CN117440281A - 耳机装置、其补偿方法及电脑程序产品 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耳机装置、其补偿方法及电脑程序产品，该耳机装置，包括:无线传送接收模组，其通过无线传输网路接收来自一电子装置的第一电性讯号；第一补偿模组，其连接至该无线传送接收模组，且设置在主动降噪的晶片中串流音讯补偿增益的滤波器，其中，该第一补偿模组用于实现频率响应曲线，以计算该第一电性讯号在各频带下的频率响应，并藉由第一补偿增益转换模型产生目标频率响应曲线的第一滤波器参数，使该第一滤波器参数增益补偿各该频率中的该第一电性讯号；以及第一换能器，其连接至该第一补偿模组，以将增益补偿后的该第一电性讯号转换成声音，以传送该声音。
Description
技术领域
本发明关于一种音讯补偿技术，尤其指一种在各频带下自动补偿增益且具有真耳测量(real ear measurement,REM)分析的耳机装置、其补偿方法及电脑程序产品。
背景技术
从早期几乎无法想象在何时何地都能够享受音乐的年代，到现在随处都可以见到有人带着耳机在街上接听无线电话或聆听音乐，聆听音乐的方式和过往有显著的转变。
随着半导体与无线通讯科技的进步及娱乐媒体的发展，音乐渐渐成为大家生活上不可分离一部分，音乐播放装置的体积越来越轻巧，也驱使着最末端的发声元件产生剧烈变化，从只能定点聆听音乐的喇叭，进化到现今每个人都拥有的耳机，音乐的聆听方式有了多样化的选择，但其中最便利的聆听音乐方式就属耳机莫属。
随着耳机不断的演进，多种不同的内部驱动单体也随之发展出来，虽然基础原理方面并没有重大的变化，实际达成发声的构造却有很大的不同，且每一类型都有其发展的背景，同时也拥有其自身的优缺点。
过去的研究指出，音讯处理晶片采用的频率响应的增益(gain of frequencyresponse)不同，将直接影响使用者聆听音乐的感受。目前TWS耳机的频率响应的增益调整均以DSP单元进行各频带的增益补偿处理，其频率调整的细致度会受到DSP单元的取样频率所影响(即越高的取样率将会有更细致的频率调整能力)。但当取样率提高时，将会直接使DSP晶片的功耗上升，使得使用者于相同电池电量下的使用时间大幅减少。
此外，在人的真实耳朵上进行的声学测量都可称为真耳分析或真耳测量。广义的真耳测试是指在人的真实耳朵上进行的声学测量，狭义的定义为在真耳近鼓膜处(探管尖端距离鼓膜约5mm左右)进行的探管***测量。在助听器领域，特指在真耳近鼓膜处围绕介入增益所进行的声学测量。虽然真耳测量是针对佩戴助听器的听损者，不过每个人的耳朵形状及构造不一样，真耳测量方式也适用于现今的耳机装置，用以确认耳道内真正能听到多少声音及耳道内的音讯品质。
另外，测量到的真耳响应通常与验配软件预期的结果不一致，主要的原因是，使用者的外耳与内耳的声学特性(例如，共振、音量、阻抗等特性)可能与软件预测中使用的「平均耳」资料不同，当进行真耳测量时，使用者独特的耳道特性则会体现，导致有所误差。再者，使用者的耳机装置的声学参数不同，例如，气孔大小或耳膜深度。因此，真耳测量需要额外的增益调整来匹配所指定或预期的目标增益。此外，***增益测量是验证耳机装置性能特征的常用方法。然而，正如上述，***增益在耳机装置调试时有许多限制，导致仍有误差。
换言之，若采用主动降噪(active noise cancellation,ANC)架构来调整补偿增益时，传统上需要通过调整多个滤波器(例如，滤波器类型、fc、fc1、Q)或滤波器系数(例如，b0、b1、b2…a0、a1…)来获得频率响应，以达成增益补偿。然而，若通过调整多个滤波器来获得频率响应，需要藉由人工方式来决定调整滤波器类型、fc、fc1、Q等参数，多个滤波器之间会互相影响增益补偿，造成效率不佳的问题。若通过调整滤波器系数(例如8组滤波器)来获得频率响应，将会有极高维度需要调整，导致无法快速及精确设定滤波器系数。
此外，目前的主动降噪晶片中所使用的前馈滤波器(FF)及反馈滤波器(FB)均在处理环境噪音的消除，但未在此主动降噪晶片中使用串流音讯滤波器(例如:S(z)滤波器)及通透音讯滤波器(例如:APT滤波器)来对音讯进行频率响应增益补偿动作。
以上为目前技术领域中遇到的若干主要问题。因此，基于上述的原因，如何提供一种无须真耳分析仪、探管换能器(即，探管麦克风(probe microphone))、无须限定在专业的听力空间(如听检室)内进行真耳测量分析、并无须通过专业人员(如专业调音师)的协助，以有效地解决上述问题的耳机装置及耳机装置补偿方法，可有效地降低DSP晶片的功耗及延迟，且在当前真实环境提供精准、即时、自动化且客制化使用者的耳机装置(如市售耳机、ANC耳机、TWS耳机、助听器、听觉辅具或具有助听功能的耳机、眼镜等听觉装置或设备)，并如何大量减少需要调整的维度，以快速及精确设定滤波器系数，遂成为业界亟待解决的课题。
