具有象限聲音定位的電子聽力保護(hù)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子聽力保護(hù)的領(lǐng)域，且尤其涉及包括象限聲音定位的電子聽力保護(hù) 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類（和其它動(dòng)物）使用兩只耳朵來定位從左到右和從前到后的聲音。成給定角 度的聲源將較早且通常以較強(qiáng)強(qiáng)度到達(dá)較近的耳朵，且將較晚且通常以較弱強(qiáng)度到達(dá)較遠(yuǎn) 的耳朵。這些雙聲道提示被稱為耳間時(shí)差（ITD)和耳間強(qiáng)度差（IID)。當(dāng)聲源直接位于聽 者的前方時(shí)，強(qiáng)度和到達(dá)時(shí)間相等。
[0003] 這種簡化（稱為"二元學(xué)說"）容許定位聽者前方的水平面中的聲源，但如果來自 后方的聲音也受到關(guān)注，那么會(huì)有一些含糊。舉例來說，源自直接位于聽者前方的點(diǎn)的聲音 將具有與源自相同距離處的直接位于聽者后方的點(diǎn)的聲音大體上相同的ITD和IID。事實(shí) 上，使前方和后方中的聲源向左移位30度將導(dǎo)致類似含糊性。換言之，二元學(xué)說不足以用 于聲音的前后定位，且也不足以用于定位高度。對(duì)于每個(gè)偏軸角，存在類似于具有穿過兩只 耳朵的軸的錐體的一組點(diǎn)（稱為"錐形干擾區(qū)"），其中無法在所述錐體內(nèi)分辨來自所述椎 體上的任何位置的聲音。
[0004] 除由二元學(xué)說識(shí)別的因素之外的額外因素容許更好地定位聲音。歸因于圍繞及沿 頭部、軀干和外耳（耳廓）的反射和折射的聲音的頻譜成形可用來推斷與聲音的定位有關(guān) 的信息。舉例來說，源自聽者后方的聲音必須行進(jìn)穿過及圍繞外耳或耳廓的組織，所述組織 將充當(dāng)聲音濾波器。這種濾波器將使原聲的頻譜成形，所述頻譜可由頭部用作聲源定位的 提示。通過聽者的頭部、軀干和耳朵編碼成聲音的各種頻譜提示的特性被稱為與頭部相關(guān) 的轉(zhuǎn)移函數(shù)（HRTF)，且因人而異。
[0005] 經(jīng)由HRTF來模型化空間提示已用于將周圍聲音內(nèi)容轉(zhuǎn)化為立體聲，使得來自游 戲或電影的空間信息被編碼在兩個(gè)通道內(nèi)。然而，因?yàn)镠RTF因人而異，所以針對(duì)一個(gè)聽者 所測(cè)量及編碼的給定HRTF始終無法針對(duì)不同聽者重新產(chǎn)生正確空間感。
[0006] 當(dāng)聽筒具有直接位于其上（例如安裝在聽力保護(hù)器耳機(jī)上）的擴(kuò)音器時(shí)，可簡化 定位問題，因此，聽者可以聽到環(huán)境，而不是錄音或廣播。因?yàn)槁犝叩念^部已經(jīng)空間上過濾 了進(jìn)來的聲音，所以需要HRTF的更少部分，其將需要更少處理。左/右平移仍然可分辨。然 而，聽筒的使用仍然會(huì)更改聽者的HRTF，因?yàn)楫?dāng)將擴(kuò)音器放置于聽力保護(hù)耳機(jī)的外部時(shí)，正 常耳廓過濾被繞過了。
[0007] 通過降低所需分辨率可進(jìn)一步簡化定位問題。研究已聚焦于分辨緊密間隔角（例 如5°到10° )的能力。一些聲音定位應(yīng)用需要更低角分辨率。象限定位試圖通過自然的 對(duì)人腦進(jìn)行前對(duì)后以及左對(duì)右的聲源定位來解決其困惑，如圖1中所見。
[0008] 憑經(jīng)驗(yàn)去檢測(cè)個(gè)人的HRTF已經(jīng)作出了些許努力。由AKG和IRCAM作出的這種努力 的結(jié)果可在線獲得。參見2003年現(xiàn)代音樂聲學(xué)整合研究學(xué)會(huì)的"聽力HRTF數(shù)據(jù)庫("Listen HRTF Database"），網(wǎng)址為 http://recherche, ircam. fr/eauips/salles/listen/。上一次 訪問是在2013年10月23日。這個(gè)數(shù)據(jù)庫包括約50個(gè)測(cè)試對(duì)象的與頭腦相關(guān)的脈沖響應(yīng) (HRIR)。數(shù)據(jù)分析證實(shí)了 HRTF特定于每個(gè)個(gè)體的事實(shí)，但它也表明在大部分HRTF之間有 一些共同因素。
