CN107438209A - 具有助听特征的有源降噪耳机设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有助听特征的有源降噪耳机设备。一种具有有源降噪功能的可以切换至助听模式的耳机设备，在助听模式下外部声音被采集并被引导至耳朵中或被放大以使其容易被听到，该耳机设备包括：可安装在人耳附近或人耳中的壳体；配备在壳体内并且能够发射声音信号的扬声器单元；用于收集环境声音的一个或多个麦克风单元；以及电连接至一个或多个麦克风单元的信号处理器，其中，信号处理器选择性地在助听模式或者降噪模式下操作，在助听模式下发射通过一个或多个麦克风单元从外部进入的环境声音，在降噪模式下从外部进入的环境声音被倒相并且通过扬声器单元发射所倒相的环境声音以降低环境声音。

Description

具有助听特征的有源降噪耳机设备
技术领域
本发明涉及一种具有有源降噪功能的耳机设备，更具体地，涉及一种可以切换至助听模式的有源降噪耳机设备，在助听模式下，外部声音被采集并被引导至耳朵或者被放大以使其容易被听到。
背景技术
随着诸如智能电话等个人便携式电子设备的广泛应用，可以以耳戴式耳机或头戴式耳机的形式佩戴在人体上的耳机设备被广泛地使用。这样的耳机设备通过有线或无线地连接至诸如便携式电子设备等外部设备，并且使得佩戴者能够听到来自正在播放的媒体文件(例如，音乐或电影)的音频信号。耳机设备通常带有麦克风以将佩戴者的语音信号发送到连接的外部设备。
便携式电子设备和耳机设备通常在户外使用。因此，来自外界的环境噪声可能会使用户体验较糟。也就是说，当用户通过耳机设备收听音乐或电影时，来自经过的汽车、在附近谈话的人、经过的地铁等的噪声可能会使用户从音乐或电影中转移注意力。正在引入具有降噪功能的耳机设备以改善用户体验。早期的降噪耳机设备呈现耳塞式耳机的形式或者完全覆盖耳朵的封闭头戴式耳机的形式。也就是说，它们是物理上阻挡外界噪声到达耳朵的无源设备。
近来，已经引入了有源降噪耳机以进一步改善降噪。与在物理上阻挡噪声的常规无源降噪不同的有源降噪包括分析外部声音的过程和/或生成特定声音的过程。通过各种信号处理算法实现有源降噪，其中最典型的是利用倒相信号的负反馈。在这种方法中，当用户通过麦克风听到外部声音时，通过耳机发射具有与原始声音相反的相位的声音。这显著降低了外部声音。美国专利第4,985,925号和美国未审查专利申请第2016-0063986号公开了这样的有源降噪耳机。
以上说明的常规降噪耳机还有几个问题要克服。首先，降噪耳机设备阻挡外部声音，使用户难以通过他们的听觉来感知紧急情况。特别是，有源降噪耳机由于它们具有出色的降噪性能而可以阻挡高音量的声音，如车辆鸣笛声或尖叫声。此外，当有人对用户说话时，用户可能无法察觉。即使他们察觉到，他们也需要摘掉耳机与那个人进行交谈。在诸如建筑工地或工厂等大声嘈杂的环境中，人们经常发现即使在近距离内彼此交谈也很困难，所以需要一种使对话更容易的手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种耳机设备，其具有降噪模式并且还具有放大外部声音以使其易于被听到的助听模式。
本发明的另一个目的是提供一种耳机设备，其识别外部情况并且在降噪模式与助听模式之间自动切换。
本发明的又一个目的是提供一种耳机设备，其识别用户需要听到的诸如来自外部的语音、鸣笛车喇叭声或警报声等声音，并将其放大以使其易于被听到。
根据本发明的一个方面，为了实现上述目的，提供了一种具有有源降噪功能的耳机设备，其包括：可安装在人耳附近或人耳中的壳体；扬声器单元，其配备在壳体内并且能够发射声音信号；用于收集环境声音的一个或多个麦克风单元；以及电连接至一个或多个麦克风单元的信号处理器，其中，信号处理器以助听模式或者降噪模式选择性地操作，在助听模式下发射通过一个或多个麦克风单元从外部进入的环境声音，在降噪模式下从外部进入的环境声音被倒相并且通过扬声器单元被发射以降低环境声音。
在一些实施方式中，当处于助听模式时，信号处理器将感兴趣的声音与进入的环境声音隔离，放大感兴趣的声音，并通过扬声器单元发射所放大的感兴趣的声音。
在一些实施方式中，当通过一个或多个麦克风单元从外部进入的环境声音中检测到感兴趣的声音时，信号处理器自动从降噪模式切换至助听模式。
