TWI755706B - 使用穿戴式聲音系統之方法與系統 - Google Patents

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Abstract

一穿戴式聲音系統，包括位於一耳機外側部分上，將聲學輸入信號(acoustic input signal)轉換成聲頻輸入信號(audio input signal)之麥克風；一處理前述聲頻輸入信號後產生聲頻輸出信號(audio output signal)之處理器；一位於耳機上，將前述聲頻輸出信號轉換成聲學輸出信號(acoustic output signal)之揚聲器，其中前述麥克風之耳機外側部分可以轉動，其中前述麥克風之耳機外側部分可以樞轉或橫向伸縮，進而獲得一最佳化之聲頻輸入信號，與最小化環境噪聲及干擾。

Description

使用穿戴式聲音系統之方法與系統
本發明基本上為一多方向之穿戴式聲音系統。此外，本發明為含有至少一揚聲器及/或至少一麥克風之聲音系統，其提供可轉動組態之複數個揚聲器於至少一耳機上，前述之各揚聲器均可提供一段聲頻之輸出，且排列覆蓋於耳道之四週，經轉動提供聆聽者想要之聲音相位組合，前述聲音系統亦可包含至少一可轉動組態之麥克風陣列環狀排列於至少一耳機上，其中前述麥克風陣列可沿方位(azimuth)或高度(elevation)平面轉動、樞轉、或橫向伸縮，讓聆聽者選擇最佳化之收音方向及最小化環境噪聲干擾。
以下僅舉例說明現有技術相關方面之背景知識(例如，並非作為限制、方法、事實、或常識)，其目的為幫助讀者增加理解現有技術，而其說明之內容、隱喻、與推論並非以限制本發明及其中所提之實施例為目的。 其他參考文獻： [1] M.HiiPakka, “Measurement Apparatus and Modeling Techniques for Ear Canal Acoustics”, Master Thesis, 2008 [2] Lipshitz et. al, “On the Audibility of Midrange Phase Distortion in Audio Systems” J. Audio Eng. Soc., Vol. 30, No, 9, Sept. 1982 [3] Henry L. Van Trees, “Optimum Array Processing”, 2002 [4] Shure Europe GmbH 網頁： https://www.shure.eu/musicians/discover/educational/polar-patterns [5] J. Kraus, R. Marhefka, “Antennas”, 2003
穿戴式聲音收發裝置常被設計成具備穩固換能器(transducer)之機構，置放於人耳附近，可將聲學輸入或輸出信號轉換成聲頻信號。此類特殊設計聲學輸入輸出之換能器通常各被稱為麥克風或揚聲器。前述穿戴式聲音裝置可有效傳輸聲頻信號與聲音至人耳。這些聲音系統常可分成具雙向溝通之通話耳機與專門聆聽音樂或其他聲波之耳機。亦可擴大範圍至包含各類不同的聲音與聆聽者配戴在頭上時不同之尺寸與不同之機構設計。
在許多使用情境下，通電話時為了聽、說可以不需要用手，使用者常希望使用免手持通信。而在使用免手持方式通話時，需要收音麥克風與播音揚聲器使用時分別靠近使用者之口與耳。然而在嘈雜環境裡，免手持通信變得很困難，此種環境需要收音麥克風具有方向性或可移動性，讓使用者在說話時麥克風指向或靠近使用者之口以獲得較佳之收音。
前述之穿戴式裝置除了為聽力正常者提供通信或休閒用途外，有些穿戴式裝置也可以幫助聽力損傷(Hearing Impaired，HI)之人，藉由放大他們所處環境中想要聽的聲音與降低不悅噪聲來改善他們生活的品質。此類輔助聽力裝置稱為助聽器(Hearing Aids，HA)，已被廣泛使用多年。近十年來，因為科技進步，更多先進之數位信號處理(Digital Signal Processing，DSP)功能被放入了助聽器，但由於產品尺寸之限制，助聽器上收音之麥克風之位置是不可調整的。助聽器使用者有時需轉頭或轉動身體以獲得較佳之收音效果，此種情況在群組討論時會變得更糟。因此如果助聽器上之收音麥克風可以移動調整，或可降低使用者頭或身體移動，與減低因害怕沒聽到重要對話內容而產生的焦慮。此外，一般揚聲器多使用某些特殊材質製造以產生某一固定範圍之聲頻。在多揚聲器之聲頻系統中，各揚聲器被設計產生不同之聲頻使各聲頻加總起來產生悅耳的聲音。目前所有在市場中，讓一般消費者使用之頭戴式耳機或通話耳機均使用固定之單或多個揚聲器。此種設計在聆聽者將頭戴式耳機或通話耳機戴上後，皆無法調整各揚聲器之位置組態。
