用于处理音频数据的装置和方法

专利名称：用于处理音频数据的装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于处理音频数据的装置。
除此之外，本发明还涉及处理音频数据的方法。
而且，本发明还涉及程序单元。
此外，本发明还涉及计算机可读媒介。
背景技术：
声音再现装置变得越来越重要。特别地，数量不断增加的用户购买头戴听筒式声 音再现装置。如今，语音通信越来越多地在噪声环境下以及在剧烈运动活动期间发生。而 且，用户在活动中通常戴耳机，欣赏他/她喜欢的音乐。有些用户还使用噪声抑制耳机或头 戴听筒来降低环境噪声。不对称的戴法(如，左侧听筒和左耳的相对方位与右侧听筒和右 耳的相对方位相比较之间的空间不对称)对声音再现质量的影响可以取决于如用户的身 体结构或用户戴头戴听筒的方式等条件。 GB 2， 360， 165公开了一种方法，该方法改善来自靠近耳朵的扬声器的声音的可听 度，其包括采用提供相应的环境声音信号的换能器来检测来自其它声源的环境声音，转换 所述信号的极性，并通过具有传输功能的滤波器传递环境声音信号，所述滤波器补偿从扬 声器行进到耳朵的声音的由于耳朵靠近扬声器引起的、和/或由于换能器靠近头部引起的 声频修正，以及将过滤过的环境声音信号与送至扬声器的信号混合，以降低所述环境声音 的可听度。 W0 98/41974公开了一种通用有源降噪设备，具有头戴式耳机和分离的电子声音 模块，包括具有外壳的所述头戴式耳机，由此该外壳包括具有第一端和第二端的头带；多 个耳机，具有用于检测噪声信号的麦克风装置和用于接收音频信号的连接至头带两端的扬 声器装置；具有第一端和第二端的电连接装置，由此电连接装置的第一端从头带的至少一 个耳机处延伸；以及连接至电连接装置的第二端的适配器，其中用于传输所述音频信号的 多个阳插头从适配器上突出；电子声音模块包含降噪电路装置和放大器装置，其中电子声 音模块至少具有多个插孔，所述插孔在与适配器的阳插头插入模块时与所述阳插头连接， 从而用于传输声音信号；以及可选地，设置在电子声音模块上的开关装置，用于启动降噪电 路装置，以在背景噪声传输至佩戴者的耳朵之前消除所述背景噪声。 然而，传统的声音再现系统可能会受到声响假象的影B向，这种声响假象源于将扬 声器戴在用户头部上所采取的不可预见的方式。

发明内容
本发明的目的是提供一种具有准确的声音再现质量的语音系统。 为了实现如上限定的目的，提供了与独立权利要求一致的用于处理音频数据的装
置、用于处理音频数据的方法、程序单元和计算机可读媒介。 根据本发明的示例性实施方式，提供了一种用于处理音频数据的装置(如，基于
4听筒的声音再现装置，例如，具有佩戴不对称性补偿特征的音频内容再现装置)，其中该装 置包括音频换能器，适合于能够作为扬声器或麦克风进行操作(例如，音频换能器可以在 扬声器模式作为扬声器进行操作，以及可以在麦克风模式作为麦克风进行操作)，其中当音 频换能器作为麦克风进行操作时适合检测表示用户的身体噪声的音频数据；处理单元，当 将音频换能器操作为扬声器用于再现音频内容时，所述处理单元适合处理表示用户的身体 噪声的音频数据，用于至少部分地补偿用户佩戴的音频换能器的佩戴不对称性(或由佩戴 不对称性才产生的感知的音频再现不对称性)。 根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种处理音频数据的方法，其中该方 法包括将适合于能够作为扬声器或麦克风的音频换能器作为麦克风进行操作；当将音频 换能器作为麦克风进行操作时，检测表示用户的身体噪声的音频数据；当将音频换能器作 为扬声器进行操作(例如，紧接着或同时)，用于再现音频内容时，处理表示用户的身体噪 声的音频数据，用于至少部分地补偿由用户佩戴的音频换能器的佩戴不对称性。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种处理音频数据的程序单元(例 如，源代码或可执行代码形式的软件程序)，当由处理器执行时，所述程序单元适合控制或 执行具有上述特征的音频数据处理方法。 