CN111295707B - 个人声学设备中的压缩透听 - Google Patents

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Abstract

本文档中所述的技术可体现在一种方法中，该方法包括：接收表示由主动降噪(ANR)耳机的麦克风所捕获的音频的输入信号；由一个或多个处理设备处理该输入信号的一部分以确定该输入信号中的噪声电平；以及确定该噪声电平满足阈值条件。该方法还包括：响应于确定该噪声电平满足该阈值条件，生成输出信号，其中根据该输出信号的目标响度电平控制对该输入信号的ANR处理；以及使用该输出信号驱动该ANR耳机的声换能器。

Description

个人声学设备中的压缩透听
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年9月6日提交的美国申请16/124,056和2017年10月30日提交的美国临时申请62/578,827的权益，这些申请的全部内容以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及还允许透听功能以降低隔离效果的主动降噪(ANR)设备。
背景技术
声学设备诸如耳机可包括阻挡环境噪声的至少部分到达用户耳朵的主动降噪(ANR)能力。因此，ANR设备产生声学隔离效果，这将用户与环境至少部分地隔离。为了减轻此类隔离的效果，一些声学设备可包括透听模式，在透听模式下，降噪关闭一段时间并且允许环境声音传递到用户的耳朵。此类声学设备的示例可见于美国专利8,155,334和美国专利8,798,283中，这些专利的全部内容以引用方式并入本文。
发明内容
在一个方面，本文档描述了一种方法，该方法包括：接收表示由主动降噪(ANR)耳机的麦克风所捕获的音频的输入信号；由一个或多个处理设备处理输入信号的一部分以确定输入信号中的噪声电平；以及确定噪声电平满足阈值条件。该方法还包括：响应于确定噪声电平满足阈值条件，生成输出信号，其中根据输出信号的目标响度电平控制对输入信号的ANR处理；以及使用输出信号驱动ANR耳机的声换能器。
在另一方面，本文档的特征在于一种装置，该装置包括降噪耳机、控制器和声换能器。降噪耳机被配置为基于捕获的环境声音来生成输入信号。控制器包括一个或多个处理设备并且被配置为处理输入信号的一部分以确定输入信号中的噪声电平。控制器还被配置为：确定噪声电平满足阈值条件；以及响应于确定噪声电平满足阈值条件，生成输出信号，其中根据输出信号的目标响度电平来控制对输入信号的降噪处理。声换能器被配置为根据输出信号生成声输出。
在另一方面，本文档的特征在于一个或多个机器可读存储设备，该一个或多个机器可读存储设备具有在其上编码的计算机可读指令，该计算机可读指令用于使一个或多个处理设备执行各种操作。这些操作包括：接收表示由主动降噪(ANR)耳机的麦克风所捕获的音频的输入信号；处理输入信号的一部分以确定输入信号中的噪声电平；以及确定噪声电平满足阈值条件。这些操作还包括：响应于确定噪声电平满足阈值条件，生成输出信号，其中根据输出信号的目标响度电平控制对输入信号的ANR处理；以及使用输出信号驱动ANR耳机的声换能器。
上述方面的实施方式可包括以下特征中的一个或多个。
可基于用户输入，例如基于由用户输入指示的目标响度电平来确定阈值条件。确定噪声电平满足阈值条件可包括：确定噪声电平大于与阈值条件相关联的电平；以及作为响应，根据噪声电平控制ANR处理。确定噪声电平满足阈值条件还可包括：确定噪声电平小于与阈值条件相关联的电平；以及作为响应，独立于噪声电平来控制ANR处理。生成输出信号可包括：处理包括一个或多个ANR滤波器的第一信号路径中的输入信号以生成第一信号；处理与第一信号路径并联设置的第二信号路径中的输入信号以生成第二信号；以及通过将第一信号与第二信号组合成加权组合来生成输出信号。第一信号路径和第二信号路径可各自包括可变增益放大器(VGA)。
在ANR耳机的第一操作模式下，与第一信号相关联的权重可基本上等于零。在ANR耳机的第二操作模式下，与第二信号相关联的权重可基本上等于零。第一信号路径和第二信号路径中的每一者可设置在前馈信号路径中，该前馈信号路径设置在前馈麦克风和声换能器之间。输入信号的经处理以确定噪声电平的部分可限于一定频率范围。输入信号中的噪声电平可被确定为相对于还驱动声换能器的另一信号的信噪比(SNR)。可根据与ANR处理相关联的响应率来生成输出信号。可基于用户输入来确定该响应率。阈值条件可选自多个阈值条件，该多个阈值条件中的每一个对应于不同程度的ANR处理。控制对输入信号的ANR处理的程度可包括根据阈值条件调节***增益。控制对输入信号的ANR处理的程度可包括根据阈值条件调节输入信号的压缩。
在另一方面，本文档的特征在于一种方法，该方法包括在一个或多个处理设备处接收第一噪声电平估计，该第一噪声电平估计基于由设置在主动降噪(ANR)耳机的第一耳塞或耳罩处的第一麦克风所捕获的第一输入信号。该方法还包括在一个或多个处理设备处接收第二噪声电平估计，该第二噪声电平估计基于由设置在ANR耳机的第二耳塞或耳罩处的第二麦克风所捕获的第二输入信号。该方法还包括：基于第一噪声电平估计和第二噪声电平估计来估计环境噪声电平；确定所估计的环境噪声电平满足阈值条件；以及作为响应，对于设置在第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩中的每一者中的ANR信号流路径，根据所估计的环境噪声电平生成增益调节信号，使得通过增益调节信号控制来自第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩的声输出。
