用于在音频设备中提供自适应回放均衡化的系统及方法
【专利摘要】根据本公开的系统及方法，一种方法可包括接收表示换能器的声输出及在换能器的声输出处周围音频声音的误差麦克风信号。该方法还可包括至少基于误差麦克风信号生成抗噪信号以减少在换能器的声输出处的周围音频声音的存在。该方法还可包括通过至少基于误差麦克风信号来调整自适应回放均衡化系统的响应，由源音频信号生成均衡化源音频信号，以尽量减小源音频信号与误差麦克风信号之差。该方法还可包括将抗噪信号与均衡化源音频信号进行组合以生成提供给换能器的音频信号。
【专利说明】用于在音频设备中提供自适应回放均衡化的系统及方法
[0001]相关申请
[0002]本公开主张2013年12月10日提交的美国专利申请序列号14/101,777的优先权，其全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
[0003]本公开大体上涉及与声换能器有关的自适应消噪，更特定地，涉及在音频设备中提供自适应回放均衡化。
【背景技术】
[0004]个人音频设备(诸如移动电话/蜂窝式电话、无绳电话)及其他消费类音频设备(诸如mp3播放器)被广泛应用。使用麦克风来测量周围声事件，然后使用信号处理将抗噪信号注入至设备输出中以消除周围声事件，通过提供消噪，此类设备的性能就清晰度而论可得到改良。因为根据所存在的噪声源及设备自身的位置，在个人音频设备(诸如无线电话)周围的声环境可发生很大变化，所以期望调整消噪以考虑此类环境变化。
[0005]—些个人音频设备还包括均衡器。均衡器通常试图将通过换能器的源音频信号的电声路径的响应的反相施加于源音频信号，以减少电声路径的影响。在大多数传统方法中，利用静态均衡器来执行均衡化。然而，自适应均衡器可提供比静态均衡器更好的输出音质，因此在许多应用中可能是可取的。
【发明内容】
[0006]根据本公开的教导，可减少或消除与改良个人音频设备的音频性能相关联的缺点和冋题。
[0007]根据本公开的实施例，一种个人音频设备可包括个人音频设备壳体、换能器、误差麦克风和一个或更多个处理电路。换能器可耦接至壳体，用于再现输出音频信号，所述输出音频信号包括回放给收听者的均衡化源音频信号和抗噪信号，所述抗噪信号用于应对在换能器的声输出中的周围音频声音的影响。误差麦克风可耦接至壳体，靠近换能器，用于提供表示换能器的声输出及在换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号。一个或更多个处理电路可实现:消噪系统，该消噪系统至少基于误差麦克风信号生成抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在;和自适应回放均衡化系统，该自适应回放均衡化系统通过至少基于误差麦克风信号来调整自适应回放均衡化系统的响应，由源音频信号生成均衡化源音频信号，以尽量减小源音频信号与误差麦克风信号之差。
[0008]根据本公开的这些和其他实施例，一种方法可包括接收表不换能器的声输出及在换能器的声输出处的周围音频声音的误差麦克风信号。该方法还可包括至少基于误差麦克风信号生成抗噪信号以减少在换能器的声输出处的周围音频声音的存在。该方法还可包括通过至少基于误差麦克风信号来调整自适应回放均衡化系统的响应，由源音频信号生成均衡化源音频信号，以尽量减小源音频信号与误差麦克风信号之差。该方法还可包括将抗噪信号与均衡化源音频信号进行组合以生成提供给换能器的音频信号。
[0009]根据本公开的这些和其他实施例，一种用于实现个人音频设备的至少一部分的集成电路可包括输出、误差麦克风输入和一个或更多个处理电路。输出可被构造为提供信号给换能器，所述信号既包括回放给收听者的均衡化源音频信号又包括抗噪信号，所述抗噪信号用于应对在换能器的声输出中的周围音频声音的影响。误差麦克风输入可被构造为接收表示换能器的声输出及在换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号。一个或更多个处理电路可实现:消噪系统，该消噪系统至少基于误差麦克风信号生成抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在;和自适应回放均衡化系统，该自适应回放均衡化系统通过至少基于误差麦克风信号来调整自适应回放均衡化系统的响应，由源音频信号生成均衡化源音频信号，以尽量减小源音频信号与误差麦克风信号之差。
[0010]本公开的技术优势对于本领域普通技术人员而言从本文中所包括的附图、说明书和权利要求书可以显而易见。实施例的目的和优点将至少通过在权利要求中特别指出的元件、功能及组合来实现和完成。
[0011]应当理解，前述大致说明和以下详细说明都为举例说明，且不限制本公开中所提出的权利要求。
【附图说明】
[0012]通过结合附图参考以下说明，可更完整地理解本发明实施例及其优点，其中相同附图标记表示相同功能，以及其中:
[0013]图1A示出了根据本公开的实施例的示范性个人音频设备；
