專利名稱:用于自適應(yīng)音量控制的方法和設(shè)備的制作方法
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及音頻系統(tǒng)領(lǐng)域，以及更具體地涉及在具有諸如汽車噪聲的周圍高噪聲電平環(huán)境下使用的諸如蜂窩無線電話的音頻系統(tǒng)。
發(fā)明背景為了安全和方便起見，蜂窩無線電話常常提供免提功能。通過使用揚(yáng)聲器和外部微音器，汽車駕駛者可參與電話交談而不必使他的手離開方向盤。
圖1顯示了傳統(tǒng)的免提系統(tǒng)。如圖所示，無線電話130被連接到位于汽車(用方塊100表示)內(nèi)的遠(yuǎn)端揚(yáng)聲器110和微音器120。通常，揚(yáng)聲器110的音量必須被調(diào)節(jié)成相當(dāng)大，以便能超過環(huán)境噪聲(例如引擎噪聲、風(fēng)聲和馬路噪聲)從而使駕駛者聽到呼叫者的聲音。無線電話130通常仍使用動(dòng)圈揚(yáng)聲器110。事實(shí)上，無線電話常常把揚(yáng)聲器裝在無線電話的手機(jī)中，藉此把揚(yáng)聲器110的尺寸限制在手機(jī)中可提供的空間內(nèi)。
圖2表示了動(dòng)圈揚(yáng)聲器的截面示意圖。易彎曲的邊緣懸掛體220和易彎曲的中心懸掛體230在開放的框架罩290中自由懸吊膜片元件270。膜片元件270在形狀上是標(biāo)稱的圓錐形。膜片元件270在機(jī)械上連接到話音線圈240，它被放置在永久磁鐵280的周圍。音頻電信號(即，頻率和幅度變化的交變電流)通過一對線對250耦合到線圈240。
被耦合到線圈240的音頻電信號的交變電流產(chǎn)生其方向平行于或不平行于永久磁鐵280磁場的磁場。磁場的方向取決于通過線圈240的電流的方向。由線圈240中的交變電流相對于永久磁鐵280的磁場建立吸力或斥力。由于在線圈240和膜片270之間的機(jī)械耦合以及膜片在平行于由平行的或不平行的磁場產(chǎn)生的力的平面(即，垂直于平面215)上的自由運(yùn)動(dòng)，由音頻電信號產(chǎn)生的電流在方向和幅度上的變化被轉(zhuǎn)換成膜片270的軸向位移。
由膜片270的軸向位移產(chǎn)生的壓力波在空氣中作為聲波傳播。對于給定頻率，較大的位移與較大的音量有關(guān)。聲壓水平的大小或音量直接關(guān)系到膜片元件270相對于平面215的位移大小。為了提高從如圖2所示的動(dòng)圈揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音音量(即，聲壓水平)，可簡單地提高加到電接觸點(diǎn)250的驅(qū)動(dòng)信號的幅度，這導(dǎo)致了膜片270的增加的偏移210。
為了真實(shí)地重現(xiàn)聲音，揚(yáng)聲器200應(yīng)當(dāng)具有相當(dāng)平坦的頻率響應(yīng)。換句話說，在揚(yáng)聲器的工作頻率范圍內(nèi)，同樣幅度的電信號應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生相同的聲壓水平而不管信號的頻率。圖3顯示了多個(gè)揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)。圖3的實(shí)線310代表一個(gè)揚(yáng)聲器的理想平坦頻率響應(yīng)。
不幸地，實(shí)際上能提供給揚(yáng)聲器200的頻率響應(yīng)要比理想頻率響應(yīng)差。由于諸如尺寸和材料的因素，大多數(shù)揚(yáng)聲器(特別是價(jià)格便宜的類型)所具有的聲音重現(xiàn)特性與頻率之間有相當(dāng)顯著的依從關(guān)系。圖3的虛線顯示了傳統(tǒng)揚(yáng)聲器特性的例子。圖3也顯示了揚(yáng)聲器的諧振頻率330。如圖3所示，諧振頻率330是揚(yáng)聲器在給定輸入信號電平下產(chǎn)生最大聲壓水平的頻率。
如在圖2所看到的，膜片270實(shí)際上受偏移的絕對幅度210限制。揚(yáng)聲器的過載或限幅是在加到電端子250的驅(qū)動(dòng)信號的幅度需要膜片270移到懸掛體220，230的實(shí)際限制以外或揚(yáng)聲器的開放的框架罩290以外時(shí)發(fā)生的。圖4顯示了，把一個(gè)固定增益加到具有點(diǎn)線所示的揚(yáng)聲器特性的揚(yáng)聲器410會(huì)導(dǎo)致如420所示的響應(yīng)。從圖4可以看到，揚(yáng)聲器過載通常將首先出現(xiàn)在揚(yáng)聲器的諧振頻率330上。揚(yáng)聲器的過載在響應(yīng)超過限幅電平400(如圖4所示)時(shí)發(fā)生。雖然在圖4中為了說明的目的，以線性函數(shù)來顯示，但限幅電平400實(shí)際上是高度非線性的，以及和頻率有關(guān)的。揚(yáng)聲器的過載造成在諧振頻率附近的信號失真，并產(chǎn)生諧波泛音，它干擾在較高頻率處的音頻信號。
無線電話裝置中使用揚(yáng)聲器放大了過載現(xiàn)象，因?yàn)閾P(yáng)聲器主要重現(xiàn)人的語音。如圖5所示，人的語音的功率密度譜對于較低頻率有一定的偏移。人的語音的主要能量處在或低于500Hz，然而，與較低幅度電平有關(guān)的較高頻率(即，1000-3000Hz)提供大部分的清晰度。正如可從圖5所看到的，人的語音的功率密度常常與在無線電話手機(jī)中所使用的傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的諧振頻率緊密地一致。例如，對于在無線電話手機(jī)中所使用的傳統(tǒng)類型的揚(yáng)聲器，通常具有接近600Hz的諧振頻率。所以，在重現(xiàn)音樂或其它音頻信號時(shí)不產(chǎn)生過載的音量水平可能在重現(xiàn)人的語音時(shí)導(dǎo)致過載。
揚(yáng)聲器過載在存在著人的語音的清晰度信息的較高頻率處產(chǎn)生諧波泛音。在與音頻信號的提供信息的較高的頻率相組合的高音量下，過載造成寬帶失真，由此導(dǎo)致難于理解語言。當(dāng)過載發(fā)生時(shí)，提高音頻信號的幅度并不能提高音頻信號中傳送的語言的清晰度。因而，例如，汽車駕駛者將面對這樣的情況依靠加大音量來克服汽車的環(huán)境噪聲將會(huì)導(dǎo)致雖然很響卻是不清晰的、失真的聲音。