在另一方面，本文档的特征在于一种装置，该装置包括降噪耳机和控制器，该控制器包括一个或多个处理设备。该降噪耳机包括第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩。该控制器被配置为接收第一噪声电平估计和第二噪声电平估计。该第一噪声电平估计基于由设置在第一耳塞或耳罩处的第一麦克风所捕获的第一输入信号，并且该第二噪声电平估计基于由设置在第二耳塞或耳罩处的第二麦克风所捕获的第二输入信号。控制器还被配置为：基于第一噪声电平估计和第二噪声电平估计来估计环境噪声电平；确定所估计的环境噪声电平满足阈值条件；以及作为响应，对于设置在第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩中的每一者中的ANR信号流路径，根据所估计的环境噪声电平生成增益调节信号。通过增益调节信号控制来自第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩的声输出。该装置还包括位于第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩中的每一者中的声换能器，其中该声换能器被配置为根据输出信号生成声输出。
在另一方面，本文档的特征在于一个或多个机器可读存储设备，该一个或多个机器可读存储设备具有在其上编码的计算机可读指令，该计算机可读指令用于使一个或多个处理设备执行各种操作。这些操作包括接收第一噪声电平估计，该第一噪声电平估计基于由设置在主动降噪(ANR)耳机的第一耳塞或耳罩处的第一麦克风所捕获的第一输入信号。这些操作还包括接收第二噪声电平估计，该第二噪声电平估计基于由设置在ANR耳机的第二耳塞或耳罩处的第二麦克风所捕获的第二输入信号。这些操作还包括：基于第一噪声电平估计和第二噪声电平估计来估计环境噪声电平；确定所估计的环境噪声电平满足阈值条件；以及作为响应，对于设置在第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩中的每一者中的ANR信号流路径，根据所估计的环境噪声电平生成增益调节信号，使得通过增益调节信号控制来自第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩的声输出。
上述方面的实施方式可包括以下特征中的一个或多个。
可基于用户输入来确定阈值条件。来自第一耳塞或耳罩的声输出的增益电平可基本上等于来自第二耳塞或耳罩的声输出的增益电平。基于第一噪声电平估计和第二噪声电平估计来估计环境噪声电平可包括确定第一噪声电平估计和第二噪声电平估计的平均值。可通过由A加权滤波器处理由对应的麦克风所捕获的输入信号来生成第一噪声电平估计和第二噪声电平估计中的每一者。增益调节信号可被配置为控制设置在对应的ANR信号流路径中的可变增益放大器(VGA)。ANR信号流路径可包括第一信号路径和第二信号路径，该第一信号路径包括VGA，该第二信号路径与第一信号流路径并联设置。ANR信号流路径可设置在前馈信号路径中，该前馈信号路径设置在前馈麦克风和对应的耳塞或耳罩的声换能器之间。阈值条件可选自多个阈值条件，该多个阈值条件中的每一个对应于不同程度的ANR处理。第一耳塞或耳罩中的每一者的声输出可根据对对应的输入信号执行的压缩过程来生成。
本文所述的各种实施方式可提供以下优点中的一者或多者。提供与ANR信号流路径并联的可变增益透听或直通信号流路径允许实现降噪功能，而在一些情况下，同时允许环境声音按照用户偏好直通到一定程度。例如，本文所述的技术可用于实现允许用户意识到环境但在环境噪声超过阈值条件时提供降噪功能的设备。在一些情况下，可基于用户输入控制阈值条件(作为离散步骤或在一定范围内基本上连续)，以允许对由设备执行的ANR处理的量有一定程度的控制。在一些情况下，ANR处理的性质也可根据阈值条件以不同方式变化。例如，可根据阈值条件来调节与ANR处理相关联的参数诸如***增益和/或压缩因数。在一些情况下，这可通过使对应的声学设备(例如，耳机)在各种不同类型的环境中更有用来改善与此类设备相关联的用户体验。
本公开中所述的两个或更多个特征，包括本发明内容部分中所述的那些，可组合以形成在本文未具体描述的实施方式。一个或多个实施方式的细节在附图和以下描述中论述。其他特征、对象和优点在说明书、附图和权利要求书中将是显而易见的。
附图说明
图1示出了入耳式主动降噪(ANR)耳机的示例。
图2是ANR设备的示例性构型的框图。
图3A是ANR设备的示例性实施方式的框图，其中可变直通路径与前馈信号流路径中的ANR路径并联设置。
图3B是双耳ANR***的示例性实施方式的框图，其中由协处理器基于两只耳朵处的噪声电平的估计来控制对于每只耳朵，与ANR路径并联设置的直通路径的可变增益。
图3C是ANR设备的示例性实施方式的框图，其中多个可变直通路径与前馈信号流路径中的ANR路径并联设置。
图4A至图4C是示出了基于所选择或所确定的阈值条件的ANR处理中的一些示例性变化的曲线图。
图5A是用于在包括并联设置的ANR信号流路径和可变直通信号流路径的ANR设备中生成输出信号的示例性过程的流程图。
图5B是用于在ANR耳机的两个耳塞或耳罩中的每一者中为ANR信号路径生成增益调节信号的示例性过程的流程图。
图6是被动衰减设备的示例性实施方式的框图，其中可变直通路径与被动衰减路径并联设置。
具体实施方式
本文档描述了一种技术，该技术允许在声学设备中使用主动降噪(ANR)同时允许用户意识到高达阈值量的环境声音。主动降噪(ANR)设备诸如ANR耳机用于通过降低环境噪声和声音的影响来提供潜在沉浸式收听体验。然而，通过阻挡环境噪声的影响，ANR设备可能会产生与环境的声学隔离，这在某些情况下可能是不期望的。例如，在机场等候的用户可能希望在使用ANR耳机时了解航班通告。在另一示例中，在使用ANR耳机消除飞行中的飞机的噪音时，用户可能希望能够与空乘人员沟通，而不必摘下耳机。
