CN106888414A - 具有闭塞耳朵的说话者的自身语音体验的控制 - Google Patents
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Abstract
具有闭塞耳朵的说话者的自身语音体验的控制。提供一种用于对当安装听筒以使用户的耳朵闭塞时说话的用户的自身语音体验进行控制的***和方法。振动传感器(13)，其与用户的头部接合以感测通过所述用户说话形成的并且通过所述用户的头部传导到所述振动传感器(13)的振动。信号生成器(11)，其基于所述振动传感器(13)的所述输出信号来操作扬声器元件(10)以在所述用户的耳道中生成声波，该扬声器元件(10)与所述听筒集成。所述信号生成器(11)生成声波，以至少部分地消除通过从周围骨骼和/或组织进入耳道的所述振动中的至少一部分生成的其它声波。
Description
技术领域
本发明涉及用于控制在用户的耳朵上安装有听筒时说话的该用户的自身语音体验的技术，以便大致阻挡空气传声进入耳道。本发明例如可结合入耳式耳麦、耳机、入耳式耳机、入耳式***、全罩式耳机、助听器、耳塞和耳罩来应用。
背景技术
当物体填充或者堵塞一个人的耳道的外部时，其感知其自身语音的“空洞”声音、“低沉”声音或者“洪亮”声音。这种现象被已知为堵耳效应。其是由向人类耳朵的空气传导传输和骨传导传输之间的改变的平衡造成的。当耳道打开时，由说话或咀嚼造成的振动通常通过开放的耳道离开。当耳道被堵塞即闭塞时，振动相反地朝向耳膜被反射回来。事实上，耳道周围的软骨组织和骨骼可以导致耳膜处相对较高的声压水平的累积。在声学方面，闭塞的耳道限定具有大的声阻抗的小封闭体积。声阻抗是声压与声体积速度的比率。因此，当声阻抗较大时，耳道中体积速度的较小变化将产生耳膜处相对较大的压力变化。这意味着与非闭塞耳朵相比，耳道的闭塞导致耳膜处骨传导声变化的增长。当耳朵未被闭塞时，声阻抗相反是由从开放耳道到周围环境的小得多的辐射阻抗主导的。与完全开放的耳道相比，堵耳效应可以使耳道中的低频(例如，低于500Hz)声压增加20dB或更多。
特别期望的是，将可能要求用户在戴着器具(例如，用于在电话交谈中使用的各种耳戴式或头戴式设备以及助听器)的同时说话的器具中的堵耳效应抵消。
在电话学领域中，已知通过将来自麦克风的信号立即馈送给戴着手机耳机的说话者来引入手机中的电“侧音路径”。这种技术将使得即使耳朵被听筒闭塞时说话者也能够听到其自身的声音。提供电侧音路径可以使丢失的空气传导路径恢复，但是无法完全解决或抵消堵耳效应，这通常导致由个人在说话时感知到的声音的不期望的和令人不快的失真，特别是通过与非闭塞耳朵的正常情况不同的低频、中频和高频之间的平衡。
助听器通常限定使耳道的外端闭塞的听筒。助听器包括被布置为捕获助听器的周围环境中的声音的麦克风、被布置为在耳道中产生可听见声音的扬声器、以及被配置为对由麦克风产生的信号进行放大或者进行修改用于供应到说话者的电子电路。因此，助听器还产生使得佩戴者即使在耳朵被助听器闭塞也能够听到其自身的声音的电侧音路径。对于助听器的佩戴者来说，堵耳效应可以造成由佩戴者在说话时感知到的声音的不期望的且令人不快的失真。
处理堵耳效应的最常见的方法是将使耳朵闭塞的听筒特意设计为具有对其周围环境的专用泄露。这些专用泄露可以被实现为听筒中的一个或更多个通风孔或通孔，其被仔细设计为使低频信号的一部分向周围环境分流，将干扰性的低频自身语音元素的全部或部分去除。在美国听力学学会期刊16,237–249(2005)中公开了作者为Kiessling等的文章“具有不同通风***的耳膜的堵耳效应(Occlusion effect of earmolds with differentventing systems)”，其中给出了助听器领域的通风孔设计的示例。
这种方法的一个缺陷在于通风孔提供了使噪音从周围环境泄露到耳朵中的声学路径。通风孔还可以使闭塞耳朵的低音敏感性降低。