在一些实施方式中，当通过一个或多个麦克风单元从外部进入的环境声音中检测到感兴趣的声音时，信号处理器自动从降噪模式切换至助听模式。
在一些实施方式中，感兴趣的声音是人的语音。
在一些实施方式中，有源降噪耳机设备包括用于外部地显示信号处理器是处于助听模式还是降噪模式的显示设备。
在一些实施方式中，如果连接至有源降噪耳机设备的外部设备正在播放媒体，则信号处理器自动从助听模式切换至降噪模式。
在一些实施方式中，如果连接至有源降噪耳机设备的外部设备停止媒体的播放，则信号处理器自动从降噪模式切换至助听模式。
根据本发明，提供了一种有源地降低噪声并且使得用户能够在不摘下耳机的情况下舒适地听到外部声音的耳机。
此外，根据本发明，提供了一种耳机，其能够通过放大用户需要听到的诸如语音、鸣笛车喇叭声或警报声等声音在嘈杂的环境中进行无缝通信，使得用户能够更好地听到。
此外，根据本发明，提供了一种耳机，其识别外部情况并且在降噪模式与助听模式之间自动切换而不需要用户的进一步控制，从而使其方便使用。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的有源降噪耳机设备的框图。
图2是根据本发明的实施方式的有源降噪耳机设备的操作方法的流程图。
图3是根据本发明的另一实施方式的有源降噪耳机设备的操作方法的流程图。
图4是根据本发明的又一实施方式的有源降噪耳机设备的操作方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的有源降噪耳机设备的优选实施方式。
图1是根据本发明的实施方式的有源降噪耳机设备的配置的概念框图。根据本发明的实施方式的有源降噪耳机设备可以包括麦克风单元100、信号处理器200、扬声器单元300、终端单元400和显示装置500。可以设置一个或多个麦克风单元100并将其连接至信号处理器200。当然，该连接意味着有线或无线的电气连接，但并不一定意味着物理连接。麦克风单元100收集外部音频信号，即来自麦克风单元100周围的环境声音。此外，麦克风单元100可以收集有源降噪耳机设备的佩戴者的语音。如果设置有多个麦克风单元100，则其中的一些麦克风单元可以被安装成收集环境声音，并且另一些麦克风单元可以被安装成收集佩戴者的语音。麦克风单元100可以是例如麦克风。
麦克风单元100将收集的声音信号(即，环境声音或语音)发送至信号处理器200。信号处理器200可以将接收到的声音信号发送至终端单元400，或者如果需要，可以利用它们来产生用于有源降噪的倒相(phase-inverted)信号。例如，通过信号处理器200接收到的佩戴者的语音可以直接地或经由信号处理器200的信号处理被发送至终端单元400，并且环境声音可以被转换为用于降噪的倒相信号。然而，在一些实施方式中，可以将佩戴者的语音信号从麦克风单元100直接发送至终端单元400，而不通过信号处理器200。信号处理器200可以是例如微处理器。此外，信号处理器200可以控制本实施方式的有源降噪耳机设备的操作，并且发送用于控制连接的外部设备的控制信号。
终端单元400用于连接本发明的有源降噪耳机设备和诸如智能电话或平板电脑等外部设备。终端单元400可以是例如用于物理连接至外部设备的连接终端。可替选地，终端单元400可以是用于无线连接至外部设备的诸如蓝牙模块等无线通信模块。有源降噪耳机设备可以从通过终端单元400连接的外部设备接收音频信号或控制信号。此外，有源降噪耳机设备可以向外部设备发送通过有源降噪耳机设备的麦克风单元100接收的语音或者向外部设备发送控制信号以控制外部设备。
扬声器单元300发射各种音频信号以将声音传送到有源降噪耳机设备的佩戴者。这些音频信号可以是例如通过终端单元400接收并由外部设备发送的音频信号。也就是说，可以接收来自正在播放的诸如音乐或视频等媒体的音频信号以通过扬声器单元300传送声音。可替选地，这些音频信号可以是由信号处理器200生成的用于有源降噪的倒相信号。在这种情况下，环境声音和倒相信号可以结合，并且这大大降低了环境声音的音量，从而产生降噪效果。本领域技术人员将理解的是，可以通过使用已知的方法或算法完全实现由上述信号处理器200执行的利用倒相的有源降噪的详细方法。扬声器单元300可以容纳在壳体(未示出)中，并且当佩戴有源降噪耳机设备时，其可以优选地定位在佩戴者的耳朵附近。
