CN110915238A - 语音清晰度增强*** - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于困难声学条件的语音清晰度增强***,该语音清晰度增强***包括至少一个用于***人的耳道(218)中的耳塞(201),该至少一个耳塞布置有面向耳道部分(401)和面向环境部分(402),并且该至少一个耳塞包括:声学衰减路径(214;214、213),其包括将所述面向环境部分(402)与所述面向耳道部分(401)耦接的通气孔(214);以及电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212),其包括在所述面向环境部分(402)处的麦克风(202)、可变增益(204)和在所述面向耳道部分(401)处的扬声器(209);其中所述声学衰减路径(214;214、213)布置有从所述面向环境部分(402)到所述面向耳道部分(401)的具有低通特性的传递函数,该低通特性具有低通截止频率,并且所述低通特性通过对低于所述截止频率的频率的标称衰减(G0)来衰减声音。
Description
技术领域
本发明涉及收听舒适度和语音识别的增强,尤其是在嘈杂的环境中和/或以其他方式挑战声学条件。
背景技术
在嘈杂的环境中难以进行语音通信是常见的经验。特别是鸡尾酒会、咖啡馆和类似的情况带来了挑战,因为信号(会话伙伴的语音)非常相似,并且通常没有噪音(其他人的喋喋不休)响亮。听力正常的人需要进行大量的脑力活动来区分单词,并且听力损失非常轻微的人甚至需要更多的脑力活动。
许多噪音抑制算法(包括自适应麦克风定向模式)在信噪比(SNR)方面表现出相当大的增益。然而,在实际测试中,例如由于处理人工产物和不自然的声音,它们常常无法提供更好的语音识别分数。
传统的被动听力保护器通常衰减太多,特别是在较高的频率下,这使得语音识别更加糟糕。此外,传统的听力保护器引起闭塞(即,由于耳道堵塞而没有采取抵消措施,用户感觉到他自己的声音质量“空洞”、“低沉”或“轰鸣”)。
所谓的音乐家耳塞旨在在广泛的音频频率范围内均匀衰减,以免扭曲音乐感知,该音乐家耳塞通常衰减太多,而无法用于理解嘈杂环境中的语音。它们通常也不处理闭塞效应。
另一方面,助听器旨在通过使用放大声音的一般措施来改善可听性。这对于如上所述在嘈杂环境中难以理解语音的正常听力或接近正常听力的人来说通常没有帮助。此外,常规的助听器或者通过为自己嗓音的骨传导的声音提供逃离耳道的过多的通气孔来对抗闭塞效应,但因此也防止了低音频率的任何衰减,或者通过提供过少的通气孔,从而在用户说话时导致闭塞效应。
针对上述挑战中的一个或多个的改善正常听力或接近正常听力的人在嘈杂环境中的收听舒适度和/或语音识别的耳部设备将是非常有利和有用的。
发明内容
发明人已经确认了上述问题和挑战,特别是涉及嘈杂环境中的听觉舒适度和会话清晰度,并且随后进行了下面描述的发明。发明人已经意识到如何将来自心理声学和听力学的许多众所周知的研究结果和理论与新颖特征相组合并应用以实现有利的组合技术效果,并且已经提供了这样的助听器,其增强了个人与他/她面前的人交谈的能力。
本发明涉及一种用于困难声学条件的语音清晰度增强***,该语音清晰度增强***包括至少一个用于***人的耳道中的耳塞,该至少一个耳塞布置有面向耳道部分和面向环境部分,并且该至少一个耳塞包括:声学衰减路径,其包括将所述面向环境部分与所述面向耳道部分耦接的通气孔;以及电声路径,其包括在所述面向环境部分处的麦克风、可变增益和在所述面向耳道部分处的扬声器;其中所述声学衰减路径布置有从所述面向环境部分到所述面向耳道部分的具有低通特性的传递函数,该低通特性具有低通截止频率,并且所述低通特性通过对低于所述截止频率的频率的标称衰减来衰减声音。
本发明的实施例的有利效果是,即使在从声学衰减路径的面向环境部分到面向耳道部分施加了衰减,声学衰减路径的通气孔也减小闭塞效应。
通过本发明的实施例,演示声压级(SPL)被优化以增加清晰度。当语音以非常低的水平呈现时是难以理解的,因为重要的语音提示是不可听见的,这使得难以区分音素。随着水平的提高,语音识别增加,直到某些时候识别开始随着水平的提高而恶化。这种现象通常被称为‘翻转’效应。在鸡尾酒会情况下,整体环境SPL通常高于翻转点。根据实施例,声学衰减路径应用标称衰减,从而增加在嘈杂环境中的大声语音或语音的清晰度。此外,根据实施例,电声路径还可应用负增益以增加语音的清晰度。