[0014]图1B示出了根据本公开的实施例具有头戴式耳机总成的示范性个人音频设备，所述头戴式耳机总成耦接至所述个人音频设备；
[0015]图2为根据本公开的实施例在图1所示的个人音频设备内的选定电路的方块图；
[0016]图3为方块图，示出了根据本公开的实施例在图3编码解码器(CODEC)集成电路的示范性自适应消噪(ANC)电路内的选定信号处理电路和功能方块；
[0017]图4为方块图，示出了根据本公开的实施例在图3编码解码器(CODEC)集成电路的示范性自适应均衡化电路内的选定信号处理电路和功能方块；
[0018]图5为方块图，示出了根据本公开的实施例在图4自适应均衡化电路的示范性噪声注入部内的选定信号处理电路和功能方块。
【具体实施方式】
[0019]现在参考图1A，如根据本公开的实施例所示的个人音频设备10被示出为靠近人耳
5。个人音频设备10为可采用根据本发明的实施例的技术的设备实例，但应当理解，在所示个人音频设备10中或在后续插图中所示的电路中呈现的元件或构造并非全部需要，以便实施在权利要求中陈述的本发明。个人音频设备10可包括换能器，诸如喇叭SPKR，该喇叭SPKR再现由个人音频设备10接收的远距离语音，连同其他本地音频事件，诸如铃声、所存储的音频节目资料、注入以提供平衡会话感觉的近端语音(即，个人音频设备10的用户的语音)，以及需要通过个人音频设备10再现的其他音频(诸如网页源或由个人音频设备10接收的其他网络通信)及音频指示(诸如电池电量低指示及其他系统事件通知)。近距离语音麦克风NS可被设置为捕捉近端语音，该近端语音从个人音频设备10发送到另一个(多个)会话参与者。
[0020]个人音频设备10可包括自适应消噪(ANC)电路和功能，所述ANC电路和功能将抗噪信号注入至喇叭SPKR中，以改良远距离语音及由喇叭SPKR再现的其他音频的清晰度。参考麦克风R可被设置用于测量周围声环境，且可被定位成远离用户嘴巴的典型位置，使得近端语音可在通过参考麦克风R产生的信号中被最小化。另一个麦克风，误差麦克风E，可被设置为当个人音频设备10紧靠耳朵5时，通过测量与由最接近耳朵5的喇叭SPKR再现的音频组合的周围音频，进一步改良ANC操作。在个人音频设备10内的电路14可包括:音频CODEC集成电路(IC)20，该音频CODEC集成电路20接收来自参考麦克风R、近距离语音麦克风NS和误差麦克风E的信号；及与其他集成电路的接口，诸如具有无线电话收发器的射频(RF)集成电路12。在本公开的一些实施例中，本文中所公开的电路和技术可并入单个集成电路中，该单个集成电路包括控制电路及用于实现整个个人音频设备的其他功能，诸如MP3播放器单芯片集成电路。在这些和其他实施例中，本文中所公开的电路和技术可部分地或完全地以软件和/或固件实现，所述软件和/或固件具体表现为计算机可读介质且可由控制器或其他处理设备执行。
[0021]通常，本公开的ANC技术测量撞击在参考麦克风R上的周围声事件(相对于喇叭SPKR的输出和/或近端语音)，且通过还测量撞击在误差麦克风E上的相同周围声事件，个人音频设备10的ANC处理电路调整在喇叭SPKR的输出处由参考麦克风R的输出生成的抗噪信号以具有使在误差麦克风E处的周围声事件的振幅最小化的特性。因为声路径Ρω从参考麦克风R延伸到误差麦克风E，所以ANC电路在消除电声路径S(z)的影响的同时有效地估计声路径Pω，该电声路径Sω表示CODEC集成电路20的音频输出电路的响应及喇叭SPKR的声/电传递函数，包括在特定声环境下在喇叭SPKR与误差麦克风E之间的耦合，当个人音频设备10未紧贴着耳朵5时，所述耦合可能受到耳朵5的靠近及结构以及可靠近个人音频设备10的其他物理对象和人头结构影响。虽然所示个人音频设备10包括具有第三近距离语音麦克风NS的双麦克风ANC系统，但是本发明的一些方面可在未包括单独误差麦克风和参考麦克风的系统中或在使用近距离语音麦克风NS来执行参考麦克风R的功能的无线电话中实施。此外，在仅为音频回放而设计的个人音频设备中，通常不会包括近距离语音麦克风NS，且在不更改本公开范围的情况下，在下文更详细说明的电路中的近距离语音信号路径可以省略，绝不是使为输入而设的选项限于麦克风覆盖范围检测方案。此外，虽然图1中只示出了一个参考麦克风R，但是在不更改本公开范围的情况下，本文中所公开的电路和技术可适合于包括多个参考麦克风的个人音频设备。
[0022]现在参考图1B，个人音频设备10被示出为具有头戴式耳机总成13，该头戴式耳机总成13经由音频孔15耦接至个人音频设备10。音频孔15可以通信方式耦接至RF集成电路12和/或CODEC集成电路20，从而允许在头戴式耳机总成13的部件与RF集成电路12和/SCODEC集成电路20中一个或更多个集成电路之间进行通信。如图1B所示，头戴式耳机总成13可包括线控盒16、左头戴式耳机18A和右头戴式耳机18B。如在本公开中使用，术语“头戴式耳机”广义上包括旨在以机械方式固定成靠近收听者的耳朵或耳道的任何扬声器及其关联结构，且包括但不限于耳机、耳塞及其他类似设备。作为更特定非限制性实例，“头戴式耳机”可能是指内耳道式耳机、内耳甲式耳机、外耳甲式耳机和外耳式耳机。
