使用差分信号测量的耳机的头上检测的制作方法

本公开总体涉及一种用于可佩戴音频装置的电力控制的系统。

背景技术：

用户可以佩戴耳机来享受音乐，而不令他们周围的人们分心或受干扰。噪音消除式耳机允许用户听到诸如音乐的音频，而听不到不是音频的部分的各种噪音。然而，噪音消除耳机通常使用在被用于从音频播放器向耳机提供直接音频馈送以外的额外的电力。额外的电力可以从用于对耳机供电的电池提供。

技术实现要素：

用于噪音消除耳机的电池寿命可以通过在噪音消除耳机被检测为没有由用户佩戴时减少提供到耳机的电力而被延长。在一个实施方式中，耳机具有耦合到第一补偿网络的第一扬声器、耦合到第二补偿网络的第二扬声器、以及被配置为感测与第一扬声器相关联的第一信号和与第二扬声器相关联的第二信号之间的差分信号的差分感测模块。差分信号被用于确定耳机是否由用户佩戴。耳机具有电源；基于差分信号、基于耳机是否被检测为由用户佩戴来调节供应到第一扬声器和第二扬声器的功率水平。

第一补偿网络接收第一电流和第一音频馈送以将第一输出提供至第一扬声器。第二补偿网络接收第二电流和第二音频馈送以将第二输出提供至第二扬声器。第一补偿网络耦合到将第一反馈数据提供至第一补偿网络的第一反馈麦克风。第二补偿网络耦合到将第二反馈数据提供至第二补偿网络的第二反馈麦克风。

差分感测模块具有差分放大器，差分放大器被配置为在第一放大器输入处接收第一信号，在第二放大器输入处接收第二信号，以及产生差分信号。第一信号和第二信号的示例包括第一电流和第二电流、第一音频馈送和第二音频馈送、或来自第一补偿网络和第二补偿网络的第一输出信号和第二输出信号。在特定实施例中，差分放大器耦合到被配置为对差分信号滤波以产生滤波的波形的带通滤波器。带通滤波器耦合到被配置为检测滤波的波形的幅度水平的电平检测器。滤波的波形的幅度水平用于确定耳机是否被检测为由用户佩戴。

在另一实施方试中，方法包括将音频输出至具有第一扬声器和第二扬声器的耳机，在差分感测模块处确定差分信号，并基于差分信号确定耳机是否被检测为由用户佩戴。方法进一步包括从第一反馈麦克风提供第一反馈数据到第一补偿网络并从第二反馈麦克风提供第二反馈数据到第二补偿网络。方法还包括基于差分信号基于耳机是否被检测为由用户佩戴来调节供应到耳机的功率水平。例如，当耳机被检测为未由用户佩戴时减小或关断功率水平。

附图说明

图1是耳机的说明性实施方式的示图；

图2是差分感测模块的说明性实施方式的框图；

图3是具有两组差分输入的差分感测模块的说明性实施方式的框图；以及

图4是用于调节耳机的功率水平的方法的说明性实施方式的流程图。

具体实施方式

图1描绘了具有第一扬声器110和第二扬声器120的耳机100。第一扬声器110和第二扬声器120被配置为输出对应于分别由第一补偿网络116和第二补偿网络126提供的音频输出信号的声音。第一补偿网络116基于第一音频馈送140将第一输出信号112提供至第一扬声器110，第二补偿网络126基于第二音频馈送142将第二输出信号122提供至第二扬声器120。

第一反馈麦克风114耦合到第一补偿网络116并且将第一反馈数据115提供至第一补偿网络116。第一反馈数据115由第一补偿网络116使用以调节提供至第一扬声器110的第一输出信号112。例如，当第一反馈数据115包括由第一反馈麦克风114检测的噪音(例如，环境噪音)时，第一补偿网络116使用第一反馈数据115来修改第一输出信号112以针对噪音进行补偿(例如，从信号中减去噪音信号或将噪音信号的相反信号添加至第一补偿网络处的信号)。第一补偿网络116包括音频处理组件，诸如放大器驱动器、均衡器和反馈补偿模块。在备选的实施方式中，第一前馈麦克风将第一前馈数据提供至第一补偿网络116以进一步修改第一输出信号112。

类似地，第二反馈麦克风124耦合到第二补偿网络126并将第二反馈数据125提供至第二补偿网络126以形成第二输出信号122。例如，当第二反馈数据125包括由第二反馈麦克风124检测的噪音(例如，环境噪音)时，第二补偿网络126使用第二反馈数据125来修改第二输出信号122以针对噪音进行补偿。第二补偿网络126包括音频处理模块，诸如放大器驱动器、均衡器和反馈补偿模块。在备选的实施方式中，第二前馈麦克风将第二前馈数据提供至第二补偿网络126以进一步修改第二输出信号122。