根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种计算机可读媒介(例如，CD、DVD、 USB棒、软盘或硬盘)，其中存储了计算机程序，当由处理器执行时，所述计算机程序适合控 制或执行具有上述特征的音频数据处理方法。 用于根据本发明的实施方式进行的音频校准目的的数据处理可以由计算机程序 实现，即由软件实现，或者通过采用一个或多个专用电子优化电路来实现，即硬件形式，或 混合形式，即依靠软件元件和硬件元件。 特别地，术语"音频换能器"可以表示能够将一种形式的输入信号转化为另一种形 式的输出信号的任何装置，其中所述形式中的一种可以为声音形式，且所述形式中的另一 种可以为电信号。在这种情况中，该系统可以用作电声换能器(当将音频换能器作为扬声 器进行操作时将电信号转化成声信号)，或者可以用作声电换能器((当将音频换能器作为 麦克风进行操作时将声信号转化成电信号)。包含光信号或其它种类的信号的换能器也是 可能的。在本文中，声波可以表示为以声速移动的压力变化。 特别地，术语"表示用户的身体噪声的音频数据"可以表示可以被检测的任何音频 信号，并且包括表示当将音频换能器作为麦克风进行操作时由音频换能器感应的用户的身 体噪声的信息。特别地，这种身体噪声可以包括语音、呼吸、牙齿噼啪声等。假设在多数情 况下，身体噪声非常对称，并且可以由具有相同的音频特性的左耳音频换能器和右耳音频 换能器检测到——假设左耳音频换能器和右耳音频换能器对称地戴在用户的头部上。如果 由左耳音频换能器和右耳音频换能器捕获的基于身体噪声的音频信号不同，则差异可以认 为是对佩戴不对称性的测量(如，左音频换能器和左耳的相对方位与右音频换能器和右耳 的相对方位相比之间的空间不对称性)。捕获的信号随后可以作为补偿这种空间不对称性 的基础，用于实现可感知到的音频再现对称性。 特别地，术语"音频内容"可以表示将由音频再现装置，特别是由该装置的扬声器 再现的任何音频片段。这种音频内容可以包括存储在诸如CD、 DVD或硬盘之类的存储装置 上的音频信息。它可以为音乐歌曲、语音等。
特别地，术语"将音频换能器作为扬声器或麦克风进行操作"可以表示这种事实， 即扬声器的物理结构可以是这样的，使得它也可以用于检测声波。扬声器可以依赖于振动 膜等，当振动膜由电信号激活时，它能够产生声波。另一方面，这种膜也可以在例如由用户 产生的声波的存在下振动，由此产生将要检测的电信号。 根据本发明的示例性实施方式，可以采用这种认识，即诸如听筒之类的声音再现 装置通常由用户以相对于用户的耳朵在生理上不对称的方式佩戴，这可能在音频再现期间 产生用户感知的不对称的声音响应。通过(例如，临时地)将扬声器(通常用于音频再现) 用作麦克风，用于检测用于表示可能的佩戴不对称性的身体噪声，这种佩戴不对称性的程 度(或存在或不存在)可以被确定。换句话说，基于身体噪声的音频信号的不对称性可以 用来指示用户头部上的扬声器的佩戴不对称性。这种不同的佩戴响应随后被补偿，以改善 音频再现，由此允许根据测量的佩戴不对称性校准音频系统。 根据本发明的示例性实施方式，音频内容再现装置的扬声器可以以下述方式构 造，即这种扬声器也可以被控制为用作麦克风，即不仅仅用于发射声波，也用于检测声波。 因此，在该装置采用将音频换能器用作扬声器再现音频内容之前或期间，能够检测由用户 产生的与用户身体上的音频换能器的目前的佩戴状态一致的麦克风身体噪声信号。在不需 要附加的硬件元件或例如产生测试声音等的复杂测试的条件下，以及在不要求用户手动进 行任何调整操作的条件下，该系统可以采用音频换能器的至少用作麦克风的一部分的一个 或者两个或者甚至多个扬声器检测身体噪声音频波。所测量的身体噪声信号随后可以用于 消除或抑制由于不对称的佩戴情况引起的音频再现不对称性，例如，通过计算用于在再现 之前过滤音频内容信号的滤波器增益值(如果需要，补偿用户佩戴音频内容再现装置的方 式的影响)，用于平衡与两个听筒相关的差异。 根据本发明的示例性实施方式，提供了一种用于在不需要额外的硬件的条件下自 动校准前馈式有源降噪(ANR)头戴式耳机的系统。扬声器可以用作麦克风，并且可以基于 由听者产生的声源来计算左/右差异。 在一种实施方式中，提供了调整或校准基于头戴式耳机或耳机的有源噪声消除系 统，其中滤波器增益可以相应于由佩戴或用户产生的身体噪声或语音而改变。