CN104254029A - 一种具有麦克风的耳机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有麦克风的耳机，所述耳机包括：扬声器；麦克风单元，包括用于拾取传入的声音的至少一个第一和第二麦克风并且生成至少部分自所述至少第一麦克风产生的第一音频信号以及至少部分自所述至少第二麦克风生成的第二音频信号；信号处理器，被配置为接收和分析所述第一音频信号和所述第二音频信号以确定一个或多个均衡滤波器系数；均衡滤波器，被配置为接收所述第二音频信号以及所述一个或多个均衡系数并且根据所述确定的一个或多个均衡滤波器系数将第二音频信号均衡化以提供输出音频信号，其中，所述一个或多个均衡滤波器系数被确定为使所述输出音频信号的功率谱近似于所述第一音频信号的功率谱。

Description

一种具有麦克风的耳机
技术领域
本发明涉及噪声消除耳机以及例如即使当考虑到声源所述麦克风没有被放置在相对于麦克风的最佳位置时通过确定一个或多个均衡滤波器系数将所述输出音频信号的功率谱近似至最佳功率谱的针对耳机改善音频灵敏度的方法。
背景技术
用于通信的耳机变得逐渐用于语音通信以及在所有的环境中使用。因此减少被传输的语音信号中的噪声的问题变得越来越重要。一些耳机提供用于拾取听觉声音的吊杆，所述吊杆可以是用于直接在所述使用者的嘴部拾取声音的长吊杆，其他吊杆也可以是短吊杆，或者吊杆可具有可调整长度。对于所有的耳机，在不降低信号质量的同时减少噪声的问题是一种挑战。
特别对于专业的用途，已经提供了具有接近声信号源(例如接近使用者的嘴部)的拾音器的吊杆的耳机。通常，这样的麦克风具有调整成在预定距离以及定义明确的角度下接收声信号的方向模式。然而，通常由于麦克风的方向性引起的吊杆相对于所述声源的任何错误放置将导致所述麦克风的性能下降，并且由此降低了由所述耳机提供的信号的质量。
为了保证当使用者戴上耳机时不会被使用者错误地放置麦克风，所述耳机可集成有将使用者的下巴和麦克风对准的罩帽(cup)。然而，这样的罩帽庞大且不实用，并且对于长时间佩戴的使用者来说不舒适。
众所周知，降低麦克风的噪声消除特征可以允许更灵活地放置麦克风。然而，在噪声环境中不考虑所述麦克风是否错误放置，这种折中导致了所述麦克风的性能永久地下降。
此外，在US 7,561,700以及US 7,346,176中，已经建议了一种***和方法以当所述麦克风被错误放置时自动调整噪声消除麦克风。在US7,561,700中，当确定麦克风被错误放置后，所述麦克风的极响应模式被调整具有噪声消除特征的响应(例如八字响应，figure-eight response)切换至全向麦克风。此外还建议了在不同的方向响应状态之间切换麦克风的极性模式响应，例如从八字响应切换至超心形响应、心形以及全向响应，以根据位置错误的严重性提供改进的声源拾取。
然而，同样，在这些文献中，所述噪声消除特征被舍去以便增加当麦克风被错误放置时的拾取灵敏度。
因此，需要提供一种能够保持噪声消除特征而与所述麦克风相对于声信号错放无关的麦克风。
发明内容
本发明的目地是提高耳机麦克风的语音灵敏度。
根据本发明的一个特征，提供了一种用于语音通信的耳机，所述耳机包括扬声器、包括用于拾取传入声音的至少第一和第二麦克风的麦克风单元，并且生成至少部分从至少第一麦克风生成的第一音频信号以及至少部分从至少第二麦克风生成的第二音频信号。所述耳机进一步包括被配置为接收和分析第一音频信号和第二音频信号以确定一个或多个均衡滤波器系数的信号处理器，以及被配置为接收第二音频信号以及一个或多个均衡滤波器系数并且根据确定的一个或多个均衡滤波器系数将第二音频信号均衡化以提供输出音频信号的均衡滤波器。所述一个或多个均衡滤波器系数可以被确定为将所述输出音频信号的功率谱近似于第一音频信号的功率谱。
或者，此外，所述一个或多个均衡滤波器系数可以被确定使得输出音频信号的功率谱和第一音频信号的功率谱的比近似于一个预定目标比。
所述信号处理器可以通过在信号处理器中分析第一音频信号和第二音频信号确定均衡函数Heq(f)，并且根据确定的均衡函数Heq(f)均衡化第二音频信号以提供输出音频信号。所述输出音频信号可具有与第一音频信号相当的频率响应。
根据本发明的另一方面，提供了一种麦克风***，麦克风***包括一种包括用于拾取传入声音的至少第一和第二麦克风并且生成相应的第一和第二音频信号的麦克风单元，其中，第一音频信号至少部分从至少第一麦克风生成，以及第二音频信号至少部分从至少第二麦克风生成。所述耳机进一步包括被配置为接收和分析第一音频信号和第二音频信号以便确定一个或多个均衡滤波器系数的信号处理器，以及被配置为接收第二音频信号以及一个或多个均衡滤波器系数并且根据确定的一个或多个均衡滤波器系数均衡化第二音频信号以便提供输出音频信号的均衡滤波器。