发明内容
为解决前述现有的技术问题或提供相关的功效，本发明提供一种耳机装置，包括：无线传送接收模组，其通过无线传输网路接收来自一电子装置的第一电性讯号；第一补偿模组，其连接至该无线传送接收模组，且设置在主动降噪的晶片中串流音讯补偿增益的滤波器(例如，S(z)滤波器)，其中，该第一补偿模组用于实现频率响应曲线，以计算该第一电性讯号在各频带下的频率响应，并藉由第一补偿增益转换模型产生目标频率响应曲线的第一滤波器参数，使该第一滤波器参数增益补偿各该频率中的该第一电性讯号；以及第一换能器，其连接至该第一补偿模组及/或该无线传送接收模组，以于开启补偿功能时，将增益补偿后的该第一电性讯号转换成声音，以传送该声音，而于关闭补偿功能时，将该第一电性讯号直接转换成声音，以传送该声音。
本发明亦提供一种耳机装置补偿方法，包括下列步骤:藉由无线传送接收模组，以通过无线传输网路接收来自一电子装置的第一电性讯号；于开启补偿功能时，藉由连接至该无线传送接收模组的第一补偿模组，以设置在主动降噪的晶片中串流音讯补偿增益的滤波器(例如，S(z)滤波器)，其中，该第一补偿模组用于实现频率响应曲线，以计算该第一电性讯号在各频带下的频率响应，并藉由第一补偿增益转换模型产生目标频率响应曲线的第一滤波器参数，使该第一滤波器参数增益补偿各该频率中的该第一电性讯号；以及藉由连接至该第一补偿模组的第一换能器，以将增益补偿后的该第一电性讯号转换成声音，以传送该声音。
于一实施例中，于关闭补偿功能时，藉由连接至该无线传送接收模组的第一换能器，将该第一电性讯号直接转换成声音，以传送该声音。
于一实施例中，本发明还包括：第二补偿模组，其连接至该无线传送接收模组，且设置在该主动降噪的晶片中通透音讯补偿增益的滤波器(例如，APT滤波器)，其中，该第二补偿模组用于实现语音增益补偿，以计算第二电性讯号在各频带下的增益，并藉由第二补偿增益转换模型产生第二滤波器参数，使该第二滤波器参数增益补偿各该频率中的该第二电性讯号。
于本发明一实施例中，该目标频率响应曲线为哈曼频率响应曲线、音特美频率响应曲线、HRTF频率响应曲线或其他可实现相同或相似的目标频率响应曲线，本发明不以此为限。
于本发明一实施例中，该第一滤波器参数为主动降噪的各该频率中增益补偿的滤波器参数，且主动降噪的该各频率中该增益补偿的该第一滤波器参数为音讯增益补偿滤波器单元参数。
于本发明一实施例中，本发明还包括：储存模组，其中，该第一补偿模组将该第一滤波器参数储存至该储存模组。
于本发明一实施例中，本发明还包括：第二换能器，其连接到该第一补偿模组，其中，该第二换能器接收来自该电子装置的第一测试讯号，以将该第一测试讯号转换成第三电性讯号；第三换能器，其连接到该无线传送接收模组，以同步将所传送的该声音转换成第四电性讯号，以通过该无线传输网路传送该第四电性讯号至该电子装置。
于本发明一实施例中，该电子装置通过无线传输网路接收来自该第三换能器的第四电性讯号，第三补偿模组计算该第四电性讯号在各频带下的频率响应，以比较该频率响应与该目标频率响应曲线的误差，若该误差未符合误差目标，则该电子装置对该误差进行量化，以藉由第三补偿增益转换模型产生第三滤波器参数，而该第三滤波器参数增益补偿各该频率中的该第四电性讯号，以通过该无线传输网路传送该第三滤波器参数至该第一补偿模组进行增益补偿。
于本发明一实施例中，本发明还包括：探管或长型耳塞，其一端连接到该第三换能器，其另一端最短至耳道口而最长至鼓膜附近(如1mm或更接近)处，其中，该另一端越靠近鼓膜，所获得的高频音讯品质越精准。
于本发明另一实施例中，该探管或该长型耳塞的一端连接到该第三换能器，其另一端至外耳道第一弯道或至距离鼓膜约数mm(如5mm)等处，使得获得的高频音讯品质相较于现有技术更精准。
于本发明一实施例中，若该误差仍未符合该误差目标，则该第三补偿模组对该误差再进行量化，以藉由该第三补偿增益转换模型产生另一组滤波器参数后，使该另一组滤波器参数增益补偿各该频率中的该第四电性讯号。
于本发明一实施例中，该电子装置包括：无线通讯模组，其中，该无线通讯模组通过该无线传输网路将该电子装置的测试讯号传送至该无线传送接收模组，以进行各该频率中增益补偿。
于本发明另一实施例中，该电子装置包括：扬声器模组，其中，该扬声器模组通过空气将该电子装置的测试讯号传送至该第一换能器，以进行各该频率中增益补偿。
于本发明一实施例中，所述补偿模组依据使用者于当前真实环境中获得的即时客制化耳机装置，通过降噪技术结合最佳化方法及损失函数自动地搜寻多个滤波器的多组参数所产生的最佳滤波器参数值作为原滤波器参数，但本发明不以此为限。
于本发明一实施例中，该电子装置将原滤波器参数或该第二滤波器参数储存至具有音源处理能力的设备，其中，该设备具有第四补偿模组以进行增益补偿。
