CN118476243A - 具有感知模式自动调平器的音频设备 - Google Patents

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Abstract

各种具体实施包括用于在ANR音频设备中提供增强感知模式能力的系统。在特定具体实施中，一种方法包括：从与可穿戴音频设备相关联的麦克风接收环境噪声信号；基于该环境噪声信号的声压级(SPL)来确定增益值；通过将该增益值应用于该环境噪声信号来生成经增益调节的环境噪声信号；通过将该经增益调节的环境噪声信号添加到降噪环境信号来生成总外部麦克风信号；通过基于该经增益调节的环境噪声信号来选择性地调节源音频信号来生成经扩展的音频信号；以及将该经扩展的音频信号与该总外部麦克风信号组合并输出到声换能器。

Description

具有感知模式自动调平器的音频设备
优先权声明
本申请要求2021年12月7日提交的美国临时专利申请号63/286,659以及2022年12月6日提交的美国非临时专利申请号18/062,108的优先权，这两份专利申请均以其全文以引用方式并入。
技术领域
本公开整体涉及提供增强感知模式功能性的主动降噪(ANR)设备。
背景技术
诸如耳机的声学设备可包括阻止环境噪声的至少一部分到达用户的耳部的主动降噪(ANR)能力。这样，ANR设备产生声学隔离效应，从而使用户至少部分地与环境隔离。为了减轻此类隔离的影响，具有ANR能力的一些声学设备可以包括“感知模式”，其中环境声音与在声学设备上播放的源音频一起被传递到用户的耳朵。
发明内容
下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
公开了涉及具有增强感知模式功能性的主动降噪设备的系统和方法。一些具体实施提供了一种方法，该方法包括：从与可穿戴音频设备相关联的麦克风接收环境噪声信号；基于该环境噪声信号的声压级(SPL)来确定增益值；通过将该增益值应用于该环境噪声信号来生成经增益调节的环境噪声信号；通过将该经增益调节的环境噪声信号添加到降噪环境信号来生成总外部麦克风信号；通过基于该经增益调节的环境噪声信号来选择性地调节源音频信号来生成经扩展的音频信号；以及将该经扩展的音频信号与该总外部麦克风信号组合并输出到声换能器。
在附加特定具体实施中，提供了一种可穿戴音频设备，该可穿戴音频设备包括：声换能器；麦克风；信号处理系统，该信号处理系统执行包括以下的动作：从与可穿戴音频设备相关联的麦克风接收环境噪声信号；基于该环境噪声信号的声压级来确定增益值；通过将该增益值应用于该环境噪声信号来生成经增益调节的环境噪声信号；通过将该经增益调节的环境噪声信号添加到降噪环境信号来生成总外部麦克风信号；通过基于该经增益调节的环境噪声信号来选择性地调节源音频信号来生成经扩展的音频信号；以及将该经扩展的音频信号与该总外部麦克风信号组合并输出到声换能器。
在另外的具体实施中，一种方法包括：获得源音频信号和环境噪声信号；将该环境噪声信号与预定义听觉阈值进行比较；响应于该比较而生成有效噪声信号；通过基于该有效噪声信号来选择性地调节该源音频信号的声压级来生成经扩展的音频信号；以及使用该经扩展的音频信号来驱动耳机的声换能器。
在又其他方法中，一种方法包括：从与可穿戴音频设备相关联的麦克风接收环境噪声信号；基于该环境噪声信号的声压级来确定增益值；通过将该增益值应用于该环境噪声信号来生成经增益调节的环境噪声信号；通过将该经增益调节的环境噪声信号添加到降噪环境信号来生成总外部麦克风信号；通过基于噪声控制信号来选择性地调节源音频信号来生成经扩展的音频信号；以及将该经扩展的音频信号与该总外部麦克风信号组合并输出到声换能器。
具体实施可包括以下特征中的一个特征、或它们的任何组合。
在各种具体实施中，从源音频信号和经增益调节的环境噪声信号确定信噪比(SNR)，其中生成经扩展的音频信号包括基于SNR来选择性地调节源音频信号。
在一些情况下，生成噪声控制信号包括基于环境噪声信号的SPL来生成残余声音分量；以及将残余声音分量添加到经增益调节的环境噪声信号。