所述一个或多个均衡滤波器系数可以被确定以便所述输出音频信号的功率谱近似于第一音频信号的功率谱。
根据本发明的进一步特征，提供了一种用于改善耳机的语音灵敏度的方法。所述耳机包括扬声器和包含包括至少一个第一和第二麦克风的麦克风单元，所述方法包括从所述至少第一和第二麦克风生成至少第一和第二音频信号并且处理第一和第二音频信号以将输出音频信号的功率谱近似于第一音频信号的功率谱。
所述方法进一步包括通过所述至少第一和第二麦克风接收声信号的步骤，由所述至少第一和第二麦克风生成第一音频信号和第二音频信号的步骤，分析第一和第二音频信号以便确定一个或多个均衡滤波器系数并根据确定的一个或多个均衡滤波器系数均衡化第二音频信号以提供输出音频信号的步骤。所述一个或多个均衡滤波器系数可以被确定为将所述输出音频信号的功率谱近似于第一音频信号的功率谱。
或者，此外，所述方法可以包括根据频率的函数确定第一音频信号和第二音频信号之间的功率比以及使用所述功率比均衡化第二音频信号的步骤。
所述耳机还可以包括诸如麦克风吊杆的吊杆。吊杆通常是纵向臂并且吊杆可以从使用者的耳部朝向使用者的嘴部延伸。吊杆可以是一种用于直接在使用者的嘴部拾取声音的长吊杆，吊杆也可以是短吊杆，或者吊杆具有可调整长度。
所述麦克风吊杆可具有连接音频到一个或多个麦克风的开口。所述麦克风可以设置在麦克风吊杆中，或者所述耳机可以包括一种听筒或者耳罩并且一个或多个麦克风可以设置在听筒中。在后面的示例中，所述麦克风开口可以经由发音管或者通道例如在所述麦克风吊杆内被连接至至少两个麦克风。在一些实施方式中，所述麦克风吊杆具有至少两个麦克风开口并且所述至少两个麦克风开口连在所述至少第一和第二麦克风。
对于耳机，麦克风的噪声消除特性是重要特性，特别是如果所述耳机在例如办公环境或者呼叫中心环境的噪声环境中使用。因此，耳机麦克风通常为噪声消除麦克风。噪声消除麦克风通常具有对较远声音降低灵敏度，并且对来自附近声源的声音增加灵敏度。然而，通常所述灵敏度是方向性的，使得所述灵敏度依赖于所述麦克风相对于声源的位置，例如通常相对于使用者的嘴部。因此，当所述麦克风或者麦克风吊杆被正确地放置在相对于所述声源的位置时实现最佳灵敏度，并且如果所述麦克风或者麦克风吊杆相对于声源偏离优选轴时灵敏度会减小。因此，当所述麦克风偏离优选轴位置时声信号的频率响应可以递降。
当使用者佩戴耳机时，通常所述麦克风吊杆可以以一定的灵活性定位以便适应具有不同的头部形状和尺寸的左右耳使用的使用者等。然而，这样同样允许了所述麦克风开口相对于所述使用者的嘴部的错误位置。
在一些实施方式中，所述麦克风例如至少第一和第二麦克风可以放置在所述麦克风吊杆中，与所述麦克风吊杆中的麦克风开口声学通信。所述麦克风可以被电连接至麦克风单元的可以放置在吊杆外部例如听筒中的其它元件。
在一些实施方式中，麦克风吊杆可具有麦克风开口，并且发音管或者声道可以被提供为引导声音朝向放置在头戴耳机中的麦克风，因此整个传声器组件可以设置在使用者的耳部。因此，所述麦克风开口可以例如经由发音管或者通道连接至诸如至少两个麦克风的麦克风。
为了获得没有或者减少了的噪声的声输出，通常第一和第二麦克风之一可以是一种噪声减少或者噪声消除麦克风。在本发明中，所述麦克风单元可以包括噪声消除麦克风的麦克风，例如减噪麦克风等。麦克风单元可以包括定向麦克风，并且可以包括一个或多个有源或者无源噪声滤波器。
噪声消除麦克风还可以通过使用两个全向麦克风来设置，并且从第一和第二全向麦克风获得方向响应。
通常，波束形成器设置在所述麦克风单元中，并且来自所述麦克风的输出音频信号，例如第一和第二音频信号可具有任何来源于至少两个麦克风例如来自两个或多个全向麦克风、来自至少全向麦克风和定向麦克风等的指向模式。
所述波束形成器可以是无源或者有源波束形成器，并且可以使用空间滤波获得期望的输出模式。
通常，麦克风单元包括至少一个麦克风，例如至少一个第一和第二麦克风，并且所述麦克风单元还可以包括被配置为接收例如第一和/或第二麦克风输出信号的麦克风输出信号的波束形成器，以及分别输出例如第一和/或第二音频信号的波束形成信号。
所述麦克风单元包括多个麦克风，以及接收所述多个麦克风输出信号形成期望的波束的波束形成器，例如用于所述输出波束的期望的极性模式。例如，麦克风单元可以包括多个麦克风，以及波束形成器可以接收多个麦克风输出信号并且产生作为来自所述多个麦克风的音频信号的加权和生成的输出波束形成信号，例如第一和/或第二音频信号。
