放置在佩戴者的耳道入口中的耳机的 音频可佩戴设备的图示，所述耳机具有扬声器和内耳麦克风，用于评估 佩戴在安静环境中时耳机的拟合质量；
图6B是图6A的音频可佩戴设备的组件的框图，根据一实施例，该 设备具有建模模块和密封质量评估器；
图6C是图6B的密封质量评估器的组件的框图，根据一实施例，密 封质量评估器具有信号幅度识别器和密封质量确定器；
图6D是根据一个实施例，由图6C的密封质量确定器使用的查找表 的图示；
图6E是根据一个实施例的具有密封评估模块和通信模块的密封质量 评估系统的组件的框图；
图7A是根据一个实施例，当在安静环境中时，通过根据由扬声器产 生的刺激和由内耳麦克风捕获的音频信号估计传递函数来估计具有扬声 器和内耳麦克风的耳机的拟合质量的方法的框图；
图7B是根据一个实施例，通过将激励信号与捕获的音频信号进行比 较并通过收敛比较来估计图7A的传递函数的方法的框图；
图7C是根据一个实施例，通过在密封评估频率处建立信号幅度来确 定图7A的密封质量指标的方法的框图；
图7D是根据一个实施例的在评估耳机的密封质量之后提供耳声测量 的方法的框图；
图7E是用于评估密封质量的方法的框图，该方法包括确定密封质量 指标并传送密封质量指标。
图8是表示根据一个实施例的各种传递函数的图表，每个传递函数 对应于不同的密封质量指标；
图9是表示根据一个实施例，根据自适应滤波器的系数计算的幅度 响应的例子的曲线图；
图10是表示根据一个实施例的由24位参与者上的耳机提供的被动 衰减并且任意地对应于不良配合或良好配合的曲线图；
图11和12是示出根据一个实施例的作为配合测试值(dB)的函数 的被动衰减(dB)的线性回归的曲线图；
图13是示出根据一个实施例，当在安静环境中时，作为拟合测试值 (dB)的函数的个人衰减等级(dB)的线性回归的曲线图；和
图14是根据一个实施例的具有放置在佩戴者的耳道入口中的耳机的 音频可佩戴设备的图示，所述耳机具有外耳麦克风，内耳麦克风和扬声 器，用于在佩戴在噪声环境或安静环境中时评估耳机的拟合质量。
具体实施例的详细描述
下文将描述用于评估耳机的拟合质量的系统、装置和方法。尽管根 据特定的示例性实施例描述了系统、设备和方法，但是应当理解，这里 描述的实施例仅仅是示例性的，并且该设备和方法的范围并不旨在由此 受到限制。
例如，应该认识到，拟合质量能够表示出耳机位置、密封、形状、 变形、退化、完整性、孔隙率等。
噪声环境中的拟合质量
首先参考图1A，存在用于评估耳机102的拟合质量的装置100的实 施例。装置100包括耳机102，例如但不限于耳塞，耳内装置或适于防止 声音或噪声进入用户耳朵10的耳道12的任何其它类型的装置。耳机102 还包括外部麦克风(OEM)104和内部麦克风(IEM)106，它们被定位和定 向以分别捕获耳道外部和内部的声音。实际上，耳机102用作外部麦克 风104和内部麦克风106之间的声屏障。
更详细地，外部麦克风(OEM)104适于捕获外耳音频信号，例如耳 朵10外部或耳道12外部的声音或噪声，这取决于耳机102的类型。根 据耳机102的类型，内部麦克风(IEM)106适于捕获耳道12内或(耳道 内)耳机102下方或后面的内耳音频信号，例如声音或噪声。根据一个实 施例，在存在环境噪声的情况下同时捕获外耳音频信号和内耳音频信号。
外部麦克风104和内部麦克风106捕获的信号被馈送到设备100的 模型化模块110(如图1B所示)，以便确定耳机102在使用时(即，当它 被用户佩戴时)的衰减模型。模型化模块110适于根据所捕获的外耳信号 和所捕获的内耳信号来确定耳机102的衰减模型。
根据一个实施例，模型化模块110适于根据所捕获的内耳音频信号 和所捕获的外耳音频信号来估计外耳音频信号在耳道内的贡献。外耳音 频信号在耳道内的贡献通过尝试减小捕获的内耳音频信号和外耳音频信 号在耳道内的估计贡献之间的差异来迭代地估算。耳道内的外耳音频信 号的估计贡献表示耳机在使用时的衰减模型。
根据一个实施例，耳机的衰减模型的特征在于滤波器，并且模型化 模块还适于确定滤波器的系数。
根据所确定的滤波器系数，装置100的拟合质量评估器120适于分 析所述系数并根据所述分析确定至少一个拟合质量指标。拟合质量评估 器120指示耳机102是否在产生噪声的环境中被正确地配合在用户的耳 朵10中，该噪声是周期性的还是连续的，例如工业噪声。在一个实施例 中，良好配合的耳机102具有预定匹配包络内的滤波器系数，或者特定频带的频率响应平均值被识别为高于或低于预定水平。
应当认识到，音频可佩戴设备100可以适于正在捕获内耳和外耳音 频信号时实时地或有一定延迟地评估耳机的拟合质量。此外，音频可佩 戴装置100可适于根据先前捕获和记录的内耳音频信号和外耳音频信号 来提供拟合质量，以便提供在给定时间段内的拟合质量指标。
根据一个实施例，设备100包括适于执行或控制模型化模块110和 拟合质量评估器120的处理器111。应当认识到，处理器111可以是数字 信号处理器(DSP)。
干扰检测器