本发明的有利特征是低音的被动处理,其中低于低通截止频率的频率在声学上衰减。许多常规的噪音抑制算法(包括自适应麦克风定向模式)在SNR中表现出显著的增益。然而,在实际测试中,它们常常无法提供更好的语音识别分数,因为这些算法易于产生吸引用户注意的“毛刺”或不自然的声音,从而减少对要识别的语音的关注甚至掩盖要识别的语音。本发明避免了这种情况。
本发明通过施加轻微的一般衰减来促进在嘈杂或以其他方式的大声环境中长时间停留是有利的。例如,3dB的一般衰减可将噪音暴露减少50%,或另选地允许佩戴者在耳朵受到与没有***的情况下相同的噪音暴露的情况下停留两倍的时长。
为了进一步增强对暴露于大声的保护,有利的是包括用于限制递送到耳道的峰值SPL的装置。这可在声学衰减路径、在电声路径或两者中完成。所述峰值限制装置可包括声学机构,诸如通过窄槽、机电实现的,诸如使用具有有限运动的薄膜实现的。此外,可采用电声装置,诸如在检测到大声时简单地减小电增益和/或通过经由扬声器发出待衰减的声音的相位反转复制品。
由于开放式耳道的共振,噪音引起的听力损失通常在3kHz附近最突出。因此,特别有利的是包括增益减小机构,其限制在3kHz附近的传输到耳朵的功率。
在实施例中,所述标称衰减在500Hz下在2dB至10dB的范围内,诸如在500Hz下在2dB至8dB的范围内,诸如在500Hz下在2dB至6dB的范围内,诸如在500Hz下在2dB到5dB的范围内,诸如在500Hz下在3dB到5dB的范围内,诸如在500Hz下在3dB到4dB的范围内。
在实施例中,在600Hz至1200Hz的范围内,诸如700Hz至1000Hz,诸如750Hz至900Hz,诸如800Hz,该低通截止频率为3dB转角频率。
在实施例中,所述低通特性从50Hz到所述截止频率基本上是平坦的。
在实施例中,所述电声路径布置有从所述面向环境部分到所述面向耳道部分的具有高通特性的传递函数,该高通特性具有高通截止频率,并且其中所述电声路径布置成对高于所述高通截止频率的频率应用高通增益。
根据本发明,可变增益指定具有可控增益的信号处理块,从而使得电声路径能够应用高通增益。注意,增益可以是负的或正的。
根据本发明的实施例,相对于***应用高通增益有利于低能耗、扬声器的有利使用等。
根据本发明的实施例,低通特性的应用有利于较少掩蔽由所述电声路径处理的高频分量。
在实施例中,所述低通截止频率和所述高通截止频率在所述声学衰减路径和所述电声路径之间建立交叉频率。
使用两种不同类型的路径有利于通过电声路径的传递函数和声学衰减路径的传递函数的组合来建立混合传递函数。组合传递函数的有利效果是***的控制算法可仅关注控制高于交叉频率的频率。
在实施例中,所述高通增益可在最小增益和最大增益之间控制。
在实施例中,所述高通增益在3kHz下在-30dB至20dB的范围内,诸如在3kHz下在-25dB至15dB的范围内,诸如在3kHz下在-20dB至10dB的范围内。
在实施例中,所述高通截止频率在600Hz至1200Hz的范围内,诸如700Hz至1000Hz,诸如750Hz至900Hz,诸如800Hz,所述高通截止频率为所述3dB转角频率。
在实施例中,所述高通特性从至少为5kHz的所述截止频率起基本上是平坦的,诸如7kHz。
在实施例中,所述耳塞包括增益控制器,该增益控制器被布置成控制所述可变增益。
在实施例中,所述控制所述可变增益基于来自所述麦克风的信号。
在实施例中,所述控制所述可变增益基于来自所述麦克风的信号的电平。
在实施例中,所述电声路径包括麦克风前置放大器和滤波器。
在实施例中,电声路径的所述传递函数和声学衰减路径的所述传递函数中的至少一个包括开耳共振补偿增益。
将耳塞***耳道会改变开耳的固有频率响应,最明显的是在3kHz左右的开耳共振附近。在有利的实施例中,通过在该频率处应用类似的增益来补偿该变化。补偿可例如应用于麦克风前置放大器处、可变增益处、可变增益和扬声器之间,或声学地应用于从扬声器到耳道的路径中。
