TWI633795B - 一種訊號處理系統及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種訊號處理系統及其方法，係應用於以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，用以分析出使用者的耳機穿戴狀態，利用本發明之訊號處理系統以進行訊號處理方法時，藉由差動放大器而將耳機單體之振膜所產生之與耳機單體使用狀態相關的感應訊號擷取出來，並推送回感測類比數位轉換器(sense ADC)進行數位化處理，由於差動放大器的非理想性(CMRR並非無上限)，仍會有一定比例的殘留音樂訊號，而為排除殘留的音樂訊號以利後續處理，故額外設置暫存記憶體，將原始播放訊號滯留與外部訊號的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據音頻數位類比轉換器(audio DAC)與感測類比數位轉換器(ADC)之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定暫存記憶體之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，而在一功能區塊進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體振膜位移的感應訊號，並將所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。

Description

一種訊號處理系統及其方法
本發明係有關於一種訊號處理系統及方法，更詳而言之，係有關於一種應用於以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用之環境的訊號處理系統及方法，用以分析出使用者的耳機穿戴狀態，將由耳機單體振膜位移所產生出之與耳機單體使用狀態相關的感應訊號擷取出來，並將此所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
在目前的耳機科技上，各式耳機輸出聲波的單體(Driver Unit)對振膜(Diaphragm)前後腔體(Cavity)氣壓阻力變化，例如，戴上(donned)、脫下(doffed)、震動(例如，指尖敲擊耳機殼)，會有電氣輸出，亦即，由於振膜受力位移，因而會有磁場變動的情況，而產生出電流訊號，然而，目前只是將所產生出的電流訊號視為音頻播放訊號之外的其他訊號，而並未加以利用與應用。
就目前的耳機單體使用狀態偵測而言，美國專利公開/公告號US 20150281825 A1 “Headphone on-head detection using differential signal measurement”係揭露如何額外使用麥克風(第1圖中之114/124元件)當成感測器，而並未利用與應用由於耳機單體振膜位移所產生出的電流訊號。
台灣公開/公告號I522902「電子裝置及耳機感測方法」所揭露的耳機感測方法適用於具有耳機接孔的電子裝置，包括：偵測耳機接孔是否插入揚聲裝置的傳導插頭；當傳導插頭插入耳機接孔時，對傳導插頭的麥克風接點進行錄音以產生錄音結果，並判斷錄音結果是否包括音源訊號；以及當錄音結果中包括音源訊號時，判定揚聲裝置具有麥克風功能。
台灣公開/公告號I316401「耳機感測式心電訊號量測系統」係揭露，一種耳機感測式心電訊號量測系統，以提供受測者方便與舒適之非侵體心電訊號量測。該心電訊號量測系統包含一心電訊號分析裝置及一耳機感測裝置。該心電訊號分析裝置包含：一放大器模組、一微控制器、一顯示器、一無線電模組及一含導電接點之外殼。該耳機感測裝置包含一耳機及一電極，該電極係配置於該耳機內，可電性連接受測者，用以收集該受測者頭部微弱的心電訊號，藉由該含導電接點之外殼及該電極接觸該受測者之體表面，構成心電訊號收集的基本迴路。
台灣公開/公告號201422204「使用位於耳朵之感測器獲取生理學量測」係揭露，一種用於使用位於耳朵之感測器獲取與一使用者關聯之一個或多個生理學量測之設備及方法，一個或多個不同類型之感測器經組態以接合一使用者之耳朵；該等感測器包含於一對耳機之一者或兩者中以擷取生理學參數；一可攜式裝置經組態以與該等耳機通信來從其中之該(若干)感測器接收生理學參數且可能將控制信號提供至該等耳機中之該等感測器或其他組件；以及該可攜式裝置決定對應於該等接收之生理學參數之生理學量測，該可攜式裝置亦經組態以提供一使用者介面來關於該等生理學量測與該使用者互動。
所以，如何能以耳機單體振膜為感應器並進行訊號分離應用，而判斷出使用者的使用耳機穿戴狀況，能利用耳機單體振膜前後腔體氣壓阻力變化所產生出的電氣輸出訊號，亦即，如何能利用由於耳機單體振膜受力位移因而磁場變動而產生出的電氣訊號；以及如何能在不利用額外麥克風元件的情況下，在耳機單體播放聲音的同時擷取這些振膜被動感應所產生的感應訊號，並將此所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源，均是待解決的問題。
本發明之主要目的在於提供一種訊號處理系統及其方法，在不增加耳機物料(BOM)的前提下，能以耳機單體振膜為感應器，用以分析出使用者的耳機穿戴狀態，在耳機單體播放聲音的同時能擷取耳機單體振膜被動感應所產生的感應訊號，並將此所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
本發明之又一目的在於提供一種訊號處理系統及其方法，係應用於以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，用以分析出使用者的耳機穿戴狀態，藉由差動放大器而將耳機單體之振膜所產生之與耳機單體使用狀態相關的感應訊號擷取出來，並推送回感測類比數位轉換器(ADC)進行數位化處理，由於差動放大器的非理想性(CMRR並非無上限)，仍會有一定比例的殘留音樂訊號，而為排除殘留的音樂訊號以利後續處理，故額外設置暫存記憶體，將原始播放訊號滯留與外部訊號的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據音頻數位類比轉換器(audio DAC)與感測類比數位轉換器(ADC)之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定暫存記憶體之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，而在一功能區塊進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體振膜位移的感應訊號，並將此所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