雖然有些具有方向性麥克風或可調揚聲器之系統或可滿足市場部分需求，但市場對至少一耳機上具可對聆聽者耳道口轉動，以調整入耳聲音相位之不同頻段多揚聲器，及具有至少一可沿方位或高度平面轉動、樞轉、或橫向伸縮之收音麥克風陣列，以選擇最佳化收音與最小化環境噪聲或干擾，進而最終達到個人化最佳聆聽經驗之聲音系統仍有需求。
本發明揭露之實施例皆主要為多方向之穿戴式揚聲器與麥克風系統，前述揚聲器與麥克風系統藉由穿戴式耳機上包含多揚聲器與麥克風陣列改進個人聆聽經驗，且前述耳機能提供聆聽者單及雙耳之聲頻信號。
前述多揚聲器環狀排列在前述耳機上，使其能沿著耳機方位平面轉動。每一揚聲器可產生某特定範圍之聲頻，此多揚聲器可排列於環繞聆聽者耳道口，藉由手動或自動轉動此多揚聲器以得到聆聽者喜歡之聲音相位組合。此工作原理為若將產生高聲頻之揚聲器放置在耳機轉動平面外圓處，及產生低頻之揚聲器置於耳機轉動平面之內圓處，則高聲頻信號之相位變化較低聲頻信號之相位變化明顯很多。
前述麥克風陣列排列於前述耳機上，將外界聲學信號轉換成聲頻信號，此麥克風陣列可藉由沿著陣列方位平面轉動、樞轉、或橫向伸縮來獲得最佳化之收音與最小化環境噪聲干擾。聆聽者可自行調整此麥克風陣列之收音方向以達到最佳收音最小噪聲干擾之目的。
在一般實作中，一種操作在耳機上之穿戴式聲音系統之方法可包括：環繞聆聽者耳道口轉動至少一揚聲器；沿方位平面轉動至少一麥克風使其指向聲源；沿高度平面樞轉或橫向伸縮前述麥克風使其指向聲源。
前述實施方法可配合另一方面，進一步可包含至少一步驟，來偵測聆聽者所偏好前述揚聲器之較佳方向。
前述實施方法可配合另一方面，進一步可包含至少一步驟，使透過一開關連接至少一信號接收器之前述揚聲器可改變其輸出。
前述實施方法可配合另一方面，包含至少一前述揚聲器可順時針或逆時針轉動。
前述實施方法可配合另一方面，包含至少一前述揚聲器可轉動之角度為0°至360°。
前述實施方法可配合另一方面，包含至少一耳機可轉動之角度為0°至360°。
前述實施方法可配合另一方面，包含至少一前述麥克風等間距置於耳機上。
前述實施方法可配合另一方面，包含至少一前述麥克風可沿一直線排列。
前述實施方法可配合另一方面，包含至少一前述揚聲器可環狀排列。
另一方面，前述一般具體例亦可為一穿戴式聲音系統，其包含：至少一耳機；此耳機上至少有一可轉動之揚聲器；至少一麥克風可沿方位平面轉動使其指向聲源；至少一麥克風可沿高度平面樞轉使其指向聲源，其中前述之麥克風或可橫向伸縮使其指向聲源。
習知相關領域者檢視下列之附圖與詳述後，即可理解除了前述具體例外之其餘類似系統、裝置、特徵、與優點。而此系統、裝置、特徵、與優點亦包括在下列之敘述範圍內，與被其後之專利主張範圍及附圖保護。
以下細節敘述僅提供本發明之典範性之解釋，非限制前述之實施例或前述實施例之應用與使用。此處「典範性」或「舉例性」意指「提供一典範、情況、或實例」。任何在此描述為「典範」或「舉例」之實施例，亦非需詮釋成比其他實施方式更適合或更佳。後文所提及之實施例皆為典範性實例，其目的為使熟知相關領域技藝者能製造或使用揭露之實施部分，而非意欲藉由本發明揭露之申請項來侷限範疇。本文中使用之敘述如「上」、「下」、「左」、「後」、「右」、「前」、「垂直」、「水平」，及其衍生之說明皆以圖1所示的方向為參考。再者，任何前述之技術領域、背景、簡介內所陳述或隱含之理論與下文之詳述部分皆非欲對本發明設限。此外圖式中所描述之裝置與處理方式，及下文內說明之規格皆基於後述之專利請求項產生之典範型具體例或發明概念。除非專利請求項註明，在本發明中揭露之具體例相關大小尺寸與其他物理特徵均無特殊限制。