通常希望将由使一个人的一只耳朵或两只耳朵都闭塞的器具造成的堵耳效应抵消或者使其降低。这不但适用于被个人在说话时自然使用的器具，诸如手机和助听器，而且适用于可以在说话时使用的其它器具，在这些其它器具中不期望由于堵耳效应造成的骨传导声音的放大，并且这些其它器具可干扰例如用于音频(例如，音乐)播放的耳戴式或头戴式设备以及用于听力保护的耳戴式或头戴式设备中的用户体验。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的一个或更多个局限性。
另一目的在于提供一种当用户的耳道被大致或者完全地与耳朵外部的周围环境隔离时控制用户对自身语音的感知的技术。
又一目的在于提供便宜且易于实现的这种技术。
这些目的中的一个或更多个以及其它目的可以从下面的描述中显现，其通过根据独立权利要求的用于控制说话者自身语音体验的***和控制说话者自身语音体验的方法、由从属权利要求限定的其实施方式来至少部分地实现。
本发明的第一方面是一种用于控制说话者自身语音体验的***，该***包括：听筒，其适用于安装到用户的耳朵，以便大致阻挡空气传声进入所述耳朵的耳道；扬声器元件，其与所述听筒集成；信号生成器，其用于所述扬声器元件；以及振动传感器，其被配置为接合所述用户的头部，并且生成表示通过所述用户说话形成的并且通过所述用户的头部传导到所述振动传感器的振动的输出信号，其中，所述信号生成器被配置为基于所述振动传感器的所述输出信号而操作所述扬声器元件，以在所述耳道中生成第一声波。
另外，在一些实施方式中，所述听筒当被安装到所述耳朵时在所述耳道中产生堵耳效应，并且，所述信号生成器被配置为操作所述扬声器元件以抵消所述堵耳效应。
另外，在一些实施方式中，所述信号生成器被配置为操作所述扬声器元件以生成所述第一声波，以至少部分地消除通过从周围骨骼和/或组织进入所述耳道的所述振动的至少一部分生成的第二声波。
另外，在一些实施方式中，所述信号生成器被配置为基于所述输出信号来对所述第一声波的相位和/或振幅进行设置。
另外，在一些实施方式中，所述信号生成器被配置为通过使所述输出信号通过反相器、放大器、延迟元件和频谱过滤器中的一个或更多个来生成用于所述扬声器元件的驱动信号。
另外，在一些实施方式中，所述***还包括用于操纵所述信号生成器以修改所述第一声波的用户接口。
另外，在一些实施方式中，所述***还包括用于布置在所述耳道中的麦克风(22)，并且，所述信号生成器与所述麦克风连接，并且被配置为当操作所述扬声器元件(10)以生成所述第一声波时，基于来自所述麦克风的麦克风信号而适应性地修改所述信号生成器的至少一个控制参数。
另外，在一些实施方式中，所述振动传感器与所述听筒集成，以便当所述听筒被安装到所述用户的所述耳朵时接合所述用户的头部。
另外，在一些实施方式中，所述振动传感器被布置为用于***到所述耳道中。
另外，在一些实施方式中，所述信号生成器被集成到所述听筒中。
另外，在一些实施方式中，所述信号生成器还被配置为接收至少一个实用(utility)信号并且操作所述扬声器元件或辅助扬声器元件，以在所述耳道中生成与所述实用信号相对应的第三声波。
另外，在一些实施方式中，所述实用信号是表示所述听筒的周围环境中的空气传声的麦克风信号、表示通过所述用户说话产生的空气传声的麦克风信号、以及远程生成且电子传输的音频信号中的一种。
另外，在一些实施方式中，所述***还包括用于检测所述空气传声且生成所述实用信号的麦克风。
另外，在一些实施方式中，所述信号生成器还被配置为从语音活动检测器接收语音活动信号，该语音活动检测器被配置为检测所述用户何时说话，并且其中，所述信号生成器被配置为当所述语音活动信号指示所述用户的语音活动时，操作所述扬声器元件以生成所述第一声波。
另外，在一些实施方式中，所述听筒包括用于安装在所述耳道中的尖端。
另外，在一些实施方式中，所述听筒被配置为包围外耳。
另外，在一些实施方式中，至少所述听筒是头戴式耳机、耳机、入耳式耳机、入耳式***、包耳式耳机、头盔、智能耳戴式设备、耳塞、耳罩和助听器中的一个的一部分。
本发明的第二方面是一种当听筒被安装到用户的耳朵时，控制所述用户的说话者自身语音体验，以便大致阻挡空气传声进入所述耳朵的耳道的方法，所述方法包括以下步骤：从被布置为接合所述用户的头部的振动传感器获得输出信号，所述输出信号表示通过所述用户说话形成的并且通过所述用户的头部传导到所述振动传感器的振动；以及基于所述振动传感器的所述输出信号而操作所述听筒中的扬声器元件，以在所述耳道中生成第一声波。