本發明之再一目的在於提供一種訊號處理系統及其方法，係應用於以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，用以分析出使用者的耳機穿戴狀態，能節省耳機感測器之使用與其額外需求之電纜，感知耳機入耳與離耳狀態，例如，當耳機為取下一耳狀態時，能自動暫停音樂播放以利交談，或是當耳機為取二耳時，能讓播放器/手機自動休眠，或是耳機戴上一耳，戴上後自動接聽電話，或是無電話call in時戴上兩耳自動播放上次停止的音樂。
本發明之另一目的在於提供一種訊號處理系統及其方法，係應用於以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，用以分析出使用者的耳機穿戴狀態，在不增加耳機物料(BOM)的前提下，可用敲擊耳機機殼之方式而取代按鍵等人機介面的操作方式，例如，播放/暫停/接聽/掛斷/切歌/音量升降。
本發明之又一目的在於提供一種訊號處理系統及其方法，係應用於以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，用以分析出使用者的耳機穿戴狀態，在不增加耳機物料(BOM)的前提下，能即時偵測耳機單體振膜過驅位移所產生之逆電動勢，藉以補償單體振膜的運動失真，提高低價耳機單體之音質，在逆電動勢過大時亦可降低輸出以保護單體免於燒毀。
根據以上所述之目的，本發明提供一種訊號處理系統，該訊號處理系統至少包含功率放大器、差動放大器、音頻數位類比轉換器(audio DAC)、感測類比數位轉換器(sense ADC)、暫存記憶體、以及一功能區塊。
音頻數位類比轉換器，原始音樂數位串流資料將經過該音頻數位類比轉換器而轉換成類比輸出。
功率放大器，當原始音樂數位串流資料經過音頻數位類比轉換器轉換成類比輸出後，送至該功率放大器以便將為類比訊號的原始音樂輸入訊號輸出到耳機單體；另，當耳機單體振膜受到外力與非理想運動所造成振膜位移而產生的感應訊號會被逆推回到該功率放大器的輸出端。
差動放大器，該功率放大器的輸出端連接至該差動放大器的一輸入端，該音頻數位類比轉換器的輸出連接至該差動放大器的另一輸入端。
感測類比數位轉換器，該感測類比數位轉換器連接至該差動放大器，藉由該差動放大器而把振膜所產生的感應訊號擷取出來，並推送回該感測類比數位轉換器以進行數位化處理。
暫存記憶體，因為該差動放大器的非理想性(CMRR並非無上限)，因而，仍會有一定比例的殘留原始音樂訊號，而為排除殘留的原始音樂訊號以利後續處理，故額外設置該暫存記憶體，將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器至該功率放大器至該耳機單體至該差動放大器至該感測類比數位轉換器的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據該音頻數位類比轉換器與該感測類比數位轉換器之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步。
一功能區塊，該功能區塊可為擷取耳機單體振膜位移模組，係用以擷取由於耳機單體振膜位移所產生出的感應訊號；在調整設定該暫存記憶體之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體振膜位移的該感應訊號，並將所擷取之該感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
其中，於將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器至該功率放大器至該耳機單體至該差動放大器至該感測類比數位轉換器的往返延遲(round-trip delay)匹配同步時：
1. 於該音頻數位類比轉換器：內部之超取樣(over sample)濾波器會有與取樣時脈連動的固定延遲，根據有限脈衝響應濾波器(FIR)或無限脈衝響應濾波器(IIR)之濾波器設計特性與規格不同，固定延遲一般為數十μs至數ms不等。
2. 於該功率放大器至該耳機單體至該差動放大器：主要是線性放大器的寄生與補償RC延遲，一般為數百ns不等。
3. 於該感測類比數位轉換器：內部命令輸入耦合器(CIC)濾波器遞迴運算延遲，為超取樣倍率乘以超取樣時脈(over sample clock)，一般為數十μs不等。
上列三項延遲皆為公式可描述行為，根據該音頻數位類比轉換器與該感測類比數位轉換器之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體振膜位移的該感應訊號，並將所擷取之該感應訊號做為後續分析與自動控制的參考源。
另，視實際需求，本發明之訊號處理系統復可包含第一處理單元，該第一處理單元係用以將辨識後之訊號輸出至主控制器，由該功能區塊所擷取分離後的耳機單體振膜的該感應訊號，將送至該第一處理單元進行動作信號辨識，以判斷出使用者對耳機的使用狀態為何，例如，耳機戴上，耳機脫下或是各耳機機殼被手指敲擊的信號波形，該第一處理單元可輸出經辨識後之訊號給主控制器，做為人機互動功能之應用。
抑或，於實際施行時，本發明之訊號處理系統復可包含第二處理單元，該第二處理單元係為訊號補償之用，由該功能區塊所擷取分離後的耳機單體振膜的該感應訊號的音樂相關感應信號亦可以送至該第二處理單元，進行低通濾波後反相加回該原始音樂數位串流資料，做為補償單體低音失真之用。
利用本發明之訊號處理系統以進行訊號處理方法的過程時，首先，進行接收感應訊號動作；以耳機單體振膜為感應器，當與本發明之訊號處理系統連接之耳機單體振膜受到外力與非理想運動而造成振膜位移，將產生出感應訊號，感應訊號會被逆推回到訊號處理系統的功率放大器的輸出端。
接著，進行訊號擷取與處理動作；在耳機單體播放聲音的同時能擷取耳機單體振膜被動感應所產生的感應訊號，並將此所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制的參考源。
在此，於進行訊號擷取動作時，當耳機單體振膜受到外力與非理想運動所造成振膜位移而產生的感應訊號被逆推回到功率放大器的輸出端後，由於功率放大器的輸出端連接至該差動放大器的一輸入端，音頻數位類比轉換器的輸出連接至差動放大器的另一輸入端；感測類比數位轉換器連接至差動放大器，藉由差動放大器而把振膜所產生的感應訊號擷取出來，並推送回感測類比數位轉換器以進行數位化處理；因為該差動放大器的非理想性(CMRR並非無上限)，因而，仍會有一定比例的殘留原始音樂訊號，而為排除殘留的原始音樂訊號以利後續處理，故額外設置該暫存記憶體將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器至該功率放大器至該耳機單體至該差動放大器至該感測類比數位轉換器的往返延遲(round-trip delay)匹配同步。