圖1至圖20裡揭露一多方向之穿戴式揚聲器與麥克風聲音系統100。此多方向之穿戴式揚聲器麥克風聲音系統100，後文簡稱「系統100」，可藉由轉動一麥克風陣列112朝向聲學輸入信號或遠離噪聲干擾之方向，及/或藉由耳機外部沿著方位平面502及/或高度平面802轉動、樞轉、或橫向伸縮，以增強聲頻輸入信號，及根據個人偏好來轉動停止多揚聲器300a-e以改變聲頻輸出信號。
圖1為一前述系統100之示意圖，其顯示耳機102之外部101，以垂直麥克風方位平面502的方向橫向移動，使耳機延伸多麥克風114a-c至較佳收音位置。
圖2舉例說明耳機102透過將麥克風方位平面502轉動方式200，使多麥克風114a-c位於較佳收音位置。如圖11之實施例，使用情境1100中多麥克風114a-c之最後停止位置為較佳收音位置。
系統100在一些實施例中可包括配戴在人耳上，提供聲頻輸入信號410之至少一耳機102，此信號可從整合於耳機102之揚聲器或外界輸入人耳。在一非特定實施例中，耳機102可為一具有可調尺寸頭帶104之通話耳機。 而此可調尺寸頭帶104可針對不同聆聽者106頭之尺寸而增減其頭帶半徑長度。使此通話耳機能合適地緊貼不同聆聽者106的頭，且可按照各聆聽者106不同需求以手調整耳機102之位置。進而讓多揚聲器300a-e及麥克風陣列112能位於聆聽者106外耳周圍之較佳位置。
此外需注意的重點是為了簡化後文之敘述與討論，文中「耳機」、「通話耳機」、及「頭戴式耳機」，皆統稱為「耳機」，而其敘述概念可應用於任何習知前案之穿戴式聲音系統。前述之耳機或可包括一置於聆聽者106外耳旁邊類似耳機墊之結構。耳機102亦可包括但不限於：一可調麥克風之通話式耳機、一數位助聽器、一有線之耳塞式耳機(earbud)、一立體聲耳機、隨身聽耳機、一藍牙耳機、一無線耳塞式耳機、一耳掛式耳機、一運動耳塞式耳機。
系統100獨特之處在於使用簡單，可手動或自動的方式來轉動耳機102以增強接收之聲學輸入信號。一實施例中，置於耳機102外部101上之麥克風陣列112可藉由手動或自動使其沿一方位平面502轉動，或使其沿麥克風陣列112之一高度平面802樞轉，或使其沿前述方位平面502之橫向伸縮。此可調性讓聆聽者106在具有不同方向聲頻輸入信號410時能有較佳收音。
圖3舉例說明一具多頻段聲學輸出之多揚聲器300a-e可讓聆聽者106藉轉動多揚聲器獲得較佳之聆聽經驗。聆聽者106可調整某段聲頻獲得某特殊型態之聲音。例如流行樂、演唱會、與音樂劇較需要增強低聲頻段部分，而一些古典樂、實況轉播、或需要強調動物發聲之動物紀錄片等較需要增強高聲頻段部分。藉由聲頻等化器輔助，此多揚聲器可藉由轉動調整產生許多不同聲頻輸入信號410之聆聽模式。
一般習知聲音之高低可由頻率決定，而頻率可定義為在一秒內某週期波的週期數，另外相位可定義為此週期波在某週期內之一瞬時與週期之比值。當一聲波經聲源震動產生後，沿地表傳遞時，在此聲波之同一週期內，行經路徑相對於聲源之不同距離處，具有不同之聲波相位。由於沿地表傳播之聲波常被視為定值，當不同頻率之聲波一起傳遞時，可視為不同波長與週期之聲波一起傳遞。意即在此批聲波行經路徑上，任一聲波週期內不同的位置有不同之聲波相位組合。一般常用的聲波速度為室溫下每秒行進約340公尺，而人類外耳道平均長度約26mm，頻率高於3400 Hz之任何聲波從耳道開口處傳播到耳膜時皆有明顯之相位變化(大於90°，或π/2)，而頻率低於1000Hz之所有聲波在相同行經路徑上之相位變化少很多(小於30°，或π/6)，此相位之變化或可被聆聽者106察覺。此外因耳機之形狀多為圓形，且人類外耳廓相對於耳道口為非對稱形狀，使耳道口在大多數情況下皆不會位於圓形耳機之圓心處，如圖3所示，意即若由圖3設計類似之一耳機，其高頻揚聲器置於耳機圓型之外部，經由轉動後，不同位置至耳膜的距離皆不相同。此不同距離對某一聲頻之聲學輸出信號可產生不同之相位組合。
在某些實施例中，耳機102內可整合複數個揚聲器300a-e來使用。而其中一實施例，多揚聲器300a-e可被設計成在耳機102上轉動，而揚聲器300a、300b、300c、300d、300e各工作在一段聲頻率內，分別為302a、302b、 302c、302d、302e。多揚聲器300a-e可轉動亦可選擇性地聽到至少一段聲頻信號。此多揚聲器可藉轉動改變從揚聲器300a-e輸出信號至聆聽者106耳膜之相位組合，進而達到對聆聽者106偏好之個人化聆聽經驗。