在实施例中,所述增益控制器以数字方式实现,并且在所述麦克风和所述增益控制器之间提供模数转换器。
在实施例中,所述可变增益具有连接到所述增益控制器的数字控制输入。
在实施例中,所述麦克风是定向麦克风,诸如超心型麦克风。
使用定向麦克风可显著改善信噪比(SNR)。若干研究表明,在助听器中使用定向麦克风是改善信噪比,从而改善在鸡尾酒会情况下的语音识别的唯一最有效和最可靠的方法。尽管本发明的优选实施例仅以高于所述交叉频率的频率再现麦克风信号,但是定向麦克风的使用仍然改善了该实施例的SNR。
在实施例中,所述可变增益是模拟的。
在实施例中,所述增益控制器是数字的。
在实施例中,所述扬声器是电动扬声器。
在实施例中,所述耳塞是电池供电的,诸如由可充电电池供电。
在实施例中,该***包括峰值限制装置,例如峰值限制器***,用于衰减大声音。这有利于增加对用户暴露于大声的保护。峰值限制装置被布置成限制递送到耳道的峰值声压级(SPL)。
在实施例中,峰值限制装置,例如,峰值限制***包括布置在所述声学衰减路径中的峰值限制器。这可有利地通过在所述通气孔中设置一个或多个窄槽来实现,以限制可以通过通气孔传导的声功率的量。
在实施例中,所述峰值限制装置,例如,峰值限制***包括布置在所述电声路径中的峰值限制器。这可通过布置在所述麦克风和/或所述扬声器中的机电峰值限制器来实现,例如通过限制麦克风或扬声器的膜偏移。另选地,电声路径中的峰值限制器可有利地通过电子峰值限制器来实现,该电子峰值限制器被布置成对通过具有超过预定峰值限制阈值的电平的所述麦克风接收的声音施加衰减,和/或被布置成由所述扬声器产生由具有超过预定峰值限制阈值的电平的所述麦克风接收的声音的相位反转复制品。
在实施例中,用于衰减大声的所述峰值限制装置,例如,峰值限制***被布置成在3kHz的频率附近具有最大衰减。峰值限制,即通过限制传输到耳朵的功率来防止噪音引起的听力损失,有利地集中在开放式耳道的共振频率上,因为噪音引起的听力损失在该频率下通常最突出。
在实施例中,所述至少一个耳塞包括两个耳塞,人的每个耳道中有一个,并且其中所述两个耳塞被布置成协调它们之间的设定。
附图说明
下面将参考附图描述本发明,其中
图1是示出根据本发明的实施例的通气路径和可变增益路径的***增益与频率的关系的曲线图,
图2示出了根据本发明的语音清晰度增强***的实施例的框图,
图3示出了典型的使用场景,
图4示出了***耳道中的根据本发明实施例的耳塞,
图5示出了根据本发明实施例的通气孔配置,以及
图6示出了本发明的实施例的概述框图。
具体实施方式
图6示出了本发明的实施例的概述框图。其包括***人的耳道218中的耳塞201。耳塞结束于鼓膜219处。耳塞201具有面向耳道部分401和面向环境部分402。面向耳道部分和面向环境部分之间的边界位于耳塞的圆周处,其中耳塞通常与耳道接触,即基本上塞住耳道。
耳塞201包括声学衰减路径214,其包括通过低通传递函数将环境声学地耦接到耳道的通气孔214,该低通传递函数将低于低通截止频率的通带衰减例如2dB和10dB之间,如下面更详细的解释。
耳塞201还包括电声路径,其包括麦克风202,优选地是定向麦克风、可变增益204,即具有可控增益的信号处理块,以及扬声器209。电声路径有利于从耳道218中的环境再现声音。
图1是示出根据本发明的实施例的声学衰减路径和电声路径的***增益与频率的关系的曲线图。0dB的***增益IG对应于从环境到开放式耳道的鼓膜219的传递函数,即未***耳塞。所示的***增益曲线101、102、103、104示出了通过***耳塞201实现的开放式耳朵情况的差异,其中曲线101示出了由声学衰减路径实现的***增益,并且曲线102、103和104示出了可由电声路径获得的各种***增益。
声学衰减路径应用具有低通特性的传递函数101,该低通特性的截止频率为约800Hz。低通特性在从约50Hz到截止频率的频带中基本上是平坦的,但标称衰减G0在2dB和10dB之间,例如,3dB至4dB。因此,与开放式耳朵的情况相比,通气孔214导致低音的一般衰减和高于截止频率的声音分量的显著阻挡。