这种校准过 程可以依赖于由佩戴或用户产生的身体噪声而进行。 接下来，将描述该装置的其它示例性的实施方式。然而，这些实施方式也适用于该 方法，适用于该程序单元并应用于该计算机可读媒介。 该装置可以包括具有第一听筒和第二听筒的头戴式耳机，当头戴式耳机佩戴在用 户的头部上时，第一听筒可定位成靠近用户的第一只耳朵，且第二听筒可定位成靠近用户 的第二只耳朵。在一种实施方式中，这种头戴式耳机可以包括具有扬声器的一对听筒或耳 机，扬声器也可操作为麦克风。还可以提供可选的另外的麦克风，其可被设置为靠近用户的 嘴部。听筒可以包括在耳朵上、整个耳朵上或耳朵内的一对扬声器，使得仅佩戴者可以听见 声音。耳机可以表示为正好佩戴在整个耳朵上或耳朵内的小型扬声器。特别地，当这种听 筒至少部分地戴在耳朵内时，本发明人已经认识到再现期间佩戴不对称性对所感知的音频 内容的质量的影响可能很显著，并且可能取决于听筒佩戴的方式。在这种情况中，通过采用 下述方式的校准是特别有利的将扬声器作为麦克风进行操作(例如，临时地)，以用于消 除或抑制由于佩戴不对称性引起的音频差异，采用身体噪声信号作为表示耦合响应的探测值，并且可以在每次使用该装置之前或者在第一次使用该装置时进行该校准。还可以在音 频信息再现期间进行这种校准。 换能器可以包括设置在第一听筒处的第一音频换能器部件(如，可操作为第一麦 克风的第一扬声器)，并包括设置在第二听筒处的第二音频换能器部件(例如，包括可操作 为第二麦克风的第二扬声器)，第一音频换能器部件和第二音频换能器部件中的每一个都 适合可选择地作为扬声器或麦克风进行操作。 还参照前述实施方式，处理单元(其可以具有处理能力，并且可以为CPU、中央处 理单元或微处理器)可以适合通过确定由第一音频换能器部件检测到的音频数据和由第 二音频换能器部件检测到的音频数据之间的差异而处理所述音频数据。因此，通过评估该 差异，并且通过计算处理信号(用于处理以不对称方式向两只耳朵再现音频数据)，以由此 补偿这种差异，可以平衡由不对称的佩戴条件引起的身体噪声和/或其它周围声音对两个 音频换能器部件的不同的影响。 处理单元可以适合通过确定在预定频带中由第一音频换能器部件和第二音频换 能器部件检测的音频数据之间的能量水平(例如，功率水平)差异而处理音频数据。例如， 差异判定可以可选择地在音频带进行，由此集中在作为音频假象源的频率部分上。也可能 的是，声谱的特定部分，如低音部分、中频部分或最高音部分可以被特殊处理，以通过消除 或抑制再现的音质上的空间不对称佩戴情况来改善再现的音频质量。 处理单元还可以适合处理音频数据，用于补偿所确定的差异。因此，可以进行这种 处理，以便改善两个听筒的主观上可感知的品质。 处理单元可以适合将滤波器增益值作为处理过的音频数据反馈(或提供)至音频 换能器，用于根据所述一个或多个滤波器增益值再现音频内容，由此抑制与音频内容的再 现相关的、由用户佩戴的音频换能器的佩戴不对称性产生的听得见的左-右差异。这种滤 波器增益值可以为这样一种值，采用该值，在这种过滤过的信号用于由扬声器产生声波之 前，将被再现的音频内容过滤。增益值的计算(特别是两个增益值(每个耳朵一个)的计 算)允许采用合理的计算成本进行由检测到的身体噪声表示的左-右佩戴不对称性的补 偿。 处理单元可以适合将依赖于增益值的频率作为处理过的音频数据反馈(或提供)
至音频换能器。因此，对于特别是在音频范围的每个再现频率，这种增益值可以被计算，以
便根据频率相关处理功能进行所述补偿，其中采用该频率相关处理功能，将被再现的频谱
可以以频率相关的方式被处理。这允许显著地改善将被再现的音频数据的质量。 更具体地，处理单元适合将不同的滤波器增益值反馈(或提供)至作为扬声器进
行操作的第一音频换能器部件和第二音频换能器部件。因此，对于两个听筒通过空间上不
对称地过滤，可以补偿身体生理上的或佩戴听筒方式的空间不对称性。 音频换能器可以适合同时作为扬声器和麦克风进行操作。在这种实施方式中，可 以在再现声音期间进行校准，因此允许滤波器增益值动态地调整以适应改变的外部环境， 例如改变再现属性或者头戴式耳机(或听筒、耳机)的佩戴条件。在这种情况中，可以提供 允许系统在源自音频内容的数据和源自身体噪声的数据之间进行区分的机构(如，音频滤 波器或音频控制器)。 例如，这可以通过采用声回波抵消器(AEC， acoustic echo canceller)来实现，该