某些耳机具有通常称为“透讲”或“监听”的功能，其中外部麦克风被用来检测用户可能想听见的外部声音。例如，在检测到话音带或其他感兴趣的频带中的声音时，外部麦克风可允许通过耳机输送对应频带中的信号。一些其他耳机允许多模式操作，其中在“透听”模式下，可在至少一定频率范围内关闭或至少降低ANR功能，以允许相对宽带的环境声音到达用户。然而，在一些情况下，用户可能想要意识到高达阈值的环境声音，并且想要仅在环境声音超过阈值时才开始ANR处理。此外，用户可能想要对通过ANR设备的环境声音的量具有一定程度的控制。
本文所述的技术允许实现与可变透听或直通信号流路径并联的ANR信号流路径，其中直通信号路径的增益是可基于环境噪声的阈值条件来控制或调节的。例如，一种实现该技术的设备可被配置为使到达阈值电平的环境声音通过(可能与某些ANR处理并行进行)，但在环境声音的量值超过阈值时启用或加速ANR处理。在一些情况下，这可例如通过帮助用户避免低噪声环境中的过度声学隔离，同时在噪声超过阈值时仍提供ANR功能来改善总体用户体验。此外，可基于阈值使ANR处理的各种参数可调。例如，可基于阈值条件使诸如***增益或压缩比的参数可调，以例如为由ANR耳机生成的音频信号提供目标响度电平。因此，通过促进可变量的透听和/或噪声消除，本文所述的技术可实现更通用的ANR耳机，该耳机在各种类型的环境中可能更有用。
一种主动降噪(ANR)设备可包括可配置的数字信号处理器(DSP)，该处理器可用于实现各种信号流拓扑和滤波器配置。此类DSP的示例在美国专利8,073,150和8,073,151中有所描述，这些专利全文以引用方式并入本文。美国专利9,082,388(同样全文以引用方式并入本文)描述了如图1所示的入耳式主动降噪(ANR)耳机的声学实现。该耳机100包括前馈麦克风102、反馈麦克风104、输出换能器106(其也可称为电声换能器或声换能器)以及耦接到两个麦克风和输出换能器以基于在两个麦克风处检测到的信号向输出换能器提供抗噪声信号的降噪电路(未示出)。电路的附加输入(图1中未示出)提供附加音频信号，诸如音乐或通信信号，以独立于降噪信号在输出换能器106上回放。附加输入可以是与音频源的有线或无线(例如，)连接。
在本文中与术语“头戴式耳机”可互换使用的术语“耳机”包括各种类型的个人声学设备，诸如入耳式、环耳式或包耳式头戴式耳机、耳机和助听器。头戴式耳机或耳机可包括用于每只耳朵的耳塞或耳罩。耳塞或耳罩可彼此物理地系在一起，例如通过绳索、头戴桥接部或头带或头后保持结构。在一些实施方式中，耳机的耳塞或耳罩可经由无线链路彼此连接。
可在ANR设备中实现各种信号流拓扑，以实现诸如音频均衡、反馈噪声消除、前馈噪声消除等功能。例如，如图2中的ANR设备200的示例框图所示，信号流拓扑可包括前馈信号流路径110，该前馈信号流路径驱动输出换能器106以生成抗噪声信号(例如，使用前馈补偿器112)以降低由前馈麦克风102拾取的噪声信号的影响。又如，信号流拓扑可包括反馈信号流路径114，该反馈信号流路径驱动输出换能器106以生成抗噪声信号(使用例如反馈补偿器116)以降低由反馈麦克风104拾取的噪声信号的影响。信号流拓扑还可包括音频路径118，该音频路径包括用于处理输入音频信号108诸如音乐或通信信号以在输出换能器106上回放的电路(例如均衡器120)。在一些实施方式中，前馈补偿器112可包括与直通路径并联设置的ANR信号流路径。此类配置的示例在2017年9月20日提交的美国专利申请15/710,354中有所描述，该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
在一些实施方式中，可根据耳朵处的期望的最终音量或响度来调节输出换能器106的输出，使得由ANR设备所提供的总体衰减量(例如，通过控制ANR和直通信号路径中的一个或两个来获得)分别随着周围噪声电平的上升和下降而上升和下降。例如，当环境声音电平不满足阈值条件(例如，低于阈值电平)时，可允许环境声音在具有很少衰减或没有衰减的情况下传递到耳朵。另一方面，当环境声音电平确实满足阈值条件时(例如，突破阈值电平)，环境声音可能会逐渐衰减(即，随着环境变得更响亮而衰减更多)。
图3A是ANR设备300的示例性实施方式的框图，其中可变直通路径与前馈信号流路径中的ANR路径并联设置以提供上述可变衰减。具体地，设备300包括ANR滤波器305(也表示为KANR)，该ANR滤波器与直通滤波器310(也表示为KAW)和检测器滤波器315(也表示为并称为侧链滤波器Kd)的组合并联布置。检测器滤波器315可用于监视使用FF麦克风102所捕获的信号，并且控制对直通滤波器的输入(例如，使用可变增益放大器(VGA)或压缩器320)。在一些实施方式中，可例如对检测器滤波器315的输入进行预处理，以使检测器滤波器315对某些类型的信号更敏感。例如，侧链滤波器可被配置为使检测器滤波器对感知加权的语音频带噪声电平变化更敏感。检测器滤波器315的输出可用于调节VGA 320，该VGA向提供给直通滤波器310的输入信号施加增益。
在一些实施方式中，检测器滤波器315可包括频率加权滤波器(例如，A加权滤波器和/或表示头相关传递函数(HRTF)的滤波器)。检测器滤波器315还可包括电平发生器，该电平发生器将频率加权滤波器的输出转换为信号电平，然后将该信号电平与阈值电平(例如，用户定义的或预定的电平)进行比较。检测器滤波器315还可包括信号发生器，该信号发生器被配置为生成控制VGA 320的增益的控制信号。在一些实施方式中，信号发生器可被配置为根据目标起音率和衰退率动力学来生成控制信号。“起音率”被定义为衰减增加的速率。在一些实施方式中，目标起音率小于100dB(总***增益)/秒，诸如约10dB/秒。“衰退率”或“释音率”被定义为衰减减少的速率。在一些实施方式中，衰退率是起音率的两倍或更多倍快。在一些实施方式中，低阈值(例如，<***增益的80dBA)和低起音率(例如，<100dB/秒)的组合可用于日常生活的各种场景中的舒适用户体验。