于本发明一实施例中，该耳机装置设置于具有主动降噪的耳机设备，而该耳机装置补偿方法应用于该耳机装置，该耳机装置无须通过专业人员的协助执行；在另一实施例中，该耳机装置补偿方法应用于具有主动降噪的耳机设备。
于本发明一实施例中，该耳机装置及该耳机装置补偿方法藉由该耳机装置的该补偿模组结合该补偿增益转换模型及无线通讯技术进行自动化、即时及/或同步处理。
于本发明一实施例中，通过补偿增益转换模型来大量减少需要调整的维度，以快速及精确设定滤波器系数。
据此，本发明提供了无须真耳分析仪、探管换能器(即，探管麦克风(probemicrophone))、无须限定在专业的听力空间内进行真耳测量分析、并无须通过专业人员的协助，以有效地解决上述问题，且可有效地降低DSP晶片的功耗及延迟，且在当前真实环境下通过无线通讯技术针对使用者个人的耳机装置进行各该频率中增益补偿及真耳测量，并提供精准、即时、自动化且客制化使用者的耳机装置，及大量减少需要调整的维度，以快速及精确设定滤波器系数。
附图说明
图1为本发明的耳机装置的方块示意图。
图2a、图2b和图2c为本发明的耳机装置结合智能型装置的实施例的示意图。
图3为依据本发明实施例，显示补偿增益转换模型的模型训练(model training)的示意图。
图4为依据本发明实施例，显示对数功率频谱(log-power spectrum,LPS)撷取方法。
图5为依据本发明实施例，显示补偿增益转换模型的模型训练的方块示意图。
图6为本发明的应用程序端在接收电性讯号后的步骤流程图。
图7a和图7b为本发明的耳机装置补偿方法的步骤流程图。
主要组件符号说明
1 耳机装置
11 无线传送接收模组
12 第一补偿模组
13 第一换能器
14 第二补偿模组
15 储存模组
16 第二换能器
17 第三换能器
10 电子装置
102 第三补偿模组
110 设备或装置
120 探管
122 长型耳塞
21 窗框
22 离散傅立叶转换(DFT)
31 目标频率响应曲线
32 补偿增益转换模型
33 耳机装置
34 计算目标频率响应曲线与使用者的频率响应之间的误差
35 判断是否符合误差目标
S11-S17 步骤
S21-S27 步骤。
具体实施方式
以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明的耳机装置的方块示意图。依据本发明实施例，如图1所示，本发明的耳机装置1包括无线传送接收模组11、第一补偿模组12、第一换能器(即，扬声器)13、第二补偿模组14、储存模组15、第二换能器(Ref.Mic)16以及第三换能器(Err.Mic)17，其中，无线传送接收模组11通过无线传输网路(未显示于图式中)接收来自一电子装置(如智能型装置或行动装置)的讯号S，以将讯号S转换成电性讯号；第一补偿模组12连接至无线传送接收模组11，且设置在主动降噪的晶片中串流音讯补偿增益的滤波器(例如，S(z)滤波器)(未显示于图式中)，其中，第一补偿模组12用于实现频率响应曲线，以计算电性讯号在各频带下的频率响应，并藉由第一补偿增益转换模型产生目标频率响应曲线的第一滤波器参数，使第一滤波器参数增益补偿各频率中的电性讯号，且第一换能器13连接至第一补偿模组12及/或该无线传送接收模组11，以于开启补偿功能时，将增益补偿后的电性讯号转换成声音，且将该声音传送至耳道内，而于关闭补偿功能时，将该第一电性讯号直接转换成声音，且将该声音传送至耳道内。
再者，如图1所示，第二补偿模组14连接至无线传送接收模组11，且设置在主动降噪的晶片中通透音讯补偿增益的滤波器(例如，APT滤波器)(未显示于图式中)，其中，第二补偿模组14用于实现语音增益补偿，以计算另一电性讯号在各频带下的增益，并藉由第二补偿增益转换模型产生第二滤波器参数，使第二滤波器参数增益补偿各频率中的另一电性讯号。
在一实施例中，该第一补偿模组12、该第二补偿模组14于开启补偿功能时实现上述内容，而于关闭补偿功能时将电性讯号直接转换成声音，以传送该声音。
在本发明一实施例中，上述目标频率响应曲线可为哈曼(harman)频率响应曲线、音特美(Etymotic)频率响应曲线、头部相关传输函数(head-related transfer function,HRTF)频率响应曲线或其他可实现相同或相似的目标频率响应曲线，本发明不以此为限。
在本发明一实施例中，上述第一滤波器参数为主动降噪的各频率中增益补偿的滤波器参数，且主动降噪的各频率中增益补偿的滤波器参数为音讯各频率中增益补偿滤波器单元(例如，S(z)滤波器或APT滤波器)参数。
依据图1所示，本发明的耳机装置1更包括储存模组15，第一补偿模组12利用演算法(或补偿增益转换模型)或其固件将该组滤波器参数储存至储存模组15。
