КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ КОМПОНОВКИ ГОЛОВНОГО ТЕЛЕФОНА
CONTROLLER FOR HEADPHONE ARRANGEMENT

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение относится к контроллеру для компоновки головного телефона и в частности, но не исключительно, к ограничению уровней громкости из наушника компоновки головного телефона.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Приход и распространение, например, портативных аудиоустройств привело к широкому использованию наушников для предоставления аудио пользователям. Из-за близости наушника к уху, возможно, генерировать высокие уровни давления звука. Так как этого кроме того можно достичь без причинения неудобства другим людям, это привело к поведению пользователя, которое часто приводит к применению опасно высоких уровней давления звука, приводящих к высокому риску повреждения слуха. Например, широкое использование вставляемых в ухо наушников привело к множеству пользователей, часто слушающих аудио на избыточных уровнях.
Риск повреждения слуха из-за прослушивания, например, портативных аудиопроигрывателей с использованием наушников, представляет растущий интерес. Например, регулирующие ограничения по максимальным уровням громкости, которые могут быть предоставлены портативными устройствами, рассматриваются или реализовываются во многих юрисдикциях. Однако, такие фиксированные ограничения имеют склонность к негибкости и предоставляют неудовлетворительную защиту, так как они могут быть не подходящими для конкретного сценария, в котором используют портативный аудиопроигрыватель.
На самом деле, риск повреждения слуха в частности возникает из-за высоких уровней проигрывания, которые возможны с портативными аудиопроигрывателями, и из-за частого использования таких аудиопроигрывателей в условиях, которые могут иметь высокий уровень фонового шума. На самом деле использование портативных аудиоустройств привело к тому, что головные телефоны используются в более разнообразных средах и все чаще и чаще используются в средах с высоким уровнем окружающих звуков или шума. Это приводит к затруднительному компромиссу между уровнем громкости, который является достаточно высоким, чтобы сделать желаемое аудио доминантным, и желанием сохранить уровень громкости достаточно низким, чтобы избежать повреждения слуха. Пользователи в шумной среде будут склоняться к увеличению громкости до уровней, которые могут иметь повреждающие эффекты, если поддерживаются в течение длительных периодов. Вследствие этого, существует желание для обеспечения возможности автоматического управления уровнем громкости и, таким образом, производимыми уровнями давления звука для предоставления лучшего компромисса, чем типично выбрано пользователями. Следовательно, существует желание предоставить лучшее управление громкостью аудиопредставления, как например, из портативных аудиопроигрывателей. В частности, может быть желаемым реализовать автоматическое управление громкостью, которое ограничивает сгенерированные уровни звука уровнем, который является маловероятным для вызова повреждения слуха.
US20070129828A1 раскрывает систему, в которой портативный аудиопроигрыватель может автоматически адаптировать громкость, так что риск повреждения слуха может быть снижен. Данный подход основан на ограничении накапливаемой дозировки звука из аудиопроигрывателя, так что она не превышает значений, которые рассматриваются как вызывающие повреждение слуха. Это совершают посредством задания установки максимальной разрешенной громкости на портативном устройстве на основе времени воздействия и времени тишины, в период между которыми обеспечивается возможность уху восстановиться от воздействия звука.
Однако данный подход может быть не оптимальным во всех сценариях. Например, недостатком любой системы, которая оценивает потенциальную возможность для потери слуха на основе только использования аудиопроигрывателя, является то, что она не отражает или не принимает в расчет другие звуки, которым может быть подвержен пользователь. Например, не может быть гарантировано, что время тишины, в которое аудиопроигрыватель не используют, является на самом деле тихим, и что пользователя не подвергают возможному высокому уровню звука. Вследствие этого не может быть гарантировано, что ухо способно восстановиться в течение времени между двумя сеансами прослушивания аудиопроигрывателя, и вследствие этого, риск повреждения слуха остается.
Отсюда, улучшенное управление уровнями громкости было бы предпочтительным, и в частности, была бы предпочтительной система, обеспечивающая возможность повышенной гибкости, повышенной адаптируемости, сниженной сложности, повышенной защиты слуха и/или улучшенных эксплуатационных характеристик.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому данное изобретение стремится к предпочтительному облегчению, смягчению или устранению одного или более из вышеупомянутых недостатков по одиночке или в любой комбинации.
Согласно аспекту данного изобретения предоставляют контроллер для компоновки головного телефона, содержащий: схему возбуждения аудио для генерирования возбуждающего сигнала для наушника компоновки головного телефона исходя из аудиосигнала, и для подачи возбуждающего сигнала на наушник, чтобы побудить наушник воспроизвести аудиосигнал на первом уровне звука; первую схему для определения уровня сигнала для аудиосигнала; приемник для приема сигнала микрофона от микрофона; вторую схему для определения уровня окружающего звука исходя из сигнала микрофона; третью схему для определения уровня ослабленного окружающего звука для пользователя, исходя из сигнала микрофона и ослабления окружающего звука наушника; и контроллер усиления для управления усилением схемы возбуждения аудио для аудиосигнала в ответ на уровень окружающего звука, уровень ослабленного окружающего звука и уровень сигнала.
Данное изобретение может обеспечивать возможность улучшенного управления уровнем звука, представленным пользователю. Данное изобретение может в частности обеспечивать возможность улучшенной установки громкости, которая может быть автоматически или динамически адаптирована к конкретным испытываемым условиям. Данное изобретение может обеспечивать возможность особенно точной адаптации и может во многих вариантах осуществления обеспечивать возможность улучшенной защиты против повреждения слуха.
