CN116114265A - 耳机和用于识别耳机是否插入到用户的耳朵中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耳机，其具有接近传感器、加速度传感器和信号分析处理装置。所述接近传感器构造用于产生接近传感器信号。所述加速度传感器构造用于产生加速度传感器信号。所述信号分析处理装置构造用于，在使用所述接近传感器信号的情况下识别所述耳机朝向对象的接近运动。进一步，信号分析处理装置求取所述接近运动是否是所述耳机朝向用户的耳朵的运动，其中，分析处理和考虑在所述接近传感器信号的时间上的变化过程中的波动。通过对所述加速度传感器信号进行滤波，信号分析处理装置产生经高通滤波的加速度信号和经低通滤波的加速度信号。进一步，信号分析处理装置在使用所述经低通滤波的加速度信号的情况下基于加速度的稳定来求取所述接近运动的结束时刻。信号分析处理装置基于所述经高通滤波的加速度信号在所述接近运动的所求取的结束时刻之后的变化来确认所述接近运动是所述耳机朝向所述用户的耳朵的运动。

Description

耳机和用于识别耳机是否插入到用户的耳朵中的方法

技术领域

本发明涉及一种耳机和一种用于识别耳机是否插入到用户的耳朵中的方法。

背景技术

为了改善用户体验，在可听设备(即具有附加功能性的耳机)中安装有越来越多的传感器。一个重要的功能性是识别耳机是否被佩戴。这例如有利于接通或关断耳机的确定的部件以节省能量，或者有利于进行单声道/立体声匹配以提供更好的音乐体验。

对耳机是否位于用户的耳朵中的识别可以基于接近传感器的数据来执行，如从WO19039894 A1、US2017/244821A、US2016/198251A、US2015/382098A、US2015/281826A、US10306350 B和CN110012376 A中已知的那样。

在此，接近传感器可以借助距离测量或借助测量光强度求取耳机与用户的耳朵的接近。基于接近传感器的识别实现了许多真阳性(Wahr-positive)结果、许多真阴性(Wahr-negative)结果和少量假阴性(Falschnegative)结果。然而，接近传感器也产生许多假阳性(Falschpositive)结果，即具有在耳内状态方面的高错误率。因此，例如基于低的光强度或短的距离能推断出，耳机位于耳朵中。这是有问题的，因为耳机也可位于裤子口袋、手提袋或手中。

因此，也可以考虑其他传感器，尤其是生物传感器、触摸传感器或附加的接近传感器，如从US2016/205475A、US2016/050474A、US2015/281421A、US2015/078573A、US2011/286615A、CN208971758 U和CN108810788A中已知的那样。然而，此类传感器的能量消耗相对较高。由此减少了耳机的运行时间。

发明内容

本发明提供具有独立专利权利要求的特征的一种耳机和一种用于识别耳机是否插入到用户的耳朵中的方法。

优选的实施方式是各个从属权利要求的主题。

根据第一方面，本发明因而涉及一种耳机，其具有接近传感器、加速度传感器和信号分析处理装置。所述接近传感器构造用于产生接近传感器信号。所述加速度传感器构造用于产生加速度传感器信号。所述信号分析处理装置构造用于，在使用所述接近传感器信号的情况下识别所述耳机朝向对象的接近运动。进一步，信号分析处理装置求取所述接近运动是否是所述耳机朝向用户的耳朵的运动，其中，分析处理和考虑在所述接近传感器信号的时间上的变化过程中的波动。通过对所述加速度传感器信号进行滤波，信号分析处理装置产生经高通滤波的加速度信号和经低通滤波的加速度信号。进一步，信号分析处理装置在使用所述经低通滤波的加速度信号的情况下基于加速度的稳定来求取所述接近运动的结束时刻。信号分析处理装置基于所述经高通滤波的加速度信号在所述接近运动的所求取的结束时刻之后的变化来确认所述接近运动是所述耳机朝向所述用户的耳朵的运动。