[0009] 提供的數(shù)據(jù)包括每位測(cè)試對(duì)象在187種方位和高度角組合下的HRIR。前后定位問 題僅關(guān)注對(duì)應(yīng)于水平面（即，高度角=〇)中和身體同側(cè)（更靠近聲源的耳朵）上的聲源的 HRIR。對(duì)于每只耳朵，有13種相等地隔開15°的這種HRIR。假定聽者頭部固定，讓0°代 表直接位于頭部前方的一點(diǎn)。類似的，90°就代表直接位于頭部左方的一點(diǎn)，180°就代表 直接位于頭部后方的一點(diǎn)。為簡單起見，假定頭部是對(duì)稱的，且如同是一只左耳來指所有耳 朵。換言之，90°將始終代表了同側(cè)的點(diǎn)；左耳和右耳之間沒有區(qū)別。
[0010] 享有相同的ITD和IID的水平面上的任意兩點(diǎn)被稱為"方位角對(duì)"。這樣的方位 角對(duì)出現(xiàn)在公式Θ = 90° - φ，Θ后=90°+φ的角對(duì)下，其中φ是遠(yuǎn)離耳朵的任意角度。在 數(shù)據(jù)庫中可得到6種可能的方位角對(duì)：0° -180°、15° -165°、30° -150°、45° -135°、 60。 -120。和 75° -105。。
[0011] 針對(duì)受關(guān)注的13種HRIR中的每一種，可使用Welch(威爾奇）方法計(jì)算聲譜強(qiáng) 度的估值。參見威爾奇博士發(fā)表的題為"The Use of Fast Fourier Transform for the Estimation of Power Spectra:A Method Based on Time Averaging Over Short, Modified Periodograms"的論文，所述論文在電氣和電子工程師協(xié)會(huì)電聲學(xué)欄目（IEEE Trans. Audio Electroacoustics)第AU-15 (1967年6月）卷，第70頁到73頁。從HRIR的功率譜強(qiáng)度減 去試驗(yàn)刺激的聲譜示出聲譜形成是頭部幾何學(xué)作用的結(jié)果。假定補(bǔ)償試驗(yàn)刺激具有平坦的 頻率響應(yīng)，然而刺激信號(hào)的增益是未知的。這個(gè)信息對(duì)于確定哪些頻率是通過系統(tǒng)變小或 放大而言非常重要。沒有參考信號(hào)，只可以看到某些頻率對(duì)其它頻率的相對(duì)功率。分析表 明，參考信號(hào)在30分貝時(shí)被選擇為白色信號(hào)，在某種程度上是任意的。
[0012] 圖2A至圖2F示出了與聽者正前方聲源相對(duì)應(yīng)的六個(gè)方位角（例如0度、15度、 30度、45度、60度和75度）中每一個(gè)下，聽者耳朵的平均功率譜密度的圖。圖3示出了六 個(gè)前向方位角下的功率譜密度的加權(quán)平均值。應(yīng)用的加權(quán)曲線強(qiáng)調(diào)了角度更靠近〇°。圖 4A至圖4F示出了與聽者正后方聲源相對(duì)應(yīng)的六個(gè)方位角（例如180度、165度、150度、135 度、120度和105度）中每一個(gè)下，聽者耳朵的平均功率譜密度的圖。圖5示出了六個(gè)后方 位角下的功率譜密度的加權(quán)平均值。應(yīng)用強(qiáng)調(diào)角度更靠近180°的加權(quán)曲線。
[0013] 這個(gè)研究的目的之一就是水平面的象限定位。二元學(xué)說對(duì)于確定聲源的方位角位 置是有益的。鑒于二元學(xué)說在雙聲道信號(hào)上的優(yōu)勢(shì)，后到前的區(qū)分很大程度上依靠單聲道 信號(hào)。通過單只耳朵就可以檢測(cè)到用來定位聲音的聲譜信號(hào)，且不需要兩耳的同步信息。為 消除"錐形干擾區(qū)"，錐體內(nèi)兩點(diǎn)之間的聲譜差就明確地求出來了，在所述點(diǎn)處錐形干擾區(qū) 橫切水平面。編碼到這些差值中的信息為象限定位提供了手段。
