TWI754687B - 用於耳機離耳偵測的信號處理器及方法 - Google Patents

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Abstract

揭露了一種用於耳機離耳偵測的信號處理器。信號處理器包括音訊輸出，用於向耳罩中的耳機揚聲器傳輸音訊信號。信號處理器還包括反饋(FB)麥克風輸入，用於接收來自耳罩中的FB麥克風的FB信號。信號處理器還包括離耳偵測(OED)信號處理器，用於判定FB信號在OED訊框上的音訊頻率響應作為接收到的頻率響應。OED處理器亦判定音訊信號的音訊頻率響應乘以耳機揚聲器和FB麥克風之間的離耳轉移函數作為理想離耳響應。產生將接收到的頻率響應與理想離耳頻率響應進行比較的差異量度。使用差異量度來偵測耳罩何時從耳朵脫離。

Description

用於耳機離耳偵測的信號處理器及方法 相關申請的交叉引用
本專利申請案請求2016年10月24日申請的題為「Earphone Off Ear Detection」的臨時申請案No.62/412,206的優先權，並且請求於2017年3月6日提交的題為「Off Ear Detection」的臨時申請案No.62/467,731的優先權，這兩個專利申請案透過引用整體併入本專利申請案之優先權中。
本發明是關於耳機離耳偵測。
主動噪聲消除(ANC)是一種減少用戶透過耳機收聽音訊所收到的不需要的噪聲的方法。降噪通常是透過耳機揚聲器播放抗噪聲信號來實現的。抗噪聲信號是在不存在ANC的情況下，會在耳腔中的不期望的噪聲信號的負值的近似值。隨後，當與抗噪聲信號組合時，不期望的噪 聲信號被中和。
在一般的噪聲消除處理中，一或多個麥克風即時監測耳機之耳罩內的環境噪聲或殘留噪聲，然後揚聲器播放從環境噪聲或殘留噪聲產生的抗噪聲信號。根據諸如耳機的物理形狀和大小、揚聲器和麥克風換能器的頻率響應、揚聲器換能器在各種頻率下的等待時間、麥克風的靈敏度以及揚聲器和麥克風換能器的置放處等因素，可用不同方式產生抗噪聲信號。
在前饋ANC中，麥克風感測環境噪聲，但不會明顯地感測揚聲器播放的音訊。換言之，前饋麥克風不會直接從揚聲器監測信號。在反饋ANC中，麥克風被置於感測耳腔中存在的總音訊信號的位置。所以，麥克風感應到環境噪音以及揚聲器播放的音訊的總和。結合前饋和反饋ANC系統同時使用前饋和反饋麥克風。
一般的ANC耳機是需要電池或其他電源來運行的供電系統。供電耳機常遇到的問題是，如果用戶取下耳機而不關閉耳機，則會繼續耗盡電池電量。
儘管一些耳機偵測用戶是否佩戴耳機，但是這些傳統設計依賴於諸如接觸感測器或磁體的機械感測器來判定耳機是否被用戶佩戴。那些感測器並不會是耳機的一部分。相反地，這是一個額外的組件，可能會增加耳機的成本或複雜性。
所揭露的示例解決了這些問題和其他問題。
本文揭露使用耳機ANC組件來執行OED的裝置、系統及/或方法。例如，可以使用窄頻OED系統。在窄頻OED系統中，OED音調被注入到特定頻格處的音訊信號中。OED音調設置為次可聽頻率，因此最終用戶不知道音調。由於揚聲器在低頻操作時受到限制，所以在播放到用戶的耳朵中時存在音調，在耳機被移除時音調有很大程度上消散。因此，當在指定頻格處的反饋(FB)麥克風信號下降到臨限值以下時，窄頻處理可以判定耳機已經被移除。窄頻處理也可以被判定為寬頻OED系統的一個組成部分。無論何種情況，都可以使用前饋(FF)麥克風來捕捉環境噪聲。OED系統可以根據環境噪聲判定本底噪聲，並將OED音調調整為比本底噪聲大。當音訊信號包括音樂時，也可以使用寬頻OED系統。寬頻OED系統工作在頻域。寬頻OED系統判定多個頻格上的差異量度。差異量度是透過從FB麥克風信號中去除FF和FB麥克風之間耦合的環境噪聲來判定。然後將FB麥克風信號與基於音訊信號的理想的離耳值以及當耳機在離耳時描述對音訊信號的理想變化的轉移函數進行比較。結果值還可以根據基於當耳機是貼耳時所涉及的音訊信號和描述音訊信號的理想變化的轉移函數的理想貼耳值而正規化。然後對差異量度的頻格進行加權，並且使用權重來產生置信度量度。然後使用差異量度和置信度量度來判定耳機何時被移除。差異量度可以在OED週期上平均並與臨限值進行比較。也可以比較連續的 差異量度，其中值的快速變化指示狀態變化(例如，從貼耳到離耳，反之亦然)。失真量度亦可以被使用。失真量度支援允許OED系統在離耳時在大聲音訊信號以及在貼耳時的中等音量的音訊信號之間進行區分。信號的相位也可以用於避免在FF麥克風中關於與FB麥克風不相關的風噪聲的潛在的本底噪聲計算誤差。
通常，本文揭露的裝置、系統及/或方法使用ANC耳機中的至少一個麥克風作為偵測系統的一部分，以聲學地判定耳機是否位於用戶的耳朵上。偵測系統通常不包括單獨的傳感器(例如機械傳感器)，儘管在一些示例中也可以使用單獨的傳感器。如果偵測系統判定沒有佩戴耳機，則可以採取降低功率消耗或實現其他便利特徵的步驟，諸如發送信號以關閉ANC特徵、關閉耳機的部分、關閉整個耳機、或暫停或停止連接的媒體播放器。若反之偵測系統判定耳機正在佩戴中，則這種便利功能可能包括發送信號以啟動或重新啟動媒體播放器。其他特徵也可以由感測到的資訊來控制。
如在本揭露內容中使用的術語「正在佩戴」和「貼耳」意味著耳機處於或靠近其在用戶的耳朵或耳膜附近的慣常使用位置。因此，對於耳墊式或耳罩式耳機，「貼耳」意味著耳墊或耳罩完全、實質上或至少部分地覆蓋用戶的耳朵。圖1A展示了一個示例。對於耳塞式耳機和入耳式監聽器，「貼耳」意味著耳塞至少部分地、基本上或完全地插入到用戶的耳朵中。因此，本揭露內容中使用 的術語「離耳」意味著耳機不在其常規使用位置中或其附近。在圖1B中展示出了這樣的一個示例，其中耳機被戴在用戶的脖子上。
所揭露的設備和方法適用於僅在一隻耳朵或兩隻耳朵中使用的耳機。此外，OED設備和方法可用於入耳式監聽器和耳塞。實際上，本揭示內容中使用的術語「耳機」包括耳塞、入耳式監聽器以及耳墊式或耳罩式耳機，包括其耳墊或耳罩包圍用戶的耳朵以及耳墊壓在耳朵上的那些耳機。
一般而言，當耳機離耳時，耳機本體與用戶的頭部或耳朵之間沒有良好的聲學密封。因此，耳或耳膜與頭戴式耳機揚聲器之間的腔室內的聲壓小於耳機佩戴時所存在的聲壓。換言之，除非戴上耳機，否則來自ANC耳機的音訊響應在低頻時相對較弱。事實上，在非常低的頻率下，在貼耳和離耳條件下的音訊響應的差異可以大於20dB。
此外，由於耳機的本體和物理封裝，當耳機在貼耳時的環境噪聲的被動衰減在高頻(例如1kHz以上的頻率)下是顯著的。但是在頻率低於100Hz的情況下，被動衰減可能非常低，甚至可以忽略不計。在某些耳機中，本體和物理封裝實際上放大了低環境噪音，而不是衰減它。而且，如果沒有激活的ANC功能，則FF和FB麥克風的環境噪聲波形如下：(a)在極低頻率下深度相關，通常是低於100Hz的那些頻率；(b)高頻完全不相關，通常是3 kHz以上的頻率；(c)在極低頻率和高頻率的中間的某處。這些聲學特徵提供了為判定耳機是否在貼耳基礎。
100:離耳偵測器
102:耳機
200:網路/離耳偵測網路
202:耳機
204:ANC處理器
206:OED處理器
208:音調產生器/音調源
210:揚聲器
212:FF麥克風
214:FB麥克風
216:耳機音訊信號
218:音調控制信號
220:FF麥克風信號
222:FB麥克風信號
224:音調信號/OED音調
226:決策信號
300:網路
302:降取樣器
304:寬頻OED電路
306:組合電路
308:平滑電路
310:窄頻OED電路
400:網路
402:帶通濾波器
404:轉移函數
406:方差電路
408:比較電路
500:方法