而於前述系統100之一實施例中，如圖3所示，具不同聲頻範圍之五個揚聲器300a-e整合於耳機102內。五個揚聲器可由聆聽者106手動轉動，進而提供聆聽者106喜好之特殊聲音相位組合。
在此舉例說明：如302a所示，第一揚聲器300a可輸出低於1千赫茲(KHz)之聲頻信號。此第一揚聲器300a或可為最大尺寸之揚聲器，以提供更多類似流行樂所強調之低頻能量。如302b所示，第二揚聲器300b可輸出介於1千赫茲至2.5千赫茲之聲頻信號。
進一步舉例說明其他環繞人耳轉動之揚聲器：如302c所示，第三揚聲器300c可輸出介於2.5千赫茲至5千赫茲之聲頻信號。如302d所示，第四揚聲器300d可輸出介於5千赫茲至8千赫茲之聲頻信號。如302e所示，第五揚聲器300e可輸出介於8千赫茲以上之聲頻信號。其中第四揚聲器300d及第五揚聲器300e或可為最小之揚聲器。
此外，當多揚聲器300a-e加上藍牙功能，連結電腦、平板電腦、或智慧手機播放電視節目或影片時，可提供前述不同聲頻輸出之多聲道聲頻信號。
再者，除聆聽各類音樂外，有另一實施例，可讓多揚聲器300a-e提供多聲道環場音效。多聲道環場音效包括至少三獨立聲道，與利用耳機102置於人耳道前後端之多揚聲器，以達到環繞聆聽者106外耳，提供其偏好音效音頻等之目的。
如圖4至圖9所示，耳機102或可加入至少一麥克風陣列112以提供收音功能。此麥克風陣列112或可包括一或多個麥克風，將其置於耳機上使能選擇性接收空間中聲學信號。麥克風陣列112接收後之聲頻信號可進一步以波動傳播模型處理。本發明揭露之麥克風陣列112可接收從空間中一點或多點聲源發出之信號，以適當軟體處理後，產生較佳之聲頻濾波效果。意即利用於耳機102上之至少一麥克風陣列112，可過濾出空間中至少一點聲源發出之聲波。
本發明之另一新態樣為前述耳機102外部101上具有至少一麥克風陣列112，其設計為可轉動、樞轉、及伸縮，此設計可讓麥克風陣列112調整使其在空間中同時接收一或多點聲源並轉換成聲頻信號。
在一實施例中，如圖1所示，麥克風陣列112可沿其方位平面502轉動以獲得較佳之輸入聲頻信號與較小環境噪聲干擾。此動作亦可包括將位於耳機102外部101之麥克風陣列112扭轉。此轉動之操作方式可用來調整各麥克風之方向，以選擇欲接收之某些聲源，經透過多揚聲器播放。
圖4舉例說明一麥克風陣列112內之麥克風114a-c設計為線性排列方式400。圖式中顯示此線性排列方式400，抵達之聲頻輸入信號410，麥克風陣列112之垂射方向402與端射方向404。此處舉例顯示位於方位平面502之聲頻輸入信號410，抵達線性排列方式400之麥克風陣列112。意即，如圖12與圖13所示，欲接收之聲源1008可位於聆聽者106之上方、前方或下方。
此外，前述麥克風陣列112含有多個麥克風呈線性排列，人類語音所含能量大多集中於5千赫茲以下之頻域，而對中高頻人類語音(1千赫茲 ~ 5千赫茲)聲頻來說，其波長介於6公分至33公分之間。因此以1/4-波長作為麥克風陣列元件間距為頭戴式耳機應用之其中一合適選項。
於另一實施例中，麥克風陣列112可橫向伸縮以得到較佳之聲頻輸入信號410及將噪聲干擾減到最小(圖13至圖14)。而於另一實施例中，麥克風陣列112可沿其高度平面802樞轉以得到較佳之聲頻輸入信號410及將噪聲干擾減到最小(圖15)。圖5舉例說明麥克風陣列112對不同抵達方向角(Direction of Arrival，DOA，θ)之聲頻輸入信號410所得到的指向性圖500。一麥克風之指向性常被定義為聲源從極座標上不同角度抵達麥克風時之正規化接收信號強度。此外圖5中亦顯示麥克風陣列112垂射方向402與端射方向404作為參考。由指向性圖500可明顯得知此陣列指向性之最大或最佳值位於θ= 90°或270°，亦即位於此陣列之垂射方向402。
圖6說明麥克風陣列112裡之各麥克風114a-c排列成圓形，各陣列元件間距 d = r*
Figure 02_image001
，此處r為圓之半徑，欲接收聲源之聲頻輸入信號410抵達之角度與前述線性排列麥克風陣列類似，排列方式600如排列方式400相似，其設計目的為改善欲接收信號強度或消除雜訊。
