声音信号输出设备、扬声器设备和声音信号输出方法

专利名称：声音信号输出设备、扬声器设备和声音信号输出方法
技术领域：
本公开涉及声音信号输出设备、扬声器设备、声音输出设备和声音信号输出方法， 并且例如涉及诸如音乐再现设备之类的声音信号输出设备和诸如耳机或头戴式耳机之类的扬声器设备。
背景技术：
日本未审查专利申请公开No. 2008-91255、日本未审查专利申请公开 No. 11-110704和日本未审查专利申请公开No. 2010-11117是相关技术的示例。例如，利用称为音频播放器、媒体播放器等的便携式再现设备来欣赏音乐等已经很普遍。这里，目前，关于音频播放器中的音乐再现，由于听觉受损对策，再现声压往往被限制于预定声压。例如，再现声压不超过85dBSPL的最大值。为此，播放器或头戴式耳机(耳机)制造商通过限制播放器的放大器单元的再现电压或者头戴式耳机(耳机)的灵敏度来遵守此限制。用户一般通过将耳机连接到便携式音频播放器来收听音乐，并且可以任意地组合音频播放器和耳机。通常，在许多情况下，音频播放器和耳机是一起出售的，但是用于可以通过将购买的音频播放器与其它耳机连接来使用购买的音频播放器。另外，与音频播放器一起提供的耳机可以在其它音频播放器的再现期间被使用。这里，如上所述，当针对音频播放器侧的放大器单元的再现电压限制设置和耳机侧中的灵敏度限制设置二者都被执行时，即使用户选择任何组合，都可以提供遵守声压限制的使用状态。

发明内容
近年来，已经使用具有噪声消除功能的播放器系统。这将参考图15A来简要描述。图15A示出噪声消除信号生成单元201、合成电路202和放大器203作为音频播放器侧的配置。另外，作为耳机侧的配置，示出了扬声器101和麦克风100。在被安装在用户的耳朵ER中的耳机侧，从扬声器101输出诸如再现音乐之类的声音并且安装了用于收集用户的外围外来噪声NZ的麦克风100。在音频播放器侧，由耳机侧的麦克风100收集的外来噪声的声音收集信号SNZ被供应给噪声消除信号生成单元201以便生成噪声消除信号SNC。例如，噪声消除信号SNC具有与声音收集信号SNZ相反的相位。合成电路202将由再现系统(未示出)的音频信号SA(主要声音信号)与噪声消除信号SNC合成。合成信号被放大器203放大并且作为输出信号被供应给扬声器101。输出声音信号是音频信号SA和噪声消除信号SNC的合成信号。为此，噪声消除信号SNC和外来噪声NZ在用户耳内空间中相互抵消，从而用户在外来噪声NZ分量被大大降频信号SA。然而，如果采用支持上述声压限制的配置，则噪声消除功能不能充分起作用。如图15B中所示，在支持声压限制的情况下，例如，增益被例如放大器203限制。另外，扬声器101具有低灵敏度。在此情况下，被合成电路202合成的音频信号SA和噪声消除信号SNC由于放大器 203中的增益限制和扬声器101中的灵敏度的降低而变成幅度受限的信号，并且到达用户的耳朵。音频信号SA作为遵守了声压限制的声压到达用户的耳朵，从而适合于听觉受损对策。然而，因为噪声消除信号SNC幅度受限，所以抵消外来噪声NZ的功能被劣化。即， 因为与外来噪声NZ相反相位的信号的幅度连同音频信号SA —起受到限制，所以外来噪声 NZ不会被充分抵消，并且余留噪声NZp。就用户的收听感觉而言，用户在其中外来噪声相对较多的状态中收听音频信号SA。S卩，因为不能在空间上再现具有原本为了消除噪声而输出的大小的噪声消除波形，结果，噪声消除性能被劣化。例如，即使尝试再现与大的噪声相应的大的噪声消除信号声音，由于输出限制，这也不能被执行，因此噪声的空间消除变得不充分。另外，噪声消除信号失真并且容易变现成不同的声音。结果，用于体验到不利。这样，如果要通过声压限制来维护用户的健康，则存在这样的问题噪声消除功能被劣化从而不可以向用户提供良好质量的音乐收听状态。期望遵守目的是防止听觉受损的音乐再现声压限制并且通过提高噪声消除性能来使用户能够舒适地收听音乐。根据本公开的实施例，提供一种声音信号输出设备，包括噪声消除信号生成单元，该噪声消除信号生成单元使用设置在所连接的扬声器设备中的麦克风来从声音收集信号生成噪声消除信号；以及声音信号输出处理单元，当用于所连接的扬声器设备的输出声音信号被生成时，该声音信号输出处理单元将主要声音信号与噪声消除信号合成并放大合成的信号，对主要声音信号执行用于声压限制的输出限制处理，并且对噪声消除信号不执行输出限制处理。例如，该声音信号输出设备还可以包括连接检测单元，该连接检测单元检测所连接的扬声器设备是否是使用麦克风来输出声音收集信号的支持噪声消除的扬声器设备。另外，该声音信号输出处理单元可以包括主要声音增益电路，该主要声音增益电路对主要声音信号执行增益处理；合成电路，该合成电路将主要声音增益电路的输出与噪声消除信号合成；以及加电电路，该加电电路对合成电路的输出执行输出增益处理。在此情况下，如果支持噪声消除的扬声器设备的连接被连接检测单元检测到，则声音信号输出处理单元使得主要声音增益电路执行输出限制处理并使得加电电路不执行输出限制处理，并且，如果除支持噪声消除的扬声器设备之外的扬声器设备的连接被连接检测单元检测到，则声音信号输出处理单元使得主要声音增益电路不执行输出限制处理并使得加电电路执行输出限制处理。可替代地，声音信号输出处理单元可以使用主要增益电路来执行输出限制处理， 而不论所连接的扬声器设备是否是支持噪声消除的扬声器设备。