Уровень сигнала может быть динамически варьируемой мерой энергии, которая зависит от текущего уровня по существу мгновенной энергии аудиосигнала. Ослабление окружающего звука может отражать ослабление или эффект экранирования окружающего звука, предоставляемого наушником при использовании. Ослабление окружающего звука может быть предполагаемым или оцененным ослаблением и может конкретно быть предварительно определенным ослаблением окружающего звука, определенным, например, посредством измерений или вычислений по время фазы проектирования, изготовления или тестирования наушника.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, контроллер усиления скомпонован с возможностью определения целевого уровня давления звука для первого уровня звука в ответ на уровень окружающего звука и уровень ослабленного окружающего звука, и ограничения усиления схемы возбуждения аудио, чтобы быть не выше первого усиления, приводя к объединению уровня ослабленного окружающего звука и первого уровня звука, соответствующему целевому уровню давления звука.
Это может обеспечить улучшенные эксплуатационные характеристики и/или пониженную сложность и/или облегченную работу или реализацию.
В частности, использование целевого уровня давления звука, основанного как на уровне окружающего звука, так и на уровне ослабленного окружающего звука, обеспечивает возможность управления наушником, чтобы обеспечивать уровень давления звука, который не только адаптирован для конкретной среды, то также непосредственно отражает влияние на слушателя. В частности, оно может обеспечивать возможность более точного управления объединенным уровнем давления звука, испытываемым пользователем, тем самым, например, обеспечивая возможность более точной и эффективной защиты против повреждения слуха. В частности, данный подход может обеспечивать возможность ограничения уровня давления звука от аудиосигнала уровнем, который учитывая окружающий звук, и конкретное экранирование наушника не приводит к потенциальному повреждению слуха. К тому же, уровень давления звука, сгенерированный из наушника является зависимым не только от уровня окружающего звука, воспринимаемого пользователем (т.е. уровня ослабленного окружающего звука), но также отражает фактический уровень звука среды. Таким образом, система может, например, предоставлять разные уровни звука из наушника при сценариях, которые имеют те же уровни окружающего звука, испытываемые пользователем, но происходящие из-за разных эффектов экранирования и разных аудиосред.
В некоторых вариантах осуществления контроллер усиления скомпонован с возможностью смещения усиления схемы возбуждения аудио к первому усилению, приводя к объединению уровня ослабленного окружающего звука и первого уровня звука, соответствующему целевому уровню давления звука.
Это может предоставлять весьма предпочтительное управление усилением/громкостью и может во многих сценариях обеспечивать возможность желательной автоматической и динамической установки уровня громкости не требуя какого-либо пользовательского ввода.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, целевой уровень давления звука находится в пределах 6 дБ уровня окружающего звука.
Это может обеспечить улучшенные эксплуатационные характеристики и может в частности обеспечить эффективное подавление риска повреждения слуха во многих вариантах осуществления и сценариях.
Данный подход может ограничить объединенный уровень давления звука, который испытывает пользователь, уровнем, который удерживают достаточно близким к уровню окружающего звука. Таким образом, пользователь будет испытывать (максимальный) уровень звука, который является относительно постоянным независимо от того, потребляет ли пользователь аудиосигнал или нет. Например, для варианта осуществления с портативным аудиопроигрывателем пользователь будет испытывать аналогичный уровень давления звука независимо от того, использует ли он/она портативный аудиопроигрыватель или нет. Таким образом, дополнительная дозировка звука, причиненная потреблением аудиопроигрывателя, может быть сохранена на желаемом уровне и может быть даже снижена до окружающего звука.
Данное изобретение может таким образом приводить к слуховому влиянию потребления звука с использованием компоновки головного телефона, поддерживаемой достаточно близко для слухового влияния, вызванного самой аудиосредой. В общем, звуковые среды сохраняют в пределах уровней давления звука, которые не вызывают риск повреждения слуха, и следовательно данный подход будет гарантировать, что потребление аудиосигнала не вызывает риск повреждения слуха. К тому же, если пользователь подвергает себя опасным средам, потребление аудиосигнала используя наушники, не приведет к какой-либо повышенной опасности и, таким образом, будет полностью на ответственности пользователя.
В некоторых вариантах осуществления, целевой уровень давления звука находится не выше уровня окружающего звука. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, система может быть использована для гарантии того, что суммарная дозировка звука находится ниже или равна дозировке звука, которую испытывал бы пользователь без головного телефона в аудиосреде.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, целевой уровень давления звука по существу равен уровню окружающего звука.
Это может обеспечить улучшенные эксплуатационные характеристики и может в частности обеспечить эффективное подавление риска повреждения слуха во многих вариантах осуществления и сценариях.
Данный подход может ограничивать объединенный уровень давления звука, который испытывает пользователь, уровнем, который поддерживается близким к уровню окружающего звука. Таким образом, пользователь будет испытывать (максимальный) уровень звука, который является по существу постоянным независимо от того, потребляет ли пользователь аудиосигнал или нет. Например, для варианта осуществления с портативным аудиопроигрывателем, пользователь будет испытывать по существу один и тот же уровень давления звука независимо от того, использует ли он/она портативный аудиопроигрыватель или нет. Таким образом, дополнительная дозировка звука может быть сохранена по существу такой же, независимо от того, потребляет ли пользователь аудиосигнал или нет.
Данное изобретение может таким образом приводить к слуховому влиянию потребления звука с использованием компоновки головного телефона, поддерживаемой достаточно близко для слухового влияния аудиосреды, которую испытывает пользователь. В общем, звуковые среды сохраняют в пределах уровней давления звука, которые не вызывают риск повреждения слуха, и следовательно данный подход будет гарантировать, что потребление аудиосигнала не вызовет риск повреждения слуха. К тому же, если пользователь подвергает себя опасным средам, потребление аудиосигнала используя наушники, не приведет к повышенной опасности и, таким образом, будет на ответственности пользователя.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, контроллер усиления скомпонован с возможностью ограничения усиления интервалом выше минимального значения, соответствующего первому уровню звука, имеющему предварительно определенное минимальное значение.
