本申請基于目前在美國專利商標(biāo)局內(nèi)待審的臨時專利申請，即為2014年8月8日提交的系列號62/035,025的專利申請，并根據(jù)35U.S.C.段落119(e)要求對其的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，本文以參見方式引入該專利申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供用于實時產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的系統(tǒng)和裝置。具體來說，結(jié)合麥克風(fēng)，利用獨特的結(jié)構(gòu)部件來重新響應(yīng)人耳廓的某些音頻特征，以促進(jìn)聲音在三維空間內(nèi)定位與使用者的通訊聯(lián)系。

背景技術(shù)：

人類只有兩只耳朵，但卻可以在三維空間中在距離和方向上定位聲音。這之所以成為可能是因為人腦、內(nèi)耳和外耳(耳廓)一起工作而對聲音的位置作出判斷。通過接受來自一個耳朵的線索(單耳線索)，以及通過比較兩個耳朵接受的線索(雙耳線索)之間的差異，由此估計出聲音的位置。

雙耳線索涉及兩個耳朵之間聲音先后到達(dá)的差異以及強(qiáng)度的差異，這有助于確定聲源的相對定位。單耳線索涉及聲源和人類解剖學(xué)結(jié)構(gòu)之間的相互作用，其中，在聲音進(jìn)入耳道以被聽覺系統(tǒng)處理之前，原始的聲音被外耳修改。該種修改解碼出聲源相對于耳朵位置的定位，這種修改被稱之為與頭相關(guān)的音頻傳輸功能(HRTF)。

換句話說，HRTF描述了對聲源的過濾功能，為了表征出特定的耳朵如何接受來自空間特定點的聲音，在聲音被左右耳鼓膜感覺到之前，對聲源進(jìn)行過濾。這些修改可包括聽音人耳朵的形狀、聽音人頭部和身體的形狀，以及聲音傳播的空間特征等等。所有的這些特征一起影響著聽音人如何能正確地說出聲音來自何方。因此，由兩個耳朵產(chǎn)生的、造成所有這些特征的一對HRTF可用來合成雙耳聲音，并在聲音來自于空間特定點時就能正確地識別出來。

HRTF具有很寬范圍的應(yīng)用，從媒體和游戲中的虛擬環(huán)繞聲，到很響的噪音環(huán)境中的聽力保護(hù)，以及對聽覺缺損者的助聽。尤其是，在聽力保護(hù)和助聽的領(lǐng)域內(nèi)，記錄和再建特殊使用者的HRTF的能力提出了好多個挑戰(zhàn)，因為這種能力必須是實時出現(xiàn)的。在高噪音環(huán)境中聽力保護(hù)的應(yīng)用情形中，沉重的聽力保護(hù)的硬件必須佩戴在耳朵上，其呈體積龐大的頭戴式耳機(jī)的形式，因此，如果麥克風(fēng)放置在頭戴式耳機(jī)外邊，則使用者將會聽到外部的世界，但不會接受到正確的定位數(shù)據(jù)，因為HRTF沒有被重建。類似地，在用于聽力缺損者的助聽的情形中，麥克風(fēng)同樣安裝在助聽器外邊，完全阻塞使用者耳道的任何助聽裝置都將不能正確地再建該使用者的HRTF。

因此，為了正確地將聲音的位置信息實時地傳輸給使用者，需要有一種根據(jù)使用者身體特征再建使用者HRTF的裝置和系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過提供用于產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的裝置、系統(tǒng)和方法，來滿足上述存在的需求。本發(fā)明還提供實時增強(qiáng)音頻并對使用者的身體特征和外部環(huán)境的音頻特征定制增益的能力。

因此，從原始廣義的含義上來說，本發(fā)明所涉及的裝置也被稱作HRTF發(fā)生器，其包括外部集管和內(nèi)部集管。外部集管至少部分地暴露于外部環(huán)境，而內(nèi)部集管基本上設(shè)置在裝置的內(nèi)部之內(nèi)，和/或設(shè)置在所述裝置的較大裝置或系統(tǒng)外殼內(nèi)。