在一些实施方式中，检测器滤波器315可被配置为根据阈值条件控制VGA或压缩器320。阈值条件可预设，或根据用户输入来设置。在一些实施方式中，如果检测器滤波器315将环境噪声电平确定为低于特定阈值，则检测器滤波器315的输出控制压缩器或VGA 320，使得直通信号流路径的增益基本上等于一。这继而允许用户在基本上具有很少衰减或没有衰减的情况下听到环境声音。在一些实施方式中，如果检测器滤波器将环境噪声电平确定为等于或高于阈值，则滤波器315的输出可被配置为控制压缩器或VGA 320，使得直通信号路径的总增益小于一，并且ANR滤波器305的输出提供耳朵处的噪声的衰减。这允许用户在噪声低于阈值时意识到环境噪声和声音，但在噪声突破阈值时利用头戴式耳机的ANR功能，例如，以防止诸如车辆、警报器或机械等发出的响亮声音变得令人不适。
虽然图3A的示例示出了仅设置在直通信号路径中的VGA，但其他变型也是可能的。例如，VGA可设置在ANR路径中，作为VGA 320设置在直通信号路径中的补充或替代。在一些实施方式中，可控制设置在信号路径(例如，ANR路径或直通路径)中的VGA以调节与对应的路径相关联的权重。例如，可将VGA增益可设定为基本上等于零，以使与对应的路径相关联的权重基本上等于零。在一些实施方式中，可调节与VGA(或一般来讲，对应的路径)相关联的一个或多个附加参数，以控制对应的路径的一个或多个特性。例如，可调节VGA的响应率(其也可称为压缩器的起音时间和释音时间，分别对应于压缩是斜升还是斜降)，以提供对变化的噪声电平的快速响应或相对渐进的响应。在一些实施方式中，这可决定当噪声电平满足阈值条件时，ANR设备调节增益的速度如何，和/或当噪声电平不再满足阈值条件时，ANR设备将增益降低或恢复至预定电平(例如，一)的速度如何。在一些实施方式中，可调节响应率，使得ANR处理基于目标起音率而平稳地响应噪声电平的提高。在一些实施方式中，目标起音速率可小于100dB/秒。
在一些实施方式中，将ANR路径和直通路径的输出组合(例如，以加权组合)以生成至少部分地驱动声换能器106的前馈信号325。在一些实施方式中，前馈信号325可与反馈信号330和/或一个或多个其他信号335组合。信号335可包括例如源自音频输入108的媒体信号或来自一个或多个其他麦克风或音频源的信号。
在一些实施方式中，可协调两个单独的耳塞或耳罩中的每一者中的VGA或压缩器320的增益控制，例如以避免在耳机的两个耳塞/耳罩中产生基本上不相等的降噪。图3B是此类双耳ANR***350的示例性实施方式的框图，其中基于两只耳朵处的噪声电平的估计来控制对于每只耳朵，与ANR路径并联设置的直通路径的可变增益。具体地，图3B所示的实施方式包括协处理器360，该协处理器从设置在两个耳塞或耳罩352a和352b(一般来讲为352)中的每一者中的噪声估计器模块355接收输入，并且协调两个耳塞或耳罩352中的对应的VGA或压缩器320的增益控制。在一些实施方式中，协处理器360设置在耳塞或耳罩352中的一者中。在一些实施方式中，协处理器360可设置在耳机外部的设备中，诸如设置在作为通过耳机播放的声介质的来源的设备中。该协处理器可包括一个或多个处理设备，该一个或多个处理设备被配置为分析从噪声估计器355所接收的输入，并且为VGA 320生成增益控制信号。
在一些实施方式中，噪声估计器355包括被配置为生成信号的一个或多个数字滤波器，该信号提供对对应的耳塞或耳罩352的位置处的噪声的估计。例如，噪声估计器355可包括前端加权滤波器，该前端加权滤波器强调频谱中最能指示感知到的声音的响度如何的部分。在一些实施方式中，前端加权滤波器的响应近似于A加权除以头相关传递函数(HRTF)(或表示因用户头部的存在/取向而造成的影响的另一函数)，以将在耳机的入耳式麦克风处测量的噪声信号引用到扩散场。其他前端加权滤波器也是可能的，诸如B加权或C加权，或者可使用更复杂的响度模型。在一些实施方式中，前端加权滤波器可用于补偿硬件效果(例如，麦克风灵敏度)。在一些实施方式中，前端加权滤波器可包括多个级联滤波器，该多个级联滤波器中的每一个说明/补偿单独的效果(例如，由于头部的存在/取向而造成的效果、由于硬件而造成的效果，和/或A加权)。加权滤波器的输出可为AC信号，该AC信号表示在对应的耳朵处感知到的相对响度。然后可对此类输出进行后处理(例如，通过整流，然后进行低通滤波)，之后将其提供给协处理器360，作为对对应的耳朵处的噪声电平的估计。
在一些实施方式中，图3A和图3B中所描绘的***可被实现为具有两个或更多个并联路径的多带***的一部分，该两个或更多个并联路径各自具有它自己的VGA 320和直通滤波器KAW 310，所有这些都与KANR 305并联设置。在图3C中描绘此类设备的示例，该图示出了图3A的设备的多带版本。具体地，图3C是ANR设备375的示例性实施方式的框图，其中多个可变直通路径与前馈信号流路径中的ANR路径并联设置。每个路径都包括对应的直通滤波器(310a，…，和310n中的一个，一般来讲为310)、对应的检测器滤波器(315a，…，和315n中的一个，一般来讲为315)和对应的VGA(320a，…，和320n中的一个，一般来讲为320)。每个直通滤波器310都使期望的直通频谱的不同部分通过(如使用对应的带通滤波器(380a，…，和380n中的一个)进行滤波)，使得当所有VGA 320都具有增益一时，实现了期望的总体“意识”响应。在一些实施方式中，可单独地配置不同并联路径的各种参数。例如，特定并联路径可被配置为具有它自己的起音率和释音率、压缩比和/或阈值，它们适合于对应的频带。在一些实施方式中，一个或多个参数(例如，阈值和压缩比)可跨多个并联行路径共用，而对应的起音率和释音率可不同。这可允许对ANR设备的响应进行特定于频率的调谐。例如，设备可被配置为对高频噪声尖峰具有快速响应，但对低频噪声具有相对较慢的响应。在一些实施方式中，可使不同路径的参数为用户可调的。
