仿生听力耳麦的制作方法

仿生听力耳麦的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及一种仿生听力耳麦，其增强外部源的定向声，同时抑制扩散声。
【背景技术】
[0002] 仿生听力涉及被设计来增强对音乐与语音的感知的电子设备。常见的仿生听力设 备包括人工耳蜗、助听器和向听力受损的人提供听觉的其它设备。目前，许多耳机包括抗噪 特征，其阻挡或抑制对用户收听从连接到耳机的外部设备播放的音频的注意力或能力具有 破坏性的外部噪音。这些抗噪特征通常抑制所有的外部声，其包括扩散声和定向声二者）， 并且还有效帮助听力受损的耳机佩戴者。

【发明内容】

[0003] 本公开的一个或多个实施方案涉及一种包括一对耳机的耳麦，所述耳机对包括具 有左扬声器的左耳机和具有右扬声器的右耳机。所述麦克风阵列对可包括与左耳机整合的 左麦克风阵列和与右耳机整合的右麦克风阵列。所述麦克风阵列对中的每个可至少包括用 于从外部源接收外部音频的前麦克风和后麦克风。所述耳麦还可包括被配置来接收与外部 音频相关联的左和右麦克风阵列信号的数字信号处理器。数字信号处理器还可被配置来： 从左和右麦克风阵列信号中的每个产生定向信号对；抑制来自所述定向信号对的扩散声； 将头部相关传输函数（HRTF)对的参数化模型应用到每一对定向信号；以及使来自HRTF对 中的每一对的HTRF输出信号相加，以产生左耳机输出信号和右耳机输出信号。
[0004] 所述耳机对可重播来自电子音频源的音频内容。每一对定向信号可包括前和后指 向的波束信号。数字信号处理器可使用共同掩码将降噪应用到定向信号对，以抑制不相关 的信号分量。
[0005] 左麦克风阵列信号可至少包括左前麦克风信号矢量和左后麦克风信号矢量。此 外，数字信号处理器可从左前和左后麦克风信号矢量计算左心型信号对。进一步地，数字信 号处理器可基于左心型信号对和左麦克风阵列信号计算实值的时间相关和频率相关的掩 码，并且将时间相关和频率相关的掩码乘以相应的左前和左后麦克风信号矢量，以获取左 前和左后指向的波束信号。
[0006] 右麦克风阵列信号至少包括右前麦克风信号矢量和右后麦克风信号矢量。此外， 数字信号可从右前和右后麦克风信号矢量计算右心型信号对。进一步地，数字信号处理器 可基于右心型信号对和右麦克风阵列信号计算实值的时间相关和频率相关的掩码，并且将 时间相关和频率相关的掩码乘以相应的右如和右后麦克风彳目号矢量，以获取右如和右后指 向的波束信号。
[0007] 本公开的一个或多个额外实施方案涉及一种用于增强来自耳麦外部的音频源的 定向声的方法。耳麦可包括具有左麦克风阵列的左耳机和具有右麦克风阵列的右耳机。所 述方法可包括接收与外部音频源对应的一对麦克风阵列信号。所述麦克风阵列信号对可包 括左麦克风阵列信号和右麦克风阵列信号。所述方法还可包括：从所述麦克风阵列信号对 中的每个产生定向信号对，以及抑制来自定向信号对的扩散信号分量。所述方法还可包括 将头部相关传输函数（HRTF)对的参数化模型应用到每对定向信号，并且使来自HRTF对中 的每一对的HTRF输出信号相加，以产生左耳机输出信号和右耳机输出信号。
[0008] 抑制来自定向信号对的扩散信号分量可包括：使用共同掩码将降噪应用到定向信 号对来抑制不相关的信号分量。
[0009] 左麦克风阵列信号可至少包括左前麦克风信号矢量和左后麦克风信号矢量。从 左麦克风阵列信号产生定向信号对可包括：从左前和左后麦克风信号矢量计算左心型信号 对。其还可包括：基于所述左心型信号对和左麦克风阵列信号来计算实值的时间相关和 频率相关的掩码；以及将时间相关和频率相关的掩码乘以相应的左如和左后麦克风彳目号矢 量，以获取左前和左后指向的波束信号。
[0010] 右麦克风阵列信号可至少包括右前麦克风信号矢量和右后麦克风信号矢量。从 右麦克风阵列信号产生定向信号对可包括：从右前和右后麦克风信号矢量计算右心型信号 对。其还可包括：基于所述右心型信号对和右麦克风阵列信号来计算实值的时间相关和 频率相关的掩码；以及将时间相关和频率相关的掩码乘以相应的右如和右后麦克风彳目号矢 量，以获取右前和右后指向的波束信号。