外部集管包括對耳輪結(jié)構(gòu)、耳屏結(jié)構(gòu)和開口。開口與外部環(huán)境直接空氣流通，且開口的結(jié)構(gòu)構(gòu)造成接受聲波。耳屏結(jié)構(gòu)設(shè)置成部分地包圍開口，這樣，耳屏結(jié)構(gòu)將部分地阻礙和/或影響進(jìn)入到開口內(nèi)的進(jìn)入聲波的特征。對耳輪結(jié)構(gòu)設(shè)置成進(jìn)一步部分地包圍耳屏結(jié)構(gòu)以及開口，這樣，耳屏結(jié)構(gòu)將部分地阻礙和/或影響流入到耳屏結(jié)構(gòu)和開口內(nèi)的進(jìn)入聲波的特征。對耳輪結(jié)構(gòu)和耳屏結(jié)構(gòu)可包括半穹形或包括閉合側(cè)和開口側(cè)的部分穹形的任何變體。在一較佳實施例中，對耳輪結(jié)構(gòu)的開口側(cè)和耳屏結(jié)構(gòu)的開口側(cè)以彼此相對的關(guān)系設(shè)置。

外部集管的開口連接到外部集管內(nèi)的開口通道并與其空氣流通。開口通道可相對于使用者要求的定向基本上以垂直的定向設(shè)置。開口通道還與聽道空氣流通，聽道形成在內(nèi)部集管內(nèi)但還部分地形成在外部集管內(nèi)。

內(nèi)部集管包括聽道和麥克風(fēng)外殼。麥克風(fēng)外殼附連或連接到聽道的端部，該端部位于與開口通道連接的相對端上。聽道或聽道部分的至少一部分，可相對于使用者要求的傾聽方向基本上以平行的定向定位。麥克風(fēng)外殼還可包括抵靠聽道端部安裝的麥克風(fēng)。麥克風(fēng)外殼可進(jìn)一步包括位于麥克風(fēng)后邊的空氣腔，其位于與聽道連接相對的端部上，可用帽子進(jìn)行密封。

在至少一個實施例中，裝置或HRTF發(fā)生器可形成為較大系統(tǒng)的一部分。因此，系統(tǒng)可包括左HRTF發(fā)生器、右HRTF發(fā)生器、左預(yù)放大器、右預(yù)放大器、音頻處理器、左回放模塊，以及右回放模塊。

這樣，左HRTF發(fā)生器的結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成拾取和過濾傳輸?shù)绞褂谜咦筮叺穆曇?。類似地，右HRTF發(fā)生器的結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成拾取和過濾傳輸?shù)绞褂谜哂疫叺穆曇?。左預(yù)放大器的結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造成增大左HRTF發(fā)生器的過濾過的聲音的增益。右預(yù)放大器的結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造成增大右HRTF發(fā)生器的過濾過的聲音的增益。音頻處理器的結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成處理和增強(qiáng)從左預(yù)放大器和右預(yù)放大器接受的音頻信號，然后，將相應(yīng)的處理過的信號各傳輸?shù)阶蠡胤拍K和右回放模塊。左回放模塊和右回放模塊或換能器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造成將電信號轉(zhuǎn)換為給使用者的聲音，這樣，使用者可感受到來自使用者環(huán)境的過濾過的和增強(qiáng)的聲音，其包括允許使用者定位起源聲源的音頻數(shù)據(jù)。

在至少一個實施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)可包括諸如具有嵌入在其中的HRTF發(fā)生器的頭戴式受話器或頭戴式耳機(jī)?？膳宕鞯难b置可進(jìn)一步包括預(yù)放大器、音頻處理器、回放模塊以及其他合適的電路和部件。

在另一實施例中，根據(jù)本發(fā)明，可使用用于產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的方法。這樣，外界聲音首先通過HRTF發(fā)生器外部進(jìn)行過濾，HRTF發(fā)生器可包括耳屏結(jié)構(gòu)和對耳輪結(jié)構(gòu)。過濾過的聲音然后傳送到HRTF發(fā)生器內(nèi)部，諸如通過上述的開口通道和聽道以形成輸入的聲音。輸入的聲音在嵌入在HRTF發(fā)生器內(nèi)的麥克風(fēng)處被接受，HRTF發(fā)生器鄰近并連接到聽道，以便形成輸入信號。用預(yù)放大器放大輸入信號，以形成放大的信號。然后用音頻處理器來處理放大的信號，以形成處理的信號。最后，將處理過的信號傳輸?shù)交胤拍K，以將音頻和/或位置音頻數(shù)據(jù)傳輸給使用者。

這里所述的方法可構(gòu)造成實時地捕捉位置音頻數(shù)據(jù)并將其傳輸給使用者，這樣，可利用該方法作為助聽，或在響噪音環(huán)境中過濾掉響噪音。