此外，本发明的有源降噪耳机设备可以包括用于提供工作电力特别是向信号处理器200或终端单元400提供工作电力的电源(未示出)。为此，电源可以包括例如可充电电池。可替选地，可以通过终端单元400从外部设备向信号处理器200提供工作电力。
信号处理器200可以以助听模式或者降噪模式来选择性地操作，在助听模式下通过一个或多个麦克风单元100从外部进入的环境声音被引导至扬声器单元300并且扬声器单元300将声音输出到耳朵，在降噪模式下在来自外部的环境声音被倒相并且通过扬声器单元300发射倒相信号以在降低该环境声音的同时传递声音。例如，当佩戴者想要通过外部设备收听音乐时，信号处理器200可以在降噪模式下操作。在这种情况下，扬声器单元300可以发射通过外部设备进入的音频信号以传送声音，并且同时可以向环境声音发射具有反转的相位的信号以降低该环境声音。此外，例如，当佩戴者想要听到环境声音时，信号处理器200可以在助听模式下操作。在这种情况下，通过麦克风单元100从外部进入的环境声音可以直接被引导至扬声器单元300，并且扬声器单元300将其输出到佩戴者的耳朵中。如果连接至有源降噪耳机设备的外部设备正在播放媒体，则可以传送环境声音以及通过外部设备进入的音频信号，或者可以选择性地仅传送环境声音而停止通过外部设备进入的音频信号的输出。
在一些实施方式中，本发明的有源降噪耳机设备可以包括显示装置500。显示装置500可以外部地至少示出信号处理器200至少以哪种模式操作。例如，显示装置500可以至少通过使用LED来可视地和外部地示出操作模式。在助听模式下，本发明的有源降噪耳机设备使得佩戴者能够听到来自外部的其他人的语音，从而使佩戴者能够在佩戴时与其他人说话。然而，在没有显示装置500的情况下，正在与佩戴者说话的人不能清楚地知道有源降噪耳机设备的佩戴者是否能听到他们的语音，这可能使得该人较少参与与佩戴者的对话。因此，可以通过显示装置500外部地示出有源降噪耳机设备的操作模式，即外部地示出给正在与佩戴者说话的人。以这种方式，佩戴者可以有效地让其他人知道他们可以听到他们的语音。
当处于助听模式时，如上所述，信号处理器200可以通过扬声器单元300直接发射从外部进入的环境声音，或者可以经由信号处理选择性地放大特定声音然后发射所放大的声音。例如，信号处理器200可以将人的语音与环境声音隔离并将其放大，以便可以清楚地听到语音。这可以简单地通过增大人的语音主要落在其中的中频声音的音量或通过使用各种信号处理算法来实现。可替选地，信号处理可以以仅能够清楚地听到汽车鸣笛声的方式进行。这也可以简单地通过增大汽车鸣笛声主要落在其中的频率(例如，高范围频率)中的声音的音量来实现。
优选地，信号处理器200可以从外部进入的环境声音中选择性地识别用户需要听到的某个声音(在下文中称为“感兴趣的声音”)。例如，如果对人的语音或汽车鸣笛声感兴趣，则信号处理器200可以在助听模式下识别人的语音或汽车鸣笛声是否包括在环境声音中，然后放大所识别的感兴趣的声音并通过扬声器单元300发射，如前所述。根据实施方式，信号处理器200可以在降噪模式下识别环境声音时检测到感兴趣的声音的情况下自动切换至助听模式，然后选择性地放大该声源并发射所放大的声音。信号处理器200可以识别声音的类型——例如人的语音或常规的汽车鸣笛声——或者声音细节——例如特定人的语音或特定字。通过使用常规的语音识别技术，可以通过对音量和频率分量的分析来实现这种声音识别。
图2是根据本发明的实施方式的有源降噪耳机设备的操作方法的流程图。信号处理器200在降噪模式期间监测进入麦克风单元100的环境噪声，并连续地检测任何感兴趣的声音(步骤S11)。在检测到感兴趣的声音时，信号处理器200自动切换至助听模式(步骤S12)以传送环境声音，并且同时根据所检测到的感兴趣的声音的类型经由信号处理来放大感兴趣的声音并通过扬声器单元300发射所放大的信号(步骤S13)。