根据本公开的另一实施例，提供一种扬声器设备，包括扬声器单元，该扬声器单元基于从所连接的声音信号输出设备供应的输出声音信号来输出声音；麦克风，该麦克风使用从所连接的声音信号输出设备供应的偏置电压来收集外来噪声；开关单元，该开关单元被安装在输出声音信号去往扬声器单元的供应路径上并且根据偏置电压被接通或关断； 以及灵敏度降低电阻元件，该灵敏度降低电阻元件和开关单元被并联连接在供应路径上。S卩，根据本公开的实施例，通过在声音信号输出设备侧对主要声音信号执行用于声压限制的输出限制处理并且对噪声消除信号不执行输出限制处理，在遵守声压限制的同时，噪声消除功能没有劣化。另外，在扬声器设备中也一样，有必要在不降低的情况下原样输出未被限制的噪声消除信号。因此，当支持噪声消除的声音信号输出设备被连接时，可以使得灵敏度较高， 并且在除此以外的情况下，使得灵敏度较低。在降低灵敏度的情况下，开关被关断，从而进入灵敏度降低电阻元件被插入输出声音信号的路径中的状态，即连同扬声器负载一起增大负载。在提高灵敏度的情况中，开关被接通。根据本公开的实施例，在该声音信号输出设备和支持声压限制的扬声器设备中， 通过对诸如音乐之类的主要声音信号执行输出限制，可以实现如下效果用户的听觉受损对策被适当执行并且噪声而被充分消除的效果。


图IA至图IC是图示出根据本公开的实施例的连接状态的示图，图2是图示出根据该实施例的音频播放器和耳机的框图。图3是图示出根据该实施例的麦克风偏置单元的示图。图4A和图4B是图示出根据该实施例的插头和典型插头的示图。图5是图示出其中根据该实施例的音频播放器与其它耳机连接的状态的框图。图6是图示出其中根据该实施例的耳机与其它音频播放器连接的状态的框图。图7A和图7B是图示出根据该实施例的音频播放器的类型I的增益限制的示图。图8A和图8B是图示出根据该实施例的音频播放器的类型II的增益限制的示图。图9A和图9B是图示出根据该实施例的输出声音信号的幅度的示图。图IOA和图IOB是图示出根据该实施例的耳机的开关配置的示图。图IlA和图IlB是图示出根据该实施例的耳机的开关配置的详细示例的示图。图12是图示出根据该实施例的耳机的开关配置的详细示例的示图。图13是图示出由类型I的音频播放器执行的处理的流程图。图14是图示出由类型II的音频播放器执行的处理的流程图。图15A和图15B是图示出当声压被限制时的噪声消除功能的降低的示图。
具体实施例方式下文中，将按照以下顺序来描述本公开的实施例。另外，音频播放器将作为根据本公开实施例的声音信号输出设备的被描述，并且耳机将作为根据本公开实施例的扬声器设备被描述。1.连接形式
2.音频播放器和耳机的配置3.与其它播放器和耳机的连接状态4.音频播放器(类型I和类型II)的操作概要5.耳机的开关配置示例6.音频播放器中的处理(类型I和类型II)7.修改例1.连接形式图IA至图IC示出根据该实施例的音频播放器和耳机的连接形式。图IA示出其中根据该实施例的音频播放器1和耳机2相互连接并被使用的情形。根据该实施例的音频播放器1根据声压限制将输出给耳机2的音频信号限制为预定电平。例如，使得其最大输出为xdBV。另外，根据该实施例的音频播放器1具有噪声消除功能，并将音频信号和噪声消除信号供应给耳机2。在根据该实施例的耳机2中，根据声压限制设置扬声器灵敏度。例如，最大灵敏度是ydBSPL/dBV。然而，虽然做了详细描述，但是耳机2具有其中灵敏度在最高状态和最低状态之间改变的配置，并且在被连接到音频播放器1的状态中被设置为最高灵敏度。如上所述，当最大灵敏度被视为ydBSPL/dBV时，其处于低灵敏度设置状态，并且，在高灵敏度状态中，输出声压被限制为在扬声器的性能以下。另外，耳机2设有麦克风，麦克风收集用于消除噪声的外来噪声。耳机2的插头21是五极插头。音频播放器1的插孔部件(未示出)包括五极端子以便与之对应。例如，根据该实施例的音频播放器1和耳机2可以一起出售。另一方面，图IB示出其中不对应于该实施例的另一耳机2X(下文中称为“其它耳机2X”)与根据该实施例的音频播放器1连接的情形。其它耳机2X未设有用于消除噪声的麦克风。另外，其它耳机2X的插头21X是由通常使用的三极插头形成的，但是可以连接到根据该实施例的音频播放器1。在其它耳机2X中也设置了针对声压限制的灵敏度(例如，最大灵敏度是ydBSPL/ dBV)；然而，不支持声压限制的相关技术中的耳机可以是其它耳机2X。至少音频播放器1侧执行由声压限制引起的输出限制，从而声音时根据声压限制来输出的。图IC示出其中根据该实施例的耳机2与不对应于该实施例的另一音频播放器 1X(下文中称为“其它播放器IX”)连接的情形。其它播放器IX是不具有噪声消除功能的音频播放器。耳机2是上述五极插头但是可以与其它播放器IX的插孔部件连接。另外，耳机2在与其它播放器IX连接的状态中，被设置成低灵敏度，即，具有按照声压限制的设置。在其它播放器IX中也设置类针对声压限制的输出限制(例如，最大输出是xdBV)； 然而，不支持声压限制的相关技术中的音频播放器可以是其它播放器IX。至少耳机2侧具有依照声压限制的灵敏度设置，从而声音是根据声压限制输出的。
可以预见用户侧以这些连接形式使用根据该实施例的音频播放器1或耳机2。在其中播放器输出限制和扬声器灵敏度设置是根据声压限制来执行的情况中，以上已经描述了噪声消除功能不会充分起作用。这里，在图IA至图IC示出的各个形式中，图IB和图IC中的形式不会造成噪声消除功能的问题。这是因为其它播放器IX和其它耳机2X原本不具有噪声消除功能。在图IB中所示的连接形式中，音频播放器1优选根据声压限制来执行输出限制。另外，在图IC中示出的连接形式中，耳机2优选具有按照声压限制的扬声器灵敏