於此，於進行往返延遲(round-trip delay)匹配同步時，根據該音頻數位類比轉換器與該感測類比數位轉換器之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步；繼而。在調整設定該暫存記憶體之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在功能區塊進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體振膜位移的該感應訊號，並將所擷取之該感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
其中，於將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器至該功率放大器至該耳機單體至該差動放大器至該感測類比數位轉換器的往返延遲(round-trip delay)匹配同步時：
1. 於該音頻數位類比轉換器：內部之超取樣(over sample)濾波器會有與取樣時脈連動的固定延遲，根據有限脈衝響應濾波器(FIR)或無限脈衝響應濾波器(IIR)之濾波器設計特性與規格不同，固定延遲一般為數十μs至數ms不等。
2. 於該功率放大器至該耳機單體至該差動放大器：主要是線性放大器的寄生與補償RC延遲，一般為數百ns不等。
3. 於該感測類比數位轉換器：內部命令輸入耦合器(CIC)濾波器遞迴運算延遲，為超取樣倍率乘以超取樣時脈(over sample clock)，一般為數十μsus不等。
另，視實際需求，利用本發明之訊號處理系統以進行訊號處理方法的過程時，復可包含分析控制動作；將所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制的參考源，在此，由功能區塊所擷取分離後的耳機單體振膜的該感應訊號，將送至該第一處理單元進行動作信號辨識，以判斷出使用者對耳機的使用狀態為何，例如，耳機戴上，耳機脫下或是各耳機機殼被手指敲擊的信號波形，該第一處理單元可輸出經辨識後之訊號給主控制器，做為人機互動功能之應用；抑或，由該功能區塊所擷取分離後的耳機單體振膜的該感應訊號的音樂相關感應信號亦可以送至該第二處理單元，進行低通濾波後反相加回該原始音樂數位串流資料，做為補償單體低音失真之用。
第1圖為一系統示意圖，用以顯示說明本發明之訊號處理系統之系統架構、以及配合耳機單體的運作情形。如第1圖所示，訊號處理系統11至少包含功率放大器111、差動放大器112、音頻數位類比轉換器(audio DAC) 113、感測類比數位轉換器(sense ADC) 114、暫存記憶體116、以及一功能區塊117。
音頻數位類比轉換器113，為數位訊號之原始之音樂數位串流資料115將經過該音頻數位類比轉換器113而轉換成為類比訊號123之類比輸出。
功率放大器111，當原始之音樂數位串流資料115經過音頻數位類比轉換器113轉換成類比訊號123之類比輸出後，送至該功率放大器111以便將為類比訊號型式的原始之音樂輸入訊號121輸出到與該
功率放大器111連接的耳機單體110；另，當耳機單體110振膜(未圖示之)受到外力與非理想運動所造成振膜位移而產生的感應訊號210會被逆推回到該功率放大器111的輸出端。
差動放大器112，該功率放大器111的輸出端連接至該差動放大器112的一輸入端，該音頻數位類比轉換器113的輸出連接至該差動放大器112的另一輸入端。
感測類比數位轉換器114，該感測類比數位轉換器114連接至該差動放大器112的輸出，藉由該差動放大器112而把振膜所產生的感應訊號210擷取出來，並推送回該感測類比數位轉換器114以進行數位化處理。
暫存記憶體116，因為該差動放大器112的非理想性(CMRR並非無上限)，因而，仍會有一定比例的殘留原始音樂訊號，而為排除殘留的原始音樂訊號以利後續處理，故額外設置該暫存記憶體116，將原始播放訊號(音樂數位串流資料115)滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步。
一功能區塊117，該功能區塊117可為擷取耳機單體振膜位移模組，係用以擷取由於耳機單體110振膜位移所產生出的感應訊號210；在調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號210，並將所擷取之該感應訊號210做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
其中，於將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步時：
1.於該音頻數位類比轉換器113：內部之超取樣(over sample)濾波器會有與取樣時脈連動的固定延遲，根據有限脈衝響應濾波器(FIR)或無限脈衝響應濾波器(IIR)之濾波器設計特性與規格不同，固定延遲一般為數十μs至數ms不等。
2.於該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112：主要是線性放大器的寄生與補償RC延遲，一般為數百ns不等。
3.於該感測類比數位轉換器114：內部命令輸入耦合器(CIC)濾波器遞迴運算延遲，為超取樣倍率乘以超取樣時脈(over sample clock)，一般為數十μsus不等。
上列三項延遲皆為公式可描述行為，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號210，並將所擷取之該感應訊號210做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
另，視實際需求，本發明之訊號處理系統1復可包含第一處理單元(未圖示之)，由該功能區塊117所擷取分離後的耳機單體110振膜的該感應訊號210，將送至該第一處理單元進行動作信號辨識，以判斷出使用者對耳機的使用狀態為何，例如，耳機戴上，耳機脫下或是各耳機機殼被手指敲擊的信號波形，該處理單元可輸出經辨識後之訊號給主控制器，做為人機互動功能之應用；抑或，於實際施行時，由該功能區塊117所擷取分離後的耳機單體110振膜的該感應訊號210的音樂相關感應信號亦可以送至第二處理單元，進行低通濾波後反相加回該原始之音樂數位串流資料115，做為補償單體低音失真之用。
第2圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第1圖中之本發明之訊號處理系統以進行訊號處理方法的流程步驟。