现在参考图1B，根据一个实施例，由内部麦克风106和外部麦克风 104捕获的信号由干扰检测器112接收。干扰检测器112使用由模型化模 块110确定的滤波器系数的最高值作为输入，并向模型化模块110提供 激活标志。如果当前采样的最高滤波器系数和先前采样的最高滤波器系 数之间的差低于预定阈值，则与当前采样相关联的滤波器可能受到某些 干扰的影响，并且当前采样的估计的滤波器被认为是不准确的并且不适 于评估拟合质量。因此，在这种情况下，激活标志是负的，并且模型化 模块将忽略估计的滤波器，并且复位估计的滤波器或将估计的滤波器设 置为先前状态。干扰通常被理解为可能导致模型化模块110的发散结果 的信号的分量。例如，来自用户的语音、耳机操作、由用户产生的非声音事件、或非静态瞬态声音通常被认为是干扰。当被干扰时，由系数的 调整导致的滤波器系数可能不能精确地对磨损的耳机进行模型化。
模型化模块
如图1C所示，根据一个实施例，模型化模块110包括滤波器估计器 114和滤波器系数识别器116。滤波器估计器114被配置成接收捕获的外 耳音频信号和捕获的内耳音频信号，以便根据外耳音频信号和内耳音频 信号自适应地估计滤波器。根据一个实施例，滤波器估计器114被配置 为根据所捕获的外耳音频信号和所捕获的内耳音频信号迭代地提供对耳 道内的外耳音频信号贡献的估计。通过迭代地将耳道内的外耳音频信号 贡献的初步估计与所捕获的内耳音频信号进行比较，并根据该比较修改 外耳音频信号贡献的初步估计，来确定耳道内的外耳音频信号贡献的估 计。通常，在可能花费大约2秒的几次迭代之后，耳道内的外耳音频信 号贡献的迭代修改的估计与所捕获的内耳音频信号之间的比较指示相似 性，并且两个信号之间的差向零收敛。当两个信号之间的差向零收敛时， 滤波器估计器提供耳道内的外耳音频信号贡献的迭代修改的估计作为经 估计的滤波器。实际上，通过尝试减小捕获的内耳音频信号和经估计的 外耳音频信号在耳道内的贡献之间的误差来估计滤波器。滤波器系数识 别器116适于识别经估计的滤波器的系数。
根据一个实施例，经估计的滤波器是自适应滤波器，例如归一化最 小均方滤波器(nLMS)。在采样率为8kHz的情况下，nLMS滤波器的系数 组包括至少一百个系数或任何数量的合适系数，以在给定采样率下精确 地确定耳机的拟合质量指标。当捕获外耳信号和内耳信号时或者在用户 操作上不会注意到的轻微延迟之后，实时地确定系数。
根据一个实施例，自适应滤波器适于根据被捕获的用于对外耳音频 信号进行降噪的外耳音频信号和耳内音频信号来表征耳机102的拟合质 量或电声组件，例如当数字滤波器适于提供耳内麦克风语音增强时。实 际上，音频可佩戴设备可以使用自适应滤波器计算用于语音增强以及用 于评估耳机的拟合质量。
所提出的解决方案适于在连续的、周期性的或按需的基础上提供耳 机的拟合质量的评估。数字滤波器可以被配置为在使用时连续地、周期 性地或准时地(按需)估计耳机的衰减模型。衰减模型表示耳机装置的声 路的脉冲响应，例如当测量的IEM或OEM信号已经达到给定的能量阈值 时。当佩戴者没有说话时，理想地是执行由模型化模块110提供的估计， 以便根据耳机102的被动衰减来估计声学路径。
因此，所提出的方法和系统能够在噪声环境中通过根据所捕获的内 耳和外耳音频信号快速和简单地确定滤波器来无缝地估计耳机拟合质量。
拟合质量评估器
根据一个实施例，如图2A所示，拟合质量评估器120包括系数分析 器202和拟合质量确定器206。系数分析器202通常适于确定滤波器的系 数在阈值包络内位于何种程度。如果所有系数都在阈值包络内，则拟合 质量确定器206确定拟合质量指标表示"良好"拟合质量。如果少数系数 在阈值包络之外，则拟合质量确定器206确定拟合质量指标表示"不确定的"拟合质量。然而，如果大多数系数在阈值包络之外，则拟合质量确定 器206确定拟合质量指标表示"不良"拟合质量。
应当认识到，根据先前获取的数据的统计分析，阈值包络是预定的 阈值包络。
根据一个实施例，如图3A所示，系数分析器202接收几组滤波器系 数，并适于利用阈值包络分析器208确定滤波器系数在阈值包络内处于 何种程度。系数分析器202然后利用平均模块210执行结果的平均。然 后由拟合质量确定器206接收结果的平均值，以便以更高的精度确定拟 合质量指标。
根据一个实施例，滤波器是FIR滤波器，如图2B所示，拟合质量评 估器120具有频率响应提取器204和拟合质量确定器206。频率响应提取 器204适于根据FIR滤波器的系数通过计算脉冲响应的FFT来计算或提 取在预定频带范围上的或在预定离散频带(例如在150Hz和350Hz之间) 上的频率响应。拟合质量确定器206根据所提取的频率响应的平均值来 确定拟合质量指标。例如，如图3C所示，如果所提取的频率响应的平均 值低于良好拟合上限阈值，则拟合质量确定器206将确定表示"良好"拟 合质量的拟合质量。如果所提取的频率响应的平均值高于不良的拟合的 最低阈值，则拟合质量确定器206将确定表示"不良"拟合质量的拟合质 量。此外，如果所提取的频率响应的平均值在不良拟合底限和良好拟合上限阈值之间，则拟合质量确定器206确定表示不确定的拟合质量的拟 合质量指标。
根据一个实施例，如图3B所示，响应提取器204接收几组滤波器系 数，并适于利用响应计算器212来确定对与每组系数相关联的频率的计 算结果在可接受的范围内处于何种程度。然后，响应提取器204利用平 均模块214执行计算结果的平均。然后由拟合质量确定器206接收计算 结果的平均值，以便精确确定具有更高精度的拟合质量指标。