度设置。然而，在图IA中示出的连接形式中，噪声消除功能在此状态中不能充分起作用。这是因为虽然噪声消除信号被叠加于音频信号上，但是噪声消除信号的输出还是受限的并且扬声器灵敏度被降低，这减小了由噪声消除信号引起的相位相反的声音，从而在音频播放器1中不可以获得用于充分抵消外来噪声的输出。在具有这里所描述的噪声消除功能的音频播放器系统中，当在再现音乐的同时执行噪声消除时，耳朵处的音乐再现声压只有必要被抑制为在用于防止听觉受损的声压限制 (包括自主限制)以下的限制。然而，由相应系统同时再现的、与相位相反的噪声分量对应的噪声消除信号的声压因此抵消耳朵处的噪声，从而本身与声压限制没有关系。特别地，在大的噪声下除非以同样大的声压再现同样的相位相反的信号分量，否则噪声消除性能就会劣化，而这不是优选的。因此，该实施例采用如下配置。根据该实施例的音频播放器1执行主要声音信号(例如，音乐等的再现信号)和噪声消除信号的合成以及信号放大，并且生成输出给所连接的扬声器设备的声音信号。此时，主要声音信号经历针对声压限制的输出限制处理而噪声消除信号不经历该输出限制处理。另外，在根据该实施例的耳机2中，灵敏度降低电阻元件被布置在输出声音信号从音频播放器1 (或其它播放器IX)到扬声器部件的供应路径上。这降低了扬声器灵敏度以便遵守声压限制。然而，在其中音频播放器1被连接的情况中，与灵敏度降低电阻元件并联安装的开关单元被接通以便使灵敏度降低电阻元件无效，从而提高扬声器灵敏度。即，在音频播放器1侧其输出未被限制的噪声消除信号是也在耳机2侧的扬声器性能的最大输出声压(即，未被限制的最大输出声压)之内输出的。以这种方式，遵守了用于防止听觉受损的音乐再现声压限制，并且显示了噪声消除性能，从而向用户提供了能够舒适地收听音乐等的收听环境。2.音频播放器和耳机的配置将参考图2来描述根据该实施例的音频播放器1和耳机2的配置示例。图2示出其中如图IA中所示音频播放器1与耳机2连接并且被使用的状态中的每个构成元件。另外，下文中在一些情形下将“噪声消除”简称为“NC”。另外，由音频播放器1和耳机2形成的播放器系统将作为具有L声道和R声道的双声道立体声系统来描述。另外，虽然与NC功能相关地描述了采用前馈方案的示例，但是可以执行反馈方案的NC处理。耳机2包括扬声器22L和22R、麦克风23L和23R、开关部件24L和MR以及灵敏度降低电阻器25L和25R以便与L声道和R声道相对应。另外，虽然已经描述了耳机2的插头21是五极插头并且音频播放器1的插孔(未示出)对应于图IA中的五极插头，但是图2仅将连接端子部分示作插头/插孔3。作为五极端子，设置了 L声道端子HP_L、R声道端子HP-R、接地端子GND、麦克风端子MIC-L以及麦克风端子MIC-R。扬声器22L连接在L声道端子HP-L与接地端子GND之间。开关部件24L和灵敏度降低电阻器25L相互并联地连接在L声道端子HP-L与扬声器22L之间的L声道输出声音信号路径上。 扬声器22R连接在R声道端子HP-R与接地端子GND之间。开关部件24R和灵敏度降低电阻器25R被相互并联地连接在R声道端子HP-R与扬声器22R之间的R声道输出声音信号路径上。仅作为示例，扬声器22L和扬声器22R具有16 Ω的扬声器负载并且灵敏度降低电阻器25L和灵敏度降低电阻器25R具有16 Ω。麦克风23L和23R被安装在耳机2中的预定位置处以便收集外来噪声。例如，麦克风被朝向耳机2的外壳安装并且收集外来噪声。作为麦克风23L和23R，例如，使用驻极体电容麦克风。麦克风23L连接在麦克风端子MIC-L与接地端子GND之间。麦克风23R连接在麦克风端子MIC-R与接地端子GND之间。麦克风端子MIC-L的电压被用来控制开关部件ML的接通和关断。以类似方式， 麦克风端子MIC-R的电压被用来控制开关部件MR的接通和关断。音频播放器1包括控制单元31、存储单元32、解码器33、声音信号输出处理单元 50、麦克风偏置单元38、NC信号生成单元39和连接检测单元40。控制单元31由例如微计算机构成，根据程序和来自操作单元(未示出)的用户操作来控制各个部件，并且执行再现声音信号输出等。存储单元32是存储诸如音乐内容之类的音频数据的部件。存储单元32由非易失性存储器、HDD (硬盘驱动器)等构成，存储音乐等，并且可以读取内容。另外，存储单元32可以被配置为针对诸如存储音乐内容的存储卡或光盘之类的介质的再现单元。存储单元32将音乐内容数据等例如作为压缩数据进行存储，并且响应于来自控制单元31的控制信号CT8读出指定的音乐内容。从存储单元32读出的音乐内容数据被供应给解码器33。解码器33响应于来自控制单元31的控制信号CT6来执行必要的解码处理。例如，解码器33针对压缩数据执行解压缩解码。解码器33执行必要的解码处理，并且例如将音频信号(主要声音信号)作为L声道和R声道的每个声道的线性PCM数据而输出。声音信号输出处理单元50针对从解码器33输出的针对L声道和R声道的每一个的音频信号执行处理以便输出给耳机2。声音信号输出处理单元50包括均衡器34、音频增益部件35、合成部件36和DAC 和放大器部件37。
均衡器34执行诸如幅频特性校正、相频特性校正或这两者之类的声音质量校正。均衡器34中的校正处理是基于来自控制单元31的控制信号CTl来执行的。例如， 频率特性等的指令时基于控制信号SG3CT1来执行的。音频增益部件35放大音频信号。给定增益是使用来自控制单元31的控制信号 CT2来指示的。在此示例中，音频增益部件35可以将增益的值设置为依照声压限制的限制值。合成部件36将L声道和R声道的NC信号与L声道和R声道的音频信号合成(相加)。合成部件36基于来自控制单元31的控制信号CT3来执行合成处理。当噪声消除功能被执行时，控制单元31指示合成部件36执行合成处理。另外，在用户使得噪声消除功能进入关闭状态时，控制单元31指示合成部件36不执行合成处理。DAC和放大器部件37对从合成部件36输出的L声道和R声道的音频信号(合成信号)的执行D/A转换处理和放大以用于输出，并且获得输出声音信号。DAC和放大器部件37中的处理基于来自控制单元31的控制信号CT4被执行。在此示例中，在一些情况下，DAC和放大器部件37可以将放大处理的增益值设置成依照声压限制的限制值。从DAC和放大器部件37的DAC输出的L声道的输出声音信号(音频信号和NC信号)经由插头/插孔3的L声道端子HP-L被供应给扬声器22L，并且作为声音被输出。从DAC和放大器部件37输出的R声道的输出声音信号(音频信号和NC信号)经由插头/插孔3的R声道端子HP-R被供应给扬声器22R，并且作为声音被输出。