如第2圖所示，首先，於步驟31，進行接收感應訊號動作；以耳機單體110振膜為感應器，當與本發明之訊號處理系統1連接之耳機單體110振膜受到外力與非理想運動而造成振膜位移，將產生出感應訊號210，而感應訊號210會被逆推回到訊號處理系統1的功率放大器111的輸出端，並進到步驟32。
於步驟32，進行訊號擷取與處理動作；在耳機單體110播放聲音的同時訊號處理系統1能擷取耳機單體110振膜被動感應所產生的感應訊號210，並將此所擷取之感應訊號210做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
另，視實際需求，利用本發明之訊號處理系統1以進行訊號處理方法的過程時，復可包含分析控制動作或訊號補償動作的步驟；將所擷取之感應訊號210做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
在此，於分析控制動作步驟時，由該功能區塊117所擷取分離後的耳機單體110振膜的該感應訊號210，將送至該第一處理單元進行動作信號辨識，以判斷出使用者對耳機的使用狀態為何，例如，耳機戴上，耳機脫下或是各耳機機殼被手指敲擊的信號波形，該第一處理單元可輸出經辨識後之訊號給主控制器，做為人機互動功能之應用。
抑或，於訊號補償動作，由該功能區塊117所擷取分離後的耳機單體110振膜的該感應訊號210的音樂相關感應信號亦可以送至第二處理單元，進行低通濾波後反相加回該原始之音樂數位串流資料115，做為補償單體低音失真之用。
第3圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第2圖中之訊號處理方法的進行訊號擷取與處理動作步驟的更詳細程序。
如第3圖所示，首先，於步驟321，進行擷取/數位化處理動作；於進行訊號擷取動作時，當耳機單體110振膜受到外力與非理想運動所造成振膜位移而產生的感應訊號210被逆推回到功率放大器111的輸出端後，由於功率放大器111的輸出端連接至該差動放大器112的一輸入端，音頻數位類比轉換器113的輸出連接至差動放大器112的另一輸入端；感測類比數位轉換器114連接至差動放大器112的輸出，藉由差動放大器112而把振膜所產生的感應訊號210擷取出來，並推送回感測類比數位轉換器114以進行數位化處理，並進到步驟322。
於步驟322，進行往返延遲匹配同步動作；因為該差動放大器112的非理想性(CMRR並非無上限)，因而，仍會有一定比例的殘留原始音樂訊號，而為排除殘留的原始音樂訊號以利後續處理，故額外設置該暫存記憶體116，將原始播放訊號(音樂數位串流資料115)滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步。
於此，於進行往返延遲匹配同步時，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步；繼而。在調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號210，並將所擷取之該感應訊號210做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
其中，於將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步時：
1.於該音頻數位類比轉換器113：內部之超取樣(over sample)濾波器會有與取樣時脈連動的固定延遲，根據有限脈衝響應濾波器(FIR)或無限脈衝響應濾波器(IIR)之濾波器設計特性與規格不同，固定延遲一般為數十μs至數ms不等。
2.於該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112：主要是線性放大器的寄生與補償RC延遲，一般為數百ns不等。
3.於該感測類比數位轉換器114：內部命令輸入耦合器(CIC)濾波器遞迴運算延遲，為超取樣倍率乘以超取樣時脈(over sample clock)，一般為數十μsus不等。
上列三項延遲皆為公式可描述行為，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號210，並將所擷取之該感應訊號210做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
第4圖為一示意圖，用以顯示說明本發明之訊號處理系統的一實施例的架構、以及配合耳機單體的運作情形。如第4圖所示，訊號處理系統11至少包含功率放大器111、差動放大器112、音頻數位類比轉換器(audio DAC)113、感測類比數位轉換器(sense ADC)114、暫存記憶體116、以及一功能區塊117。
音頻數位類比轉換器113，為數位訊號之原始之音樂數位串流資料115將經過該音頻數位類比轉換器113而轉換成為類比訊號123之類比輸出。
功率放大器111，當原始之音樂數位串流資料115經過音頻數位類比轉換器113轉換成類比訊號123之類比輸出後，送至該功率放大器111以便將為類比訊號型式的原始之音樂輸入訊號121輸出到與該
功率放大器111連接的耳機單體110；另，當耳機單體110振膜(未圖示之)受到外力與非理想運動所造成振膜位移而產生的感應訊號220會被逆推回到該功率放大器111的輸出端。
差動放大器112，該功率放大器111的輸出端連接至該差動放大器112的一輸入端，該音頻數位類比轉換器113的輸出連接至該差動放大器112的另一輸入端。
感測類比數位轉換器114，該感測類比數位轉換器114連接至該差動放大器112的輸出，藉由該差動放大器112而把振膜所產生的感應訊號220擷取出來，並推送回該感測類比數位轉換器114以進行數位化處理。
暫存記憶體116，因為該差動放大器112的非理想性(CMRR並非無上限)，因而，仍會有一定比例的殘留原始音樂訊號，而為排除殘留的原始音樂訊號以利後續處理，故額外設置該暫存記憶體116，將原始播放訊號(音樂數位串流資料115)滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步。
一功能區塊117，該功能區塊117可為擷取耳機單體振膜位移模組，係用以擷取由於耳機單體110振膜位移所產生出的感應訊號220；在調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號220，並將所擷取之該感應訊號220做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
其中，於將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步時：
1. 於該音頻數位類比轉換器113：內部之超取樣(over sample)濾波器1131會有與取樣時脈連動的固定延遲，根據有限脈衝響應濾波器(FIR)或無限脈衝響應濾波器(IIR)之濾波器設計特性與規格不同，固定延遲一般為數十μs至數ms不等。