[0023]除了或代替个人音频设备10的近距离语音麦克风NS，线控盒16或头戴式耳机总成13的另一个部分可具有近距离语音麦克风NS以捕捉近端语音。此外，每个头戴式耳机18A，18B可包括换能器，诸如喇叭SPKR，该喇叭SPKR再现由个人音频设备1接收的远距离语音，连同其他本地音频事件，诸如铃声、所存储的音频节目材料、注入以提供平衡会话感觉的近端语音(即，个人音频设备10的用户的语音)，以及需要通过个人音频设备10再现的其他音频(诸如网页源或由个人音频设备10接收的其他网络通信)及音频指示(诸如电池电量低指示及其他系统事件通知)。每个头戴式耳机18A，18B可包括:参考麦克风R，用于测量周围声环境;和误差麦克风E，当这种头戴式耳机18A，18B与收听者的耳朵接合时，用于测量与由最接近收听者耳朵的喇叭SPKR再现的音频组合的周围音频。在一些实施例中，CODEC集成电路20可接收来自每个头戴式耳机的参考麦克风R、近距离语音麦克风NS和误差麦克风E的信号，并对每个头戴式耳机进行自适应消噪，如本文中所述。在其他实施例中，CODEC集成电路或另一个电路可存在头戴式耳机总成13内，以通信方式耦接至参考麦克风R、近距离语音麦克风NS和误差麦克风E，并被构造为进行自适应消噪，如本文中所述。
[0024]本公开中引用的各种麦克风，包括参考麦克风、误差麦克风和近距离语音麦克风，可包括构造为将在这种麦克风处的声音事件转换为可由控制器进行处理的电信号的任何系统、设备或装置，且可包括但不限于静电式麦克风、电容式麦克风、驻极体麦克风、模拟微机电系统(MEMS)麦克风、数字MEMS麦克风、压电式麦克风、压电陶瓷式麦克风或动态麦克风。
[0025]现在参考图2，在个人音频设备10内的选定电路如方块图所示，在其他实施例中，所述选定电路可全部地或部分地放置于其他位置中，诸如一个或更多个头戴式耳机总成13X0DEC集成电路20可包括:模拟-数字转换器(ADC)21A，用于接收参考麦克风信号并生成参考麦克风信号的数字表示ref; ADC 21B，用于接收误差麦克风信号并生成误差麦克风信号的数字表示err;和ADC 21C，用于接收近距离语音麦克风信号并生成近距离语音麦克风信号的数字表示ns ο CODEC集成电路20可从放大器Al生成输出，用于驱动喇叭SPKR，该放大器Al可对数字-模拟转换器(DAC) 23的输出进行放大，该数字-模拟转换器(DAC) 23接收组合器26的输出。组合器26可将通过自适应均衡化电路40由来自内部音频源24的音频信号ia和/或可从射频(RF)集成电路22接收的下行链路语音ds生成的均衡化源音频信号、由ANC电路30生成的抗噪信号(通过转换，所述抗噪信号具有与在参考麦克风信号ref中的噪声相同的极性且因此通过组合器26被减去)以及近距离语音麦克风信号ns的一部分进行组合，使得个人音频设备10的用户可听到他或她自己与下行链路语音ds相关的声音。近距离语音麦克风信号ns还可被提供给RF集成电路22并可作为上行链路语音经由天线ANT发送至服务提供商。
[0026]现在参考图3，根据本公开的实施例，示出了ANC电路30的细节。自适应滤波器32可接收参考麦克风信号ref，且在理想情况下，可调整其传递函数W(z)为P(z)/S(z)以生成抗噪信号，所述抗噪信号可被提供给输出组合器，该输出组合器将抗噪信号与将由换能器(以图2组合器26举例说明)再现的音频进行组合。自适应滤波器32的系数可由W系数控制方块31控制，该W系数控制方块31使用信号的相关性来判定自适应滤波器32的响应，该自适应滤波器32就最小均方意义来说通常使存在误差麦克风信号err中的参考麦克风信号ref的这些分量之间的误差最小化。通过W系数控制方块31比较的信号可为参考麦克风信号ref和图3中标记为“PBCE”且至少部分基于误差麦克风信号err的回放校正误差，所述参考麦克风信号ref通过由滤波器34B提供的路径S(z)的响应的估计的副本进行整形。回放校正误差可如下文更详细所述而生成。
[0027]通过利用滤波器34B的路径S(z)的响应的估计的副本(响应SEaiPY(z))来变换参考麦克风信号ref，并使所得信号与误差麦克风信号err之差最小化，自适应滤波器32可适应P(z)/S(z)的期望响应。除了误差麦克风信号err，通过W系数控制方块31与滤波器34B的输出进行比较的信号可包括已经通过滤波器响应SE(Z)进行处理的均衡化源音频信号的反相量(例如，下行链路音频信号ds和/或内部音频信号ia)，响应SEaiPY(z)为响应SE(Z)的副本。通过注入均衡化源音频信号的反相量，可防止自适应滤波器32适应存在误差麦克风信号err中的大量均衡化源音频信号。然而，通过利用路径S(z)的响应的估计来变换均衡化源音频信号的反相副本，从误差麦克风信号err中去除的均衡化源音频应当与在误差麦克风信号err处再现的均衡化源音频信号的预期形式相适应，因为S(z)的电声路径为均衡化源音频信号到达误差麦克风E所选取的路径。滤波器34B本身可能不是自适应滤波器，但可具有可调节响应，所述可调节响应被调谐为与自适应滤波器34A的响应相适应，使得滤波器34B的响应跟踪自适应滤波器34A的调整。