另外，DAC和放大器部件37可以在D/A转换之后执行模拟放大处理，或者执行数字放大处理。麦克风偏置单元38响应于来自控制单元31的控制信号CT5来对麦克风端子 MIC-L和MIC-R施加麦克风偏置电压。即，偏置电压被施加于连接的耳机2的麦克风23L和 23R。麦克风偏置单元38例如经由开关SW和电阻器Rb对麦克风23 Q3L和23R)施加偏置电压Vb，如图3中所示。S卩，开关SW响应于来自控制单元31的控制信号CT5被接通， 从而偏置电压被施加。例如，作为驻极体电容麦克风的麦克风23 (23L和23R)在偏置电压被施加时执行声音收集操作，并且其声音收集信号在偏置线路处出现。 由麦克风23L和23R获得的声音收集信号被供应给NC信号生成单元39。即，偏置线路处的偏置电压部分被用于DC截止的电容器CbL和CbR截止，从而声音收集信号分量， 即外来噪声信号，被供应给NC信号生成单元39。NC信号生成单元39根据由麦克风23L和23R获得的声音收集信号来生成NC信号。例如，NC信号生成单元39对每个声道的声音收集信号执行A/D转换，并且通过针对每个声道的数字声音收集信号的数字滤波器处理而生成具有用于抵消外来噪声的相反相位的波形的NC信号。所生成的每个声道的NC信号被供应给合成部件36，并且被如上所述与每个声道的音频信号相合成。连接检测单元40监视麦克风端子MIC-L和MIC-R的电压从而判断连接的耳机是
11耳机2还是其它耳机2X。如以下所述，如果其它耳机2X被连接，则麦克风端子MIC-L和 MIC-R与接地端子GND短路，从而可以通过对麦克风端子MIC-L和MIC-R的电压监视来确定连接的耳机。连接检测单元40向控制单元31通知连接的耳机是耳机2还是其它耳机2X的检测结果。这里，将参考图4A来描述耳机2的插头21。另外，图4B示出在其它耳机2X中使用的一般插头21X。根据该实施例的耳机2的插头21具有如图4A中所示的五极端子配置，从而，如图 2中所示，L声道端子HP-L、R声道端子HP-R、接地端子GND和麦克风端子MIC-L和MIC-R 被形成。音频播放器1的插孔部件设有与五极端子对应的端子，从而由图2中的插头/插孔3指示的连接状态被形成。这里，插头21与插头21X具有相同的整体形状，从而插头21可以连接到具有三极端子配置的其它播放器IX。另外，相反地，典型的插头21X可以连接至根据该实施例的音频播放器1的插孔部件。插头21中的麦克风端子MIC-L和MIC-R被形成在插头21X中与接地端子GND对应的位置处。因此，如果插头21被连接至其它播放器IX，则麦克风端子MIC-L和MIC-R和接地端子GND与其它播放器IX的插孔的接地端子接触。即，当耳机2被连接至其它播放器IX 时，耳机2的麦克风端子MIC-L和MIC-R与接地端子短路。另外，另一方面，如果具有典型插头21X的其它耳机2X被连接至音频播放器1时， 作为音频播放器1的插孔侧的端子的麦克风端子MIC-L和MIC-R和接地端子GND与插头 2IX的接地端子GND接触。即，当其它耳机2X被连接至音频播放器1时，音频播放器1的插孔的麦克风端子MIC-L和MIC-R与接地端子短路。3.其它播放器和耳机的连接状态图5示出其它耳机2X被连接至根据该实施例的音频播放器1的状态。即，图5示出图IB中描述的使用形式的情况。其它耳机2X包括扬声器22LX和22RX以便对应于L声道和R声道。扬声器22LX连接在L声道端子HP-L与接地端子GND之间。扬声器22RX连接在R声道端子HP-R与接地端子GND之间。其它耳机2X的扬声器22LX和22RX具有低灵敏度(例如，32 Ω的扬声器)。另外，其它耳机2Χ的插头21Χ是上述三极插头。因此，设置在音频播放器1侧的插孔上的麦克风端子MIC-L和MIC-R与作为图5中的插头/插孔3的连接端子部分中的接地端子GND短路。在此情况下，其它耳机2Χ不具有NC功能。因此，音频播放器1侧不执行对其它耳机2Χ给与麦克风偏置电压或者通过输入外来噪声的声音收集信号来生成NC信号的处理， 并且麦克风端子MIC-L和MIC-R不被使用。如稍后所述，在音频播放器1侧，当麦克风端子MIC-L和MIC-R具有地电势时，连
12接检测单元40检测到其它耳机2X的连接。控制单元31控制麦克风偏置电压使之不会响应于其被供应，并且控制NC信号使之不被生成。声音信号输出处理单元50限制用于音频信号的增益以便遵守声压限制。另外，扬声器22LX和22RX具有低灵敏度，从而遵守声压限制。因此，即使用户以图5中所示的连接状态使用音频播放器1和其它耳机2X，也不会输出过大的声音。另一方面，图6示出其中根据该实施例的耳机2连接至其它播放器IX的状态。即， 图6示出图IC中描述的使用形式的情况。其它播放器IX使用解码器133对从存储单元132读出的音乐内容数据进行解码。 另外，L声道和R声道的已解码音频信号由均衡器134、音频增益部件135和DAC和放大器部件137处理。L声道和R声道的音频信号从L声道端子HP-L和R声道端子HP-R被供应给耳机2。控制单元131控制以便执行上述操作。其它播放器IX不具有NC功能，因此，耳机2侧的麦克风23L和23R不被使用。自然，噪声消除操作不被执行。用于音频信号的增益例如在DAC和放大器部件137的放大级别处被限制以便遵守声压限制。另外，如稍后所述，耳机2的开关部件24L和24R被关断。扬声器22L和22R具有高灵敏度(例如，16Ω)；然而，开关部件ML和MR被关断， 从而L声道和R声道的音频信号经由灵敏度降低电阻器25L和25R(例如，16 Ω )被供应给扬声器22L和22R。因此，当从其它播放器IX来看时，扬声器阻抗对应于32 Ω，并且等同于按照声压限制具有低灵敏度的扬声器。因此，即使用户以图6中所示的连接状态来使用其它播放器IX和耳机2，也不会输出过大的声音。4.