耳机可以包括用于转换模拟音频信号至用于处理的数字音频信号的模数转换器。所述模数转换器可以设置在所述麦克风单元中并且可以被配置为接收麦克风的输出信号(或者如果适用，波束形成信号)并且分别产生数字输出(波束形成的)信号，例如第一和第二音频信号。可替换地，模数转换器可以设置在信号处理器中，并且在所述信号的信号处理之前立即转换所述信号。
在一些实施方式中，第一麦克风呈现出全向振动频率响应，和/或第二麦克风呈现出噪声消除频率响应。
通常，耳机具有头戴耳机以及麦克风，波束形成器和/或所述信号处理器可以设置在头戴耳机中。
信号处理器可以被配置为接收从至少第一麦克风生成的至少第一音频信号，以及至少部分从至少第二麦克风生成的第二音频信号。所述信号处理器是自适应块。
在一些实施方式中，第一和第二麦克风呈现出不同的频率响应，因此第一和第二麦克风的极性模式不相似，使得第一麦克风呈现出第一频率响应，并且第二麦克风呈现出第二频率响应。
所述第一音频信号例如从全向麦克风获取，以及第二音频信号例如从任一噪声消除麦克风或者多个麦克风获取，其中来自所述多个麦克风的输出被提供至一个或多个波束形成器以便提供具有方向性麦克风或者噪声消除麦克风的特征的波束成形音频信号。
已经发现，如果具有噪声消除麦克风的麦克风吊杆相对于声源次优放置，所述噪声消除麦克风可以不考虑麦克风或者吊杆的布置，保持它的噪声消除性能。然而，所述语音拾取灵敏度会由于麦克风或者麦克风吊杆例如在麦克风吊杆中的麦克风开口的错误放置而降低。例如，由于错误放置，所述声信号例如语音的级别会减小以及声信号的频率响应也会降低。
信号处理器可以被配置为接收和分析至少第一音频信号和第二音频信号确定滤波系数，例如均衡滤波器系数。例如均衡滤波器的滤波器可以被配置为接收所述第二音频信号和例如所述均衡滤波器系数的所述滤波系数，并且根据所述确定的滤波系数(例如根据确定的均衡滤波器系数)过滤或者均衡所述第二音频信号，以便提供输出音频信号。所述滤波系数均衡滤波器系数可以被确定以使所述输出音频信号的功率谱近似于所述第一音频信号的功率谱。可选地，或者此外，诸如均衡滤波器系数的滤波系数被确定使得所述输出音频信号的所述功率谱和所述第一音频信号的所述功率谱的比近似于预定的目标比。
所述信号处理器或者自适应块，可以被配置为自适应地确定均衡滤波器系数。因此例如来自所述输出音频信号的反馈或者来自所述滤波器的反馈可以提供至所述信号处理器以便自适应性地确定所述滤波系数。
此外，所述信号处理器可以被配置为分析例如所述第一音频信号和所述第二音频信号的传入信号，以针对所述至少第一和第二音频信号确定取决于频率的均衡函数Heq(f)。
因此，所述信号处理器可以接收和分析例如所述第一和第二信号的所述传入信号。所述传入信号的分析可以包括确定例如所述传入信号的互相关和自相关的信号相关性。所述信号相关性可以在时域或者频率域或者时间频率域中执行。分析可以使用任何已知的用于分析音频信号的变换执行，例如如傅里叶变换、快速傅里叶变换、短时傅里叶变换、离散傅里叶变换等。传入信号的互相关和自相关可以建立所述信号的相似性。所述均衡函数Heq(f)可以是为所述音频信号提供频率依赖滤波函数的均衡函数。所述均衡滤波器因此可以建立频率依赖增益，以及例如将频率依赖增益应用到第二音频信号并且由此放大第二音频信号。
在一个或多个实施方式中，所述输出音频信号具有平坦的频率响应，例如一种在可疑的频率范围内以分贝在相对响应中具有有界变差的频率响应，例如小于1dB或者小于3dB的变化。
在一些实施方式中，所述分析包括根据频率确定所述音频信号之间的功率比例如第一音频信号和第二音频信号之间的功率比，并且所述处理器可以根据功率比或功率比的函数确定均衡函数。
所述均衡函数通常被提供至均衡滤波器，所述均衡滤波器被配置为接收第二音频信号以及均衡函数Heq(f)。均衡滤波器根据确定的均衡函数Heq(f)将所述第二音频信号均衡化。所述均衡滤波器的输出，即所述输出音频信号可以由此获得与第一音频信号相当的频率响应。
所述均衡函数可以被确定为所述传入的音频信号的互相关(例如第一和第二音频信号的互相关)与第二音频信号的自相关之间的比。所述均衡函数为Heq(f)＝S12(f)/S22(f)，其中S12表示所述第一和第二音频信号的互相关，S22表示所述第二音频信号的自相关，以及f为频率。
在一个或多个实施方式中，所述第一音频信号从全向麦克风组件获取，以及所述第二音频信号从噪声消除麦克风组件获取，因此所述第一和第二音频信号从相应的第一、第二麦克风获取以提供期望的极性模式。在本申请中，提及的第一麦克风或者第二麦克风可以指一个或多个具有一个或多个麦克风的装置。