502、504、506、508、510、512、514、516:操作
600:網路
602:初始校準
604:轉移函數
606:OED電路
608:自適應OED音調位準控制電路
610:時間平均電路
620:訊框OED量度/OED量度
622:置信度
700:網路
702:白噪聲
704:刺激強調濾波器
706:轉移函數判定電路
800:曲線圖
802:離耳轉移函數
804:貼耳轉移函數
806:OED線
900:網路
902:快速傅立葉變換電路/FFT電路
904:判定音訊值電路
908:暫態去除電路
910:平滑電路、正規化差異量度電路
912:點積電路
914:加權電路
916:加總電路
918:失真抑制電路
1000:方法
1002、1004、1006、1008、1010、1012、1014、1016:方塊
1100:方法
1102、1104、1106、1108、1110、1112:方塊
圖1A展示整合到耳機中的離耳偵測器的示例。
圖1B展示整合到耳機中的離耳偵測器的示例，其描繪的是離耳。
圖2描繪用於離耳偵測的示例網路。
圖3描繪用於組合的窄頻和寬頻離耳偵測的示例網路。
圖4描繪用於窄頻離耳偵測的示例網路。
圖5是描繪用於窄頻離耳偵測(OED)信號處理的操作方法的示例流程圖。
圖6描繪用於寬頻離耳偵測的示例網路。
圖7描繪用於轉移函數校準的示例網路。
圖8是示例轉移函數的圖。
圖9描繪用於寬頻OED量度判定的示例網路。
圖10是描繪用於失真偵測的方法的示例流程圖。
圖11是描繪OED的方法的示例流程圖。
圖1A展示整合到耳機102中的耳機102的離耳 偵測器100的示例。圖1A中的耳機102被描繪為穿戴或貼耳。圖1B展示如同圖1A的離耳偵測器100，除了耳機102被描繪為離耳。離耳探測器100可以存在於左耳、右耳或兩耳中。
圖2描繪用於離耳偵測的示例網路200，其可以是圖1A和圖1B的離耳偵測器100的示例。諸如圖2所示的示例可以包括耳機202、ANC處理器204、OED處理器206以及可以是音調產生器208的音源。耳機202還可以包括揚聲器210、FF麥克風212和FB麥克風214。
儘管ANC耳機的ANC特徵可能存在，但是在離耳偵測網路200的一些示例中，ANC處理器204和FF麥克風212並非絕對需要的。如下所討論的，音調產生器208也是可選的。離耳偵測網路200的示例可以被實現為被整合到耳機202中的一或多個組件、被連接到耳機202的一或多個組件、或者與現有組件或多個組件一起運行的軟體。例如，可以修改驅動ANC處理器204的軟體來實現離耳偵測網路200的示例。
ANC處理器204接收耳機音訊信號216並將ANC補償的音訊信號216發送到耳機202。FF麥克風212產生一個FF麥克風信號220，其由ANC處理器204和OED處理器206接收。同樣地，FB麥克風214產生FB麥克風信號222，其由ANC處理器204和OED處理器206接收。取決於該示例，OED處理器206可以接收耳機音訊信號216及/或經補償的音訊信號216。優選地，OED音調產生器208產生在 OED處理器206和ANC處理器204接收到耳機音訊信號216之前注入到耳機音訊信號216中的音調信號224。然而，在一些示例中，在OED處理器206和ANC處理器204接收到耳機音訊信號216之後，將音調信號224注入到頭戴式耳機音訊信號216中。OED處理器206輸出指示耳機202是否被佩戴的決策信號226。
耳機音訊信號216是透過耳機揚聲器210播放的期望音訊的信號特徵，以作為音訊播放信號。通常，在音訊播放期間，耳機音訊信號216由諸如媒體播放器、計算機、收音機、行動電話、CD播放器或遊戲控制台在音訊播放期間的音訊源產生。例如，如果用戶將耳機202連接到播放由用戶選擇的歌曲的可攜式媒體播放器，則隨後耳機音訊信號216是正在播放的歌曲的特徵。音訊播放放信號有時在本揭露內容中被稱為聲學信號。
通常，FF麥克風212對環境噪聲準位進行取樣，並且FB麥克風214在揚聲器210處對揚聲器210的輸出(即，聲學信號)和至少一部分環境噪聲進行取樣。取樣部分包括未被耳機202的本體和物理封裝所衰減的環境噪聲的一部分。通常，這些麥克風樣本被反饋到ANC處理器204，ANC處理器204從麥克風樣本產生抗噪聲信號，並將它們與耳機音訊信號216組合，以將ANC補償的音訊信號216提供給耳機202。ANC補償的音訊信號216進而允許揚聲器210產生噪聲降低的音訊輸出。
音調源或音調產生器208引入或產生被注入到 耳機音訊信號216中的音調信號224。在一些變化例中，音調產生器208產生音調信號224。在其它變化例中，音源包括儲存位置，例如快閃記憶體，其被配置為從儲存的音調或儲存的音調資訊中引入音調信號224。一旦音調信號224被注入，耳機音訊信號216變成音調信號224之前的耳機音訊信號216加上音調信號224的組合。因此，在注入音調信號224之後對耳機音訊信號216的處理包括兩者。優選地，所得到的音調具有次可聽頻率，因此用戶在收聽音訊信號時不能聽到該音調。音調的頻率也應該足夠高，以使得揚聲器210能夠可靠地產生，而FB麥克風214能夠可靠地錄製音調，因為許多揚聲器/麥克風在較低的頻率處具有有限的能力。例如，音調可以具有在大約15Hz和大約30Hz之間的頻率。作為另一個例子，音調可以是20Hz音調。在一些實作中，可以使用更高或更低頻率的音調。不管頻率如何，音調信號224都可以由FB麥克風214錄製並被轉發到OED處理器206。在一些情況下，OED處理器206可以透過由FB麥克風214錄製的音調信號224的相對強度來偵測耳機何時被移除。
在一些示例中，OED處理器206被配置為調整音調信號224的位準。明確而言，當噪聲準位超過音調信號的音量時，OED處理器206執行OED的能力的準確性可能會受到負面影響。網路200所經歷的噪聲準位在本文中被稱為本底噪聲。本底噪聲可能受到電子噪聲和環境噪聲的影響。在揚聲器210、FF麥克風212、FB麥克風214，這 些組件之間的信號路徑以及這些組件與OED處理器206之間的信號路徑中可能發生電子噪聲。環境噪聲是在網路200操作期間用戶附近的環境聲波的總和。OED處理器206可以被配置為例如基於FB麥克風信號222來測量組合的本底噪聲和FF麥克風信號220。然後，OED處理器206可以使用音調控制信號218來調整音調產生器208所產生的音調信號224的音量。OED處理器206可以將音調信號224調整為比本底噪聲大聲。例如，OED處理器206可以維持本底噪聲的音量和音調信號224的音量之間的裕量。應注意的是，儘管音調信號224的頻率較低，但音調信號224中突然快速的音量變化可能被一些用戶感知到。因此，當改變音調信號224的音量以逐漸改變音量(例如，在十毫秒的過程中)時，OED處理器206可以使用平滑功能。例如，OED處理器可以根據以下等式透過使用音調控制信號218來調節音調信號224的音量：
Figure 106136587-A0305-02-0013-1
 其中currentLevel是當前音調信號224的音量，L 0是本底噪聲與音調信號224之間的音量邊裕量nextLevel是調整後的音調信號224的音量，energy_ff是來自FF麥克風信號220的能量，c是FF麥克風信號220與FB麥克風信號222之間的經校準的相關估計，且ElectricalNoiseFloor是由電子組件引起的噪聲的已知值，並且energy_residue是FF麥克風信號220和FB麥克風信號222之間的噪聲耦合。