[0011] 抑制来自定向信号对的扩散信号分量可包括：使用共同掩码将降噪应用到定向信 号对来抑制不相关的信号分量。
[0012] 本公开的再一个或多个额外实施方案涉及一种用于增强来自耳麦外部的音频源 的定向声的方法。耳麦可包括具有左麦克风阵列的左耳机和具有右麦克风阵列的右耳机。 每个麦克风阵列可至少包括前麦克风和后麦克风。对于每个麦克风阵列，所述方法可包括 接收与外部音频源对应的麦克风阵列信号。所述麦克风阵列信号可至少包括与前麦克风对 应的前麦克风信号矢量和与后麦克风对应的后麦克风信号矢量。所述方法还可包括：从所 述前和后麦克风信号矢量计算朝前指向的波束信号和朝后指向的波束信号；以及将降噪掩 码应用到朝前指向和朝后指向的波束信号，以抑制不相关的信号分量并获取降噪的朝前指 向的波束信号和降噪的朝后指向的波束信号。所述方法还可包括：将前头部相关传输函数 (HRTF)对应用到降噪的朝前指向的波束信号，以获取前直接的HRTF输出信号和前非直接 的HRTF输出信号；以及将后HRTF对应用到降噪的朝后指向的波束信号，以获取后直接的 HRTF输出信号和后非直接的HRTF输出信号。进一步地，所述方法可包括：使前直接的HRTF 输出信号和后直接的HRTF输出信号相加，以获取第一耳机信号的至少一部分；以及使前非 直接的HRTF输出信号和后非直接的HRTF输出信号相加，以获取第二耳机信号的至少一部 分。
[0013] 所述方法还可包括：使与左麦克风阵列相关联的第一耳机信号和与右麦克风阵列 相关联的第二耳机信号相加，以形成左耳机输出信号；以及使与右麦克风阵列相关联的第 一耳机信号和与左麦克风阵列相关联的第二耳机信号相加，以形成右耳机输出信号。
[0014] 从所述前和后麦克风信号矢量计算朝前指向的波束信号和朝后指向的波束信号 可包括：从所述前和后麦克风信号矢量计算心型信号对。其还可包括：基于所述心型信号 对和麦克风阵列信号来计算实值的时间相关和频率相关的掩码；以及将时间相关和频率 相关的掩码乘以相应的前和后麦克风信号矢量，以获取朝前指向和朝后指向的指向波束信 号。
[0015] 所述时间相关和频率相关的掩码可被计算为通过时间平均法计算出的前和后麦 克风信号矢量的标准化交叉谱密度的绝对值。此外，还可使用非线性映射来修改时间相关 和频率相关的掩码以缩小或加大朝前指向和朝后指向的波束信号。
【附图说明】
[0016] 图1是根据本公开的一个或多个实施方案的示出由人佩戴的示例性仿生听力耳 麦的环境视图；
[0017] 图2是根据本公开的一个或多个实施方案的仿生听力耳麦的简化示例性示意图；
[0018] 图3是根据本公开的一个或多个实施方案的示例性信号处理框图；
[0019] 图4是根据本公开的一个或多个实施方案的另一示例性信号处理框图；
[0020] 图5是根据本公开的一个或多个实施方案的麦克风阵列信号处理方法的简化示 例性处理流程图；
[0021] 图6是根据本公开的一个或多个实施方案的麦克风阵列信号处理方法的另一简 化示例性处理流程图。
【具体实施方式】
[0022] 在以下【具体实施方式】中，参考形成其部分的附图。在图示中，类似的符号通常识别 类似的组件，除非文中另有明确指定。图示中示出的将实例划分为功能块、模块或单元不被 理解为指示这些功能块、模块或单元必须被实施为物理上独立的单元。示出或描述的功能 块、模块或单元被实施为独立的单元、电路、芯片、功能、模块或电路元件。一个或多个功能 块或单元还可在共同电路、芯片、电路元件或单元中实施。
[0023] 在【具体实施方式】、图示和权利要求书中描述的说明性实施方案并不意图限制。在 不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可利用其它实施方案，且可做出其它改变。 将容易理解，如在本文中一 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] 以此方式，掩码m+/_、0与1之间的数字可充当空间滤波器，以在空间上强调或不强 调某些信号。此外，通过使用该方法，可使用非线性映射F来进一步修改掩码函数，如下文 通过等式6表示：