根据一个实施例，如图2C所示，拟合质量评估器120包括系数分析 器202、响应提取器204和拟合质量确定器206。拟合质量确定器206适 于根据滤波器的系数在阈值包络内处于何种程度并根据在与滤波器相关 联的不同预定频率处计算的响应来确定拟合质量指标。
应当认识到，由拟合质量确定器206确定的拟合质量指标可以以各 种精度形式和水平呈现。例如，拟合质量确定器206可以根据百分比值、 数字值，二进制值或基于任何数量的适当水平的任何其它类型的值来呈 现拟合质量指标。
还应当认识到，一旦确定了拟合质量指标152，通信模块154就可以 将与拟合质量指标相对应的状态信息发送给佩戴者或监视设备或系统， 如图3D所示。
根据另一个方面，提供了一种用于评估拟合质量的方法400。方法 400包括在402接收内耳声音信号和在404接收外耳声音信号。该方法还 包括在406根据内耳声音信号和在404的外耳声音信号确定滤波器。然 后在408识别滤波器的系数并根据所识别的系数在410确定拟合质量。
根据图4B所示的另一个实施例，用于在400评估拟合质量的方法还 包括根据所识别的系数来在409验证滤波器精度。根据一个实施例，如 果两个连续采样的最高系数之间的差值分别超过预定阈值，则例如由于 语音的存在，滤波器被确定为不准确。
应当认识到，可以以各种方式实现如图4A和4B所示的用于评估拟 合质量的方法400。例如，可以通过在412分析系数(如图4C所示)和/ 或在414提取频率响应(如图4D和4E所示)来执行在410确定拟合质量， 以便在416确定拟合质量。当在412应用分析系数和在414提取频率响 应两者时，能够以比仅在412应用分析或在414提取中的一者时更高的 精度来在416确定拟合质量。
还应该认识到，如图4F所示，一旦在416确定拟合质量指标，就可 以在452将拟合质量指标传送到佩戴者，到监视设备或系统。
图5A中示出了根据一个实施例的用于通过分析系数412来执行拟合 质量评估400的实现示例。基于所识别的滤波器系数在一个或多个预定 包络内的存在，确定拟合质量指标。在一些实施例中，该方法还可以包 括对滤波器系数1214求平均。平均步骤1214通常改善计算的可靠性， 但不是必需的。
在图5B中示出了根据一个实施例的用于通过提取响应414来执行拟 合质量评估400的实现示例。提取响应414通常需要更多的计算，并且 效率较低。然而，提取响应414允许以更高的精确度识别不同类型的干 扰。
图5A示出了根据一个实施例的通过分析系数412的拟合质量评估方 法400。方法1210包括根据从OEM 104和IEM 106捕获的信号确定FIR 滤波器系数1213。方法400可以包括等待预定的持续时间1211。这种延 迟可以确保先前的值拟合检验测试得到完成或者可以由用户触发。方法 400还包括初始化不同的计数器和/或变量1212，例如但不限于计算的良好拟合的计数器，处理的拟合测试的数目和/或滤波器系数值。
在一个实施例中，方法400还包括使用自适应滤波器110(nLMS)在 预定持续时间1213内执行滤波器自适应。
如图5A所示的拟合断言方法400还包括使用系数包络412断言拟合。 方法400包括测试自适应滤波器110的系数是否在与耳机102的可接受 或良好拟合相关联的值的包络内1214。图5B中示出了滤波器的每个系数 值的最大和最小阈值。
一种验证在多个滤波器或样本上是否提供良好拟合的方法是对良好 拟合滤波器的数量进行计数并确定该数量是否是可接受的。在识别的滤 波器系数值在预定包络内的情况下，计数器作为另一个良好拟合滤波器 1216递增。如果还存在有待分析的多个滤波器，则对于下一采样的滤波 器系数值重复步骤(1212至1217)。当达到要分析的滤波器的预定数目 时1218，将良好拟合滤波器的数目与不良拟合上限数目进行比较1219或 与良好拟合底限进行比较1221。如果良好拟合滤波器的数量低于不良拟 合上限，则确定"不良拟合"1220。如果良好拟合滤波器的数量高于良好 拟合底限，则确定"良好拟合"1223。然而，如果良好拟合滤波器的数量 在不良拟合上限和良好拟合底限之间，则确定“不确定拟合”1222。
应当认识到，1218分析滤波器的数量可以是任何预定数量的滤波器， 可以是多个滤波器，例如十个滤波器，也可以只是一个滤波器。
参照图5B，在另一实施例中，方法1230使用响应提取414来计算 不同预定频率下的频率响应。在一些实施例中，该方法还可以包括对滤 波器系数求平均1234。平均级1248通常改善计算的可靠性，但不是必需 的。方法414通常需要比滤波器系数方法412更多的计算或更多的处理 能力。然而，响应提取方法414会对不同类型的干扰更敏感。该方法414 的一个优点是提供与仅提供状态或状态作为输出的另一方法412相反的 拟合质量估计器(值的跨度)。
例如，如根据一个实施例的图5B中进一步所示，拟合断言器模块120 适于等待预定持续时间1231。这种延迟可以确保先前的值拟合检验测试 得到完成或由用户触发。拟合断言器模块120进一步适于初始化不同的 计数器和/或变量1232，例如但不限于频率响应平均值和/或滤波器系数 值。
根据一个实施例，拟合断言器模块120在预定持续时间1233内执行 滤波器110(nLMS)的适配，以便估计滤波器。