圖7舉例說明圓形排列方式600麥克風陣列112之指向性圖700，傳入之聲頻信號抵達角度θ，垂射方向402，端射方向404，由圖可明顯得知此圓形排列之麥克風陣列112接收信號強度最大值亦位於θ= 90°或270°。此麥克風陣列112亦可置於耳機102上，藉由前述之方式延伸或樞轉耳機102外部達到較佳收音。
圖8舉例說明一種麥克風陣列組態圖800，其中三個麥克風114a-c以線性排列於方位平面502上，另有一高度平面802與陣列所在方位平面502有高度夾角φ。由前述可知此麥克風陣列112之接收信號強度最大值位於方位平面502端射方向上，如本圖所示。
圖9說明前述線性麥克風陣列112內麥克風114a-c位於不同高度角φ，φ= 0°~360°，時之指向性圖900。由指向性圖900可顯見對不同高度角陣列接收信號之最大值位於φ= 0°, 180°，亦即位於麥克風陣列112所在之方位平面502上。由此可知，若耳機102上之麥克風陣列112同時沿方位平面502轉動與沿高度平面802樞轉，其接收信號強度之最大或最佳值會位於陣列之垂射方向。此結論可適用於多數組態之麥克風陣列112。
圖10至圖17說明：當聆聽者106配戴至少一耳機102時，聆聽者106可調整耳機102外部101上之麥克風陣列112，以獲得如前述指向性圖900顯示之較佳收音狀況。圖10舉例說明當至少一欲接收聲源1008，從面對佩戴耳機102聆聽者106最佳之直線方向，發出至少一聲頻輸入信號410之情境。圖11顯示此欲接收聲源1008從麥克風陣列112之垂射方向402，通常為正對聆聽者106之方向，在麥克風陣列112之方位平面上移動至另一位置。耳機102之外部可隨之調整，使麥克風陣列112能在其方位平面上轉動以獲得聲源1008之最佳收音與最低干擾。
因此聆聽者106可自行控制耳機102外部101，藉由手動或自動方式，讓麥克風陣列112在方位平面502及/或高度平面802上轉動、樞轉、伸縮以得到較佳收音。此外，圖12為一使用情境，顯示聆聽者106配戴二耳機102，其外部在預設使用情境1200，以獲得從前方欲接收聲源1008發出聲頻輸入信號410之較大值。
圖13舉例說明聆聽者106配戴二耳機102，其中一耳機外部位於預設原始位置，另一耳機外部101橫向延伸，如使用情境1300所示，以獲得從欲接收聲源1008發出聲頻輸入信號410之較佳收音。圖14為聆聽者106配戴二耳機102，而二耳機102之外部皆橫向延伸，如使用情境1400所示，以獲得從欲接收聲源1008發出聲頻輸入信號410之較佳收音。
除了前述耳機102之各種可能實施例外，圖15說明聆聽者106配戴二耳機102，而二耳機102之外部皆沿麥克風陣列112之高度平面向外樞轉，如使用情境1500所示，以獲得從欲接收聲源1008發出聲頻輸入信號410之較佳收音。
前述之聲頻輸入信號410皆從其他人發出，圖16舉例說明一通話耳機之使用情境1600，其聲源1008亦可為聆聽者106，聆聽者106亦為聲源1008並配戴一耳機102，此耳機102外部沿高度平面樞轉，如使用情境1610所示，以獲得聲頻輸入信號410之較佳收音。
圖17說明另一使用情境1700，其中聆聽者106配戴二耳機102作為手機通話時之耳機，此時聲源1008亦可為聆聽者106，二耳機102外部可有一側，如使用情境1710所示，或雙側，如使用情境1720所示，沿高度平面樞轉以獲得聲頻輸入信號410之較佳收音。
此外在如助聽器的其他應用中，多個揚聲器有可能置於靠近多麥克風之處，對這些實施例而言，此組態有可能在高能量聲頻信號從揚聲器輸出時，因麥克風太靠近揚聲器而透過聲洩漏路徑(leak acoustic paths)產生聲學回饋。此類實施例或可於耳機102裡加入降低或消除回饋之功能。此外，在前述之實施例中，除了轉動麥克風陣列112可降低環境噪聲、降噪、降風噪、及/或人聲增強等功能都可再加入耳機102裡，來進一步改善通話時語音品質。
從前述使用情境300、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、及1700等可知，操作耳機102可提供：1)容易調整從多揚聲器輸出聲音之相位組合；2)藉由麥克風陣列112具有方向性之移動，使麥克風陣列112收音強度之最大值，盡量調整到指向聆聽者106欲接收聲源1008之方向，以獲得較佳之收訊與較低噪聲干擾。