第一音频馈送140在第一音频输入LA处被提供至第一补偿网络116。第二音频馈送142在第二音频输入RA处被提供至第二补偿网络126。第一补偿网络116至少基于第一反馈数据115来处理第一音频馈送140以产生第一输出信号112。第一补偿网络116、第一扬声器110和第一反馈麦克风114组合形成第一反馈环。第二补偿网络126至少基于第二反馈数据125来处理第二音频馈送142。第二补偿网络126经由第二输出信号122将处理的音频提供至第二扬声器120。第二补偿网络126、第二扬声器120和第二反馈麦克风124组合形成第二反馈环。

当耳机100包括耳罩时，第一扬声器110、第二扬声器120、第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124被设置在耳罩内，并且耳罩内的声音压力水平可以通过第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124测量。第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124优选地具有但是不限于从大约25dB_SPL到大约125dB_SPL的dB_SPL范围。在第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124处测量的声音压力水平分别包括在第一反馈数据115和第二反馈数据125中。第一反馈数据115和第二反馈数据125允许第一补偿网络116和第二补偿网络126分别调节第一输出信号112和第二输出信号122。

耳机100从电源150接收电力。电源150经由第一分流电阻119(或其它电流感测装置)将在第一电流节点LI处可测量的第一电流118提供至第一补偿网络116。电源150还经由第二分流电阻129(或其它电流感测装置)将在第二电流节点RI处可测量的第二电流128提供至第二补偿网络126。由第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124检测到的低频率(例如，低于500Hz的频率)导致第一补偿网络116和第二补偿网络126从电源150汲取更多的电力，因此分别增加第一电流118和第二电流128。

功率控制器152耦合到电源150。功率控制器152包括差分感测模块154。差分感测模块154被配置为接收对应于第一电流118和第二电流128、第一音频反馈140和第二音频反馈142、第一输出信号112和第二输出信号122或其任意组合的输入。差分感测模块154基于输入确定差分信号。功率控制器152被配置为使得电源150调节被提供至第一补偿网络116和至第二补偿网络126的功率水平。

基于差分信号与阈值之间的比较来调节功率水平。当差分信号低于阈值时，功率水平被减小为具有提供至第一补偿网络116和第二补偿网络126的低电力或无电力的待机状态。阈值被设置为使得当耳机没有由用户佩戴时，差分信号低于阈值。与绝对信号值相比，差分信号提供耳机100是否由用户佩戴的更好指示，因为周围环境或耳机100中的变化导致对第一扬声器110和第二扬声器120的相似效果。差分信号还将更稳健和容错的方法提供至诸如环境处理的特征，因为某些环境可能以相似的方式影响第一扬声器110和第二扬声器120。

功率控制器152进一步包括延迟计时器以防止在特定持续时间内对功率水平进行调节。例如，当延迟计时器被设置为五分钟时，功率水平不减小，直到耳机100由差分感测模块154检测为未被佩戴长达五分钟。功率控制器152额外地包括图2中更详细示出的元件。功率控制器152的实施方式的示例包括但不限于处理器和存储器模块或电路，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟电路或其组合。

当耳机100由用户佩戴时，差分信号具有第一特征。第一特征可以与相对较大幅度的差分信号关联。例如，当差分信号为第一电流118和第二电流128之间的差分时，第一特征对应于左电流节点LI和右电流节点RI之间的大于电流阈值的差分。作为另一示例，当差分信号对应于第一输出信号112和第二输出信号122之间的差分时，第一特征对应于左输出驱动器LS和右输出驱动器RS之间的大于输出信号阈值的差分。在备选的实施方式中，电流阈值或输出信号阈值可以基于第一音频馈送140和第二音频馈送142之间的音频馈送差分而被修改。例如，如果音频馈送差分较高，则电流阈值或输出信号阈值将增加。

当耳机100没有由用户佩戴时，差分信号具有第二特征。例如，当差分信号对应于第一电流118和第二电流128之间的差分时，第二特征对应于左电流节点LI和右电流节点RI之间的小于电流阈值的差分。作为另一示例，当差分信号对应于第一输出信号112和第二输出信号122之间的差分时，第二特征对应于左输出驱动器LS和右输出驱动器RS之间的小于输出信号阈值的差分。在备选的实施方式中，电流阈值或输出信号阈值可以基于第一音频馈送140和第二音频馈送142之间的音频馈送差分而被修改。例如，如果音频馈送差分较高，则电流阈值或输出信号阈值将增加。