一旦估计了滤波器，拟合断言器模块120就适于计算不同预定频率 下的响应414。方法414包括1234提取一组预定频带的频率响应，例如 在150至350Hz之间。这种提取可以由图2B和2C的频率响应提取器模 块204执行。响应提取1234通过计算脉冲响应的快速傅立叶变换(FFT) 来产生自适应系数。
方法414还包括为每个响应计算频带响应的平均值(频带平均 值)1235。可选地，方法414还可以根据接收到的频带响应(相干曲线 (Coherency Curve))1235来确定响应一致性，以便检测干扰。在一些 实施例中，方法414可进一步验证所计算的相干曲线是否较高和/或超过 所有响应的阈值曲线1236。如果验证1236是否定的，则响应平均值和滤 波器系数被复位1232，另一个滤波器被估计1233并且频率响应被提取以 产生滤波器系数1234，然后频带响应的平均值被再次计算并且响应相干 性被确定1235。如果验证1236是肯定的，则方法414在1237适应期间 验证是否检测到了自适应滤波器干扰或不适当的音频环境。如果1237验 证是肯定的，则重复前面的步骤1232到1235(以及可选地1236)。如 果验证1237是否定的，则方法414将频带平均值("BandAverage")插 入和/或添加到响应平均值(ResponseAverage)1238。
根据一个实施例，当达到预定次数的迭代时，或当响应平均值包含 预定次数的迭代1239("Y"迭代)时，响应平均值可用于评估耳机102的 拟合质量。
根据一个实施例，方法414在1240验证响应平均值是否高于对于不 良拟合配置被认为是最低值("不良拟合底限")的预定值。如果响应平 均值高于预定值，则认为拟合差或不可接受1241。方法414还验证响应 平均值是否低于对于良好拟合配置1244被认为是最高值("良好拟合上 限")的预定值。如果响应平均值低于预定值，则将拟合质量视为良好或可接受1244。然而，如果响应平均值在"差拟合底限"和"良好拟合上限" 之间，则不能评估耳机102的拟合质量，并且方法414被认为是不确定 的1240。
返回参考图5C，根据另一实施例，存在执行系数分析方法412和响 应提取方法414的方法1250。根据一个实施例，并行地执行系数分析方 法412和响应提取方法414，以提供耳机102拟合的实时断言。方法1250 提供对耳机102的拟合质量的评估，其具有比单独执行的响应提取方法 414或系数分析方法412更高的可靠性或准确性。只有当方法412和414 都返回标识良好或可接受的拟合的输出值时，才认为拟合是良好或可接 受的。第三方法1250仅在两个方法(412和414)都返回差的或不可接 受的拟合状态("BadFit")时才输出差的或不可接受的拟合状态。在所 有其它情况下，第三方法1250返回不确定状态或输出。
图4A和4B所提出的方法400可由用于耳机的拟合评估系统提供， 所述耳机具有用于捕获耳道外部的外耳音频信号的外部麦克风和用于捕 获耳道内部的内耳音频信号的内部麦克风。拟合评估系统通常包括适于 接收所捕获的外耳音频信号的第一接收器104和适于接收所捕获的内耳 音频信号的第二接收器106。该系统还包括模型化模块110，其适于连接 到第一接收器104和第二接收器106，并且根据所捕获的外耳音频信号和 所捕获的内耳音频信号来估计滤波器，该滤波器表示耳机100在噪声环 境中使用时所提供的衰减。该系统还包括系数识别器，其适于根据所估 计的滤波器来识别一组滤波器系数；以及拟合质量评估器，其适于分析 该组滤波器系数并根据该分析来确定至少一个拟合质量指标。该系统具 有拟合质量通信模块，该拟合质量通信模块适于将表示拟合质量指标的 状态信息发送到佩戴者或监视系统。
在安静环境下的拟合质量
根据另一个方面，提供了一种音频可佩戴设备和一种用于在静音或 安静环境中时确定所述设备的耳机的密封质量的方法。本发明的装置和 方法允许实时评估耳机的密封质量以用于足够的听力保护或通信，或者 提高畸变产物耳声发射(DPOAE)测量的信噪比。
根据一个实施例，该装置和方法允许确定耳机密封质量并同时根据 耳声发射主音校准刺激，以便执行耳声测量。实际上，在进行耳声测量 之前或期间确定适当的密封质量可以是有益的，因为必须用提供适当密 封的耳机进行耳声测量，以便获得精确的测量。然而，应该认识到，在 此描述的密封质量评估方法和装置也可以简单地执行以在安静的环境中 评估耳机的密封质量。
在图6A中示出了根据一个实施例的音频可佩戴设备600，其具有耳 机602，例如但不限于耳塞、耳内设备或用于防止声音或噪声进入耳道 12的任何其它类型的设备。耳机602通常包括两个内部扬声器(SPK) (604a和604b)，其被定位成以已知的频率向耳道发射两个纯音频率或刺 激。扬声器中的一个604a连接到适于产生两个纯音频率中的至少一个的 声源610。当还执行耳声发射测量时，另一个扬声器604b可以连接(未示 出)到声源610并接收两个纯音频率中的另一个。耳机602还具有内部麦 克风(IEM)606，其定位成捕获根据刺激在耳道内产生的声波信号(即， 耳声发射主音)。设备600还具有处理器608，例如数字滤波器，并且适 于接收和处理由IEM接收的声波信号的测量。处理器608被配置为对刺激与接收到的信号进行比较，并估计表示密封质量的传递函数。可以理 解，传递函数还表示特定于耳道的形状和体积(即耳道的声学)以及在给 定频率下耳机和耳机声学的密封质量的共振幅度和反共振幅度。