[0028]为了实现以上所述，自适应滤波器34A可具有由SE系数控制方块33控制的系数，该SE系数控制方块33可比较均衡化源音频信号和回放校正误差。回放校正误差可能等于在通过组合器36去除均衡化源音频信号(通过滤波器34A进行滤波以表示传送至误差麦克风E的预期回放音频)之后的误差麦克风信号err JE系数控制方块33可使实际均衡化源音频信号与存在误差麦克风信号err中的均衡化源音频信号的分量相关。自适应滤波器34A可由此由均衡化源音频信号自适应生成次级估计信号，当从误差麦克风信号err中减去以生成回放校正误差时，所述次级估计信号包括误差麦克风信号err中未归因于均衡化源音频信号的含量。
[0029]虽然图2和图3示出了前馈ANC系统，其中抗噪信号由滤波参考麦克风信号生成，但是采用误差麦克风的任何其他合适的ANC系统可与本文中公开的方法及系统连同使用。例如，在一些实施例中，用于代替或除了前馈ANC，可使用采用反馈ANC的ANC电路，其中抗噪信号由回放校正误差信号生成，如图2和图3所示。
[0030]现在参考图4，根据本公开的实施例，示出了自适应均衡器电路40的细节。自适应均衡化滤波器42可接收源音频信号(例如，下行链路语音ds和/或内部音频信号ia)，且在理想情况下，可调整其传递函数EQ(Z)为Delay/S(z)(其中Delay为通过延迟元件48增加到信号的信号延迟，下文进行更详细说明)以生成均衡化源音频信号，所述均衡化源音频信号可提供给ANC电路30(如上所述)和提供给输出组合器，该输出组合器将抗噪信号与将通过换能器再现的均衡化源音频信号进行组合，以图2组合器26举例说明。自适应均衡化滤波器42的系数可由均衡器系数控制方块41控制，该均衡器系数控制方块41使用信号的相关性来判定自适应均衡化滤波器42的响应EQ(Z)，该自适应均衡化滤波器42就最小均方意义来说通常使延迟源音频信号与误差麦克风信号err之间的误差最小化，下文进行更详细说明。
[0031]为了实现以上所述，自适应均衡化滤波器42可具有由均衡器系数控制方块41控制的系数，该均衡器系数控制方块41可比较源音频信号和延迟校正误差。源音频信号可包括下行链路音频信号ds和/或内部音频信号ia。延迟校正误差可能等于在通过组合器46去除源音频信号(通过延迟方块48进行延迟)之后的误差麦克风信号err。均衡化系数控制方块41可使实际源音频信号与存在误差麦克风信号err中的源音频信号的分量相关。通过均衡器系数控制方块41比较的信号可为源音频信号和至少部分基于误差麦克风信号err的延迟校正误差，所述源音频信号通过由滤波器34C提供的路径S(Z)的响应的估计的副本进行整形。
[0032]在一些实施例中，自适应均衡化滤波器42可包括雪弗滤波器，现有技术中众所周知。在此类实施例中，雪弗滤波器的极点频率和零点频率中至少一者可基于误差麦克风信号而变化。
[0033]正如上文提到，除了误差麦克风信号err，通过均衡器系数控制方块41与滤波器34C的输出进行比较的信号可包括已经通过延迟方块48进行延迟的延迟量源音频信号(例如，下行链路音频信号ds和/或内部音频信号ia)。通过使源音频信号至少延迟由S(z)表示的次级路径的延迟，通过自适应均衡化电路40形成的系统可作为因果系统而操作。
[0034]在一些实施例中，噪声注入部50可将噪声注入至均衡器系数控制方块41的各侧中，如图4所示。例如，噪声注入部50可将X侧注入噪声信号注入至通过滤波器34C生成的滤波源音频信号中(例如，通过未明确示出的组合器)，以及将e侧注入噪声信号注入至延迟校正误差中(例如，通过组合器46或未明确示出的另一个组合器)。
[0035]现在参考图5，根据本公开的实施例，示出了噪声注入部50的细节，在自适应均衡器电路40的一些实施例中可能存在噪声注入部50。噪声注入部50可包括白噪声源54，用于生成白噪声(例如，横跨所有所关注频率具有恒定振幅的音频信号，诸如在人类听力范围内的这些频率)。频率整形滤波器56可通过对白噪声信号进行滤波来生成X侧注入噪声信号，其中频率整形滤波器的响应通过频率整形滤波器系数控制方块58整形成与回放校正误差、滤波器34A的响应SE(Z)或其他合适的信号或响应一致。在一些实施例中，系数控制方块58可实现自适应线性预测系数系统，该自适应线性预测系数系统估计回放校正误差、滤波器34A的响应SE(Z)或由噪声注入部50接收的其他合适的信号或响应的频谱。因此，通过频率整形滤波器56生成的噪声信号可包括白噪声信号，所述白噪声信号经滤波使得白噪声信号在回放校正误差的频谱内的这些频率内被衰减或消除，使得频率整形滤波器56的输出具有在回放校正误差、滤波器34A的响应SE(Z)或由噪声注入部50接收的其他合适的信号或响应为零或基本上为零的频率处具有更大幅值含量的频谱。在这些和其他实施例中，噪声注入部50可包括自适应均衡器滤波器42B，该自适应均衡器滤波器42B可为自适应均衡化滤波器42的副本，其中自适应均衡器滤波器42B将其响应EQCQPY(Z)施加于X侧注入噪声，以生成e侧注入噪声信号。注入噪声信号可有助于将与次级路径估计滤波器34C的响应基本上为零的频率对应的自适应均衡化滤波器42的响应的大小偏置至预定最大值以下。