电声路径应用具有可变增益102、103、104的传递函数,其具有高通特性,该高通特性的截止频率为约800Hz,即基本上等于声学低通滤波器的截止频率。高通特性在从约截止频率到例如5kHz、7kHz或更高的频带中基本上是平坦的。平坦频带处的可变增益102可例如被设定成与曲线101的标称衰减G0匹配,以组合地呈现环境声音的固有频率响应,但是处于通常降低的声压级(SPL)。在另一种情况下,可变增益可进一步降低到例如根据曲线103的最小增益GMIN,以允许用户休息或保护他或她的耳朵。可变增益可在例如对话的情况下被设定成增加的增益,例如,根据曲线104,以强调辅音并提高语音清晰度。
图2示出了根据本发明的语音清晰度增强***的实施例的框图。该***包括一个或两个耳塞201,适于***人的(一个或多个)耳道218中。
每个耳塞201具有通常堵塞耳道的外部形状,但包括通气孔214,其将耳道218声学地耦接到人所处的环境。通气孔可在任一端部或两个端部中设置有通气孔阻尼布213,这里示出在通气孔的耳道端部。通气孔214布置成允许环境声音到达人的鼓膜219,但是处于衰减水平。由通气孔214提供的衰减优选地取决于频率,优选地作为低通滤波器,优选地根据图1的通气孔衰减曲线101。
通气孔衰减曲线101的通气孔截止频率fx可例如位于600Hz至1200Hz的间隔中,例如约800Hz,低于该频率,通气孔214施加例如在3dB和9dB之间的标称衰减G0,优选约为3dB。在通气孔截止频率之上,通气孔衰减曲线滚降,从而阻挡更高的频率。
可使用阻尼材料或阻尼布和不同直径的导管节段的组合以本领域技术人员公知的多种方式实现衰减通气孔。该设计的目标是在从50Hz一直到截止频率的频率范围内,具有基本上与频率无关的在2dB和10dB之间的衰减,同时维持通气孔的基本上低的输入阻抗,如从面向耳道部分401所看到的。为了保持设计简单和紧凑,必须在通气孔对闭塞的有益效果和从面向环境部分402传递到面向耳道部分的声音的衰减之间进行权衡。在一个优选实施例中,已经发现可以在维持闭塞效应的主观上可接受的印象的同时实现约4dB的衰减。
尽管通气孔214优选地设立为一个导管,例如,具有5mm的长度和1.5mm的直径,但是在另选实施例中,可将其设立为两个或更多个导管的组合。(一个或多个)导管可在任一端部或两个端部分支。与导管直径相比,导管端部中的孔可具有相同的不同直径,并且可以在任一端部或两个端部由阻尼布213覆盖,用于施加阻尼和/或用于避免导管被碎屑阻塞。通气孔实施例的示例在图5A至图5C中示出,其中通气孔214由一个或多个导管514形成。图5A中的一个导管514,图5C中的两个导管514和图5B中的分支导管514。注意,分支导管可以在任一端部或两个端部分支,并分支成两个或更多个分支。图中的通气孔214从耳塞201的面向环境部分402延伸到耳塞201的面向耳道部分401。
在实施例中,声学衰减路径214还可包括峰值限制装置,例如由窄槽实现,以向用户提供不暴露于大声的保护。这可与用于在电声路径中实现的峰值SPL限制的其他装置组合,如下所述。
除了通气孔214之外,每个耳塞201包括麦克风202、可变增益204和扬声器209,从而在环境和耳道218之间建立音频的替代路径。如上参考图1所述,该另选路径提供可变增益,优选地实现为高通滤波器,优选地具有与通气孔214的截止频率范围相同的截止频率,从而将可变增益应用于高于该频率的频率,如图1所示。
在优选实施例中,低通通气孔214和高通可变增益204的截止频率优选地接近,例如小于100Hz,优选小于50Hz,并且因此可表示为交叉频率fx。
麦克风202耦接到耳道218外部的人的环境,并且可包括任何声音敏感设备,例如一个或多个微型驻极体麦克风。麦克风202可优选地包括定向麦克风,例如布置有声音导管的一个或多个换能器元件,以便提供例如超心型形状的定向灵敏度图案,如麦克风设计领域的技术人员所熟知的。
可变增益204可例如使用乘法数模转换器或可编程增益放大器的一些其他形式(例如,带有开关反馈的放大器)来实现。
在优选实施例中,从麦克风202经由可变增益204到扬声器209的音频路径是低时延路径,以尽可能地避免声学通风路径214和电可变增益路径204之间的延迟。因此,可变增益204优选地实现为模拟设计,例如,具有开关反馈的模拟设计,因为快速数字设计具有显著更高的能量消耗和/或价格。
