專利名稱：自動(dòng)環(huán)境聲學(xué)識(shí)別的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提取環(huán)境聲學(xué)響應(yīng)測(cè)量的系統(tǒng)以及一種提取所述聲學(xué)響應(yīng)的方法。
背景技術(shù)：
聽覺顯示是通過聲音向用戶提供信息的人-機(jī)界面。這些特別適用于其中用戶不被允許或者不能夠看顯示器的應(yīng)用。一個(gè)示例是基于頭戴受話器(headphone)的導(dǎo)航系統(tǒng)，所述基于頭戴受話器的導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞可聽的導(dǎo)航指令。所述指令看起來像是來自適當(dāng)?shù)奈锢砦恢没蚍较?，例如商業(yè)上可以看起來像是來自于具體的商店。這種系統(tǒng)適用于幫助盲人。頭戴受話器系統(tǒng)是眾所周知的。在典型的系統(tǒng)中，將一對(duì)擴(kuò)音器(loudspeaker) 安裝到帶子上以便將擴(kuò)音器戴到用戶耳朵附近。封閉式頭戴受話器系統(tǒng)通過在每一個(gè)用戶耳朵周圍提供封閉式罩來設(shè)法減小環(huán)境噪聲，并且通常用于喧鬧的環(huán)境或者噪音抵消系統(tǒng)中。開放式頭戴受話器不包括這種罩子。在本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)“頭戴受話器”包括耳機(jī)系統(tǒng)，在所述耳機(jī)系統(tǒng)中將擴(kuò)音器與用戶的耳朵緊密相關(guān)，例如將其安裝到用戶的耳朵上或耳朵中。已經(jīng)建議使用頭戴式受話器來產(chǎn)生虛擬或者合成的聲學(xué)環(huán)境。在對(duì)聲音進(jìn)行虛擬化使得收聽者將這些聲音感知為如同來自于實(shí)際環(huán)境的情況下，可以將所述系統(tǒng)稱作增音逼真音頻(ARA)系統(tǒng)。在產(chǎn)生這種虛擬或合成環(huán)境的系統(tǒng)中，頭戴式受話器不會(huì)簡(jiǎn)單地再現(xiàn)聲音源的聲音，而是利用例如自然環(huán)境的回響(reverberation)、回音和其他特征產(chǎn)生合成的環(huán)境。這可以使用戶感知到形象化的聲音，因此用于按照自然方式感知聲音，并且不會(huì)感知到所述聲音發(fā)源于用戶的頭部?jī)?nèi)部。具體地，回響在頭戴式受話器上播放虛擬聲音源的形象化時(shí)起到相當(dāng)重要的作用。在其中實(shí)際和虛擬源的聲學(xué)性質(zhì)必須非常類似的ARA系統(tǒng)中，環(huán)境的精確再現(xiàn)特別重要。在Hiirmii等人于2003年3月22日至25日在阿姆斯特丹，AES 114th會(huì)議中提出 StJ "Techniques and applications of wearable augmentedreality audio" ^Ι^ΤΧ 1 這種概念的發(fā)展。這里提出了多種選項(xiàng)的有益看法。具體地，所述文獻(xiàn)提出了產(chǎn)生與用戶實(shí)際存在的環(huán)境相對(duì)應(yīng)的環(huán)境。這可以在播放期間增加了真實(shí)感。然而，仍然需要可以傳遞這種音頻環(huán)境的方便、實(shí)際便攜的系統(tǒng)。另外，這種系統(tǒng)需要與所產(chǎn)生的音頻環(huán)境有關(guān)的數(shù)據(jù)。用于獲得與室內(nèi)聲學(xué)有關(guān)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方式是在擴(kuò)音器上回放已知的信號(hào)，并且測(cè)量所接收到的信號(hào)。通過參考信號(hào)對(duì)測(cè)量信號(hào)的去卷積給出了室內(nèi)脈沖響應(yīng)。已經(jīng)試圖在不產(chǎn)生聲音的情況下對(duì)來自已記錄數(shù)據(jù)的回響時(shí)間進(jìn)行估計(jì)，但是這些并不是特別精確，并且不會(huì)產(chǎn)生諸如室內(nèi)脈沖響應(yīng)之類的附加數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式受話器系統(tǒng)和根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到提供實(shí)際音頻環(huán)境的特別難點(diǎn)在于獲得與用戶所占據(jù)的音頻環(huán)境有關(guān)的數(shù)據(jù)。