在一些实施方式中，可以各种方式调节前馈信号路径110的分量以生成前馈信号325。图4A至图4C是示出了基于不同阈值条件的前馈信号路径110中的ANR处理中的一些示例性变化的曲线图。具体地，图4A示出了曲线图400，该曲线图示出了其中当环境噪声超过阈值时，调节前馈路径110以将信号325限于预定电平的实施方式。例如，在一种特定设定中，可调节ANR路径和/或直通路径，使得在低于由线404表示的噪声电平时，ANR处理的量基本上为零(和/或直通路径的增益基本上等于一，即基本上表示“开放的耳朵”状态)。当噪声电平高于由线404表示的噪声电平时，可调节ANR处理(和/或直通处理)，使得前馈信号325的电平基本上限于电平402。这可包括降低与直通路径相关联的增益和/或增大ANR处理的程度(如由一系列线404表示)，直到达到ANR处理的最大可能程度。在一些实施方式中，对于特定的ANR设备，阈值电平402是固定的预定量。在一些实施方式中，可例如基于用户输入，根据与响度电平相关联的个人不适阈值，使阈值电平402可调。在一些实施方式中，可将阈值电平设定(或使其用户可调)为高达80dB(A)声压级(SPL)，但可使用其他值。在本文所讨论的示例中，相对于噪声电平，根据用户听到的电平来定义与阈值和/或ANR处理相关联的电平。也可使用这些电平的其他定义。
图4A表示当噪声电平低于阈值402时，ANR处理的程度被设定为基本上等于零的情况。其他变型也是可能的。在一些实施方式中，如图4B所示，ANR处理的程度404可被配置为取决于阈值电平402。例如，对于阈值402a，低于阈值的ANR处理程度可被设定为由线404a表示的电平。当阈值增大到402b时，ANR处理的程度可降低到由线404b表示的电平，例如以说明对环境噪声的较高耐受性。在一些实施方式中，ANR处理的程度可随着阈值电平的增大而逐渐减小，直到ANR处理基本上关闭以表示基本上“开放的耳朵”状况。
在图4A和图4B所描绘的示例的每一个中，输出响度被调节为基本上限于阈值电平402。在这些示例中，前馈路径110用作限幅器。在一些实施方式中，前馈路径可被配置为充当压缩器，其中例如根据可取决于或可不取决于阈值电平的压缩比来压缩输出响度。在图4C中示出此类实施方式的示例。在一个示例中，如果阈值被设定为电平402a，则一旦噪声电平超过阈值402a，就调节前馈路径110，使得输出响度根据曲线406a进行调节。在另一示例中，如果阈值被设定为电平402b，则一旦噪声电平超过阈值402b，就调节前馈路径110，使得输出响度根据曲线402b进行调节。虽然图4C示出了曲线406a的斜率近似等于曲线406b的斜率，并且示出了基本上恒定的斜率，但其他变型也是可能的。例如，压缩比(如例如由曲线406的斜率表示)可被配置为根据阈值而变化(例如，较高的阈值允许不那么激进的压缩)。该斜率也可在曲线内变化，例如，环境噪声电平的第一范围可使用平缓的斜率，而环境噪声电平的第二范围可使用更激进的斜率，但在其他范围内，斜率可为基本上平坦的。在一些实施方式中，压缩比可使得噪声电平每增加10dB，衰减增加至少5dB。
在图4A至图4C中示出的示例仅出于说明性目的，并且不表示可实现本主题技术的排他性方式。其他变型也在本公开的范围内。在一些实施方式中，可在左耳和右耳的对应电路之间协调地调节输出响度。例如，可针对一只耳朵相对于另一只耳朵以不同方式调节输出响度。在一些实施方式中，电路可包括一个或多个话音激活检测器，并且可响应于检测到话音激活来调节左换能器和/或右换能器的输出响度。例如，一个或多个话音激活检测器可被配置为检测耳机佩戴者的话音，并且响应于该话音，降低衰减或降噪的电平。在一些情况下，这可通过在佩戴者与另一人对话时“打开”耳机来改善用户体验。例如，佩戴者可参与这样的对话，而不必摘下耳机或手动降低降噪/衰减。在一些实施方式中，单独的话音激活检测器可控制对应于两只耳朵的电路，并且可根据检测到话音激活的方向来控制输出响度。在一些实施方式中，输出响度相对于环境噪声电平的变化率可被配置为取决于与阈值的偏差量。例如，输出响度相对于环境噪声电平的变化率可被配置为非线性的(或线性度变化的分段线性)，这取决于与阈值的偏差量。
图5A是根据本文所述的技术的用于在ANR设备中生成输出信号的示例性过程500的流程图。可使用一个或多个处理设备(诸如美国专利8,073,150和8,073,151中所述的DSP，这些专利全文以引用方式并入本文)来实现过程500的至少一部分。在一些实施方式中，过程500可在包括基本上类似于图3A和图3B中所描绘的信号路径的设备中实现。过程500的操作包括接收表示由ANR耳机的麦克风所捕获的音频的输入信号(502)。在一些实施方式中，可使用被配置为捕获环境噪声的前馈麦克风(或另一个麦克风)来捕获输入信号。在一些实施方式中，可对输入信号进行预处理，使得设备中的后续处理基于特定频率范围内的分量。例如，可使用目标频率响应对输入信号进行加权以调节输入信号的频谱内容。在一些实施方式中，目标频率响应可包括A加权曲线，这些A加权曲线被配置为说明人耳感知到的相对响度，并且滤除人耳对其不太敏感的频率。目标频率响应还可基于例如头相关传递函数(HRTF)，该头相关传递函数表征人耳从特定方向感知声音的方式。
过程500的操作还包括处理输入信号的一部分以确定输入信号中的噪声电平(504)。在一些实施方式中，输入信号的该部分可包括目标频率范围内的带限信号，或通过预处理输入信号而以其他方式获得的信号。在一些实施方式中，输入信号的经处理的部分可包括位于与人的语音相关联的范围之外的频率，使得不表示人的语音的声音优先被ANR设备衰减。
在一些实施方式中，过程500的操作包括确定噪声电平满足阈值条件(506)。在一些实施方式中，可基于用户输入来确定阈值条件。例如，对应的ANR设备或耳机可配备有允许用户设定用户舒适的环境噪声电平的控件。在此类情况下，可基于由用户输入指示的目标响度电平来确定阈值条件。在一些实施方式中，可将阈值条件预编程到对应的设备中。在一些实施方式中，可基于上下文信息来自适应地确定阈值条件。例如，如果用户在诸如图书馆的安静的地方(其可基于例如来自用户的移动设备的位置信息来确定)，则与用户处于嘈杂环境(例如，机场)中时相比，阈值可被自适应地设定为相对高的值。
