用于移动装置的声处理器的制作方法

本发明涉及一种用于移动装置的声处理器以及一种用于移动装置的声处理的方法。

背景技术：

定向声捕获用于许多应用中，这些应用的范围为从专业相机和消费者相机两者中的播音室音乐录音到录音录像。定向声捕获使用定向麦克风或用精密的阵列处理算法组合的麦克风阵列来获得所希望的空间响应。

手机或可穿戴装置等小形状因素消费者装置通常配备有多个麦克风(通常为2个或多于2个)，这些麦克风主要用于在手机和免提语音呼叫应用中的波束成形和非静态噪声抑制。摄录像等最新的应用还利用多个麦克风以用于立体声或多声道录音。

在智能电话等平面形状因素装置中，麦克风通常安装在装置的边缘上。在单麦克风装置中，麦克风放置在底部处，通常前向或面向底部。在双麦克风装置中，一个麦克风位于顶部处，通常后向或面向顶部。

技术实现要素：

在所附权利要求书中限定本发明的各种方面。在第一方面中限定一种用于移动装置的声处理器，该移动装置包括：扬声器，该扬声器包括扬声器膜片，该扬声器膜片具有第一扬声器膜片侧和与第一扬声器膜片侧相反的第二扬声器膜片侧；移动装置外壳，该移动装置外壳用于提供第一扬声器膜片侧与移动装置的外部之间的第一声通路，以及第二扬声器膜片侧与移动装置的外部之间的第二声通路，该声处理器被配置并布置成：感测声处理器输入上的信号，该信号响应于声波而在扬声器的至少一个端上感生；处理该感生信号以区分来自不同方向的声波；以及在声处理器输出上输出处理后的信号。

声处理器可以从用作麦克风的扬声器接收信号且处理该信号以允许前后区分，即区分位于移动装置的正面的声源和位于移动装置的背部的另外声源。例如，这可以用于手机的摄录像机模式以捕获个体的话音并抑制来自手机的用户的话音。

在实施例中，声处理器可以另外被配置成混合感生信号与响应于至少一个声源经由麦克风感测到的另外信号。

声处理器可以包括混合器，该混合器用于组合来自作为麦克风的扬声器的感生信号与麦克风信号。来自该声处理的所得处理后的信号可以包括在不同比例中的混合信号和另外信号。混合器可以对输入信号应用滤波和波束成形。感生信号的响应可以被均衡以例如使扬声器的响应与全向性麦克风对准。此对准响应可以允许使用来自麦克风和扬声器的信号进行波束成形以提供方向选择性。

在实施例中，声处理器可以另外被配置成从感生信号和另外信号中的至少一个信号确定信噪比，且被配置成依赖于该信噪比而改变感生信号与另外信号之间的混合比。

在实施例中，声处理器可以另外被配置成处理感生信号以区分从在第一方向上的声源接收的声信号与从在第二方向上的另外声源接收的另外声信号。

在实施例中，声处理器可以另外被配置成处理感生信号以区分相对于移动装置位于第一方向上的声源与相对于移动装置位于第二方向上的另外声源。

在实施例中，移动装置可以包括声处理器，移动装置可以包括：扬声器，该扬声器包括扬声器膜片，该扬声器膜片具有第一扬声器膜片侧和与该第一扬声器膜片侧相反的第二扬声器膜片侧；以及移动装置外壳，该移动装置外壳用于提供第一扬声器膜片侧与移动装置的外部之间的第一声通路，以及第二扬声器膜片侧与移动装置的外部之间的第二声通路，并且其中该移动装置可操作以将扬声器配置为麦克风，且声处理器输入耦合到至少一个扬声器端。

扬声器膜片的每一侧，也就是说主表面中的每一个表面，可以声学地耦合到移动装置的外部。扬声器可以具有定向响应特性。

在移动装置的一些实例中，所有麦克风可以位于相同平面中且仅允许沿着电话的侧面的空间区分，也就是说上下、左右区分。形状因素约束条件可使得难以沿着前后轴线以端射配置安装两个麦克风，以便允许前后方向性控制。在移动装置的一些实例中，第三麦克风可以靠近接收器扬声器放置且共用同一声端口。第三麦克风可以用于手持机模式中的有源噪声消除或在摄录像模式中用作另外一个麦克风，以便由于该装置针对位于该装置的背部处的来源的声屏蔽而获得改进的前后区分。