在某些情况下，增益值利用具有SPL与增益值对应关系的查找表来确定，该查找表包括：第一SPL阈值，低于该第一SPL阈值，增益值被设定为1；第二SPL阈值，高于该第二SPL阈值，增益值被设定为0；以及第一SPL阈值与第二SPL阈值之间的SPL范围，在该SPL范围内，增益值在1与0之间变化。
在一些实例中，生成经扩展的音频信号包括选择性地调节源音频信号的多个不同频带中的每个频带的SPL。
在其他实例中，该方法还包括从源音频信号和经增益调节的环境噪声信号确定信噪比(SNR)，其中确定SNR包括确定不同频带中的每个频带的子SNR，其中选择性地调节源音频信号的每个不同频带的SPL是基于相关联的子SNR，并且其中生成经扩展的音频信号包括基于SNR或根据感知掩蔽模型来选择性地调节源音频信号。在一些方面，选择性地调节源音频信号的每个不同频带的SPL是基于以加权方式与较低频带的子SNR组合的相关联的子SNR。
在一些实例中，音频信号的不同频带包括低频带、中频带和高频带。
在一些方面，低频带的SPL响应于SNR满足第一阈值而增大；低频带和中频带的SPL响应于SNR满足第二阈值而增大；并且低频带、中频带和高频带的SPL响应于SNR满足第三阈值而增大，其中第三阈值大于第二阈值，并且第二阈值大于第一阈值。
在某些方面，将环境噪声信号与听觉阈值进行比较包括在环境噪声信号与听觉阈值之间比较来自预定义的频带组中的每个频带的能量水平。
在其他情况下，生成有效噪声信号包括在环境噪声信号与听觉阈值之间确定预定义的频带组中的每个不同频带的最大值，并且使用每个预定义的频带组的最大值来提供有效噪声信号。
本公开中所述的两个或更多个特征，包括本发明内容部分中所述的那些，可组合以形成在本文未具体描述的具体实施。
一个或多个具体实施的细节在附图和以下描述中论述。其他特征、对象和有益效果在说明书、附图和权利要求书中将是显而易见的。
附图说明
图1描绘了根据各种具体实施的具有感知模式和提供自动调平的音频调平特征的可穿戴音频设备的框图。
图2描绘了根据各种具体实施的在感知模式音频设备中利用的框图。
图3描绘了根据各种具体实施的透听特征图。
图4描绘了根据各种具体实施的在可穿戴音频设备中利用的扩展器的框图。
图5描绘了根据各种具体实施的在感知模式音频设备中利用的增强型扩展器的框图。
图6描绘了根据各种具体实施的感知模式音频设备的例示性形状因数。
需注意，各种具体实施的附图未必按比例绘制。附图仅旨在示出本公开的典型方面，因此不应视为限制具体实施的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间类似的元件。
具体实施方式
各种具体实施描述允许在声学设备中使用主动降噪(ANR)同时允许用户感知环境声音(本文中称为“感知模式”)的解决方案。诸如ANR耳机的可穿戴ANR设备用于通过减小环境噪声和用户附近的声音(在本文中称为“环境噪声”)的影响来提供潜在沉浸式收听体验。然而，通过阻断环境噪声的影响，ANR设备可能创建与环境的声学隔离，这在一些条件下可能是不期望的。例如，在机场候机的用户在使用ANR耳机时可能想要感知航班通告。又如，当使用ANR耳机来消除飞机飞行时的噪声时，用户可能希望能够与航班空乘沟通而不必取下耳机。
感知模式音频设备存在各种技术挑战，包括在设备正被使用时环境噪声的类型和量可能改变的事实。为了提供平衡的用户体验，可能需要增大或减小噪声减少量以将环境噪声保持在期望水平。此外，随着环境噪声水平增加，可能需要提升源音频内容以补偿到达用户的耳朵的过量环境噪声。本文所述的方法通过提供自动调节噪声消除量和提升量两者以提供平衡的用户体验的感知模式自动调平器来解决这些以及其他技术挑战。
应当理解，本文所公开的解决方案旨在适用于各种各样的基于ANR的可穿戴音频设备，即，被配置为至少部分地由用户佩戴在用户的至少一只耳朵附近以为至少那一只耳朵提供经放大的音频的设备。ANR处理可以包括基于反馈的ANR和基于前馈的ANR中的任一者或两者。例示性可穿戴音频设备可包括头戴式耳机、双向通信头戴式受话器、耳机、耳塞、助听器、音频眼镜、无线头戴式受话器(也称为“耳麦”)和护耳器。