Это может обеспечить улучшенную функциональность и более лучший пользовательский опыт во многих средах. Данный подход может конкретно гарантировать, что уровень давления звука аудиосигнала никогда не снизится до нежелательного низкого уровня, даже в очень тихих средах. Конкретно, предварительно определенное значение может быть установлено на низкий уровень, который не рассматривается как вызывающий какое-либо повреждение слуха, даже при длительном и непрерывном использовании. Например, предварительно определенное значение может быть установлено на 70 дБ SPL, что будет гарантировать комфортный опыт прослушивания, в то же время, гарантируя, что риск повреждения слуха в действительности не существует.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, первая схема скомпонована с возможностью фильтрации аудиосигнала с частотной характеристикой, отражающей частотную характеристику наушника при воспроизведении аудиосигнала.
Это может обеспечить улучшенное управление усилением и может в частности обеспечить возможность более точной адаптации работы к конкретному опыту пользователя.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, третья схема скомпонована с возможностью фильтрации сигнала микрофона с частотной характеристикой, отражающей частотную характеристику ослабления окружающего звука наушника.
Это может обеспечить улучшенное управление усилением и может в частности обеспечить возможность более точной адаптации работы к конкретному опыту пользователя.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, первая схема скомпонована с возможностью генерирования уровня сигнала как уровня сигнала, пропущенного через фильтр нижних частот, имеющего частоту среза в 3 дБ не менее чем 5 Гц.
Это может обеспечить улучшенный опыт прослушивания и может в частности обеспечить возможность быстрой адаптации к конкретным характеристикам музыки, в то же время, удерживая любое вредное влияние вариаций усиления значительно низким.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, вторая схема скомпонована с возможностью генерирования уровня окружающего звука как уровня окружающего звука, пропущенного через фильтр нижних частот, имеющего частоту среза в 3 дБ не менее чем 5 Гц.
Это может обеспечить улучшенный опыт прослушивания и может в частности обеспечить возможность быстрой адаптации к конкретным характеристикам музыки, в то же время, удерживая любое вредное влияние вариаций усиления значительно низким.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, постоянная времени для снижения усиления составляет не более чем 20 мс.
Это может обеспечить улучшенный опыт прослушивания и может в частности обеспечить возможность быстрой адаптации к конкретным характеристикам музыки, в то же время, удерживая любое вредное влияние вариаций усиления значительно низким.
Постоянная времени представляет время, которое требуется для усиления, чтобы достигнуть 1-1/e 63% от его конечного (асимптотического) значения, следуя ступенчатому изменению.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, постоянная времени для повышения усиления составляет не более чем 200 мс.
Это может обеспечить улучшенный опыт прослушивания и может в частности обеспечить возможность быстрой адаптации к конкретным характеристикам музыки, в то же время, удерживая любое вредное влияние вариаций усиления значительно низким.
Постоянная времени представляет время, которое требуется для усиления, чтобы достигнуть 1-1/e 63% от его конечного (асимптотического) значения, следуя ступенчатому изменению.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, постоянная времени для повышения усиления составляет не менее чем вдвое выше, чем постоянная времени для уменьшения усиления.
Это может обеспечить улучшенный опыт прослушивания и может в частности обеспечить возможность улучшенного компромисса между риском повреждения слуха и снижением какой-либо слышимой деградации из-за вариаций усиления.
Постоянная времени представляет время, которое требуется для усиления, чтобы достигнуть 1-1/e 63% от его конечного (асимптотического) значения, следуя ступенчатому изменению.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, контроллер усиления скомпонован с возможностью выполнения взвешивания по частоте, по меньшей мере, одного из: уровня сигнала; уровня окружающего звука; и уровня ослабленного окружающего звука.
Это может обеспечить улучшенные эксплуатационные характеристики и может в частности обеспечить возможность улучшенного компромисса между риском повреждения слуха и снижением какой-либо слышимой деградации из-за вариаций усиления.
В соответствии с необязательным признаком данного изобретения, контроллер выполнен с возможностью выполнения частотно-избирательной регулировки усиления.
Это может обеспечить улучшенные эксплуатационные характеристики и может в частности обеспечить возможность улучшенного компромисса между риском повреждения слуха и снижением какой-либо слышимой деградации из-за вариаций усиления.
Согласно аспекту данного изобретения предоставляют способ управления усилением для компоновки головного телефона, причем способ содержит этапы, на которых: генерируют возбуждающий сигнал, для наушника компоновки головного телефона исходя из аудиосигнала; подают возбуждающий сигнал на наушник, чтобы побудить наушник воспроизводить аудиосигнал; определяют уровень сигнала для аудиосигнала; принимают сигнал микрофона от микрофона; определяют уровень окружающего звука исходя из сигнала микрофона; определяют уровень ослабленного окружающего звука, для пользователя исходя из сигнала микрофона и ослабления окружающего звука наушника; и управляют усилением возбуждающего сигнала в ответ на уровень окружающего звука, уровень ослабленного окружающего звука и уровень сигнала.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества данного изобретения будут очевидны из и объяснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанные в дальнейшем в этом документе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления данного изобретения будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на чертежи, в которых:
на Фиг. 1 проиллюстрирован пример использования компоновки головного телефона в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения;
на Фиг. 2 проиллюстрирован пример контроллера для компоновки головного телефона в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения; и
на Фиг. 3 проиллюстрирован пример контроллера для компоновки головного телефона в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следующее описание фокусируется на вариантах осуществления данного изобретения, применимых к стереофоническому головному телефону, используемому в связи с портативным аудиопроигрывателем. Однако следует оценить, что данное изобретение не ограничено этим применением, но может быть применено ко многим другим применениям рендеринга аудио, использующим один или более наушников.