在操作中，第一音频输入LA和第二音频输入RA分别从诸如数字音频播放器、计算机、TV、或任意其他音频产生设备的音频源接收第一音频馈送140和第二音频馈送142。第一反馈麦克风114将第一反馈数据115提供至第一补偿网络116。第一补偿网络116基于包括但不限于第一音频馈送140和第一反馈数据115的信号源而产生第一输出信号112并且将第一输出信号112发送至第一扬声器110。第二反馈麦克风124将第二反馈数据125提供至第二补偿网络126。第二补偿网络126基于包括但不限于第二音频馈送142和第二反馈数据125的信号源而产生第二输出信号122并将第二输出信号122发送至第二扬声器120。差分感测模块154对第一音频馈送140和第二音频馈送142、第一输出信号112和第二输出信号122、第一电流118和第二电流128或其组合进行采样并确定差分信号。

基于差分信号与阈值的比较(以确定耳机100是否由用户佩戴)，功率控制器152使得电源150调节功率水平。例如，当差分信号小于阈值时，诸如在输入到差分感测模块154的信号之间的较小差异，功率控制器152确定耳机100未由用户佩戴并且使得电源150(例如，通过转换至低电力待机状态)减小提供至耳机100的电力。低电力待机状态维持到第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124的电力，以及到第一补偿网络116和第二补偿网络126中的一些或全部组件的电力。当处于低电力待机状态时，当差分信号满足第二阈值时，诸如输入之间增加的差，功率控制器152确定耳机100由用户佩戴并且使得电源150(例如，通过转换至较高电力的活动状态)增加提供至耳机100的电力。在一些实施方式中，耳机100(基于差分信号测量)确定耳机100是否由用户佩戴并且产生指示耳机被检测为是否被佩戴或未被佩戴的数据(例如，标记)。在其它实施方式中，不存在明确确定耳机100是否由用户佩戴。相反，功率控制器152输出指示差分信号相对于阈值的相对测量的数据。功率水平调节提供当耳机100(基于差分信号测量)被确定为未由用户佩戴时减小电力消耗并且延长耳机100的电池寿命的益处。

关于图2，示出差分感测模块200的框图。差分感测模块200具有配置为从第一放大器输入202接收第一输入信号201并从第二放大器输入204接收第二输入信号203的差分放大器205。第一输入信号201的示例包括(在第一电流节点LI处测量的)第一电流118、(在第一音频输入LA处测量的)第一音频馈送140、(在第一输出驱动器LS处测量的)第一输出信号112或其组合。第二输入信号203的示例包括(在第二电流节点RI处测量的)第二电流128、(在第二音频输入RA处测量的)第二音频馈送142、(在第二输出驱动器RS处测量的)第二输出信号122或其组合。差分放大器205被配置为产生对应于第一输入信号201和第二输入信号203之间的差异的差分信号206。差分放大器205将差分信号206提供至带通滤波器207。

带通滤波器207被配置为对差分信号206进行滤波。差分信号206在未滤波时包含不直接涉及确定耳机100是否由用户佩戴的无关数据。在感测电流差分的情况下，带通滤波器207被配置为移除由第一补偿网络116和第二补偿网络126消耗的额定电流中的差异。此外，带通滤波器207被配置为减小由与检测的用户头上的耳机100的放置不相关的信号所导致的电流差。带通滤波器207对差分信号206进行滤波以产生滤波的波形208。滤波的波形208被提供至电平检测器209。电平检测器209分析滤波的波形208以确定对应于第一输入信号201和第二输入信号203之间的差分的量的滤波的波形208的幅度。电平检测器209确定滤波的波形208的幅度是大于还是小于阈值。电平检测器209将其输出提供至处理器和存储器模块230。备选地，处理器和存储器模块230可以确定滤波的波形208的幅度大于或小于阈值。当第一输入信号201和第二输入信号203之间的差异显著(例如，大于阈值)时，确定耳机100由用户佩戴。当第一输入信号201和第二输入信号203之间的差异不显著(例如，低于阈值)时，确定耳机100没有由用户佩戴。备选地，处理器和存储器模块的功能在模拟电路或专用集成电路(ASIC)中实现。