7声回波抵消器(AEC)采用适合根据所确定的信号消除再现的音频内容的成分(当将扬声器 作为麦克风进行操作时)，以获得表示用户的身体噪声的纯音频数据。因此，这种声回波抵 消器可以从所检测到的信号中去除音频内容成分，使得即使在同时再现音频内容期间也能 够提取身体噪声相关的音频数据。回声消除可以包括隔离并去除由再现的音频信号产生的 不希望的信号能量。 在可替换的实施方式中，该装置可以适合仅在音频换能器不同时操作为扬声器时 将音频换能器操作为麦克风。例如，在采用该装置再现音频内容之前，可以进行校准程序。 这可以允许进行校准，而不存在再现的音频内容的可能的干扰影响。 在一种实施方式中，组成音频换能器的同一物理结构适合提供扬声器和麦克风这 两种功能(取决于这种共用物理结构的操作模式)。在另一实施方式中，音频换能器包括适 合提供扬声器功能的第一物理结构，并包括适合提供麦克风功能的第二物理结构(其与第 一物理结构不同并与第一物理结构分离)。因此，用来感测身体噪声的换能器不必是再现音 频信号的同一换能器(尽管这是优选的实施方式，因为它带来很大的好处)。在本发明的实 施方式中也可以采用靠近扬声器放置的单独的麦克风(如图3中的麦克风206)。
例如，本发明的装置可以实现为由下述设备组成的组中的至少一种移动电话、头 戴式耳机、耳机再现装置、助听器、电视设备、录像机、监视器、游戏设备、便携式电脑、音频
播放器、DVD播放器、CD播放器、基于硬盘的媒体播放器、无线电设备、互联网广播设备、公 共娱乐播放器、MP3播放器、汽车娱乐设备、医疗通信系统、医疗设备、健身设备、语音通信设 备、家庭影院系统、家庭剧场系统、平板电视设备、气氛营造设备、录音系统和音乐厅系统。 然而，这些应用仅仅是示例性的，在许多技术领域的其它应用也是可能的。在一种实施方式 中，该装置可以用于耳内前馈型的有源降噪(ANR)头戴式耳机。 根据下文将描述的实施方式的例子，本发明的上述限定的各方面和其它方面是容 易理解的，并且将参照实施方式的这些例子进行说明。


以下将参照实施方式的例子详细描述本发明，但本发明不限于这些例子。
图1是根据本发明的示例性实施方式示出用于处理音频数据的装置。
图2示出前馈式有源降噪(ANR)系统。 图3是根据本发明实施方式示出反馈式有源降噪(ANR)系统。 图4是根据另一示例性实施方式示出用于处理音频数据的装置。 图5和图6是根据示例性实施方式示出采用耳内扬声器作为麦克风的录音的频
谱，以及示出不同的佩戴情况和对左/右差异的不同的影响的示意图。 图7是根据本发明的示例性实施方式示出用于处理音频数据的装置的校准块。
具体实施例方式
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件采用相同的附图 标记。 在下文中，将基于本发明已经提出的示例性实施方式提及本发明人的一些基本认 识。
有源降噪(ANR)头戴式耳机将通过经由耳机扬声器播放所谓的"反噪声"降低对 环境噪声的暴露。基本原理是环境噪声由麦克风拾音，由ANR滤波器过滤和反相，并返回扬 声器。在前馈式ANR的情况中，麦克风可以设置在耳机外部。在反馈式ANR的情况中，麦克 风可以设置在耳机内部。 在便携式/移动应用中，可能的实现方式是耳内前馈式模拟ANR，其可以具有与传
统耳机相同的波形因数，并且可以比反馈式ANR耳内头戴式耳机更容易设计，在反馈式ANR
耳内头戴式耳机中，将麦克风安装在耳朵内侧在机械上和声学上可能是困难的。 然而，除了全尺寸ANR头戴式耳机，耳内ANR头戴式耳机可能会受到与耳朵连接缺
少重复性的影响。特别地，这可能具有下述后果-从扬声器到耳道的传输功能可能不连续。这可能首先影响低音响应(压力耦合 降低)。-无源衰减(定义为由于在耳朵上存在耳机而引起的声音阻塞效应)也可能减小 很多。 这种不完美的佩戴对耳内前馈式ANR性能的影响可能较大，因为ANR滤波器可以 在耳机的设计阶段基于那两种传输功能精确地计算。结果可以是耳机在耳朵内的不完美的 佩戴可能导致ANR效果降低甚至放大环境噪声。