扬声器209布置在耳塞201中,使得其基于可变增益204的输出在耳道218中产生声音。优选地,具有扬声器管道入口阻尼布210和/或扬声器管道出口阻尼布212的扬声器管道211设置在扬声器209和耳道218之间,以避免不期望的共振。通气孔阻尼布213和扬声器管道出口阻尼布212可包括共同的阻尼布。扬声器可包括一个或多个从电信号产生声音的电声换能器,例如压电扬声器、平衡电枢接收器或优选地电动扬声器。
可提供麦克风前置放大器和滤波器203用于调节麦克风信号,例如关于频率响应、均衡等。例如,麦克风滤波器203可补偿非理想的麦克风频率响应和/或添加均衡,以补偿耳塞***时修改的开放式耳道共振。
应当将用于补偿修改的耳道共振的均衡结合在***中,但是如果合适,可在信号路径中的各个位置处实现。在优选实施例中,使用围绕扬声器209的输出放大器级建立的电子滤波来实现3kHz的增强。在另一个优选实施例中,通过调谐靠近扬声器膜的空气体积以及声音管道211的形状来产生合适的共振。
提供可变增益控制器206以控制可变增益204。如图2所示,可变增益控制器206优选地使用在数字控制器上运行的软件模块来实现,例如,ARM Cortex-M0处理器。尽管具有可变增益204的主通道优选地是如上所述的模拟通道,但是侧通道可优选地在数字域中实现以允许紧凑的可编程实现,优选地集成所有所需的子***,例如模数转换器205、数模转换器207、可变增益控制器206、***控制器215和用于其他部件的输入/输出通道。处理器甚至可包括内置通信接口216,例如蓝牙无线通信接口。在另选实施例中,侧链模拟主通道。在另选实施例中,主通道,特别是可变增益,也由处理器中的软件模块实现。
可变增益控制器206被布置为接收和分析来自麦克风的音频信号,并且基于其控制可变增益204。在实施例中,模数转换器205的采样率不需要满足通常的音频要求,因为采样信号仅用于控制,而主通道的优选模拟信号由可变增益204处理并转发到扬声器209。在实施例中,模数转换器205的采样率可例如在8kHz至24kHz的范围内。
在一个实施例中,增益控制器206基于麦克风信号的电平和/或内容来控制操作模式和可变增益204。例如,可基于确定通常大的噪音且没有语音分量的麦克风信号来选择一般衰减的操作模式。例如,当确定一般背景噪音水平的语音信号低于预定阈值时,可选择周期性正增益的操作模式,以通过强调辅音来改善语音清晰度。例如,当在非常大声和嘈杂的环境中确定语音信号时,可选择通常增加的正增益的操作模式,其中由于若干会话或类似辅音的声音被拦截,周期性地强调辅音可能是不可能的。
可变增益204的增益在优选实施例中由可变增益控制器206基于使用麦克风信号的短时功率谱作为输入的启发式模型来控制。在优选实施例中,可变增益控制器206被布置成检测某些条件,例如,当调制光谱满足某些标准时,并且响应于此,以不同的方式利用可变增益204,例如,作为音节压缩器,使辅音突出。这例如可有利于增强语音清晰度,但是可引起其他音频类别,例如,音乐,听起来不自然。由可变增益控制器检测的某些条件可例如涉及不同的音频类别,以例如区分语音和其他声音,或更多类别,例如语音、音乐和噪音,或甚至更多的类别,诸如区分各个声音的语音单元,例如,元音类型单元和辅音类型单元,以便能够根据当前接收的音频类别改变可变增益控制模式。在优选实施例中,例如,可应用上述音节压缩以使辅音突出,但仅在检测到或可能发生相关辅音时。即使在侧链中具有相对低的采样频率并且在主通道中没有延迟,单位语速也足够慢以留出改变模式的时间并强调特定语音单元的剩余部分,从而导致清晰度的显著改善。
在优选实施例中提供***控制器215,用于各种***零件的整体控制。如上所述,***控制器215优选地集成在实现可变增益控制器206的相同处理器中,但是在其他实施例中可实现为单独的处理器或更简单的逻辑电路。***控制器可例如布置成控制接通和断开、改变模式和/或参数、监控电池电量和充电等。
在优选实施例中,该***包括无线通信接口216,优选地是蓝牙低功耗接口,或其他无线通信技术。