[0036]除了或代替上述噪声注入，可使用其他方法以将在与响应SE(Z)中的空值对应的频率处自适应均衡化滤波器42的响应的大小限制在预定可接受水平以下。例如，在一些实施例中，自适应均衡器滤波器42和均衡器系数控制方块41的系数的数量可被选定以将在与响应SE(Z)中的空值对应的频率处自适应均衡化滤波器42的响应的大小限制在预定可接受水平以下。
[0037]在这些和其他实施例中，当存在可能阻碍自适应均衡器滤波器42收敛或调整的条件时，可使自适应均衡器滤波器42的响应不能调整。例如，当源音频信号的频谱密度小于最小频谱密度时，可使自适应均衡器滤波器42的响应不能调整。又如，当换能器已经从收听者的耳朵附近移除时，可使自适应均衡器滤波器42的响应不能调整(这可通过如2013年3月15日提交的题为“用来检测施加于入耳式移动设备之间的压力的喇叭阻抗的监视”的美国专利申请序列号13/844,602所述、如2011年12月2日提交的题为“在个人音频设备消噪中的自适应响应的耳耦检测和调整”的美国专利申请序列号13/310,380所述或如现有技术中已知的其他方式来判定)。再如，当可能发生“削波”时，如由驱动换能器的音频输出信号的大小在用于驱动输出音频信号的电源的大小的预定阈值内表示，可使自适应均衡器滤波器42的响应不能调整。又如，当换能器的物理位移为使得其随驱动换能器的输出音频信号变化的位移基本上为非线性时，可使自适应均衡器滤波器42的响应不能调整。
[0038]在一些实施例中，滤波器34A的响应SE(Z)和自适应均衡化滤波器42的响应EQ(Z)的调整的先后顺序可被构造为确保响应SE(Z)和响应EQ(Z)的调整的稳定性。例如，在此类实施例中，CODEC集成电路20可被构造为在训练响应EQ(Z)之前训练响应SE(Z)，因为对于稳定性而言响应EQ(Z)依赖于响应SEo)PY(z)。在响应SE(Z)和响应EQ(Z)都已经被训练之后，可在所述响应之间交替训练。又如，CODEC集成电路20可被构造为使得只有当训练响应SE(Z)时才训练响应EQ(Z)，又是因为对于稳定性而言响应EQ(Z)依赖于响应SECQPY(Z)。又如，CODEC集成电路20可被构造为使得以比响应SE(Z)更慢的速率来调整响应EQ(Z)。
[0039]本领域普通技术人员应当明白，本公开包括对本文中示范性实施例的所有改变、替代、变形、更改和修改。同样地，本领域普通技术人员应当明白，在适当的情况下，所附权利要求包括对本文中示范性实施例的所有改变、替代、变形、更改和修改。此外，所附权利要求中对装置或系统或装置或系统的部件的提及包括该装置、系统或部件，该装置、系统或部件适应执行特定功能，被布置为执行特定功能，可执行特定功能，被构造为执行特定功能，能够执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能，无论它或该特定功能是否启动、打开或开启，只要该装置、系统或部件适应执行特定功能，被布置为执行特定功能，可执行特定功能，被构造为执行特定功能，能够执行特定功能，可操作为执行特定功能或操作为执行特定功能。
[0040]本文中陈述的所有实例和条件性语言旨在教学目的，以帮助读者理解本发明及
【发明人】深化技术所提供的概念，且被解释为并不限于这些具体陈述的实例和条件。虽然已经对本发明的实施例进行详细说明，但是应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对本发明的实施例进行各种改变、替代和更改。
【主权项】
1.一种个人音频设备，包括: 个人音频设备壳体； 换能器，耦接至所述壳体，用于再现输出音频信号，所述输出音频信号包括回放给收听者的均衡化源音频信号和抗噪信号，所述抗噪信号用于应对在所述换能器的声输出中的周围音频声音的影响； 误差麦克风，耦接至所述壳体，靠近所述换能器，用于提供表示所述换能器的声输出及在所述换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号； 一个或更多个处理电路，所述一个或更多个处理电路实现: 消噪系统，所述消噪系统至少基于所述误差麦克风信号生成所述抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在;和 自适应回放均衡化系统，所述自适应回放均衡化系统通过至少基于所述误差麦克风信号来调整所述自适应回放均衡化系统的响应，由源音频信号生成所述均衡化源音频信号，以尽量减小所述源音频信号与所述误差麦克风信号之差。2.