更一般地，前馈式ANR滤波器可能依赖于下述要素-每种耳机类型的听筒声音可以不同。这可以在ANR耳机的开发阶段完成，且随后 在耳机寿命周期内不变。-每个耳机样品的扬声器和麦克风容差可能不同。这可以通过选择低容差元件或 通过在工厂中进行样品校准而控制。-在耳朵中的适配性对每个用户可能不同，甚至可能在每次使用耳机时都不同。
后一种要素可能是最关键的，因为它可能是不可预知的。甚至在工厂中经过恰当 地校准的耳内ANR耳机一旦用在用户的耳朵中就可能遭受性能差的问题。这种差异可以 经由两种增益来补偿，一种用于左耳，一种用于右耳。事实上，在用于不同佩戴条件的扬声 器和耳道之间的声学传输功能中观察到的差异可能具有等于2kHz左右的频率自增益的波 形。这正好是ANR效果可能起作用的频率范围。 因此，可以推断出ANR滤波器对变化的佩戴条件的校准可以经由两种增益来补 偿， 一种用于左耳， 一种用于右耳。 解决这种问题的自动方式是将附加的内部麦克风放在耳机中。这种麦克风可以用 来识别扬声器和麦克风之间的声学传输功能，并自动地改善或优化ANR滤波器和对佩戴条 件的增益。 然而，在耳内头戴式耳机中安装附加的内部麦克风在机械上和声学上可能是困难 的。 解决这种校准问题的另一种方式是允许终端用户手动调整左、右ANR滤波器增 益，以改善或最大化ANR效果。这可以部分地补偿不完美的佩戴，但不会带来最优的结果， 因为左/右佩戴差异没有补偿。通过附加的控制有差别地调整左、右增益对终端用户来说 可能是不方便的。 因此，上述关于耳内ANR头戴式耳机的构思的性能可能会遭受在将听筒佩戴在耳朵中缺少重复性的问题。单独的校准可能适合获得最优的性能。总而言之，没有任何常规
技术能够自动校准左、右ANR滤波器增益，而不需要额外的内部麦克风。 在本发明的实施方式中，可以提供用于自动校准左、右耳内前馈式有源降噪(ANR)
滤波器增益的系统，以补偿在听者耳朵中耳内听筒的佩戴不对称性。因为扬声器可以用作
麦克风，这不要求附加的硬件，并且可以基于由用户产生的声源(语音、牙齿噼啪声等)校
准左/右差异。 图1示出用于处理音频数据的装置100，其包括两个音频换能器部件102、 104，所 述音频换能器部件适合可选择地作为扬声器和/或作为麦克风进行操作(取决于操作模 式)，其中当作为麦克风进行操作时，音频换能器部件102、104适合检测表示用户106的身 体噪声的音频数据(如对应的电信号)。当用户106佩戴音频换能器部件102、104时，作为 扬声器进行操作的音频换能器部件102、104可以产生由用户106感知的声波，这允许用户 106去听存储在诸如硬盘、CD、DVD等等之类的音频数据存储装置130上的声音信息。为了 这个目的，从硬盘130供给的电音频信号132、133可以由音频换能器部件102、104转化成 由用户106的各个耳朵116、 118感知的声波。 然而，可能发生的是用户106关于耳朵116、118不对称地佩戴音频换能器部件 102、 104。更确切地说，音频换能器部件102和耳朵116之间的空间关系可能与音频换能 器部件104和耳朵118之间的空间关系不同，例如，由于用户106没有将音频换能器部件 102、104对称地连接至头部，或者头部在生理上不是完全对称的。例如，如果音频换能器部 件102和耳朵116之间的距离小于音频换能器部件104和耳朵118之间的距离，同样产生 的声音对耳朵116的声响比对耳朵118的声响大。 而且，使用者106容易通过讲话、呼吸或牙齿啪嗒而不断地产生身体噪声，所述身 体噪声在许多情况下具有空间对称特性。例如，如果音频换能器部件102和耳朵116之间 的距离小于音频换能器部件104和耳朵118之间的距离，则表示身体噪声的音频信号在音 频换能器部件102的位置具有比在音频换能器部件104位置处大的幅值。因此，由身体噪 声产生的音频信号可以认为是所述佩戴不对称的指示器。 作为处理单元进行操作的微处理器108适合用于处理由音频换能器部件102、 104 记录的音频数据(源自身体噪声)，所述音频换能器部件102、104目前作为用于补偿由用户 106佩戴的音频换能器102U04的佩戴不对称性的麦克风进行操作。微处理器108适合将 处理过的音频数据以电子控制信号或滤波器信号形式反馈至音频换能器部件102、 104，用 于补偿基于由音频换能器部件102、104捕获身体噪声可能存在的不对称性检测到的佩戴 不对称性。