音频播放器的操作概要(类型I和II)如图5和图6中所示，在其中根据该实施例的音频播放器1和耳机2被连接至其它耳机2Χ或其它播放器IX并被使用时，噪声消除操作一开始不是原来那样被执行，因此即使声压限制被执行，也不会产生噪声消除功能被劣化的问题。然而，在使用具有噪声消除功能的耳机和音频播放器的组合的情况下，已经描述了噪声消除功能由于声压限制被劣化。因此，即使被连接至任意耳机，根据该实施例的音频播放器1都支持声压限制，并且使得当被连接至根据该实施例的耳机2时NC功能能够被适当地表现。将描述音频播放器1的两个操作示例来作为类型I和II。图7Α和图7Β示意性地示出作为类型I的操作。图7Α示出其中音频播放器1被连接至其它耳机2Χ的情况。如参考图5所述，NC 信号生成单元39没有生成噪声消除信号SNC。音频信号SA被音频增益部件35放大，在合成部件36中没有经历与噪声消除信号SNC的合成，并且被DAC和放大器部件37放大以便被供应给其它耳机2Χ的扬声器22X(22LX和22RX)。在此情况中，在音频播放器1侧，在音频增益部件35中未特别执行增益限制，并且在DAC和放大器部件37中的放大处理时增益限制被执行。从而，如图9所示的幅度被限制在限制最大输出值内的音频信号SA-r被供应给其它耳机2X。另外，扬声器22X还是具有低灵敏度。因此，不会输出过大音量。图7B示出其中音频播放器1被连接至耳机2的情况。S卩，图7B示出图2中示出的状态。在此情况中，噪声消除信号SNC被从NC信号生成单元39输出并被供应给合成部件36。音频信号SA被音频增益部件35放大，在合成部件36中被与噪声消除信号SNC合成，并被DAC和放大器部件37放大。随后，已放大的信号被供应给耳机2的扬声器22 (22L 和 22R)。在此情况下，音频播放器1侧使用音频增益部件35来限制增益。另一方面，在DAC 和放大器部件37的放大处理时，增益不被限制。从而，如图9B中所示，幅度被限制在限制最大输出值内的音频信号SA-r和幅度在允许播放器输出范围内不受限制的噪声消除信号SNC被供应给耳机2。如稍后所述，扬声器 22处于高灵敏度状态。因此，音频信号没有以过大声压被输出，但是噪声消除信号SNC可以以超过限制的声压输出。结果，噪声消除信号SNC恰当地抵消了噪声，从而恰当地实现了 NC效果。当然，即使噪声消除信号SNC以超过限制的声压被输出，噪声消除信号SNC也能抵消空间中的外来噪声，因此过大声压不会被施加于用户的听觉。另外，对于如下情况也同样如此即使根据该实施例的耳机2未被连接，但是具有用于消除噪声的麦克风23的耳机2M被连接。接着，将参考图8A和图8B来描述作为类型II的操作。图8A示出音频播放器1被连接至其它耳机2X的情况。在此情况下，NC信号生成单元39不生成噪声消除信号SNC。音频信号SA被音频增益部件35放大，在合成部件36中不经历与噪声消除信号SNC的合成，并且被DAC和放大器部件37放大以便被供应给其它耳机2X的扬声器22X(22LX和22RX)。在类型II中，音频播放器1侧使用音频增益部件35正常地限制增益。DAC和放大器部件37在放大处理时不限制增益。从而，如图9中所示的幅度被限制在限制最大输出值的音频信号SA-r被供应给其它耳机2X。另外，扬声器22X也具有低灵敏度。从而，不会输出过大音量。图8B示出音频播放器1被连接至耳机2的情况。S卩，图8B示出图2中示出的状态。在此情况下，噪声消除信号SNC被从NC信号生成单元39输出并被供应给合成部件36。音频信号SA被音频增益部件35放大但是可以经历增益限制。随后，音频信号SA 在合成部件36中被与噪声消除信号SNC合成，在DAC和放大器部件37中被放大，并被供应给耳机2的扬声器22 (22L和22R)。从而，如图9B中所示，幅度被限制的音频信号SA-r和幅度未被限制的噪声消除信号SNC被供应给耳机2。扬声器22处于高灵敏度状态。因此，音频信号不会以过大声压被输出，但是噪声消除信号SNC可以以超过限制的声压被输出。换而言之，以与类型I类似的方式，恰当地实现了 NC效果。
5.耳机的开关配置示例接着，将描述根据该实施例的耳机2侧的操作。根据该实施例的耳机2当被连接至不具有噪声消除功能的其它播放器IX时用作支持声压限制的扬声器，并且当被连接至根据该实施例的音频播放器1时使得NC功能被恰当地表现。如参考图2所述，在耳机2中，开关部件24L和24R和灵敏度降低电阻器25L和 25R被相互并联连接在到扬声器22L和22R的音频信号路径上。将参考图IOA和图IOB来描述的开关部件24L和MR的操作。另外，图IOA和图 IOB仅示出L声道侧。R声道侧也具有类似的配置。图IOA示出其中耳机2被连接至其它播放器IX的状态。S卩，图IOA示出图6中示出的状态。此时，插头21的麦克风端子MIC-L不被施加偏置电压并且与接地端子GND短路。 从而，开关部件24L被关断。因此，例如16Ω的灵敏度降低电阻器25L与在此情况下用作负载32 Ω的扬声器设备(低灵敏度)的扬声器22L串联连接。从而，声压限制被恰当地执行。图IOB示出其中耳机2被连接至音频播放器1的状态。即，图IOB示出图2中示出的状态。此时，麦克风端子MIC-L被施加来自音频播放器1的麦克风偏置单元38的偏置电压。从而，开关部件24L被接通。因此，在其情况下，灵敏度降低电阻器25L被旁路，并且扬声器22L用作仅具有 16 Ω .负载的高灵敏度的扬声器设备。在音频播放器1侧，如参考图7Α和图7Β或图8Α和图8Β所述，对音频信号给与增益限制，并且即使在高灵敏度扬声器的情况中，也不会输出与音频信号有关的超过声压限制的声压。另一方面，噪声消除信号SNC的幅度不被限制，并且与幅度被限制的噪声消除信号SNC对应的灵敏度被设置在扬声器22L中。因此，使用噪声消除信号SNC的声音输出可以获得足够抵消外来噪声的输出声压。从而，声压限制被遵守，并且噪声消除功能被恰当地执行。