依据本发明的另一实施例，如图1及图2a、2b和2c所示，本发明通过无线传送接收模组11、第一补偿模组12、第一换能器(扬声器)13、第二换能器(Ref.Mic.)16、第三换能器(Err.Mic.)17及电子装置10进行真耳测量。具体而言，无线传送接收模组11通过无线传输网路接收来自电子装置10的第一测试讯号，以将第一测试讯号转换成第一电性讯号；第三换能器(Err.Mic.)17连接到无线传送接收模组11，以同步将耳道内传送的声音转换成第二电性讯号，以通过无线传输网路传送第二电性讯号至电子装置10，其中，电子装置10通过无线传输网路接收来自第三换能器(Err.Mic.)17的第二电性讯号，第三补偿模组102计算该第二电性讯号在各频带下的频率响应，以比较该频率响应与目标频率响应曲线的误差，若该误差未符合误差目标，则电子装置10对该误差进行量化，以藉由第三补偿增益转换模型产生第三滤波器参数，而该第三滤波器参数增益补偿各该频率中的第二电性讯号，以通过无线传输网路传送第三滤波器参数至第一补偿模组进行增益补偿。
依据本发明的又一实施例，如图1及图2a、2b和2c所示，本发明的耳机装置1的第二换能器(Ref.Mic.)16亦可以通过空气接收来自电子装置10(如智能型装置或行动装置)10的扬声器模组的测试讯号S。类似于上述实施例，若第二换能器(Ref.Mic.)16通过空气接收来自电子装置10的扬声器模组的测试讯号S，则第一补偿模组12对该测试讯号S进行增益补偿；第一换能器(扬声器)13连接至第一补偿模组12，并将增益补偿后的测试讯号转换成声音，以将该声音传送至耳道内；第三换能器(Err.Mic)17同步将耳道内传送的该声音转换成电性讯号，以通过无线传送接收模组11及无线传输网路传送电性讯号至电子装置10，其中，电子装置10利用应用程序(app)、其固件或云端技术计算电性讯号在各频带下的频率响应，以通过第三补偿模组102比较该频率响应与目标频率响应曲线的误差，若该误差未符合误差目标，则该电子装置10利用应用程序、其固件或云端技术对该误差进行量化，以藉由补偿增益转换模型产生一组滤波器参数后，通过无线传输网路及无线传送接收模组11送该组滤波器参数至第一补偿模组12、第三补偿模组102或其他具有音源处理能力(或补偿模组)的设备或装置，以进行各频率中增益补偿。
进一步地，该电子装置可将原滤波器参数或上述滤波器参数储存至具有音源处理能力的设备或装置，其中，该设备或装置具有第四补偿模组以进行增益补偿。在一实施例中，该具有音源处理能力的设备或装置可选择原滤波器参数或上述滤波器参数通过补偿模组进行增益补偿来个人化提升聆听感受。
此外，在本发明一实施例中，若该误差仍未符合误差目标，则该第一补偿模组利用演算法或其固件对该误差再进行量化，以藉由补偿增益转换模型产生另一组修正后滤波器参数后，使该另一经修正的滤波器参数增益补偿各该频率中的该电性讯号，其中，补偿增益转换模型可设置于耳机装置、智能型装置、云端或伺服器中，本发明不以此为限。
在本发明一实施例中，第一补偿模组12及第二补偿模组14设置在主动降噪的晶片中，而第三补偿模组102设置在电子装置10(例如，智能型装置或行动装置)中，以应用程序、其固件或云端技术方式实现，其中，该第一补偿模组12与第三补偿模组102同步。
在本发明另一实施例中，该组滤波器参数为主动降噪的增益补偿的滤波器参数，其中，主动降噪的增益补偿的滤波器参数为音讯增益补偿滤波器单元(例如，S(z)或APT滤波器)参数。
在本发明的实施例中，本发明的耳机装置设置于具有主动降噪的耳机设备。
此外，上述模组均可为硬件或固件；若为硬件，则可分别实现各频率中增益补偿、无线传送接收以及储存的各种电路或具有相似技术的硬件单元；若为固件，则可分别为执行各频率中增益补偿、无线传送接收以及储存的各种固件单元。在一实施例中，补偿模组可为增益补偿电路或增益补偿硬/固件单元，无线传送接收模组可为无线传送接收电路或无线传送接收硬/固件单元，而储存模组可为储存电路或储存硬/固件单元，其中，本发明的耳机装置包含但不限于ANC。
本发明的耳机装置无需使用额外的探管换能器(即，探管麦克风(probemicrophone))，以在当前真实环境下通过演算法及无线通讯技术提供精准、即时、自动化且客制化的耳机装置。
在本发明另一实施例中，如图2b、图2c所示，本发明的耳机装置亦可使用探管120或长型耳塞122，其一端连接到换能器(Err.Mic.)，其另一端最短至耳道口而最长至鼓膜附近(如1mm或更接近)处，其中，该另一端越靠近鼓膜，所获得的高频音讯品质越精准，以在当前真实环境下通过无线通讯技术提供精准、即时、自动化且客制化的耳机装置。
于本发明又一实施例中，探管或长型耳塞的一端连接到换能(Err.Mic)，其另一端至外耳道第一弯道或至距离鼓膜约数mm(如5mm)等处，使得获得的高频音讯品质相较于现有技术更精准。
要说明的是，图2b、图2c为示意说明，不以此为限。