圖18為一操作可穿戴聲音系統之方法，其含有：
移動至少一耳機上之至少一麥克風(步驟10)；
將聲學輸入信號由前述耳機上之麥克風轉換成聲頻輸入信號(步驟11)；
由至少一處理單元處理聲頻輸入信號後產生聲頻輸出信號(步驟12)；
將聲頻輸出信號由前述耳機上之至少一揚聲器轉換成聲學輸出信號(步驟13)。
其一實施例可為：多麥克風114a-c裡，至少一麥克風可在耳機上轉動，而轉動麥克風可在耳機上呈線性或圓形排列。
另一實施例可為：多麥克風114a-c裡，至少一麥克風可在耳機上樞轉。
而另一方式可為：多麥克風114a-c裡，至少一麥克風可在耳機上轉動或樞轉，或多麥克風114a-c裡各麥克風皆可各自轉動與樞轉。
而於另一實施例中，多麥克風114a-c裡，至少一麥克風可橫向伸縮以朝向聲學輸入信號之方向。
另一方式可為：多麥克風114a-c裡，至少一麥克風可在耳機上橫向伸縮以朝向聲學輸入信號之方向。
續前述，前述聲學輸入信號可由麥克風方位平面傳入麥克風，其抵達之方向與麥克風形成一角度θ，其中一種情況可為接收聲音強度之最大值位於θ= 90°。
續前述，前述聲學輸入信號可由麥克風高度平面傳入麥克風，其抵達之方向與麥克風形成一角度φ，其中一種情況可為接收聲音強度之最大值位於φ = 0°。
續前述，前述耳機上麥克風可藉轉動或移動以獲得較佳噪聲抑制，與較佳之聲學輸入信號。而聆聽者106可藉由手動調整麥克風至所欲位置，來降低耳機耗電量，進而延長電池使用時間。
此外還有另一實施例，前述方法可進一步含有：
轉動前述耳機上之多揚聲器300a-e中至少一揚聲器，而此揚聲器可產生某一段聲頻。
另一方式可為：多揚聲器300a-e中至少一揚聲器可置於耳機上轉動。
續前述，揚聲器300a-e中各揚聲器或可依聆聽者106之偏好各自轉動。
另一方式可為：多揚聲器300a-e可各自選擇順時針或逆時針轉動，而其中至少一揚聲器可在耳機上，也就是說揚聲器300a-e可各自獨立順時針或逆時針轉動。
另一方式亦可為：揚聲器300a-e中至少一揚聲器可順逆時針轉動一事先決定之角度，而此事先決定之角度可由30°、45°、60°、90°等中選擇，由各揚聲器300a-e轉動方式之組合產生聆聽者106想要之音效。
續前述，舉例來說，揚聲器300a-e中之一揚聲器可順時針轉動，另一揚聲器可逆時針轉動。另一例可為：揚聲器300a-e中之一揚聲器可順時針轉動，另一揚聲器亦可順時針轉動。還有另一例可為：揚聲器300a-e中之一揚聲器可逆時針轉動，另一揚聲器亦可逆時針轉動。
還有另一方式為：揚聲器300a-e中各揚聲器之位置可由聲頻輸出特性決定，而此聲頻輸出特性可為聲頻信號輸出音量或頻率，而此聲頻輸出特性可由聆聽者106主觀或客觀之偏好產生，此偏好或可為聽力特徵圖、耳道聲學特性、對某些聲音頻率有頻譜加強之喜好等。
此外還有另一實施例，前述方法可進一步含有：
如圖19所示，由至少一處理單元2000偵測揚聲器300a-e之最佳停止位置，而此處理單元2000或可被整合入耳機。也可如圖20所示，此處理單元位於另一電子裝置內，透過有線或無線方式與耳機連接。
另一方式可為：此處理單元2000可被設計成接收聆聽者106主觀偏好或客觀喜好，進而決定當多揚聲器到達最後停止位置時，是否聲頻輸出特性可達到此聆聽者106之主觀偏好或客觀喜好。
另一方式可為：最佳停止位置可由聆聽者106自行決定。因此，聆聽者106或可選擇性調整各揚聲器之位置直到所有揚聲器在聆聽者106想要的位置。換言之，聆聽者106可選擇自行用手或由其他控制器調整各揚聲器之位置。
或有另一方式為：前述多揚聲器可被設計為產生環場音效。此環場音效之聲源可來自事先錄好之聲源，例如一電影或一影片段，或來自麥克風114a-c接收之現場環繞音效，現場環繞音效或可藉由播放麥克風114a-c中每一麥克風之輸入後重現，而亦可由聆聽者106選擇增加或減少由各麥克風之聲頻信號輸入後播出之音量，此功能可幫助聽損者在餐廳或演奏會裡較容易選擇欲聆聽之聲源。
圖19至圖20概述一穿戴式聲音系統與揭露其中一實施例。
此穿戴式聲音系統含有：至少一耳機上有將聲學輸入信號轉換成聲頻輸入信號之至少一可移動式麥克風114a-c，以電氣方式連接至少一前述可移動式麥克風之至少一處理單元2000，以及至少一以電氣方式連接前述處理單元2000之揚聲器300a-e。