根据第二方面，本发明因而涉及一种用于识别耳机是否插入到用户的耳朵中的方法。在使用所述耳机的接近传感器的接近传感器信号的情况下，识别所述耳机朝向对象的接近运动。求取所述接近运动是否是所述耳机朝向用户的耳朵的运动，其中，分析处理和考虑在所述接近传感器信号的时间上的变化过程中的波动。对所述耳机的加速度传感器的加速度传感器信号进行滤波，以便产生经高通滤波的加速度信号和经低通滤波的加速度信号。在使用所述经低通滤波的加速度信号的情况下，基于加速度的稳定来求取所述接近运动的结束时刻。基于所述经高通滤波的加速度信号在所述接近运动的所求取的结束时刻之后的变化，确认所述接近运动是所述耳机朝向所述用户的耳朵的运动。

发明优点

不仅在使用接近传感器的情况下、还在使用加速度传感器的情况下识别耳机是否插入到用户的耳朵中。通过这些传感器的组合，尤其能够减少假阳性结果。因此，例如能更好地识别出和排除用户将耳机放入口袋中的过程。于是，此类过程不再被错误地识别为将耳机插入到用户的耳朵中。这通过以下方式实现：首先基于接近传感器识别出耳机朝向用户的耳朵的可能接近。基于加速度传感器的传感器数据，确认或拒绝这种假设。在保持真阳性结果的高比例、真阴性结果的高比例和假阴性结果的低比例的同时，因此附加地也能够显著减小假阳性结果的比例。

根据本发明，接近运动的“结束时刻”能够相应于一个时刻，在该时刻，基于接近传感器信号识别出：耳机位于耳朵中和/或加速度信号的经低通滤波的贡献开始稳定化。

与诸如触摸传感器、生物传感器等的其他传感器相比，加速度传感器的使用具有显著更低的能量消耗。由此显著增加了耳机的运行持续时间。

进一步，基于加速度传感器的数据也能够监测用户的当前运动或者说活动。由此，例如能够确定，当前运动或者说活动是否以高的概率或者以低的概率由用户的头部的运动引起。

进一步，有利的是，现代耳机典型地已经配备有(三轴)加速度传感器，例如以便提供活动识别、计步器功能、姿势监测等。由此，不需要附加的功能来提供在评估耳机是否被朝向用户的耳朵引导的方面的功能性。此外，由此在耳机中也不需要的附加结构空间。

根据耳机的一个实施方式，信号分析处理装置构造用于，为了分析处理在接近传感器的接近传感器信号的变化过程中的波动而求取和考虑所述接近传感器信号的时间上的变化过程的单调性。在耳机朝向用户的耳朵运动时，接近传感器信号典型地具有单调且平滑的变化过程。在耳机运动到用户的口袋中时，由于耳机在口袋中的运动会出现接近传感器信号中的较大的波动。例如，能够计算接近传感器信号的时间上的变化过程的单调性的度量，例如概率。如果这个度量高于预给定的阈值，接近传感器信号的变化过程因此足够单调，则因此能够求取出耳机朝向用户的耳朵运动。

根据耳机的一个实施方式，信号分析处理装置构造用于，如果经高通滤波的加速度信号在接近运动的所求取的结束时刻之后的变化的度量高于预给定的第一阈值，则确认所述接近运动是耳机朝向用户的耳朵的运动。经高通滤波的加速度信号相应于耳机的小的加速度，该小的加速度在耳机插入到用户的耳朵中之后通过以下方式被引起：耳机在用户的耳朵中仍轻微运动，直至占据最终位置。原因例如是耳机的柔性材料，该柔性材料即使在耳机插入到用户的耳朵中之后仍会导致耳机的位置的微小变化。振动减小或者耳机在耳朵中的位置或部位略有变化。因此，能基于加速度信号识别出此类稳定阶段。

根据耳机的一个实施方式，信号分析处理装置构造用于，如果经高通滤波的加速度信号在接近运动的所求取的结束时刻之后的变化的度量低于预给定的第二阈值，则识别出所述接近运动不是耳机朝向用户的耳朵的运动。因此，能够推断出例如如下过程：在所述过程中耳机被放入用户的口袋中，其中，不会发生上述匹配过程。