在实施例中，该移动装置可以包括相机且可以摄录像机工作模式配置，且声处理器可以另外被配置成存储处理后的信号。

在包括相机的移动装置的实施例中，该移动装置可以视频通话模式配置，且另外被配置成将处理后的信号发射到视频通话的接收器。

在实施例中，包括声处理器的移动装置可以被配置为手机、可穿戴式装置、便携式音频播放器、个人数字助理、膝上型计算机、平板计算机中的一个装置。

在第二方面中，限定一种用于移动装置的声处理的方法，该移动装置包括：扬声器，该扬声器包括扬声器膜片，该扬声器膜片具有第一扬声器膜片侧和与该第一扬声器膜片侧相反的第二扬声器膜片侧；移动装置外壳，该移动装置外壳用于将每一扬声器膜片侧声学地耦合到移动装置的外部，该方法包括：感测响应于声波在扬声器的至少一个端上感生的信号，且处理该感生信号；以区分来自不同方向的声波；以及输出处理后的信号。

在实施例中，该方法可另外包括经由麦克风感测另外信号，且组合感生信号与另外信号。

在实施例中，该方法可另外包括从另外信号估计信噪比。

估计信噪比可以用于确定环境噪声的测量。

在实施例中，该方法可另外包括从感生信号估计信噪比值。

在该方法的实施例中，处理感生信号可以包括以下两个操作中的至少一个操作：使感生信号减弱以获得具有高于预定阈值的信噪比值的信号，以及使另外信号减弱以获得具有低于预定阈值的信噪比值的信号。

在另外方面中，描述在移动装置中将扬声器用作定向性麦克风，该移动装置包括：扬声器，该扬声器包括扬声器膜片，该扬声器膜片具有第一扬声器膜片侧和与该第一扬声器膜片侧相反的第二扬声器膜片侧；移动装置外壳，该移动装置外壳用于提供第一扬声器膜片侧与移动装置的外部之间的第一声通路，以及第二扬声器膜片侧与移动装置的外部之间的第二声通路。

实施例可以包括一种制品，该制品包括至少一个非暂时性的有形的机器可读存储媒体，该机器可读存储媒体包含用于通过处理器执行的可执行机器指令，其中该物品包括：扬声器，该扬声器包括扬声器膜片，该扬声器膜片具有第一扬声器膜片侧和与第一扬声器膜片侧相反的第二扬声器膜片侧；外壳，该外壳用于将每一扬声器膜片侧声学地耦合到该物品的外部；并且其中这些指令包括感测响应于至少一个声源在扬声器(配置为麦克风)的至少一个端上感生的信号，以及处理感生信号；其中处理后的信号的至少一个特性取决于移动装置相对于至少一个声源的朝向。

可提供一种计算机程序，该计算机程序当在计算机上运行时，使得计算机配置包括本文所公开的电路、控制器、传感器、滤波器或装置的任何设备或执行本文所公开的任何方法。计算机程序可以是软件实施方案，且计算机可以被认为是任何适当的硬件，包括数字信号处理器、微控制器以及在只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)或电可擦除可编程只读存储器(eeprom)中的实施方案，这些皆为非限制性实例。软件实施方案可为汇编程序。

计算机程序可以在计算机可读媒体上提供，或可以实施为暂时性信号，所述计算机可读媒体可以是物理计算机可读媒体，例如光盘或存储器装置。此暂时性信号可以是网络下载，包含因特网下载。