在一實施例中，麥克風114a-c中至少一可置於耳機上轉動或扭動，及揚聲器300a-e中至少一可至於耳機上轉動。
另一方式可為：聲頻輸入信號410由一聲源產生，而此聲源輸入信號或可透過前述處理單元2000處理後產生聲頻輸出信號，接著由揚聲器300a-e將聲頻輸出信號進一步轉換成聲學輸出信號。
亦有一方式可為：耳機上之可動麥克風114a-c至少一個可橫向伸縮，意即至少一麥克風可位於耳機上橫向伸縮。
尚有另一方式可為：前述之處理單元2000可基於聆聽者106喜好，處理即時或預錄之前述聲頻輸入信號。
或有另一方式可為：耳機上揚聲器300a-e中至少一可轉動產生聲頻信號，其中，揚聲器300a-e可順時針或逆時針轉動。此外，揚聲器300a-e或可置於耳機上，其中，揚聲器300a-e皆可各自獨立順逆時針轉動。
另一實施例為：耳機可選擇性具有可調尺寸之頭帶或耳掛式機構，因此耳機可貼著聆聽者106頭或耳。此外此耳機或可透過無線方式與遠端裝置連接，而揚聲器300a-e與麥克風114a-c可由遠端裝置控制其移動。
另一實施例可為：處理單元2000用來處理降低回饋，噪聲風聲降低等功能。
熟悉習知相關技術人士可由參考本發明之說明書，各請求項，與附圖而瞭解前述之各優點。
由於本發明陳述之實施例細節可有許多方式修改、變化、與更動，前列之詳述與附圖僅作解釋本發明用途，而非限制本發明範圍。本發明之範圍需由隨附之各請求項及其法律均等性來決定。
10:步驟 11:步驟 12:步驟 13:步驟 100:多方向之穿戴式揚聲器與麥克風聲音系統 101:耳機外部 102:耳機 104:可調尺寸頭帶 106:聆聽者 112:麥克風陣列 114a:麥克風 114b:麥克風 114c:麥克風 200:轉動方式 300:揚聲器放置方式 300a:第一揚聲器 300b:第二揚聲器 300c:第三揚聲器 300d:第四揚聲器 300e:第五揚聲器 302a:第一揚聲器工作之聲頻段 302b:第二揚聲器工作之聲頻段 302c:第三揚聲器工作之聲頻段 302d:第四揚聲器工作之聲頻段 302e:第四揚聲器工作之聲頻段 400:線性排列方式 402:垂射方向 404:端射方向 410:聲頻輸入信號 500:指向性圖 502:方位平面 600:排列方式 700:指向性圖 800:麥克風陣列組態圖 802:高度平面 900:高度角指向性圖 1000:使用情境 1008:欲接收聲源 1100:使用情境 1200:使用情境 1300:使用情境 1400:使用情境 1500:使用情境 1600:使用情境 1610:使用情境 1700:使用情境 1710:使用情境 1720:使用情境 2000:處理單元
下列為本發明所參考之附圖簡述：
圖1為符合本發明具體例之一多方向穿戴式揚聲器與麥克風之聲音系統，顯示耳機外部麥克風之方位平面可伸縮使麥克風位於較佳收音之位置。
圖2為符合本發明具體例之一多方向穿戴式揚聲器與麥克風之聲音系統，顯示耳機外部麥克風之方位平面可轉動使麥克風位於較佳收音之位置。
圖3為符合本發明具體例之一多揚聲器，其中各揚聲器具不同之聲頻輸出，可透過轉動揚聲器以獲得聆聽者偏好之聲音。
圖4為符合本發明具體例之一麥克風線性陣列，顯示聲源抵達陣列之方向，陣列元件之間距，陣列之垂射(broadside)與端射(endfire)方向。
圖5為前述圖4內麥克風線性陣列之指向性(polar pattern)，顯示陣列收音之最大值位於陣列之垂射方向。
圖6為符合本發明具體例之一麥克風圓形陣列，顯示聲源抵達陣列之方向，陣列元件之間距，圓形之半徑，陣列之垂射與端射方向。
圖7為前述圖6內麥克風圓形陣列之指向性，顯示陣列收音之最大值位於陣列之垂射方向。
圖8為符合本發明具體例之一麥克風線性陣列及其相關之方位平面與收音最大值方向，與其位於高度平面上之高度角φ。
圖9為前述圖8之麥克風線性陣列指向性，顯示陣列收音之最大值位於方位平面上，即φ= 0°, 180°。
圖10為符合本發明實施例之一耳機，顯示耳機接收一聲源從最佳直線角度發射之聲頻信號。
圖11為符合本發明實施例之前述耳機，顯示耳機接收一聲源從最佳側角發射之聲頻信號。
圖12為符合本發明實施例之二耳機，顯示聆聽者配戴二耳機位於自然接收位置可達接收聲頻信號之最佳收音效果。