通信接口216可例如用于接收流式音频(例如,从智能手机),例如音乐或电话会话,其可由***控制器215和可变增益控制器206处理,并由数模转换器(DAC)207和求和点208注入主音频通道,以由扬声器209呈现。
在实施例中,语音清晰度增强***包括两个耳塞201,人的每个耳道中有一个,并且通信接口216用于两个耳塞以传达设定和参数。因此也便于两个耳塞中的增益或模式的同步改变。
在实施例中,大多数侧链处理在一个耳塞中执行,并且所得到的模式和参数变化被转移以在相对耳道的耳塞中使用,从而减少耳塞的集体能量消耗。
无线通信接口216还可或替代地用于耳塞的远程控制。
在实施例中,耳塞201包括用于有线连接到设备(例如,智能手机)的连接器,例如用于传输由***呈现的音频和/或数据。
在优选实施例中,***控制器215通信地耦接到用户接口217,例如,经由处理器的模拟或数字输入通道。用户接口217可优选地包括用于触摸控制的电容传感器,但是也可或替代地包括开关、按钮、光敏设备等。用户接口可另选地或另外地包括任何远程控制技术的远程控制输入,诸如基于红外或基于射频的远程控制等。在优选实施例中,耳塞201的外部部分的单个触敏区域的用户接口217可例如用于改变设备的模式,例如,在用于收听对话的语音增强模式和用于来自连接的智能电话或其他设备的流式音乐或电话呼叫的耳机模式,以及应用最大衰减以尽可能地保护听力的耳朵休息模式之间。
在实施例中,DAC 207还用于向用户的耳朵提供***消息和/或用户交互的反馈。
每个耳塞201优选地包括用于为电子设备供电的可充电电池220。
在实施例中,电声路径还可包括峰值限制装置,以提供用户免于暴露于大声的保护,例如通过麦克风和/或扬声器膜的机械限制来实现,或例如通过减少检测到大声时的电增益和/或通过经由扬声器发出待衰减的声音的相位反转复制品以电子方式实现。这可与如上所述在声学衰减路径中实现的用于峰值SPL限制的其他装置组合。
图3示出了典型的使用场景,例如上述鸡尾酒会场景,其中收听人301试图听到讲话人302的讲话,同时受到背景噪音303的干扰,这里以其他人之间的对话的形式示出。收听人301戴着本发明实施例的耳塞201,从而感知到改善的语音清晰度。
图4示出了***耳道218中的根据本发明实施例的耳塞201。耳塞201优选地放置在人的外耳1401中,并且设置有柔性耳机末端1402,用于在不同用户的耳道中提供声学密封。耳机末端1402与耳道218的接触限定了耳塞201的面向耳道部分401和面向环境部分402之间的边界。耳塞包括将环境与耳道声学耦接的通气孔214。包括位于面向环境部分402处的麦克风202、前置放大器203、可变增益204和扬声器209的电声路径设置在耳塞内,并且扬声器管道211设置在耳塞的面向耳道部分401处。
参考符号列表
在以上描述中,以下符号用于指代附图:
IG ***增益
Fx 交叉频率
G0 标称衰减
GMAX 最大增益
GMIN 最小增益
101 声学衰减路径增益曲线
102 电声路径增益曲线,中性
103 电声路径增益曲线,最小值
104 电声路径增益曲线,最大值
201 耳塞
202 麦克风
203 麦克风前置放大器和滤波器
204 可变增益
205 模数转换器
206 可变增益控制器
207 数模转换器
208 求和点
209 扬声器
210 扬声器管道入口阻尼布
211 扬声器管道
212 扬声器管道出口阻尼布
213 通气孔阻尼布
214 通气孔
215 ***控制器
216 通信接口
217 用户接口
218 耳道
219 鼓膜
220 电池
301 收听人(佩戴者/用户)
302 讲话人(对话伙伴)
303 背景噪音(干扰性语音)
401 面向环境部分
402 面向耳道部分
514 通气管道
1401 耳廓(外耳)
1402 提供声学密封的柔性耳机末端
Claims (31)
1.一种用于困难声学条件的语音清晰度增强***,所述语音清晰度增强***包括至少一个用于***人的耳道(218)中的耳塞(201),所述至少一个耳塞布置有面向耳道部分(401)和面向环境部分(402),并且所述至少一个耳塞包括:
声学衰减路径(214;214、213),所述声学衰减路径包括将所述面向环境部分(402)与所述面向耳道部分(401)耦接的通气孔(214);以及