由Rasmusson轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、題為“Apparatus andMethod for Volume and Intelligibility Control for Loudspeaker(用于揚(yáng)聲器音量和清晰度控制的裝置和方法)”的美國專利No.5,467,393討論了根據(jù)對揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音水平的音量設(shè)置來有選擇地壓縮提供到揚(yáng)聲器的信號。該發(fā)明的方案改善了揚(yáng)聲器以高音量水平產(chǎn)生的人的語音的清晰度。對加到揚(yáng)聲器的信號進(jìn)行的壓縮，防止了揚(yáng)聲器過載，且壓縮水平可根據(jù)音量設(shè)置來被調(diào)整。
然而，如果在電話附近的背景噪聲水平是可變的，則這種無線電話的揚(yáng)聲器重現(xiàn)的語言仍然可能是難于理解的。例如，當(dāng)揚(yáng)聲器無線電話被使用于汽車中時(shí)，背景噪聲水平隨著速度和風(fēng)的變化、隨著風(fēng)的向上或向下卷動(dòng)、或其它車輛的開過等等而變化。隨著背景噪聲提高，由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的語言可能被淹沒掉。另一方面，當(dāng)背景噪聲平息下來時(shí)，揚(yáng)聲器可能變成太響。雖然近端用戶可通過手工調(diào)整揚(yáng)聲器音量而進(jìn)行補(bǔ)償，但在駕駛中這樣做可能很困難或甚至是不安全的。
Yamashita的題為“Device and Method For AutomaticallyControlling Sound Volume In A Communication Apparatus(用于在通訊設(shè)備中自動(dòng)控制音量的裝置和方法)”的歐洲專利No.0 682437 A2討論了在發(fā)射的音頻信號中當(dāng)沒有語音信號存在時(shí)執(zhí)行聲音音量控制。
Tomiyori等的題為“Loudspeaker Telephone DeviceComprising A Noise Suppressing Circuit(包括噪聲壓縮電路的揚(yáng)聲器電話裝置)”的歐洲專利No.0 500 356A2討論了用于揚(yáng)聲器電話裝置中的噪聲壓縮電路。
因此，在技術(shù)上對于能補(bǔ)償在電話附近的背景噪聲水平變化的揚(yáng)聲器無線電話仍存在一種需要。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的揚(yáng)聲器電話。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供在可變的環(huán)境噪聲條件下的揚(yáng)聲器無線電話的改進(jìn)的免提功能。
按照本發(fā)明，通過提供這樣一種揚(yáng)聲器無線電話系統(tǒng)和方法實(shí)現(xiàn)了這些和其它目的，在所述的系統(tǒng)和方法中，揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度根據(jù)在微音器中接收的聲音幅度被自適應(yīng)地控制，以使得由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度隨著在微音器中接收的聲音幅度的提高或降低而提高或降低。因此，在噪聲環(huán)境下(如汽車中)使用的揚(yáng)聲器無線電話可適應(yīng)于變化的噪聲水平，而不會(huì)導(dǎo)致駕駛員的不安全的動(dòng)作。也就是說，當(dāng)汽車中的噪聲水平由于各種因素(例如風(fēng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和繁忙的交通)而改變時(shí)，揚(yáng)聲器的音量將自動(dòng)調(diào)整，以使得通話的遠(yuǎn)方的語音不被淹沒或不必以相對于汽車中的噪聲過于高的音量進(jìn)行廣播。
另外，本發(fā)明的無線電話系統(tǒng)和方法優(yōu)選地減少由微音器產(chǎn)生的信號的回聲部分，從而由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音并不會(huì)顯著地影響對由此產(chǎn)生的聲音的幅度的選擇。換句話說，回聲的降低就減少了來自揚(yáng)聲器的反饋，它否則會(huì)被無線電話系統(tǒng)認(rèn)作為汽車中的噪聲。所以揚(yáng)聲器的音量不會(huì)根據(jù)揚(yáng)聲器重現(xiàn)語音而增加。
本發(fā)明包括一種自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)，所述自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)包括微音器，產(chǎn)生相應(yīng)于聲音的輸出的音頻電信號；揚(yáng)聲器，產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的音頻電信號的聲音，和收發(fā)信機(jī)，它響應(yīng)于微音器發(fā)送無線電話通信到遠(yuǎn)端方，以及從遠(yuǎn)端方接收無線電話通信以產(chǎn)生輸入的音頻電信號，所述自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)進(jìn)一步包括自適應(yīng)音量控制器，它響應(yīng)于輸出的音頻電信號，以及根據(jù)通過微音器監(jiān)測到的噪聲電平來選擇由所述揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度，從而使得由所述揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度隨著在所述微音器處接收的聲音幅度的增加而增加，及隨著在所述微音器處接收的聲音幅度的減小而減?。灰约盎芈暅p小器，它響應(yīng)于輸入的音頻電信號，并且減小輸出的音頻電信號的回聲部分，從而使得由所述揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音不會(huì)顯著地影響所述自適應(yīng)音量控制器的運(yùn)行。