另外，在一些实施方式中，所述方法还包括：操作所述扬声器元件生成所述第一声波，以至少部分地消除通过从周围骨骼和/或组织进入所述耳道的所述振动的至少一部分生成的第二声波。
另外，在一些实施方式中，所述方法还包括：基于所述输出信号而操作所述扬声器元件以设置所述第一声波的相位和/或振幅。
本发明的第三方面是一种计算机可读介质，该计算机可读介质包括计算机指令，当所述计算机指令由处理器执行时，所述计算机指令使得所述处理器执行第二方面或其实施方式中的任一实施方式的方法。
本发明的其它目的、特征、方面和优势将从下面的详细描述中、从所附权利要求中以及从附图中显现。
附图说明
下面将参照示意性附图更加详细地对本发明的实施方式进行描述。
图1是使得个人感知其自身语音的生理信号路径的示意性框图。
图2是耳朵的示意性截面图。
图3是例示了用于控制说话者自身语音体验的示例性***以及图1中的生理信号路径的示意性框图。
图4的(A)、图4的(B)和图4的(C)例示了通过图3中的***在耳道中生成的示例性声波。
图5是示例性听筒的示意性透视侧视图。
图6是图5中的听筒当被***到耳道中时的示意图。
图7例示了图5中的听筒的变型。
图8是具有闭塞用听筒的示例性头戴式耳机的示意性前视图。
图9是控制说话者自身语音体验的示例性方法的流程图。
图10和图11例示了图3中的***的变型。
具体实施方式
下文中将参照附图更加充分地对本发明的实施方式进行描述，附图中示出了本发明的部分而不是全部的实施方式。确实，本发明可以通过很多不同的形式体现并且不应当被理解为限制为本文中所述的实施方式；而是，提供这些实施方式以使得本公开可以满足合法的应用要求。相同的附图标记在整个说明书中指代同样的元件。
同样，将要理解的是，在可能的情况下，本文中描述的和/或考虑的任何实施方式的优势、特征、功能、设备和/或操作方面中的任何一个都可以被包括在本文中描述的和/或考虑的任何其它实施方式中，反之亦然。另外，在可能的情况下，除非另有明确说明，本文中单数形式表达的任何术语意在还包括复数形式，反之亦然。如本文中使用的，“至少一个”意思是“一个或更多个”并且这些短语可以互换。因此，术语“一”和/或“一个”意思是“至少一个”或“一个或更多个”，但是在本文中还使用短语“一个或更多个”或者“至少一个”。如本文中使用的，除了上下文由于表达语言或不必要的暗示而要求的情况以外，在包含性意义上使用词语“包括”或诸如“包括”或“包含”的变型，也就是说，指明在本发明的各种实施方式中存在所述的特征但是不排除存在或添加其它特征。
本发明的实施方式涉及一种当个人佩戴阻塞或者大致阻塞耳道的器具时提高对其自身语音的感知能力的技术。通常来说，这可以通过使用一个或更多个扬声器、一个或更多个振动传感器、模拟和/或数字信号生成器、以及可选地一个或更多个麦克风来实现。如本文中使用的，当个人在缺乏创新技术的情况下将体验由于器具造成的堵耳效应时，该器具被认为是“大致阻塞”或“大致闭塞”该个人的耳道。
如本文中使用的，扬声器是指将电信号转换成相应空气传导信号的电声变换器或“驱动器”。该驱动器在现有技术中还通常被称作“扬声器元件”或“扬声器容器”。扬声器可以是任何种类的扬声器，包括但不限制于静电扬声器、磁致伸缩扬声器、静磁扬声器、带式扬声器、弯曲波扬声器、平板扬声器和热声扬声器。
如本文中使用的，振动传感器是能够将机械振动转换成表示随着时间的推移的振动的振幅的电信号的设备。振动传感器通常不对空气传导的声音作出响应。振动传感器可以是任何种类的传感器，包括但不限制于惯性传感器、加速计和力传感器。
如本文中使用的，信号生成器是被配置为例如从一个或更多个振动传感器和一个或更多个麦克风接收一个或更多个输入信号并且生成针对一个或更多个扬声器的驱动信号的电子电路。电子电路可以被配置为用于仅模拟信号处理、仅数字信号处理、或者模拟和数字信号处理的组合。
如本文中使用的，麦克风是将空气传导信号转换成电信号的空气传声感测变换器。麦克风可以是任何种类，包括但不限制于驻极体麦克风、磁动力麦克风、电容式麦克风、压电式麦克风、光纤麦克风和MEMS麦克风。如本文中使用的，声音或声波是作为压力和位移的可听见机械波通过介质传播的振动。