[0041]
[0042] 例如，如果与标准的心型（例如，超定向性波束成型）相比，需要更狭窄的波束，那 么所述函数还可衰减指示原始麦克风信号V与不同信号X之间的低相关性的低值m。在极 端情况下可采用"二值掩码（binarymask)"，二值掩码可表示为将低于阈值的所有值设置 为零的阶跃函数。操作掩码函数以缩小波束可增加失真，而加大波束可降低失真。
[0043] 图3中的后续降噪块314(例如，左降噪块314a或右降噪块314b)可将第二共同 掩码mNK应用到得出的前向和朝后指向定向信号UF、UK，以便抑制指示扩散（即，非定向）声 的不相关信号分量。可根据下文示出的等式7计算共同的降噪掩码mNK:
[0044]
[0045] 对于扩散声，共同掩码mNK的值可接近零。对于离散声，共同掩码mNK的值可接近1。 一旦获取共同掩码mNK，则可随后应用共同掩码mNK以产生波束成型且降噪的定向信号，包括 降噪的朝前指向的波束信号YF和降噪的朝后指向的波束信号YK，如在等式8和等式9中示 出：
[0046] YF=UF ?mNE (等式 8)
[0047] Ye=UE ?mNE (等式 9)
[0048] 针对左和右麦克风阵列114a、114b两者得出的降噪朝前指向的波束信号YF和降 噪的朝后指向的波束信号￥1；可随后使用反向STFT315(包括左反向STFT315a和右STFT 315b)转换回时域。反向STFT315在时域中产生朝前指向的波束信号yF和朝后指向的波束 信号yK。随后可使用头部相关传输函数对316将时域波束信号空间化。头部相关传输函数 (HRTF)是对表征耳朵如何从空间中的点接收声音的响应。用于两个耳朵的一对HRTF可用 来合成看似来自空间中的特定点的双耳声。作为实例，可采用-45° (前）和-135° (后） 的左耳HRTF以及+45° (前）和+135° (后）的右耳HRTF的参数化模型。
[0049] 每个HRTF对316可包括直接的HRTF和非直接的HRTF。具体参考图3中示出的 左麦克风阵列信号处理段308a，左前HRTF对316a可应用到左降噪的朝前指向的波束信号 hF，以获取左前直接的HRTF输出信号Hd^和左前非直接的HRTF输出信号Hw。同样，左后 HRTF对316c可应用到左降噪的朝后指向的波束信号yui，以获取左后直接的HRTF输出信 号成^和左后非直接的HRTF输出信号Hup左前直接的HRTF输出信号HD#和左后直接的 HRTF输出信号可相加，以获取左麦克风输出信号LH的至少一部分。同时，左前非直接 的HRTF输出信号氏#和左后非直接的HRTF输出信号H可相加，以获取右麦克风输出信 号RH的至少一部分。
[0050] 具体参考右麦克风阵列信号处理段308b，右前HRTF对316b可应用到右降噪的朝 前指向的波束信号yKF，以获取右前直接的HRTF输出信号HD，K#P右前非直接的HRTF输出信 号Hup。同样，右后HRTF对316d可应用到右降噪的朝后指向的波束信号yKK，以获取右后 直接的HRTF输出信号Hd，k#P右后非直接的HRTF输出信号H 。右前直接的HRTF输出信 号HD，KF和右后直接的HRTF输出信号HD，KK可相加，以获取右麦克风输出信号RH的至少一部 分。同时，右前非直接的HRTF输出信号氏^和右后非直接的HRTF输出信号H^^可相加， 以获取左耳机输出信号LH的至少一部分。
[0051] 共同地，由相应的左和右耳机扬声器214a、214b发送的最终左和右耳机输出信号 LH、RH可使用以下等式10和等式11来表示：
[0052] LH =Hd；lf+Hd；le+Hi；ef+Hi；ee(等式 10)
[0053] RH= (等式 11)