应当认识到，根据刺激，耳道内产生的声波信号包括刺激和来自耳 道内的反射声音信号，例如来自鼓膜14的反射声音信号。反射的声音信 号的特性取决于耳道的形状和体积、耳机声学和耳机密封质量。
还应该认识到，接收到的耳内声音信号可以是具有例如共振或反共 振的信号，该共振或反共振由在给定频率下发射的刺激和反射的信号的 组合产生。接收到的耳内声音信号还可以是跟随亥姆霍兹谐振器模型的 信号，其表示耳塞的不适当的密封。可以理解，在存在良好密封质量的 情况下，亥姆霍兹谐振器效应将不存在于所接收的耳内声音信号中。
还应当认识到，取决于耳声测量方法，两个内部扬声器(604a和604b) 可以由单个扬声器代替。此外，为了仅评估安静环境中的拟合质量，连 接声源610的单个扬声器604a将是足够的。
在一个实施例中，为了执行畸变产生耳声发射(DPOAE)测量，刺激 至少包括在600Hz到7000Hz范围间的频率。注意，DPOAE是"当耳蜗被两 个纯音频率同时刺激时的响应"，因此两个扬声器(604a和604b)中的每 一个同时产生两个纯音频率中的一个。例如，刺激可以是白噪声或线性 调频脉冲，即正弦扫描信号，其频率在600Hz和7000Hz之间的范围内。 白噪声或线性调频脉冲可具有约10秒的持续时间或足以允许处理器确定 传递函数的任何其它持续时间。注意，处理器通过将刺激与接收到的信 号进行比较来确定传递函数，以便收敛到最小或可接受的误差。应当认 识到，所述刺激可以是除白噪声或线性调频脉冲之外的任何其它类型的 信号，只要所述刺激在所需频率范围内提供足够的离散频率即可。
根据一个实施例，IEM与调节电路相关联。相关的调节电路具有高灵 敏度并适于检测低至-20dB(SPL)的声压级。因此，诸如白噪声或线性 调频脉冲的刺激可以在非常低的声级产生，诸如在大约0dB(SPL)，并 且IEM仍然能够检测耳道内产生的反射声波信号。在这种情况下，刺激 对于用户是听不见的，并且对用户的累积噪声剂量具有可忽略的影响。 因此，本解决方案适于当耳机在安静环境中被佩戴时，例如当执行测听 测量时，或在耳机用作HPD(听力保护装置)时进入噪声环境之前，连续 评估耳机的密封质量。
根据一个实施例，处理器608适于根据传递函数分别为各种频率建 立一组信号幅度。例如，为了校准用于畸变产物耳声发射(DPOAE)测量 的刺激，处理器适于建立与具有在600Hz和10000Hz之间的范围的频率 相关联的信号幅度。处理器还适于建立与较低频率相关的信号幅度，例 如在100Hz和600Hz之间的范围，用于评估密封质量。根据一个实施例，为了评估密封质量，仅需要为单个频率建立信号幅度，例如150Hz或已 知清楚地表征泄漏的任何其它预定单个频率或频率组合。例如，如图8 的曲线图所示，可以注意到，在150Hz，信号幅度根据范围从r1到r3的 "无泄漏"或泄漏尺寸半径而不同。因此，在150Hz的信号幅度可以清楚 地表征泄漏。所述处理器还适于根据所建立的信号幅度来确定密封质量 指标。
应当认识到，所建立的一组信号幅度表示将分别以各种频率应用于 耳声发射刺激的一组增益校正值。
根据一个实施例，处理器根据传递函数提供密封质量指标。密封质 量指标可以是PAR(个人衰减等级)指标，泄漏尺寸指标，泄漏长度指标， 泄漏量指标，拟合质量指标或任何其它类型的密封质量指标。
应当理解，设备600不需要外部声源。当在没有噪声的环境中执行 并且用户不发出声音时，可以提供更好的密封质量评估。在安静的环境 中，发出一次刺激几秒钟，从而根据所确定的传递函数确定耳机密封质 量。
图6B中示出了根据一个实施例的音频可佩戴设备600的各种密封质 量评估部件。设备600包括模型化模块612，其适于根据由声源610产生 的刺激和由内耳麦克风606接收的信号来确定传递函数。装置600还包 括密封质量评估器614，其通常适于根据传递函数确定密封质量指标。如 图6C所示，密封质量评估器614包括适于以预定密封评估频率识别信号 幅度的信号幅度识别器616。预定密封评估频率是至少一个频率，在该频 率时，已知传递函数的信号幅度根据密封质量而不同。例如，如图8所 示，已经确定在150Hz，密封质量例如耳机的泄漏尺寸半径可以根据信号 幅度来识别。然后，密封质量确定器618根据分析、计算或根据查找表(例 如图6D的查找表622)来确定密封质量指标。在后一种情况下，密封质量确定器618适于将所识别的信号幅度与查找表622的参考信号幅度进 行比较。先测量参考信号幅度并将其与相关的密封质量指标一起存储在 查找表622中。密封质量确定器620适于确定与所识别的信号幅度和密 封评估频率相对应的密封质量指标。
应当认识到，信号幅度识别器616可以识别传递函数的多个信号幅 度，每个信号幅度对应于密封评估频率的预定组的不同的密封评估频率。 然后，密封质量确定器618分析多个信号幅度并仅选择对应于最准确的 密封质量指标的一个。密封质量确定器618还可以分析多个信号幅度， 选择相应的多个密封质量指标，并提供相应的密封质量指标的平均值， 以便确定具有更高精度的密封质量指标。