可以在非常廣泛的音頻環(huán)境中使用頭戴式受話器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)避免了需要用測(cè)試信號(hào)來驅(qū)動(dòng)擴(kuò)音器以產(chǎn)生用于確定環(huán)境的脈沖響應(yīng)的合適聲音的需要。相反，將用戶的語(yǔ)音用作參考信號(hào)。然后可以將來自一對(duì)麥克風(fēng)(一個(gè)外部一個(gè)內(nèi)部)的信號(hào)用于計(jì)算所述室內(nèi)脈沖響應(yīng)。可以使用歸一化的最小均方自適應(yīng)濾波器來進(jìn)行這種計(jì)算。所述系統(tǒng)可以包括雙耳定位單元，所述雙耳定位單元包括聲音輸入，用于接受輸入聲音信號(hào)，并且用于利用處理過的立體聲信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述擴(kuò)音器，其中根據(jù)所述輸入聲音信號(hào)和環(huán)境的聲學(xué)響應(yīng)導(dǎo)出所述處理過的聲音信號(hào)。所述雙耳定位單元可以配置用于通過將所述輸入聲音系統(tǒng)與室內(nèi)脈沖響應(yīng)進(jìn)行卷積來產(chǎn)生所述處理過的聲音信號(hào)。在實(shí)施例中，所述輸入聲音信號(hào)是立體聲聲音信號(hào)，并且所述處理過的聲音信號(hào)也是立體聲聲音信號(hào)?？梢酝ㄟ^將輸入聲音系統(tǒng)與所述室內(nèi)脈沖響應(yīng)進(jìn)行卷積來計(jì)算所述處理過的聲音，來執(zhí)行所述處理。這樣，將所述輸入聲音處理為匹配用戶環(huán)境的聽覺性質(zhì)。


為了更好的理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖只作為示例描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例的示意圖；圖2示出了自適應(yīng)濾波器；圖3示出了在本發(fā)明實(shí)施例中使用的自適應(yīng)濾波器；以及圖4示出了在本發(fā)明的替代實(shí)施例中使用的自適應(yīng)濾波器。
具體實(shí)施例方式參考圖1，頭戴式受話器2具有將左接聽單元6與右接聽單元8連接的中心頭帶 4。這些接聽單元的每一個(gè)均具有圍繞所述用戶耳朵的罩子10，因此該實(shí)施例中的頭戴式受話器2是封閉式頭戴式受話器。將內(nèi)部麥克風(fēng)12和外部麥克風(fēng)14分別設(shè)置在所述罩子 10的內(nèi)部和外部。還提供擴(kuò)音器16來產(chǎn)生聲音。提供聲音處理器20，包括回響提取單元22、24和雙耳定位單元26。每一個(gè)接聽單元6、8與相應(yīng)的回響提取單元22、24相連。如下面將詳細(xì)解釋的， 回響提取單元均從相應(yīng)接聽單元的內(nèi)部麥克風(fēng)12和外部麥克風(fēng)14獲得信號(hào)，并且配置用于向所述雙耳定位單元26輸出環(huán)境響應(yīng)的測(cè)量。所述雙耳定位單元26配置用于從所述回響提取單元22、24獲得輸入聲音信號(hào)28、 信息30以與環(huán)境響應(yīng)有關(guān)的信息。然后，所述雙耳定位單元基于所述環(huán)境響應(yīng)的測(cè)量產(chǎn)生輸出聲音信號(hào)32，以修改輸入聲音信號(hào)并且將所述輸出聲音信號(hào)輸出至擴(kuò)音器16。
在所述具體實(shí)施例中，回響提取單元22、24提取所述環(huán)境脈沖響應(yīng)作為所述環(huán)境響應(yīng)的測(cè)量。這需要輸入信號(hào)或測(cè)試信號(hào)。在這種情況下，將用戶的語(yǔ)音用作所述測(cè)試信號(hào)，這避免了對(duì)于專用測(cè)試信號(hào)的需要。這是通過使用歸一化最小均方自適應(yīng)濾波器利用所述麥克風(fēng)輸入來實(shí)現(xiàn)的。將來自內(nèi)部麥克風(fēng)12的信號(hào)用作輸入信號(hào)，并且將來自外部麥克風(fēng)14的信號(hào)用作所需信號(hào)?，F(xiàn)在將非常詳細(xì)地描述用于計(jì)算室內(nèi)脈沖響應(yīng)的技術(shù)?？紤]將用戶產(chǎn)生的參考語(yǔ)音信號(hào)稱作X。當(dāng)在回響環(huán)境中時(shí)，通過所述室內(nèi)脈沖響應(yīng)對(duì)所述語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波，并且所述語(yǔ)音信號(hào)到達(dá)外部麥克風(fēng)(信號(hào)Mice)。