图3是根据本发明的另一实施方式的有源降噪耳机设备的操作方法的流程图。信号处理器200在助听模式期间连续监视连接至有源降噪耳机设备的外部设备是否在播放媒体(音乐、视频等)(步骤S21)。如果外部设备正在播放媒体，则信号处理器200对此进行识别并且自动切换至降噪模式(步骤S22)。如前所述，在降噪模式下，扬声器单元300发射来自正在被播放的媒体的音频信号以传送声音，并且同时发射用于降低环境声音的倒相信号以传送声音，从而使得用户能够在降低环境声音的同时享受媒体文件。
图4是根据本发明的又一实施方式的有源降噪耳机设备的操作方法的流程图。信号处理器200在降噪模式期间连续监视连接至有源降噪耳机设备的外部设备是否停止媒体的播放(步骤S31)。如果外部设备停止媒体的播放，则信号处理器200对此进行识别并自动切换至助听模式(步骤S32)。如前所述，在助听模式下，通过麦克风单元100从外部进入的环境声音被直接引导至扬声器单元300并通过扬声器单元300传送到佩戴者的耳朵中。可替选地，信号处理器200可以经由信号处理放大感兴趣的声音，并与环境声音一起发射。
从上述实施方式可以清楚地得出本发明的优点特征。也就是说，根据本发明的一些实施方式的有源降噪耳机设备可以通过外部设备在媒体播放期间降低环境噪声使得用户能够享受媒体，并且如果需要，可以在助听模式下操作以使得用户能够直接听到环境声音而不用摘下耳机设备，或者选择性地放大感兴趣的诸如语音等声音使其易于被听到。在一些实施方式中，有源降噪耳机设备可以在检测到紧急情况时或者当用户正在收听媒体时附近的某人讲话时自动从降噪模式切换至助听模式同时降低环境噪声，并放大语音或汽车鸣笛声使其易于被听到，从而使听众能够舒适地享受媒体并且能够应对对话或紧急情况。此外，在一些实施方式中，可以外部地示出有源降噪耳机设备的操作模式，因此佩戴者可在佩戴耳机设备时不尴尬地与另一个人进行对话。此外，在一些实施方式中，如果通过连接的外部设备播放媒体文件，则本发明的有源降噪耳机设备可以对此进行识别并自动切换至降噪模式，或者相反地如果媒体文件的播放停止，则其可以对此进行识别并自动切换至助听模式，从而方便使用和改善用户体验。
已经进行了上述描述以帮助理解本发明，应当注意的是，本发明的权利要求的范围不限于上述具体实施方式。

Claims (8)

1.一种具有有源降噪功能的耳机设备，包括：
可安装在人耳附近或人耳中的壳体；
配备在所述壳体内并且能够发射声音信号的扬声器单元；
用于收集环境声音的一个或多个麦克风单元；以及
电连接至所述一个或多个麦克风单元的信号处理器，
其中，所述信号处理器选择性地在助听模式或者降噪模式下操作，在所述助听模式下，发射通过所述一个或多个麦克风单元从外部进入的环境声音，在所述降噪模式下，从外部进入的环境声音被倒相并且通过所述扬声器单元来发射所倒相的环境声音以降低所述环境声音。
2.根据权利要求1所述的有源降噪耳机设备，其中，当处于所述助听模式时，所述信号处理器将感兴趣的声音与进入的环境声音隔离，放大所述感兴趣的声音，并且通过所述扬声器单元发射所放大的感兴趣的声音。
3.根据权利要求1所述的有源降噪耳机设备，其中，当从通过所述一个或多个麦克风单元从外部进入的环境声音中检测到感兴趣的声音时，所述信号处理器自动从所述降噪模式切换至所述助听模式。
4.根据权利要求2所述的有源降噪耳机设备，其中，当从通过所述一个或多个麦克风单元从外部进入的环境声音中检测到感兴趣的声音时，所述信号处理器自动从所述降噪模式切换至所述助听模式。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的有源降噪耳机设备，其中，所述感兴趣的声音是人的语音。
6.根据权利要求1所述的有源降噪耳机设备，其中，所述有源降噪耳机设备包括用于外部地显示所述信号处理器是处于所述助听模式还是处于所述降噪模式的显示装置。
7.根据权利要求1或2所述的有源降噪耳机设备，其中，如果连接至所述有源降噪耳机设备的外部设备正在播放媒体，则所述信号处理器自动从所述助听模式切换至所述降噪模式。
8.根据权利要求1或2所述的有源降噪耳机设备，其中，如果连接至所述有源降噪耳机设备的外部设备停止播放媒体，则所述信号处理器自动从所述降噪模式切换至所述助听模式。
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