На Фиг. 1 проиллюстрирован пример использования сценария для компоновки головного телефона в соответствии с некоторыми вариантами осуществления данного изобретения. В данном примере, пользователь слушает набор головных телефонов 101, которые присоединены к портативному аудиопроигрывателю 103. В дополнение к двум наушникам 105, 107, которые помещены около уха пользователя, компоновка 101 головного телефона содержит микрофон 109, который в данном примере закреплен на головных телефонах 101. Микрофон 109 скомпонован с возможностью захвата среды окружающего звука. В следующем, предполагают, что микрофон 109 скомпонован так, что вклад звука от звука, произведенного из наушников 105, 107, является ничтожным по сравнению с окружающим звуком. Это типично будет являться данным случаем из-за ослабления наушниками 105, 107 и относительно низких уровней звука головных телефонов 101. Однако, в некоторых вариантах осуществления, сигнал микрофона может быть компенсирован для любого вклада от звуков наушников. Например, могут быть применены алгоритмы устранения эхо для удаления любого вклада от наушников 105, 107.
В данном примере показан головной телефон, содержащий два наушника. Однако следует осознавать, что в других вариантах осуществления головной телефон может содержать только один наушник, и на самом деле головной телефон может состоять из одного наушника.
В данном примере, каждый наушник кроме того проиллюстрирован как охватывающий ухо наушник, но следует осознавать, что в других вариантах осуществления наушники могут быть другими типами наушников, включающими в себя, например, головные телефоны на ухе, наушники типа "капли" или внутриканальные наушники, также известные как вставляемые в ухо мониторы или вставляемые в ухо наушники.
В примере на Фиг. 1, портативный аудиопроигрыватель 103 включает в себя функциональность для автоматического управления уровнем давления звука, сгенерированным наушниками 105, 107, в зависимости от окружающего звука, захваченного микрофоном 109. Портативный аудиопроигрыватель 103 может конкретно автоматически адаптировать громкость к условиям звука среды, так что риск повреждения слуха является сниженным. Например, портативный аудиопроигрыватель 103 может управлять громкостью, так что пользователь имеет ограниченное или не имеет дополнительного воздействия звука из-за прослушивания портативного аудиопроигрывателя 103.
Портативный аудиопроигрыватель 103 содержит контроллер, который генерирует возбуждающие сигналы для головного телефона 101, так чтобы воспроизводить желаемое аудио. Пример контроллера проиллюстрирован на Фиг. 2. В примере стереофонического головного телефона, каждый наушник может быть рассмотрен независимо, и, следовательно, следующее описание будет сфокусировано на описании только для одного наушника. Следует осознавать, что описанный подход может быть параллельно применен к каждому наушнику стереофонического головного телефона, например, используя тот же сигнал микрофона, который может дополнительно предотвращать или снижать искажение стереоизображения.
В данном примере, аудио, которое должно быть воспроизведено, предоставляют посредством подходящего аудиоисточника 201, который в конкретном примере является внутренней памятью портативного аудиопроигрывателя 103. В конкретном примере, аудиоисточник 201 предоставляет сигналы музыки. Аудиосигнал предоставляют возбуждающей схеме 203, которая генерирует возбуждающий сигнал для наушника 105 исходя из аудиосигнала. Возбуждающий сигнал подают на наушник 105, так что он воспроизводит аудиосигнал на желаемом уровне звука.
В конкретном примере, контроллер реализован главным образом в цифровой области. Таким образом, аудиосигнал может быть сохранен как цифровой сигнал в аудиоисточнике 201 и может быть главным образом обработан как цифровой сигнал. Следует осознавать, что возбуждающая схема 203 в этом случае будет типично содержать цифроаналоговый преобразователь с последующим усилением аналогового аудио.
Возбуждающая схема 203 связана с контроллером 205 усиления, который скомпонован с возможностью управления эффективным усилением возбуждающей схемы для аудиосигнала. Таким образом, контроллер 205 усиления управляет громкостью звукового сигнала, который генерируется наушником 105. Следует осознавать, что усиление возбуждающей схемы 203 может быть отрегулировано в аналоговой области (например, посредством изменения усиления усилителя аналогового аудио), в цифровой области (например, посредством перемножения значения усиления и аудио сэмплов) или в обеих.
Контроллер усиления 205 скомпонован с возможностью управления усилением/громкостью на основе оценок уровня окружающего звука, который существует в аудиосреде, уровня ослабленного окружающего звука, отражающего уровень окружающего звука, который испытывает пользователь из-за экранирования, предоставленного наушником, и меры уровня сигнала для аудиосигнала.
Уровень окружающего звука оценивают на основании звука, захваченного микрофоном 109. Таким образом, предполагают, что звук, захваченный микрофоном 109, соответствует окружающему звуку в аудиосреде пользователя. Этого можно легко добиться посредством расположения микрофона 109 близко к головным телефонам 101, и конкретно микрофон 109 может быть закреплен на или интегрирован с головным телефоном 101.
Сигнал от микрофона 109 принимают посредством принимающей схемы 207, которая может содержать усилитель с низким уровнем шума, фильтры, аналого-цифровой преобразователь и т.д., как будет известно специалистам. Принимающая схема 207 связана с процессором 209 первого уровня звука, который генерирует оценку уровня окружающего звука, захваченного микрофоном 209. В качестве конкретного примера, процессор 209 первого уровня звука просто может быть определен как оценка энергии или мощности, например как
где x являются значениями сэмплов сигнала микрофона, предоставленного принимающей схемой 207, n является индексом сэмпла, и суммирование выполняют над подходящим числом сэмплов для предоставления желаемой динамической характеристики динамического управления усилением.