通常来自所述噪声消除麦克风的所述音频信关于所述传声器组件相对于例如使用者的嘴部的所述声源的放置是灵敏的，而全向麦克风关于所述麦克风的放置，例如用于所述全向麦克风的麦克风开口以及所述麦克风吊杆的布置更能容忍。
第二音频信号可以保持噪声降低或者噪声消除的特征而不论所述麦克风的放置，例如所述麦克风的麦克风开口放置。因此，所述第二麦克风的噪声灵敏度，例如噪声消除麦克风可以保留即使所述麦克风或者所述麦克风吊杆被错误放置。然而，如果所述第二麦克风被错误放置，音频或者语音拾取的灵敏度可能减小，使得所述音频或者语音的级别减小，以及此外，所述音频或者语音信号的频率响应会因为麦克风的错位而降低。
通过用自适应块分别分析来自具有全方向和噪声消除响应的所述第一和第二麦克风的音频信号，可以确定传递函数，例如第一和第二音频信号之间的比。所述第二音频信号可以使用所述传递函数均衡化，以由此产生表示来自当前噪声消除麦克风组件，例如麦克风开口或者麦克风吊杆，的(错误)位置的信号的噪声消除的波束形成输出，以及基本对应于最佳位置的麦克风的音频或者语音的增益，例如全向麦克风。
所述信号处理器可以进一步包括语音活动检测器(VAD)，被配置为检测使用者何时说话，使得所述语音活动检测器可以检测人讲话的存在或不存在。
可以从第一或者第二音频信号中生成表示所述使用者是否对着所述耳机麦克风讲话的语音活动检测信号(VAD信号)。所述语音活动可以被所属技术领域的专业人员已知的任何方式检测。
例如，所述语音活动检测单元，例如VAD模块，可以测量具有特定的50毫秒的时间常量的所述第一音频信号的功率P1(t)，并且所述VAD信号被产生为
如果P1(t)>Pth，Vad(t)＝真，否则为假，
在此，Pth是与预定的功率阈值相当的预定常量。
在一个或多个实施方式中，所述信号处理器被配置为当例如通过语音活动检测器检测到使用者讲话时分析所述第一和第二音频信号。
在一个或多个实施方式中，所述音频信号可以进一步在信号处理器中处理以藉此检测并提供次最佳放置麦克风的标识，例如次最佳放置麦克风开口或者麦克风吊杆。此外，在检测到所述次最佳位置时，可以相应地补偿所述音频信号。
附图说明
图1示出了佩戴具有麦克风吊杆的耳机的耳机使用者，
图2示出了佩戴耳机的使用者的侧视图，
图3示出了耳机的侧视图，
图4示出了耳机的另一个侧视图，
图5示出了根据本发明的方法的流程图，
图6示意性地示出了具有两个麦克风的麦克风单元，
图7a至图7c示出了根据本发明的麦克风***的实施方式，
图8示出了根据本发明的另一个方法的流程图，以及
图9示出了取决于麦克风配置和位置的麦克风的灵敏度。
具体实施方式
图1示出了使用者5佩戴用于通信的示例性耳机1。示出的所述耳机1是一种二元的或者双耳的耳机，在各耳部处具有听筒2，所述两个听筒2通过头带3互联，在使用者的头部10延伸，以及一个麦克风吊杆7。所述听筒2各自具有一个耳机软垫9朝向使用者的耳部8。
尽管在图中示出了二元的耳机1，但是可以使用任何风格的耳机，例如单元和二元的听筒，使用头带、颈带、耳钩以及任何其它等组合，所述听筒可以是耳内耳机风格的听筒、耳上环绕风格的听筒等，以及所述麦克风可以设置在麦克风吊杆、如同轴麦克风在听筒中。
如示出的所述耳机2具有用于拾取声学声音的麦克风吊杆7，如示出的所述麦克风吊杆7是一种用于直接在所述使用者的嘴部6拾取声音的长麦克风吊杆7。或者所述麦克风吊杆7可以是短麦克风吊杆，或者可具有可调整的长度。
所述麦克风通常已经被设计为放置在所述使用者5的嘴部6的声源有关的最佳位置上。
将具有拾音器的麦克风吊杆7放置在接近例如使用者的嘴部6的声信号源是有利的，例如对应的麦克风在此可以被配置为在预定距离和定义明确的角度以及通常具有定向模式的情况下接收所述声信号。然而，相对于所述声源6错误放置的所述麦克风吊杆，通常由于所述麦克风的方向性导致所述麦克风的性能下降，并且由此降低了来自所述耳机1的信号的质量。例如，所述麦克风吊杆7将要成为被错误放置的常规定向传声器并且所述声信号将会失真。
在图2中，所述具有拾音器的麦克风吊杆7处于所述使用者的嘴部6的正前方的最佳位置，并且呈角度的替换了示出紧靠使用者的嘴部的麦克风吊杆7’和7’’。根据本发明所述耳机实质上对这样较小的拾取声音的误放不敏感，这是本发明的一个优点。
在图3中，所述耳机示出了更多的细节，并且具有拾音器区域11的麦克风吊杆7示出在声源(未示出)前方放置的位置，即在相对于所述声源的最佳的麦克风位置。所述麦克风吊杆7’和7’’从最佳麦克风位置进行角位移，并且本发明的优点为麦克风的拾音灵敏度并没有因为角位移a1，a2直至10°变化，例如，直至15°、20°乃至30°。