第一补偿网络116和第二补偿网络126分别基于第一反馈数据115和第二反馈数据125对第一扬声器110和第二扬声器120进行音频调节(例如，噪音消除、扬声器移动)。第一反馈数据115和第二反馈数据125包括低频率信号。由第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124感测的低频率对应于长波长，其导致当耳机100没有由用户佩戴时在第一扬声器110和第二扬声器120之间大约相等的幅度和相位。因为在耳机100未由用户佩戴时幅度和相位大约相等，由第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124感测的耳罩内的压力也大约相等，其导致差分信号206较不显著(例如，低于阈值)。由非常接近第一扬声器110和第二扬声器120的第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124感测的低频率处的环境压力在当耳机100由用户佩戴时较大。

第一补偿网络116和第二补偿网络126分别使用第一反馈数据115和第二反馈数据125来修改第一输出信号112和第二输出信号122。修改的示例包括但不限于调节第一扬声器110或第二扬声器120的物理位置、增大或减小第一输出信号112或第二输出信号122的音量。例如，第一扬声器110相对于用户的物理位置(例如，更靠近或更远离用户的耳朵)影响环境压力。在其它示例中，第一扬声器110被定向为相对于用户的耳朵一定角度，所以第一扬声器110不面向用户的耳朵。这些修改通过使不同的修改被应用到第一输出信号112和第二输出信号122来间接产生差分信号206。

当耳机100被佩戴时，各种缺陷趋于在第一扬声器110的密封和第二扬声器120的密封之间产生差异。缺陷的示例包括但不限于用户的头部形状的不对称、耳罩的密封中的差异、用户的头部移动(例如咀嚼或谈话)时的差异、到达心跳相关联的血压脉搏时的差异、与用户的头的移动相关联的压力变化的相对极性。差异影响声音压力水平，导致当耳机100由用户佩戴时第一输出信号112和第二输出信号122之间的可测量的差异。另外，第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124检测从较小头部移动、谈话、咀嚼、走路等导致的不同的信号。用户的心跳也在低频率处被检测，甚至在用户相对静止时，允许第一反馈麦克风114和第二反馈麦克风124检测第一扬声器110和第二扬声器120之间的差异。这些差异影响第一输出信号112和第二输出信号122。例如，第一补偿网络116调节第一输出信号112不同于第二补偿网络126调节第二输出信号122以相对于不同的声音压力水平而关于第一扬声器110和第二扬声器120提高音频质量。差分信号206反应出这些差异并且被用于确定耳机100是否由用户佩戴(例如，差分信号高于阈值)。

当处理器和存储器模块230基于滤波的波形208的电平确定耳机100由用户佩戴时，处理器和存储器模块230被配置为使得电源250调节提供至耳机100的功率水平。在其它实施方式中，处理器和存储器模块230被配置为延迟功率水平的调节以防止功率水平的不准确或瞬间调节。例如，当延时为五分钟时，耳机100在功率水平下降之前必须被检测为未被佩戴长达五分钟。处理器和存储器模块230的实施方式的示例包括但不限于被配置为执行来自存储器装置的指令的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟电路、通用处理器或其组合。

图3示出差分感测模块300的备选实施方式的框图。差分感测模块300允许到处理器和存储器模块330的多个输入。差分感测模块300具有被配置为在第一放大器输入312处接收第一输入信号311以及在第二放大器输入314处接收第二输入信号313的第一差分放大器315。差分感测模块300还具有被配置为在第三放大器输入322处接收第三输入信号321以及在第四放大器输入324处接收第四输入信号323的第二差分放大器325。第一差分放大器315被配置为产生对应于第一输入信号311和第二输入信号313之间的差异的第一差分信号316。第一差分放大器315将第一差分信号316提供至第一带通滤波器317。第二差分放大器325被配置为产生对应于第三输入信号321和第四输入信号323之间的差异的第二差分信号326。第二差分放大器325将第二差分信号326提供至第二带通滤波器327。

第一带通滤波器317被配置为对第一差分信号316滤波以产生第一滤波的波形318，第二带通滤波器327被配置为对第二差分信号326滤波以产生第二滤波的波形328。第一带通滤波器317将第一滤波的波形318提供至第一电平检测器319用于电平分析，并且第二带通滤波器327将第二滤波的波形328提供至第二电平检测器329用于电平分析。第一电平检测器319和第二电平检测器329将指示与相应的滤波的波形相关联的电平的信息(例如，相应的输入信号之间的差分的幅度)提供至处理器和存储器模块330。处理器和存储器模块330被配置为确定为是否使得电源350基于由第一电平检测器319和第二电平检测器329提供的信息(例如，幅度是否大于阈值)调节提供到耳机100的功率水平。处理器和存储器模块330的实施方式的示例包括但不限于配置为执行指令的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、模拟电路、通用处理器或其组合。