[0014] 圖6A至圖6F示出了六個(gè)方位角對(duì)中每一個(gè)的聲譜差。線82至線87代表了全部 對(duì)象耳朵的平均聲譜差。線88、89代表了高于或低于平均關(guān)聯(lián)值的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差，且每個(gè) 圖中的個(gè)別點(diǎn)代表了逐點(diǎn)最大值和最小值。可以看到，當(dāng)角度差增加時(shí)，差值就非常顯著。 圖7示出了全部對(duì)象耳朵和線92上全部方位角對(duì)上的平均聲譜差，且線94、95分別代表偏 高和偏低的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0015] 存在對(duì)一種具有聲音定位的改進(jìn)型電子聽力保護(hù)器的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 電子聽力保護(hù)器包括耳機(jī)總成，所述耳機(jī)總成包括提供前擴(kuò)音器信號(hào)的前外部擴(kuò) 音器和提供后擴(kuò)音器信號(hào)的后外部擴(kuò)音器。處理器接收前擴(kuò)音器信號(hào)和后擴(kuò)音器信號(hào)，且 提供前通道信號(hào)和后通道信號(hào)。具有截止頻率值的第一濾波器接收后通道信號(hào)并提供第一 濾波信號(hào)。具有陷波頻率值的第二濾波器接收第一濾波信號(hào)并提供第二濾波信號(hào)。求和器 接收指示前通道信號(hào)的第一信號(hào)和指示第二濾波信號(hào)的第二信號(hào)，并將求和信號(hào)提供給換 能器，所述換能器在第一耳機(jī)內(nèi)提供指示求和信號(hào)的音頻信號(hào)，其便于電子聽力保護(hù)器佩 戴者定位聲音。
[0017] 第一濾波器可包括第一雙二階濾波器，其被配置并布置成低通濾波器，且第二濾 波器可包括第二雙二階濾波器，其被配置并布置成陷波濾波器。
[0018] 第一雙二階濾波器可具有約12kHz的截止頻率，且第二雙二階濾波器可具有位于 約4. 9kHz的陷波頻率。
[0019] 處理器也可接收第二前擴(kuò)音器信號(hào)和第二后擴(kuò)音器信號(hào)，并提供第二前通道信號(hào) 和第二后通道信號(hào)。低通濾波器接收第二后通道信號(hào)并提供第二低通濾波信號(hào)。陷波濾波 器接收第二低通濾波信號(hào)并提供第二陷波濾波信號(hào)。第二求和器接收指示第二前通道信號(hào) 的第三信號(hào)和指示第二陷波濾波信號(hào)的第四信號(hào)，且將第二求和信號(hào)提供給第二換能器， 所述第二換能器在第二耳機(jī)內(nèi)提供指示第二求和信號(hào)的第二音頻信號(hào)。
[0020] 電子聽力保護(hù)器也可包括前通道處理，其包括前通道架濾波器（shelf filter)，所 述前通道架濾波器接收第一前通道信號(hào)并提供前通道濾波信號(hào)。前通道陷波濾波器接收前 通道濾波信號(hào)并提供第一信號(hào)。
[0021] 前通道架濾波器可包括具有約為I. 9kHz的截止頻率的雙二階濾波器。前通道陷 波濾波器可包括具有約為8. IkHz的陷波的第二雙二階濾波器。
[0022] 在另一實(shí)施方案中，電子聽力保護(hù)器包括耳機(jī)總成，所述耳機(jī)總成包括提供前擴(kuò) 音器信號(hào)的前外部擴(kuò)音器和提供后擴(kuò)音器信號(hào)的后外部擴(kuò)音器。處理器接收且數(shù)字化前擴(kuò) 音器信號(hào)和后擴(kuò)音器信號(hào)，且提供指示其的前通道信號(hào)和后通道信號(hào)。濾波器接收且過濾 后通道信號(hào)，且具有提供高頻滾降的截止頻率值和呈小于截止頻率值的陷波濾波器頻率值 的陷波，其中濾波器提供濾波信號(hào)。將指示前通道信號(hào)的第一信號(hào)和指示濾波信號(hào)的第二 信號(hào)求和，且將指示所得求和的信號(hào)提供給換能器，所述換能器在第一耳機(jī)內(nèi)提供指示求 和信號(hào)的音頻信號(hào)。
[0023] 應(yīng)理解上文提到的和以下解釋的這些特征不但可以呈指示的各自組合，也可以呈 其它組合或單獨(dú)使用。
[0024] 根據(jù)如附圖中圖示的本發(fā)明實(shí)施方案的【具體實(shí)施方式】將顯而易見本發(fā)明的這些 和其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0025] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，從以下實(shí)施方案的【具體實(shí)施方式】將更顯而易知實(shí)施方案的前 述和其它特征。在圖式中，相似或相同參考數(shù)字指相似或相同元件。
[0026] 圖1是圖示了聽者頭部周圍的四個(gè)象限的圖示說明；
[0027] 圖2A至圖2F圖示了對(duì)應(yīng)于聽者前方聲源的六個(gè)不同方位角的平均功率譜密度的 圖；
[0028] 圖3圖示了圖2A至圖2