所述麦克风吊杆7可以不考虑穿著风格被错位放置。所述麦克风吊杆7例如可以围绕耳机的中心12旋转，并且当所述使用者5将耳机1戴上时所述麦克风吊杆7会被错位放置。同样，如果所述耳机被错位放置在所述使用者的头上时，所述麦克风吊杆是倾斜的。
在图4中示意性地示出了所述耳机1的侧视图。呈现了所述听筒2的内侧，即通常面向使用者的头部或者脸颊的一侧。
在所述麦克风吊杆7中提供了第一拾音器14和第二拾音器15。所述拾音器14、15的开口通常在所述麦克风吊杆中，并且所述开口14、15可以通过例如一种网孔的保护片进行保护。
所述麦克风直接在所述麦克风吊杆7中提供，并且为了进行处理被电连接(连接未示出)到听筒2，或者所述麦克风吊杆7可以包括用于引导声音从拾音器14、15到听筒2中的麦克风16、17的声道(未示出)。
所述第一和第二麦克风被设置在麦克风单元29中，并且所述第一和第二麦克风16、17拾取传入声音(即在开口14、15上进入的声音)并且所述麦克风单元29分别输出第一音频信号21和第二音频信号22。所述耳机2进一步包括例如数字信号处理器或者自适应块的处理器，被设置在所述听筒2中并且被配置为接收从所述至少第一麦克风开口14生成的所述第一音频信号21，以及至少部分从所述至少第二麦克风开口15生成的第二音频信号22。
所述信号处理器18被配置为在第一输入端25接收所述第一音频信号21以及在第二输入端26接收第二音频信号，并且分析所述第一音频信号21和第二音频信号22以根据频率确定均衡函数Heq(f)。所述均衡函数Heq(f)23和第二音频信号22被提供给根据确定的均衡函数Heq(f)23将第二音频信号22均衡化的均衡器19。所述来自均衡器19的输出音频信号24依次提供至扬声器20。本发明的优点为输出音频信号通常具有与第一音频信号的频率响应相当的频率响应。
在图5中示出了根据本发明改善音频灵敏度的方法50的流程图：在步骤51中，声信号由至少第一和第二麦克风16、17接收，并且在步骤52中，来源于所述至少第一和第二麦克风16、17的第一和第二音频信号被生成。在步骤53中，在信号处理器18中通过分析所述第一音频信号和第二音频信号生成均衡函数Heq(f)，在之后的步骤54中，所述第二音频信号根据确定的均衡函数Heq(f)被均衡化以提供输出音频信号。所述输出音频信号可具有与第一音频信号相当的频率响应。所述输出音频信号最好具有平坦的频率响应。
图6示出了具有至少第一和第二麦克风16、17的麦克风单元。所述麦克风单元29包括用于接收传入声音的第一麦克风30并且第一麦克风30输出第一麦克风信号32。所述麦克风单元29进一步包括用于转换所述模拟第一麦克风信号成为数字声频信号的模数转换器36，例如转换成第一音频信号。
所述麦克风单元29还可以包括用于接收传入声音的第二麦克风31并且第二麦克风31输出第二麦克风信号33。所述第二麦克风信号以及来自第一麦克风的所述第一麦克风信号被提供给波束形成器35。所述波束形成器35输出第二模拟音频信号32。所述麦克风单元29进一步包括用于转换所述第二模拟音频信号成为数字声频信号的模数转换器37，例如转换成第二音频信号。尽管第一和第二模数转换器36、37在所述麦克风单元29中示出，所述模数转换器同样可以被设置在信号处理器18中，使得模拟音频信号从麦克风单元29传输到信号处理器18用于模数转换以及分析。
在本实施方式中，所述第一麦克风和第二麦克风为全向麦克风。所述第一音频信号来源于所述第一全向麦克风，通常用于所述全向麦克风的频率响应是一种平坦的频率响应，即在正在谈论的频率范围内的分贝相对灵敏度上具有有界变差，例如小于1分贝的变化，或者小于3分贝的变化。
为了提供定向麦克风信号，所述第一麦克风信号和第二麦克风信号被提供至波束形成器35并且所述第二音频信号来源于所述全向麦克风30、31的波束形成输出。
在图7a至图7c中示出了不同的用于耳机的麦克风信号处理***配置。
在图7a中，与如图6中所示的麦克风16、17相当的麦克风配置提供了两个接收所述传入音频的全向麦克风。所述第一和第二音频信号被提供至信号处理器18并且所述传递函数Heq(f)被确定。声音活动检测器(VAD)27在所述麦克风单元29和所述信号处理器之间。VAD可以设置在任一所述的第一音频信号或第二音频信号中。在目前的情况下，所述VAD接收至少一部分所述第一音频信号32和VAD信号28。VAD信号28当检测到声音时为真(true)否则为假(false)。Heq(f)23以及第二音频信号33被提供至均衡滤波器19。所述均衡滤波器19的输出41可以选择回到所述信号处理器18提供反馈42到信号处理器18，以便提供一种自适应信号处理过程。任意的所述信号处理器此外可以计算一种增益以补偿错放位置，使得所述均衡滤波器19的输出41通过放大器38放大。所述输出信号是均衡的噪声消除输出24。