附图说明

在附图和描述中，相似的附图标记指代相似的特征。现在仅借助通过附图示出的实例来详细地描述本发明的实施例，其中：

图1a示出根据实施例的包括定向声捕获的手机的外部视图，且图1b示出根据实施例的包括扬声器和声处理器的移动智能电话。

图2示出扬声器膜片与图1的手机的外部之间的声耦合。

图3示出在图1的实施例中配置为麦克风的扬声器的实例定向响应的曲线图。

图4示出根据实施例的包括声处理器的移动装置。

图5示出根据实施例的用于一个或多个移动装置的声处理器。

图6示出根据实施例的在移动装置中的声处理的方法。

图7示出根据实施例的在移动装置中的声处理的方法。

图8示出根据实施例的在移动装置中的声处理的方法。

具体实施方式

图1在图1a中示出手机100，示出外壳和扬声器孔口的的位置。图1b示出包括扬声器114和声处理器116的手机100。首先参考图1a，手机100可以具有外壳102和在外壳的主表面中的可以被称作手机的正面的主表面中的孔口104。手机100还可以具有朝向外壳102的边缘中的一个边缘而定位的操作按钮106和108。手机100的表面可以包括触敏式显示器110。手机100还可以具有一个或多个麦克风(未示出)。现在参考图1b，扬声器114包括扬声器膜片130或膜件。扬声器膜片130可以具有第一侧或表面，所述第一侧或表面可以面朝孔口104，因此可以被认为是例如前向的。扬声器膜片130可以具有背离孔口104的第二侧或表面，所述第二侧或表面可以例如被认为是后向的。扬声器130可以发出声信号，该声信号通常为可听信号，所述声信号可以例如包含经由第一声通路通过孔口104的话音和/或音乐。孔口104因此可以将扬声器膜片的第一侧声学地耦合到手机100的外部。

扬声器114可以是用于手持机语音通话工作模式的接收器扬声器，由此该接收器扬声器紧密耦合到用户的耳朵。这通常被称作近场工作模式。外壳102可以具有另外孔口128，所述孔口128可以提供从移动装置100的外部经由扬声器114的背部到扬声器膜片的第二侧的另外声通路。技术人员应了解，可能存在经由孔口128通过扬声器的背部到达扬声器膜片130的第二侧的声通路。因此，外壳102中的另外孔口128可以提供扬声器膜片130的第二侧与手机100的外部之间的声耦合。

扬声器114可以通过放大器126驱动，所述放大器126可以经由开关112连接到扬声器。开关112可以通过控制器(未示出)控制且将放大器126连接到扬声器114。开关112可以将声处理器116的声处理器输入120连接到扬声器114。

技术人员应了解，开关112可以使用mos晶体管用硬件实施。开关112可以通过用硬件或硬件与软件的组合实施的控制器来控制。开关112可以通过任何硬件或软件实施，所述硬件或软件允许将信号从放大器126驱动到扬声器114或将信号从扬声器端124路由到声处理器输入120。

声处理器116可用硬件/软件或硬件与软件的组合实施。声处理器116可以例如使用在数字信号处理器上运行的软件来实施。声处理器116可以对在声处理器输入120上接收到的声信号应用滤波器和/或均衡。声处理器116可以对声信号应用阈值，也就是说比较声信号与预期的最低电平。应了解，声处理器116、放大器110(所述放大器110可以是d类音频放大器)以及开关112被示出为在外壳102外部，但也将被包含在移动装置的外壳102内。

在手机100的工作中，在可以例如是用户进行语音通话的模式的第一模式中，放大器110可以经由开关112连接到扬声器114。扬声器114随后在其既定工作模式中用作在所谓的近场工作模式中的接收器扬声器，由此手机100的用户可以听到从第三方接收的话音。扬声器114在此模式中通常紧密耦合到用户118的耳朵，且因此通常与用户118的耳朵相隔小于1cm的距离。在第二工作模式中，声处理器输入120可以经由开关112连接到一个或多个扬声器端124。手机100的用户118的话音可以在扬声器114的端124上感生信号。话音信号可以通过声处理器116处理且处理后的话音信号可以在声处理器输出122上输出。

发明人已经意识到，以此方式使用的扬声器的响应可能是方向相关的，并且因此可以被处理以例如依赖于声源相对于手机100的正面或背部的位置来区分声源，因为处理后的信号特性(例如振幅、频率、增益)可能依赖于手机100相对于特定声源的朝向而改变。处理后的信号可以改进话音信号的质量或其它所希望的来源相对于背景声源的质量，所述背景声源可以被认为是噪声源。