同時(shí)，內(nèi)部麥克風(fēng)通過皮膚和骨頭傳導(dǎo)捕獲所述語(yǔ)音信號(hào)(信號(hào)Mici)。氏和Hi是參考語(yǔ)音信號(hào)與分別用外部和內(nèi)部麥克風(fēng)記錄的信號(hào)之間的傳遞函數(shù)。扎是所需的室內(nèi)脈沖響應(yīng)，而Hi是從咽喉到耳道的骨頭和皮膚傳導(dǎo)的結(jié)果。典型地，Hi與用戶所處的環(huán)境無(wú)關(guān)。因此可以離線測(cè)量Hi,并將其用作可選的均衡濾波器。基于麥克風(fēng)輸入信號(hào)信號(hào)Mici和Mice識(shí)別室內(nèi)脈沖響應(yīng)He的多種可能技術(shù)之一是使用最小均方(LMS)算法的自適應(yīng)濾波器。圖2示出了這種自適應(yīng)濾波方案。x[n]是輸入信號(hào)，所述自適應(yīng)濾波器試圖只使用x[n]、d[n]、e[n]作為可觀察信號(hào)來修改濾波器河…，使其盡可能接近未知性能指標(biāo)(unknown plant)w[η]。在本發(fā)明中，如圖3所示，通過兩個(gè)不同的路徑hjn]和比⑷對(duì)輸入信號(hào)χ [η]濾波，he[n]和比[11]分別是傳遞函數(shù)H6和Hi的脈沖響應(yīng)。所述自適應(yīng)濾波器將查找何《]以便按照最小均方方式使=最小化，其中*表示卷積運(yùn)算。所得到的濾波器辦《!是Mici和Mice之間的所需室內(nèi)脈沖響應(yīng)，并且便于符號(hào)表示在頻域進(jìn)行表達(dá)時(shí)，可以得到訪=HJH,在另外的實(shí)施例中，可以使用如上所述相同的過程在消聲環(huán)境中校準(zhǔn)所述系統(tǒng)。
在這種情況下，所得到的濾波器[…在頻域可以表達(dá)為
權(quán)利要求
1.一種用于用戶的頭戴式受話器系統(tǒng)，包括頭戴式受送話器(2)，包括至少一個(gè)接聽單元(6、8)；擴(kuò)音器(16)，用于產(chǎn)生聲音；內(nèi)部麥克風(fēng)(12)，位于所述接聽單元(6、8)的內(nèi)部，用于產(chǎn)生內(nèi)部聲音信號(hào)；以及外部麥克風(fēng) (14)，位于所述接聽單元(6、8)的外部，用于產(chǎn)生外部聲音信號(hào)；以及其特征在于至少一個(gè)回響提取單元(22、24)，與一對(duì)麥克風(fēng)相連，配置用于當(dāng)用戶說話時(shí)從記錄的內(nèi)部聲音信號(hào)和外部聲音信號(hào)中提取所述頭戴式受話器系統(tǒng)的環(huán)境的聲學(xué)響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頭戴式受話器系統(tǒng)，其中通過所述回響提取單元(22、24)計(jì)算的所述環(huán)境的聲學(xué)響應(yīng)是使用歸一化最小均方自適應(yīng)濾波器計(jì)算的環(huán)境脈沖響應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的頭戴式受話器系統(tǒng)，其中所述回響提取單元(22、24)中的自適應(yīng)濾波器配置用于搜索·[均以便使e[n] = Λ[η]* Mice[ril -最小化，其中Mice是在所述外部麥克風(fēng)(14)上記錄的外部聲音信號(hào)，Mici [η]是在所述內(nèi)部麥克風(fēng)上記錄的內(nèi)部聲音信號(hào)，[η]是時(shí)間索引，按照最小平方方式執(zhí)行所述最小化，其中*表示卷積運(yùn)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的頭戴式受話器系統(tǒng)，其中所述回響提取單元(22、24)中的自適應(yīng)濾波器配置用于搜索w [/7以便使e〖o(jì)] = w[n]* Mice[n] 一 ^M * Micln]最小化，其中Mice是在所述外部麥克風(fēng)(14)上記錄的外部聲音信號(hào)，Mici [η]是在所述內(nèi)部麥克風(fēng)上記錄的內(nèi)部聲音信號(hào)，[η]是時(shí)間索引，按照最小平方方式執(zhí)行所述最小化，*表示卷積運(yùn)算，以及h。[n]是對(duì)室內(nèi)脈沖響應(yīng)中從嘴到內(nèi)部麥克風(fēng)的路徑效應(yīng)以及外部麥克風(fēng)的定位效應(yīng)進(jìn)行抑制的校正。