當(dāng)考慮附圖以及詳細(xì)描述時，本發(fā)明上述的和其他的目的、特征以及優(yōu)點將變得更加清晰。

附圖說明

為了更加完整地理解本發(fā)明的特征，應(yīng)該參照以下結(jié)合附圖給出的詳細(xì)描述，附圖中：

圖1是用于產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的裝置的外部立體圖。

圖2是用于產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的裝置的內(nèi)部立體圖。

圖3是針對用于產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的系統(tǒng)的方框圖。

圖4A示出包括用于產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的裝置的可佩戴裝置的側(cè)視圖。

圖4B示出包括用于產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的裝置的可佩戴裝置的前視圖。

圖5示出針對用于產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的方法的流程圖。

在全部的幾個附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的零件。

具體實施方式

如附圖所示，本發(fā)明涉及對使用者產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的裝置、系統(tǒng)和方法。具體來說，某些實施例涉及實時地捕捉外部環(huán)境中周圍的聲音，并通過形成在裝置上的獨特結(jié)構(gòu)來過濾該聲音，以產(chǎn)生音頻定位數(shù)據(jù)，然后處理該聲音來增強(qiáng)音頻定位數(shù)據(jù)并將音頻定位數(shù)據(jù)傳送給使用者，這樣，使用者可確定聲音在三維空間中的起源。

正如示意地所指出的，圖1和2示出了至少一個對使用者產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的裝置100的優(yōu)選實施例，或者稱作為“HRTF發(fā)生器”。因此，裝置100包括外部集管110和內(nèi)部集管120。外部集管110至少部分地設(shè)置在裝置100的外部上。另一方面，內(nèi)部集管120則沿著裝置100的內(nèi)部設(shè)置。為了進(jìn)一步澄清，裝置100的外部包括外部環(huán)境，這樣，該外部直接暴露在周圍環(huán)境的空氣中。裝置100的內(nèi)部包括至少部分地密封的環(huán)境，該環(huán)境部分地或完全地阻擋聲波的直接流動。

外部集管110可包括具有六個面的六面體形狀。在至少一個實施例中，外部集管110大體上是立方體。外部集管110可包括至少一個凹入或凸出的表面，諸如是暴露在外部環(huán)境中的外表面。內(nèi)部集管120可包括大致的圓柱形，圓柱形可以至少部分地為中空。外部集管110和內(nèi)部集管120可包括聲阻尼或隔音材料，諸如是為本技術(shù)鄰域內(nèi)技術(shù)人員所熟知的各種泡沫、塑料和玻璃。

把注意力集中到圖1來，外部集管110包括對對耳輪結(jié)構(gòu)101、耳屏結(jié)構(gòu)102和可在外部看得見的開口103。該開口103與周圍環(huán)境直接空氣流通，這樣，將會接收通過該開口103的空氣中的聲波流動或振動。耳屏結(jié)構(gòu)102布置成部分地包圍該開口103，而對耳輪結(jié)構(gòu)101布置成部分地包圍耳屏結(jié)構(gòu)102和開口103。

在至少一個實施例中，對耳輪結(jié)構(gòu)101包括具有閉合側(cè)105和敞開側(cè)106的半穹形結(jié)構(gòu)。在一較佳實施例中，敞開側(cè)106面對首選的傾聽方向104，而閉合側(cè)105面背離首選的傾聽方向104。耳屏結(jié)構(gòu)102也可包括具有閉合側(cè)107和敞開側(cè)108的半穹形結(jié)構(gòu)。在一較佳實施例中，敞開側(cè)108面背離首選的傾聽方向104，而閉合側(cè)107面向首選的傾聽方向104。在其他的實施例中，不管首選的傾聽方向104如何，對耳輪結(jié)構(gòu)101的敞開側(cè)106總可以與耳屏結(jié)構(gòu)102的敞開側(cè)108保持直接的面對關(guān)系。

針對本文件所定義的半穹形可包括半穹形結(jié)構(gòu)或半穹形結(jié)構(gòu)的任何的組合。例如，圖1的對耳輪結(jié)構(gòu)101包括半穹形，而耳屏結(jié)構(gòu)102包括部分的穹形，其中的底部可小于半穹形的底部，但頂部可延伸到或超過半穹形的中間點，以提供增大的覆蓋范圍或包圍住開口103和其他結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，在其他的變體中，半穹形的頂部和底部可改變相應(yīng)的尺寸，以形成全穹形結(jié)構(gòu)的變化部分，從而形成變化的覆蓋開口103的覆蓋范圍。這允許該裝置產(chǎn)生不同的或增強(qiáng)的音頻輸入，用于計算聲源相對于使用者的方向和距離。