Следует понимать, что уровень окружающего звука может быть представлен посредством любой подходящей меры. Особенно, может быть использовано любое значение, которое имеет монотонную взаимосвязь с уровнем звука захваченного микрофоном 109 звука.
Принимающая схема 207 связана с процессором 211 второго уровня звука, который определяет уровень ослабленного окружающего звука, для пользователя исходя из сигнала микрофона и ослабления окружающего звука наушника 105. Таким образом, сгенерированное значение указывает воздействие звука, на пользователя исходя из окружающего звука, принимая во внимание ослабление и экранирование, которое предоставлено наушником 105.
В данном примере, процессор 211 второго уровня звука содержит процессор 213 ослабления, который обрабатывает сигнал микрофона, соответствующий ослаблению, которое предоставлено наушником 105 в окружающий звук. В качестве простого примера, наушник 105 просто может быть оценен для предоставления постоянного ослабления, и процессор 213 ослабления может просто ослаблять сигнал микрофона на ту же самую величину. Ослабленный сигнал подают на блок 215 оценки энергии, который генерирует оценку уровня ослабленного окружающего звука. Например, аналогично процессору 209 первого уровня звука, блок 215 оценки энергии может определять уровень ослабленного окружающего звука как:
где x являются значениями сэмплов сигнала микрофона, предоставленного процессором 213 ослабления, n является индексом сэмпла, и суммирование выполняют над подходящим числом сэмплов для предоставления желаемой динамической характеристики динамического управления усилением.
Следует понимать, что уровень ослабленного окружающего звука может быть представлен посредством любой подходящей меры. Особенно, может быть использовано любое значение, которое имеет монотонную взаимосвязь с уровнем звука окружающего звука, испытываемого пользователем.
Контроллер кроме того содержит процессор 217 уровня аудиосигнала, который связан с аудиоисточником 201 и который принимает от него аудиосигнал. Процессор 217 уровня аудиосигнала скомпонован с возможностью генерирования оценки уровня сигнала для аудиосигнала и конкретно может генерировать меру энергии, используя тот же самый подход, что и процессор 209 первого уровня звука и блок 215 оценки энергии, т.е.
где x являются значениями сэмплов аудиосигнала, n является индексом сэмпла, и суммирование выполняют над подходящим числом сэмплов для предоставления желаемой динамической характеристики динамического управления усилением.
Следует понимать, что уровень сигнала может быть представлен посредством любой подходящей меры. Особенно, может быть использовано любое значение, которое имеет монотонную взаимосвязь с уровнем сигнала аудиосигнала.
Процессор 209 первого уровня звука, процессор 211 второго уровня звука и процессор 217 уровня аудиосигнала связаны с контроллером 205 усиления, который принимает оценки/меры для уровня окружающего звука, уровня ослабленного окружающего звука и уровня аудиосигнала.
Контроллер 205 усиления затем переходит к определению установки усиления/громкости в зависимости от этих значений. Использование этих конкретных параметров обеспечивает возможность улучшенных эксплуатационных характеристик во многих средах. На самом деле, данный подход обеспечивает возможность высокой степени гибкости и дополнительных степеней свободы при оптимизации усиления и громкости для конкретных условий.
На самом деле, обладание мерой и уровня аудиосигнала, и уровня ослабленного окружающего звука, и уровня окружающего звука обеспечивает возможность системе быть гибкой и обеспечивать эффективные эксплуатационные характеристики с помощью многих разных типов головных телефонов и аудиосигналов, и во многих разных аудиосредах. Например, может быть спроектирован общий алгоритм, который может быть легко адаптирован к конкретному набору головных телефонов. Данный подход может также обеспечить возможность системе поддерживать давление звука, которое обладает различными взаимосвязями с уровнем ослабленного окружающего звука и уровнем окружающего звука. Например, уровень давления звука, который генерируется исходя из объединения воспроизведения аудио и ослабленного окружающего звука, может не соответствовать простому суммированию индивидуальных уровней, а может дополнительно зависеть от конкретных абсолютных значений уровней. Также, влияние на слух пользователя может быть по существу разным для двух источников звука. Например, если воспроизведение аудио является в основном высокочастотным сигналом, в котором окружающий звук является по существу плоской или преимущественно низкой частотой, влияние воспроизводящегося аудио на повреждение слуха, может быть по существу выше для воспроизводимого аудио, чем для ослабленного окружающего звука.
В качестве другого примера, ослабление, обеспеченное наушником, может быть нелинейным и или частотно-избирательным, и вследствие этого, упрощенная установка усиления или уровня громкости, основанная на уровне окружающего звука, во многих сценариях будет предоставлять субоптимальную установку громкости. В качестве конкретного примера, данный подход с Фиг. 2 может быть использован для автоматической и динамической регулировки суммарного уровня давления звука, испытываемого пользователем, так чтобы он был в пределах желаемой границы уровня звука аудиосреды, в которой в данный момент находится пользователь.
В примере с Фиг. 2, контроллер 205 усиления скомпонован с возможностью генерирования сначала целевого значения для давления звука, которое испытывает пользователь. Это целевое значение конкретно может быть установлено равным уровню окружающего звука, приводя к тому, что давление звука, испытываемое пользователем, является таким же как в сценарии, где пользователь слушает аудиопроигрыватель, используя головные телефоны, и в сценарии, в котором пользователь не слушает музыку (и не носит головные телефоны).