本發(fā)明還包括一種用于自適應(yīng)地控制電話的音量的方法，所述電話包括用于產(chǎn)生相應(yīng)于聲音的輸出的音頻電信號的微音器、用于產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的音頻電信號的聲音的揚(yáng)聲器、以及響應(yīng)于微音器而發(fā)送無線電話通信到遠(yuǎn)端方及從遠(yuǎn)端方接收無線電話通信的收發(fā)信機(jī)，所述方法包括以下步驟產(chǎn)生相應(yīng)于從遠(yuǎn)端方接收的無線電話通信的輸入的音頻電信號，在所述揚(yáng)聲器處產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的音頻電信號的聲音，在所述微音器處產(chǎn)生相應(yīng)于所述聲音的輸出的音頻電信號，以及響應(yīng)于所述輸出音頻電信號而向遠(yuǎn)端方發(fā)送電話通信，所述方法的特征在于選擇由所述揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度，從而使得由所述揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度隨著在所述微音器處接收的聲音幅度的增加而增加，及由所述揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度隨著在所述微音器處接收的聲音幅度的減小而減?。灰约皽p小輸出的音頻電信號的回聲部分，從而使得由所述揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音不會(huì)顯著地影響所述幅度選擇步驟的執(zhí)行。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)包括微音器、揚(yáng)聲器、收發(fā)信機(jī)、和自適應(yīng)音量控制器。微音器產(chǎn)生相應(yīng)于聲音的輸出音頻電信號，而揚(yáng)聲器產(chǎn)生相應(yīng)于輸入音頻電信號的聲音。收發(fā)信機(jī)響應(yīng)于微音器而發(fā)送無線電話通信到遠(yuǎn)端方，并通過射頻頻道從遠(yuǎn)端方接收無線電話通信，以產(chǎn)生輸入音頻電信號。自適應(yīng)音量控制器響應(yīng)于輸出音頻電信號，并選擇由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度，從而使得由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度隨著在微音器處接收的聲音幅度的增加而增加，及隨著在微音器處接收的聲音幅度的減小而減小。因此，揚(yáng)聲器的音量相應(yīng)于在微音器處接收的噪聲音量而自動(dòng)調(diào)整。
這種無線電話系統(tǒng)也優(yōu)選地包括回聲減小器。回聲減小器響應(yīng)于輸入的音頻電信號，并減小輸出音頻電信號的回聲部分，從而由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音不會(huì)顯著地影響自適應(yīng)音量控制的運(yùn)行。藉此，減小了聲音反饋對自適應(yīng)音量控制的影響。
無線電話系統(tǒng)也可包括近端用戶話音檢測器，它檢測近端用戶何時(shí)正在講話。自適應(yīng)音量控制器響應(yīng)于該近端用戶話音檢測器，從而使得由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)不會(huì)被增加?；蛘撸赃m應(yīng)音量控制在近端用戶講話時(shí)能繼續(xù)選擇由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度，以使得由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)增加。因此，遠(yuǎn)端方在近端用戶講話時(shí)可更容易地插入交談。
無線電話系統(tǒng)也可包括音量估測器，它估測接收的無線電話通信的幅度。自適應(yīng)音量控制器還響應(yīng)于這個(gè)音量估測器，從而使得由于接收的無線電話通信的幅度的變化而造成的由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度的變化被減小。無線電話系統(tǒng)也可包括揚(yáng)聲器過載減小器。揚(yáng)聲器過載減小器響應(yīng)于選擇的音量控制幅度，并選擇地增加輸入音頻電信號的高頻部分的幅度，以減小揚(yáng)聲器的過載，并藉此提高了由揚(yáng)聲器重現(xiàn)的人的語音的清晰度。還可以包括用于減小輸出音頻電信號的噪聲部分的噪聲壓縮器。因此，近端用戶的語音被更精確地發(fā)送到遠(yuǎn)端方。
本發(fā)明的無線電話提供了自適應(yīng)音量控制，從而使得揚(yáng)聲器的音量按照在微音器處接收的聲音的音量而按比例地被調(diào)整。因而，當(dāng)無線電話附近的噪聲增加時(shí)(例如當(dāng)汽車窗戶搖下時(shí))，揚(yáng)聲器的音量增加。相反地，當(dāng)無線電話附近的噪聲減小時(shí)(例如當(dāng)汽車窗戶搖上時(shí))，揚(yáng)聲器的音量減小。而且，回聲減小器能減小聲反饋效果，它否則將會(huì)使揚(yáng)聲器音量相應(yīng)于其本身的工作而增加。
附圖概述圖1是顯示在汽車應(yīng)用場合中使用的無線電話的傳統(tǒng)的免提裝置的簡化方框圖。
圖2是傳統(tǒng)的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的簡化截面圖。