通常来说，自身语音感知是通过由声带产生的、并且由声道进行调制的、然后被发送以被听力***接收的声波形成的。声波可以在不同的信号路径上被听力***接收。图1示意性地指示在人类个体的内耳中从声带1到基底膜的三个主要信号路径P1、P2、P3。信号路径P1、P2、P3还在图2中进行了指示，图2示意性地表示人类的听力***，即人耳。在信号路径P1上，声波在大气中被传导到耳朵中。如图2中可见，三种空气传声声波通过耳廓(外耳)2进行收集、进入耳朵开口并且沿着耳道3传播到耳膜4。在信号路径P1上，声波通过传递函数A(ω)进行修改，该传递函数在图1中被指示为黑框。在信号路径P2上，声波通过头盖骨进行传导并且通过耳道3周围的组织和骨骼进入耳道3。如本文中使用，头盖骨包括颅骨和下颌骨(颧骨和颚骨)。声波使得耳道3的外周壁振动，这产生耳道3中的相应压力振动。至少部分的压力振动到达耳膜4。在信号路径P2上，声波按顺序通过第一传递函数B1(ω)和第二传递函数B2(ω)进行修改，该第一传递函数B1(ω)表示对从声带1到耳道3的外周壁的子路径的变型，并且该第二传递函数B2(ω)表示对从耳道3的外周壁到耳膜4的子路径的变型。如图1中所指示的，耳膜4处的时间压力变化pe(ω)是通过在路径P1和P2上到达耳膜4的声波的组合形成的。压力变化pe(ω)使得耳膜4振动，并且这些振动通过听小骨5并且经由椭圆形窗口6被传递到耳蜗7，在耳蜗7处这些振动造成基底膜(未示出)的激发。用于该处理的传递函数在图1中被表示为D(ω)。基底膜的进一步激发可以经由信号路径P3发生，在该信号路径P3上，声波传播通过头盖骨直接向耳蜗7。路径P3的传递函数在图1中被表示为C(ω)。自身语音感知是通过基底膜的总激发sb(ω)给出的，这导致电信号经由听觉神经8被从毛细胞传输到大脑。
当向耳道3的开口打开时，即非闭塞时，来自声带1的声波在全部的三个信号路径P1-P3上到达基底膜，以形成对说话者来说熟悉的自身语音的频率分布。该频率分布当开口被闭塞时发生剧烈变化。信号路径P1有效消失(A(ω)≈0)，造成高音丢失。如在背景技术部分阐释的，信号路径P2上的传递函数B2(ω)特别对于中低范围的频率，即大约2kHz以下的频率大大增加。在某些应用中，例如在用于听力保护的设备中或者在用于播放音乐的头戴式耳机和入耳式电话中，可能需要信号路径P1的消失。在其它应用中，可以通过提供在耳道3内部重现空气传声的电侧音路径来使信号路径P1恢复。可以通过设置外部麦克风来登记通过声带1产生的空气传声并且对扬声器进行操作以重现耳道3内部的空气传声来提供电侧音路径。这种电侧音路径能够使通过闭塞而丢失的高音恢复，但是中低频率范围将仍受从信号路径P2产生的声波的主导。因此，耳朵的闭塞将使得自身语音的频谱平衡对于说话者来说是不熟悉的且通常是不舒服的。
图3示出能够完全或至少部分地使个人的自身语音的频谱平衡恢复的***的示例。在图3中，与图1相对应地例示了信号路径和相应传递函数。除了图3中所示的部件以外，***还包括安装于耳朵以便阻挡或者大致阻挡空气传声进入耳道3的听筒。如将在下面进一步进行例示的，听筒可以是***到用户的耳道3内的器具或者包围外耳并且在外部适用于个人的头盖骨的器具。由于耳朵被闭塞，图3中信号路径P1缺失。
在所例示的示例中，***包括被配置为在耳道3中生成声波的扬声器10。扬声器10通过来自信号生成器11的驱动信号进行操作。信号生成器11被连接以接收来自被布置为登记闭塞耳朵的外部的空气传声的麦克风12的麦克风信号、以及来自被布置为与耳道3的外周壁相接触以检测通过信号路径P2(图2)上的声波形成的机械振动的振动传感器13的振动信号。信号生成器11包括第一信号修改器14和第二信号修改器15，该第一信号修改器14被配置为将传递函数X(ω)应用到麦克风信号并且生成第一子信号，并且该第二信号修改器15被配置为将传递函数Y(ω)应用到振动信号并且生成第二子信号。子信号在信号组合器16中进行组合以形成用于扬声器10的驱动信号。
麦克风12、信号修改器14和扬声器10的组合限定使信号路径P1恢复用于空气传声的电侧音路径。因此，信号修改器14被合适地配置有传递函数X(ω)，使得电侧音路径的总传递函数与信号路径P1的传递函数A(ω)相似。