Контроллер 205 усиления может, таким образом, сначала определять целевое значение для уровня давления звука, которое должен испытывать пользователь. Так как этот уровень давления звука возникнет, исходя из объединения уровня ослабленного окружающего звука и уровня звукового сигнала из воспроизводимого аудио, контроллер 205 усиления может определять целевой уровень давления звука для воспроизведения аудио посредством компенсации целевого значения для уровня давления звука, которое должен испытывать пользователь для этого уровня ослабленного окружающего звука. Результирующий целевой уровень давления аудио может затем быть достигнут посредством установки усиления возбуждающей схемы 203, так что текущий уровень аудиосигнала усиливают до желаемого уровня.
Таким образом, контроллер может непрерывно и динамически регулировать усиление, так что аудиосигнал усиливают до уровня, который приводит к тому, что соответствующий уровень давления звука в объединении с уровнем давления звука, обусловленным ослабленным окружающим звуком, является равным уровню окружающего звука в конкретной аудиосреде. Таким образом, система автоматически и динамически отследит изменения как в аудиосигнале, так и в аудиосреде, приводящие к, например, разным уровням звука, когда изменяется аудиосреда.
Этот подход гарантирует, что в результате прослушивания пользователем портативного аудиопроигрывателя не причиняется дополнительная дозировка звука. Таким образом, одна и та же дозировка звука и воздействие причиняются для сценария прослушивания аудиопроигрывателя, как для нормального сценария без надетых головных телефонов. Так как аудиосреды являются типично управляемыми для безопасности и имеют очень низкий риск повреждения слуха, этот подход также предоставляет защиту от повреждения слуха, тогда как в то же время, предоставляя высокую степень гибкости и свободы пользователя. На самом деле, даже если пользователь решает использовать аудиопроигрыватель в аудиосредах, которые являются очень громкими и которые могут привести к повреждению слуха, дополнительное повреждение слуха не причиняется посредством использования аудиопроигрывателя, и таким образом, повреждение слуха будет из-за поведения пользователя и не будет ответственностью или обязательством изготовителя или поставщика аудиопроигрывателя.
Предотвращения дополнительных дозировок звука в результате, например, прослушивания музыки добиваются посредством использования (известного) ослабления звука наушников и посредством адаптивного управления громкости проигрывания, так чтобы суммарное воздействие звука из-за музыки и звуков среды после ослабления посредством эффекта экранирования наушников не превышало уровня звука среды.
В некоторых вариантах осуществления, усилением могут не управлять непосредственно, а скорее определенное усиление может быть максимальным усилением. Например, портативный аудиопроигрыватель может обеспечить возможность пользователю выбирать более низкий уровень громкости, чем тот, который соответствует уровню окружающего звука. Таким образом, целевой уровень звука может в некоторых вариантах осуществления быть максимальным уровнем.
Эффект ослабления наушника может быть типично известным, например, изготовитель может определять такие значения во время фаз проектирования, тестирования и изготовления. Однако, в качестве другого варианта, выделенное измерение эффекта ослабления может быть выполнено и результирующие данные могут быть предоставлены контроллеру.
В дополнение к преимуществу системы, не повышающей общую дозировку звука, система дополнительно обеспечивает возможность автоматической регулировки громкости воспроизводимого аудио, так что это аудио является слышимым для конкретных условий звуков среды, испытываемых не требуя от пользователя установления громкости на постоянно высокий уровень.
В качестве конкретного примера, уровень ослабленного окружающего звука может быть представлен посредством A2, уровень окружающего звука посредством B2 и уровень аудиосигнала посредством C2. Возбуждающая схема 203 может применять усиление к аудиосигналу C до предоставления результирующего сигнала С на наушник 105. Уровень давления звука от наушника 105, соответствующий сигналу C, может быть представлен как D, и таким образом, уровень давления звука, сгенерированный наушником, может быть определен как D.
Требование, что не причиняется дополнительная дозировка звука посредством прослушивания аудиопроигрывателя, может быть затем записано как:
которое может быть переписано как:
Таким образом, система может предоставлять установку максимального усиления для аудиопроигрывателя. В некоторых вариантах осуществления, усиление может быть непосредственно установлено в значение, которое приводит к тому же самому уровню давления звука, как если бы головные телефоны не были одеты, т.е.
В данном примере, D могут, например, быть рассмотрены как пропорциональные C с коэффициентом пропорциональности, приводящим к:
В конкретном примере, усиление ограничено максимальным значением (или автоматически установлено в значение), которое соответствует уровню давления звука, обусловленному объединением ослабленного окружающего звука и воспроизведения аудио, являющегося по существу равным уровню давления звука окружающего звука вне наушника 105.
Однако следует осознавать, что в других вариантах осуществления могут быть использованы другие ограничения усиления, и в частности, могут быть реализованы некоторые вариации исходя из уровня окружающего звука.
Во многих сценариях может быть предпочтительно, например, для целевого уровня давления звука находиться в пределах 6 дБ уровня окружающего звука. Например, может быть рассмотрено, что некоторая дополнительная дозировка звука может быть одобрена, и целевой уровень давления звука может быть установлен, например, на 3 дБ выше уровня окружающего звука. В качестве другого примера, может быть желательным, что дозировка звука должна быть снижена относительно дозировки окружающего звука (например, в средах, где уровень давления окружающего звука может потенциально вызывать повреждение слуха), и таким образом, целевой уровень давления звука может быть установлен, например, на 25% ниже уровня окружающего звука.