[0054] 图4示出采用根据2013年9月19日公开的美国专利申请公布号2013/0243200 A1 (其通过引用的方式并入本文）中公开的参数化模型的HRTF对416a-d的示例性信号处 理应用。如示出，每个HRTF对416a-d可包括一个或多个累加滤波器（例如，"Hss")、交叉 滤波器（例如，"He前"、"He，'等）或耳间的延迟滤波器（例如，等），以将定向 信号化、yKF、转换成相应的直接和非直接的HRTF输出信号。
[0055] 图5是根据本公开的一个或多个实施方案的麦克风阵列信号处理方法500的简化 处理流程图。在步骤505处，耳麦100可接收麦克风阵列信号V。更具体而言，DSP212可 接收左麦克风阵列信号\F、Vui和右麦克风阵列信号vKF、vKK，并且将信号转换成频域。从麦 克风阵列信号，DSP212随后可针对每个麦克风阵列114产生一对波束成型的定向信号UF、 UK，如在步骤510处提供。在步骤515处，DSP212可通过应用共同掩码mNK执行降噪以抑 制扩散声。可将得出的降噪定向信号Y转换回频域（未示出）。接下来，HRTF对316可应 用到相应的降噪定向信号y，以将音频信号转换成双耳格式，如在步骤520处提供。在步骤 525处，通过成对相加来自相应的左麦克风阵列和右麦克风阵列信号处理段308a、308b的 信号输出，可产生最终的左和右耳机输出信号LH、RH，如上文参考图3描述。
[0056] 图6是根据本公开的一个或多个实施方案的麦克风阵列信号处理方法600的更详 细的示例性过程流程图。如上文参考图3描述，可在处理左麦克风阵列信号和右麦克风阵 列信号二者中采用相同的步骤。在步骤605处，耳麦100可接收左麦克风阵列信号\F、Vui 和右麦克风阵列信号vKF、vKK。左麦克风阵列信号\F,Vy；可表示在左前和后麦克风116a、 116c处从外部源216接收到的音频。同样，右麦克风阵列信号vKF，vKK可表示在右前和后麦 克风116b、116d处从外部源216接收到的音频。每个传入的麦克风信号可从模拟格式转换 成数字格式，如在步骤610处提供。进一步地，在步骤615处，例如，可使用短时傅里叶变换 (STFT) 306将数字化的左和右麦克风阵列信号转换成频域。作为转换成频域的结果，可分别 获取左前和后麦克风信号矢量'F、Vu和右前和后麦克风信号矢量VKF、VKK。
[0057] 在步骤620处，DSP212可针对左前和后麦克风信号矢量'F、Vu和右前和后麦克 风信号矢量VKF、VKK计算一对心型信号X+/_。心型信号X+/_可使用减延迟波束成型器来计算， 如在等式1和等式2中指示。时间和频率相关的掩码m+/_可随后针对每对心型信号X+/_计 算，如在步骤625处提供。例如，DSP212可使用左心型信号和左麦克风信号矢量计算时间 和频率相关的掩码m+/_，如通过等式3示出。DSP212还可使用右心型信号和右麦克风信号 矢量计算独立的时间和频率相关的掩码m+/_。时间和频率相关的掩码!11+/_可随后应用到它 们相应的麦克风信号矢量V，以使用等式4和等式5产生左侧前和后指向的波束信号 Uu和右侧前和后指向的波束信号UKF、UKK，如在步骤630处所示。波束成型的信号可在步骤 635处经历降噪，以抑制不相关的信号分量。为了此目的，可使用等式8和等式9将共同掩 码mNK应用到左侧前和后指向的波束信号U 右侧前和后指向的波束信号UKF、UKK。共 同掩码mNK可抑制扩散声，从而强调定向声，并且可如上文关于等式7描述来计算。
[0058] 在步骤640处，可使用反向STFT315将得出的降噪波束信号Y转换回时域。在步 骤645处，得出的时域波束信号y可随后使用HRTF对316的参数化模型转换成双耳格式。 例如，DSP212可应用左耳HRTF对316a、316c的参数化模型，以将针对左麦克风阵列114a 的降噪左侧前和后指向的波束信号hF、yu空间化。类似地，DSP212可应用右耳HRTF对 316b、316d的参数化... 模型，以将针对右麦克风阵列114b的降噪右侧前和后指向的波束信号yKF、yKK空间化。在步骤650处，各种左侧HRTF输出信号和右侧HRTF输出信号可随后成对 相加（如上文关于等式10和等式11描述），以产生相应的左和右耳机输出信号LH、RH。