在一些实施方式中，过程500的操作包括响应于确定噪声电平满足阈值条件，生成输出信号，其中根据输出信号的目标响度电平来控制对输入信号的ANR处理(508)。在一些实施方式中，确定噪声电平满足阈值条件可包括：确定噪声电平大于与阈值条件相关联的电平；以及响应于确定噪声电平大于与阈值条件相关联的电平，根据噪声电平来控制ANR处理。控制ANR处理可以各种方式进行，包括例如参考图4A至图4C所述的各种技术。例如，控制对输入信号的ANR处理程度可包括根据阈值条件调节***增益。在另一示例中，控制对输入信号的ANR处理的程度可包括根据阈值条件调节输入信号的压缩。在一些实施方式中，确定噪声电平满足阈值条件可包括：确定噪声电平小于与阈值条件相关联的电平；以及作为响应，独立于噪声电平来控制ANR处理。例如，如果噪声电平小于与阈值条件相关联的电平，则可将ANR处理设定为预先确定的电平，而不管噪声电平如何。在一些实施方式中，输入信号中的噪声电平被确定为相对于还驱动声换能器的另一信号的信噪比(SNR)。相对于其测量了SNR的信号可包括音频输入(例如，参考图1所述的音频输入108)、来自另一个麦克风(例如，反馈麦克风104)的信号或来自另一个音频源的信号。在一些实施方式中，阈值条件可选自多个阈值条件，该多个阈值条件中的每一个对应于不同程度的ANR处理。
过程500的操作还包括使用输出信号驱动ANR耳机的声换能器(510)。这可包括例如：处理包括一个或多个ANR滤波器的第一信号路径中的输入信号以生成第一信号；处理与第一信号路径并联设置的第二信号路径中的输入信号以生成第二信号；以及通过将第一信号与第二信号组合成加权组合来生成输出信号。在一些实施方式中，第一路径和第二路径可分别基本上类似于ANR信号路径和直通路径，如参考图2所述。第一信号路径和第二信号路径中的一个或两个可包括VGA，该VGA被设置用于控制与对应的路径相关联的放大/衰减。在一些实施方式中，在ANR耳机的一种操作模式下，与第一信号相关联的权重可基本上等于零，这继而可允许第二信号在输出信号中占主要地位。类似地，在另一操作模式下，与第二信号相关联的权重可基本上等于零，从而允许第一信号在输出信号中占主要地位。
图5B是用于在ANR耳机的两个耳塞或耳罩中的每一者中为ANR信号路径生成增益调节信号的示例性过程550的流程图。过程550可例如由一个或多个处理设备来实现，该一个或多个处理设备被布置为控制设置在ANR耳机的耳塞/耳罩中的ANR信号路径。在一些实施方式中，处理500可由以上参考图3B所述的协处理器360执行。过程550的操作包括基于由设置在ANR耳机的第一耳塞或耳罩处的第一麦克风所捕获的第一输入信号来接收第一噪声电平估计(552)。例如，第一麦克风可以是第一耳塞或耳罩的前馈麦克风。该过程的操作还包括基于由设置在ANR耳机的第二耳塞或耳罩处的第二麦克风所捕获的第二输入信号来接收第二噪声电平估计(554)。例如，第二麦克风可以是第二耳塞或耳罩的前馈麦克风。
在一些实施方式中，第一噪声电平估计和第二噪声电平估计中的每一者可通过由类似于以上参考图3B所述的噪声估计器的噪声估计器处理由对应的麦克风所捕获的输入信号来生成。例如，第一噪声电平估计和第二噪声电平估计中的每一者可通过经由A加权滤波器或在以上参考图3B所述的其他方法中的一种中处理输入信号来生成。
过程550的操作还包括基于第一噪声电平估计和第二噪声电平估计来估计环境噪声电平(556)。这可包括例如计算作为第一噪声电平估计和第二噪声电平估计的函数的量。例如，估计环境噪声电平可包括确定第一噪声电平估计和第二噪声电平估计的平均值作为环境的代表性噪声电平。
过程550的操作还包括确定所估计的噪声电平满足阈值条件(558)。在一些实施方式中，可基于用户输入来确定阈值条件，例如，如上所述。例如，阈值条件可选自多个阈值条件，该多个阈值条件中的每一个对应于用户优选的不同程度的ANR处理。
过程550的操作还包括响应于确定估计的噪声电平满足阈值条件，根据估计的环境噪声电平来生成增益调节信号(560)。为设置在第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩中的每一者中的ANR信号流路径生成增益调节信号，使得来自第一耳塞或耳罩和第二耳塞或耳罩的声输出由增益调节信号控制。在一些实施方式中，第一耳塞或耳罩中的每一者的声输出根据对对应的输入信号执行的压缩过程来生成。压缩过程可基本上类似于以上参考图4C所述的那些。
在一些实施方式中，增益调节信号被配置为控制设置在对应的ANR信号流路径中的可变增益放大器(VGA)。ANR信号流路径可包括第一信号路径和第二信号路径，该第一信号路径包括VGA，该第二信号路径与第一信号流路径并联设置。在一些实施方式中，ANR信号流路径设置在前馈信号路径中，该前馈信号路径设置在前馈麦克风和对应的耳塞或耳罩的声换能器之间，如例如图3B所示。
在一些实施方式中，可根据与ANR处理相关联的响应率来生成输出信号。在一些实施方式中，可通过控制与信号通路相关联的VGA的响应时间来调节响应率，例如，如参考图3A所述。例如，可根据用户输入来调节响应率，该用户输入指示当环境噪声改变时，ANR处理应该是积极地还是相对缓慢地进行调节。在一些实施方式中，响应率被设定为等于或高于预定值(例如，基于目标起音率/衰退率)，以允许***对稳态噪声而不是噪声峰值作出响应。