В некоторых вариантах осуществления, таких как когда усиление автоматически устанавливают, чтобы соответствовать уровню окружающего звука, контроллер 205 усиления может быть дополнительно скомпонован с возможностью ограничения усиления интервалом выше минимального значения, которое соответствует уровню звука воспроизводимого аудио, имеющему предварительно определенное минимальное значение. Таким образом, контроллер 205 усиления может не только реализовать максимальное усиление, но может также реализовать минимальное усиление. Например, для того чтобы избежать ситуации, в которой низкие уровни окружающего звука приводят к падению усиления на очень низкие значения, контроллер 205 усиления может быть скомпонован с возможностью гарантировать, что усиление имеет минимальное значение, соответствующее подходящему уровню (такому как, например, 70 дБ SPL), которое считается безвредным для долгого непрерывного времени воздействия. Это может быть в частности предпочтительным в вариантах осуществления, в которых контроллер 205 усиления автоматически устанавливает фактическое усиление вместо просто максимального усиления.
Описанный подход, таким образом, обеспечивает возможность автоматического удержания воздействия звука на пользователя в пределах разумных уровней и конкретно, автоматической установки для соответствия окружающему звуку. Таким образом, риск повреждения слуха может быть по существу снижен. К тому же, этого можно добиться с помощью подхода низкой сложности и конкретно, можно избежать необходимости осуществления мониторинга и накопления дозировок звука во времени.
Данная система скомпонована с возможностью адаптации усиления контроллера 205 усиления динамически и автоматически. Во многих вариантах осуществления, динамика системы может быть спроектирована так, что относительно быстрые вариации в характеристиках аудиосигнала и/или окружающего звука могут быть отслежены и компенсированы.
Во многих вариантах осуществления, уровень сигнала определяют как уровень сигнала, пропущенного через фильтр нижних частот, имеющий частоту среза в 3 дБ не менее чем 5 Гц. Например, усреднение, выполняемое для меры энергии аудиосигнала, может быть расширено на достаточное число сэмплов, чтобы привести к эффекту фильтрации нижних частот, что, однако имеет частоту среза в 3 дБ, которая составляет 5 Гц или выше. В других вариантах осуществления, конечно, может быть использовано другое усреднение/фильтрация низких частот, чем простое усреднение методом квадратного окна. Такое усреднение и фильтрация низких частот может также предпочтительно иметь частоту среза в 3 дБ не менее чем 5 Гц. В некоторых вариантах осуществления, эффект фильтрации низких частот предпочтительно может иметь частоту среза в 3 дБ не менее чем 10 Гц или даже 20 Гц.
Это может гарантировать, что управление усилением будет отслеживать относительно быстрые вариации в уровне аудиосигнала. Однако, в то же самое время, такие проекты с фильтрацией низких частот может в достаточной мере защищать от вариаций усиления, взаимодействующих с аудио для генерирования нежелательных артефактов и деградаций аудио. Во многих вариантах осуществления, частота среза в 3 дБ предпочтительно может быть менее чем 100 Гц или 200 Гц, тем самым снижая риск аудио, воспринимаемого для модулирования посредством вариаций усиления.
Те же самые соображения могут быть также применены к определению уровня окружающего звука и уровня ослабленного окружающего звука. Таким образом, эти значения могут быть также определены с помощью эффекта фильтрации низких частот, имеющего частоту среза в 3 дБ не менее чем 5 Гц и иногда даже более предпочтительно не менее чем 10 Гц или даже 20 Гц. Аналогично, частота среза во многих вариантах осуществления предпочтительно может быть менее чем 500 Гц.
Следует осознавать, что характеристики усреднения/фильтрации низких частот могут быть разными для разных параметров, которые оценивают. Например, усреднение, применяемое к уровню окружающего звука, может быть отличным от такового уровня ослабленного окружающего звука, и они оба могут отличаться от усреднения, применяемого к аудиосигналу.
Таким образом, система с Фиг. 2 во многих вариантах осуществления предпочтительно может быть спроектирована с возможностью отслеживания условий относительно быстро. Вариации в порядке от, возможно, нескольких мс вплоть до, возможно, нескольких 100 мс могут быть отслежены в разных вариантах осуществления.
Ответ контроллера 205 усиления на вариации в определенных уровнях может кроме того быть спроектирован с возможностью быть относительно быстрым. К тому же, управление усилением может быть спроектировано с возможностью быть ассиметричным.
На самом деле, во многих вариантах осуществления было обнаружено, что предпочтительно, чтобы система реагировала очень быстро на снижение усиления (например, в результате быстрых всплесков в уровне аудиосигнала), в то же время, имея по существу более медленное время восстановления при повышении усиления. В некоторых вариантах осуществления, модификация усиления может быть зависимой от характеристики изменения в уровне аудио. Например, система может обеспечить быстрое восстановление после короткого пика в уровне аудио и может обеспечить более медленное восстановление после более длительного периода повышенного уровня звука. Данные подходы могут привести к почти немедленному снижению в уровне для острых пиков, таким образом, избегая или снижая очень сильное воздействие звука при появлении громкого сигнала. Немедленное снижение при появлении типично является не очень заметным, и постепенное повышение после снижения в уровне сигнала типично является также не очень заметным.
На самом деле, во многих сценариях обнаружено, что предпочтительно для постоянной времени для повышений усиления быть не менее чем вдвое выше, чем для снижений усиления. В некоторых вариантах осуществления, были обнаружены усовершенствованные эксплуатационные характеристики для того, чтобы постоянной времени для повышения усиления быть не менее чем в пять или десять раз больше, чем для снижений усиления.
Во многих сценариях в частности предпочтительные эксплуатационные характеристики были обнаружены для постоянной времени для снижения усиления, являющейся не более чем 20 мс или даже не более чем 10 мс или 5 мс. Аналогично, в частности предпочтительные эксплуатационные характеристики были обнаружены для постоянной времени для повышения усиления, являющейся не более чем 200 мс или даже не более чем 100 мс.