一些示例不包括音調產生器208或音調信號224。例如，如果存在音樂播放，尤其是具有不可忽略的低音的音樂，則OED處理器206可能有足夠的環境噪聲來可靠地判定耳機202是貼耳還是離耳。在一些示例中，如果由揚聲器210播放，那麼音調或音調信號224可能不會導致實際音調。相反，音調或音調信號224可以取代地對應於或導致隨機噪聲或偽隨機噪聲，其中每一個都可以是有限頻帶的。
如上所提及的，在一些變化例的離耳偵測網路200中，不需要包括或操作揚聲器210和FF麥克風212。例如，一些示例包括FB麥克風214和沒有FF麥克風212的音調產生器208。作為另一示例，一些示例包括FB麥克風214和FF麥克風212兩者。一些這些示例中包括音調產生器208，而另一些則不包括。不包括音調產生器208的示例亦可以包括或不包括揚聲器210。此外，請注意，一些示例不需要可測量的耳機音訊信號216。例如，即使在沒有來自音訊源的可測量的耳機音訊信號216的情況下，包括音調信號224的示例也可以有效地判定耳機202是否被佩戴。在這種情況下，音調信號224一旦與頭戴式耳機音訊信號216結合，其本質上就是整個頭戴式耳機音訊信號216。
OED處理器206可以透過將音調信號224注入到音訊信號216中並且測量FF微電話信號220和FB麥克風信號222中的音調的殘餘部分來在相對窄的頻帶(也被稱為頻格)中執行音調信號224被本底噪聲和揚聲器210與麥克風 212和214之間的已知聲學變化所修改，此可以被描述為轉移函數。當音訊資料(例如音樂)被包括在音訊信號216並透過揚聲器210播放，一個OED處理器還可以透過麥克風212及214被錄製之前執行寬頻OED處理基於改變音訊信號216，以偵測OED。以下更完整地討論這種寬頻和窄頻OED處理的各種示例。
應注意的是，OED處理器206可以透過計算訊框OED量度來執行OED，如下所討論的。在一個示例中，當訊框OED量度上升及/或下降到OED臨限值以下時，OED處理器判定狀態改變(例如，貼耳至離耳，或者反之亦然)。也可以使用置信度值，以便在執行OED時拒絕考慮具有低置信度的OED量度。在另一個示例中，OED處理器206也可以考慮OED量度的變化率。例如，如果OED量度改變比狀態改變裕量更快，則OED處理器206可以在即使當臨限值尚未達到時也判定狀態改變。實際上，當耳機裝配好/使用時，變化率判定允許更高的有效臨限值和更快的狀態變化判定。
尚應注意的是，可以以各種技術來實現OED處理器206，例如通用處理器、特定應用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、現場可程式化閘陣列(FPGA)或其他處理技術。例如，OED處理器206可以包括降取樣器及/或內插器以修改相應信號的取樣率。OED處理器206還可以包括類比至數位轉換器(ADC)及/或數位至類比轉換器(DAC)，以與相應的信號交互及/或處理相應的 信號。OED處理器206可以使用各種可程式化濾波器，諸如雙四階濾波器、帶通濾波器等來處理相關信號。OED處理器206還可以包括允許OED處理器206被程式化有相關功能的記憶體模塊，例如暫存器、快取等。應注意的是，為了清楚起見，圖2僅包括與本揭露內容相關的部件。因此，完全可操作的系統可以根據需要包括附加的組件，此超出了本文討論的特定功能的範圍。
總之，網路200作為用於耳機離耳偵測的信號處理器。網路200包括音訊輸出，以將音訊信號216傳送到耳罩中的耳機揚聲器210。網路200亦使用FB麥克風輸入來接收來自耳罩中的FB麥克風214的FB信號222。網路200亦使用OED處理器206作為OED信號處理器。如下面更詳細討論的，當在頻域中操作時，OED處理器206被配置為判定在OED訊框上的FB信號222的音訊響應作為接收到的頻率響應。OED處理器206還將耳機揚聲器210和FB麥克風214之間的離耳轉移函數的音訊信號216的音訊響應判定為理想的耳機響應。OED處理器206然後產生將接收到的頻率響應與理想的離耳頻率響應進行比較的差異量度(例如，訊框OED量度620)。最後，如圖1B所示，OED處理器206使用差異量度來偵測耳罩何時脫離耳朵。此外，OED處理器206使用FF麥克風輸入來從耳罩外部的FF麥克風212接收FF信號222。當判定接收到的頻率響應時，OED處理器206可以去除FF信號220和FB信號222之間的相關頻率響應。OED處理器206還可以將耳機揚聲器210與FB麥克風 214之間的貼耳轉移函數的音訊信號216的音訊響應判定為理想貼耳響應。隨後，OED處理器206可以基於理想的貼耳響應來對差異量度進行正規化。差異量度可以根據下面討論的等式2-5來判定。此外，差異量度可以包括複數個頻格，並且OED處理器206可以對頻格進行加權。OED處理器206隨後可以將差異量度置信度(例如置信度622)判定為頻格權重的總和。當偵測到耳罩脫離耳朵時，OED處理器206可以使用差異量度置信度。在一個示例中，當差異量度置信度高於差別量度置信度臨限值並且差異量度高於差別量度臨限值時，OED處理器206可以判定耳罩是貼耳的。在另一個示例中，OED處理器206可以平均OED週期上的差異量度，並且當平均差量度高於差量度臨限值時判定耳罩脫離。在另一個示例中，可以在OED週期上產生多個差異量度，並且當差值量度之間的變化大於差值量度變化臨限值時，OED信號處理器206可以判定耳罩脫離。
網路200還可以包括音調產生器208，以在指定頻格處產生OED音調224，以在音訊信號降低到本底噪聲之下時支援產生差異量度。此外，OED處理器206控制音調產生器208以將OED音調224的音量保持在本底噪聲之上。另應注意的是，耳機可以包括兩個耳機，並且因此包括一對FF麥克風212、揚聲器210和FB麥克風214(例如左和右)。如下面更詳細討論的那樣，風噪聲可能對OED處理產生負面影響。因此，OED處理器206可以選擇較弱的FF信號來判定當在FF信號中較強的一個中偵測到風噪聲時的 本底噪聲。
圖3描繪用於組合的窄頻和寬頻離耳偵測的示例網路300。網路300可以由OED處理器206中的電路來實現。網路300可以包括降取樣器302，降取樣器302可以連接到OED處理器但在OED處理器外部實現。OED處理器還可以包括窄頻OED電路310、寬頻OED電路304、組合電路306和平滑電路308。
降取樣器302是可選組件，其降低音訊信號216、FB麥克風信號222和FF麥克風信號220的取樣率，統稱為輸入信號。取決於實施方式，輸入信號可以以比OED處理器所支援的更高的取樣率而被擷取。因此，降取樣器302降低輸入信號的取樣速率以匹配其他電路所支援的速率。
窄頻OED電路310對與OED音調信號224相關聯的頻率單元中的聲學變化執行OED。寬頻OED電路304集中於與在揚聲器210處的一般音訊輸出(例如音樂)相關聯的一組頻格。如下面關於圖8更詳細地討論的，白噪聲貼耳轉移函數和白噪聲離耳轉移函數在一些頻率處可以強度相關並且在其他頻率處鬆散相關。相應地，寬頻OED電路304被配置為透過關注理想的離耳轉移函數不同於理想的貼耳轉移函數的頻譜中由於一般音訊輸出引起的聲學變化來執行OED。轉移函數是特定於耳機設計，因此寬頻OED電路304可以被調諧為針對不同的示例實現集中在不同的頻帶上。主要區別在於窄頻OED電路310基於次可聽 音調操作，因此可以在任何時間操作。相反地，寬頻OED電路304在可聽頻率上操作，因此僅在耳機正在播放音訊內容時才操作。然而，透過在更寬的頻率範圍上執行OED，寬頻OED電路304可以比僅使用窄頻OED電路310提高OED處理的精度。窄頻OED電路310可以被實現為在時域或頻域中操作。以下討論兩個域的實現。寬頻OED電路304在頻域中更實用。如此，在一些示例中，窄頻OED電路310被實現為在特定頻格處操作的寬頻OED電路304的次組件。窄頻OED電路310和寬頻OED電路304都對輸入信號(例如，降取樣的音訊信號216、FB麥克風信號222和FF麥克風信號220)進行操作以執行OED，如下所討論。