在一些实施方式中，与VGA响应的斜升相关联的响应率可不同于与VGA响应的斜降相关联的响应率。这些可由可分别称为起音时间常数和释音时间常数的两个不同的时间常数表示。在一些实施方式中，较高的起音时间常数可表示噪声消除功能的较渐进的开始，而较高的释音时间常数可表示透听功能的较渐进的开始。在一些实施方式中，起音时间常数可不同于释音时间常数。在一些实施方式中，起音时间常数和释音时间常数可基本上彼此相等。在一些实施方式中，起音时间常数可为至少一秒。
在一些实施方式中，本文档中所描述的技术可与其他类型和形式的ANR技术(包括例如用户可调电平的ANR)组合。在一些实施方式中，可提供一个或多个控件(例如，以设备上的物理开关或与设备配对的智能电话上所显示的用户界面的形式)，以允许用户根据需要启用/禁用可用功能。例如，在具有可控ANR的耳机中，当用户偏好完全消除噪声时，用户可能会禁用响度限制特征。在另一示例中，诸如当用户正行走在城市中时，可启用响度限制噪声消除特征以实现意识和舒适度之间的平衡。在一些实施方式中，可例如基于诸如位置或环境噪声电平的上下文信息来自动启用或禁用响度限制特征。例如，在用户认为完全消除噪声是优选的环境中，可自动禁用响度限制ANR。在另一示例中，响应于检测到用户外出跑步或步行，可自动启用响度限制ANR以在意识和舒适度之间取得平衡。
本文所述的功能或其部分，以及其各种修改(下文称为“功能”)可至少部分地经由计算机程序产品实现，例如在信息载体中有形实施的计算机程序，诸如一个或多个非暂态机器可读介质或存储设备，用于执行，或控制一个或多个数据处理装置，例如可编程处理器、计算机、多个计算机和/或可编程逻辑部件的操作。
计算机程序可以任何形式的编程语言被写入，包括编译或解译语言，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程、或适于用在计算环境中的其他单元。计算机程序可被部署在一个计算机上或在一个站点或多个站点分布以及通过网络互联的多个计算机上执行。
与实现全部或部分功能相关联的动作可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以执行校准过程的功能。功能的全部或部分可被实现为专用目的逻辑电路，例如FPGA和/或ASIC(专用集成电路)。
适用于执行计算机程序的处理器例如包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何类型的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来讲，处理器将接收来自只读存储器或随机存取存储器或两者的指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
本文中未具体描述的其他实施方案和应用也在以下权利要求书的范围内。例如，虽然在本文档中主要相对于ANR设备描述了该技术，但其他类型的设备也可在本公开的范围内。例如，如果设备采用被动衰减，则根据本文所述的技术，可与被动衰减路径并联地添加根据本文所述的技术的电平相关的ANR功能，以改善此类设备的性能。图6中描绘了此类设备600的示例。设备600包括被动衰减路径610，该被动衰减路径包括被动衰减器，该被动衰减器阻挡声音到达输出换能器106。然而，在一些情况下，可能希望绕过被动衰减路径610，例如以允许环境噪声通过。在此类情况下，可变直通路径(其可与上文参考图3A和图3B所述的可变直通路径基本上相同)可与被动衰减路径并联设置，如图6所示。
本文所述的不同实施方式的元件可组合以形成上文未具体阐述的其他实施方案。可从本文所述的结构去除一些元件而不会不利地影响它们的操作。此外，可将各种独立的元件组合到一个或多个单独的元件中以执行本文所述的功能。

Claims (30)

1.一种方法，包括：
接收表示由主动降噪ANR耳机的麦克风所捕获的音频的输入信号；
由一个或多个处理设备处理所述输入信号的一部分以确定所述输入信号中的噪声电平；
确定所述噪声电平满足阈值条件；
响应于确定所述噪声电平满足所述阈值条件，生成输出信号，其中根据在所述ANR耳机的用户的耳朵处的所述输出信号的目标响度电平控制对所述输入信号的ANR处理，其中生成所述输出信号包括：
处理包括一个或多个ANR滤波器的第一信号路径中的所述输入信号以生成第一信号；
处理与所述第一信号路径并联设置的第二信号路径中的所述输入信号以生成第二信号，所述第二信号路径包括第一可变增益放大器(VGA)；以及
通过将所述第一信号与所述第二信号组合成加权组合来生成所述输出信号；以及
使用所述输出信号来驱动所述ANR耳机的声换能器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于用户输入来确定所述阈值条件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中基于所述目标响度电平来确定所述阈值条件，如所述用户输入所指示的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中：
确定所述噪声电平满足所述阈值条件包括确定所述噪声电平大于与所述阈值条件相关联的电平；并且
响应于确定所述噪声电平大于与所述阈值条件相关联的所述电平，根据所述噪声电平来控制所述ANR处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
确定所述噪声电平满足所述阈值条件包括确定所述噪声电平小于与所述阈值条件相关联的电平；并且
响应于确定所述噪声电平小于与所述阈值条件相关联的所述电平，独立于所述噪声电平来控制所述ANR处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号路径包括第二VGA。