2. 於該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112：主要是線性放大器的寄生與補償RC延遲，一般為數百ns不等。
3. 於該感測類比數位轉換器114：內部命令輸入耦合器(CIC)濾波器1141遞迴運算延遲，為超取樣倍率乘以超取樣時脈(over sample clock)，一般為數十μsus不等。
上列三項延遲皆為公式可描述行為，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號220，並將所擷取之該感應訊號220做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
第5圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第4圖中之本發明之訊號處理系統的一實施例以進行訊號處理方法的一流程步驟。
如第5圖所示，首先，於步驟41，進行接收感應訊號動作；以耳機單體110振膜為感應器，當與本發明之訊號處理系統1連接之耳機單體110振膜受到外力與非理想運動而造成振膜位移，將產生出感應訊號220，而感應訊號220會被逆推回到訊號處理系統1的功率放大器111的輸出端，並進到步驟42。
於步驟42，進行訊號擷取與處理動作；在耳機單體110播放聲音的同時訊號處理系統1能擷取耳機單體110振膜被動感應所產生的感應訊號220，並將此所擷取之感應訊號220做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
第6圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第5圖中之訊號處理方法的進行訊號擷取與處理動作步驟的更詳細程序。
如第6圖所示，首先，於步驟421，進行擷取/數位化處理動作；於進行訊號擷取動作時，當耳機單體110振膜受到外力與非理想運動所造成振膜位移而產生的感應訊號220被逆推回到功率放大器111的輸出端後，由於功率放大器111的輸出端連接至該差動放大器112的一輸入端，音頻數位類比轉換器113的輸出連接至差動放大器112的另一輸入端；感測類比數位轉換器114連接至差動放大器112的輸出，藉由差動放大器112而把振膜所產生的感應訊號220擷取出來，並推送回感測類比數位轉換器114以進行數位化處理，並進到步驟422。
於步驟422，進行往返延遲匹配同步動作；因為該差動放大器112的非理想性(CMRR並非無上限)，因而，仍會有一定比例的殘留原始音樂訊號，而為排除殘留的原始音樂訊號以利後續處理，故額外設置該暫存記憶體116，將原始播放訊號(音樂數位串流資料115)滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步。
於此，於進行往返延遲匹配同步時，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步；繼而。在調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號220，並將所擷取之該感應訊號220做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
其中，於將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步時：
1. 於該音頻數位類比轉換器113：內部之超取樣(over sample)濾波器1131會有與取樣時脈連動的固定延遲，根據有限脈衝響應濾波器(FIR)或無限脈衝響應濾波器(IIR)之濾波器設計特性與規格不同，固定延遲一般為數十μs至數ms不等。
2. 於該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112：主要是線性放大器的寄生與補償RC延遲，一般為數百ns不等。
3. 於該感測類比數位轉換器114：內部命令輸入耦合器(CIC)濾波器1141遞迴運算延遲，為超取樣倍率乘以超取樣時脈(over sample clock)，一般為數十μsus不等。
上列三項延遲皆為公式可描述行為，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號210，並將所擷取之該感應訊號210做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
第7圖為一示意圖，用以顯示說明本發明之訊號處理系統的另一實施例的架構、以及配合耳機單體的運作情形。如第7圖所示，訊號處理系統11至少包含功率放大器111、差動放大器112、音頻數位類比轉換器(audio DAC)113、感測類比數位轉換器(sense ADC)114、暫存記憶體116、一功能區塊117、以及第一處理單元118。
音頻數位類比轉換器113，為數位訊號之原始之音樂數位串流資料115將經過該音頻數位類比轉換器113而轉換成為類比訊號123之類比輸出。
功率放大器111，當原始之音樂數位串流資料115經過音頻數位類比轉換器113轉換成類比訊號123之類比輸出後，送至該功率放大器111以便將為類比訊號型式的原始之音樂輸入訊號121輸出到與該
功率放大器111連接的耳機單體110；另，當耳機單體110振膜(未圖示之)受到外力與非理想運動所造成振膜位移而產生的感應訊號230會被逆推回到該功率放大器111的輸出端。
差動放大器112，該功率放大器111的輸出端連接至該差動放大器112的一輸入端，該音頻數位類比轉換器113的輸出連接至該差動放大器112的另一輸入端。
感測類比數位轉換器114，該感測類比數位轉換器114連接至該差動放大器112的輸出，藉由該差動放大器112而把振膜所產生的感應訊號230擷取出來，並推送回該感測類比數位轉換器114以進行數位化處理。
暫存記憶體116，因為該差動放大器112的非理想性(CMRR並非無上限)，因而，仍會有一定比例的殘留原始音樂訊號，而為排除殘留的原始音樂訊號以利後續處理，故額外設置該暫存記憶體116，將原始播放訊號(音樂數位串流資料115)滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步。
一功能區塊117，該功能區塊117可為擷取耳機單體振膜位移模組，係用以擷取由於耳機單體110振膜位移所產生出的感應訊號230；在調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號230，並將所擷取之該感應訊號230做為後續分析與自動控制的參考源。