組合電路306是能夠將窄頻OED電路310的輸出和寬頻OED電路304組合成可用決策資料的任何電路及/或處理。這樣的輸出可以以各種方式組合。例如，組合電路306可以選擇具有最低OED決策值的輸出，這將把OER判定偏向於離耳決策。組合電路306還可以選擇具有最高OED決策值的輸出，這將使OED判定偏向於貼耳決策。在又一種方法中，組合電路306使用由寬頻OED電路304提供的置信度值。當置信度高於置信度臨限值時，使用寬頻OED電路304來做OED判定。當置信度低於置信度臨限值時，包括當音訊輸出是低音量或不存在時，使用窄頻OED電路310的OED判定。此外，在窄頻OED電路310被實現為寬頻OED電路304的子部件的示例中，可以透過及/或代替組合電路306來使用加權處理。
平滑電路308是過濾OED決策值以減輕可能導致顛簸的突然變化的任何電路或處理。例如，平滑電路308可以降低或提高各個OED量度，以使OED量度流隨著時間流逝仍一致。這種方法可以去除錯誤的異常值資料，以便基於多個OED量度標準做出決策。平滑電路308可以使用遺忘濾波器，諸如一階無限脈衝響應(IIR)低通濾波器。
應注意的是，寬頻OED電路304和窄頻OED電路310都能夠減輕與風噪聲相關的負面影響。明確而言，網路300可以允許OED信號處理器(例如OED處理器206)基於音訊信號216的相位來判定FB信號222的預期相位。隨後，當與FB信號222相關聯的接收到的頻率響應的相位差和與FB信號222相關聯的接收到的頻率響應的期望相位之間的差值大於相位裕量時，可以降低相應的置信度量度(例如置信度622)。
圖4描繪用於窄頻離耳偵測的示例網路400。明確而言，網路400可以在窄頻OED電路310中實現時域OED。在網路400中，音訊信號216、FB麥克風信號222和FF麥克風信號220通過帶通濾波器402。帶通濾波器402被調諧，以去除預定頻率範圍之外的所有信號資料。例如，網路400可以在指定頻格處查看OED音調224的輸入信號，且因此帶通濾波器402可以去除指定頻格外的所有資料。
轉移函數404是儲存在記憶體中的值。轉移函數404可以基於校準處理以在製造的時點判定。轉移函數 404描述了在耳機沒有貼合到用戶的耳朵的理想情況下，FF麥克風信號220和FB麥克風信號222之間的聲學耦合的量。例如，可以在音訊信號216處存在白噪聲的情況下判定轉移函數404。在OED期間，轉移函數404被乘以FF麥克風信號220，然後從FB麥克風信號222中被減去。此用於從FB麥克風信號222減去FF麥克風信號220和FB麥克風信號222之間的預期聲學耦合。該處理從FB麥克風信號222中去除由FF麥克風錄製的環境噪聲。
提供方差電路406以測量/判定在指定頻格處的音訊信號216、FF麥克風信號220和FB麥克風信號222中的能量準位。亦使用放大器410來修改/加權FF麥克風信號220和音訊麥克風信號216的增益，以用於與FB麥克風信號222的精確比較。在比較電路408處，將FB麥克風信號222與組合音訊信號216和FF麥克風信號220進行比較。當FB麥克風信號222大於組合音訊信號216和FF麥克風信號(如被加權)超過預定窄頻OED臨限值的值時，OED旗標被設置為貼耳。當FB麥克風信號222不大於組合音訊信號216和FF麥克風信號的值超過預定窄頻OED臨限值時，OED旗標被設置為離耳。換言之，當FB麥克風信號222僅包含衰減的音訊信號216和噪聲220，並且不包含例如由窄頻OED臨限值所描述的與用戶的耳朵的聲音相關聯的附加能量時，耳機被認為由網路400描述的時域窄頻處理中是離耳/脫離。
應注意的是，網路400也可以被修改以適應某 些使用情況。例如，風噪聲可能導致FB麥克風信號222和FF麥克風信號220之間的不相關噪聲。這是因為在風的情況下的噪聲源是與FF麥克風相鄰的耳機的外殼。因此，在風噪聲的情況下，移除轉移函數404可能導致錯誤地將來自FB麥克風信號222的風噪聲當作耦合資料去除，這導致錯誤資料。如此，網路400也可以被修改以在比較電路408處查看FB麥克風信號222的相位。在FB麥克風信號222的相位超出預定裕量的情況下，可以不改變OED旗標以避免與風噪聲有關的錯誤結果。尚應注意的是，風噪聲的這種修改同樣適用於如上討論的寬頻網路(例如，寬頻OED電路304)。
圖5描繪例如由OED處理器206、窄頻OED電路310及/或網路400進行的用於窄頻離耳偵測(OED)信號處理的操作的方法500的示例流程圖。在操作502，音調產生器注入音調信號，並且OED處理器接收FF麥克風信號和FB麥克風信號。音調產生器可以提高及/或降低音調信號，以使收聽者聽不到任何暫態效果，同時將音量保持在本底噪聲之上。耳機音訊信號、麥克風FF信號和FB麥克風信號在脈衝串(burst)中是可用的，包含信號中的一個或多個樣本的每個脈衝串。如上，音調信號和FF麥克風信號是可選擇的，因此方法500的一些示例可以不包括注入音調信號或接收FF麥克風信號220。
對於窄頻信號，FF麥克風信號和FB麥克風信號之間的時域環境噪聲波形相關性比寬頻信號更好。這是 耳機外殼的非線性相位響應的影響。因此，在操作504，可以對耳機音訊信號、FF麥克風信號和FB麥克風信號應用帶通濾波器。帶通濾波器可以包括小於約100Hz的中心頻率。例如，帶通濾波器可以是20Hz帶通濾波器。因此，帶通濾波器的下限截止頻率可能在15Hz左右，且帶通濾波器的上限截止頻率可能在30Hz左右，從而產生約23Hz的中心頻率。帶通濾波器可以是數位帶通濾波器，也可以是處理器OED的一部分。例如，數字帶通濾波器可以是四個雙二次濾波器：各二個低通濾波器和高通濾波器。在一些示例中，可以使用低通濾波器來代替帶通濾波器。例如，低通濾波器可以衰減大於約100Hz或大於約30Hz的頻率。不管使用哪個濾波器，對於從一個脈衝串到下一個脈衝串的每個信號流保持濾波器狀態。
在操作506，OED處理器針對每個樣本更新與取樣資料有關的資料。例如，資料可以包括耳機音訊信號、FF麥克風信號和FB麥克風信號中的每個的累積和以及累積和平方量度。和平方是平方的總和。
在操作508，重複操作504和操作506直到OED處理器處理預設的取樣持續時間。例如，預設的持續時間可以是一秒的可用樣本。亦可以使用另一持續時間。
在操作510，OED處理器根據在前面的操作中計算的量度來判定諸如頭戴式耳機音訊信號、FF麥克風信號和FB麥克風信號中的一或多個的功率或能量的特性。
在操作512，OED處理器計算相關臨限值。臨 限值可作為音訊信號功率和FF麥克風信號功率的函數來計算。例如，音訊信號中的音樂音量及/或錄製在FF麥克風信號中的環境噪聲可能隨時間顯著變化。因此，根據需求，可基於預定義的OED參數來更新相應的臨限值及/或邊界以處理這樣的情境。在操作514，基於在操作512中判定的臨限值和在操作514中判定的信號功率來導出OED量度。
在操作516，OED處理器評估耳機是貼耳還是離耳。例如，處理器OED可將一或多個耳機的音訊信號、FF麥克風信號的能量、和FB麥克風信號的功率或能量與一或多個臨限值或參數相比較。在一或多個已知條件下，臨限值或參數可以對應於耳機音訊信號、FF麥克風信號或FB麥克風信號中的一或多個，或那些信號的功率或能量。已知條件可以包括，例如，當頭戴式耳機已知貼耳或離耳，或者當OED音調在播放或不在播放時。一旦知道已知條件的信號值、能量值和功率值，就可以將這些已知值與來自未知條件的判定值進行比較，以評估耳機是否離耳。