根据权利要求1所述的个人音频设备，其中所述自适应回放均衡化系统包括: 自适应均衡化滤波器，具有响应，所述自适应均衡化滤波器由所述源音频信号生成所述均衡化源音频信号以减少通过所述换能器的所述源音频信号的电声路径的影响;和 系数控制方块，所述系数控制方块通过调整所述自适应均衡化滤波器的响应，将所述自适应均衡化滤波器的响应整形成与所述误差麦克风信号和所述源音频信号一致，以尽量减小所述误差麦克风信号与所述源音频信号之差。3.根据权利要求2所述的个人音频设备，其中所述自适应均衡化滤波器包括雪弗滤波器，其中所述雪弗滤波器的极点频率和零点频率中至少一者基于所述误差麦克风信号而变化。4.根据权利要求2所述的个人音频设备，其中所述自适应回放均衡化系统还包括次级路径估计滤波器，用于对所述电声路径进行建模且具有响应，所述次级路径估计滤波器由所述源音频信号生成次级路径估计，以及其中所述系数控制方块将所述自适应均衡化滤波器的响应整形成与所述次级路径估计和延迟校正误差一致，其中所述延迟校正误差是基于所述误差麦克风信号与延迟源音频信号之差。5.根据权利要求4所述的个人音频设备，其中所述一个或更多个处理电路实现第二系数控制方块，所述第二系数控制方块通过调整所述次级路径估计滤波器的响应，将所述次级路径估计滤波器的响应整形成与所述源音频信号和回放校正误差一致，以尽量减小所述回放校正误差，其中所述回放校正误差是基于所述误差麦克风信号与所述次级路径估计之差。6.根据权利要求4所述的个人音频设备，其中所述系数控制方块的系数的数量被选定为使得与所述次级路径估计滤波器的响应基本上为零的频率对应的所述自适应均衡化滤波器的响应的大小被限制在预定最大值以下。7.根据权利要求4所述的个人音频设备，其中所述一个或更多个处理电路实现噪声注入部，用于将各自噪声信号注入至所述次级路径估计和所述延迟校正误差中，以将与所述次级路径估计滤波器的响应基本上为零的频率对应的所述自适应均衡化滤波器的响应的大小偏置至预定最大值以下。8.根据权利要求1所述的个人音频设备，其中响应于以下至少一者，所述一个或更多个处理电路使所述自适应回放均衡化系统的响应不能调整: 判定所述源音频信号的频谱密度小于最小频谱密度； 判定所述换能器已经从收听者的耳朵附近移除； 判定所述输出音频信号的大小在用于驱动所述输出音频信号的电源的大小的预定阈值内；以及 判定所述换能器的位移为使得其随所述输出音频信号变化的位移基本上为非线性。9.根据权利要求1所述的个人音频设备，还包括参考麦克风，耦接至所述壳体，用于提供表示所述周围音频声音的参考麦克风信号，其中所述消噪系统还包括: 自适应滤波器，具有响应，所述自适应滤波器由所述参考麦克风信号生成所述抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在;和 系数控制方块，所述系数控制方块通过调整所述自适应滤波器的响应将所述自适应滤波器的响应整形成与所述误差麦克风信号和所述参考麦克风信号一致，以尽量减小在所述误差麦克风信号中的周围音频声音。10.根据权利要求1所述的个人音频设备，还包括参考麦克风，耦接至所述壳体，用于提供表示所述周围音频声音的参考麦克风信号，其中所述消噪系统还包括: 滤波器，具有响应，所述滤波器由所述参考麦克风信号生成所述抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在； 次级路径估计自适应滤波器，用于对所述源音频信号的电声路径进行建模且具有响应，所述次级路径估计自适应滤波器由所述均衡化源音频信号生成次级路径估计;和 系数控制方块，所述系数控制方块通过调整所述次级路径估计自适应滤波器的响应将所述次级路径估计自适应滤波器的响应整形成与所述均衡化源音频信号和回放校正误差一致，以尽量减小所述回放校正误差，其中所述回放校正误差是基于所述误差麦克风信号与所述次级路径估计之差。11.根据权利要求10所述的个人音频设备，其中所述一个或更多个处理电路被构造为在调整所述自适应回放均衡化系统的响应之前调整所述次级路径估计自适应滤波器的响应。12.根据权利要求11所述的个人音频设备，其中所述一个或更多个处理电路被构造为交替地调整所述次级路径估计自适应滤波器和所述自适应回放均衡化系统的响应。13.根据权利要求10所述的个人音频设备，其中所述一个或更多个处理电路被构造为只有当调整所述次级路径估计自适应滤波器时才调整所述自适应回放均衡化系统的响应。14.根据权利要求10所述的个人音频设备，其中所述一个或更多个处理电路被构造为以比所述次级路径估计自适应滤波器的调整速率更慢的速率来调整所述自适应回放均衡化系统的响应。15.一种方法，包括: 接收表示换能器的声输出及在所述换能器的声输出处的周围音频声音的误差麦克信号； 至少基于所述误差麦克风信号生成抗噪信号以减少在所述换能器的声输出处的周围音频声音的存在； 通过至少基于所述误差麦克风信号来调整自适应回放均衡化系统的响应，由源音频信号生成均衡化源音频信号，以尽量减小所述源音频信号与所述误差麦克风信号之差；以及 将所述抗噪信号与所述均衡化源音频信号进行组合以生成提供给所述换能器的音频信号。