振动传感器13、信号修改器15和扬声器10的组合限定电消除路径，该电消除路径抵消由从非闭塞耳朵到闭塞耳朵的B2(ω)的变化造成的增强声波。信号修改器15被配置为生成第二子信号作为“反信号”(anti-signal)，该“反信号”使得扬声器10生成消除从信号路径P2产生的至少部分的增强声波的声波。在某些实施方式中，信号修改器15可以被配置为完全消除从信号路径P2产生的声波。
图4的(A)、图4的(B)和图4的(C)例示了通过信号修改器15的电消除的原理。图4的(A)例示了声波WP2，在该简化的示例中为从信号路径P2中产生并且应当被减小或消除的三角波。基于所记载的来自振动传感器13的振动信号，信号生成器15生成使得扬声器10在耳道3中发送反信号声波WAS的反信号。在图4的(B)中所例示的示例中，反信号声波WAS具有与声波WP2相同的振幅但是反向的相位。从而，如图4的(C)中可见，声波WAS、WP2当在耳道3中进行组合时在耳膜4处完全消除彼此。
通常来说，可以看出信号修改器15基于来自振动传感器13的振动信号来设置反信号声波WAS的相位和振幅中的至少一个。在一个实施方式中，信号修改器15例如通过使振动信号经受极性反转和振幅和相位塑造(作为频率的函数)来生成反信号作为振动信号的修改版本。信号修改器15还可以被配置为将一个或更多个频谱过滤器应用到振动信号。从结构上来说，信号修改器15因此可以包括至少一个频谱过滤器(用于改变频率含量)、至少一个放大器(用于改变振幅)、至少一个延迟元件(用于改变相位)和至少一个反相器(用于改变极性)中的一个或更多个。通过信号修改器15在生成反信号时进行的振动信号的处理产生传递函数Y(ω)。
利用关于当耳朵被闭塞时的传递函数B2(ω)的知识，可以使信号修改器15配置有特定传递函数Y(ω)，以基于振动信号实现堵耳效应的降低。传递函数B2(ω)可以例如通过针对一定人口的不同个人的测量来获得，或者通过针对佩戴闭塞用听筒的具体个人的测量来获得。
另选地或另外地，***可以被配置为使得传递函数Y(ω)通过用户(或者通过服务人员)进行调谐，以实现当耳朵被闭塞时用户的自身语音的期望的频谱平衡。这种调谐可以通过用户对听筒(例如图5至图7中的105)的一次或更多次小控制进行操纵来实现，使得信号生成器11的一个或更多个设置(控制参数)发生变化。另选地，用户能够经由通过有线或无线的方式与听筒连接的单独的电子设备(诸如，手机、媒体播放器、计算机等等)上的图形用户界面来改变信号生成器11的一个或更多个控制参数。例如，可以允许用户改变信号修改器15的上述频谱过滤器、放大器、延迟元件和反相器的一个或更多个控制参数。
另选地或另外地，如下面参照图11进行描述的，***可以被配置为适应性地调整这些一个或更多个控制参数。
在图3的示例中，***还包括所谓的语音活动检测器17，其被配置为对麦克风信号进行处理以用于检测人类语音。语音活动检测器(VAD)商业可获得并且在现有技术中已知。VAD 17输出指示人类语音存在与否的VAD信号。VAD信号是通过信号生成器11接收的，该信号生成器11进行操作以当VAD信号指示用户说话时选择性地将反信号发送给说话者。在所例示的示例中，VAD信号被供应到组合器16，由此该组合器16选择性地将来自修改器15的反信号与来自信号修改器14的子信号进行组合。在未被示出的变型中，VAD信号相反被供应到信号修改器14，该信号修改器14进行控制以当VAD信号指示用户说话时仅生成反信号。VAD17是可选的并且可以与本文中公开的全部实施方式进行组合。应当理解的是，VAD 17不需要与麦克风12连接，而是能够作为具有用于声音检测的专用传感器的单独单元。
参照图3，还应当注意的是，信号修改器14、15不需要经由信号组合器16与公共扬声器连接，而是能够与各自的扬声器连接。在该实施方式中，信号组合器16被省略掉。
虽然在图3中未示出，信号生成器11还可以被配置为接收至少一个其它信号并且经由信号组合器16将其它信号供应到扬声器10，用于生成耳道3中的声波。这种其它信号可以是用户可能希望听到的任何类型的音频信号，例如，音乐信号、无线电信号、通过电话提供的呼入信号，等等。还可以想到的是，如此的***被配置为不具有使空气传声信号路径P1恢复的电侧音路径，即，麦克风12和信号修改器14被省略掉。