操作516還可以包括OED處理器隨著時間對多個量度進行平均及/或輸出諸如OED判定信號226的判定信號。OED決策信號226可以至少部分地基於耳機是被評估為離耳或貼耳。在一些示例中，操作516還可以包括將輸出決策信號轉發到組合電路306以與寬頻OED電路304決策進行比較。
圖6描繪用於寬頻離耳偵測的示例網路600。 網路600可以用於在OED處理器206中實現寬頻OED電路304。網路600被配置為在頻域中操作。此外，網路600執行窄頻OED和寬頻OED兩者，因此也可以實現窄頻OED電路310。
網路600包括初始校準602電路，該電路是在製造時執行校準的電路或處理。激活初始校準602可以包括在各種條件下測試耳機，例如存在白噪聲音訊信號的情況下的貼耳和離耳情況。初始校準602在已知條件下判定並儲存各種轉移函數604。例如，轉移函數604可以包括當在離耳(
Figure 106136587-A0305-02-0025-7
)時音訊信號216和FB麥克風信號222之間的相關性，在貼耳(
Figure 106136587-A0305-02-0025-8
)時音訊信號216與FB麥克風信號222之間的相關性，在離耳(
Figure 106136587-A0305-02-0025-9
)時FF麥克風信號220和FB麥克風信號222之間的相關性，以及在貼耳(
Figure 106136587-A0305-02-0025-10
)時FF麥克風信號220和FB麥克風信號222之間的相關性。然後在運行時間使用轉移函數604透過OED電路606執行頻域OED。
OED電路606是在頻域中執行OED處理的電路。明確而言，OED電路606產生OED量度620。OED量度620是正規化的加權值，其描述測量的聲學響應與多個頻格上的理想離耳聲學響應之間的差異。所測量的聲學響應基於音訊信號216、FB麥克風信號222和FF麥克風信號220來判定，如下面更詳細地討論的。OED量度620透過描述測量的聲學響應與在頻格上的理想貼耳聲學響應之間的差異的值來正規化。然後可以將權重應用於OED量度620的聚合以產生置信度值622。然後可以使用置信度值622來判 定OED處理器應該依賴OED量度620的程度。下面參照圖9更詳細地討論頻域OED處理。
隨後，時間平均電路610可以被使用以在指定的時間段上將多個OED量度620平均，例如基於遺忘濾波器(諸如一階無限脈衝響應(IIR)低通濾波器)。可以根據相應的置信度值622對平均值進行加權。換言之，時間平均電路610被設計為隨時間考慮各種訊框OED量度620中的置信度差622。與較高置信度622相關聯的訊框OED量度620在平均值中被強調/信賴，而與較低置信度622相關聯的訊框OED量度620被淡化及/或被遺忘。時間平均電路610可以被用來實現平滑濾波器308以減少OED決策處理中的挫敗。
網路600還可以包括自適應OED音調位準控制電路608，其是能夠在產生音調信號224時產生音調控制信號218以控制音調產生器208的任何電路或處理。自適應OED音調位準控制電路608基於FF麥克風信號220判定環境本底噪聲，並據此產生音調控制信號218以調整音調信號224。自適應OED音調位準控制電路608可以判定合適的音調信號224的音量，以例如根據上面的等式1將音調信號224保持在本底噪聲的音量或高於該本底噪聲的音量。如上，自適應OED音調位準控制電路608亦可應用平滑功能來減輕可能被某些用戶感知的音調信號224音量的突然變化。
圖7描繪用於轉移函數604校準的示例網路 700。網路700可以在製造時被使用，並且所判定的轉移函數604可以被儲存在記憶體中以供在網路600中的運行時間使用。白噪聲702之樣本可以被應用於刺激強調濾波器704。白噪聲702是在相關頻帶上包含大致相等的能量/強度(例如恆定功率譜密度)的隨機/偽隨機信號。例如，白噪聲702可以在耳機使用的可聽和次可聽的頻率範圍上包含大致相等的能量。由於與耳機的設計有關的物理約束，麥克風212和214可以以不同的頻率接收不同的能量準位。因此，刺激強調濾波器704是一個或多個濾波器，其在從揚聲器210播放時修改白噪聲702，使得由相關麥克風212和214接收的能量在每個頻格大致恆定。網路700然後使用轉移函數判定電路706來判定轉移函數604。明確而言，轉移函數判定電路706判定揚聲器210與FF麥克風212之間的信號強度的變化以及理想離耳配置和聲學密封兩者中的揚聲器210與FB麥克風214之間的信號強度的變化理想的耳機配置。換言之，轉移函數判定電路706判定並保存
Figure 106136587-A0305-02-0027-11
、
Figure 106136587-A0305-02-0027-12
、
Figure 106136587-A0305-02-0027-13
及
Figure 106136587-A0305-02-0027-14
作為運行時在網路600使用的轉移函數604。
圖8是例如在頭戴式耳機中的揚聲器210和FB麥克風214之間的示例性轉移函數的曲線圖800。曲線圖800示出了示例性的貼耳轉移函數804和離耳轉移函數802。轉移函數802和804以分貝(dBs)的幅度相對於以赫茲(Hz)的指數尺度的頻率來描繪。在這個例子中，轉移函數802和804在約500Hz以上高度相關。然而，轉移函數802 和804在約5Hz和約500Hz之間不同。如此，諸如寬頻OED電路304之類的寬頻OED電路可針對具有由圖800所描繪的轉移函數的耳機在約5Hz至約500Hz的頻帶上操作。
為了討論的目的，已經在轉移函數802和804之間的中途描繪了OED線806。在圖形上，當在轉移函數802和804之間繪製測量的信號時，相對於OED線806判定OED。每個頻格可以與OED線806比較。當測量的信號具有在特定頻格的OED線806以下的幅度時，該頻率被認為是離耳的。當測量的信號具有特定頻格的OED線806以上的幅度時，該頻率被認為是在耳邊。OED線806上方或下方的距離通知這種決定的置信度。因此，使用頻格處的測量信號與OED線806之間的距離來為該頻格產生權重。這樣，在OED線806附近的決定被賦予輕微的權重，並且在貼耳轉移函數804或離耳轉移函數802附近的決定被賦予顯著大的權重。由於轉移函數802和804之間的距離在不同的頻率上變化，所以OED量度被正規化，例如轉移函數差小的那麼小的波動被給予與轉移函數差大的頻率處的較大波動。以下討論用於判定加權和正規化OED量度的示例公式。
圖9描繪用於寬頻OED量度判定的示例網路900。例如，可以使用網路900來實現OED電路206、寬頻OED電路304、窄頻OED電路310、組合電路306、平滑電路308、OED電路606及/或其組合。網路900包括快速傅立葉變換(FFT)電路902。FFT電路902是能夠將輸入信號轉換 到頻域以用於進一步計算的任何電路或處理。FFT電路902將音訊信號216、FB麥克風信號222和FF麥克風信號224轉換到頻域。例如，FFT電路902可以利用加窗將512點FFT應用於輸入信號。FFT電路902將轉換後的輸入信號轉發給判定音訊值電路904。
判定音訊值電路904接收轉移函數604和輸入信號，並判定在FB麥克風信號222中接收到的音訊信號216的不相關頻率。此值可以根據等式2來判定：
Figure 106136587-A0305-02-0029-2
 其中接收的是FB麥克風處的音訊信號的不相關頻率響應，FB是FB麥克風的頻率響應，FF是FF麥克風的頻率響應，以及
Figure 106136587-A0305-02-0029-15