根据耳机的一个实施方式，信号分析处理装置构造用于，基于所述接近传感器信号来求取，耳机是否再次从用户的耳朵中被移除。例如，能求取出一个距离，并且如果所求取的距离高于预给定的阈值，则识别出，耳机从用户的耳朵中被移除。

根据耳机的一个实施方式，信号分析处理装置构造用于，基于所述加速度传感器信号来识别运动的不存在，并且在识别出的情况下将耳机置于耳外运行模式(英语：Out-of-Ear)中。在耳机由于其例如被放置在坚固的表面上而不运动的情况下，该耳机因此自动地进入耳外运行模式中。为了进行确定能够识别，加速度的导数的高阶是否等于零。

根据耳机的一个实施方式，信号分析处理装置构造用于，基于加速度传感器信号来识别耳机的如下运动并且在识别出的情况下将耳机置于耳外运行模式中：所述运动由于其强度而不能由头部运动产生。

根据耳机的一个实施方式，一旦识别出耳机位于用户的耳朵中并且一旦识别出用户的运动(例如步行或周期性运动)，则能够仅基于接近传感器信号确定耳机是否仍在用户的耳朵中。

根据耳机的一个实施方式，加速度传感器是三轴加速度传感器。

根据耳机的一个实施方式，信号分析处理装置构造用于，计算沿着三个轴的加速度的最大值和最小值，并且在确认所述接近运动是耳机朝向用户的耳朵的运动的情况下考虑所述最大值和最小值。

附图说明

附图示出：

图1根据本发明的一个实施方式的耳机的示意性框图；

图2a接近传感器的接近传感器信号在耳机朝向用户的耳朵运动时的变化过程；

图2b接近传感器的接近传感器信号在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程；

图3a接近传感器的接近传感器信号在耳机朝向用户的耳朵运动时的变化过程；

图3b加速度信号的经低通滤波的贡献在耳机朝向用户的耳朵运动时的变化过程；

图3c接近传感器的加速度信号的经高通滤波的贡献在耳机朝向用户的耳朵运动时的变化过程；

图3d三轴加速度传感器的加速度信号的最小值和最大值在耳机朝向用户的耳朵运动时的变化过程；

图3e加速度信号的经低通滤波的贡献的最小值和最大值在耳机朝向用户的耳朵运动时的变化过程；

图3f加速度信号的经高通滤波的贡献的最小值和最大值在耳机朝向用户的耳朵运动时的变化过程；

图4a接近传感器的传感器信号在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程；

图4b加速度信号的经低通滤波的贡献在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程；

图4c接近传感器的加速度信号的经高通滤波的贡献在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程；

图4d三轴加速度传感器的加速度信号的最小值和最大值在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程；

图4e加速度信号的经低通滤波的贡献的最小值和最大值在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程；

图4f加速度信号的经高通滤波的贡献的最小值和最大值在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程；以及

图5根据本发明的一个实施方式的、用于识别耳机是否插入到用户的耳朵中的方法的流程图。

方法步骤的编号是为了清楚起见并且一般而言不应暗示特定的时间顺序。尤其地，也可以同时执行多个方法步骤。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一个实施方式的耳机1的示意性框图。耳机1包括接近传感器2，该接近传感器例如基于速度测量或亮度测量产生接近传感器信号，该接近传感器信号相应于耳机1距对象的距离或至少与耳机1距对象的距离相关联。

进一步，耳机1包括加速度传感器3，其中，尤其能够涉及三轴加速度传感器。加速度传感器3产生加速度传感器信号，该加速度传感器信号例如可以包括耳机1沿着三个轴中的每个轴的加速度。

最后，耳机1包括信号分析处理装置4，该信号分析处理装置与接近传感器2和加速度传感器3耦合。信号分析处理装置4包括计算装置，例如微处理器、集成电路等。信号分析处理装置4在使用接近传感器信号的情况下识别耳机朝向对象的接近运动，如果耳机1的距离基本上减小到零。