现参考图2，扬声器114可以所谓的“开背式”配置安装在外壳内，由此扬声器并不被封闭在单独的模块中，而是外壳102提供表示为v的后腔。手机外壳102可以具有无意且不受控的声泄漏孔口，指示为l1-4，所述声泄漏孔口可能引起接收器扬声器膜片130的正面和背部之间的声捷径。这些声泄漏孔口可能例如由于手机外壳102中的间隙导致。替代地或另外，这些泄漏孔口可以是出于其它目的而形成于外壳中的孔口。替代地或另外，由于外壳的区域的材料和/或厚度，手机外壳可以是至少部分透声的。

对于例如来自在手机100的正面说话的用户的声音源，声压波可以通过前端口到达接收器扬声器膜片130的正面，表示为声通路f，并且通过多个指示为r1到r4的泄漏通路到达接收器扬声器膜片130的背部。此声捷径可使得接收器扬声器表现为梯度压力转换器，由此通过接收器扬声器114拾取(或发射)的声压波的振幅可以是声波的入射角的函数。背部泄漏通路r1到r4可能未被限定且依赖于装置的机械构造。然而，出人意料的结果是，扬声器在配置为麦克风时可以具有定向响应。

定向响应可以使得有可能将手机的接收器扬声器用作跨越前后轴线的定向性麦克风，且允许前后声音区分，尤其是在手机保持竖直(例如在视频通话期间或在视频录像或摄录像时)的应用中。

图3示出手机中的接收器扬声器在配置为麦克风时的实例频率响应的曲线图200。x轴208示出在0hz和大致10khz之间变化的频率。y轴206示出以相对分贝表示的在大致-100db到-30db之间的增益。频率响应202示出针对声源位于手机的正面处的情况的响应，也就是说，声波从声源朝向手机的包含扬声器孔口104的主表面行进。频率响应204示出针对声源在手机背面的情况的响应，也就是说，声波从声源朝向电话的与具有扬声器孔口104的表面相反的主表面行进。如可见，前向响应202的增益大大高于后向响应204的增益。例如，在大致7khz的频率下，前向来源的增益为大致-45db，且后向来源的增益为大致-57db。在大致1khz的频率下，前向来源的增益是大致-43db，且后向来源的增益是大致-55db。在大致300hz的频率下，前向来源的增益是大致-50db，且后向来源的增益是大致-64db。一般来说，前向来源的增益可以比后向声源的增益高超过6db。对于所希望的声源位于移动装置的正面且噪声源位于移动装置的背部处的使用案例，应了解，这可以将信噪比提高超过6db。应了解，术语“前向”和“后向”可以被认为是用于指代手机的外壳的相反主表面的相对术语。

图4示出移动装置300。移动装置300可以具有外壳308，和在外壳308的表面中的可以被认为是移动装置300的正面的表面中的孔口312。移动装置300可以具有麦克风314。扬声器306可以包括扬声器膜片或膜件328，并发出声信号，通常为可听信号，所述声信号可以例如包含通过孔口310的话音和/或音乐。扬声器膜片328可以具有第一侧或表面，所述第一侧或表面可以面朝孔口312，因此可以被认为是例如前向的。扬声器膜片328可以具有第二侧或表面，该第二侧或表面背离孔口310，因此可以被认为是后向的。外壳308可以具有另外孔口326，所述孔口326可以提供从移动装置300的外部经由扬声器306的背部到扬声器膜片328的第二侧的另外声通路。技术人员应了解，可能存在经由另外孔口326通过扬声器的背部到达扬声器膜片328的第二侧的声通路。因此，外壳308中的另外孔口326可以提供扬声器膜片328的第二侧与移动装置300的外部之间的声耦合。

扬声器306可以通过放大器302驱动，所述放大器302可以是经由开关304连接到扬声器306的d类音频放大器。开关304可以通过控制器(未示出)控制且将放大器302连接到扬声器306。开关304可以将声处理器312的第一声处理器输入318连接到扬声器306。麦克风314可以连接到第二声处理器输入320，所述麦克风314可以是全向性麦克风。