是在離耳時的音訊信號及FF麥克風信號222之間的相關性。換言之，接收包括在FB麥克風處接收的音訊信號，而沒有由FF麥克風記錄的噪聲分量。判定音訊值電路904還基於音訊信號判定將在FB麥克風處預期的理想離耳頻率響應和理想貼耳頻率響應，其可以根據等式3-4分別判定：
Figure 106136587-A0305-02-0029-3
 其中，Ideal_off_ear是基於音訊信號的FB麥克風之理想離耳頻率響應，HP是音訊信號的頻率響應，
Figure 106136587-A0305-02-0029-16
是在離耳時音訊揚聲器和FB麥克風之間的理想相關性，Ideal_on_ear 是基於音訊信號在FB麥克風之理想貼耳頻率響應，以及
Figure 106136587-A0305-02-0030-17
是在貼耳時音訊揚聲器和FB麥克風之間的理想相關性。
判定音訊值電路904將這些值轉發到暫態去除電路908。暫態去除電路908是能夠消除頻率響應窗口的前沿和後沿處的暫態時序失配的任何電路或處理。在一些示例中，暫態去除電路908可以透過加窗去除這種暫態。在其他示例中，暫態去除電路908可以透過計算反FFT(IFFT)，將IFFT應用於這些值以將它們轉換到時域，置零一部分值等於期望的暫態長度，且應用另一個FFT將值返回到頻域。判定音訊值電路904然後將這些值轉發給平滑電路910，其可以如上關於平滑電路306所討論的那樣使用遺忘濾波器對這些值進行平滑。
正規化差異量度電路910隨後計算訊框OED量度620。明確而言，正規化差值量度電路910將估計的離耳頻率響應與實際接收的響應進行比較以量化它們之間的差異。然後結果是基於估計的貼耳響應標準化。例如，訊框OED量度620可以根據下面的等式5來判定：
Figure 106136587-A0305-02-0030-4
 其中normalized_difference_metric是訊框OED量度620並且其他值是如在等式3-4中所討論的。
訊框OED量度620隨後被轉發到加權電路 914。加權電路914是能夠對訊框OED量度620中的頻格進行加權的任何電路或處理。加權電路914可以基於選擇的多個規則來加權訊框OED量度620中的頻格，以強調準確的值並且淡化可疑值。以下是可用於對訊框OED量度620進行加權的示例規則。第一，選定的頻格可以被加權為零以去除多餘的資訊。例如，音調的頻格和頻格的相關音訊帶(例如20Hz和100Hz-500Hz)可以被賦予加權為1且其他格為零的權重。第二，具有低於本底噪聲的信號的格也可以被加權為零以減輕噪聲對判定的影響。第三，頻格可以彼此比較，使得包含與最強大的格相比可忽略之功率的格(例如，低於功率差值臨限值)可以被加權。此淡化最不可能具有有用資訊的頻格。第四，將理想貼耳/離耳值與測量值之間的最高差值的格加權。此強調了最有可能具決定性的頻格。第五，將理想的貼耳/離耳值與測量值之間具有微小差異(例如低於功率差值臨限值)的格加權下來。此淡化了如上OED線806附近的頻格，因為由於隨機測量變化，這樣的格更可能給出錯誤的結果。第六，作為當地最大值(例如大於兩個鄰格)的格加權到一，因為這樣的格最有可能是決定性的。然後可以透過加總電路916來判定權重之和，以判定訊框OED置信度622值。換言之，大量的高權重指示訊框OED量度620可能是準確的，而不是高權重指示訊框OED量度620可能是不準確的(例如，噪聲樣本，OED線806附近的格可能指示貼耳或離耳等)。點積電路912將加權的點積應用於訊框OED量度620以將加權應用 於訊框OED量度620。訊框OED量度620然後可以用作基於多個頻格決策的判定。
訊框OED量度620和訊框OED置信度622值也可以透過失真抑制電路918被轉發。失真抑制電路918是能夠判定存在顯著失真並且在失真大於失真臨限值的情況下將訊框OED置信度622值減小到零的電路或處理。明確而言，網路900的設計假設音訊信號216以相對線性的方式流向FB麥克風。然而，在一些情況下，音訊信號216飽和FB麥克風導致削波。例如，當用戶收聽高音量音樂並移除耳機時，可能會發生這種情況。在這種情況下，由於失真，在FB麥克風處接收到的信號與理想的離耳轉移函數非常不同，這可能導致貼耳判定。因此，失真抑制電路918每當訊框OED量度620指示貼耳判定時就計算失真量度。可以將失真量度定義為具有非零權重的格(例如，不包括OED音調格)的消除趨勢正規化差異量度的方差。對於失真量度的另一種解釋是直線擬合的最小均方誤差。失真量度可以僅在多於一個格具有非零權重時應用。以下將更詳細地討論失真抑制。綜上，失真抑制電路918在判定是貼耳時產生失真量度，並且當失真高於臨限值時對訊框OED置信度622(使系統忽略訊框OED量度620)進行加權。
圖10描繪用於失真偵測的方法1000的示例流程圖，例如在OED處理器206的寬頻OED電路304中的OED電路606中操作的失真抑制電路918，及/或其組合。在方塊1002，例如根據關於網路900所描述的處理來計算訊框 OED量度620和訊框OED置信度622。在方塊1004，將訊框OED量度與OED臨限值進行比較以判定耳機是否被視為貼耳。如上，失真偵測方法1000針對耳機被錯誤地認為是貼耳的情況。相應地，當訊框OED量度不大於OED臨限值時，判定是耳機是離耳的並且不考慮失真。因此，當訊框OED量度不大於OED臨限值時，方法1000進行到方塊1016，並且透過移動到下一個OED訊框來結束。當訊框OED量度大於OED臨限值時，判定是貼耳並且失真可能會是問題。因此，當訊框OED量度大於OED臨限值時，該方法進行到方塊1006。
在方塊1006，計算失真量度。計算失真量度涉及計算訊框OED量度中的頻格點之間的最佳擬合線。失真量度是近似直線斜率的均方誤差。換言之，方塊1006計算線性擬合以偵測頻域樣本中的失真。在方塊1008處，將失真量度與失真臨限值進行比較。失真臨限值是均方誤差值，且因此如果失真量度的均方誤差高於由失真臨限值規定的可接受均方誤差，則失真可能會是問題。作為示例，失真臨限值可以被設定為大約百分之二。如此，當失真量度不大於失真臨限值時，方法1000進行到方塊1016並結束。當失真量度大於失真臨限值時，方法1000進行到方塊1010。
由於在窄頻頻格使用低頻，因此在窄頻頻格處失真可能更為嚴重。因此，少量的失真可能會對窄頻頻格產生負面影響，而不會顯著影響較高的頻率。因此，在 方塊1010處，可以摒棄窄頻頻格，並在沒有窄頻頻格的情況下重新計算訊框OED量度和訊框OED置信度。然後在方塊1012，將重新計算的訊框OED量度與OED臨限值進行比較。如果訊框OED量度不超過OED臨限值，那麼耳機會被認為是耳機失真，且失真不再是問題。如此，如果沒有窄頻頻格的訊框OED量度不超過OED臨限值，則保持離耳的判定，並且方法1000進行到方塊1016並結束。如果沒有窄頻頻格的訊框OED量度仍然超過OED臨限值(例如，仍被認為是貼耳)，則該失真可能導致不正確的OED判定。如此，該方法進行到方塊1014。在方塊1014，OED置信度被設置為零，這導致訊框OED量度被忽略。方法1000然後進行到方塊1016並結束移動到OED判定的下一訊框。
綜上，方法1000可以允許諸如OED處理器206的OED信號處理器基於多個頻格上的差異量度(例如，訊框量度)的方差來判定失真量度，並且當失真量度大於失真臨限值時忽略差異量度。