[0059] 虽然上文描述了示例性实施方案，但不意味着这些实施方案描述了本发明的所有 可能的形式。相反，在说明书中使用的词是描述性的而非限制性的词，且应理解，在不脱离 本文呈现的主题的精神和范围的情况下，可做出各种改变。此外，可组合各种实施方案的特 征以形成本公开的进一步实施方案。
【主权项】
1. 一种耳麦，其包括： 一对耳机，其包括具有左扬声器的左耳机和具有右扬声器的右耳机； 一对麦克风阵列，其包括与所述左耳机整合的左麦克风阵列和与所述右耳机整合的右 麦克风阵列，所述麦克风阵列对中的每个至少包括用于从外部源接收外部音频的前麦克风 和后麦克风；和 数字信号处理器，其被配置来接收与所述外部音频相关联的左和右麦克风阵列信号， 所述数字信号处理器还被配置来： 从所述左和右麦克风阵列信号中的每个产生定向信号对； 抑制来自所述定向信号对的扩散声； 将头部相关传输函数（HRTF)对的参数化模型应用到每一对定向信号；以及 将来自HRTF对中的每一对的HTRF输出信号相加，以产生左耳机输出信号和右耳机输 出信号。2. 根据权利要求1所述的耳麦，其中所述耳机对还被配置来重播来自电子音频源的音 频内容。3. 根据权利要求1所述的耳麦，其中每一对定向信号包括前和后指向的波束信号。4. 根据权利要求1所述的耳麦，其中所述左麦克风阵列信号至少包括左前麦克风信号 矢量和左后麦克风信号矢量。5. 根据权利要求4所述的耳麦，其中所述数字信号处理器被配置来从所述左麦克风阵 列信号产生所述定向信号对包括所述数字信号处理器被配置来： 从所述左前和左后麦克风信号矢量计算左心型信号对； 基于所述左心型信号对和所述左麦克风阵列信号来计算实值的时间相关和频率相关 的掩码；以及 将所述时间相关和频率相关的掩码乘以所述相应的左前和左后麦克风信号矢量，以获 取左前和左后指向的波束信号。6. 根据权利要求1所述的耳麦，其中所述右麦克风阵列信号至少包括右前麦克风信号 矢量和右后麦克风信号矢量。7. 根据权利要求6所述的耳麦，其中所述数字信号处理器被配置来从所述右麦克风阵 列信号产生所述定向信号对包括所述数字信号处理器被配置来： 从所述右前和右后麦克风信号矢量计算右心型信号对； 基于所述右心型信号对和所述右麦克风阵列信号来计算实值的时间相关和频率相关 的掩码；以及 将所述时间相关和频率相关的掩码乘以所述相应的右前和右后麦克风信号矢量，以获 取右前和右后指向的波束信号。8. 根据权利要求1所述的耳麦，其中所述数字信号处理器被配置来抑制来自所述定向 信号对的扩散声包括所述数字信号处理器被配置来： 使用共同掩码将降噪应用到所述定向信号对，以抑制不相关的信号分量。9. 一种用于增强来自耳麦外部的音频源的定向声的方法，所述耳麦包括具有左麦克风 阵列的左耳机和具有右麦克风阵列的右耳机，所述方法包括： 接收与所述外部音频源对应的一对麦克风阵列信号，所述麦克风阵列信号对包括左麦 克风阵列信号和右麦克风阵列信号； 从所述麦克风阵列信号对的每个中产生定向信号对； 抑制来自所述定向信号对的扩散信号分量； 将头部相关传输函数（HRTF)对的参数化模型应用到每对定向信号；以及 将来自HRTF对中的每对的HTRF输出信号相加，以产生左耳机输出信号和右耳机输出 信号。10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述左麦克风阵列信号至少包括左前麦克风信 号矢量和左后麦克风信号矢量。11. 根据权利要求10所述的方法，其中从所述左麦克风阵列信号产生所述定向信号对 包括： 从所述左前和左后麦克风信号矢量计算左心型信号对； 基于所述左心型信号对和所述左麦克风阵列信号来计算实值的时间相关和频率相关 的掩码；以及 将所述时间相关和频率相关的掩码乘以所述相应的左前和左后麦克风信号矢量，以获 取左前和左后指向的波束信号。