如上所述，在根据该实施例的耳机2中，外在的扬声器负载在根据该实施例的音频播放器1被连接的情况中和在其它播放器IX被连接的情况中是不同的。在图IlAUlB和图12中这对这样的操作示出了开关部件24L和24R详细示例。将仅使用L声道侧来进行描述，并且对于R声道侧也是如此。如图IlA中所述，N沟道MOS-FET (场效应晶体管)被用作开关部件ML。作为开关部件24L的FET的栅极被连接至插头21的麦克风端子MIC-L。另外，FET 的源极和漏极被连接在L声道端子HP-L与扬声器22L之间。因此，当被连接至其它播放器IX时，FET的栅极电压变为低电平(地电平)，并且当被连接至音频播放器1时，FET的栅极电压变为高电平(偏置电压电平)，因此，FET如图 IOA和图IOB中所示被接通和被关断。利用该机制，耳机2在被连接至其它播放器IX时可被用作具有低灵敏度(阻抗值 32 Ω )的扬声器设备，并且当被连接至音频播放器1时被用作具有高灵敏度(阻抗值16 Ω ) 的扬声器设备。
图IlB示出开关部件24L的修改例。这是这样的示例，其中，考虑到MOS-FET的寄生二极管(体二极管)组件的存在，在与寄生二极管相反的方向上添加二极管D1。如果如上述图1IA中所示仅使用FET来配置开关部件ML，则在音频信号和噪声消除信号的输出电压过大的情况下，电流流经FET的寄生二极管Db，结果，寄生二极管Db的漏电流以及流经被并联布置的电阻器25L的电流可能使扬声器22L发声。此时，电流仅前向流经寄生二极管Db，因此，在扬声器22L端会获得具有单侧失真的波形。这引起奇数次应变(strain)，这在声音质量方面不是优选的。二极管Dl被连接以便消除此并给出偶数次应变，如图IlB中所示。然而，这限于其中扬声器22L的输入信号过大的情况，因此，即使在大多数情况下如图IlA中所示仅使用FET，也不会有问题。作为另一示例，为了完全去除由MOS-FET引起的漏电流，开关部件24L可以具有图 12中所示的配置。即，开关部件ML由相互串联连接的两个FET 24L-1和ML-2形成。FET 24L-1和ML-2各自的栅极被连接至麦克风端子MIC-L。FET 24L-1的源极被连接至L声道端子HP-L，并且其漏极被连接至FET 24L-2的漏极。FET 24L-2的源极被连接至扬声器22L。从而，寄生二极管Dbl和ΙΛ2的电流方向被使得彼此相反。 利用该配置，可以去除漏电流的影响。如上，虽然已经描述了使用FET的示例作为开关部件24L和24R的详细示例，但是本公开不限于此。例如，开关部件24L和24R也可以使用例如一般的模拟开关(传输门电路)或继电器电路来实现。当耳机2仅由无源电路构成时，开关部件优选根据来自麦克风端子MIC-L和MIC-R的偏置电压的有无被接通和关断。6.音频播放器中的处理(类型I和II)上述根据该实施例的音频播放器1和耳机2的操作由控制单元31在音频播放器1 中执行图13中所示的处理(类型I的情况)或图14中示出的处理(类型II的情况)来实现。首先，将参考图13来描述在参考图7A和图7B描述的类型I的情况中由控制单元 31执行的处理。在步骤FlOl中，控制单元31检测插头的插入。即，来自连接检测单元40的检测
信息被检查。连接检测单元40如上所述检测麦克风端子MIC-L和MIC-R的端子电压，从而检测出耳机是否被连接，以及连接的耳机是根据该实施例的耳机2还是其它耳机2X。如果插头连接被检测到，则控制单元31在步骤F102中根据连接的耳机来划分处理。即，如果具有NC功能的耳机2被连接，则控制单元31执行步骤F103中的处理，并且如果不具有NC功能的其它耳机2X被连接，则执行步骤F107中的处理。如果其它耳机2X被连接，则控制单元31在步骤F107中执行麦克风偏置关闭设置和NC不执行指令。即，控制单元31使用控制信号CT5来指示麦克风偏置单元38不要施加偏置电压，并且使用控制信号CT7指示NC信号生成单元39不要执行NC信号的合成。另外， 控制单元31使用控制信号CT3来指示合成部件36不要执行NC信号的合成。在步骤F108中，控制单元31使用用于DAC和放大器部件37的控制信号CT4来指
16示按照声压限制的限制增益作为放大级的增益。此外，在步骤F109中，控制单元31使用控制信号CTl和CT2来控制均衡器34和音频增益部件35使之按照其它耳机2X被设置。例如，针对扬声器负载32 Ω的频率特性和增益设置被指示。另外，音频增益部件35中的增益限制不被执行。通过步骤F107至109中的控制，音乐等以参考图7Α描述的状态被再现并被输出。另一方面，如果耳机2被连接，则首先，控制单元31在步骤F103中检查NC功能是否处于开启状态。例如，NC功能的开启和关闭状态通过例如用户操作而被选择。如果NC功能处于关闭状态，则与其中其它耳机2Χ被连接的情况中相同的处理是优选的，因此，步骤 F107至F109中的处理被执行。如果NC功能处于开启状态，则控制单元31在步骤F104中执行麦克风偏置供应控制和NC执行指令。S卩，控制单元31使用控制信号CT5来指示麦克风偏置单元38施加偏置电压，并使用控制信号CT7指示NC信号生成单元39开始生成NC信号。另外，控制单元31使用控制信号CT3指示合成部件36执行NC信号的合成。当偏置电压开始被施加于麦克风端子MIC-L和MIC-R时，开关部件ML和MR在耳机2中被接通，因此耳机2用作高灵敏度扬声器。在步骤F105中，控制单元31使用用于DAC和放大器部件37的控制信号CT4来指示正常增益而不是限制增益来作为放大级的增益。此外，在步骤F106中，控制单元31使用控制信号CTl和CT2来控制均衡器34和音频增益部件35使之按照耳机2被设置。例如用于扬声器负载16 Ω的频率特性和增益设置被指示。另外，控制单元31指示音频增益部件35限制增益。即，指令被执行以使得按照声压限制的限制增益被给与音频信号。通过步骤F104至F106中的控制，音乐等被再现并被输出，并且噪声消除造成在参考图7Β描述的状态中被执行。接着，将参考图14来描述在参考图8Α和图8Β描述的类型II的情况中由控制单元31执行的处理。在步骤F201中，控制单元31检测插头的插入。即，来自连接检测单元40的检测