第一输入信号311和第二输入信号313不局限于一种信号类型，但是在确定第一差分信号316时，第一输入信号311和第二输入信号313为相同信号类型。第一差分放大器315和第二差分放大器325接收不同的信号类型。例如，当第一输入信号311和第二输入信号313为一个特定信号类型时，第三输入信号321和第四输入信号323为另一特定信号类型。在一个示例实施方式中，第一输入信号311和第二输入信号313分别从第一电流118和第二电流128接收输入，第三输入信号321和第四输入信号323分别从第一音频馈送140和第二音频馈送142接收输入。在另一示例实施方式中，第一输入信号311和第二输入信号313从第一扬声器驱动和第二扬声器驱动接收输入。处理器和存储器模块330被配置为基于第一差分信号316和第二差分信号326中的一个或两个进行其确定。在一个示例实施方式中，处理器和存储器模块330使用电流和输出信号两者结合以确定耳机100是否由用户佩戴。例如，处理器和存储器模块330被配置为将电流和输出信号两者与其相应的阈值进行比较并且确定一者或两者是否满足其相应的阈值。在又一示例实施方式中，处理器和存储器模块330使用输出信号和音频馈送两者并且仅基于输出信号确定耳机100是否由用户佩戴。例如，仅将输出信号与其相应的阈值进行比较。尽管仅示出两个差分放大器315和325，但是其它实施方式包括允许处理器和存储器模块330基于多个差分信号的任意组合进行其确定的多于两个差分放大器。

在一个示例实施方式中，处理器和存储器模块330确定当多个差分信号的大部分(例如，三个差分信号中的两个)大于其相应的阈值时耳机100由用户佩戴。在另一示例实施方式中，第一差分信号316为音频馈送差分，第二差分信号326为输出信号差分。输出信号阈值基于音频馈送差分而增加，因为音频馈送差分穿过到输出信号差分。因此，满足阈值的第二差分信号基于第一差分信号的特征。

图4描绘了表示用于调节耳机的功率水平的方法400的示例实施方式的流程图。在特定示例中，耳机是耳机100。方法400包括在402处，在差分感测模块处接收与耳机的第一扬声器相关联的第一输入信号和与第二扬声器相关联的第二输入信号。例如，第一输入信号可以为第一输出信号112、第一反馈数据115、第一电流118、第一音频馈送140或其组合，并且第二信号可以为第二输出信号122、第二反馈数据125、第二电流128、第二音频馈送42或其组合。在示例实施方式中，差分感测模块包括图2的差分放大器205、带通滤波器207、电平检测器209以及处理器和存储器模块230。在另一示例实施方式中，差分感测模块包括图3的第一差分放大器315、第二差分放大器325、第一带通滤波器317、第二带通滤波器327、第一电平检测器319、第二电平检测器329和处理器和存储器模块330。

方法400包括在404处基于第一输入信号和第二输入信号之间的差异来确定差分信号。在示例实施方式中，确定差分信号发生在图2的差分放大器205处。在另一示例实施方式中，确定差分信号发生在第一差分放大器315和第二差分放大器325处。

方法400还包括在406处基于差分信号确定耳机是否被检测为由用户佩戴。在示例实施方式中，确定耳机是否被检测为被佩戴发生在图2的处理器和存储器模块230处。在另一示例实施方式中，确定耳机是否被检测为被佩戴发生在图3的处理器和存储器模块330处。

方法400进一步包括在408处基于差分信号408使得由电源提供的功率水平被调节。例如，响应于确定耳机是否被检测为由用户佩戴，功率控制器152使得电源150减小提供至如图1的第一补偿网络116和第二补偿网络126的功率水平。在一些实施方式中，在408处包括延迟计时器以防止调节功率水平直到超出特定时间段。当耳机被检测为未由用户佩戴时诸如当用户将耳机短暂地移除以参与到较短的交谈中时，延迟计时器允许耳机在短时间内保持特定功率水平。

本领域技术人员可以在不脱离本发明概念的情况下从本文公开的特定设备和技术出发进行多种用途和变型。例如，与参照一个或多个前述附图中描述的那些组件相比，根据本公开的选择的耳机的实施方式可以包括所有的、更少的或不同的组件。公开的实施方式应该被解释为存在于本文公开的设备和技术中的或由本文公开的设备和技术具有的每个以及全部新颖性特征或特征的新颖性组合，并且仅由所附权利要求及其等同方案限制。