其中，於將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步時：
1. 於該音頻數位類比轉換器113：內部之超取樣(over sample)濾波器1132會有與取樣時脈連動的固定延遲，根據有限脈衝響應濾波器(FIR)或無限脈衝響應濾波器(IIR)之濾波器設計特性與規格不同，固定延遲一般為數十μs至數ms不等。
2. 於該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112：主要是線性放大器的寄生與補償RC延遲，一般為數百ns不等。
3. 於該感測類比數位轉換器114：內部命令輸入耦合器(CIC)濾波器1142遞迴運算延遲，為超取樣倍率乘以超取樣時脈(over sample clock)，一般為數十μsus不等。
上列三項延遲皆為公式可描述行為，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號230，並將所擷取之該感應訊號230做為後續分析與自動控制的參考源。
第一處理單元118，該第一處理單元118係用以將辨識後之訊號輸出至主控制器，由該功能區塊117所擷取分離後的耳機單體110振膜的該感應訊號230，將送至該第一處理單元118進行動作信號辨識，以判斷出使用者對耳機的使用狀態為何，例如，耳機戴上，耳機脫下或是各耳機機殼被手指敲擊的信號波形，該處理單元118可輸出經辨識後之訊號給主控制器，做為人機互動功能之應用。
第8圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第7圖中之本發明之訊號處理系統的又一實施例以進行訊號處理方法的又一流程步驟。
如第8圖所示，首先，於步驟51，進行接收感應訊號動作；以耳機單體110振膜為感應器，當與本發明之訊號處理系統1連接之耳機單體110振膜受到外力與非理想運動而造成振膜位移，將產生出感應訊號230，而感應訊號230會被逆推回到訊號處理系統1的功率放大器111的輸出端，並進到步驟52。
於步驟52，進行訊號擷取與處理動作；在耳機單體110播放聲音的同時訊號處理系統1能擷取耳機單體110振膜被動感應所產生的感應訊號230，並將此所擷取之感應訊號230做為後續分析與自動控制的參考源，並進到步驟53。
於步驟53，進行分析控制動作；由該功能區塊117所擷取分離後的耳機單體110振膜的該感應訊號230，將送至該第一處理單元進行動作信號辨識，以判斷出使用者對耳機的使用狀態為何，例如，耳機戴上，耳機脫下或是各耳機機殼被手指敲擊的信號波形，該第一處理單元可輸出經辨識後之訊號給主控制器，做為人機互動功能之應用。
第9圖為一電路圖，用以顯示說明於第7圖中之訊號處理系統的包含功率放大器、差動放大器、感測類比數位轉換器、以及耳機單體的部分施行電路。
如第9圖所示，耳機單體110SPKR1阻抗值為15或250Ω，AV1放大器+/-3.3V，電壓訊號源APx555 balance output Sine 440Hz， Amplitude為100mv，R1為1.5KΩ，R2為750Ω，R3為1.5KΩ，R4為750Ω，而R5為100Ω;於R1與R2連接點、R5與耳機單體110，APx555 balance input Highpass:AC(＜10Hz)，Lowpass:800Hz。
第9圖的實施電路亦可施行於其他實施例中，其理相同、類似於第7圖的實施例。
第10-1圖為示意圖，用以顯示說明於第7圖中之當使用者戴上為耳罩式耳機的耳機單體振膜的感應訊號的輸出情況。
如第10-1圖所示，為耳罩式耳機的耳機單體110的感應訊號的輸出情況，可得出於2-3秒內當使用者戴上耳機所產生出的感應訊號的瞬時位準(instantaneous level)變化情形。
第10-2圖為示意圖，用以分別顯示說明於第7圖中之當使用者脫下為耳罩式耳機的耳機單體振膜的感應訊號的輸出情況。
如第10-2圖所示，為耳罩式耳機的耳機單體110的感應訊號的輸出情況，可得出當使用者脫下耳機所產生出的感應訊號的瞬時位準變化情形。
第10-3圖為示意圖，用以顯示說明於第7圖中之當使用者入耳為耳道式耳機的耳機單體振膜的感應訊號的輸出情況。
如第10-3圖所示，為耳道式耳機的耳機單體110的感應訊號的輸出情況，可得出於1-2秒內當使用者入耳耳道式耳機所產生出的感應訊號的瞬時位準變化情形。
第10-4圖為示意圖，用以顯示說明於第7圖中之當使用者出耳為耳道式耳機的耳機單體振膜的感應訊號的輸出情況。
如第10-4圖所示，為耳道式耳機的耳機單體110的感應訊號的輸出情況，可得出當使用者出耳耳道式耳機所產生出的感應訊號的瞬時位準變化情形。
第11圖為一示意圖，用以顯示說明本發明之訊號處理系統的再一實施例的架構、以及配合耳機單體的運作情形。如第11圖所示，訊號處理系統11至少包含功率放大器111、差動放大器112、音頻數位類比轉換器(audio DAC)113、感測類比數位轉換器(sense ADC)114、暫存記憶體116、一功能區塊117、以及第二處理單元120。
音頻數位類比轉換器113，為數位訊號之原始之音樂數位串流資料115將經過該音頻數位類比轉換器113而轉換成為類比訊號123之類比輸出。
功率放大器111，當原始之音樂數位串流資料115經過音頻數位類比轉換器113轉換成類比訊號123之類比輸出後，送至該功率放大器111以便將為類比訊號型式的原始之音樂輸入訊號121輸出到與該
功率放大器111連接的耳機單體110；另，當耳機單體110振膜(未圖示之)受到外力與非理想運動所造成振膜位移而產生的感應訊號240會被逆推回到該功率放大器111的輸出端。
差動放大器112，該功率放大器111的輸出端連接至該差動放大器112的一輸入端，該音頻數位類比轉換器113的輸出連接至該差動放大器112的另一輸入端。
感測類比數位轉換器114，該感測類比數位轉換器114連接至該差動放大器112的輸出，藉由該差動放大器112而把振膜所產生的感應訊號240擷取出來，並推送回該感測類比數位轉換器114以進行數位化處理。
暫存記憶體116，因為該差動放大器112的非理想性(CMRR並非無上限)，因而，仍會有一定比例的殘留原始音樂訊號，而為排除殘留的原始音樂訊號以利後續處理，故額外設置該暫存記憶體116，將原始播放訊號(音樂數位串流資料115)滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步。
一功能區塊117，該功能區塊117可為擷取耳機單體振膜位移模組，係用以擷取由於耳機單體110振膜位移所產生出的感應訊號240；在調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號240，並將所擷取之該感應訊號240做為訊號補償之用的參考源。