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的頭戴式受話器系統(tǒng)，包括一對(duì)接聽單元，一個(gè)接聽單元用于所述用戶的一個(gè)耳朵；以及一對(duì)回響提取單元(22、24)，一個(gè)回響提取單元用于一個(gè)接聽單元。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的頭戴式受話器系統(tǒng)，還包括雙耳定位單元(26)，所述雙耳定位單元包括聲音輸入(27)，用于接受輸入聲音信號(hào)；以及聲音輸出(29)，用于輸出處理過的立體聲信號(hào)以驅(qū)動(dòng)所述擴(kuò)音器；其中根據(jù)所述輸入聲音信號(hào)和環(huán)境的聲學(xué)響應(yīng)導(dǎo)出所述處理過的聲音信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的頭戴式受話器系統(tǒng)，其中所述雙耳定位單元(26)配置用于通過將所述聲音信號(hào)和通過所述至少一個(gè)回響提取單元(22、24)確定的環(huán)境脈沖響應(yīng)進(jìn)行卷積來產(chǎn)生所述處理過的聲音信號(hào)。
8.根據(jù)從屬于權(quán)利要求5的權(quán)利要求6或7所述的頭戴式受話器系統(tǒng)，其中所述輸入聲音信號(hào)是立體聲聲音信號(hào)，并且所述處理過的聲音信號(hào)也是立體聲聲音信號(hào)。
9.一種聲學(xué)處理方法，包括向用戶(18)提供頭戴式受送話器(2)，所述頭戴式受送話器包括至少一個(gè)接聽單元； 擴(kuò)音器，用于產(chǎn)生聲音；內(nèi)部麥克風(fēng)，位于所述接聽單元的內(nèi)部，用于產(chǎn)生內(nèi)部聲音信號(hào)； 以及外部麥克風(fēng)，位于所述接聽單元的外部，用于產(chǎn)生外部聲音信號(hào)；在所述用戶說話的同時(shí)，從所述內(nèi)部麥克風(fēng)(12)產(chǎn)生內(nèi)部聲音信號(hào)，以及從所述外部麥克風(fēng)(14)產(chǎn)生外部聲音信號(hào)；以及其特征在于從所述內(nèi)部聲音信號(hào)和所述外部聲音信號(hào)中提取所述頭戴式受話器系統(tǒng)的環(huán)境的聲學(xué)響應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中提取所述環(huán)境的聲學(xué)響應(yīng)的步驟包括使用歸一化最小均方自適應(yīng)濾波器計(jì)算環(huán)境脈沖響應(yīng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中所述自適應(yīng)濾波器搜索‘[/7以使
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中所述自適應(yīng)濾波器搜索‘[η以便使
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的方法，還包括處理輸入立體聲和所提取的聲學(xué)響應(yīng)，以產(chǎn)生處理過的聲音信號(hào)；以及使用所述處理過的聲音信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述至少一個(gè)擴(kuò)音器。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述處理步驟包括將輸入聲音系統(tǒng)和室內(nèi)脈沖響應(yīng)進(jìn)行卷積來計(jì)算所述處理過的聲音信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述輸入聲音信號(hào)是立體聲聲音信號(hào)，并且所述處理過的聲音信號(hào)也是立體聲聲音信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頭戴式受話器系統(tǒng)2，包括聲音處理器20，所述聲音處理器根據(jù)來自內(nèi)部麥克風(fēng)12和外部麥克風(fēng)14的信號(hào)計(jì)算環(huán)境的性質(zhì)。具體地，可以根據(jù)當(dāng)用戶說話時(shí)從內(nèi)部和外部麥克風(fēng)接收的信號(hào)來計(jì)算所述環(huán)境的脈沖響應(yīng)。
文檔編號(hào)H04S5/00GK102164336SQ20101059787
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者克里斯托弗·馬克·馬庫(kù)斯 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司