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述均衡化源音频信号通过具有响应的自适应均衡化滤波器生成，所述自适应均衡化滤波器由所述源音频信号生成所述均衡化源音频信号以减少通过所述换能器的所述源音频信号的电声路径的影响，以及所述方法还包括通过调整所述自适应均衡化滤波器的响应将所述自适应均衡化滤波器的响应整形成与所述误差麦克风信号和所述源音频信号一致，以尽量减小所述误差麦克风信号与所述源音频信号之差。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述自适应均衡化滤波器包括雪弗滤波器，其中所述雪弗滤波器的极点频率和零点频率中至少一者基于所述误差麦克风信号而变化。18.根据权利要求16所述的方法，还包括通过利用次级路径估计滤波器对所述源音频信号进行滤波，由所述源音频信号生成次级路径估计，所述次级路径估计滤波器对所述源音频信号的电声路径进行建模，以及其中对所述自适应均衡化滤波器的响应进行整形包括将所述自适应均衡化滤波器的响应整形成与所述次级路径估计和延迟校正误差一致，其中所述延迟校正误差是基于所述误差麦克风信号与延迟源音频信号之差。19.根据权利要求18所述的方法，还包括通过调整所述次级路径估计滤波器的响应，将所述次级路径估计滤波器的响应整形成与所述源音频信号和回放校正误差一致，以尽量减小所述回放校正误差，其中所述回放校正误差是基于所述误差麦克风信号与所述次级路径估计之差。20.根据权利要求18所述的方法，其中所述自适应均衡化滤波器的响应通过系数控制方块进行整形，以及所述系数控制方块的系数的数量被选定为使得与所述次级路径估计滤波器的响应基本上为零的频率对应的所述自适应均衡化滤波器的响应的大小被限制在预定最大值以下。21.根据权利要求18所述的方法，还包括将各自噪声信号注入至所述次级路径估计和所述延迟校正误差中，以将与所述次级路径估计滤波器的响应基本上为零的频率对应的所述自适应均衡化滤波器的响应的大小偏置至预定最大值以下。22.根据权利要求15所述的方法，还包括响应于以下至少一者，使所述自适应回放均衡化系统的响应不能调整: 判定所述源音频信号的频谱密度小于最小频谱密度； 判定所述换能器已经从收听者的耳朵附近移除； 判定所述输出音频信号的大小在用于驱动所述输出音频信号的电源的大小的预定阈值内；以及 判定所述换能器的位移为使得其随所述输出音频信号变化的位移基本上为非线性。23.根据权利要求15所述的方法，还包括: 接收表示所述周围音频声音的参考麦克风信号；以及 通过调整自适应滤波器的响应，通过将所述自适应滤波器的响应整形成与所述误差麦克风信号和所述参考麦克风信号一致，以尽量减小在所述误差麦克风信号中的周围音频声音，通过利用所述自适应滤波器对所述参考麦克风信号进行滤波，生成所述抗噪信号，以减少收听者听到的周围音频声音的存在。24.根据权利要求15所述的方法，还包括: 接收表示所述周围音频声音的参考麦克风信号； 由所述参考麦克风信号生成所述抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在； 通过利用次级路径估计滤波器对所述均衡化源音频信号进行滤波，由所述均衡化源音频信号生成次级路径估计，所述次级路径估计滤波器对所述源音频信号的电声路径进行建模；以及 通过调整所述次级路径估计滤波器的响应，将所述次级路径估计滤波器的响应整形成与所述均衡化源音频信号和回放校正误差一致，以尽量减小所述回放校正误差，其中所述回放校正误差是基于所述误差麦克风信号与所述次级路径估计之差。25.根据权利要求24所述的方法，其中所述次级路径估计自适应滤波器的响应在调整所述自适应回放均衡化系统的响应之前进行调整。26.根据权利要求25所述的方法，还包括交替地调整所述次级路径估计自适应滤波器和所述自适应回放均衡化系统的响应。27.根据权利要求24所述的方法，还包括只有当调整所述次级路径估计自适应滤波器时才调整所述自适应回放均衡化系统的响应。28.根据权利要求24所述的方法，还包括以比所述次级路径估计自适应滤波器的调整速率更慢的速率来调整所述自适应回放均衡化系统的响应。29.—种用于实现个人音频设备的至少一部分的集成电路，所述集成电路包括: 输出，用于提供信号给换能器，所述信号既包括回放给收听者的均衡化源音频信号又包括抗噪信号，所述抗噪信号用于应对在所述换能器的声输出中的周围音频声音的影响； 误差麦克风输入，用于接收表示所述换能器的声输出及在所述换能器处的周围音频声音的误差麦克风信号;和 一个或更多个处理电路，所述一个或更多个处理电路实现: 消噪系统，所述消噪系统至少基于所述误差麦克风信号生成所述抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在;和 自适应回放均衡化系统，所述自适应回放均衡化系统通过至少基于所述误差麦克风信号来调整所述自适应回放均衡化系统的响应，由源音频信号生成所述均衡化源音频信号，以尽量减小所述源音频信号与所述误差麦克风信号之差。