另外，本文所公开的解决方案适用于提供双向音频通信、单向音频通信(即，由另一设备以电子方式提供的音频的声学输出)或根本不提供通信的可穿戴音频设备。此外，本文所公开的内容适用于无线地连接到其他设备、通过导电和/或导光电缆连接到其他设备、或根本不连接到任何其他设备的可穿戴音频设备。这些教导内容适用于具有被构造为佩戴在用户的一只或两只耳朵附近的物理配置的可穿戴音频设备，包括并且不限于具有一只或两只听筒的耳机、头戴式耳机、颈后式耳机、具有通信麦克风(例如，吊杆式麦克风)的头戴式受话器、入耳式或耳背式助听器、无线头戴式受话器(即，耳麦)、音频眼镜、单耳机或成对耳机，以及结合有一只或两只听筒以实现音频通信和/或耳朵保护的帽子、头盔、衣服或任何其他物理配置。特定具体实施的呈现旨在通过使用示例来帮助理解，并且不应被视为限制本公开的范围或权利要求覆盖的范围。
图1描绘了提供用于自适应地管理感知模式功能性的自动调平器的基于ANR的音频设备(“音频设备”)10的例示性具体实施。如图所示，音频设备10接收并处理源音频信号18和环境噪声信号16。源音频信号18可包括任何类型的音频内容，例如流式音乐、电话通信、来自视听源的音频馈送、流式播客、音频记录等。环境噪声信号16可例如包括由ANR前馈(即，外部)麦克风或适于捕获用户附近的环境噪声的任何其他麦克风或麦克风阵列捕获的任何类型的环境噪声。在某些具体实施中，音频设备10包括：(1)自适应地传递环境噪声信号16中的一些或全部的第一处理系统12，所得信号在本文中称作“总外部麦克风信号”34，以及(2)自适应地提升源音频信号18以生成经扩展的噪声信号36的第二处理系统14。第一处理系统12和第二处理系统14一起操作以自适应地实现自动调平器，该自动调平器在变化的环境噪声条件下提供平衡的用户体验。在图1中所示的示例设备10中，将所生成的总外部麦克风信号34、经扩展的噪声信号36和反馈信号33(由ANR反馈滤波器Kfb 32和相关联的ANR反馈麦克风31生成)组合并输出到声换能器20。这使得音频设备10允许用户达到对其周围环境的感知、听觉舒适度和媒体享用乐趣的期望平衡。
在一些例示性方法中，第一处理系统12包括经由降噪路径21生成降噪环境信号17的ANR滤波器(Knc)22，以及经由直通信号路径23生成经增益调节的环境噪声信号25的调制器24。在某些方法中，经由直通信号路径23施加到环境噪声信号16的增益量是基于环境噪声信号16的声压级(SPL)。在所描绘的示例中，经增益调节的环境噪声信号25由直通滤波器(Kaw)26进一步处理，该直通滤波器将外部麦克风信号整形以与由滤波器Kfb 32提供的基于反馈的ANR一致地操作。在某些方面，Kaw 26均衡环境噪声信号16的频谱，使得其听起来自然，例如，如同信号16未被阻断且用户未佩戴耳机一样。Kaw 26还确保针对从驱动器20到接收环境噪声信号16的外部麦克风的任何声学路径满足稳定性标准。
将所得降噪环境信号17和经增益调节的环境噪声信号25组合以生成总外部麦克风信号34。
图2描绘了用于生成经增益调节的环境噪声信号25的例示性调制器24，该调制器包括基于所计算的增益值46来调节环境噪声信号16的可变增益放大器48。在某些方法中，增益值46利用以下确定：(1)能量计算器40，其例如使用A加权来测量环境噪声信号16的SPL；(2)增益查找表42，其基于对应的SPL来确定增益水平；以及(3)滤波器44，其例如通过平滑从查找表获得的增益水平来生成增益值46。滤波器44控制增益信号的发射特性，从而确保感知模式信号不会快速地上下跳变，从而允许在长时间常数上的平滑变化。
在一些具体实施中，调制器24可被配置为根据一个或多个阈值条件来控制放大器48。阈值条件可以被预设或根据用户输入来设定。在一些具体实施中，如果调制器24确定环境噪声信号16低于特定阈值，则增益值46控制放大器48，使得直通信号路径23的增益基本上等于一。这继而允许用户在很少或没有衰减的情况下听到环境声音。在一些具体实施中，如果调制器24确定环境噪声信号16处于或高于特定阈值，则增益值46可被配置为控制放大器48，使得直通信号路径23的总增益小于一，并且ANR滤波器22(图1)的输出在耳朵处提供环境噪声信号16的衰减。这允许用户在噪声低于阈值时感知环境噪声和声音，而在噪声突破阈值时利用设备10的ANR功能——例如，以防止响亮的声音(诸如车辆声音、警笛或机器声音)变得令人不适地响亮。