电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212),所述电声路径包括在所述面向环境部分(402)处的麦克风(202)、可变增益(204)和在所述面向耳道部分(401)处的扬声器(209);
其中所述声学衰减路径(214;214、213)布置有从所述面向环境部分(402)到所述面向耳道部分(401)的具有低通特性的传递函数,所述低通特性具有低通截止频率,并且所述低通特性通过对低于所述截止频率的频率的标称衰减(G0)来衰减声音。
2.根据权利要求1所述的***,其中所述标称衰减(G0)在500Hz下在2dB至10dB的范围内,诸如在500Hz下在2dB至8dB的范围内,诸如在500Hz下在2dB至6dB的范围内,诸如在500Hz下在2dB到5dB的范围内,诸如在500Hz下在3dB到5dB的范围内,诸如在500Hz下在3dB到4dB的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的***,其中所述低通截止频率在600Hz至1200Hz的范围内,诸如700Hz至1000Hz,诸如750Hz至900Hz,诸如800Hz,所述低通截止频率为3dB转角频率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述低通特性从50Hz到所述截止频率基本上是平坦的。
5.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212)布置有从所述面向环境部分(402)到所述面向耳道部分(401)的具有高通特性的传递函数,所述高通特性具有高通截止频率,并且其中所述电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212)布置成对高于所述高通截止频率的频率应用高通增益(102、103、104)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述低通截止频率和所述高通截止频率在所述声学衰减路径(214;214、213)与所述电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212)之间建立交叉频率(fx)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述高通增益可在最小增益(GMIN)和最大增益(GMAX)之间控制。
8.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述高通增益在3kHz下在-30dB至20dB的范围内,诸如在3kHz下在-25dB至15dB的范围内,诸如在3kHz下在-20dB至10dB的范围内。
9.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述高通截止频率在600Hz至1200Hz的范围内,诸如700Hz至1000Hz,诸如750Hz至900Hz,诸如800Hz,所述高通截止频率为所述3dB转角频率。
10.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述高通特性从至少为5kHz的所述截止频率起基本上是平坦的,诸如7kHz。
11.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述耳塞(201)包括增益控制器(206),所述增益控制器(206)被布置成控制所述可变增益(204)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述可变增益(204)的所述控制基于来自所述麦克风(202)的信号。
13.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述控制所述可变增益(204)基于来自所述麦克风(202)的信号的电平。
14.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述电声路径包括麦克风前置放大器和滤波器(203)。