还应当认识到，一旦在652确定了拟合质量指标，通信模块654就 可以向佩戴者、扬声器(604a或604b)或监视系统发送与拟合质量指标 相对应的状态信息，如图6E所示。
使用自适应滤波器的装置
根据设备600的一个实施例，处理器608可以适于执行在模型化模 块612中定义的指令，如图6A所示。在这样的实施例中，模型化模块612 是自适应滤波器。滤波器模块612适于从声源610接收刺激信号，在此 称为参考x(n)信号输入，并且由IEM 606接收捕获信号，在此称为期望 的d(n)信号输入。应当理解，声源610可以连接到两个扬声器604a和 604b，并且可以同时产生适于产生DPOAE测量的两个纯音频率(例如，每 个声道或扬声器一个纯音频率)。滤波器模块612使用上述期望的d(n)和 参考x(n)信号输入来识别扬声器(604a和604b)的电信号和IEM 606 捕获的信号之间的传递函数。由声源610产生的刺激信号可以由低幅度 线性调频脉冲或宽带噪声信号组成。在其它实施例中，可以反转线性调 频脉冲(从高到低频率)以改善低频估计。
如图6A进一步所示，扬声器(604a和604b)的刺激信号被用作滤 波器模块612的参考x(n)信号，并且由IEM 606捕获的信号被用作期望 的d(n)信号。根据一个实施例，滤波器模块612的系数向扬声器(604a 和604b)响应与耳道12和IEM 606响应组合的传递函数收敛，该传递函 数基于以下等式(1)至(4):
(1)
Figure BDA0003734171850000261
(2)e(n)＝d(n)-y(n)
(3)
Figure BDA0003734171850000262
(4)
Figure BDA0003734171850000263
传递函数的平均值通常被称为估计的传递函数H(z)。在这种情况下， 自适应滤波器612是归一化最小均方(NLMS)自适应滤波器，并且使用 等式(4)从NLMS系数计算估计的密封传递函数H(z)的幅度响应M(z)，其 中z＝ejω,
Figure BDA0003734171850000264
是NLMS系数且N是用于NLMS自适应滤波器的系数的 数量。幅度M还可以在离散频率f处估计，例如但不限于f＝150Hz。
幅度M通常用于评估耳机602的拟合质量或密封质量，但是还可以 用于校准DPOAE刺激信号f＝f1和f＝f2。在使用两个扬声器(604a和604b) 的实施例中，当f＝f2时，声源610信号被传送到第二扬声器(604a和 604b)。刺激信号的校准在于基于例如在1000Hz处的0dB和在离散频率 f1和/或f2处的幅度之间的差来调整离散主音的增益。
用于评估密封质量的方法
图7A中示出了根据一个实施例的用于评估耳机602的密封质量的方 法700。方法700通常包括步骤702在耳道内产生刺激信号并在步骤704 捕获根据刺激信号在耳道内产生的反射信号。该方法还包括在步骤706 根据所产生的刺激信号和所捕获的信号来估计传递函数。然后在步骤708 根据传递函数确定密封质量。
应当认识到，耳道内产生的反射信号包括根据刺激来自耳道内的反 射声音信号以及所发射的刺激信号。反射信号的特征取决于耳道的形状 和体积、耳机声学和耳机密封质量。此外，在耳道内产生的反射信号可 以是具有例如共振或反共振的信号，该共振或反共振是由所产生的刺激 和反射信号的组合在给定频率下产生的。反射信号还可以是遵循亥姆霍 兹谐振器模型的信号，该亥姆霍兹谐振器模型表示耳机的不适当的密封。 注意，在良好密封质量的情况下，在反射信号中将不存在亥姆霍兹谐振 器效应。
图7B中示出了根据一个实施例的估计传递函数706的方法。方法706 包括在步骤710将刺激信号与反射信号进行比较，然后在步骤712估计 允许将比较收敛到可接受误差的传递函数。
图7C示出了根据一个实施例的确定密封质量指标的方法708。方法 708包括根据估计的传递函数建立与预定密封评估频率相关联的信号幅 度步骤720。然后，在步骤724根据所建立的信号幅度确定密封质量指标。
图7D示出了执行耳声发射测量的方法730。方法730包括步骤700 评估耳机的密封质量。如果密封质量良好，则方法730还包括步骤732 根据估计的传递函数建立与DPOAE刺激频率相关的一组信号幅度。然后， 步骤734根据所建立的信号幅度组来评估增益校正值，并且步骤736以 耳声发射刺激频率应用所建立的增益校正值，以便步骤738提供耳声测量。
应该认识到，如图7E所示，一旦在步骤708密封质量指标被确定， 在步骤752密封质量指标可以被传送到佩戴者、监视设备或系统。
部分结果
现在参考图8，根据一个实施例，呈现了曲线图800，其呈现了在泄 漏耳塞中的标准化微型扬声器(604a和604b)与位于耳道12中的非泄漏 耳塞的不同响应之间的对比。曲线图800的不同结果对应于没有泄漏的 耳机和具有从r1到r3范围内的泄漏半径尺寸的耳机。如图8所示，对 于具有泄漏的耳机，观察到较低频率幅度的下降。如曲线图800所示， 可以通过测量在150Hz的幅度来估计泄漏的程度。在150Hz，响应的测 量到的幅度根据每个泄漏半径大小以更大的差别而变化。