7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述ANR耳机的第一操作模式下，与所述第一信号相关联的权重基本上等于零。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在所述ANR耳机的第二操作模式下，与所述第二信号相关联的权重基本上等于零。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号路径和所述第二信号路径中的每一者设置在前馈信号路径中，所述前馈信号路径设置在前馈麦克风和所述声换能器之间。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入信号的经处理以确定所述噪声电平的所述一部分限于一定频率范围。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入信号中的所述噪声电平被确定为相对于另一输入信号的信噪比(SNR)。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括根据与所述ANR处理相关联的响应率来生成所述输出信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述响应率小于每秒100dB的衰减，并且80dBA的噪声电平满足所述阈值条件。
14.根据权利要求12所述的方法，其中基于用户输入来确定所述响应率。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值条件选自多个阈值条件，所述多个阈值条件中的每一个阈值条件对应于不同程度的ANR处理。
16.根据权利要求15所述的方法，其中控制对所述输入信号的所述ANR处理的程度包括根据所述阈值条件调节***增益。
17.根据权利要求1所述的方法，其中控制对所述输入信号的所述ANR处理的程度包括根据所述阈值条件调节所述输入信号的压缩。
18.根据权利要求1所述的方法，其中响应于检测到所述ANR耳机的用户的话音来控制对所述输入信号的所述ANR处理。
19.一种装置，包括：
降噪耳机，所述降噪耳机包括一个或多个麦克风，所述一个或多个麦克风被配置为基于捕获的环境声音来生成输入信号；
控制器，所述控制器包括一个或多个处理设备，所述控制器被配置为：
处理所述输入信号的一部分以确定所述输入信号中的噪声电平，
确定所述噪声电平满足阈值条件，
响应于确定所述噪声电平满足所述阈值条件，生成输出信号，其中根据在所述降噪耳机的用户的耳朵处的所述输出信号的目标响度电平来控制对所述输入信号的降噪处理，其中生成所述输出信号包括：
处理包括一个或多个ANR滤波器的第一信号路径中的所述输入信号以生成第一信号；
处理与所述第一信号路径并联设置的第二信号路径中的所述输入信号以生成第二信号，所述第二信号路径包括第一可变增益放大器(VGA)；以及
通过将所述第一信号与所述第二信号组合成加权组合来生成所述输出信号；和
声换能器，所述声换能器被配置为根据所述输出信号生成声输出。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述降噪耳机为主动降噪ANR耳机。
21.根据权利要求19所述的装置，其中所述阈值条件基于用户输入来确定。
22.根据权利要求19所述的装置，其中所述控制器被配置为：
确定所述噪声电平大于与所述阈值条件相关联的电平；以及
响应于确定所述噪声电平大于与所述阈值条件相关联的所述电平，根据所述噪声电平来控制所述降噪处理。
23.根据权利要求19所述的装置，其中所述控制器被配置为：
确定所述噪声电平小于与所述阈值条件相关联的电平；以及
响应于确定所述噪声电平小于与所述阈值条件相关联的所述电平，独立于所述噪声电平来控制所述ANR处理。
24.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一信号路径包括第二VGA。
25.根据权利要求19所述的装置，其中所述第一信号路径和所述第二信号路径中的每一者设置在前馈信号路径中，所述前馈信号路径设置在前馈麦克风和所述声换能器之间。
26.根据权利要求19所述的装置，其中所述控制器被配置为根据与所述ANR处理相关联的响应率来生成所述输出信号。
27.根据权利要求19所述的装置，其中所述阈值条件选自多个阈值条件，所述多个阈值条件中的每一个阈值条件对应于不同程度的降噪处理。
28.一个或多个机器可读存储设备，所述一个或多个机器可读存储设备具有在其上编码的计算机可读指令，所述计算机可读指令用于使一个或多个处理设备执行操作，所述操作包括：
接收表示由主动降噪ANR耳机的麦克风所捕获的音频的输入信号；
处理所述输入信号的一部分以确定所述输入信号中的噪声电平；
确定所述噪声电平满足阈值条件；
响应于确定所述噪声电平满足所述阈值条件，生成输出信号，其中根据在所述ANR耳机的用户的耳朵处的所述输出信号的目标响度电平控制对所述输入信号的ANR处理，其中生成所述输出信号包括：
处理包括一个或多个主动降噪ANR滤波器的第一信号路径中的所述输入信号以生成第一信号；
处理与所述第一信号路径并联设置的第二信号路径中的所述输入信号以生成第二信号，所述第二信号路径包括第一可变增益放大器(VGA)；以及
通过将所述第一信号与所述第二信号组合成加权组合来生成所述输出信号；以及
使用所述输出信号来驱动所述ANR耳机的声换能器。
29.根据权利要求28所述的一个或多个机器可读存储设备，其中：
确定所述噪声电平满足所述阈值条件包括确定所述噪声电平大于与所述阈值条件相关联的电平；并且
响应于确定所述噪声电平大于与所述阈值条件相关联的所述电平，根据所述噪声电平来控制所述ANR处理。
30.根据权利要求28所述的一个或多个机器可读存储设备，其中：
确定所述噪声电平满足所述阈值条件包括确定所述噪声电平小于与所述阈值条件相关联的电平；并且
响应于确定所述噪声电平小于与所述阈值条件相关联的电平，独立于所述噪声电平来控制所述ANR处理。
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