圖3圖示了傳統(tǒng)的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器的頻率特性。
圖4圖示了傳統(tǒng)的動(dòng)圈式揚(yáng)聲器在低和高音量水平下的頻率特性。
圖5圖示了對于連續(xù)的人的聲音的長期間的功率密度譜。
圖6是按照本發(fā)明的蜂窩無線電話的方框圖。
圖7是顯示用于自適應(yīng)地控制圖6的無線電話的音量的操作的流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例描述下面通過參照顯示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖從而將更充分地描述本發(fā)明。本發(fā)明可以以許多不同形式來實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這里所述的實(shí)施例是對本發(fā)明的限制；通過提供這個(gè)實(shí)施例，以便使得這里公開內(nèi)容將是透徹和完整的，并將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達(dá)本圖6顯示了按照本發(fā)明的蜂窩無線電話21的方框圖。這個(gè)無線電話21包括用于產(chǎn)生相應(yīng)于聲音輸出的音頻電信號的微音器23、和用于產(chǎn)生相應(yīng)于輸入音頻電信號的聲音的揚(yáng)聲器25。
收發(fā)信機(jī)27響應(yīng)于使用另一個(gè)無線電話或傳統(tǒng)的地面線路電話的微音器23發(fā)送無線電話通信到遠(yuǎn)端方。收發(fā)信機(jī)27也從遠(yuǎn)端方接收來自遠(yuǎn)端方的無線電話通信。例如，收發(fā)信機(jī)27可通過射頻信道發(fā)送無線電話通信到蜂窩電話系統(tǒng)的基站或從蜂窩電話系統(tǒng)的基站接收無線電話通信，藉此，使得便于實(shí)現(xiàn)和另一個(gè)蜂窩無線電話或地面線路電話的通信。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，收發(fā)信機(jī)27發(fā)送和接收數(shù)字通信。因此，接收的通信可被數(shù)字信號處理器(DSP)33處理，以產(chǎn)生數(shù)字的輸入音頻電信號，它可由揚(yáng)聲器的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器29從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。另外，輸出音頻電信號可由微音器的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器31從模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后，被數(shù)字信號處理器33處理，以產(chǎn)生發(fā)送的通信。
或者，收發(fā)信機(jī)27可發(fā)送和接收模擬通信，且這些通信可被模擬處理器處理，從而消除了對揚(yáng)聲器的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器和對微音器的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的需要。在又一個(gè)替換例中，收發(fā)信機(jī)可發(fā)送和接收模擬通信，且這些通信可被數(shù)字信號處理器處理。因此，無線電話可包括揚(yáng)聲器的D-A轉(zhuǎn)換器和微音器的A-D轉(zhuǎn)換器以及在收發(fā)信機(jī)和數(shù)字信號處理器之間的D-A和A-D轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明的無線電話也包括自適應(yīng)音量控制器35，它響應(yīng)于由微音器23產(chǎn)生的輸出的音頻電信號。自適應(yīng)音量控制器35選擇由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音幅度，從而使由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音幅度隨著在微音器23處接收的聲音幅度的增加而增加，及隨著在微音器23處接收的聲音幅度的減小而減小。具體地，自適應(yīng)音量控制器35的輸出可被加到可變增益放大器34，后者相應(yīng)于所選擇的幅度調(diào)整加到輸入的音頻電信號上的增益。揚(yáng)聲器的音量相應(yīng)于在微音器處接收的噪聲音量而自動(dòng)調(diào)整。
換句話說，由微音器23產(chǎn)生的輸出的音頻電信號可被用來代表一種隨著無線電話周圍的條件改變而改變的背景噪聲水平。為了更好地了解由揚(yáng)聲器25重現(xiàn)的聲音，揚(yáng)聲器的音量應(yīng)當(dāng)隨背景噪聲增加而增加，以及隨背景噪聲減小而減小。自適應(yīng)音量控制器35根據(jù)背景噪聲水平選擇揚(yáng)聲器25的音量，該背景噪聲水平通過微音器23而進(jìn)行監(jiān)視。
如圖6所示，由微音器23產(chǎn)生的輸出的音頻電信號在被收發(fā)信機(jī)發(fā)送到遠(yuǎn)端方以前通過噪聲壓縮器36而被處理。具體地，噪聲估測器38監(jiān)視輸出的音頻電信號，并確定該信號中的噪聲部分。(在使用于汽車中的揚(yáng)聲器無線電話的情況下，噪聲可由風(fēng)、道路、發(fā)動(dòng)機(jī)、繁忙的交通等造成。)信號中的噪聲部分的這個(gè)估計(jì)值可被提供給噪聲壓縮器36，在其中輸出的音頻電信號的噪聲部分被減小。另外，代表噪聲幅度的信號由噪聲估測器38提供給自適應(yīng)音量控制器35。這個(gè)信號被自適應(yīng)音量控制器用來選擇要被揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音的幅度。