现在参考图9，根据一个实施例，呈现了从自适应滤波器的系数计算 出的幅度响应的曲线图900。在这种情况下，响应被归一化到0dB。如 曲线图900所示，响应的幅度类似于其它估计方法，特别是对于较低频 率。
现在参考图10，根据一个实施例，呈现了由五个不同用户佩戴的定 制配戴耳机提供的并且在一天的不同时刻在不同天测量的各种被动衰减 水平的曲线图1000。下图(实线)1002是指基于在250Hz倍频带的标准 的良好密封，而上图(虚线)1004是指基于相同标准的不良密封。
现在参考图11，根据一个实施例，呈现了表示作为密封评估值(dB) 的函数的无源衰减(dB)的线性回归的图1100。线性回归使用在x轴上 在150Hz的上述密封评估和从在500Hz的OEM和IEM之间的自动光谱的 差异计算出的耳机的被动衰减。R2是y轴上的测定系数。应当认识到，可 以在从125Hz到16000Hz的频率范围内估计无源衰减。
现在参考图12，根据一个实施例，图形1200表示在一个实施例中作 为密封评估值(dB)的函数的在500Hz的个人衰减等级(dB)的线性回 归。多个线性回归显示了耳机的无源衰减，无源衰减由在x轴上在500Hz 的OEM和IEM之间的自动光谱的差异以及在y轴上的个人衰减等级(PAR) 来计算。R2是y轴上的测定系数。应当认识到，无源衰减可以在x轴上具 有从125Hz到8000Hz的倍频带。
现在参考图13，根据一个实施例，呈现了曲线图1300，其呈现了在 x轴上在150Hz的上述密封评估和在y轴上的个人衰减等级(PAR)的线 性回归，R2是确定系数。
应当认识到，密封质量指标可以是PAR(个人衰减等级)指标、泄漏 尺寸指标、拟合质量指标或任何其它类型的密封质量标。
静音或噪声环境下的密封试验
根据图14所示的一个实施例，存在一种装置1400，用于在静音环境 下或在噪声环境下评估密封质量。设备1400包括耳机1402，耳机1402 具有连接到声源1410的至少一个扬声器1404，声源1410适于以预定的 密封评估频率提供纯音信号。耳机1402还包括适于捕获来自耳道12的 内部音频信号的内耳麦克风1406和适于捕获来自外部声源(例如来自环 境的噪声)的外部音频信号的外耳麦克风1408。设备1400还包括噪声检 测器1416，其适于接收外部音频信号并确定设备1400是否正被戴在噪声 环境中或者安静或静音环境中。当在噪声环境中时，第一自适应滤波器 1412被激活，并且根据图4A和4B的方法400来确定拟合评估指标。当 处于安静或静音环境中时，第二自适应滤波器1412被激活，并且根据图 7A的方法700确定密封评估指标。
还应该认识到，可以将估计的传递函数与根据另一密封质量评估方 法确定的另一传递函数进行比较，以便更精确地评估密封质量。例如， 可以将估计的传递函数与根据图4A和4B所示的拟合质量评估方法400 确定的另一传递函数进行比较，并以更高的可靠性评估密封质量。此外， 可以将估计的传递函数与在噪声环境中产生的传递函数进行比较，如图 14所示。
密封质量评估系统
根据一个实施例，所提出的方法700可以由用于耳机的密封质量评 估系统提供，所述耳机具有用于向耳道发射声音的扬声器和用于捕获耳 道内的内耳音频信号的内部麦克风。密封质量评估系统包括适于以预定 密封评估频率产生声音刺激的声源发生器和适于接收由内部麦克风捕获 的声音刺激的内耳音频信号的接收器。该系统还包括模型化模块，其适 于根据声音刺激和接收到的内耳音频信号的比较来估计在安静环境中使 用时耳机的传递函数。该系统还具有适于以预定密封评估频率建立传递 函数的信号幅度的信号幅度识别器和适于根据信号幅度确定至少一个密 封质量指标的密封质量评估器。该系统具有密封质量通信模块，该密封 质量通信模块适于将表示密封质量指标的状态信息发送给佩戴者或监视 系统。一旦确定了拟合质量指标，通信模块就可以将与拟合质量指标相对应的状态信息发送给佩戴者或监视系统。
本系统、设备和方法的实施例通常需要减少的或低的计算时间。通 常通过使用除快速傅立叶变换(FFT)计算之外的其它计算方法来获得 有限的计算时间。所提出的解决方案使用被配置为提供自适应滤波的处 理器，以便以低计算成本有效地识别传递函数或滤波器系数。
所提出的解决方案允许提供对耳机的密封质量的评估。该解决方案 可以用于包括期望的音频传感器的任何类型的音频可佩戴设备，例如耳 内/耳上或外耳可佩戴设备。在一些实施例中，音频传感器可以是位于设 备外部、设备下方的麦克风或通常位于设备下方的扬声器。
因此，所提出的方法700能够提供对耳机的拟合的连续的、周期性 的或按需的估计，同时在安静环境中在独立的入耳音频可佩戴设备600 内简单地实时地或具有轻微不可察觉延迟地计算。
虽然以上已经详细描述了本发明的示例性和当前优选的实施例，但 是应当理解，本发明的概念可以以其它方式不同地实施和使用，并且所 附权利要求旨在被解释为包括除了现有技术所限制的范围之外的这些变 化。

Claims (25)

1.一种音频可佩戴设备，具有用于可操作地防止环境声音进入用户耳道的耳机，所述耳机包括朝向所述耳道定位的声音发射装置和在所述耳道内的声音捕获装置，所述音频可佩戴设备包括：
声源发生器，适于以预定的密封评估频率产生声音刺激；
声源发射器，适于将声音刺激发射到声音发射装置和模型化模块；