在本发明一实施例中，图3显示补偿增益转换模型的模型训练的示意图。依据电性讯号的频率响应特性，补偿增益转换模型会自动地通过模型训练产生多组(或n组)ANC滤波器参数，可以提供ANC耳机进行各频率中增益补偿。
以下分别对于电性讯号的频率响应的计算以及通过补偿增益转换模型架构进行增益补偿参数计算详细说明。
电性讯号
的频率响应的计算
图4显示功率频谱(log-power spectrum,LPS)撷取方法。于本发明的实施例中，换能器(Err.Mic)将所接收到的电性讯号先传送到APP端进行声学特征提取，且通过对数功率频谱(log-power spectrum,LPS)方法来计算在一段时间下电性讯号/>中的频率响应。当特征进行撷取时，通过计算各重迭窗框(window frame)21的离散傅立叶转换(discreteFourier transform,DFT)22，对输入讯号进行短时傅立叶转换(short-time Fouriertransform,STFT)，亦即通过公式(1)将音乐讯号从时域转为频域，公式(1)如下所示：
其中，Yt(l)代表输入讯号(即，电性讯号)在时域中第l个样本，Yf(k)代表输入讯号的频谱，k是频率索引(frequency index)，h(l)表示汉明窗函数。
通过补偿增益转换模型架构进行补偿增益参数
图5显示补偿增益转换模型的模型训练的方块示意图。如图5所示，提供目标频率响应曲线31至补偿增益转换模型32，接着，通过补偿增益转换模型32(例如，人工智能演算法、深度学习方法、机器学习方法、数学统计法…等方法)将补偿转换为电路所需的滤波器参数增益G′N，且将其传送至ANC耳机装置33，将上述流程可通过补偿增益转换模型架构予以模型训练，且通过目标损失函数(cost function)予以实现，如公式(2)所示：
其中，N表示模型会生成多组(获得N组)滤波器参数，M表示训练模型的样本数，i代表训练中的第几笔增益资料。
当补偿增益转换模型进行模型训练时，将误差反向传播来进行模型参数更新，且进行参数权重调整，从而寻找最佳补偿，如公式(3)所示:
之后，通过ANC装置的换能器将耳道中的电性讯号录制后的频率响应与目标频率响应曲线进行计算34，以获得两者之间的误差/>其中，计算误差的方法包含以下方法：minimum mean-square error、客观性评估指标(例如，HASQI,HASPI,STOI,NCM,PESQ,…等)，本发明不以此为限。之后，通过判别来确定当前的误差是否在可以接受的范围内35。若误差/>是在可以接受的范围内时，则表示选配完成；反之，将此误差/>再次传送至补偿增益转换模型来重新产生另一组修正后补偿增益/>经过上述流程，可以重复以上流程使误差/>持续收敛至符合设定的需求，从而完成自动化的流程。
图6为本发明ANC耳机端在接收电性讯号后的步骤流程图。如图6所示，在步骤S11，电子装置传送电性讯号/>
接着，在步骤S12，ANC耳机端接收电性讯号(例如，约10秒钟的音乐)。
之后，在步骤S13，取n个音框，对各音框进行傅立叶转换(Fourier transform)，且累积n个音框下的能量来获得电性讯号的频率响应。
在步骤S14，计算电性讯号在各频带下的频率响应。
在步骤S15，藉由补偿增益转换模型产生目标频率响应曲线的ANC滤波器参数。
在步骤S16，ANC滤波器参数增益补偿各频率中的电性讯号。
最后，在步骤S17，将ANC滤波器参数写入ANC耳机的晶片中(即，储存至ANC耳机的储存模组中)。
值得一提的是，本发明的耳机装置采用主动降噪(active noise cancellation,ANC)技术，但在不同实施例中，具有相同或相似降噪技术均可适用，本发明不以此为限。在此实施例中，滤波器(例如，FF、FB、SZ、APT…等)参数可以通过「机构声学特性」及「听觉补偿处方」的资讯进行设定，也就是，将通过均平方误差(mean-square error,MSE)方法进行ANC技术中的滤波器参数设定，进而使ANC技术对换能器所传送的声源进行不同频率的增益补偿能力。在本发明一实施例中，上述滤波器可分别为前馈(FF)滤波器、反馈(FB)滤波器、音讯增益补偿滤波器单元(例如S(z)滤波器、APT滤波器)，其中，前馈(FF)滤波器可接收换能器(Ref.Mic)的电性讯号，以消除外部噪音；反馈(FB)滤波器可接收换能器(Err.Mic)的电性讯号(即，换能器(Err.Mic)将耳道内噪音转换成电性讯号)，以消除耳道内噪音；而音讯增益补偿滤波器单元(例如，S(z)滤波器及APT滤波器)则接收适当的目标曲线，以在各频带中适当调整电性讯号。
由于本发明适用于各种智能型设备，以使耳机装置可于当前的环境(例如，居住房舍、室外、车内、公园等)下无须通过专业人员的协助下进行各频率中增益补偿。