因此，本發(fā)明的無線電話可自動(dòng)地適應(yīng)于改變的背景噪聲水平，而不需要近端用戶的動(dòng)作。這個(gè)特性在被使用于汽車中的揚(yáng)聲器無線電話時(shí)特別有利，因?yàn)?，背景噪聲水平可以是高度變化的，在近端用戶和揚(yáng)聲器之間存在著一段距離，因而在駕駛時(shí)手動(dòng)調(diào)整音量是危險(xiǎn)的。因而，這個(gè)無線電話21可自動(dòng)地調(diào)整到適應(yīng)于變化的背景噪聲水平(它們例如可由搖上或搖下窗戶、改變速度、改變的風(fēng)、穿過其它車輛或被其它車輛穿過等造成)。
而且，因?yàn)樽赃m應(yīng)音量控制器35可通過數(shù)字信號處理而實(shí)現(xiàn)，所以其功能可通過對如在傳統(tǒng)的數(shù)字蜂窩無線電話中使用的數(shù)字信號處理器進(jìn)行編程而被提供。換句話說，自適應(yīng)音量控制可通過編程現(xiàn)有的硬件而被提供。因此，這個(gè)功能可被提供而無需在無線電話上附加顯著的制造成本或體積。
無線電話21也可包括回聲減小器37，后者響應(yīng)于輸入的音頻電信號?；芈暅p小器37減小由微音器產(chǎn)生的相應(yīng)于聲音的輸出的音頻電信號的回聲部分。通過減小輸出的音頻電信號的回聲部分，由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音不會(huì)顯著地影響自適應(yīng)音量控制35的運(yùn)行。另外，輸出的音頻電信號的質(zhì)量被改進(jìn)以便由收發(fā)信機(jī)發(fā)送到遠(yuǎn)端方。
本發(fā)明的這個(gè)方面在被使用于汽車中的免提揚(yáng)聲器無線電話時(shí)特別有利。這是因?yàn)閺膿P(yáng)聲器25到微音器23可以有聲音反饋路徑。在不用回聲減小器37的情況下，由揚(yáng)聲器25重現(xiàn)的遠(yuǎn)端方的語音可被微音器23接收(聲音反饋)，這表示較高的背景噪聲水平，從而使得自適應(yīng)音量控制35增加音量。只要遠(yuǎn)端方繼續(xù)說話，這個(gè)反饋會(huì)使音量增加?；芈暅p小器37通過減小反饋來減少這個(gè)問題。
回聲減小器37可通過使用回聲減小濾波器(例如有限沖擊響應(yīng)(FIR)濾波器39)而被實(shí)現(xiàn)，該濾波器的輸出在減法器41中被從輸出的音頻電信號中減去。FIR濾波器39的系數(shù)可通過使用最小均方(LMS)算法而被連續(xù)改善。如圖所示，減法器41的輸出可被提供給系數(shù)修正器43，它通過使用LMS算法而修正FIR濾波器39的系數(shù)。
回聲減小濾波器的各種實(shí)現(xiàn)方案在例如以下的專利中被討論Fujii等的題為“Echo Path Transition Detection(回聲路徑過渡檢測)”的美國專利No.5,237,562；Esaki等的題為“Echo Cancellerand Communication Apparatus Employing the Same(回聲抵消器和使用回聲抵消器的通信設(shè)備)”的美國專利No.5,131,032；Koike的題為“Echo Canceller Having FIR and IIR Filters for CancelingLong Tail Echoes(用于抵消長尾回聲的具有FIR和IIR濾波器的回聲抵消器)”的美國專利No.5,084,865。在以下的專利中討論了更多的回聲減小濾波器Rasmusson的題為“Echo Canceling Systemand Method Using Echo Estimate to Modify Error Signal(使用回波估測來修正誤差信號的回聲抵消系統(tǒng)和方法)”的美國專利No.5,475,731，1996，2，24提交；Dent等的題為“Apparatus andMethod for Canceling Acoustic Echoes Including Non-linearDistortions in Loudspeaker Telephones”(用于抵消包括揚(yáng)聲器電話的非線性失真的聲學(xué)回聲的設(shè)備和方法)的美國專利申請No.08/393,711，1995，2，24提交；Dent等的題為“Apparatus andMethod for Adaptively Precompensating for LoudspeakerDistortions(用于自適應(yīng)地預(yù)補(bǔ)償揚(yáng)聲器失真的設(shè)備和方法)”的美國專利申請No.08/393,726，所有這些申請都已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人。上述的六篇參考文獻(xiàn)都在此引用以供參考。
如上面關(guān)于自適應(yīng)音量控制器35所討論的，其功能可通過數(shù)字信號處理被提供。通過對現(xiàn)有的數(shù)字信號處理器進(jìn)行編程可以不需要加上附加的硬件。因此，可以實(shí)現(xiàn)回聲減小器37而不用附加顯著的制造成本或體積。另外，回聲減小器37具有減小遠(yuǎn)端方的回聲返回到遠(yuǎn)端方的優(yōu)點(diǎn)。
無線電話21也可包括近端用戶話音檢測器45，用于檢測無線電話21的近端用戶45何時(shí)正在講話。按照本發(fā)明的這個(gè)方面，自適應(yīng)音量控制器35還響應(yīng)于近端用戶話音檢測器45，從而使得由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)不會(huì)被增加。具體地，由噪聲估測器38產(chǎn)生的噪聲估測在無線電話21的近端用戶正在講話時(shí)并不被更新，從而使得由揚(yáng)聲器25的音量在近端用戶講話時(shí)不會(huì)被增加。這個(gè)特性也具有在噪聲估測中不包括近端用戶話音的優(yōu)點(diǎn)，它由噪聲壓縮器36從輸出的音頻電信號中被除去。