图3描绘了示出作为环境噪声信号16的函数的经增益调节的环境信号25的水平的例示性曲线图。在这种情况下，经增益调节的环境信号25由调制器24控制，该调制器基于环境噪声信号16的两个阈值水平64、66来改变经增益调节的环境信号25的量。当环境噪声信号16低于第一阈值64时，基本上不对环境噪声信号16应用降噪(例如，增益值被设定为1)来传递经增益调节的环境信号25。当环境噪声信号16高于第一阈值64但低于第二阈值66时，经增益调节的环境信号25保持基本上恒定的水平，即，增益随着环境噪声信号16增大而减小以在耳朵处保持基本上恒定的声压级(例如，增益值在1与0之间变化)。当环境噪声信号16高于第二阈值66时，经增益调节的环境信号25被设定为最小值(例如，增益值被设定为0)。需注意，在另选方法中，曲线62可通过缩波器来实现，其中第一阈值64与第二阈值66之间的斜率可大于0。
在2019年5月2日公布的美国专利公布US2019/0130928，“Compressive Hear-Through In Personal Acoustic Devices”中进一步描述了与第一处理系统12相关的方面，该美国专利公布据此以其全文以引用方式并入。
如本文所指出的，在某些具体实施中，第一处理系统12的一个目的是确定要传递到收听者的环境噪声的量。在图1和图2中所描述的另选方法中，不是(或除了)控制透听路径23中的增益值46，而是可通过改变前馈滤波器Knc 22和/或反馈滤波器Kfb 32来控制降噪量。通过以这种方式调低噪声消除信号，Kaw 26不需要克服所有的主动降噪分量，而仅需要克服小的被动降噪分量。
再次参考图1和图2，除了生成总外部麦克风信号34之外，第一处理系统12还向第二处理系统14输出噪声控制信号27。在某些方法中，第二处理系统14至少部分地基于源音频信号18与环境噪声信号16(或从其导出的信号)的SPL的比较来自动调节源音频信号18的SPL以生成经扩展的音频信号36。以这种方式，当环境噪声变得更响时，音频设备10的音频输出被自动调节为更响。随着环境噪声改变，例如改变到具有较低SPL的更安静的环境，音频输出的响度降低。在各种方法中，噪声控制信号27反映在环境中存在多少环境噪声，并且被用于确定应当向源音频信号18应用多少SPL扩展。在一些情况下，第二处理系统14还包括均衡器(Keq)28，该均衡器最初处理源音频信号18，例如调节频率响应以在由系统处理之后命中耳朵处的某个目标。
在一些实例中，噪声控制信号27是基于由调制器24生成的经增益调节的环境噪声信号25。在图2所示的示例调制器24中，噪声控制信号27是经增益调节的环境噪声信号25和由KTIG 50生成的残余声音分量(RSC)52的组合。在某些情况下，KTIG 50是衰减外部声音以对甚至在全ANR情况下到达耳朵的残余声音进行建模的滤波器。在这种情况下，经增益调节的环境噪声信号25将为零，并且降噪环境信号17将不为零。因此，总和即总外部麦克风信号34将不为零。因此，RSC 52提供当声音在外部非常响亮并且总外部麦克风信号34基本上被切断时将在耳朵处接收到的SPL。在其他方法中，KTIG 50可以简单地实现为标量增益以提供RSC 52，而不是实现为滤波器。
图4描绘了扩展器30的例示性实施方案，其中利用信噪比(SNR)计算器70来生成侧链输入74以控制可调适音频扩展器72。在某些情况下，SNR计算器70接收源音频信号18和噪声控制信号27(其在一些实例中至少部分地包括经增益调节的环境噪声信号25)两者，计算SNR值，并且输出侧链输入74。侧链输入74可以由所计算的SNR值本身组成，或者由从SNR值导出的值组成。SNR计算器70可包括用于相对于噪声信号评估源音频信号并输出侧链值74的任何系统，侧链值可包括例如比率、差值、一个或多个导出值等。无论如何，自适应音频扩展器72使用侧链输入74来控制源音频信号18的扩展，即，生成经扩展的音频信号36。在某些情况下，SNR值越高，由可调适音频扩展器72提供的SPL提升越多。