通常来说，可以看出图3公开了这样一种***，其被配置为除了使堵耳效应降低以外，还接收至少一个实用信号并且对扬声器10或辅助扬声器(未示出)进行操作，以生成耳道3中的相应声波，其中，实用信号可以是表示使耳朵闭塞的听筒的周围环境中的空气传声的麦克风信号、表示当听筒将耳朵闭塞时通过用户说话产生的空气传声的麦克风信号、或者远程产生且电子传输的声音信号(音乐、电话呼叫等等)。这种类型的***利用实用信号的播放可以例如结合用于与外部电子设备(音乐播放器、媒体播放器、手机等)一起使用的头戴式耳机或类似用具、结合助听器、结合当例如被军人、警察和猎人使用时传递环境声音和语音的同时阻挡大的有害声音的电子(活动)听力保护设备、以及结合头盔来应用。该***还可以结合所谓的智能耳戴式设备(hearable)(已知有智能耳机或智能顾问(smartadvisor))来应用，该智能耳戴式设备是将可穿戴技术与基于语音的信息服务、传统的音乐演奏和无线通信结合的高级入耳式设备。可听设备可以被设计用于从无线传输到通信目的、医疗监测和健康跟踪的目的。
在另一可选项中，图3中的***通过将麦克风12、信号修改器14和信号组合器16移除并且将信号修改器15直接连接到扬声器10来进行修改。不具有电侧音路径和实用信号的输入的这种***可以被用于阻挡外部声音的被动听力保护设备。在被动和主动听力保护设备中，可以将听筒配置作为用于***到耳道3中的耳塞或者用于覆盖耳廓2的耳罩。
图5示出集成图3中的***的至少一部分的听筒100的示例。为了便于理解，图5还示出在通常情况下从视线隐藏的内部部件，诸如扬声器10、麦克风12和振动传感器13。图5中的听筒100被配置为用于***到耳道3的外开口中。听筒100包括耳塞形式的小型化壳体、壳或外壳101，其可以具有如所示的形状，或者任何其它的合适形状，耳道尖端或圆顶102被设计为适应耳道3并且被支撑在其中并且被耳廓2的直接相邻的部分支撑。外壳101可以由塑料、硅树脂、金属或其它合适的材料形成。尖端102可以是可成形的或者预先成型的材料。外壳101保持扬声器10，扬声器10被布置为与从外壳101延伸的中空管部103对齐地面向听筒100的***端部，以限定开放的排出口。由此，通过扬声器10产生的声波将传播通过管部103并且经由排出口进入耳道3中。尖端102被附接到管部103或者与管部103一体地形成。振动传感器13在***端部被布置在尖端102的下面。外壳101还保持麦克风12，麦克风12被布置在外壳101的后端并且暴露在外面以获取听筒100的周围环境中的空气传声。
在另选的实施方式中，麦克风12可以与听筒100分开，例如位于与听筒100连接的线上，诸如在头戴式耳机线上，或者位于与听筒100连接的电子设备(诸如手机)中。如从前述内容中理解的，麦克风12还可以从***中省略掉。
在图5的示例中，听筒还包括用户接口105，该用户接口105使得用户例如通过修改信号修改器15的上述控制参数来修改通过***产生的反信号声波。
可以想到的是听筒100还包含信号生成器11和VAD 17(如果存在的话)。这种听筒100可以是还包含电源(诸如电池)的独立设备。
在另选的实施方式中，听筒100被配置为以无线或有线的方式与外部设备连接。可以通过外部设备实现信号生成器11和VAD 17(如果存在的话)的全部或部分。听筒100可以由外部设备来供电。
图6示出安装在耳道3中的图5中的听筒100。如所见，尖端102被变形为与限定耳道3的外周壁的头盖骨组织9a，例如软骨组织以及头盖骨9b相接合。通过尖端102的变形，使得振动传感器13经由尖端102的材料与耳道9的外周壁牢固接合。由此，振动传感器13可以进行操作以感测并且量化外周壁的随着时间的移动(振动)。
图7示出缺少集成的振动传感器13的听筒100。相反，单独的振动传感器13和耳道3分开地与头盖骨9b相接合。振动传感器13可以通过有线(未示出)的方式与听筒100连接。重要的是要理解，图3中的***不需要测量在耳道3的外周壁处的振动。外周壁的振动的足够精确的估计可以通过，例如在如图7中所示的位于耳廓之上的头部一侧处或者在颧骨上，与耳道3分开地测量头盖骨9b的振动来获得。