近端用戶話音檢測器45優(yōu)選地通過識別諧波結(jié)構(gòu)(例如對于人的語音相對獨(dú)特的元音聲音)來檢測人的語音。可替換地，近端用戶話音檢測器45可通過確定通常與人的語音有關(guān)的預(yù)定頻率的最小門限、或通過確定幅度的最小門限(假定人的聲音是超過它的)而運(yùn)行。話音檢測器也適合于學(xué)習(xí)和識別近端用戶的特定話音模式。通過在近端用戶正在講話時(shí)不調(diào)整揚(yáng)聲器25的音量，遠(yuǎn)端方的語音音量在雙方談話時(shí)不增加。和自適應(yīng)音量控制器35一樣，近端用戶話音檢測器45、噪聲估測器38、和噪聲壓縮器36可在DSP33中實(shí)現(xiàn)。
可替換地，自適應(yīng)音量控制器35在近端用戶講話時(shí)能繼續(xù)選擇由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音幅度。因此，由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)增加。這個(gè)特性可具有這樣的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)端方在近端用戶講話時(shí)可更容易地插入交談。而且，無線電話21可包括近端用戶輸入端，用于選擇在近端用戶講話時(shí)自適應(yīng)音量控制器35是否更新為揚(yáng)聲器選擇的幅度。這個(gè)近端用戶輸入端可以使雙擲開關(guān)，它設(shè)置和清除在數(shù)字信號處理器中的標(biāo)志。在這種情況下，自適應(yīng)音量控制器35優(yōu)選地具有相對短的時(shí)間常數(shù)(快速響應(yīng))，從而使得揚(yáng)聲器25的音量在近端用戶開始講話或停止講話時(shí)被快速調(diào)整。
無線電話21也可包括音量估測器47，它用于估測由收發(fā)信機(jī)27接收的無線電話通信的幅度。自適應(yīng)音量控制器35響應(yīng)于音量估測器47，從而使得由于由收發(fā)信機(jī)27接收的無線電話通信的幅度的變化而造成的、由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音的幅度的變化被減小。因此，由于遠(yuǎn)端方的語音的音量的變化而造成的、由揚(yáng)聲器25重現(xiàn)的語音的音量的變化可被減小。遠(yuǎn)端方的語音的音量由于沿不同通信信道的增益的差異因而可隨不同的呼叫而變化。例如，不同的增益可由于遠(yuǎn)端電話的差異、地面線路連接的差異、以及蜂窩射頻信道的差異等而造成。另外，遠(yuǎn)端方的語音的音量由于遠(yuǎn)端方相對于遠(yuǎn)端電話移動(dòng)、遠(yuǎn)端方的話音的變化等而可在一個(gè)呼叫之內(nèi)改變?nèi)鐖D6所示，音量估測器47接收無線電話通信作為來自收發(fā)信機(jī)47的輸入。音量估測器47產(chǎn)生一個(gè)輸出，它代表遠(yuǎn)端方的語音的平均音量。優(yōu)選地，音量估測器根據(jù)在一個(gè)足夠長的時(shí)間間隔內(nèi)取的平均音量而產(chǎn)生輸出，以便考慮在語音中的停頓和其它異常。音量估測器47還優(yōu)選地識別遠(yuǎn)端方不在講話的時(shí)間間隔，從而使得來自遠(yuǎn)端電話的背景噪聲在靜寂期間不會(huì)被顯著地放大。音量估測器47的輸出被加到自適應(yīng)音量控制器35。因此，自適應(yīng)音量控制器35可選擇由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的、作為由微音器23接收的噪聲和從收發(fā)信機(jī)27接收的無線電話通信中的變化的函數(shù)的聲音的幅度。
無線電話21也可包括揚(yáng)聲器過載減小器51，它響應(yīng)于選擇的自適應(yīng)音量控制35器的幅度。揚(yáng)聲器過載減小器51選擇地增加輸入的音頻電信號的高頻部分的幅度，以減小揚(yáng)聲器的過載。因此，可在高音量時(shí)提高由揚(yáng)聲器重現(xiàn)的人的語音的清晰度。具體地，可變增益放大器34在不大可能出現(xiàn)揚(yáng)聲器過載的范圍內(nèi)均勻地調(diào)整所有頻率的輸入音頻電信號的幅度。如果自適應(yīng)音量控制35選擇了在這個(gè)范圍以外的幅度，則增益的進(jìn)一步的增加可由過載減小器51提供。過載減小器51選擇地增加輸入的音頻電信號的高頻部分的幅度，以進(jìn)一步提高揚(yáng)聲器25的音量而不造成過載。
這樣，如果自適應(yīng)音量控制35選擇了一個(gè)很可能造成揚(yáng)聲器25過載或限幅的幅度，則過載減小器51選擇地增加輸入的音頻電信號的高頻部分的幅度，從而減小過載和增強(qiáng)清晰度。在Rasmusson轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、題為“Apparatus and Method for Volume andIntelligibility Control for Loudspeaker(用于揚(yáng)聲器音量和清晰度控制的裝置和方法)”的美國專利No.5,467,393中討論了減小揚(yáng)聲器的過載。此專利在此引用以供參考。
上面討論的包括自適應(yīng)音量控制器35、過載減小器51、噪聲估測器38、噪聲壓縮器36、近端用戶話音檢測器45、音量估測器47、和可變增益放大器34在內(nèi)的無線電話21的功能可通過數(shù)字信號處理計(jì)算來實(shí)現(xiàn)。因此，這些特性的每個(gè)特性可在DSP 33中實(shí)現(xiàn)。由于許多蜂窩無線電話包括DSP，所以這些功能可通過編程DSP來實(shí)現(xiàn)而不增加附加硬件。因而，這些功能中的每個(gè)功能可被附加上，而不用顯著地增加無線電話的制造成本或體積。而且，收發(fā)信機(jī)可被規(guī)定為包括一個(gè)或多個(gè)這樣的功能，正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所能理解的。