在图7b中，所述***包括第一麦克风30和第二噪声消除麦克风39。在这种情况下第二麦克风信号33被直接提供到信号处理器18。通常所述噪声消除麦克风是一种定向麦克风，诸如具有定向极性模式、八字形极性模式或者心形极性模式等的麦克风。通常，噪声消除麦克风具有随频率变化的频率响应，例如当频率范围在102至104Hz时会有10dB至15dB的变化。
在图7c中，所述***包括多个麦克风30、39，多达n个麦克风。所述***包括波束形成器以保证形成具有全向极性模式和定向极性模式的波束。所述第一音频信号32来源于具有全向极性模式的波束，以及第二音频信号33来源于具有定向极性模式的波束。
尽管VAD27和自适应反馈42只在图7a中示出，但是这些特征可以施加到任何麦克风设置中。
在图8中示出了根据本发明的另一个方法的流程图。在第一步骤61中声信号被所述至少第一和第二麦克风接收，以及在步骤62中生成来源于所述至少第一和第二麦克风的第一音频信号和第二音频信号。在步骤63中分析所述第一和第二音频信号以便确定均衡滤波器系数，以及在步骤64中根据确定的均衡滤波器系数将第二音频信号均衡。据此，提供了输出音频信号，其中，所述输出音频信号的功率谱近似于所述第一音频信号的功率谱。
所述滤波器系数可以所属技术领域的专业人员已知的任何方式确定。因此，所述滤波器系数可以使用傅里叶变换、最小均方等的传递函数确定。
所属技术领域的专业人员将会领会有许多可能的方法用于确定一个或多个均衡滤波器系数，并在以下简要概括。
例如，所述信号处理器18或者自适应块可以分别估计所述第一和第二音频信号的平均功率谱S11(f)和S22(f)。通常所述估计只有当检测到声音活动时执行。
因此，S11(f,t)和S22(f,t)可以被确定为：
S11(f,t)＝(β*S11(f,t-T)+(1-β)*P1(f,t))if vad(t),S11(f,t-T)if not vad(t)
S22(f,t)＝(β*S22(f,t-T)+(1-β)*P2(f,t))if vad(t),S22(f,t-T)if not vad(t)
其中vad(t)是声音活动检测信号，其中，当检测到声音活动时为真(true)并且当没有检测到声音活动时为假(false)，P1(f,t)和P2(f,t)是所述第一和第二音频信号的瞬时功率谱，相应的时间t和T是S11和S22的更新之间的间隔。
所述信号处理器18可以产生如下的均衡传递函数HEQ(f,t)：
HEQ(f,t)＝sqrt(S11(f,t)/S22(f,t))*Htarget(f)
其中Htarget是一种预定的目标响应。所述均衡滤波器系数然后可以通过HEQ(f,t)的离散傅里叶逆变换、DFT生成：
heq(t)＝IDFT(HEQ(f,t))
其中IDFT表示逆数字(或者离散)傅里叶变换以及heq(t)是滤波器系数在时间t的向量。
所述均衡滤波器可以随时间改变滤波器系数的FIR滤波器实现，并且可以接收heq(t)作为它的系数。
在另一个实施例中，与以上示例相当，所述均衡滤波器可以使用基于快速傅里叶变换、FFT的卷积，例如根据重叠相加或者重叠保留原理来实现：
X1(f,t)＝DFT(xb2(t))
Y(f,t)＝DFT(heq(t))*X1(f,t)
yb(t)＝IDFT(Y(f,t))
其中，DFT和IDFT分别表示数字傅里叶变换和逆数字傅里叶变换，考虑到重叠相加或者重叠保留原理的限制，xb(t)表示在时间t时所述第二音频信号的样本的块(向量)，yb(t)表示在所述输出音频信号在时间t的块。
或者，所述均衡可以使用根据所述重叠相加或者重叠保留原理的基于快速FFT的卷积实现，参见下文。所述均衡滤波器可以直接使用HEQ(f,t)作为它的滤波器系数：
Y(f,t)＝HEQ(f,t)*X1(f,t)
在另外的示例中，所述滤波器系数如上述的任何示例确定，并且其中所述信号处理器18在检测到声音活动的条件下估计所述第一和第二音频信号的平均交叉功率谱：
S12(f,t)＝(β*S12(f,t-T)+(1-β)*X1(f,t)*conj(X2(f,t)))如果vad(t),S12(f,t-T)如果不是vad(t)