其中，於將原始播放訊號滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器113至該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112至該感測類比數位轉換器114的往返延遲(round-trip delay)匹配同步時：
1. 於該音頻數位類比轉換器113：內部之超取樣(over sample)濾波器1133會有與取樣時脈連動的固定延遲，根據有限脈衝響應濾波器(FIR)或無限脈衝響應濾波器(IIR)之濾波器設計特性與規格不同，固定延遲一般為數十μs至數ms不等。
2. 於該功率放大器111至該耳機單體110至該差動放大器112：主要是線性放大器的寄生與補償RC延遲，一般為數百ns不等。
3. 於該感測類比數位轉換器114：內部命令輸入耦合器(CIC)濾波器1143遞迴運算延遲，為超取樣倍率乘以超取樣時脈(over sample clock)，一般為數十μsus不等。
上列三項延遲皆為公式可描述行為，根據該音頻數位類比轉換器113與該感測類比數位轉換器114之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體116之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊117進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體110振膜位移的該感應訊號240，並將所擷取之該感應訊號240做為訊號補償之用的參考源。
第二處理單元120，該第二處理單元120係用以補償訊號，由該功能區塊117所擷取分離後的耳機單體110振膜的該感應訊號240的音樂相關感應信號亦可以送至該處理單元120，進行低通濾波後反相加回119該原始之音樂數位串流資料115，做為補償單體低音失真之用。
第12圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第11圖中之本發明之訊號處理系統的再一實施例以進行訊號處理方法的再一流程步驟。
如第12圖所示，首先，於步驟61，進行接收感應訊號動作；以耳機單體110振膜為感應器，當與本發明之訊號處理系統1連接之耳機單體110振膜受到外力與非理想運動而造成振膜位移，將產生出感應訊號240，而感應訊號240會被逆推回到訊號處理系統1的功率放大器111的輸出端，並進到步驟62。
於步驟62，進行訊號擷取與處理動作；在耳機單體110播放聲音的同時訊號處理系統1能擷取耳機單體110振膜被動感應所產生的感應訊號240，並將此所擷取之感應訊號240做為訊號補償之用的參考源，並進到步驟63。
於步驟63，進行訊號補償動作；由該功能區塊117所擷取分離後的耳機單體110振膜的該感應訊號240的音樂相關感應信號亦可以送至第二處理單元120，進行低通濾波後反相加回119該原始之音樂數位串流資料115，做為補償單體低音失真之用。
綜合以上之該些實施例，我們可以得到本發明之一種訊號處理系統及其方法，係應用於以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，利用本發明之訊號處理系統以進行訊號處理方法時，藉由差動放大器而將耳機單體之振膜所產生之與耳機單體使用狀態相關的感應訊號擷取出來，並推送回感測類比數位轉換器(sense ADC)進行數位化處理，由於差動放大器的非理想性(CMRR並非無上限)，仍會有一定比例的殘留音樂訊號，而為排除殘留的音樂訊號以利後續處理，故額外設置暫存記憶體，將原始播放訊號滯留與外部訊號的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據音頻數位類比轉換器(audio DAC)與感測類比數位轉換器(ADC)之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定暫存記憶體之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，而在一功能區塊進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體振膜位移的感應訊號，並將所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償的參考源。本發明之訊號處理系統及方法包含以下優點：
在不增加耳機物料(BOM)的前提下，能以耳機單體振膜為感應器，在耳機單體播放聲音的同時能擷取耳機單體振膜被動感應所產生的感應訊號，並將此所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，藉由差動放大器而將耳機單體之振膜所產生之與耳機單體使用狀態相關的感應訊號擷取出來，並推送回感測類比數位轉換器(ADC)進行數位化處理，由於差動放大器的非理想性(CMRR並非無上限)，仍會有一定比例的殘留音樂訊號，而為排除殘留的音樂訊號以利後續處理，故額外設置暫存記憶體，將原始播放訊號滯留與外部訊號的往返延遲(round-trip delay)匹配同步，根據音頻數位類比轉換器(audio DAC)與感測類比數位轉換器(ADC)之取樣時脈(sample clock)頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定暫存記憶體之暫存區/先進先出(buffer/FIFO)深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步後，而在一功能區塊進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出耳機單體振膜位移的感應訊號，並將此所擷取之感應訊號做為後續分析與自動控制及/或訊號補償之用的參考源。
以耳機單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，能節省耳機感測器之使用與其額外需求之電纜，感知耳機入耳與離耳狀態，例如，當耳機為取下一耳狀態時，能自動暫停音樂播放以利交談，或是當耳機為取二耳時，能讓播放器/手機自動休眠，或是耳機戴上一耳，戴上後自動接聽電話，或是無電話call in時戴上兩耳自動播放上次停止的音樂。
在不增加耳機物料(BOM)的前提下，可用敲擊耳機機殼之方式而取代按鍵等人機介面的操作方式，例如，播放/暫停/接聽/掛斷/切歌/音量升降。
在不增加耳機物料(BOM)的前提下，能即時偵測耳機單體振膜過驅位移所產生之逆電動勢，藉以補償單體振膜的運動失真，提高低價耳機單體之音質，在逆電動勢過大時亦可降低輸出以保護單體免於燒毀。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之均等改變或修飾，均應包含在後附之申請專利範圍內。