声处理器312可用硬件/软件或硬件与软件的组合实施。声处理器312可以例如使用供在数字信号处理器上执行的软件来实施。软件可以存储在ram、rom或eprom等存储器或其它非暂时性有形的机器可读存储媒体中。声处理器312可以对在第一声处理器输入318上接收到的信号以及在第二声处理器输入320上接收到的另外信号应用滤波器和/或均衡。声处理器312可以对声信号应用阈值，也就是说比较声信号与预期的最低电平。应了解，声处理器312、放大器302(所述放大器302可以是d类音频放大器)以及开关304被示出为在外壳308外部，但也可以被包含在移动装置300的外壳308内。

在移动装置300的工作中，在第一模式中，放大器302可以经由开关304连接到扬声器306。扬声器306可随后在其既定工作模式中用作用于发出音频信号或其它声信号的扬声器。在第二工作模式中，声处理器输入312可以经由开关304连接到一个或多个扬声器端324。来自移动装置300的用户316的话音可在扬声器306的端324上感生信号。话音信号可以通过声处理器312处理且处理后的话音信号可以在声处理器输出322上输出。经由以此方式使用的扬声器306接收的声信号的特性可能是方向相关的，并且因此可以被处理以依赖于声源相对于移动装置300的前表面的位置来区分话音或其它声源。经由麦克风314感测到的另外信号可能不是方向相关的。声处理器可以混合从扬声器306接收的声信号与从麦克风接收的另外声信号，以减少存在于处理后的信号中的背景噪声。技术人员应了解，因为扬声器与麦克风之间的距离是已知的，所以通过对所接收的声学信号和另外声信号进行滤波，来自声处理器的输出的处理后的混合信号可具有与单独的麦克风或扬声器的特性不同的极性特性。滤波或其它波束成形技术可以用于选择性地对来自特定方向的声音源作出响应。因此，处理后的信号可以改进话音信号或其它所希望的来源相对于背景声信号的质量。

图5示出声处理器400的实例。均衡器402可以从扬声器接收输入信号。均衡器402的输出408可以连接到环境噪声估计器406。均衡器402的输出408还可以连接到混合器404。麦克风输入410可以连接到混合器404和环境噪声估计器406。均衡器402可以对准针对声音源的扬声器和麦克风响应。混合器输出412可以是声处理器400的输出。混合器404可以使扬声器和麦克风的特定频率的响应延迟并对其进行求和，使得这些响应针对具体的位置相长地或相消地干涉。混合器404可以应用其它波束成形技术。技术人员应了解，混合器404的所得输出可以形成来自麦克风输入410的信号和来自均衡器输出408的信号(所述信号对应于来自用作麦克风的扬声器的信号)的极性图。

在操作中，背景噪声水平可以通过环境噪声估计器406估计。环境噪声估计器可以从输入信号的信噪比值确定背景噪声水平的估计。环境噪声估计器406可以使用经由均衡器输出408或麦克风输入410接收的信号中的任一个信号或这两个信号。依赖于背景噪声水平，可以修改在均衡器输出408上的均衡后的扬声器信号与在麦克风输入410上接收的麦克风信号之间的混合比。对于低环境噪声水平，可以使用仅麦克风信号。低环境噪声水平可以例如是对应于未处理信号的以分贝为单位测得的高于20db的信噪比值。在高环境噪声水平下，可以使用仅扬声器。高环境噪声水平可以例如是产生未处理信号的以分贝为单位测得的-20db或更小的信噪比值。对于中间环境噪声水平，处理后的输出信号可以包括从均衡器输出408和麦克风输入410接收的两个信号的混合。技术人员应了解，噪声估计和混合可以在不同频带中执行。