其中，X1(f,t)和X2(f,t)分别是所述第一和第二音频信号的瞬时频谱，并且conj()表示复共轭性。
所述均衡传递函数HEQ(f,t)然后可以如下生成：
HEQ(f,t)＝S12(f,t)/S22(f,t)*Htarget(f)
或者，所述均衡传递函数HEQ(f,T)可以生成为
HEQ(f,t)＝abs(S12(f,t)/S22(f,t))*Htarget(f)
其中，abs()表示绝对值，并且所述均衡滤波器系数可为如上所述的每一个传递函数生成。
在另外的示例中，所述信号处理器18可以估计所述第一音频信号和所述输出音频信号的瞬时功率谱P1(f,t)和PY(f,t)。所述均衡传输响应可如下生成：
HEQ(f,t)＝HEQ(f,t-T)如不是vad(t),HEQ(f,t-T)+u1如果(vad(t)andP1(f,t)>PY(f,t)),HEQ(f,t-T)-u2如果是(vad(t)and P1(f,t)<＝PY(f,t))
其中，u1和u2为自适应步长。所述初始HEQ为：
HEQ(f,0)＝Htarget(f)
或者，所述信号处理器18可以分别估计所述第一音频信号和所述输出音频信号的瞬时功率谱P1(f,t)和PY(f,t)。所述均衡传输响应然后可以如下生成：
HEQ(f,t)＝HEQ(f,t-T)如果不是vad(t),HEQ(f,t-T)*c1如果是(vad(t)andP1(f,t)>PY(f,t)),HEQ(f,t-T)/c2如果是(vad(t)and P1(f,t)<＝PY(f,t))
其中，c1和c2为自适应步长。
在更进一步示例中，所述均衡滤波器可由不同转换频率响应H(f,k)的有限集实现，并且所述信号处理器可以挑选这些组合以便最小化费用函数。
Cost(k,t)＝sum(W(f)*(H(f,k)－HEQ(f,t))对于f＝fmin..fmax
在另一个实施例中，所述自适应块可以实现标准LMS自适应方案。
e(t)＝x1(b)–y(t)
heq(t+T)＝heq(t)+u*e(t)*xb2(t)if vad(t),heq(t)if not vad(t)
其中，u为自适应步长以及xb2(t)是在时间t时的第二音频信号样本的块/向量。
所述均衡滤波器可以实现为FIR滤波器，并且可以接收heq(t)作为它的系数。
或者，所述自适应会遵循NLMS算法(标准化LMS)：
heq(t+T)＝heq(t)+u*e(t)*xb2(t)/p2(t)if vad(t),heq(t)if not vad(t)
其中，p2(t)是第二音频信号在时间t与预定时间常量同时测量的功率。
如另一个替代方案，LMS算法可以在频域中执行。
图9示出了具有麦克风吊杆的耳机的灵敏度的仿真，其中，所述麦克风吊杆被设计成放置在最佳麦克风位置(其可以称作嘴部参考点MRP)。所述仿真已经利用两个不同的麦克风配置执行，实线曲线91是标准噪声消除麦克风在最佳麦克风位置的模拟，曲线92是距离最佳的麦克风位置3cm远的位置，以及曲线93是距离最佳麦克风位置6厘米远的位置。虚曲线是根据本发明利用两个全向麦克风并且进行DSP处理的模拟，所述两个全向麦克风的间距为7.5mm。曲线94示出了当所述麦克风处于最佳位置时的灵敏度，曲线95示出了离所述最佳位置3cm的位置的灵敏度，以及虚曲线示出了离最佳位置6厘米远的位置的灵敏度，并且可以了解到传统噪声消除麦克风特别是在低频率时丢失灵敏度，反之根据本发明的耳机的仿真呈现了几乎不变的灵敏度，例如在102-104的频谱上的灵敏度变化小于1dB。
尽管具体的本发明的实施方式已经示出并描述，应当理解的是其示出和描述的实施方式不旨在限制要求的发明为优选实施方式，并且本领域中的技术人员可以在不偏离要求的发明的精神上和范围内对其做出各种改变和修改。因此说明书和附图只作为说明性目的而不是为了限制目的。要求的发明旨在覆盖替代物、变形物以及等同物。
附图符号说明
1    耳机
2    听筒
3    头带
4    麦克风吊杆
5    使用者
6    声源/嘴部
7    麦克风吊杆
8    使用者耳部
9    耳机软垫
10   使用者的头部
11   拾音区
12   听筒中心轴
13   中心轴
14   第一拾音器/第一麦克风开口
15   第二拾音器/第二麦克风开口
16   第一麦克风
17   第二麦克风
18   信号处理器
19   均衡器
20   扬声器
21   第一音频信号
22   第二音频信号
23   Heq(f)
24   输出音频信号
25   第一输入端
26   第二输入端
27   VAD
28   VAD信号