当将音频换能器部件102、 104用作扬声器，用于再现存储在硬盘130上的音频 内容，这种音频内容可以通过电子控制信号或滤波器信号进行处理，以补偿由身体噪声检 测装置测量到的佩戴不对称性。换句话说，可以以电子信号134U36的形式将表示用户106 的身体噪声的音频数据提供至处理单元108。这些电子信号134、 136由作为麦克风进行操 作时(也就是当音频换能器部件102、104捕获表示身体噪声的声波并将它们转化成表示不 对称程度的电子信号时)的音频换能器部件102、 104产生。 控制单元108随后可以经由一个或多个信号138控制硬盘130，使得音频内容的再 现被相应地处理，且不对称的佩戴情况被补偿。可替换地，如图1中的虚线所示，控制单元 108还可以适合产生控制数据140、 142，从硬盘130发送至音频换能器102、 104用于再现的
10音频内容信号132、 133由所述控制数据处理140、 142。因此，虚线140、142是对信号138供 给的替换。 从图1中还可以看出，用户接口 148可以设置为与处理单元108进行双向通信，允 许用户控制装置100的操作模式，例如，可以调节再现装置的音量等。通过输入/输出单元 148，用户可以向处理单元108提供控制命令，并可以将关于装置100的目前操作模式的信 息提供给用户。因此，用户接口 148可以包括诸如按钮等的输入元件，并且还可以包括诸如 液晶显示器(LCD)之类的显示单元。 更具体地，装置100包括具有第一听筒112和第二听筒114的头戴式耳机110，当
将头戴式耳机110佩戴在用户106的头上时，第一听筒112靠近用户106的第一只耳朵116
放置，且第二听筒114靠近用户106的第二只耳朵118放置，如图l所示。 第一音频换能器部件102设置在第一听筒112处，且第二音频换能器部件104设
置在第二听筒114处。第一音频换能器部件102和第二音频换能器部件104中的每一个都
适合选择性作为扬声器或作为麦克风进行操作。 处理单元108可以通过分析信号134和136来确定身体噪声的影响之间的差异， 所述身体噪声由第一音频换能器部件102和第二音频换能器部件104检测，例如，所述差异 是由于用户106不对称地佩戴头戴式耳机110引起的。在音频带由第一音频换能器部件 102和第二音频换能器部件104检测到的音频数据136U34之间的关于能量水平的差异可 以被至少部分地确定和平衡。因此，这种差异可以经由控制信号138或140、142来补偿，所 述控制信号可以在音频内容(所述音频内容存储在硬盘130中)在单个扬声器102、104上 再现之前处理所述音频内容。特别地，可以向不同的音频换能器部件102、104提供不同的 滤波器增益值。 处理单元108还可以用作声回波抵消器，用于消除由所确定的信号再现的音频内 容的成分，以获得表示用户身体噪声的纯音频数据。通过分析身体噪声信号，这还可以改善 判断佩戴不对称性的精度。再现在再现音频内容132、133期间，当校准程序执行时(例如 确定值140、142)，可以进行回声的消除。图2示出前馈式有源降噪头戴式耳机200，其中耳 机202附在耳朵116上。在图2中，扬声器204设置在耳机202中，从而用于检测外部噪声 的独立的麦克风206设置在耳机202的外部。有源降噪单元208可以补偿由独立的麦克风 206检测到的身体噪声信号。与图2的系统相反，本发明的实施方式采用普通的音频换能器 102、104，其中麦克风206和扬声器204被设置为以不同的方式进行操作的相同的实体。
与前馈式ANR系统200相反，如图3所示的本发明实施方式的反馈式ANR系统300 将扬声器204以及麦克风206结合在耳机202中。 本发明的其它实施方式例如与图3的反馈布局类似的方式进行操作，但是麦克风
206和扬声器204被设置为单个共用的共享单元。 图4示出本发明另一示例性实施方式的声音再现装置400。 表示身体噪声的信号(由用户106产生的并用附图标记402示意性地表示)通过 听筒112U14施加至有源降噪校准机构404。有源降噪校准机构404基于由听筒112U14 提供的表示身体噪声402的信号计算增益值和GK，所述增益值和GK将分别供给至放 大器406、40S。基于增益值G^， GJ其表征听筒112U14的佩戴不对称性，所述佩戴不对称 性由通过听筒112， 114感知的身体噪声402指示)，左侧听筒音频内容410和右侧听筒音频