在以上具体实施中，噪声控制信号27至少部分地包括经增益调节的环境噪声信号25。在另选方法中，噪声控制信号27可包括捕获或预测环境噪声信号16的一个或多个频谱特征的所计算的值，而不是使用经增益调节的环境噪声信号25来计算SNR值(图1)。在某些情况下，可例如通过使用预先计算的量度表的信号处理器、评估声学环境的机器学习系统等来分析从环境噪声信号16和/或总外部麦克风信号34导出的SPL或其他信息以生成一个或多个频谱特征值。所得值可随后直接传递到可调适音频扩展器72，该可调适音频扩展器可利用这些值来自适应地提升源音频信号18。因此，噪声控制信号27可包括捕获、预测、预期等环境中的环境噪声的量的任何类型的信息或信号。
根据各种具体实施，由扩展器30提供的SPL扩展的量或类型可基于多个因素。在一些情况下，扩展是基于侧链输入74阈值水平。在某些情况下，将SPL中的不同提升量应用于任何数量的不同频带。在示例中，将不同提升应用于低音(即，低频)带、中段(即，中频)带和/或高音(即，高频)带。在一个示例中，低音频带是指低于100Hz的较低频率，中段频带是指介于100Hz和4kHz之间的频率，高音频带是指高于4kHz的较高频率。根据各种具体实施，应用于较低低音带频率的SPL提高大于应用于中段频率的SPL提高，并且应用于中段频率的SPL提高大于应用于高音频率的SPL提高。
在某些情况下，低频带的SPL响应于SNR满足第一阈值而增大；低频带和中频带的SPL响应于SNR满足第二阈值而增大；并且低频带、中频带和高频带的SPL响应于SNR满足第三阈值而增大，其中第三阈值大于第二阈值，并且第二阈值大于第一阈值。
表1提供了基于频率范围应用于音乐音频的示例SPL提高值(单位为dB)。音乐具有在用户耳朵处估计的70dB的恒定SPL。环境噪声(从噪声控制信号27获得)从50dB增大到65dB，增量为5dB。因为不存在或基本上不存在反馈路径，所以每个频率范围施加的SPL提高不会导致在用户耳朵处估计的音乐SPL的增加(或显著增加)。针对每个频率范围独立地控制SPL的增大或减小。如表1所示，低音带频率的SPL比中段频率的SPL提高得多，中段频率的SPL比高音频率的SPL提高得多。相应地，当环境噪声降低(即，SNR增大)时，例如从65dB降低到50dB，低音带频率的SPL比中段频率的SPL降低得更多，中段频率的SPL比高音频率的SPL降低得更多。另外，可以对每个频带中的最大允许增益设置一些限制。
表1
在某些方法中，由SNR计算器70从环境噪声信号和经增益调节的环境噪声信号确定不同频带的子SNR。因此，例如，可以确定低音、中段和高音的子SNR以生成三个侧链输入值74。源音频信号18的每个不同频带的SPL然后由可调适音频扩展器72基于相关联的子SNR来选择性地调节。
在2020年5月7日公布的名称为“Ambient Volume Control in Open AudioDevices”的美国公布US2020/0143790中描述了用于实现扩展器的相关方面，该美国公布的内容据此以其全文以引用方式并入。
参考图5，描绘了用于从源音频信号18生成经扩展的音频信号38的增强型扩展器80。在该方法中，SNR计算器70利用由比较器82生成的有效噪声信号86来确定到音频扩展器72的侧链输入74。在某些方法中，比较器82将环境噪声信号16的能量水平与用户的预定义听觉阈值84的听力图进行比较，并且使用这两者的最大值作为有效噪声信号86。通过采用预定义听觉阈值84，用户将仅在内容足够响亮(即，在逐个频率的基础上)并且内容不被噪声掩蔽(同样，在逐个频率的基础上)的情况下听到内容。这样，由于听觉损失或环境声音的掩蔽是等效的，并且可以使用相同的方法来确保收听者感觉到全频谱声音。
在一些情况下，比较器82比较预定义的频带组或整个范围的能量水平。在其中比较预定义频带的某些情况下，每个预定义的频带组的比较的最大值经组合以提供有效噪声信号86。在其中比较预定义频带的其他情况下，SNR计算器70可使用每个预定义的频带组的比较的最大值来确定子SNR。然后音频扩展器72可使用所得子SNR来控制各个频带的扩展。(在各种情况下，最大值是在给定范围内或在整个域上的信号的最大值。)