29   麦克风单元
30   第一麦克风
31   第二麦克风
32   第一麦克风信号
33   第二麦克风信号
34   第一麦克风
35   第二射束形成器
36   第一模数转换器
37   第二模数转换器
38   增益
39   第n个麦克风
40   噪声消除麦克风
41   均衡输出信号
42   自适应反馈

Claims (16)

1.一种用于语音通信的耳机，所述耳机包括
扬声器，
麦克风单元，包括用于拾取传入的声音的至少第一麦克风和第二麦克风，并且生成至少部分从所述至少第一麦克风生成的第一音频信号以及至少部分从所述至少第二麦克风生成的第二音频信号，
信号处理器，被配置为接收和分析所述第一音频信号和所述第二音频信号以确定一个或多个均衡滤波器系数，
均衡滤波器，被配置为接收所述第二音频信号和所述一个或多个均衡化系数，并且根据确定的所述一个或多个均衡滤波器系数将所述第二音频信号均衡化以提供输出音频信号，
其中，所述一个或多个均衡滤波器系数被确定为使所述输出音频信号的功率谱近似于所述第一音频信号的功率谱。
2.根据权利要求1所述的耳机，其中，所述一个或多个均衡滤波器系数被确定使得所述输出音频信号的所述功率谱与所述第一音频信号的所述功率谱的比近似于预定的目标比。
3.根据前述的任一权利要求所述的耳机，其中，所述一个或多个均衡滤波器系数根据传递函数Heq(f)＝S12(f)/S22(f)确定，其中，S12表示所述第一音频信号和所述第二音频信号的互相关频谱，以及S22表示所述第二音频信号的自相关频谱。
4.根据前述的任一权利要求所述的耳机，其中，所述耳机进一步包括具有至少两个麦克风开口并且将所述至少两个麦克风开口连接至所述至少第一麦克风和第二麦克风的麦克风吊杆。
5.根据前述的任一权利要求所述的耳机，其中，所述第二麦克风是噪声消除麦克风。
6.根据权利要求4至5中任一项所述的耳机，其中，所述第一麦克风和/或所述第二麦克风被分开设置在所述麦克风吊杆中。
7.根据前述的任一权利要求所述的耳机，其中，所述耳机包括听筒，并且其中，所述信号处理器被设置在所述听筒中。
8.根据前述的任一权利要求所述的耳机，还包括被配置为检测使用者何时说话的语音活动检测器。
9.根据权利要求8所述的耳机，其中，所述信号处理器被配置为当使用者说话时分析所述第一音频信号和所述第二音频信号。
10.根据前述的任一权利要求所述的耳机，其中，所述均衡滤波器将频率依赖增益应用到所述第二音频信号。
11.根据前述的任一权利要求所述的耳机，其中，所述第一音频信号作为来自多个麦克风的音频信号的加权和而生成。
12.根据前述的任一权利要求所述的耳机，其中，所述麦克风单元至少包括第一麦克风和第二麦克风，并且其中，波束形成器被配置为接收第一麦克风输出信号和/或第二麦克风输出信号并分别输出第一波束形成信号和/或第二波束形成信号。
13.根据前述的任一权利要求所述的耳机，其中，所述第一麦克风呈现出全向频率响应，和/或其中所述第二麦克风呈现出噪声消除频率响应。
14.一种用于改善耳机的音频灵敏度的方法，所述耳机包括听筒和包含至少第一麦克风和第二麦克风的麦克风单元，所述方法包括
从所述至少第一麦克风和第二麦克风生成至少第一音频信号和第二音频信号，以及
处理所述第一音频信号和所述第二音频信号使得输出音频信号的功率谱近似于所述第一音频信号的功率谱。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
通过所述至少第一麦克风和第二麦克风接收声信号，
生成从所述至少第一麦克风和第二麦克风获得的第一音频信号和第二音频信号，
分析所述第一音频信号和所述第二音频信号以确定一个或多个均衡滤波器系数，
根据确定的所述一个或多个均衡滤波器系数将所述第二音频信号均衡化以提供输出音频信号，其中，所述一个或多个均衡滤波器系数被确定为使所述输出音频信号的功率谱近似于所述第一音频信号的功率谱。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，分析所述第一音频信号和所述第二音频信号的所述步骤包括变换所述第一音频信号和所述第二音频信号到频率域，通过在信号处理器中分析所述第一音频信号和所述第二音频信号确定均衡函数Heq(f)，以及
得出所述均衡函数Heq(f)＝S12(f)/S22(f)，其中，S12表示所述第一音频信号和所述第二音频信号的互相关频谱，以及S22表示所述第二音频信号的自相关频谱。
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