11 訊號處理系統 31 32 步驟 41 42 步驟 51 52 53 步驟 61 62 63 步驟 110 耳機單體 111 功率放大器 112 差動放大器 113 音頻數位類比轉換器 114 感測類比數位轉換器 115 音樂數位串流資料 116 暫存記憶體 117 功能區塊 118 第一處理單元 119 反相加回 120 第二處理單元 121 音樂輸入訊號 123 類比訊號 210 感應訊號 220 感應訊號 230 感應訊號 240 感應訊號 321 322 步驟 421 422 步驟 1131 超取樣濾波器 1132 超取樣濾波器 1133 超取樣濾波器 1141 耦合器濾波器 1142 耦合器濾波器 1143 耦合器濾波器
爲使熟悉該項技藝人士瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體實施例，並配合所附之圖式，對本發明詳加說明如後： 第1圖為一系統示意圖，用以顯示說明本發明之訊號處理系統之系統架構、以及配合耳機單體的運作情形； 第2圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第1圖中之本發明之訊號處理系統以進行訊號處理方法的流程步驟； 第3圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第2圖中之訊號處理方法的進行訊號擷取與處理動作步驟的更詳細程序； 第4圖為一示意圖，用以顯示說明本發明之訊號處理系統的一實施例的架構、以及配合耳機單體的運作情形； 第5圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第4圖中之本發明之訊號處理系統的一實施例以進行訊號處理方法的一流程步驟； 第6圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第5圖中之訊號處理方法的進行訊號擷取與處理動作步驟的更詳細程序； 第7圖為一示意圖，用以顯示說明本發明之訊號處理系統的另一實施例的架構、以及配合耳機單體的運作情形； 第8圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第7圖中之本發明之訊號處理系統的又一實施例以進行訊號處理方法的又一流程步驟； 第9圖為一電路圖，用以顯示說明於第7圖中之訊號處理系統的包含功率放大器、差動放大器、感測類比數位轉換器、以及耳機單體的部分施行電路； 第10-1圖為示意圖，用以顯示說明於第7圖中之當使用者戴上為耳罩式耳機的耳機單體振膜的感應訊號的輸出情況； 第10-2圖為示意圖，用以分別顯示說明於第7圖中之當使用者脫下為耳罩式耳機的耳機單體振膜的感應訊號的輸出情況； 第10-3圖為示意圖，用以顯示說明於第7圖中之當使用者入耳為耳道式耳機的耳機單體振膜的感應訊號的輸出情況； 第10-4圖為示意圖，用以顯示說明於第7圖中之當使用者出耳為耳道式耳機的耳機單體振膜的感應訊號的輸出情況； 第11圖為一示意圖，用以顯示說明本發明之訊號處理系統的再一實施例的架構、以及配合耳機單體的運作情形；以及 第12圖為一流程圖，用以顯示說明利用如第11圖中之本發明之訊號處理系統的再一實施例以進行訊號處理方法的再一流程步驟。

Claims (5)

  1. 一種訊號處理系統，係應用於以耳機之單體振膜為感應器之訊號分離應用的環境中，至少包含：功率放大器，該功率放大器接收感應訊號，該感應訊號係來自該耳機，其中，以該耳機之該單體振膜為感應器，當受到外力與非理想運動而造成該單體振膜之位移，將產生出該感應訊號，而該感應訊號會被逆推回到與該耳機連接之該訊號處理系統的該功率放大器的輸出端；音頻數位類比轉換器，為數位訊號之原始之音樂數位串流資料將經過該音頻數位類比轉換器而轉換成為類比訊號之類比輸出；當原始之該音樂數位串流資料經過該音頻數位類比轉換器轉換成類比訊號之該類比輸出後，送至該功率放大器以便將為類比訊號型式的原始之音樂輸入訊號輸出到與該功率放大器連接的該耳機；差動放大器，該功率放大器的輸出端連接至該差動放大器的一輸入端，該音頻數位類比轉換器的輸出連接至該差動放大器的另一輸入端；感測類比數位轉換器，該感測類比數位轉換器連接至該差動放大器的輸出，藉由該差動放大器而把該單體振膜所產生的該感應訊號擷取出來，並推送回該感測類比數位轉換器以進行數位化處理；暫存記憶體，將該音樂數位串流資料滯留與外部訊號之由該音頻數位類比轉換器至該功率放大器至該耳機至該差動放大器至該感測類比數位轉換器的往返延遲匹配同步，根據該音頻數位類比轉換器與該感測類比數位轉換器之取樣時脈頻率與濾波器的種類選用計算出往返延遲，用以調整設定該暫存記憶體之暫存區/先進先出深度與時脈速度使其與外部傳遞總延遲同步；以及一功能區塊，該功能區塊可為擷取耳機單體振膜位移模組，係用以擷取由於該耳機之該單體振膜所產生出的該感應訊號；在調整設定該暫存記憶體之該 暫存區/先進先出深度與該時脈速度使其與該外部傳遞總延遲同步後，在該功能區塊進行剔除殘留音樂訊號的處理，以便分離出該耳機之該單體振膜所產生出的該感應訊號，並將此所擷取之該感應訊號做為後續分析與自動控制、及訊號補償的其中之一為用的參考源。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理系統，其中，所擷取之該感應訊號做為該後續分析與自動控制的該參考源，復包含：第一處理單元，由該功能區塊所擷取分離後的該耳機之該單體振膜的該感應訊號，將送至該第一處理單元進行動作信號辨識，以判斷出使用者對耳機的使用狀態為何，該處理單元可輸出經辨識後之訊號給主控制器，做為人機互動功能之應用。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理系統，其中，所擷取之該感應訊號做為該訊號補償的該參考源，復包含：第二處理單元，由該功能區塊所擷取分離後的該耳機之該單體振膜的該感應訊號的音樂相關感應信號可以送至該第二處理單元，進行低通濾波後反相加回原始之該音樂數位串流資料，做為補償該耳機之該單體低音失真之用。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理系統，其中，於該音頻數位類比轉換器內部之超取樣濾波器會有與取樣時脈連動的固定延遲。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之訊號處理系統，其中，於該感測類比數位轉換器內部命令輸入耦合器濾波器遞迴運算延遲。
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