信息被检查。如果插头连接被检测到，则控制单元31在步骤F202中根据连接的耳机来划分处理。即，如果具有NC功能的耳机2被连接，则控制单元31执行步骤F203中的处理，并且如果不具有NC功能的其它耳机2Χ被连接在，则执行步骤F206中的处理。如果其它耳机2Χ被连接，则控制单元31在步骤F206中执行麦克风偏置关闭设置和NC不执行指令。即，控制单元31使用控制信号CT5指示麦克风偏置单元38不要施加偏置电压，并且使用控制信号CT7来指示NC信号生成单元39不要生成NC信号。另外，控制单元31使用控制信号CT3来指示合成部件36不要执行NC信号的合成。在步骤F207中，控制单元31使用控制信号CTl和CT2来控制均衡器34和音频增益部件35使之按照其它耳机2Χ被设置。例如，用于扬声器负载32 Ω的频率特性和增益设置被指示。通过步骤F206和F207中的控制，音乐等在参考图8Α描述的状态中被再现并被输出ο另一方面，如果耳机2被连接，则首先，控制单元31在步骤F203中检查NC功能是否处于开启状态。如果NC功能处于关闭状态，则与其中其它耳机2X被连接的情况中相同的处理是优选的，因此，步骤F206和F207中的处理被执行。如果NC功能处于开启状态，则控制单元31在步骤F204中执行麦克风偏置供应控制和NC执行指令。S卩，控制单元31使用控制信号CT5来指示麦克风偏置单元38施加偏置电压，并使用控制信号CT7指示NC信号生成单元39开始生成NC信号。另外，控制单元31使用控制信号CT3指示合成部件36执行NC信号的合成。当偏置电压开始被施加于麦克风端子MIC-L和MIC-R时，开关部件ML和MR在耳机2中被接通，因此耳机2用作高灵敏度扬声器。此外，在步骤F205中，控制单元31使用控制信号CTl和CT2来控制均衡器34和音频增益部件35来具有按照耳机2的设置。例如，用于扬声器负载16Ω的频率特性和增益设置被指示。 通过步骤F204和F205中的控制，音乐等被再现和输出，并且噪声消除操作以参考图8B描述的状态被执行。另外，在类型II的情况中，根据声压限制的增益限制通常由音频增益部件35执行。另外，在DAC和放大器部件37的放大级，持续增益限制不被执行。为此，从按照连接的耳机的增益限制控制的意义上而言的控制是不必要的。以上已经描述了类型I和类型II中每一种的处理示例。音频播放器1侧基于控制执行操作，并且被供应该用户的听觉的这样被再现的声音以遵守声压限制的声压被输出， 即使耳机2和其它耳机2X中的任一者被连接都如此。另外，在耳机2被连接并且NC功能进入开启状态的情况中，NC信号的增益被限制， 从而实现恰当的噪声消除效果。另外，在类型I的情况中，其优势在于，当其它耳机2X被连接时，放大器噪声被减小。通常，从放大器生成的电噪声取决于放大器本身的增益的大小。因此，当其它耳机2X 被连接时在放大级处执行增益限制的类型I可以减小放大器噪声。另一方面，在类型II的情况中，通常由音频增益部件35执行按照声压限制的增益限制，并且在放大处理中不执行声压限制。为此，其优势在于按照耳机的变化控制不是必要的并且处理负荷较小。7.修改例虽然以上已经描述了实施例，但是声音输出设备(音频播放器1)和扬声器设备 (耳机幻可以具有不同的修改例。首先，在音频播放器1中，针对每种耳机类型的连接检测可以使用除了检测麦克风端子MIC-L和MIC-R的端子电压之外的其它方法。例如，根据插头形式可以是机械检测或光学检测。另外，音频播放器1和耳机2的插孔和插头不限于五极端子。例如，六极或更多极的端子可以被配置。然而，可被连接至典型的三极插头和插孔的形状是优选的，并且优选地，在被连接至其它播放器IX和其它耳机2X时，麦克风端子被连接到地，或者不被连接到至少任何端子。另外，音频播放器1可以是单轨型播放器。另外，耳机2可以是所谓的入耳式也可以是头戴式。另外，虽然在实施例中已经关于NC功能描述了前馈方案的示例，但是可以使用反馈方案。在上述反馈方案的情况中，外来噪声由麦克风23L和23R收集；然而，在反馈方案中，例如，麦克风被布置在头戴式耳机外壳中。在扬声器输出声音和噪声声音被收集之后， 通过提取噪声声音分量并反转其相位获得的NC信号被添加到音频信号。此时，使得NC信号的幅度被限制，从而实现与前馈方案的情况中相同的效果。另外，NC信号生成单元39可以通过数字滤波或模拟滤波来生成NC信号。另外，已经通过音频播放器1例示了根据本公开的实施例的声音信号输出设备； 然而，声音信号输出设备可以是其内不具有声源部件并且接收和输出例如从外部声源的发送的声音信号的接收设备或无线电调谐器。本申请包含与2010年12月24日于日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2010-286962中所公开的主题有关的主题，该申请的全部内容通过引用结合于此。本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在所附权利要求及其等同物的范围内即可。
权利要求
1.一种声音信号输出设备，包括噪声消除信号生成单元，所述噪声消除信号生成单元从使用设置在所连接的扬声器设备中的麦克风收集的声音收集信号来生成噪声消除信号；以及声音信号输出处理单元，当用于所连接的扬声器设备的输出声音信号被生成时，所述声音信号输出处理单元将主要声音信号与所述噪声消除信号合成并放大合成的信号，对所述主要声音信号执行用于声压限制的输出限制处理，并且对所述噪声消除信号不执行所述输出限制处理。