应当理解，增强型扩展器80可以与第一处理系统12(图1)独立地实现，或者与第一处理系统集成。在扩展器80与第一处理系统12集成的情况下，环境噪声信号16可包括经增益调节的环境噪声信号25或从环境噪声信号16导出的其他噪声控制信号27。当单独地实现时，可例如从任何外部麦克风获得环境噪声信号16。
应当理解，根据各种具体实施示出和描述的设备10可被配置为由用户穿戴以将音频输出提供到用户的至少一只耳朵附近。设备10可具有多种形状因数中的任一种，包括结合有单个听筒以仅向用户的一只耳朵提供音频的配置，结合有一对听筒以向用户的两只耳朵提供音频的其他配置，以及结合有一个或多个独立扬声器以向用户周围的环境提供音频的其他配置。
图6是具有两个听筒112A和112B的入耳式可穿戴音频设备100的示例形状因数的框图，每个听筒被配置为朝向用户的耳朵引导声音。(附有“A”或“B”的附图标号指示所识别的特征与这两个听筒中的特定听筒的对应关系。然而，为简单起见，从以下讨论中省略字母指示标识，例如，听筒112指听筒112A和听筒112B中的任一者或两者。)每个听筒112包括壳体114，该壳体限定空腔116，该空腔容纳用于向用户输出音频信号的电声换能器128。此外，至少一个内部麦克风118也设置在空腔116内。在其中可穿戴音频设备100可安装在耳朵上的具体实施中，附接到壳体114的耳部耦接件120(例如，耳尖或耳垫)包围空腔116的开口。通道122被形成为穿过耳部耦接件120并且与通向空腔116的开口连通。在各种具体实施中，一个或多个外部麦克风124以允许声学耦接到壳体112外部的环境的方式设置在壳体上。
由包括源音频和总外部麦克风信号两者的换能器128输出的音频由音频处理系统130实现，该音频处理系统包括本文所述的第一处理系统12和第二处理系统14。音频处理系统130可集成到一个或两个听筒112中，或者由外部系统实现。在音频处理系统130由外部系统实现的情况下，每个听筒112可以有线或无线构型耦接到音频处理系统130。在各种具体实施中，音频处理系统130可包括硬件、固件和/或软件以提供各种特征来支持可穿戴音频设备100的操作，包括例如提供电源、放大、输入/输出、网络接口、用户控制功能、ANR、信号处理、数据存储、数据处理、语音检测等。
在包括用于增强音频信号的ANR的具体实施中，内部麦克风118可充当反馈麦克风，并且外部麦克风124可充当前馈麦克风。在此类具体实施中，每个耳机112可利用与内部麦克风118和外部麦克风124通信的ANR电路。ANR电路接收由内部麦克风118生成的内部信号和由外部麦克风124生成的外部信号，并且针对对应听筒112执行ANR过程。该过程包括向设置在空腔116中的电声换能器(例如，扬声器)128提供信号以生成抗噪声声学信号，该抗噪声声学信号减少或基本上防止来自耳机112外部的一个或多个声学噪声源的声音被用户听到。
应当理解，所述系统的一个或多个功能可被实现为硬件和/或软件，并且各种部件可包括通过任何常规方式(例如，硬连线和/或无线连接)连接部件的通信路径。例如，一个或多个非易失性设备(例如，诸如闪存存储器设备的集中式或分布式设备)可存储和/或执行用于一个或多个所述设备的程序、算法和/或参数。另外，本文所述的功能或其部分，以及其各种修改(下文称为“功能”)可至少部分地经由计算机程序产品实现，例如在信息载体中有形实施的计算机程序，诸如一个或多个非暂态机器可读介质，用于执行，或控制一个或多个数据处理装置，例如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件的操作。
计算机程序可以任何形式的编程语言被写入，包括编译或解释语言，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适于用在计算环境中的其他单元。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网络互联的多个计算机上执行。
与实现全部或部分功能相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以执行功能。功能的全部或部分可被实现为专用目的逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)和/或ASIC(专用集成电路)。适用于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来讲，处理器可接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