本發(fā)明的自適應(yīng)音量控制器35的功有和其它功能當(dāng)被使用于汽車中的免提揚(yáng)聲器無線電話時(shí)特別有利，因?yàn)檫@個(gè)應(yīng)用包括通過潛在的噪聲環(huán)境的聲反饋路徑。因此，自適應(yīng)音量控制器35使揚(yáng)聲器音量和由微音器接收的噪聲水平相匹配。然而，這些功能也可被用于手持蜂窩無線電話、衛(wèi)星無線電話、無繩地面電話、免提揚(yáng)聲器地面電話、或傳統(tǒng)的地面電話。除了提供話音通信以外，上面討論的電話也可包括用于數(shù)據(jù)、視頻、和/或多媒體通信的部件。在這些應(yīng)用的任一種中，近端用戶可能希望電話根據(jù)在微音器處接收的噪聲自動(dòng)調(diào)整其音量。
圖7中顯示了用于自適應(yīng)地控制圖6的無線電話的音量的操作。在方框61，收發(fā)信機(jī)27從遠(yuǎn)端方接收無線電話通信。在方框63，接收的無線電話通信被DSP33處理，及揚(yáng)聲器25產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的音頻電信號的聲音。在方框65，微音器23產(chǎn)生輸出的音頻電信號，以及在方框67，所輸出的音頻電信號的回聲部分被減小。在方框69，輸出的音頻電信號被DSP33處理，以便產(chǎn)生供收發(fā)信機(jī)27進(jìn)行發(fā)送的無線電話通信信號。
在方框71，在揚(yáng)聲器25處產(chǎn)生的聲音幅度被進(jìn)行選擇。具體地，這個(gè)幅度被這樣地選擇，以使得它隨著在微音器23中接收的聲音幅度的提高而提高和隨著在微音器23中接收的聲音幅度的降低而降低。因此，由揚(yáng)聲器25重現(xiàn)的語音音量可近似地和在無線電話附近的噪聲音量相匹配。
選擇幅度的操作可包括檢測近端用戶何時(shí)正在講話，以及在近端用戶講話時(shí)，保持由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的恒定聲音幅度。因此，由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)并不顯著提高?？商鎿Q地，在近端用戶講話時(shí)該幅度可以這樣來選擇，以便使得由揚(yáng)聲器25產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)提高。這樣，當(dāng)近端用戶正在講話時(shí)，遠(yuǎn)端方可更容易地插入交談。
另外，接收的無線電話通信的幅度可被估測，而且，由于接收的無線電話通信的幅度上的變化造成的揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度的變化被減小。因此，揚(yáng)聲器重現(xiàn)的遠(yuǎn)端方的語音的變化可以減小。
輸入的音頻電信號的高頻部分的幅度可被有選擇地增加，以便減小揚(yáng)聲器的過載和提高由揚(yáng)聲器重現(xiàn)的人的語音的清晰度。因此，在高音量時(shí)，當(dāng)揚(yáng)聲器的音量增加時(shí)，揚(yáng)聲器的過載可被減小，以及清晰度可提高。輸出的音頻電信號的噪聲部分也可被減小，從而使得近端用戶的語音被更精確地發(fā)送到遠(yuǎn)端方。
在附圖和說明中已揭示了本發(fā)明的典型優(yōu)選實(shí)施例，雖然利用了特定術(shù)語，但這些術(shù)語只是在總的和說明的意義上被使用，而不是為了限制的目的，本發(fā)明的范圍將在以下的權(quán)利要求
中被限定。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)(21)，包括微音器(23)，產(chǎn)生相應(yīng)于聲音的輸出的音頻電信號；揚(yáng)聲器(25)，產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的音頻電信號的聲音，和收發(fā)信機(jī)(27)，它響應(yīng)于微音器(23)發(fā)送無線電話通信到遠(yuǎn)端方，以及從遠(yuǎn)端方接收無線電話通信以產(chǎn)生輸入的音頻電信號，所述自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)(21)包括自適應(yīng)音量控制器(35)，它響應(yīng)于輸出的音頻電信號，以及根據(jù)通過微音器(23)監(jiān)測到的噪聲電平來選擇由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度，從而使得由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度隨著在所述微音器(23)處接收的聲音幅度的增加而增加，及隨著在所述微音器(23)處接收的聲音幅度的減小而減??；以及回聲減小器(37)，它響應(yīng)于輸入的音頻電信號，并且減小輸出的音頻電信號的回聲部分，從而使得由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音不會(huì)顯著地影響所述自適應(yīng)音量控制器(35)的運(yùn)行。
2.按照權(quán)利要求
1的自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)(21)，其特征在于，還包括近端用戶話音檢測器(45)，它檢測近端用戶何時(shí)正在講話，其中所述自適應(yīng)音量控制器(35)還響應(yīng)于所述近端用戶話音檢測器，從而使得由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)不會(huì)被增加。
3.按照權(quán)利要求
1的自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)(21)，其特征在于，其中所述自適應(yīng)音量控制器(35)在近端用戶講話時(shí)能繼續(xù)選擇由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度，以使得由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)增加。
4.按照權(quán)利要求
1的自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)(21)，其特征在于，還包括音量估測器(47)，它估測從遠(yuǎn)端方接收的無線電話通信的幅度，其中所述自適應(yīng)音量控制器還響應(yīng)于所述音量估測器(47)，從而使得由于接收的無線電話通信的幅度的變化而造成的由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度的變化被減小。