所述模型化模块，配置成根据对所述声音刺激和由声音捕获设备捕获的所述声音刺激的内耳音频信号的比较来估计所述耳机在安静环境中使用时的传递函数；
信号幅度识别器，配置成以预定的密封评估频率来建立所述传递函数的信号幅度；和
密封质量评估器，适于根据所建立的信号幅度确定至少一个密封质量指标。
2.根据权利要求1所述的音频可佩戴设备，其中所述密封质量评估器进一步配置成根据先前测量的密封质量指标的数据集来确定所述至少一个密封质量指标。
3.根据权利要求1所述的音频可佩戴设备，其中所述声源发生器配置成以多个预定密封评估频率产生声音刺激。
4.根据权利要求3所述的音频可佩戴设备，其中所述信号幅度识别器进一步配置成根据所述传递函数和所述多个预定密封评估频率来建立多个信号幅度，且所述密封质量评估器适于根据所述多个信号幅度来确定至少一个密封质量指标。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的音频可佩戴设备，其中所述声源发生器还适于以预定的多个耳声发射测量校准频率产生多个声音刺激。
6.根据权利要求5所述的音频可佩戴设备，其中所述预定密封评估频率是所述多个耳声发射测量校准频率中的一个。
7.根据权利要求6所述的音频可佩戴设备，其中所述多个声音刺激包括两个纯音频率。
8.一种用于耳机的密封质量评估系统，所述耳机配置成防止环境噪声进入佩戴者的耳道并且具有用于向所述耳道发射声音的声音发射装置和在所述耳道内的声音捕获装置，所述密封质量评估系统包括：
声源发生器，配置成以预定的密封评估频率产生声音刺激；
声源发射器，配置成向所述声音发射装置发射所述声音刺激；以及模型化模块，该模型化模块适于接收由所述声音捕获装置捕获的所述声音刺激的内耳音频信号；
所述模型化模块进一步配置成根据对所述声音刺激与所接收的内耳音频信号的比较来估计所述耳机在安静环境中使用时的传递函数；
信号幅度识别器，适于以预定密的封评估频率来建立所述传递函数的信号幅度；和
密封质量评估器，适于根据所述信号幅度确定至少一个密封质量指标。
9.根据权利要求8所述的密封质量评价系统，其中所述密封质量评估器适于根据先前测量的密封质量指标的数据集来确定所述至少一个密封质量指标。
10.根据权利要求8所述的密封质量评估系统，其中所述声源发生器适于以多个预定密封评估频率产生声音刺激。
11.根据权利要求10所述的密封质量评估系统，其中所述信号幅度识别器适于根据所述传递函数和所述多个预定密封评估频率来建立多个信号幅度，并且所述密封质量评估器适于根据所述多个信号幅度来确定至少一个密封质量指标。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的密封质量评估系统，其中所述声源发生器还适于以预定的多个耳声发射测量校准频率生成多个声音刺激。
13.根据权利要求12所述的密封质量评估系统，其中所述预定密封评估频率是所述多个耳声发射测量校准频率中的一个。
14.根据权利要求12所述的密封质量评估系统，其中所述多个声音刺激包括两个纯音频率。
15.根据权利要求8所述的密封质量评估系统，所述系统还包括密封质量通信模块，所述密封质量通信模块适于发送表示所述至少一个密封质量指标的状态信息。
16.根据权利要求15所述的密封质量评估系统，其中所述状态信息被发送到所述声音发射装置或发送到监视系统。
17.根据权利要求8所述的密封质量评估系统，其中所述至少一个密封质量指标是从由泄漏半径尺寸、泄漏长度和泄漏量组成的组中选择的泄漏指标。
18.一种评估耳机的密封质量的方法，所述耳机配置成防止环境噪声进入佩戴者的耳道，所述方法包括：
以预定密封评估频率产生声音刺激；
向耳道发射声音刺激；
捕获耳道内的内耳音频信号；
将产生的声音刺激与捕获的内耳音频信号进行比较；
根据对所产生的声音刺激与所捕获的内耳音频信号的比较来估计传递函数；
在所述预定密封评估频率下识别所述传递函数的信号幅度；和
根据所述信号幅度确定至少一个密封质量指标。
19.根据权利要求18所述的方法，其中确定至少一个密封质量指标进一步包括根据先前测量的密封质量指标的数据集来确定所述至少一个密封质量指标。
20.根据权利要求18所述的方法，其中产生声音刺激进一步包括在多个预定密封评估频率产生声音刺激。
21.根据权利要求20所述的方法，其中识别所述传递函数的信号幅度进一步包括根据所述传递函数和所述多个预定密封评估频率来识别多个信号幅度，且确定至少一个密封质量指标进一步包括根据所述多个信号幅度来确定至少一个密封质量指标。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，其中产生声音刺激进一步包括在预定的多个耳声发射测量校准频率产生多个声音刺激。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述预定密封评估频率是所述多个耳声发射测量校准频率中的一个。
24.根据权利要求22所述的方法，其中所述多个声音刺激包括两个纯音频率。
25.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括发送表示所述至少一个密封质量指标的状态信息。
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