11相应地有差别放大。滤波器单元414或416可以被分别执行。因此，音频输出 信号418、420随后可以被发送至听筒112和114，用于再现音频内容，同时源自佩戴不对称 性的假象被抑制了。 听者106佩戴着ANR耳机112、114，其中扬声器用作麦克风。由用户106产生的声 音(如讲话声或牙齿相互啪嗒的声音)由扬声器捕获，通过ANR校准单元404处理，该ANR 校准单元404计算左、右之间的所要求的增益差，并相应地调整ANR滤波器增益和GK。
图5示出曲线图500，且图6示出曲线图600，每个曲线图具有横坐标502，沿着横 坐标502以赫兹为单位绘出频率。沿着纵坐标504，绘出信号强度。图5和图6都示出了音 频再现系统的两个不同的声道(左/右)，其中图5和图6示出两种不同的佩戴条件或情 况，听筒根据这两种条件佩戴在用户的头部。因此，图5和图6示出了佩戴条件(且特别是 佩戴不对称性)对左/右差异的影响。 图5和图6示出两种不同的佩戴情况下采用耳内扬声器作为麦克风记录的用户的 讲话的频率响应。在图6中，右侧扬声器佩戴较松散，这极大地增加了相关的左/右差异。 通过比较在特定频带下的左侧和右侧录音的能量水平，能够导出合适的ANR增益修正。
图7示出了本发明示例性实施方式的有源降噪校准块700。 从图7中可以看出，左侧扬声器信号136和右侧扬声器信号134供给至各个 低通滤波器702、704。低通滤波器702、704可以在lkHz处具有截止频率，并可以依照 Butterworth滤波器特性进行操作。滤波器输出可以供给至均方根校准单元706或708。所 述单元706、708的输出随后可以供给至最大值判定单元710，并供给至左侧信号产生单元 712或右侧信号产生单元714。这些单元712、714可以以示出的方式根据单元706、708和 710的输出进行操作，并分别产生输出信号716、718，随后它们可以表示增益值G^或Gp
因此，图7示出了实现图4的ANR校准块404的方法。它比较左侧扬声器输入和 右侧扬声器输入之间的包含在特定频率范围内的能量水平。 ANR滤波器校准可以基于左/右差异的频率相关性在频域(即依赖于ANR增益的 频率)中进行。相同的过程可以在ANR耳机使用期间进行。在那种情况中，所捕获的扬声 器信号还包含将在扬声器上播放的信号(反噪声+音乐)。这可以经由声回波抵消器(AEC) 去除。 应当注意的是，术语"包括"并不排除其它元件或特征，且"一"或"一个"并不排除 多个。还可以结合与不同的实施方式联合描述的元件。 还应当注意，权利要求中的附图标记不应当理解为限制权利要求的范围。
权利要求
一种用于处理音频数据的装置(100)，其中，该装置(100)包括音频换能器(102，104)，适合于能够作为扬声器或麦克风进行操作，其中当音频换能器(102，104)作为麦克风进行操作时适合检测表示用户(106)的身体噪声的音频数据；处理单元(108)，所述处理单元适合，当将音频换能器(102，104)作为扬声器操作用于再现音频内容时，处理表示用户(106)的身体噪声的音频数据，用于至少部分地补偿用户(106)佩戴的音频换能器(102，104)的佩戴不对称性。
2. 根据权利要求l所述的装置(IOO)，包括将戴在用户(106)头部上的头戴式耳机 (IIO)，所述头戴式耳机(110)具有第一听筒(112)和第二听筒(114)，第一听筒(112)可定 位在用户(106)的第一只耳朵(116)上或内，且第二听筒(114)可定位在用户(106)的第 二只耳朵(118)上或内。
3. 根据权利要求2所述的装置(100)，其中，音频换能器包括设置在第一听筒(112) 处的第一音频换能器部件(102)，并包括设置在第二听筒(114)处的第二音频换能器部件 (104)，第一音频换能器部件(102)和第二音频换能器部件(104)中的每一个都适合于能够 作为扬声器或麦克风进行操作。
4. 根据权利要求3所述的装置(IOO)，其中，处理单元(108)适合，通过确定由第一音 频换能器部件(102)检测的音频数据和由第二音频换能器部件(104)检测的音频数据之间 的差异，处理表示用户(106)的身体噪声的音频数据。