进一步，信号分析处理装置4求取该接近运动是否是耳机1朝向用户的耳朵的运动，其中，分析处理和考虑在接近传感器信号的时间上的变化过程中的波动。为此，能够求取例如在接近传感器信号的时间上的变化过程中的单调性。如果存在足够的单调性，则信号分析处理装置4建立这种假设：存在耳机朝向用户的耳朵的运动。基于加速度传感器3的加速度信号来确认或拒绝这种假设。

通过对加速度传感器信号进行滤波，信号分析处理装置4产生经高通滤波的加速度信号和经低通滤波的加速度信号。该经低通滤波的加速度信号相应于耳机1的线性加速度。

进一步，信号分析处理装置4在使用经低通滤波的加速度信号的情况下基于加速度的稳定来求取接近运动的结束时刻。例如，如果经低通滤波的加速度信号的波动低于预给定的阈值，则识别出该结束时刻。经低通滤波的加速度信号基本上仅还具有重力加速度的分量。

如果所述经高通滤波的加速度信号在所述接近运动的所求取的结束时刻之后的变化的度量高于预给定的第一阈值，则信号分析处理装置4确认所述接近运动是耳机1朝向用户的耳朵的运动。反之，如果所述经高通滤波的加速度信号的变化的度量低于小于所述预给定的第一阈值或等于所述预给定的第一阈值的预给定的第二阈值，则信号分析处理装置4拒绝这种假设：所述接近运动是耳机1朝向用户的耳朵的运动。

图2a示出接近传感器2的接近传感器信号A在耳机1朝向用户的耳朵运动时的变化过程。在第一时间段B1中，耳机1位于用户的耳朵之外并且不运动。在第二时间段B2中，将耳机1朝向用户的耳朵地引导，其中，接近传感器信号的时间上的变化过程单调变化、即连续上升。在第三时间段B3中，耳机位于用户的耳朵中。

图2b示出接近传感器2的接近传感器信号A在耳机1运动到用户的口袋中时的变化过程。在第二时间段B2中，在此出现明显更大的波动，即接近传感器信号A的时间上的变化过程不再如在图2a中那样单调。

图3a示出接近传感器2的接近传感器信号A在耳机1朝向用户的耳朵运动时的变化过程。该变化过程基本上相应于在图2a中示出的变化过程。

图3b示出经低通滤波的加速度信号的贡献AccMagLP(即组合了所有三个轴的贡献的经低通滤波的加速度幅度)在耳机1朝向用户的耳朵运动时的变化过程。接近运动的结束时刻t_f相应于一个时刻，在该时刻，经低通滤波的加速度信号稳定、即波动小于预给定的阈值。

图3c示出接近传感器的加速度信号的经高通滤波的贡献AccMagHP(即组合了所有三个轴的贡献的经高通滤波的加速度幅度)在耳机朝向用户的耳朵运动时的变化过程。能看出，经高通滤波的加速度信号中的波动在第三时间段B3中出现，所述波动源自耳机在用户的耳朵中的匹配运动。

图3d示出用于关于三轴加速度传感器3的每个轴的测量信号的加速度信号的最小值和最大值AccMinMax在耳机1朝向用户的耳朵运动时的变化过程。能够识别出在第三时间段B3中的时刻，该在时刻达到加速度信号的最小值和最大值。

图3e示出经低通滤波的加速度信号(即组合了所有三个轴的贡献的经低通滤波的加速度幅度)的最小值和最大值AccMinMaxLP在耳机1朝向用户的耳朵运动时的变化过程。

图3f示出经高通滤波的加速度信号(即组合了所有三个轴的贡献的经高通滤波的加速度幅度)的最小值和最大值AccMinMaxHP在耳机1朝向用户的耳朵运动时的变化过程。当加速度信号的经低通滤波的贡献稳定、即在最小值和最大值中不发生变化时，加速度信号的经高通滤波的贡献仍然发生剧烈变化，使得引起最小值和最大值的大的变化。

图4a示出接近传感器的传感器信号在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程，其基本上相应于在图2b中示出的变化过程。

图4b示出经低通滤波的加速度信号(即组合了所有三个轴的贡献的经低通滤波的加速度幅度)在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程。