图8示出具有杯子形状的两个听筒100’的包耳式(外周)头戴式耳机110，该两个听筒100’被配置为应用到佩戴者的各个耳朵上。由此，各个听筒100’包围耳廓并且使耳道闭塞。被配置为降低堵耳效应的听筒100’受到布置在佩戴者的头部上的头带的机械支撑。每个听筒100’包括扬声器10和振动传感器13。振动传感器13被布置为与佩戴者的头盖骨接合，以便感测与耳道间隔开的位置处的振动。信号生成器11被布置在听筒100’中的一个中，以基于相应振动传感器13的输出而生成反信号并且将该反信号提供给相应的扬声器10。信号生成器11还被配置为经由电缆112接收实用信号，并且将相应信号输送到扬声器10。电缆112还向信号生成器11提供电力。
本发明的实施方式还被描述为当听筒被安装到个人的耳朵从而大致阻挡空气传声进入耳道时用于完全地或部分地使个人的自身语音的频谱平衡恢复的方法。图9是可以通过图3中的信号生成器11执行的示例性方法的流程图。该方法包括步骤S1，用于从振动传感器13接收振动信号，该振动传感器13被布置为与头盖骨接合以感测从已经在信号路径P2上进行传播(即，从声带通过头盖骨传播到振动传感器13)的声波中产生的振动。该方法还包括：步骤S2，用于基于振动信号而生成反信号；以及步骤S3，用于将反信号提供到扬声器10，以在耳道3中生成声波，该声波至少部分地消除从信号路径P2产生的在耳道3中的声波。
该方法可以通过上述的信号生成器11来实现。在信号生成器11被配置为通过数字信号处理来执行该方法的情况下，该方法可以通过在诸如微处理器、微控制器、DSP等的处理设备上运行的软件指令来实现。软件指令可以在计算机可读介质上提供，以用于由处理设备与信号生成器11中的电子存储器相结合地来执行。计算机可读介质可以是有形产品(例如，磁介质、光盘、只读存储器、闪存等)或者传播信号。
应当理解的是，本发明的实施方式可以与常规的主动降噪(ANC)相结合。图10示出包括实现前馈式控制的噪声控制器20的***的示例。噪声控制器20被连接以从麦克风12接收麦克风信号，该麦克风12被设置在闭塞用器具的外部以检测进入的环境噪声。噪声控制器20被配置为通过设置对麦克风信号进行操作的前馈式过滤器的系数来生成降噪信号。降噪信号被供应到组合器16。在所例示的示例中，组合器16将降噪信号与来自信号修改器15的反信号和来自音频信号源21的音频信号进行组合。音频信号可以是用户可能希望听到的任何类型的信号，例如，音乐信号、无线电信号、通过电话提供的呼入信号，等等。噪声控制器在现有技术中是已知的并且将不再详细描述。要注意的是，噪声控制器20独立于信号修改器15进行操作，并且信号修改器15操作以进一步提高在用户在收听音频信号的同时说话的情况下用户对音频信号的感知能力。
图11示出图3中的***的变型。在该变型中，信号修改器15被连接以接收来自内置麦克风22的麦克风信号，该内置麦克风22被定位为检测耳道中的声音。参照图5和图8，麦克风22可以被集成在听筒100、100’中，以当听筒100、100’被安装到耳朵时暴露于耳道3中。信号修改器15被配置为适应性地调整一个或更多个控制参数，例如上述的频谱过滤器、放大器、延迟元件和反相器中的任何一个的参数，从而实现如通过麦克风22检测的在耳道中的期望声音模式。应当理解的是，图11中的实施方式还可以包括例如图3中所示的电侧音路径、例如图10中所示的音频信号输入路径、以及例如图10中所示的主动降噪中的一个或多个。
如从上述公开中理解的，本发明的实施方式提供一种通过降低用户的一个或更多个频带的骨传导声音的感知能力来改善用户在耳朵闭塞的情况下的说话情形。这种技术由于听筒被布置为使耳道密封而使得耳膜与空气传声隔离开(被动降噪)。这种技术可以使用标准部件并且因此便宜且易于实现。这种技术可以与主动降噪和/或电侧音路径相结合。此外，用于耳道中音频重现的低音性能不会由于这种技术的使用而被削弱。
还应当注意的是，上述公开的实施方式可以同样应用以抑制由于除了声带以外的其它原因(例如咀嚼、吞咽、行走、清嗓甚至呼吸)而造成的骨传导声音。
Claims (14)