5. 根据权利要求3所述的装置(IOO)，其中，处理单元(108)适合，通过确定在预定频 带中，特别是在音频带中，更特别是在音频带的预定部分中由第一音频换能器部件(102) 检测的音频数据和由第二音频换能器部件(104)检测的音频数据之间的能量水平差异，处 理表示用户(106)的身体噪声的音频数据。
6. 根据权利要求4所述的装置(IOO)，其中，处理单元(108)适合处理音频数据，以至 少部分地补偿所确定的差异。
7. 根据权利要求l所述的装置(IOO)，其中，处理单元(108)适合将一个或多个滤波器 增益值作为处理过的音频数据反馈至音频换能器(102，104)，用于根据所述一个或多个滤 波器增益值再现音频内容，由此抑制与音频内容的再现相关的由用户(106)佩戴的音频换 能器(102,104)的佩戴不对称性产生的听得见的左右差异。
8. 根据权利要求7所述的装置(IOO)，其中处理单元(108)适合将一个或多个依赖于 频率的增益值作为处理过的音频数据反馈至音频换能器(102， 104)。
9. 根据权利要求4所述的装置(IOO)，其中处理单元(108)适合将单独的或各自的滤 波器增益值反馈至作为扬声器进行操作的第一音频换能器部件(102)和第二音频换能器 部件(104)。
10. 根据权利要求l所述的装置(IOO)，其中音频换能器(102,104)适合能够同时作为 扬声器和麦克风进行操作。
11. 根据权利要求IO所述的装置(IOO)，包括声回波抵消器(108)，所述声回波抵消器 (108)适合从由音频换能器(102,104)确定的音频信号中去除再现的音频内容，以导出表 示用户(106)的身体噪声的纯音频数据。
12. 根据权利要求1所述的装置(100,300)，包括下述特征中的一个 构成音频换能器的同一物理结构(102,104)适合提供扬声器和麦克风这两种功能；或者音频换能器包括适合提供扬声器功能的第一物理结构(204)，并包括适合提供麦克风 功能的第二物理结构(206)。
13. 根据权利要求1所述的装置(100)，实现为由下述设备组成的组中的至少一种移 动电话、头戴式耳机、耳机再现装置、助听器、电视设备、录像机、监视器、游戏设备、便携式 电脑、音频播放器、DVD播放器、CD播放器、基于硬盘的媒体播放器、无线电设备、互联网广 播设备、公共娱乐播放器、MP3播放器、汽车娱乐设备、医疗通信系统、医疗设备、健身设备、 语音通信设备、家庭影院系统、家庭剧场系统、平板电视设备、气氛营造设备、录音系统和音 乐厅系统。
14. 一种处理音频数据的方法，其中该方法包括将适合能够作为扬声器或麦克风的音频换能器(102,104)作为麦克风进行操作； 当将音频换能器(102,104)作为麦克风进行操作时，检测表示用户(106)的身体噪声 的音频数据；当将音频换能器(102,104)作为扬声器进行操作，用于再现音频内容时，处理表示用 户(106)的身体噪声的音频数据，用于至少部分地补偿由用户(106)佩戴的音频换能器 (102,104)的佩戴不对称性。
15. —种计算机可读媒介，其中存储了处理音频数据的计算机程序，当由处理器(108) 执行时，所述计算机程序适合执行或控制权利要求14的方法。
16. —种处理音频数据的程序单元，当由处理器(108)执行时，所述程序单元适合执行 或控制权利要求14的方法。
全文摘要
一种用于处理音频数据的装置(100)，其中该装置(100)包括音频换能器(102，104)，适合作为扬声器或麦克风进行操作，其中当音频换能器(102，104)作为麦克风进行操作时适合检测表示用户(106)的身体噪声的音频数据；处理单元(108)，当将音频换能器(102，104)操作为扬声器用于再现音频内容时，所述处理单元适合处理表示用户(106)的身体噪声的音频数据，用于至少部分地补偿用户(106)佩戴的音频换能器(102，104)的佩戴不对称性。
文档编号H04R3/00GK101794574SQ200910263690
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者马科尔斯·克里斯托夫 申请人:Nxp股份有限公司