值得一提的是，本发明的耳机装置除了可进行各频率中增益补偿，本发明的耳机装置不必限定在听检室内结合真耳测量仪器进行真耳测量分析，本发明的耳机装置可在非听检室内的当前真实环境提供自动化、即时、客制化使用者的耳机装置或听觉设备。
在本发明一实施例中，本发明的耳机装置可为耳机(包括但不限于动圈式、动铁式、压电式、气动式、静电式、有线传输、无线传输的耳机)、助听器、抗噪耳机、监听耳机、智能眼镜、穿戴式装置或其组合。在另一实施例中，本发明的耳机装置亦可设置且连接于听力设备，并具有上述的补偿技术。
此外，本发明的耳机装置藉由演算法(例如，补偿增益转换模型技术)结合无线通讯技术(例如，蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi、近场通讯(near-field communication,NFC)、超宽带(ultra-wideband,UWB)、IEEE 802.15.4等无线通讯技术)，可直接将使用者的即时客制化的增益补偿同步于设置在相同或单一晶片中的降噪模组及/或补偿模组进行运作，进而提供使用者能即时地具有舒适聆听音乐感受。另外，依据本发明的上述实施例，由于使用者使用自身的听觉设备或耳机装置(例如，各种智能型设备或装置配合ANC耳机或TWS耳机)能在各种当前真实环境或真实应用环境(即，安静或带噪环境)进行各频率中增益补偿，因而使用者可依据自身需求，在进行本发明的耳机装置补偿方法时选择开启或关闭降噪模组。
值得注意的是，本发明的耳机装置除了不必限定在听检室内进行各频率中增益补偿且无须通过专业人员的协助之外，本发明也无需使用额外的探管换能器，仅通过自身的装置(例如，耳机、助听器、听觉辅具等)且藉由智能型装置结合补偿增益转换模型技术及无线通讯技术，便可自动地、即时且客制化使用者的耳机装置或听觉设备。
图7a和图7b为本发明的耳机装置补偿方法的步骤流程图，一并配合上述实施例的说明，其中，该方法流程至少包含下列步骤S21至S27。
于步骤S21中，藉由无线传送接收模组，以通过无线传输网路接收来自一电子装置的第一电性讯号。
于步骤S22中，于开启补偿功能时，藉由连接至该无线传送接收模组的第一补偿模组，以设置在主动降噪的晶片中串流音讯补偿增益的滤波器，其中，该第一补偿模组用于实现频率响应曲线，以计算该第一电性讯号在各频带下的频率响应，并藉由第一补偿增益转换模型产生目标频率响应曲线的第一滤波器参数，使该第一滤波器参数增益补偿各该频率中的该第一电性讯号。
于步骤S24中，藉由连接至该第一补偿模组的第一换能器，将增益补偿后的该第一电性讯号转换成声音，以将该声音传送至耳道内。
于步骤S25中，于开启补偿功能时，藉由连接至该无线传送接收模组的第二补偿模组，以设置在该主动降噪的晶片中通透音讯补偿增益的滤波器，其中，该第二补偿模组用于实现语音增益补偿，以计算第二电性讯号在各频带下的增益，并藉由第二补偿增益转换模型产生第二滤波器参数，使该第二滤波器参数增益补偿各该频率中的该第二电性讯号。
于步骤S27中，藉由连接到该第一补偿模组的第二换能器，接收来自该电子装置的第一测试讯号，以将该第一测试讯号转换成第三电性讯号；藉由连接到该无线传送接收模组的第三换能器，以同步将该耳道内传送的该声音转换成第四电性讯号，通过该无线传输网路传送该第四电性讯号至该电子装置，其中，该电子装置通过无线传输网路接收来自该第三换能器的第四电性讯号，第三补偿模组计算该第四电性讯号在各频带下的频率响应，以比较该频率响应与该目标频率响应曲线的误差，若该误差未符合误差目标，则该电子装置对该误差进行量化，以藉由第三补偿增益转换模型产生第三滤波器参数，而该第三滤波器参数增益补偿各该频率中的该第四电性讯号，以通过该无线传输网路传送该第三滤波器参数至该第一补偿模组进行增益补偿。
此外，于步骤S23中，于关闭补偿功能时，藉由连接至该无线传送接收模组的第一换能器，将该第一电性讯号转换成声音，以传送该声音。
再者，于步骤S26中，于关闭补偿功能时，藉由连接至该无线传送接收模组的第一换能器，将该第二电性讯号转换成声音，以传送该声音。
在另一实施例中，除了将该组滤波器参数储存至储存模组之外，该电子装置也可利用演算法(补偿增益转换模型)、其固件或云端技术将原滤波器参数或该组滤波器参数储存至具有音源处理能力的设备或装置，其中，该设备或装置具有第四补偿模组以进行增益补偿。
另外，除了换能器(Ref.Mic.)可通过无线传输网路及无线传送接收模组接收来自一电子装置(例如，智能型装置或行动装置)的第一测试讯号之外，该电子装置的扬声器模组亦可通过空气将该电子装置的第二测试讯号传送至该换能器(Ref.Mic.)，以进行如上述的增益补偿。此外，第一测试讯号可经由无线通讯传送，而第二测试讯号可于空气中传送。