30.根据权利要求29所述的集成电路，其中所述自适应回放均衡化系统包括: 自适应均衡化滤波器，具有响应，所述自适应均衡化滤波器由所述源音频信号生成所述均衡化源音频信号以减少通过所述换能器的所述源音频信号的电声路径的影响;和 系数控制方块，所述系数控制方块通过调整所述自适应均衡化滤波器的响应，将所述自适应均衡化滤波器的响应整形成与所述误差麦克风信号和所述源音频信号一致，以尽量减小所述误差麦克风信号与所述源音频信号之差。31.根据权利要求30所述的集成电路，其中所述自适应均衡化滤波器包括雪弗滤波器，其中所述雪弗滤波器的极点频率和零点频率中至少一者基于所述误差麦克风信号而变化。32.根据权利要求30所述的集成电路，其中所述自适应回放均衡化系统还包括次级路径估计滤波器，用于对所述电声路径进行建模且具有响应，所述次级路径估计滤波器由所述源音频信号生成次级路径估计，以及其中所述系数控制方块将所述自适应均衡化滤波器的响应整形成与所述次级路径估计和延迟校正误差一致，其中所述延迟校正误差是基于所述误差麦克风信号与延迟源音频信号之差。33.根据权利要求32所述的集成电路，其中所述一个或更多个处理电路实现第二系数控制方块，所述第二系数控制方块通过调整所述次级路径估计滤波器的响应，将所述次级路径估计滤波器的响应整形成与所述源音频信号和回放校正误差一致，以尽量减小所述回放校正误差，其中所述回放校正误差是基于所述误差麦克风信号与所述次级路径估计之差。34.根据权利要求32所述的集成电路，其中所述系数控制方块的系数的数量被选定为使得与所述次级路径估计滤波器的响应基本上为零的频率对应的所述自适应均衡化滤波器的响应的大小被限制在预定最大值以下。35.根据权利要求32所述的集成电路，其中所述一个或更多个处理电路实现噪声注入部，用于将各自噪声信号注入至所述次级路径估计和所述延迟校正误差中，以将与所述次级路径估计滤波器的响应基本上为零的频率对应的所述自适应均衡化滤波器的响应的大小偏置至预定最大值以下。36.根据权利要求29所述的集成电路，其中响应于以下至少一者，所述一个或更多个处理电路使所述自适应回放均衡化系统的响应不能调整: 判定所述源音频信号的频谱密度小于最小频谱密度； 判定所述换能器已经从收听者的耳朵附近移除； 判定所述输出音频信号的大小在用于驱动所述输出音频信号的电源的大小的预定阈值内；以及 判定所述换能器的位移为使得其随所述输出音频信号变化的位移基本上为非线性。37.根据权利要求29所述的集成电路，还包括参考麦克风输入，用于接收表示所述周围音频声音的参考麦克风信号，其中所述消噪系统还包括: 自适应滤波器，具有响应，所述自适应滤波器由所述参考麦克风信号生成所述抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在;和 系数控制方块，所述系数控制方块通过调整所述自适应滤波器的响应将所述自适应滤波器的响应整形成与所述误差麦克风信号和所述参考麦克风信号一致，以尽量减小在所述误差麦克风信号中的周围音频声音。38.根据权利要求29所述的集成电路，还包括参考麦克风输入，用于接收表示所述周围音频声音的参考麦克风信号，其中所述消噪系统还包括: 滤波器，具有响应，所述滤波器由所述参考麦克风信号生成所述抗噪信号以减少收听者听到的周围音频声音的存在； 次级路径估计自适应滤波器，用于对所述源音频信号的电声路径进行建模且具有响应，所述次级路径估计自适应滤波器由所述均衡化源音频信号生成次级路径估计;和 系数控制方块，所述系数控制方块通过调整所述次级路径估计自适应滤波器的响应将所述次级路径估计自适应滤波器的响应整形成与所述均衡化源音频信号和回放校正误差一致，以尽量减小所述回放校正误差，其中所述回放校正误差是基于所述误差麦克风信号与所述次级路径估计之差。39.根据权利要求38所述的集成电路，其中所述一个或更多个处理电路被构造为在调整所述自适应回放均衡化系统的响应之前调整所述次级路径估计自适应滤波器的响应。40.根据权利要求39所述的集成电路，其中所述一个或更多个处理电路被构造为交替地调整所述次级路径估计自适应滤波器和所述自适应回放均衡化系统的响应。41.根据权利要求38所述的集成电路，其中所述一个或更多个处理电路被构造为只有当调整所述次级路径估计自适应滤波器时才调整所述自适应回放均衡化系统的响应。42.根据权利要求38所述的集成电路，其中所述一个或更多个处理电路被构造为以比所述次级路径估计自适应滤波器的调整速率更慢的速率来调整所述自适应回放均衡化系统的响应。
【文档编号】G10K11/178GK106063292SQ201480075300
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年10月21日
【发明人】杰弗里·D·奥尔德森, J·D·亨德里克斯
【申请人】美国思睿逻辑有限公司