图6示出用于手机500的声处理的方法。在步骤502中是可以通过接收器扬声器检测声信号。声信号可以包括从声源产生的所希望的信号，该声源例如个人说话、音乐源或某一其它声源。声信号可包括来自其它声源的不希望的噪声信号。在步骤504中，声信号可以被处理以区分位于手机的正面处的所希望的声源和不希望的声源。经由接收器扬声器接收到的处理后的信号的声信号特性可以取决于声源是位于手机的背部还是正面而不同。这些声信号特性(例如增益)可以用于确定声源是否在电话的背部或正面。替代地或另外，当在某一工作模式中时，例如在于免提模式下工作的手机中，接收器扬声器可以被配置为麦克风且用于改进对手机的用户的话音捕获。

方法步骤500可以用硬件、软件或硬件与软件的组合实施。例如，该方法可以用在数字信号处理器上运行的软件实施。

图7示出用于移动装置550的声处理的方法。在步骤552中，可以通过接收器扬声器检测信号。在步骤554中，可以经由麦克风检测另外信号。在步骤556中，可以均衡化信号。均衡可以使接收器扬声器和麦克风的响应与位于移动装置的正面处的来源对准。均衡可以是自适应均衡。移动装置的正面可以是包含接收器扬声器的孔口的表面。在步骤558中，可以混合该信号和另外信号。取决于环境噪声水平，以不同比例混合该信号和另外信号可以改进处理后的输出信号的信噪比。通过对准麦克风的响应与扬声器的响应，麦克风的响应可以对位于移动装置的正面处的声源更加敏感。

图8示出移动装置(例如手机)的用于定向声捕获600的声处理的方法。在步骤602中，可以经由扬声器检测信号。此信号可以响应于来自声源的声波而产生。在步骤604中，可以经由麦克风检测另外信号，所述麦克风可以是全向性麦克风。在步骤606中，可以均衡化信号。在步骤608中，可以从该信号和另外信号中的至少一个信号确定信噪比。在步骤610中，可以进行比较以确定信噪比是否小于第一预定阈值。如果信噪比小于第一预定阈值，那么该方法可以移动到步骤612，且可以减弱另外信号，并可以放大该信号。另外信号的减弱可以处于该另外信号被完全抑制的水平处。在步骤612之后，可以在步骤618中混合或组合该信号和减弱后的另外信号以给出处理后的输出信号。返回到步骤610，如果信噪比大于第一预定阈值，那么该方法可以移动到步骤614，其中将信噪比与第二预定阈值相比。在步骤614中，如果信噪比大于第二预定阈值，那么该方法移动到步骤616，且可以减弱该信号并可以放大另外信号。该信号的减弱可以处于该信号被完全抑制的水平处。在步骤616之后，可以在步骤618中混合或组合该信号和另外信号以给出处理后的输出信号。返回到步骤614，如果信噪比小于第二预定阈值，那么可以在618步骤中混合或组合该信号和另外信号以给出处理后的输出信号。

在高环境噪声水平下，处理后的信号可由经由扬声器接收到的信号支配。在较低环境噪声水平下，处理后的信号可以由经由麦克风接收到的信号支配。通过改变该信号和另外信号对处理后的信号输出的贡献，可以改进处理后的输出信号的信噪比。

在实施例中，本文中所描述的移动装置可以包括膝上型计算机、手机、可穿戴式装置(例如智能手表)、便携式数字助理、膝上型计算机、平板计算机或具有扬声器的任何其它便携式音频装置，该扬声器具有声通路，所述声通路可以是从移动装置的外部到扬声器的后腔的泄漏通路。

尽管所附权利要求书是针对特定的特征组合，但应理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确地或隐含地公开的任何新颖特征或任何新颖特征组合或其任何一般化形式，而不管其是否涉及与当前在任何权利要求中主张的发明相同的发明或其是否缓解与本发明所缓解的任一或全部技术问题相同的技术问题。

在不同的实施例的上下文中描述的特征也可以组合地提供于单一实施例中。相反，为了简洁起见，在单一实施例的上下文中描述的各种特征也可以分开提供或以任何合适的子组合形式提供。

申请人特此提醒，在审查本申请案或由此衍生的任何另外的申请案期间，可根据此类特征和/或此类特征的组合而制订新的权利要求。

为完整性起见，还规定术语“包括”不排除其它元件或步骤，术语“一”不排除多个，单一处理器或其它单元可满足在权利要求中所述的若干构件的功能，且权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。