在上述的方法流程中，第一补偿模组、第二补偿模组可设置在主动降噪的晶片中，而第三补偿模组可设置在电子装置(例如，智能型装置或行动装置)中，以应用程序、其固件或云端技术方式实现，其中，第一补偿模组与第三补偿模组同步。
在本发明一实施例中，该组滤波器参数为主动降噪的增益补偿的滤波器参数或数位讯号处理电路的增益补偿参数，其中，主动降噪的增益补偿的滤波器参数为音讯增益补偿滤波器单元(例如，S(z)滤波器或APT滤波器)参数。
此外，上述的方法流程应用于耳机装置，亦可应用于具有主动降噪的耳机设备。
另外，值得注意的是，在音讯处理晶片中，ANC技术已逐渐应用于TWS耳机中，它主要是通过硬件电路及对应的***参数来进行反向波讯号的生成，进而达到主动抗噪的功能。由于ANC技术能够有极低的延迟时间(<20μS)，因而除了通过硬件电路实践的优势外，其采用极高的取样率进行处理也是用来解决延迟时间的挑战。因此，在ANC技术架构中，本发明能适当给予正确的滤波器参数，其电路特性也可以转换应用于频率响应的增益调整。换言之，本发明的耳机装置及其补偿方法可有效地给予ANC技术进行频率响应的增益调整，进而达到ANC技术的高取样率及低功耗的优势，且有效地提升由音讯处理晶片处理后的音讯品质及降低功耗。综上所述，本发明的耳机装置及其补偿方法通过主动降噪(ANC)技术结合数位网路技术及无线传输技术，不仅能使耳机能发出与当前噪音能量相同的反向波(或正向波)来消除耳道中的环境噪音，并可直接在各频率中进行增益补偿，且在进行真耳测量(REM)时也可以藉由补偿模组直接对使用者即时客制化的耳机装置进行各频率中增益补偿(进而使各频带的讯号增益(如正向讯号及/或反向讯号)适当调整)，具有自动化、即时且客制化使用者的耳机装置或听觉设备的功效，使得使用者的耳机装置或听觉设备可聆听更清楚的声音或更好听的音乐。
另外，本发明的耳机装置及其补偿方法通过补偿增益转换模型技术考量使用者的频率响应的增益特性，以提供测试音乐，进而执行真耳测量，且达到自动化、即时且客制化使用者的耳机装置或听觉设备的功效，使得使用者的耳机装置或听觉设备可聆听更清楚的声音或更好听的音乐。
此外，在本发明的实施例中，补偿增益转换模型亦可自动化修正耳机装置的补偿参数(例如，SII(speech intelligibility index),HASQI,HASPI等补偿参数)，其中，补偿增益转换模型可设置于耳机装置、智能型装置、云端或伺服器中，本发明不以此为限。
值得一提的是，本发明的耳机装置及其补偿方法无须进行动态范围压缩功能(dynamic range compression function,DRCF)。
最后，在本发明的实施例中，一电脑程序产品利用所述装置的演算法(补偿增益转换模型)或其固件技术执行上述内容，并可将各种滤波器参数自动地储存至具有音源处理能力的设备或装置(如图2a所示的110，例如智能型装置、行动装置、喇叭或音箱)，其中，该设备或装置具有补偿模组以进行各频率中增益补偿。因此，该电脑程序产品可选择将滤波器参数同步至该耳机装置或将滤波器参数同步至该具有音乐处理能力的设备或装置以进行音乐处理与播放。
上述实施形态仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施形态进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围应如权利要求书所列。
Claims (20)
1.一种耳机装置，包括：
无线传送接收模组，其通过无线传输网路接收来自一电子装置的第一电性讯号；
第一补偿模组，其连接至该无线传送接收模组，且设置在主动降噪的晶片中串流音讯补偿增益的滤波器，其中，该第一补偿模组用于实现频率响应曲线，以计算该第一电性讯号在各频带下的频率响应，并藉由第一补偿增益转换模型产生目标频率响应曲线的第一滤波器参数，使该第一滤波器参数增益补偿各该频率中的该第一电性讯号；以及
第一换能器，其连接至该第一补偿模组及/或该无线传送接收模组，以于开启补偿功能时，将增益补偿后的该第一电性讯号转换成声音，以传送该声音，而于关闭补偿功能时，将该第一电性讯号直接转换成声音，以传送该声音。
2.如权利要求1所述的耳机装置，其中，该装置还包括：第二补偿模组，其连接至该无线传送接收模组，且设置在该主动降噪的晶片中通透音讯补偿增益的滤波器，其中，该第二补偿模组用于实现语音增益补偿，以计算第二电性讯号在各频带下的增益，并藉由第二补偿增益转换模型产生第二滤波器参数，使该第二滤波器参数增益补偿各该频率中的该第二电性讯号。
3.如权利要求1所述的耳机装置，其中，该目标频率响应曲线为哈曼频率响应曲线、音特美频率响应曲线、或HRTF频率响应曲线。
4.如权利要求1所述的耳机装置，其中，该第一滤波器参数为主动降噪的各该频率中增益补偿的滤波器参数，且主动降噪的该各频率中该增益补偿的该第一滤波器参数为音讯增益补偿滤波器单元参数。