5.按照權(quán)利要求
1的自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)(21)，其特征在于，還包括揚(yáng)聲器過載減小器(51)，它響應(yīng)于選擇的所述音量控制的幅度，并具有選擇地增加輸入的音頻電信號的高頻部分的幅度，以減小所述揚(yáng)聲器(25)的過載，并藉此提高由所述揚(yáng)聲器(25)重現(xiàn)的人的語音的清晰度。
6.按照權(quán)利要求
1的自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)(21)，其特征在于，還包括噪聲壓縮器(36)，它減小輸出的音頻電信號的噪聲部分，從而使得近端用戶的語音被更精確地發(fā)送到遠(yuǎn)端方。
7.按照權(quán)利要求
1的自適應(yīng)音量控制無線電話系統(tǒng)(21)，其特征在于，其中所述電話系統(tǒng)(21)包括無線電話系統(tǒng)(21)，其中所述電話通信包括無線電話通信，以及其中所述無線電話通信通過射頻信道從遠(yuǎn)端方被接收，以產(chǎn)生輸入的音頻電信號。
8.一種用于自適應(yīng)地控制電話(21)的音量的方法，所述電話包括用于產(chǎn)生相應(yīng)于聲音的輸出的音頻電信號的微音器(23)、用于產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的音頻電信號的聲音的揚(yáng)聲器(25)、以及響應(yīng)于微音器(23)而發(fā)送無線電話通信到遠(yuǎn)端方及從遠(yuǎn)端方接收無線電話通信的收發(fā)信機(jī)(27)，所述方法包括以下步驟產(chǎn)生相應(yīng)于從遠(yuǎn)端方接收的無線電話通信的輸入的音頻電信號，在所述揚(yáng)聲器(25)處產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的音頻電信號的聲音，在所述微音器(23)處產(chǎn)生相應(yīng)于所述聲音的輸出的音頻電信號，以及響應(yīng)于所述輸出音頻電信號而向遠(yuǎn)端方發(fā)送電話通信，所述方法的特征在于選擇由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度，從而使得由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度隨著在所述微音器(23)處接收的聲音幅度的增加而增加，及由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度隨著在所述微音器(23)處接收的聲音幅度的減小而減??；以及減小輸出的音頻電信號的回聲部分，從而使得由所述揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音不會(huì)顯著地影響所述幅度選擇步驟的執(zhí)行。
9.按照權(quán)利要求
8的方法，其特征在于，其中所述幅度選擇步驟包括檢測近端用戶何時(shí)正在講話，以及在近端用戶講話時(shí)保持由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度的恒定幅度，從而使得由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)不會(huì)被增加。
10.按照權(quán)利要求
8的方法，其特征在于，其中所述幅度選擇步驟包括在近端用戶講話時(shí)選擇由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度，以使得由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度在近端用戶講話時(shí)增加。
11.按照權(quán)利要求
8的方法，其特征在于，還包括以下步驟估測從遠(yuǎn)端方接收的無線電話通信的幅度；以及減小由于從遠(yuǎn)端方接收的無線電話通信的幅度的變化而造成的由所述揚(yáng)聲器(25)產(chǎn)生的聲音幅度的變化。
12.按照權(quán)利要求
8的方法，其特征在于，還包括以下步驟有選擇地增加輸入的音頻電信號的高頻部分的幅度，以減小所述揚(yáng)聲器(25)的過載，從而提高由所述揚(yáng)聲器(25)重現(xiàn)的人的語音的清晰度。
13.按照權(quán)利要求
8的方法，其特征在于，還包括以下步驟減小輸出的音頻電信號的噪聲部分，從而使得近端用戶的語音被更精確地發(fā)送到遠(yuǎn)端方。
14.按照權(quán)利要求
8的方法，其特征在于，其中所述電話(21)包括無線電話(21)，及其中所述電話通信包括無線電話通信。
專利摘要
自適應(yīng)音量控制的無線電話系統(tǒng)包括微音器、揚(yáng)聲器、收發(fā)信機(jī)、和自適應(yīng)音量控制器。微音器產(chǎn)生相應(yīng)于聲音的輸出的音頻電信號，而揚(yáng)聲器產(chǎn)生相應(yīng)于輸入的音頻電信號的聲音。收發(fā)信機(jī)響應(yīng)于微音器并發(fā)送無線電話通信到遠(yuǎn)端方，并通過射頻從遠(yuǎn)端方接收無線電話通信，以產(chǎn)生輸入的音頻電信號。自適應(yīng)音量控制器響應(yīng)于輸出的音頻電信號，并選擇由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度，從而使由揚(yáng)聲器產(chǎn)生的聲音幅度隨著在微音器處接收的聲音幅度的增加而增加，及隨著在微音器處接收的聲音幅度的減小而減小。
文檔編號H04M1/00GKCN1123191SQ97192799
公開日2003年10月1日 申請日期1997年3月3日
發(fā)明者E·D·羅梅斯伯格 申請人:艾利森公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan