CN207652638U - 耳机 - Google Patents

Abstract

公开了一种耳机。所述耳机包括：预处理滤波器，对第一音频信号执行预处理以输出第二音频信号；扬声器，将第二音频信号播放为进入用户耳朵的声波；麦克风，将所述声波转换成第三音频信号；以及适应性算法单元，对第一信号分量和第二信号分量执行适应性算法以更新用于预处理滤波器的滤波系数，其中，第一信号分量包括第三音频信号的至少一部分，第二信号分量包括与第三音频信号的所述至少一部分相对应的第二音频信号的至少一部分。本实用新型所要解决的一个技术问题是如何提供一种对耳机进行适应性预处理的新的技术解决方案。实用新型的一个用途是耳机。

Description

耳机

技术领域

本实用新型涉及耳机的技术领域，且更具体地，涉及一种耳机。

背景技术

概括而言，当用户经由耳机听到歌曲时，用户感知到的低音音量取决于耳机机械密封用户耳朵的程度。耳机密封耳道越紧密，将被感知到的低音音量越大。如果在耳道和耳机之间存在泄漏，被感知到的低音将减少。因为不可能通过一种机械设计给所有用户都提供一致的低音响应，如何处理这种感知差异对于耳机开发者而言给出挑战。

类似的情况可以应用到也可能因人而异的任何其它频率范围。

耳机可以包括头戴式耳机、诸如耳塞式耳机的入耳式耳机等。

在现有技术中，利用测试信号预先校准耳机的响应。然而，如果用户在播放歌曲期间调节他耳机的佩戴，这将不起作用或不方便。

此外，现有技术的实时校准解决方案使用扬声器的预测输出，这可能是不准确的和复杂的。在这种解决方案中，要使用频域适应性算法，这给耳机的设计添加复杂性。

因此，在本领域中需要的是提出一种用于耳机的新的解决方案，以处理现有技术中的至少一个问题。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种对耳机进行适应性预处理的新的技术解决方案。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种耳机，包括：预处理滤波器，接收第一音频信号且对第一音频信号执行预处理以输出第二音频信号；扬声器，接收第二音频信号且将第二音频信号播放为进入用户耳朵的声波；麦克风，接收所述声波且将所述声波转换为第三音频信号；以及适应性算法单元，接收第一信号分量和第二信号分量，且对第一信号分量和第二信号分量执行适应性算法以更新用于预处理滤波器的滤波系数，其中，第一信号分量包括第三音频信号的至少一部分，第二信号分量包括与第三音频信号的所述至少一部分相对应的第二音频信号的至少一部分。

替换地或可选地，预处理滤波器是预均衡滤波器，预处理滤波器对第一音频信号执行预均衡。

替换地或可选地，第一音频信号是来自音频源的内容音频信号。

替换地或可选地，所述耳机还包括：第一滤波器，其中，第三音频信号耦合到第一滤波器的输入且第一滤波器生成第一信号分量；和第二滤波器，其中，第二音频信号耦合到第二滤波器的输入且第二滤波器生成第二信号分量。

替换地或可选地，所述耳机还包括：目标滤波器，其中，第二音频信号经由目标滤波器耦合到第二滤波器的输入，且目标滤波器基于期望的目标频率响应对第二音频信号执行滤波处理且向第二滤波器输出过滤后的第二音频信号。

替换地或可选地，第一滤波器和第二滤波器具有相同的频率响应。

替换地或可选地，第一和第二滤波器是低通滤波器。

替换地或可选地，所述耳机还包括：相关性单元，计算第一信号分量和第二信号分量之间的相关性，且当确定相关性低于预设阈值时，生成停止命令；其中，向适应性算法单元发送停止命令以停止执行适应性算法。

替换地或可选地，由适应性算法单元执行的适应性算法是时域适应性算法。

替换地或可选地，麦克风安装在耳机上，当用户佩戴耳机时，麦克风位于扬声器和用户鼓膜之间。

根据本实用新型的一实施例，提出一种对耳机预处理的新的解决方案。本实用新型结构简单且更高效。

通过以下参考附图对根据本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本申请的实施例的耳机的示意性框图。

图2是根据本申请的另一实施例的耳机的示意性框图。

图3是根据本申请的又一实施例的耳机的示意性框图。

图4是根据本申请的另一实施例的对耳机执行自适应调整的方法的示意性流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

将参考附图描述实施例和示例。

图1是根据本申请的一实施例的耳机的示意性框图。

如图1所示，耳机包括：预处理滤波器2、扬声器3、麦克风4以及适应性算法单元6。

预处理滤波器2接收第一音频信号且对第一音频信号执行预处理以输出第二音频信号。例如，预处理滤波器2是预均衡滤波器，预处理滤波器对第一音频信号执行预均衡。

例如，第一音频信号在音频源1中生成。本文中，第一音频信号是来自音频源1的内容音频信号。音频源1可以是耳机的输入单元。在一示例中，诸如音乐数据之类的音频数据被本地存储在耳机中。在这种情况下，音频源1可以是包括存储器、编解码器等的播放器。

扬声器3接收第二音频信号且将第二音频信号播放为进入用户耳朵的声波。扬声器3可以包括动态扬声器、静电扬声器等。可选的，扬声器可以包括MEMS扬声器。

麦克风4接收声波且将声波转换成第三音频信号。麦克风4可以包括动态麦克风、电容式麦克风等。可选的，麦克风可以包括MEMS麦克风。在本申请的教导下本领域技术人员所能理解的，麦克风4安装在扬声器和用户鼓膜之间。麦克风4能够捕获在耳内播放的声波。

适应性算法单元6接收第一信号分量和第二信号分量，对第一信号分量和第二信号分量执行适应性算法以生成预处理滤波器2的滤波系数，且向预处理滤波器2发送滤波系数。

第一信号分量包括第三音频信号的至少一部分。第二信号分量包括与第三音频信号的所述至少一部分相对应的第二音频信号的至少一部分。在这方面，第一和第二信号分量可以具有相同的频率范围。本领域技术人员理解的是，术语“相对应的”指所述部分在特定方面(诸如，频率范围)彼此相对应，但是所述部分的其他内容可以是不同的。

例如，根据设计需要，第一信号分量可以包括第三音频信号的仅一部分或整个第三音频信号。据此，第二信号分量可以包括第二音频信号的仅一部分或整个第二音频信号。适应性算法单元6的输入能够耦合到第二和第三音频信号。本领域技术人员将理解到，“耦合”包括直接连接或间接连接，即，当A耦合到B时，A直接或间接连接到B。

例如，适应性算法单元6执行的适应性算法是时域适应性算法。对于本申请中的预处理的设计，时域适应是足够的且比频域适应简单得多。

本文中，提出一种预处理的新的解决方案，其能够使用预处理滤波器的输出和播放的声波以计算预处理滤波器的系数。该方案能够在播放诸如歌曲的内容音频信号期间持续地适应性调整耳机的响应。而且，与现有技术相比，本解决方案使用预处理滤波器的实际输出，而不是利用扬声器的预测输出，这在结构方面简单得多且更高效。

适应性算法单元6能够直接接收第二和第三音频信号，例如，如图1所示。替换的，适应性算法单元能够经由中间部件耦合到第二和第三音频信号。

图2是根据本申请的另一实施例的耳机的示意性框图。具有相同附图标记的部件与图1中的相应部件相同，因此将省略对其的描述。

如图2所示，耳机还包括第一滤波器5和第二滤波器8。第三音频信号耦合到第一滤波器5的输入且第一滤波器5生成第一信号分量。第一信号分量被发送到适应性算法单元6。第二音频信号耦合到第二滤波器8的输入且第二滤波器8生成第二信号分量。第二信号分量被发送到适应性算法单元6。例如，第一和第二滤波器5、8具有相同的频率响应。

通过利用第一和第二滤波器5、8，能够获取第二和第三音频信号的期望部分以生成预处理滤波器2的系数。

本文中，如说明的那样，低音性能是被关注的。所以，第一和第二滤波器是低通滤波器以获取第一和第二信号分量。

在另一示例中，耳机还包括目标滤波器7。第二音频信号经由目标滤波器7耦合到第二滤波器8的输入。目标滤波器7基于期望的目标频率响应对第二音频信号执行滤波处理且向第二滤波器8输出滤波的第二音频信号。

通过目标滤波器7，设计者能够选定和/或控制期望的理想响应。例如，理想响应由设计者选定，且能够客观地基于文献研究定义，或主观地例如借助于金耳朵(GoldenEars)定义。可选的，耳机用户能够在播放内容期间选定理想响应。例如，提供目标滤波器7的控制单元(未示出)，在播放诸如歌曲的内容音频信号期间，用户能够通过该控制单元调节目标滤波器7。

本申请中的预处理解决方案具有将诸如低音响应自适应调整到理想响应的能力。所述预处理解决方案将给任何用户提供类似的目标音质，无论他的耳朵形状和尺寸如何。自调整是基于耳机播放的诸如歌曲的内容等而持续对目标曲线进行自适应调整的。即使耳机密封性随着时间改变(诸如，当佩戴耳机的用户正在跑步时)，也能够在没有用户互动的情况下实现自适应。这确保在用户运动期间无论机械密封性如何，音质都是一致的。

在这个实施例中，滤波器5、7、8是相对于适应性算法单元6分开的模块。也应该理解到，在其它实施例中，滤波器5、7、8的功能的至少一部分能够与适应性算法单元6相结合。

图3是根据本申请的另一实施例的耳机的示意性框图。

具有相同附图标记的部件与图1或2中的相应部件相同，因此将省略对其的描述。

在图3的实施例中，耳机还包括相关性单元10。

相关性单元10计算第一信号分量和第二信号分量之间的相关性，且当确定相关性低于预设阈值时生成停止命令。

在一示例中，停止命令还被发送到适应性算法单元6以停止执行适应性算法。

在这个实施例中，通过确定相关性来控制用于预处理的适应性算法。以这种方式，可以在没有内容信号输入的情况下节省能量消耗。特别的，相关性单元用于每当确定由麦克风捕获的信号被除了播放进入耳朵且由耳朵反射的音乐之外的其它声音污染时，就停止适应，其它声音可以是白噪声和/或环境中的任何其它噪音，诸如附近其他人的谈话、或耳塞式耳机的用户的谈话、咳嗽等。如果未使用来自相关性单元的停止命令，每当用户开始谈话和/或咳嗽时或如果存在外部噪音，这在许多情况下将导致突然失去低音内容。利用相关性单元，使得扬声器的响应在这些噪音期间维持一致。

本领域技术人员将理解到，当相关性高于预设阈值时，可以执行适应性算法的常规处理。

本领域技术人员将理解到，除了诸如扬声器、麦克风等的一些机械部件，软件等同于硬件。就此方面，在本申请的教导下，本领域技术人员能够构想到除了图1和2中示出的扬声器3和麦克风4之外的模块能够通过硬件方式、软件方式和/或两者的结合执行。例如，模块1、2、5、6、7、8、9和10中的至少一个能够通过分立装置执行，诸如PLD、DSP、FPGA的可编程装置。替换的，模块1、2、5、6、7、8、9和10中的至少一个能够与诸如CPU或MPU和存储器的计算装置结合实施，其中，指令存储在存储器中且用于在耳机运行期间控制计算装置以执行对应的操作。就此方面，本申请将不限制模块的实施方式。本领域技术人员能够在本申请的教导下考虑到成本、市场供应状况等选定实施方式。

图4是根据本申请的另一实施例的对耳机执行自适应调整的方法的示意性流程图。耳机可以包括如图1、2或3所示的预处理滤波器、扬声器、麦克风以及适应性算法单元。

如步骤S1100所示，接收待处理的第一音频信号。

如步骤S1200所示，对第一音频信号执行预处理以输出第二音频信号。例如，预处理是预均衡。

如步骤S1300所示，将第二音频信号播放为进入用户耳朵的声波。例如，第二音频信号由麦克风4播放，麦克风安装在耳机上，当用户佩戴耳机时，麦克风位于扬声器和用户鼓膜之间。

如步骤S1400所示，收集用户耳朵中的声波且收集的信号被转换成第三音频信号。

如步骤S1500所示，从第三音频信号的至少一部分获取第一信号分量，且从与第三音频信号的所述至少一部分相对应的第二音频信号的至少一部分获取第二信号分量。

如步骤S1600所示，对第一信号分量和第二信号分量执行适应性算法以更新用于预处理的滤波系数，以便利用更新的滤波系数对第一音频信号执行预处理。例如，适应性算法是时域适应性算法。

例如，第一音频信号是从音频源接收的内容音频信号。

在一示例中，所述方法可以还包括：过滤第三音频信号以获取第一信号分量且过滤第二音频信号以获取第二信号分量，基于具有相同的频率响应的过滤器对第三音频信号和第二音频信号进行过滤。

而且，这个实施例允许耳机用户在播放内容期间选定理想响应。例如，所述方法可以还包括：选定期望的目标频率响应；且在过滤第二音频信号以获取第二信号分量之前，所述方法还包括：基于期望的目标频率响应对第二音频信号执行滤波处理。