图4c示出接近传感器的经高通滤波的加速度信号(即组合了所有三个轴的贡献的经高通滤波的加速度幅度)在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程。与图3c不同地，现在，在经高通滤波的加速度信号的变化过程中的波动基本上仅发生在第一和第二时间段B1、B2中。所述波动发生在结束时刻t_f之前。

图4d示出三轴加速度传感器的加速度信号的最小值和最大值在耳机1运动到用户的口袋中时的变化过程。与图3d不同地，最小值和最大值在结束时刻t_f之后几乎不发生变化。

图4e示出经低通滤波的加速度信号(即组合了所有三个轴的贡献的经低通滤波的加速度幅度)的最小值和最大值在耳机1运动到用户的口袋中时的变化过程。与图3e不同地，第一和第二时间段B1、B2中的绝对值大于第三时间段B3中的绝对值。

图4f示出经高通滤波的加速度信号(即组合了所有三个轴的贡献的经高通滤波的加速度幅度)的最小值和最大值在耳机运动到用户的口袋中时的变化过程。经高通滤波的加速度信号的最小值和最大值在结束时刻t_f之后(即在加速度信号的经低通滤波的贡献稳定之后)不再发生变化。

在图3a至图3f或图4a至图4f中示出的所有信号变化过程能够在数学上被分析处理，例如通过计算涉及朝向用户的耳朵运动的概率。

加速度值的经低通滤波的贡献相应于线性加速度。加速度值的经高通滤波的贡献相应于耳机的旋转和位置变化。经低通滤波的加速度值的最小值和最大值说明，线性加速度何时出现或结束以及变化有多大。经高通滤波的加速度值的以及三个轴的最小值和最大值说明，加速度何时由于旋转或位置变化而出现或结束以及变化有多大。

线性加速度相应于基于运动的加速度并且主要由经低通滤波的加速度幅度体现。线性加速度相应于经低通滤波的加速度幅度减去重力贡献。如果线性加速度的值接近于零，则识别出结束时刻。在结束时刻之后，在朝向用户的耳朵运动时和在运动到用户的口袋中时都不出现线性加速度。即使在线性加速度为零的情况下，加速度本身仍然可以发生变化。在这种情况下，

等于重力贡献，其中，

是在x、y和z方向上的贡献。当耳机旋转时，这种关系也适用，使得不出现线性加速度，尽管acc_x，y，z发生变化。此类运动能在加速度幅度的经高通滤波的贡献中被识别出。

识别出，在经低通滤波的幅度大致相应于重力贡献且几乎没有线性加速度出现之后，即在结束时刻之后，加速度幅度的经高通滤波的贡献或者加速度的最大值和最小值是否发生变化。如果是这种情况，则涉及朝向耳朵的运动，否则涉及例如到口袋中的运动。

图5示出用于识别耳机1是否插入到用户的耳朵中的方法的流程图。如上所述的耳机1可以用于该方法。

在第一方法步骤S1中，加速度传感器3产生加速度传感器信号。

在方法步骤S2中，基于加速度传感器信号求取加速度的幅度，在使用三轴加速度传感器3的情况下针对三个轴中的每个轴进行求取。

在方法步骤S3中，利用高通滤波器对加速度传感器信号进行滤波，以便产生经高通滤波的加速度信号。

在方法步骤S4中，利用低通滤波器对加速度传感器信号进行滤波，以便产生经低通滤波的加速度信号。

在方法步骤S5中，由接近传感器2产生接近传感器信号。

在方法步骤S6中，在使用接近传感器信号、经高通滤波的加速度信号和经低通滤波的加速度信号的情况下执行加速度数据分析。

在方法步骤S7中，还基于经高通滤波的加速度信号和经低通滤波的加速度信号执行对用户的运动监测。

在方法步骤S8中，执行对接近传感器信号的数据分析。

在方法步骤S9中，求取耳机是否被插入到用户的耳朵中。在此，基于接近传感器信号的时间上的变化过程识别接近运动并且确定这是否是耳机朝向用户的耳朵运动。在使用经低通滤波的加速度信号和经高通滤波的加速度信号的情况下确认或拒绝这种假设。为此，尤其在接近运动的结束时刻进行求取。