1.一种用于控制说话者自身语音体验的***，该***包括：
听筒(100、100’)，其适用于安装到用户的耳朵，以便大致阻挡空气传声进入所述耳朵的耳道；
扬声器元件(10)，其与所述听筒(100、100’)集成；
信号生成器(11)，其用于所述扬声器元件(10)；以及
振动传感器(13)，其被配置为接合所述用户的头部，并且生成表示通过所述用户说话形成的并且通过所述用户的头部传导到所述振动传感器(13)的振动的输出信号，
其中，所述信号生成器(11)被配置为基于所述振动传感器(13)的所述输出信号而操作所述扬声器元件(10)，以在所述耳道(3)中生成第一声波(WAS)。
2.根据权利要求1所述的***，其中，所述听筒(100、100’)当被安装到所述耳朵时在所述耳道中产生堵耳效应，并且其中，所述信号生成器(11)被配置为操作所述扬声器元件(10)以抵消所述堵耳效应。
3.根据权利要求1或2所述的***，其中，所述信号生成器(11)被配置为操作所述扬声器元件(10)以生成所述第一声波(WAS)，以至少部分地消除通过从周围骨骼和/或组织进入所述耳道的所述振动的至少一部分生成的第二声波(WP2)。
4.根据权利要求1所述的***，其中，所述信号生成器(11)被配置为基于所述输出信号来对所述第一声波(WAS)的相位和/或振幅进行设置。
5.根据权利要求1所述的***，其中，所述信号生成器(11)被配置为通过使所述输出信号通过反相器、放大器、延迟元件和频谱过滤器中的一个或更多个来生成用于所述扬声器元件(10)的驱动信号。
6.根据权利要求1所述的***，所述***还包括用于操纵所述信号生成器(11)以修改所述第一声波(WAS)的用户接口(105)。
7.根据权利要求1所述的***，所述***还包括用于布置在所述耳道中的麦克风(22)，并且其中，所述信号生成器(11)与所述麦克风(22)连接，并且被配置为当操作所述扬声器元件(10)以生成所述第一声波(WAS)时，基于来自所述麦克风(22)的麦克风信号而适应性地修改所述信号生成器(11)的至少一个控制参数。
8.根据权利要求1所述的***，其中，所述振动传感器(13)与所述听筒(100、100’)集成，以便当所述听筒(100、100’)被安装到所述用户的所述耳朵时接合所述用户的头部。
9.根据权利要求1所述的***，其中，所述振动传感器(13)被布置为用于***到所述耳道中。
10.根据权利要求1所述的***，其中，所述信号生成器(11)还被配置为接收至少一个实用信号并且操作所述扬声器元件(10)或辅助扬声器元件，以在所述耳道中生成与所述实用信号相对应的第三声波。
11.根据权利要求1所述的***，其中，所述信号生成器(11)还被配置为从语音活动检测器(17)接收语音活动信号，该语音活动检测器被配置为检测所述用户何时说话，并且其中，所述信号生成器(11)被配置为当所述语音活动信号指示所述用户的语音活动时，操作所述扬声器元件(10)以生成所述第一声波(WAS)。
12.根据权利要求1所述的***，其中，至少所述听筒(100、100’)是头戴式耳机、耳机、入耳式耳机、入耳式***、包耳式耳机、头盔、智能耳戴式设备、耳塞、耳罩和助听器中的一个的一部分。
13.一种当听筒(100、100’)被安装到用户的耳朵时，控制所述用户的说话者自身语音体验，以便大致阻挡空气传声进入所述耳朵的耳道的方法，所述方法包括以下步骤：
从被布置为接合所述用户的头部的振动传感器(13)获得输出信号，所述输出信号表示通过所述用户说话形成的并且通过所述用户的头部传导到所述振动传感器(13)的振动；以及
基于所述振动传感器(13)的所述输出信号而操作所述听筒(100、100’)中的扬声器元件(10)，以在所述耳道中生成第一声波(WAS)。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：操作所述扬声器元件(10)生成所述第一声波，以至少部分地消除通过从周围骨骼和/或组织进入所述耳道的所述振动的至少一部分生成的第二声波(WP2)。
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