圖13為符合本發明實施例之二耳機，顯示聆聽者配戴一耳機位於自然接收位置，另一耳機之外側延伸以得到接收聲頻信號之最佳收音效果。
圖14為符合本發明實施例之二耳機，顯示聆聽者配戴二耳機之外側皆橫向延伸以得到接收聲頻信號之最佳收音效果。
圖15為符合本發明實施例之二耳機，顯示聆聽者配戴二耳機之外側皆沿麥克風高度平面樞轉，以得到接收聲頻信號之最佳收音效果。
圖16為符合本發明實施例之一耳機，顯示使用者通話時配戴一耳機之外側沿麥克風高度平面樞轉，以得到接收聲頻信號之最佳收音效果。
圖17為符合本發明實施例之一耳機，顯示使用者通話時配戴二耳機之外側沿麥克風高度平面樞轉，以得到接收聲頻信號之最佳收音效果。
圖18為符合本發明實施例之一穿戴式聲音系統之操作方法方塊圖。
圖19為符合本發明實施例之一穿戴式聲音系統之操作系統方塊圖，穿戴式聲音系統包含整合於一耳機內之一信號處理單元。
圖20為符合本發明實施例之一穿戴式聲音系統之操作系統方塊圖，穿戴式聲音系統包含一耳機外之一信號處理單元。
在上述不同的圖式內標示相同元件符號代表各相同元件相對應之敘述。
100:多方向之穿戴式揚聲器與麥克風聲音系統
101:耳機外部
102:耳機
104:可調尺寸頭帶
106:聆聽者
112:麥克風陣列
114a:麥克風
114b:麥克風
114c:麥克風
502:方位平面

Claims (18)

  1. 一種穿戴式聲音系統，含有：至少一麥克風位於至少一頭戴式耳機之可移動外部上，將聲音自聲學輸入信號轉換成聲頻輸入信號；至少一處理單元可處理該聲頻輸入信號以產生聲頻輸出信號；及至少一揚聲器位於該頭戴式耳機上將該聲頻輸出信號轉換成聲學輸出信號；其中，具有該麥克風的該頭戴式耳機之可移動外部可沿該麥克風方位平面之垂直方向橫向延伸與收縮，以獲得較佳之聲頻輸入信號與較小之環境噪聲和干擾。
  2. 如請求項1之系統，其中，具有該麥克風的該頭戴式耳機之可移動外部可沿該麥克風之方位平面轉動，以獲得較佳之聲頻輸入信號與較小之環境噪聲和干擾。
  3. 如請求項1之系統，其中，具有該麥克風的該頭戴式耳機之可移動外部可沿該麥克風之高度平面樞轉，以獲得較佳之聲頻輸入信號與較小之環境噪聲和干擾。
  4. 如請求項1之系統，其中，該處理單元可根據一聆聽者之喜好來處理即時或預錄之聲頻輸入信號。
  5. 如請求項1之系統，其中，該頭戴式耳機上揚聲器設置為可轉動組態，且可操作以產生一段聲頻。
  6. 如請求項5之系統，其中，該頭戴式耳機上揚聲器可順時針或逆時針轉動。
  7. 如請求項5之系統，其中，根據一聆聽者之喜好，可由該處理單元決定該揚聲器之位置與聲頻輸出信號。
  8. 如請求項1之系統，其中，該揚聲器可操作以產生環繞音效。
  9. 如請求項1之系統，其中，該頭戴式耳機包含一可調尺寸之頭帶。
  10. 如請求項1之系統，其中，該頭戴式耳機包含一耳掛之機構。
  11. 如請求項1之系統，其中，該頭戴式耳機為無線。
  12. 一種穿戴式聲音系統之操作方法，含有：移動至少一頭戴式耳機外部上之至少一麥克風；由該頭戴式耳機上之該麥克風將聲學輸入信號轉換成聲頻輸入信號；由至少一處理單元以處理該聲頻輸入信號以產生聲頻輸出信號；由該頭戴式耳機上至少一揚聲器將該聲頻輸出信號轉換成聲學輸出信號；其中，具有該麥克風的該頭戴式耳機上之外部以橫向延伸收縮方式移動，以獲得較佳之聲頻輸入信號與較小之環境噪聲和干擾。
  13. 如請求項12之方法，其中，具有該麥克風的該頭戴式耳機之外部以轉動組態移動，以獲得較佳之聲頻輸入信號與較小之環境噪聲和干擾。
  14. 如請求項12之方法，其中，具有該麥克風的該頭戴式耳機之外部以樞轉組態移動，以獲得較佳之聲頻輸入信號與較小之環境 噪聲和干擾。
  15. 如請求項12之方法，進一步包含轉動該頭戴式耳機上之揚聲器，其中，揚聲器可操作以產生一段聲頻。
  16. 如請求項15之方法，其中，該頭戴式耳機上之揚聲器可順時針或逆時針轉動。
  17. 如請求項15之方法，其中，可基於一聆聽者之喜好，由該處理單元決定該揚聲器之位置與聲頻輸出信號。
  18. 如請求項12之方法，其中，該揚聲器可操作以產生環場音效。
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