般描述且在图示中图示，本公开的方面可在各种不同的配置下 布置、替换、组合并设计，所有的这些是明确预期的并且构成本公开的部分。
[0024] 图1描绘根据本公开的一个或多个实施方案的表示由具有左耳104和右耳106的 人102佩戴的示例性仿生听力耳麦100的环境视图。耳麦100可包括一对耳机108,其包括 左耳机108a和右耳机108b，所述耳机将声波110、112传送到人102的各个相应的耳朵104、 106。每个耳机108可包括麦克风阵列114,使得当耳麦100被佩戴时，左麦克风阵列114a 被放置在用户的头部的左侧上，并且右麦克风阵列114b被放置在用户的头部的右侧上。麦 克风阵列114可与其相应的耳机108整合。进一步而言，每个麦克风阵列114可包括多个 麦克风116 (其至少包括前麦克风和后麦克风）。例如，左麦克风阵列114a可至少包括左前 麦克风116a和左后麦克风116c，而右麦克风阵列114b可至少包括右前麦克风116b和左后 麦克风116d。多个麦克风116可以是全定向的，然而具有不同极性模式（polarpattern) 的其它类型的定向麦克风可用作诸如非定向或定向麦克风。
[0025] 所述对耳机108可以是良好密封的抗噪的耳挂式耳机、头戴式耳机、耳塞式耳机 等。因此，听者可很好地与外部世界隔离，且仅通过麦克风116可听见地连接到外部世界， 同时收听在耳机108上呈现的来自电子音频源118的内容，诸如音乐或语音。可将信号处 理应用到麦克风信号，以保留期望的外部源的自然听力，诸如来自某个方向的声音，同时抑 制不需要的扩散声，诸如听众或人群噪音、飞机内部噪音、交通噪音等。根据一个或多个实 施方案，例如，可通过自然听力增强方向性听力，以从将不被正常听见的噪音识别远距离音 频源。以此方式，仿生听力耳麦100可提供"超人听力"或"声音放大器"。
[0026] 图2是根据本公开的一个或多个实施方案的耳麦100的简化示例性示意图。如在 图2中示出，耳麦100可包括与每个麦克风116相关联的模拟数字转换器（ADC) 210,以将模 拟音频信号转换成数字格式。耳麦还可包括用于处理数字化麦克风信号的数字信号处理器 (DSP)212。为了便于解释，如在本公开通篇使用，对麦克风信号或麦克风阵列的类指可指代 这些信号是模拟格式或数字格式且在时域或频域中，除非另有规定。
[0027] 每个耳机108可包括扬声器214,其用于响应于传入的音频信号而产生声波110、 112。例如，左耳机108a可包括用于从DSP212接收左耳机输出信号LH的左扬声器214a， 且右耳机108b可包括用于从DSP212接收右耳机输出信号RH的右扬声器214b。因此，耳 麦100还可包括数字模拟转换器DAC和/或与每个扬声器214相关联的扬声器驱动器（未 示出）。耳机扬声器214还可被配置来接收来自电子音频源118 (诸如音频重播设备、移动 电话等）的音频信号。耳麦100可包括线120(图1)和适配器（未示出），其可连接到电子 音频源118以用于接收来自电子音频源118的音频信号。此外或替代地，耳麦100可无线 地接收来自电子音频源118的音频信号。虽然未图示，但是来自电子音频源的音频信号可 在被递送到扬声器214之前经历其本身的信号处理。耳麦100可被配置来同时传送表示来 自外部源216的音频和来自电子音频源118的音频的声波。因此，耳麦100对于希望收听 音乐或电话交谈且同时保持连接到环境的任何用户来说通常可用。