2.根据权利要求1所述的声音信号输出设备，还包括连接检测单元，所述连接检测单元检测所连接的扬声器设备是否是输出使用所述麦克风收集的声音收集信号的支持噪声消除的扬声器设备，其中，所述声音信号输出处理单元包括主要声音增益电路，所述主要声音增益电路对所述主要声音信号执行增益处理；合成电路，所述合成电路将来自所述主要声音增益电路的输出与所述噪声消除信号合成；以及加电电路，所述加电电路对来自所述合成电路的输出执行输出增益处理，并且其中，如果所述支持噪声消除的扬声器设备的连接被所述连接检测单元检测到，则所述声音信号输出处理单元使得所述主要声音增益电路执行所述输出限制处理并使得所述加电电路不执行所述输出限制处理，并且，如果除所述支持噪声消除的扬声器设备之外的扬声器设备的连接被所述连接检测单元检测到，则所述声音信号输出处理单元使得所述主要声音增益电路不执行所述输出限制处理并使得所述加电电路执行所述输出限制处理。
3.根据权利要求2所述的声音信号输出设备，还包括麦克风偏置单元，如果所述支持噪声消除的扬声器设备的连接被所述连接检测单元检测到，则所述麦克风偏置单元向所述支持噪声消除的扬声器设备供应用于驱动所述麦克风的偏置电压。
4.根据权利要求3所述的声音信号输出设备，还至少包括用于所述输出声音信号的端子、用于所述偏置电压的端子和接地端子，作为与所连接的扬声器设备的连接端子结构，其中，当所述支持噪声消除的扬声器设备被连接时，所述麦克风偏置单元从用于所述偏置电压的端子供应所述偏置电压，并且所述噪声消除信号生成单元基于从用于所述偏置电压的端子获得的声音收集信号分量来生成所述噪声消除信号。
5.根据权利要求4所述的声音信号输出设备，其中，当除所述支持噪声消除的扬声器设备之外的扬声器设备被连接时，用于所述偏置电压的端子与所述接地端子短路。
6.根据权利要求1所述的声音信号输出设备，其中，所述声音信号输出处理单元包括主要声音增益电路，所述主要声音增益电路对所述主要声音信号执行增益处理；合成电路，所述合成电路将来自所述主要声音增益电路的输出与所述噪声消除信号合成；以及加电电路，所述加电电路对来自所述合成电路的输出执行输出增益处理，并且其中，所述声音信号输出处理单元使用所述主要声音增益电路来执行所述输出限制处理。
7.根据权利要求6所述的声音信号输出设备，还包括连接检测单元，所述连接检测单元检测所连接的扬声器设备是否是输出使用所述麦克风收集的声音收集信号的支持噪声消除的扬声器设备；以及麦克风偏置单元，如果所述支持噪声消除的扬声器设备的连接被所述连接检测单元检测到，则所述麦克风偏置单元向所述支持噪声消除的扬声器设备供应用于驱动所述麦克风的偏置电压。
8.—种扬声器设备，包括扬声器单元，所述扬声器单元基于从所连接的声音信号输出设备供应的输出声音信号来输出声音；麦克风，所述麦克风使用从所连接的声音信号输出设备供应的偏置电压来收集传入噪声；开关单元，所述开关单元被安装在所述输出声音信号去往所述扬声器单元的供应路径上并且根据所述偏置电压被接通或关断；以及灵敏度降低电阻元件，所述灵敏度降低电阻元件和所述开关单元被并联连接在所述供应路径上。
9.根据权利要求8所述的扬声器设备，其中，所述开关单元是使用根据所述偏置电压被接通或关断的晶体管元件形成的。
10.根据权利要求9所述的扬声器设备，其中，在所述开关单元中，与所述晶体管元件的寄生二极管分量的电流方向相反方向的二极管与所述晶体管元件并联连接。
11.根据权利要求9所述的扬声器设备，其中，在所述开关单元中，作为所述晶体管元件的两个FET在寄生二极管的漏电流方向彼此相反的状态下相互串联连接。
12.根据权利要求8所述的扬声器设备，还至少包括用于所述输出声音信号的端子、用于所述偏置电压的端子和接地端子，作为与所连接的声音信号输出设备的连接端子结构。
13.一种声音输出系统，包括 声音信号输出设备；以及扬声器设备，所述扬声器设备被连接至所述声音信号输出设备， 其中所述声音信号输出设备包括噪声消除信号生成单元，所述噪声消除信号生成单元从使用设置在所述扬声器设备中的麦克风收集的声音收集信号来生成噪声消除信号；以及声音信号输出处理单元，当用于所述所连接的扬声器设备的输出声音信号被生成时， 所述声音信号输出处理单元将主要声音信号与所述噪声消除信号合成并放大合成的信号， 对所述主要声音信号执行用于声压限制的输出限制处理，并且对所述噪声消除信号不执行所述输出限制处理，并且其中，所述扬声器设备包括扬声器单元，所述扬声器单元基于从所述声音信号输出设备供应的输出声音信号来输出声音；所述麦克风，其使用从所述声音信号输出设备供应的偏置电压来收集传入噪声； 开关单元，所述开关单元被安装在所述输出声音信号去往所述扬声器单元的供应路径上并且根据所述偏置电压被接通或关断；以及灵敏度降低电阻元件，所述灵敏度降低电阻元件与所述开关单元被并联连接在所述供应路径上。
14. 一种用于所连接的扬声器设备的声音信号的输出方法，包括 将主要声音信号与从使用设置在所述扬声器设备中的麦克风收集的声音收集信号生成的噪声消除信号合成并放大合成的信号；以及当去往所述所连接的扬声器设备的输出声音信号被生成时，对所述主要声音信号执行用于声压限制的输出限制处理，并且对所述噪声消除信号不执行所述输出限制处理。
全文摘要
本发明公开了声音信号输出设备、扬声器设备和声音信号输出方法。该声音信号输出设备，包括使用设置在所连接的扬声器设备中的麦克风来从声音收集信号生成噪声消除信号的噪声消除信号生成单元；以及当用于所连接的扬声器设备的输出声音信号被生成时，将主要声音信号与噪声消除信号合成并放大合成的信号、对主要声音信号执行用于声压限制的输出限制处理并且对噪声消除信号不执行输出限制处理的声音信号输出处理单元。
文档编号H04R3/02GK102572647SQ20111043194
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2010年12月24日
发明者塚本哲朗, 浅田宏平 申请人:索尼公司