12. 根据权利要求9所述的方法，其中所述右麦克风阵列信号至少包括右前麦克风信 号矢量和右后麦克风信号矢量。13. 根据权利要求12所述的方法，其中从所述右麦克风阵列信号产生所述定向信号对 包括： 从所述右前和右后麦克风信号矢量计算右心型信号对； 基于所述右心型信号对和所述右麦克风阵列信号来计算实值的时间相关和频率相关 的掩码；以及 将所述时间相关和频率相关的掩码乘以所述相应的右前和右后麦克风信号矢量，以获 取右前和右后指向的波束信号。14. 根据权利要求9所述的方法，其中抑制来自所述定向信号对的扩散信号分量包括： 使用共同掩码将降噪应用到所述定向信号对，以抑制不相关的信号分量。15. 根据权利要求9所述的方法，其中每对定向信号包括前和后指向的波束信号。16. -种用于增强来自耳麦外部的音频源的定向声的方法，所述耳麦包括具有左麦克 风阵列的左耳机和具有右麦克风阵列的右耳机，每个麦克风阵列至少包括前麦克风和后麦 克风，对于每个麦克风阵列，所述方法包括： 接收与所述外部音频源对应的麦克风阵列信号，所述麦克风阵列信号至少包括与所述 前麦克风对应的前麦克风信号矢量和与所述后麦克风对应的后麦克风信号矢量； 从所述前和后麦克风信号矢量计算朝前指向的波束信号和朝后指向的波束信号； 将降噪掩码应用到所述朝前指向和朝后指向的波束信号，以抑制不相关的信号分量并 获取降噪的朝前指向的波束信号和降噪的朝后指向的波束信号； 将前头部相关传输函数（HRTF)对应用到所述降噪的朝前指向的波束信号，以获取前 直接的HRTF输出信号和前非直接的HRTF输出信号； 将后HRTF对应用到所述降噪的朝后指向的波束信号，以获取后直接的HRTF输出信号 和后非直接的HRTF输出信号； 使所述前直接的HRTF输出信号和所述后直接的HRTF输出信号相加，以获取第一耳机 信号的至少一部分；以及 使所述前非直接的HRTF输出信号和所述后非直接的HRTF输出信号相加，以获取第二 耳机信号的至少一部分。17. 根据权利要求16所述的方法，其还包括： 将与所述左麦克风阵列相关联的所述第一耳机信号加到与所述右麦克风阵列相关联 的所述第二耳机信号，以形成左耳机输出信号；以及 将与所述右麦克风阵列相关联的所述第一耳机信号加到与所述左麦克风阵列相关联 的所述第二耳机信号，以形成右耳机输出信号。18. 根据权利要求16所述的方法，其中从所述前和后麦克风信号矢量计算所述朝前指 向的波束信号和朝后指向的波束信号包括： 从所述前和后麦克风信号矢量计算心型信号对； 基于所述心型信号对和所述麦克风阵列信号来计算实值的时间相关和频率相关的掩 码；以及 将所述时间相关和频率相关的掩码乘以所述相应的前和后麦克风信号矢量，以获取所 述朝前指向和朝后指向的指向波束信号。19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述时间相关和频率相关的掩码被计算为通过 时间平均法计算出的所述前和后麦克风信号矢量的标准化交叉谱密度的绝对值。20. 根据权利要求18所述的方法，其中还使用非线性映射修改所述时间相关和频率相 关的掩码，以缩小或加大所述朝前指向和朝后指向的波束信号。
【专利摘要】一种仿生听力耳麦，其用于增强来自外部音频源的定向声。所述耳麦包括一对耳机，每个耳机具有麦克风阵列，所述麦克风阵列甚至在收听在听筒上呈现来自电子音频源的内容时通过多个麦克风将听者连接到环境。所述麦克风阵列信号首先被转换成波束成型的定向信号。扩散信号分量可以使用共同的降噪掩码来抑制。可随后使用多个头部相关传输函数(HRTF)对将所述音频信号转换成双耳格式。
【IPC分类】H04R1/10
【公开号】CN104883636
【申请号】CN201510089116
【发明人】U.霍巴赫
【申请人】哈曼国际工业有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月27日
【公告号】EP2914016A1, US20150249898