圖11是描繪例示OED的方法1100的示例流程圖，例如透過使用OED處理器206、寬頻OED電路304、窄頻OED電路310、網路600、網路900、本文討論的任何其他處理電路及/或其任何組合。在方塊1102，使用音調產生器來在指定頻格(例如次可聽頻率)處產生OED音調。在方塊1104處，將OED音調注入到轉發給耳機揚聲器的音訊信號中。在方塊1106處，從FF麥克風信號偵測本底噪聲。在方塊1108處，基於本底噪聲的音量來調整OED音調的音 量。例如，可以在OED音調的音量與本底噪聲的音量之間保持音調裕量。此外，例如透過使用上面的等式1，可以將OED音調隨著時間的音量調整量值保持在OED變化臨限值以下。
在方塊1110處，差異量度是透過比較來自FB麥克風的FB信號與音訊信號。差異量度可以根據在此討論的任何OED量度及/或置信度判定處理來判定。例如，可以透過將OED訊框上的FB信號的音訊響應判定為接收到的頻率響應來產生差異量度，判定音訊信號的音訊頻率響應乘以耳機揚聲器和FB麥克風之間的離耳轉移函數作為理想離耳響應，並且產生將接收到的頻率響應與理想的離耳頻率響應進行比較的差異量度。可以在包括指定頻格(例如，次可聽頻格)的多個頻格上判定差異量度。此外，可以透過對頻格進行加權來判定差異量度，將差異量度置信度判定為頻格權重的總和；並且當偵測到耳罩與耳朵脫離時使用差異量度置信度。
最後，在方塊1112，使用差異量度來偵測耳罩何時與耳朵貼合/脫離。例如，當差異量度高於及/或低於OED臨限值時，可以判定狀態改變。也可以使用置信度值，從而在執行OED時拒絕考慮具有低置信度的差異量度。在另一個示例中，當差異量度改變比狀態改變裕量更快時，可以偵測到狀態改變。作為另一個示例，當差異量度的加權平均值上升/下降到低於臨限值時，可以判定狀態改變，其中加權是基於置信度和遺忘濾波器。
本揭露內容的示例可以在特別建立的硬體上、在韌體上、數位信號處理器上、或在包括根據程式指令操作的處理器的專門程式化通用計算機上操作。這裡使用的術語「控制器」或「處理器」旨在包括微處理器、微算機、特定應用積體電路(ASIC)和專用硬體控制器。本揭露內容的一或多個態樣可以體現在計算機可用資料和計算機可執行指令(例如，計算機程式產品)中，諸如在一或多個程式模塊中，由一或多個處理器(包括監控模塊)或者其他設備執行。通常，程式模塊包括在由計算機或其他裝置中的處理器執行時執行特定任務或實現特定抽象資料類型的例程、程式、物件、組件、資料結構等。計算機可執行指令可以被儲存在諸如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、快取、可電擦除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)、快閃記憶體或其他記憶體技術的非暫時性計算機可讀媒體以及以任何技術實現的任何其他易失性或非易失性、可移動或不可移動媒體。計算機可讀媒體排除每個信號本身以及信號傳輸的暫態形式。此外，功能性可以全部或部分地以韌體或硬體等價物(諸如積體電路、現場可程式化閘陣列(FPGA)等)來實現。可以使用特定的資料結構來更有效地實現本揭露內容的一或多個態樣，並且這樣的資料結構被設想在這裡描述的計算機可執行指令和計算機可用資料的範圍內。
本揭露內容的各態樣以各種修改和替換形式進行操作。已經透過示例在圖式中示出了具體的態樣，並 且在下面詳細描述。然而，應該注意的是，這裡揭露的示例是為了清楚的討論而呈現的，並不意圖將公開的一般概念的範圍限制到在此描述的具體示例，除非明確地受到限制。因此，根據圖式和申請專利範圍，本揭露內容旨在覆蓋所描述態樣的所有修改、等同物和替代方案。
說明書中對實施例、態樣、示例等的引用指示所描述的項目可以包括特定特徵、結構或特性。然而，每個揭露的態樣可能包括或可能不必定包括那個特定的特徵、結構或特性。此外，除非特別指定，否則這樣的短語不一定指相同的態樣。此外，當結合特定態樣描述特定特徵、結構或特性時，可結合所揭露的另一態樣來使用這種特徵、結構或特性，不管這樣的特徵是否結合這樣的其他揭露態樣。
示例：
以下提供了本文揭露的技術的說明性示例。這些技術的實施例可以包括下面描述的示例中的任何一或多個以及其任何組合。
示例1包括用於耳機離耳偵測的信號處理器，信號處理器包括：音訊輸出，用於向耳罩中的耳機揚聲器傳輸音訊信號；反饋(FB)麥克風輸入，用於接收來自耳罩中的FB麥克風的FB信號；以及離耳偵測(OED)信號處理器，其被配置以：判定FB信號在OED訊框上的音訊響應作為接收到的頻率響應，判定音訊信號的音訊響應乘以耳機 揚聲器和FB麥克風之間的離耳轉移函數作為理想離耳響應，產生將接收到的頻率響應與理想離耳頻率響應進行比較的差異量度，並且使用差異量度來偵測耳罩何時從耳朵脫離。
示例2包括示例1的信號處理器，進一步包括前饋(FF)麥克風輸入，以接收來自耳罩外部的FF麥克風的FF信號，其中OED信號處理器進一步被配置為在判定接收到的頻率響應時去除FF信號與FB信號之間的相關頻率響應。
示例3包括示例1-2中任一示例的信號處理器，其中OED信號處理器進一步被配置為判定音訊信號的音訊頻率響應乘以耳機揚聲器與FB麥克風之間的貼耳轉移函數以作為理想貼耳響應。
示例4包括示例1-3中的任何示例的信號處理器，其中OED信號處理器進一步被配置為基於理想貼耳響應來對差異量度進行正規化。
示例5包括示例1-4中的任何一個的信號處理器，其中差異量度根據以下來判定：
Figure 106136587-A0305-02-0038-5
 其中Received是接收到的頻率響應，Ideal_off_ear是理想離耳頻率響應，並且Ideal_on_ear是理想貼耳響應。
示例6包括示例1-5中的任何一個的信號處理 器，其中差異量度包括複數個頻格，並且OED信號處理器進一步被配置為對頻格進行加權。
示例7包括示例1-6中任一示例的信號處理器，其中OED信號處理器進一步被配置為判定差異量度置信度作為頻格權重的總和，並且當偵測到耳罩從耳朵脫離時使用差異量度置信度。
示例8包括示例1-7中的任何示例的信號處理器，其中，OED信號處理器進一步被配置為當差異量度置信度高於差異量度置信度臨限值並且差異量度高於差異量度臨限值時，判定耳罩是貼耳的。
示例9包括示例1-8中任一示例的信號處理器，其進一步包括音調產生器，音調產生器被配置為在指定頻格處產生OED音調，以在音訊信號降至本底噪聲以下時支援差異量度的產生。
示例10包括示例1-9中任一示例的信號處理器，其中，OED信號處理器還被配置為控制音調產生器以將OED音調的音量保持在本底噪聲之上。
示例11包括示例1-10中的任何一個的信號處理器，其進一步包括：左前饋(FF)麥克風輸入，用於從左FF麥克風接收左FF信號；以及右FF麥克風輸入，用於從右FF麥克風接收右FF信號，其中OED信號處理器進一步被配置為選擇較弱的FF信號以在FF信號中較強的FF信號中偵測到風噪聲時判定本底噪聲。
示例12包括示例1-11中的任一示例的信號處 理器，其中差異量度在OED週期上被平均，並且OED信號處理器被進一步配置為當平均差異量度高於差異量度臨限值時判定耳罩脫離。
示例13包括示例1-12中的任一示例的信號處理器，其中在OED週期上產生包括差異量度的複數個差量度量，並且OED信號處理器進一步被配置為判定耳罩在差異度量之間的變化大於差異度量變化臨限值。
示例14包括示例1-13中的任何示例的信號處理器，其中OED信號處理器被進一步配置為：基於複數個頻格上的差異量度的方差來判定失真量度，並且當失真量度大於失真臨限值時忽略失真量度。
示例15包括示例1-14中的任一示例的信號處理器，其中OED信號處理器進一步被配置為：基於音訊信號的相位來判定FB信號的預期相位，並且當與FB信號相關聯的接收到的頻率響應的相位差和與FB信號相關聯的接收到的頻率響應的預期相位之間的相位差大於相位裕量時，減小對應於差異量度的置信度量度。