[0028] 图3描绘可至少部分在DSP212中实施以处理麦克风阵列信号v的示例性信号处 理框图。ADC210在图3中未示出，以便强调DSP信号处理块。对每个耳朵采用相同的信 号处理块，并且相同的信号处理块在输出端成对相加，以形成最终的耳机信号。如示出，将 信号处理块分成相同的信号处理段308,其包括左麦克风阵列信号处理段308a和右麦克风 阵列信号处理段308b。为了便于解释，应用到麦克风阵列信号中的一个的信号处理算法的 相同段308将在下文进行一般性描述（即，没有左或右标记），除非另有指示。对与麦克风 阵列114相关联的信号的引用的通用符号一般包括：(A)在信号标识符的下标处的"F"或 " + "标记，其表示前或向前；或⑶在信号标识符的下标处的"R"或标记，其表示后或 向后。相反，对与左麦克风阵列114a相关联的信号的特定引用包括在信号标识符的下标处 的额外"L"标记，其表示其指代左耳位置。类似地，对与右麦克风阵列114b相关联的信号 的特定引用包括在信号标识符的下标处的"R"标记，其表示其指代右耳位置。
[0029] 使用该符号，针对任何麦克风阵列114的前麦克风信号可通常标记有vF，而对与左 麦克风阵列114a相关联的左前麦克风信号的特定引用可标记有\F，以及对与右麦克风阵 列114b相关联的右前麦克风信号矢量的特定引用可标记有vKF。因为下文定义的示例性等 式中的许多等式同样适用于从左麦克风阵列114a或右麦克风阵列114b接收的信号，通用 的引用符号用于合适范围内。然而，图3中标记的信号使用特定的引用符号，如示出的左侧 和右侧信号处理段308a、308b两者。
[0030] 麦克风116产生时域信号流。参考图3,麦克风阵列信号v至少包括前麦克风信号 矢量vF和后麦克风信号矢量vK。使用短时傅里叶变换（STFT) 306在频域中运行算法。左 STFT306a在频域中形成左麦克风阵列信号V，而右STFT306b在频域中形成右麦克风阵列 信号V。频域麦克风阵列信号V至少包括前麦克风信号矢量VF和后麦克风信号矢量VK。在 第一信号处理阶段，前麦克风处理块310 (例如，左前麦克风处理块310a或右前麦克风处理 块310b)和后麦克风处理块312 (例如，左后麦克风处理块312a或右后麦克风处理块312b) 各自接收前麦克风信号矢量VF和后麦克风信号矢量VK两者。每个麦克风处理块3KK312实 质上作为波束成型器，所述波束成型器用于从每个麦克风阵列114中的两个麦克风116产 生朝前指向定向信号UF和朝后指向定向信号UK。为了产生针对麦克风阵列114a的定向信 号，可首先使用已知的减延迟（subtract-delay)公式来计算心型信号对X+/_，如下文等式1 和等式2中示出：
[0031]
[0032]
[0033] 为了获取心型响应模式，可选择延迟值来匹配声信号在阵列轴上的传播时间。DSP 的延迟可由单个采样周期量化。例如，在48kHz的采样率下，最小延迟约为21ys。空气中 的声速度随温度而变化。使用70 °F作为实例，空气中的声速度约为344m/s。因此，声波在 21ys中传播约7mm。以此方式，在48kHz的米样率下的4-5个样本的延迟可用于约28mm 到35mm的麦克风之间的距离。有关波束成型的定向信号的心型反应模式的形状可通过改 变延迟或麦克风之间的距离来操作。
[0034] 在某些实施方案中，心型信号X+/_可分别用作前向和朝后指向定向信号^、％。根 据一个或多个额外实施方案，不是直接使用心型信号x+/_，而是可应用实值的时间和频率相 关的掩码m+/_。应用掩码是非线性信号处理的形式。根据一个或多个实施方案，可计算实值 的时间和频率相关的掩码m+/_，例如，使用以下等式3 :
[0035]
[0036] 其中i7(/_)=(l-?)j7(/-l)+ ?^7(/_)表示递归推导出的时间平均值V，a=0.0P" 0. 05,i=时间索引，且其中^C+是复共轭X+/_
[0037] 如示出，DSP212可计算实值的时间和频率相关的掩码m+/_作为通过时间平均法 计算出的标准化交叉谱密度的绝对值。在等式3中，V可以是VF或VK。前向和朝后指向定 向信号UF、UK可随后通过将各个麦克风信号矢量V按元素（element-wise)乘以有关朝前指 向的波束的m+或有关朝后指向的波束的m_来获取：
[0038] UF=VF ?m+ (等式 4)
[0039] UE=VE ?m_ (等式 5)
[0040]