应注意，虽然本文所述的具体实施利用麦克风系统来收集输入信号，但应理解，可单独地或与麦克风系统一起利用任何类型的传感器来收集输入信号，这些传感器例如加速计、温度计、光学传感器、相机等。
另外，可由一个或多个联网计算设备执行与实现本文所述的全部或部分功能相关联的动作。联网计算设备可通过网络例如一个或多个有线和/或无线网络诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)、个人局域网(PAN)、互联网连接设备和/或网络和/或基于云的计算(例如，基于云的服务器)来连接。
在各种具体实施中，被描述为“耦接”的电子部件可以经由常规的硬连线和/或无线装置链接，使得这些电子部件可以彼此传送数据。另外，给定部件内的子部件可被认为是经由常规路径链接的，这可能不一定被示出。
已描述了多个具体实施。然而，应当理解，在不脱离本文所述发明构思的范围的情况下，可进行附加修改，并且因此，其他具体实施在以下权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
从与可穿戴音频设备相关联的麦克风接收环境噪声信号；
基于所述环境噪声信号的声压级SPL来确定增益值；
通过将所述增益值应用于所述环境噪声信号来生成经增益调节的环境噪声信号；
通过将所述经增益调节的环境噪声信号添加到降噪环境信号来生成总外部麦克风信号；
通过基于所述经增益调节的环境噪声信号来选择性地调节源音频信号来生成经扩展的音频信号；以及
将所述经扩展的音频信号与所述总外部麦克风信号组合并输出到声换能器。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括从所述源音频信号和所述经增益调节的环境噪声信号确定信噪比SNR，
其中生成所述经扩展的音频信号包括基于所述SNR来选择性地调节所述源音频信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述源音频信号以生成所述经扩展的音频信号是基于所述经增益调节的环境噪声信号和残余声音分量的组合的，其中所述残余声音分量是基于所述环境噪声信号的所述SPL的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述增益值利用具有SPL与增益值对应关系的查找表来确定，所述查找表包括：
第一SPL阈值，低于所述第一SPL阈值，所述增益值被设定为1；
第二SPL阈值，高于所述第二SPL阈值，所述增益值被设定为0；以及
所述第一SPL阈值与所述第二SPL阈值之间的SPL范围，在所述SPL范围内，所述增益值在1与0之间变化。
5.根据权利要求1所述的方法，其中生成所述经扩展的音频信号包括选择性地调节所述源音频信号的多个不同频带中的每个频带的SPL。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括从所述源音频信号和所述经增益调节的环境噪声信号确定信噪比SNR，
其中确定所述SNR包括确定所述不同频带中的每个频带的子SNR，并且
其中选择性地调节所述源音频信号的每个不同频带的所述SPL是基于相关联的子SNR。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述音频信号的所述不同频带包括低频带、中频带和高频带。
8.根据权利要求7所述的方法，其中：
所述低频带的所述SPL响应于所述SNR满足第一阈值而增大；
所述低频带和所述中频带的所述SPL响应于所述SNR满足第二阈值而增大；并且
所述低频带、所述中频带和所述高频带的所述SPL响应于所述SNR满足第三阈值而增大，
其中所述第三阈值大于所述第二阈值，并且所述第二阈值大于所述第一阈值。
9.一种可穿戴音频设备，包括：
声换能器；
麦克风；以及
信号处理系统，所述信号处理系统执行包括以下的动作：