15.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述电声路径的所述传递函数和所述声学衰减路径的所述传递函数中的至少一个包括开耳共振补偿增益。
16.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述增益控制器(206)以数字方式实现,并且在所述麦克风(202)和所述增益控制器(206)之间提供模数转换器(205)。
17.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述可变增益(204)具有连接到所述增益控制器(206)的数字控制输入。
18.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述麦克风(202)是定向麦克风,诸如超心型麦克风。
19.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述可变增益(204)是模拟的。
20.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述增益控制器(206)是数字的。
21.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述扬声器是电动扬声器。
22.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述耳塞是电池供电的,诸如由可充电电池供电。
23.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述***包括峰值限制装置,例如峰值限制器***,用于衰减大声。
24.根据权利要求23所述的***,其中所述峰值限制装置,例如,峰值限制***,包括布置在所述声学衰减路径(214;2124、213)中的峰值限制器。
25.根据权利要求24所述的***,其中布置在所述声学衰减路径(214;214、213)中的所述峰值限制器包括在所述通气孔(214)中的一个或多个窄槽。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的***,其中所述峰值限制装置,例如,峰值限制***,包括布置在所述电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212)中的峰值限制器。
27.根据权利要求26所述的***,其中布置在所述电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212)中的所述峰值限制器包括布置在所述麦克风(202)和/或所述扬声器(209)中的机电峰值限制器。
28.根据权利要求26或27所述的***,其中布置在所述电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212)中的所述峰值限制器包括布置成对由具有超过预定峰值限制阈值的电平的所述麦克风(202)接收的声音施加衰减的电子峰值限制器。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的***,其中布置在所述电声路径(202、204、209;202、203、204、208、209、210、211、212)中的所述峰值限制器包括电子峰值限制器,所述电子峰值限制器布置成通过所述扬声器(209)产生由具有超过预定峰值限制阈值的电平的所述麦克风(202)接收的声音的相位反转复制品。
30.根据权利要求23至29中任一项所述的***,其中用于衰减大声的所述峰值限制装置,例如,峰值限制***被布置成在3kHz的频率附近具有最大衰减。
31.根据前述权利要求中任一项所述的***,其中所述至少一个耳塞包括两个耳塞,所述人的每个耳道中有一个耳塞,并且其中所述两个耳塞被布置成协调它们之间的设定。
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