5.如权利要求1所述的耳机装置，还包括：储存模组，其中，该第一补偿模组将该第一滤波器参数储存至该储存模组。
6.如权利要求1所述的耳机装置，还包括：第二换能器，其连接到该第一补偿模组，其中，该第二换能器接收来自该电子装置的第一测试讯号，以将该第一测试讯号转换成第三电性讯号；第三换能器，其连接到该无线传送接收模组，以同步将所传送的该声音转换成第四电性讯号，以通过该无线传输网路传送该第四电性讯号至该电子装置。
7.如权利要求6述的耳机装置，其中，该电子装置通过无线传输网路接收来自该第三换能器的第四电性讯号，第三补偿模组计算该第四电性讯号在各频带下的频率响应，以比较该频率响应与该目标频率响应曲线的误差，若该误差未符合误差目标，则该电子装置对该误差进行量化，以藉由第三补偿增益转换模型产生第三滤波器参数，而该第三滤波器参数增益补偿各该频率中的该第四电性讯号，以通过该无线传输网路传送该第三滤波器参数至该第一补偿模组进行增益补偿。
8.如权利要求7所述的耳机装置，还包括：探管或长型耳塞，该探管或该长型耳塞的一端连接到该第三换能器，且该探管或该长型耳塞的另一端至外耳道第一弯道或至距离鼓膜5mm处。
9.如权利要求7所述的耳机装置，其中，若该误差仍未符合该误差目标，则该第三补偿模组对该误差再进行量化，以藉由该第三补偿增益转换模型产生另一组滤波器参数后，使该另一组滤波器参数增益补偿各该频率中的该第四电性讯号。
10.如权利要求7所述的耳机装置，其中，该电子装置包括：无线通讯模组，其中，该无线通讯模组通过该无线传输网路将该电子装置的测试讯号传送至该无线传送接收模组，以进行各该频率中增益补偿。
11.如权利要求7所述的耳机装置，其中，该电子装置包括：扬声器模组，其中，该扬声器模组通过空气将该电子装置的测试讯号传送至该第一换能器，以进行各该频率中增益补偿。
12.如权利要求1所述的耳机装置，其中，该电子装置将原滤波器参数或该第二滤波器参数储存至具有音源处理能力的设备，其中，该设备具有第四补偿模组以进行增益补偿。
13.一种耳机装置补偿方法，包括：
藉由无线传送接收模组，以通过无线传输网路接收来自一电子装置的第一电性讯号；
于开启补偿功能时，藉由连接至该无线传送接收模组的第一补偿模组，以设置在主动降噪的晶片中串流音讯补偿增益的滤波器，其中，该第一补偿模组用于实现频率响应曲线，以计算该第一电性讯号在各频带下的频率响应，并藉由第一补偿增益转换模型产生目标频率响应曲线的第一滤波器参数，使该第一滤波器参数增益补偿各该频率中的该第一电性讯号；以及
藉由连接至该第一补偿模组的第一换能器，将增益补偿后的该第一电性讯号转换成声音，以传送该声音。
14.如权利要求13所述的耳机装置补偿方法，其中，于关闭补偿功能时，藉由连接至该无线传送接收模组的第一换能器，将该第一电性讯号转换成声音，以传送该声音。
15.如权利要求13所述的耳机装置补偿方法，还包括：藉由连接至该无线传送接收模组的第二补偿模组，以设置在该主动降噪的晶片中通透音讯补偿增益的滤波器，其中，该第二补偿模组用于实现语音增益补偿，以计算第二电性讯号在各频带下的增益，并藉由第二补偿增益转换模型产生第二滤波器参数，使该第二滤波器参数增益补偿各该频率中的该第二电性讯号。
16.如权利要求13所述的耳机装置补偿方法，其中，该目标频率响应曲线为哈曼频率响应曲线、音特美频率响应曲线、或HRTF频率响应曲线。
17.如权利要求13所述的耳机装置补偿方法，还包括：藉由连接到该第一补偿模组的第二换能器，其接收来自该电子装置的第一测试讯号，以将该第一测试讯号转换成第三电性讯号；藉由连接到该无线传送接收模组的第三换能器，其同步将所传送的该声音转换成第四电性讯号，以通过该无线传输网路传送该第四电性讯号至该电子装置，其中，该电子装置通过无线传输网路接收来自该第三换能器的第四电性讯号，第三补偿模组计算该第四电性讯号在各频带下的频率响应，以比较该频率响应与该目标频率响应曲线的误差，若该误差未符合误差目标，则该电子装置对该误差进行量化，以藉由第三补偿增益转换模型产生第三滤波器参数，而该第三滤波器参数增益补偿各该频率中的该第四电性讯号，以通过该无线传输网路传送该第三滤波器参数至该第一补偿模组进行增益补偿。
18.如权利要求13所述的耳机装置补偿方法，其中，若该误差仍未符合该误差目标，则该第三补偿模组对该误差再进行量化，以藉由该第三补偿增益转换模型产生另一组滤波器参数后，使该另一组滤波器参数增益补偿各该频率中的该第四电性讯号。
19.如权利要求13所述的耳机装置补偿方法，其中，该电子装置将原滤波器参数或该第二滤波器参数储存至具有音源处理能力的设备，其中，该设备具有第四补偿模组以进行增益补偿。
20.一种电脑程序产品，执行如权利要求13至19中任一项所述的耳机装置补偿方法。
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