在方法步骤S10中，基于该决定选择耳机的运行模式，即耳外运行模式或耳内运行模式。

Claims (10)

1.一种耳机(1)，其具有：

接近传感器(2)，所述接近传感器构造用于产生接近传感器信号；

加速度传感器(3)，所述加速度传感器构造用于产生加速度传感器信号；和

信号分析处理装置(4)，所述信号分析处理装置构造用于：

a.在使用所述接近传感器信号的情况下识别所述耳机(1)朝向对象的接近运动；

b.求取所述接近运动是否是所述耳机(1)朝向用户的耳朵的运动，其中，分析处理和考虑在所述接近传感器信号的时间上的变化过程中的波动；

c.通过对所述加速度传感器信号进行滤波产生经高通滤波的加速度信号和经低通滤波的加速度信号；

d.在使用所述经低通滤波的加速度信号的情况下基于加速度的稳定来求取所述接近运动的结束时刻；并且

e.基于所述经高通滤波的加速度信号在所述接近运动的所求取的结束时刻之后的变化，确认所述接近运动是所述耳机(1)朝向所述用户的耳朵的运动。

2.根据权利要求1所述的耳机(1)，其中，所述信号分析处理装置(4)构造用于，为了分析处理在所述接近传感器(2)的接近传感器信号的变化过程中的波动而求取和考虑所述接近传感器信号的时间上的变化过程的单调性。

3.根据权利要求1或2所述的耳机(1)，其中，所述信号分析处理装置(4)构造用于，如果所述经高通滤波的加速度信号在所述接近运动的所求取的结束时刻之后的变化的度量高于预给定的第一阈值，则确认所述接近运动是所述耳机(1)朝向所述用户的耳朵的运动。

4.根据权利要求3所述的耳机(1)，其中，所述信号分析处理装置(4)构造用于，如果所述经高通滤波的加速度信号在所述接近运动的所求取的结束时刻之后的变化的度量低于预给定的第二阈值，则识别出所述接近运动不是所述耳机(1)朝向所述用户的耳朵的运动。

5.根据前述权利要求中任一项所述的耳机(1)，其中，所述信号分析处理装置(4)构造用于，基于所述接近传感器信号来求取，所述耳机(1)是否再次从所述用户的耳朵中被移除。

6.根据前述权利要求中任一项所述的耳机(1)，其中，所述信号分析处理装置(4)构造用于，基于所述加速度传感器信号来识别运动的不存在，并且在识别出的情况下将所述耳机(1)置于耳外运行模式中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的耳机(1)，其中，所述信号分析处理装置(4)构造用于，基于所述加速度传感器信号来识别所述耳机(1)的如下运动并且在识别出的情况下将所述耳机(1)置于耳外运行模式中：所述运动由于其强度而不能由头部运动产生。

8.根据前述权利要求中任一项所述的耳机(1)，其中，所述加速度传感器(3)是三轴加速度传感器(3)。

9.根据权利要求8所述的耳机(1)，其中，所述信号分析处理装置(4)构造用于，计算沿着三个轴的加速度的最大值和最小值，并且在确认所述接近运动是所述耳机(1)朝向所述用户的耳朵的运动的情况下考虑所述最大值和最小值。

10.一种用于识别耳机(1)是否插入到用户的耳朵中的方法，所述方法具有以下步骤：

在使用所述耳机(1)的接近传感器(2)的接近传感器信号的情况下识别所述耳机(1)朝向对象的接近运动；

求取所述接近运动是否是所述耳机(1)朝向用户的耳朵的运动，其中，

分析处理和考虑在所述接近传感器信号的时间上的变化过程中的波动；

对所述耳机(1)的加速度传感器(3)的加速度传感器信号进行滤波，以便产生经高通滤波的加速度信号和经低通滤波的加速度信号；

在使用所述经低通滤波的加速度信号的情况下，基于加速度的稳定来求取所述接近运动的结束时刻；并且

基于所述经高通滤波的加速度信号在所述接近运动的所求取的结束时刻之后的变化，确认所述接近运动是所述耳机(1)朝向所述用户的耳朵的运动。

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