在至少一個實施例中，對耳輪結(jié)構(gòu)101和耳屏結(jié)構(gòu)102可以是模塊化的，這樣，根據(jù)使用者對于特殊音頻特征的偏好，可選出不同的大小和形狀(不同半穹形或部分穹形的變化)。

現(xiàn)把注意力集中到圖2來，開口103連接到外部集管110之內(nèi)的開口通道111，并與其空氣流通。在至少一個實施例中，開口通道111相對于使用者要求的傾聽方向104基本上垂直定向設(shè)置。開口通道111還進(jìn)一步連接在與聽道121空氣流動的連通中。一部分的聽道121可形成在外部集管110內(nèi)。在各種實施例中，開口通道111和聽道121可以是單件構(gòu)造。在其他的實施例中，未示出的聽道連接器可用來連接該兩個部分。至少一部分的聽道121也可形成在內(nèi)部集管120內(nèi)。

如前所討論的，內(nèi)部集管120全部地或大體上形成在裝置的內(nèi)部，這樣，它不直接暴露在外部空氣中，并基本上不受外部環(huán)境的影響。在至少一個實施例中，形成在至少一部分內(nèi)部集管120內(nèi)的聽道121，相對于使用者要求的傾聽方向104基本上平行定向設(shè)置。在一較佳實施例中，聽道121的長度大于其直徑的兩倍。

麥克風(fēng)外殼122附連到聽道121的端部。在麥克風(fēng)外殼122之內(nèi)，麥克風(fēng)123(未示出)抵靠住聽道121的端部安裝。在至少一個實施例中，麥克風(fēng)123與聽道121齊平安裝，于是，連接可以基本上是氣密的以避免聲音干擾。在一較佳實施例中，空氣腔124形成在麥克風(fēng)之后，并在內(nèi)部集管120的端部處。將麥克風(fēng)123插入到麥克風(fēng)外殼122內(nèi)，然后，在124處用帽子密封住麥克風(fēng)外殼的端部。在至少一個實施例中，該帽子可以大致上氣密的。在該空氣腔內(nèi)可使用具有不同音頻特征的不同氣體。

在至少一個實施例中，裝置100可形成為如圖3所示的較大系統(tǒng)300的一部分。因此，系統(tǒng)300可包括左HRTF發(fā)生器110、右HRTF發(fā)生器110’、左預(yù)放大器210、右預(yù)放大器210’、音頻處理器220、左回放模塊230以及右回放模塊230’。

左HRTF發(fā)生器110和右HRTF發(fā)生器110’可包括上述的裝置100，各具有諸如對耳輪結(jié)構(gòu)101和耳屏結(jié)構(gòu)102那樣的獨特結(jié)構(gòu)。因此，HRTF發(fā)生器110/110’的結(jié)構(gòu)可構(gòu)造成為使用者產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭，這樣，HRTF發(fā)生器110/110’所接受的聲音可傳輸?shù)绞褂谜?，以便正確地與聲音的位置數(shù)據(jù)通訊。換句話說，HRTF發(fā)生器110/110’可復(fù)制和替換使用者自己左右耳的功能，其中，HRTF發(fā)生器收集聲音，并對進(jìn)入的聲音執(zhí)行相應(yīng)的譜變換或過濾過程，以使垂直定位的過程能夠發(fā)生。

然后，左預(yù)放大器210和右預(yù)放大器210’可用來增強(qiáng)來自HRTF發(fā)生器的過濾過的聲音，以提高某些音頻特征來改進(jìn)定位的準(zhǔn)確性，或過濾掉不要的噪音。預(yù)放大器210/210’可包括電子放大器，諸如是電壓放大器、電流放大器、跨導(dǎo)放大器、跨阻放大器，和/或本技術(shù)鄰域內(nèi)技術(shù)人員所知的電路的任何組合，用來增強(qiáng)或降低聲音或輸入信號的增益。在至少一個實施例中，預(yù)放大器包括麥克風(fēng)預(yù)放大器，其構(gòu)造成準(zhǔn)備有待被其他處理模塊處理的麥克風(fēng)信號。正如行內(nèi)可能知道的，麥克風(fēng)信號有時過于微弱而不能傳輸?shù)狡渌麊卧?，諸如是具有足夠質(zhì)量的記錄或回放裝置。通過提供穩(wěn)定的增益，同時防止有可能使信號畸變的感應(yīng)的噪音，麥克風(fēng)預(yù)放大器因此將麥克風(fēng)信號增強(qiáng)到線路水平。