从与可穿戴音频设备相关联的麦克风接收环境噪声信号；
基于所述环境噪声信号的声压级SPL来确定增益值；
通过将所述增益值应用于所述环境噪声信号来生成经增益调节的环境噪声信号；
通过将所述经增益调节的环境噪声信号添加到降噪环境信号来生成总外部麦克风信号；
通过基于所述经增益调节的环境噪声信号来选择性地调节源音频信号来生成经扩展的音频信号；以及
将所述经扩展的音频信号与所述总外部麦克风信号组合并输出到声换能器。
10.根据权利要求9所述的设备，还包括从所述源音频信号和所述经增益调节的环境噪声信号确定信噪比SNR，
其中生成所述经扩展的音频信号包括基于所述SNR来选择性地调节所述源音频信号。
11.根据权利要求9所述的设备，其中调节所述源音频信号以生成所述经扩展的音频信号是基于所述经增益调节的环境噪声信号和残余声音分量的组合的，其中所述残余声音分量是基于所述环境噪声信号的所述SPL的。
12.根据权利要求9所述的设备，其中所述增益值利用具有SPL与增益值对应关系的查找表来确定，所述查找表包括：
第一SPL阈值，低于所述第一SPL阈值，所述增益值被设定为1；
第二SPL阈值，高于所述第二SPL阈值，所述增益值被设定为0；以及
所述第一SPL阈值与所述第二SPL阈值之间的SPL范围，在所述SPL范围内，所述增益值在1与0之间变化。
13.根据权利要求9所述的设备，还包括从所述源音频信号和所述经增益调节的环境噪声信号确定信噪比SNR，
其中确定所述SNR包括确定所述不同频带中的每个频带的子SNR，并且
其中选择性地调节所述源音频信号的每个不同频带的所述SPL是基于相关联的子SNR。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述音频信号的所述不同频带包括低频带、中频带和高频带，并且其中：
所述低频带的所述SPL响应于所述SNR满足第一阈值而增大；
所述低频带和所述中频带的所述SPL响应于所述SNR满足第二阈值而增大；并且
所述低频带、所述中频带和所述高频带的所述SPL响应于所述SNR满足第三阈值而增大，
其中所述第三阈值大于所述第二阈值，并且所述第二阈值大于所述第一阈值。
15.一种方法，包括：
获得源音频信号和环境噪声信号；
将所述环境噪声信号与预定义听觉阈值进行比较；
响应于所述比较而生成有效噪声信号；
通过基于所述有效噪声信号来选择性地调节所述源音频信号的声压级来生成经扩展的音频信号；以及
使用所述经扩展的音频信号来驱动耳机的声换能器。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括基于所述源音频信号和所述有效噪声信号来确定信噪比SNR，
其中生成所述经扩展的音频信号包括基于所述SNR来选择性地调节所述源音频信号的所述声压级。
17.根据权利要求16所述的方法，其中将所述环境噪声信号与所述听觉阈值进行比较包括在所述环境噪声信号与所述听觉阈值之间比较来自预定义的频带组中的每个频带的能量水平。
18.根据权利要求17所述的方法，其中生成所述有效噪声信号包括：
在所述环境噪声信号与所述听觉阈值之间确定所述预定义的频带组中的每个不同频带的最大值；以及
使用每个预定义的频带组的所述最大值来提供所述有效噪声信号。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述源音频信号包括低频带、中频带和高频带，并且其中：
所述低频带的所述SPL响应于所述SNR满足第一阈值而增大；
所述低频带和所述中频带的所述SPL响应于所述SNR满足第二阈值而增大；并且
所述低频带、所述中频带和所述高频带的所述SPL响应于所述SNR满足第三阈值而增大，
其中所述第三阈值大于所述第二阈值，并且所述第二阈值大于所述第一阈值。
20.根据权利要求15所述的方法，其中生成所述经扩展的音频信号包括：
针对所述源音频信号和所述有效噪声信号确定每个不同频带的子信噪比，即子SNR；以及
基于所述子SNR来选择性地增大所述音频信号的不同频带的声压级(SPL)。
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