例如，所述相同的频率响应可以是低通频率响应。

在另一示例中，所述方法可以还包括：计算第一信号分量和第二信号分量之间的相关性；当确定相关性低于预设阈值时生成停止命令；且发送停止命令以停止执行适应性算法。

<示例>

将描述耳机的示例。所述耳机可以是图1、2或3中示出的耳机。例如，耳机是耳塞式耳机。

在这个示例中，预处理滤波器将在音乐信号播放进入用户耳朵之前预均衡音乐信号的低频分量。最初，预处理滤波器能够启动成直通滤波器，以使得音乐信号不改变。用户耳道中的声波由麦克风捕获作为响应信号。麦克风构建在耳机的前腔体中。适应性算法用于基于这个响应信号和先前确定的目标信号之间的偏差连续更新预处理滤波器的系数。例如，通过将音乐信号传递到目标滤波器，可以获得目标信号，该目标滤波器可以具有由设计者定义的理想响应。

特别的，音乐信号被发送到预处理滤波器中。预处理滤波器基于当前滤波系数过滤音乐信号。最初，预处理滤波器被设定为直通滤波器，以使得音乐信号不改变。

预处理滤波器的输出被发送到扬声器，而后播放进入用户耳朵。

用户耳道中的声波由安装在耳机的前腔体中的麦克风捕获作为响应信号。

响应信号通过第一滤波器过滤作为第一信号分量，第一信号分量仅包括待适应的频率范围。第一滤波器可以是基于关注的频率范围的带通滤波器或低通滤波器。

同时，预处理滤波器的输出也穿过基于期望的目标频率响应的目标滤波器。目标滤波器输出目标信号。目标信号通过第二滤波器过滤。第二滤波器和第一滤波器具有相同的频率响应。

然后，适应性算法单元更新预处理滤波器的滤波系数且将所述滤波系数发送回到预处理滤波器。

在播放音乐信号期间重复上述过程。

虽然已经通过示例详细阐述本实用新型的一些特定实施例，但是本领域技术人员将理解到上述示例仅旨在是示意性的而非限制本实用新型的范围。

Claims (10)

1.一种耳机，其特征在于，包括：

预处理滤波器，接收第一音频信号且对第一音频信号执行预处理以输出第二音频信号；

扬声器，接收第二音频信号且将第二音频信号播放为进入用户耳朵的声波；

麦克风，接收所述声波且将所述声波转换为第三音频信号；以及

适应性算法单元，接收第一信号分量和第二信号分量，且对第一信号分量和第二信号分量执行适应性算法以更新用于预处理滤波器的滤波系数，其中，第一信号分量包括第三音频信号的至少一部分，第二信号分量包括与第三音频信号的所述至少一部分相对应的第二音频信号的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于，预处理滤波器是预均衡滤波器，预处理滤波器对第一音频信号执行预均衡。

3.根据权利要求1或2所述的耳机，其特征在于，第一音频信号是来自音频源的内容音频信号。

4.根据权利要求1或2所述的耳机，其特征在于，还包括：

第一滤波器，其中，第三音频信号耦合到第一滤波器的输入且第一滤波器生成第一信号分量；和

第二滤波器，其中，第二音频信号耦合到第二滤波器的输入且第二滤波器生成第二信号分量。

5.根据权利要求4所述的耳机，其特征在于，还包括：

目标滤波器，其中，第二音频信号经由目标滤波器耦合到第二滤波器的输入，且目标滤波器基于期望的目标频率响应对第二音频信号执行滤波处理且向第二滤波器输出过滤后的第二音频信号。

6.根据权利要求4所述的耳机，其特征在于，第一滤波器和第二滤波器具有相同的频率响应。

7.根据权利要求6所述的耳机，其特征在于，第一和第二滤波器是低通滤波器。

8.根据权利要求4所述的耳机，其特征在于，还包括：

相关性单元，计算第一信号分量和第二信号分量之间的相关性，且当确定相关性低于预设阈值时，生成停止命令；

其中，向适应性算法单元发送停止命令以停止执行适应性算法。

9.根据权利要求1或2所述的耳机，其特征在于，由适应性算法单元执行的适应性算法是时域适应性算法。

10.根据权利要求1或2所述的耳机，其特征在于，麦克风安装在耳机上，当用户佩戴耳机时，麦克风位于扬声器和用户鼓膜之间。