示例16包括一種方法，包括：使用音調產生器在指定頻格處產生離耳偵測(OED)音調；將OED音調注入轉發給耳機揚聲器的音訊信號；從前饋(FF)麥克風信號偵測本底噪聲；基於本底噪聲的音量來調整OED音調的音量；透過將來自反饋(FB)麥克風的FB信號與音訊信號進行比較來產生差異量度；並使用差異量度來偵測耳罩何時與耳朵脫離。
示例17包括示例16的方法，其中在OED音調的音量和本底噪聲的音量之間保持音調裕量。
示例18包括示例16-17中的任何一個的方法，其中隨著時間對OED音調的音量調整的幅度被保持在OED改變臨限值以下。
示例19包括示例16-18中的任一示例的方法，其中差異量度透過以下步驟產生：判定在OED訊框上的FB信號的音訊頻率響應作為接收到的頻率響應；判定音訊信號的音訊頻率響應乘以耳機揚聲器與FB麥克風之間的離耳轉移函數作為理想離耳響應，並且產生將接收的頻率響應與理想離耳頻率響應進行比較的差異量度。
示例20包括示例16-19中的任一項的方法，其中差異量度是在包括指定頻格的複數個頻格上判定的，並且方法進一步包括：對頻格進行加權；將差異量度置信度判定為頻格權重的和；並且當偵測到耳罩離耳時使用差異量度置信度。
示例21包括儲存在非暫時性記憶體中的計算機程式產品，計算機程式產品在由處理器執行時使耳機組執行示例1-15中的任何一個的功能或者示例16-19中的任一個的方法。
所揭露的標的之先前描述的示例具有許多對於通常技術人員而言已經記載或將是顯而易見的優點。即便如此，在所揭露的設備、系統或方法的所有變化例中並不要求所有這些優點或特徵。
此外，本書面記載參考了特定的特徵。應能理解，本說明書中的揭露內容包括那些特定特徵的所有可能的組合。在特定態樣或示例的文義中公開了特定特徵的情況下，該特徵在可能的範圍內也可以在其他態樣和示例的情況下使用。
而且，當在本申請中提到具有二或多個限定的步驟或操作的方法時，所定義的步驟或操作可以以任何順序或同時執行，除非文義中排除這些可能性。
儘管為了說明的目的已經說明和描述了本揭露內容的具體示例，但是將理解，可以在不脫離本揭露內容的精神和範圍的情況下進行各種修改。因此，除了所附申請專利範圍之外，本揭露內容不應受到限制。
100:離耳偵測器
102:耳機

Claims (20)

  1. 一種用於耳機離耳偵測的信號處理器，該信號處理器包括：一音訊輸出，用於向一耳罩中的一耳機揚聲器傳輸一音訊信號；一反饋麥克風輸入，用於接收來自該耳罩中的一反饋麥克風的一反饋信號；以及一離耳偵測信號處理器，其被配置以：判定該反饋信號在一離耳偵測訊框上的一音訊頻率響應作為一接收到的頻率響應，判定該音訊信號的一音訊頻率響應乘以該耳機揚聲器與該反饋麥克風之間的一離耳轉移函數作為一理想離耳響應，產生將該接收到的頻率響應與該理想離耳頻率響應進行比較的一差異量度，使用該差異量度來偵測該耳罩何時從耳朵脫離。
  2. 根據請求項1的信號處理器，進一步包括一前饋麥克風輸入，以接收來自該耳罩外部的一前饋麥克風的一前饋信號，該離耳偵測信號處理器進一步被配置為在判定該接收到的頻率響應時，去除該前饋信號與該反饋信號之間的一相關頻率響應。
  3. 根據請求項2的信號處理器，其中該離耳偵測信號處理器進一步被配置為判定該音訊信號的一音訊頻率響應乘以該耳機揚聲器與該反饋麥克風之間的一貼耳轉移函數以作為一理想貼耳響應。
  4. 根據請求項3的信號處理器，其中該離耳偵測信號處理器進一步被配置以基於該理想貼耳響應來對該差異量度進行正規化。
  5. 根據請求項4的信號處理器，其中該差異量度是根據以下來判定：
    Figure 106136587-A0305-02-0047-6
     其中Received是該接收到的頻率響應，Ideal_off_ear是該理想離耳頻率響應，並且Ideal_on_ear是該理想貼耳響應。
  6. 根據請求項2的信號處理器，其中該差異量度包括複數個頻格，並且該離耳偵測信號處理器進一步被配置為對該等頻格進行加權。
  7. 根據請求項6的信號處理器，其中該離耳偵測信號處理器進一步被配置為判定一差異量度置信度作為頻格權重的一總和，並且在偵測到該耳罩與該耳朵脫離時，使用該 差異量度置信度。
  8. 根據請求項7的信號處理器，其中該離耳偵測信號處理器進一步被配置以在該差異量度置信度高於一差異量度置信度臨限值並且該差異量度高於一差異量度臨限值時，判定該耳罩是貼耳的。
  9. 根據請求項6的信號處理器，其進一步包括一音調產生器，該音調產生器被配置為在一指定頻格處產生一離耳偵測音調，以在該音訊信號降至一本底噪聲以下時，支援該差異量度的產生。
  10. 根據請求項9的信號處理器，其中該離耳偵測信號處理器進一步被配置以控制該音調產生器以維持離耳偵測音調功率對本底噪聲音調功率之一比率具有一可程式化裕量(margin)。
  11. 根據請求項9的信號處理器，進一步包括：一左前饋麥克風輸入，用於從一左前饋麥克風接收一左前饋信號；以及一右前饋麥克風輸入，用於從一右前饋麥克風接收一右前饋信號，其中該離耳偵測信號處理器進一步被配置為，在該等前饋信號中較強的一前饋信號中偵測到風噪聲時，選擇該等前饋信號中較弱的一前饋信號以判定該本底 噪聲。
  12. 根據請求項1的信號處理器，其中該差異量度在一離耳偵測週期上被平均，並且該離耳偵測信號處理器進一步被配置為當該平均差異量度高於一差異量度臨限值時，判定該耳罩是離耳的。
  13. 根據請求項1的信號處理器，其中在一離耳偵測週期上產生包括該差異量度的複數個差異量度，並且該離耳偵測信號處理器進一步被配置為當差異量度之間的一變化大於一差異量度變化臨限值時，判定該耳罩是離耳的。
  14. 根據請求項1的信號處理器，其中該離耳偵測信號處理器進一步被配置為：基於複數個頻格上的該差異量度的一方差，判一定失真量度，以及當該失真量度大於一失真臨限值時，忽略該差異量度。
  15. 根據請求項1的信號處理器，其中該離耳偵測信號處理器進一步被配置為：基於該音訊信號的一相位，來判定該反饋信號的一預期相位，以及當與該反饋信號相關聯的一接收到的頻率響應和與該 反饋信號相關聯的該接收到的頻率響應的該預期相位之間的一相位差大於一相位裕量時，減小對應於該差異量度的一置信度量度。
  16. 一種用於耳機離耳偵測的方法，該方法包括：使用一音調產生器在一指定頻格處產生一離耳偵測音調；將該離耳偵測音調注入轉發給一耳機揚聲器的一音訊信號；從一前饋麥克風信號偵測一本底噪聲；基於該本底噪聲的一音量來調整該離耳偵測音調的一音量；透過將來自一反饋麥克風的一反饋信號與該音訊信號進行比較來產生一差異量度；以及使用該差異量度來偵測該耳罩何時從一耳朵脫離。
  17. 根據請求項16的方法，其中在該離耳偵測音調的該音量與該本底噪聲的該音量之間保持一音調裕量。
  18. 根據請求項16的方法，其中偵測該耳罩何時離耳時包括判定該差異量度何時超過一臨限值。
  19. 根據請求項16的方法，其中該差異量度由以下產生：判定在一離耳偵測訊框上的該反饋信號的一音訊頻率 響應作為一接收到的頻率響應，判定該音訊信號的一音訊頻率響應乘以該耳機揚聲器和該反饋麥克風之間的一離耳轉移函數作為一理想離耳響應，以及產生將該接收到的頻率響應與該理想離耳頻率響應進行比較的一差異量度。
  20. 根據請求項19的方法，其中該差異量度是在包括該指定頻格的複數個頻格上判定的，並且該方法進一步包括：對該等頻格進行加權；將一差異量度置信度判定為頻格權重的一和；以及當偵測到該耳罩從該耳朵脫離時，使用該差異量度置信度。
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