音頻處理器230可包括數(shù)字信號處理器和放大器，并可進(jìn)一步包括音量控制器。音頻處理器230可包括處理器和電路的組合，電路的組合構(gòu)造成進(jìn)一步增強(qiáng)來自麥克風(fēng)預(yù)放大器的信號的音頻質(zhì)量，麥克風(fēng)預(yù)放大器諸如是但不局限于：架上過濾器(shelf filter)平衡器、調(diào)制器。例如，在至少一個實施例中，音頻處理器230可包括處理器，該處理器執(zhí)行如本發(fā)明人的美國專利號8160274所介紹的用于處理信號的諸步驟。音頻處理器230可納入為使用者和/或環(huán)境定制的各種音頻曲線，就如本發(fā)明人的美國專利號8565449中所描述的那樣。音頻處理器230可另外納入適合于高噪音環(huán)境的處理，就如本發(fā)明人的美國專利號8462963中所描述的。使用者通過本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的任何裝置，便可控制和修改音頻處理器230的各種參數(shù)，所述裝置諸如是直接接口或無線通訊接口。

左回放模塊230以及右回放模塊230’可包括頭戴式耳機(jī)、耳機(jī)、揚(yáng)聲器，或為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的任何其他換能器。左回放模塊230和右回放模塊230’的用途是將來自音頻處理器230的電音頻信號轉(zhuǎn)換回到使用者可感知的聲音。這樣，可采用移動線圈式換能器、靜電換能器、駐極體換能器，或本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的其他換能器技術(shù)。

在至少一個實施例中，本系統(tǒng)200包括如圖4A和4B中所示的裝置200，其可以是具有嵌入在其中的裝置100的頭戴式受話器200以及各種放大器，放大器包括但不限于預(yù)放大器210/210’、處理器220、回放模塊230/230’，以及其他合適的電路或電路組合，以便接受、傳輸、增強(qiáng)和再生聲音。

在如圖5所示的另一實施例中，顯示了用來產(chǎn)生與音頻傳輸功能相關(guān)的頭的方法。因此，外來聲音首先通過沿著HRTF發(fā)生器201的外部形成的至少一個對耳輪結(jié)構(gòu)和耳屏結(jié)構(gòu)進(jìn)行過濾，以便形成過濾的聲音。接下來，過濾過的聲音沿著HRTF發(fā)生器202內(nèi)部通過開口和聽道，以便形成輸入的聲音。輸入的聲音在嵌入在HRTF發(fā)生器內(nèi)的麥克風(fēng)處被接受，以便形成輸入信號。然后用預(yù)放大器204放大輸入信號，以便形成放大的信號。用音頻處理器205處理放大的信號，以便形成處理的信號。最后，將處理的信號傳輸?shù)交胤拍K206，以便將音頻信號和/或位置音頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞褂谜摺?/p>

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，圖5的方法可實時地執(zhí)行定位聲音的捕捉并傳輸給使用者。這有助于助聽情形中的使用，諸如是聽力有損的使用者的助聽。這還有助于高噪音環(huán)境中的使用，諸如是過濾掉噪音和/或增強(qiáng)人聲。

在至少一個實施例中，圖5的方法還可進(jìn)一步包括標(biāo)定過程，使得每個使用者都可復(fù)制他或她獨特的HRTF，從而在三維空間中提供正確的聲音定位。該標(biāo)定可包括調(diào)整如上所述的對耳輪結(jié)構(gòu)和耳屏結(jié)構(gòu)，它們可由模塊化部件和/或可移動模塊形成。因此，耳屏結(jié)構(gòu)和/或?qū)Χ喗Y(jié)構(gòu)可再定位，和/或可使用不同形狀和/或大小的結(jié)構(gòu)。在其他的實施例中，上述的音頻處理器230可以進(jìn)一步進(jìn)行標(biāo)定，以調(diào)整某些聲波相對于其他聲波和/或信號的聲音增益。

應(yīng)該理解到，上述步驟可唯獨地或非唯獨地進(jìn)行，可以任何次序進(jìn)行。此外，方法中所列舉的物理裝置可包括本文件中描述的或為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員熟知的任何裝置和/或系統(tǒng)。

由于可對所述的本發(fā)明優(yōu)選實施例作出詳細(xì)的許多修改、變化和改變，所以，本發(fā)明意將以上描述中和附圖中所示的所有事項詮釋為解釋性的而非限制性的含義。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)由附后權(quán)利要求書及其法律上等價物來予以確定。

現(xiàn)在已對本發(fā)明進(jìn)行了描述。