Постоянная времени может быть рассмотрена для представления времени, которое требуется для усиления, чтобы достигнуть 1-1/e 63% от его конечного (асимптотического) значения, следуя ступенчатому изменению. В конкретном примере, ступенчатое изменение может быть ступенчатым изменением, например, в уровне сигнала аудиосигнала и/или окружающего звука.
Эти проектные параметры имеют склонность к предоставлению улучшенных эксплуатационных характеристик и, в частности, могут предоставить предпочтительный компромисс между защитой слуха, точностью установки усиления и подавлением нежелательных артефактов аудио.
В некоторых вариантах осуществления, более точное определение уровня ослабленного окружающего звука может быть определено посредством сначала обработки сигнала микрофона для более точного отражения эффекта экранирования. Конкретно, вместо всего лишь предположения ослабления постоянной, могут принимать во внимание частотную характеристику экранирования, предоставленную наушником.
Конкретно, процессор 213 ослабления может быть скомпонован с возможностью фильтрования сигнала микрофона с частотной характеристикой, которая отражает частотную характеристику ослабления окружающего звука наушника. Например, частотная характеристика для ослабления наушника при использовании может быть предоставлена изготовителем (или определена из выделенных измерений), и эта частотная характеристика может быть аппроксимирована посредством фильтра FIR или IIR, который применяют к сигналу микрофона посредством процессора 213 ослабления. Таким образом, фильтр в частности может иметь частотную характеристику, которая является аппроксимацией частотной характеристики ослабления наушника.
Следует осознавать, что в некоторых вариантах осуществления, частотная характеристика может быть грубой аппроксимацией и может представлять только часть частотной характеристики ослабления наушника. К тому же, следует осознавать, что в некоторых вариантах осуществления, частотная характеристика фильтра, примененного к сигналу микрофона, может не соответствовать непосредственно частотной характеристике, а может только включать в себя вклад, относящийся к ней. Например, процессор 213 ослабления может включать в себя фильтр, который имеет частотную характеристику, которая соответствует объединенной частотной характеристике ослабления и желаемого усреднения/фильтрации низких частот.
Данное рассмотрение частотной характеристики ослабления может обеспечить более точное рассмотрение фактического влияния окружающего звука на пользователя головного телефона.
В некоторых вариантах осуществления, система с Фиг. 2 может дополнительно принимать во внимание конкретные характеристики наушника 105 при воспроизведении звука. В частности, частотная характеристика наушника 105 может быть рассмотрена при определении уровня аудиосигнала, так чтобы это более точно отражало уровень давления звука, который сгенерирован наушником 105.
Пример такого варианта осуществления показан на Фиг. 3, где контроллер дополнительно содержит фильтр 301, который скомпонован с возможностью фильтрации аудиосигнала с частотной характеристикой, отражающей частотную характеристику наушника при воспроизведении аудио. Фильтрованный аудиосигнал затем предоставляют процессору 217 уровня аудиосигнала и используют для определения уровня аудиосигнала. Таким образом, в этом варианте осуществления, контроллер содержит фильтр 301, скомпонованный с возможностью фильтрования аудиосигнала для генерирования фильтрованного аудиосигнала, и процессор 217 уровня аудиосигнала скомпонован с возможностью определения уровня аудиосигнала как меры энергии для фильтрованного аудиосигнала, где фильтр 301 имеет частотную характеристику, отражающую частотную характеристику наушника.
Это может обеспечить улучшенные эксплуатационные характеристики и может особенно обеспечить улучшенную точность при установке усиления в результате уровня давления звука, испытываемого пользователем, оцененного более точно.
В некоторых вариантах осуществления, контроллер может выполнять взвешивание по частоте одного или более определенных параметров. Конкретно, контроллер может выполнять взвешивание по частоте по одного или более из уровня аудиосигнала; уровня окружающего звука; и уровня ослабленного окружающего звука.
Следует осознавать, что такое взвешивание по частоте может, например, быть выполнено как часть определения параметра или может быть, возможно, выполнена как модификация постобработки параметра (например, посредством последующего фильтрования).
В качестве конкретного примера, взвешенный по частоте параметр, может быть определен в частотной области. Например, сигнал, на котором основан параметр (аудиосигнал, сигнал микрофона или фильтрованный сигнал микрофона), может быть сначала преобразован в частотную область, например, посредством подходящего быстрого преобразования Фурье. Результирующие значения частоты могут быть взвешены с последующим определением общего уровня энергии. Например, значение параметра может быть определено как:
где x(k) являются сэмплами частотной области для соответствующего сигнала, k является индексом частоты (например, числом элемента дискретизации при FFT), и W(k) является весом для элемента дискретизации k.
Такое взвешивание по частоте может быть очень предпочтительным во многих сценариях, так как оно обеспечивает возможность более точного определения и представления фактического влияния звуков на человека. Например, оно может отражать тот факт, что высокочастотные составляющие сигнала имеют относительно больший потенциал для вызова повреждения слуха, чем низкочастотные составляющие сигнала.
В некоторых вариантах осуществления, контроллер может быть скомпонован с возможностью выполнения частотно-избирательной регулировки усиления. Например, в некоторых вариантах осуществления, контроллер 205 усиления может быть спроектирован с возможностью независимой работы на множественных частотных диапазонах.
Например, в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одно из уровня аудиосигнала, уровня ослабленного окружающего звука и уровня окружающего звука может быть определено как зависимое от частоты значение, и в ответ может быть определено усиление как зависимое от частоты усиление.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одно из уровня аудиосигнала, уровня ослабленного окружающего звука и уровня окружающего звука может быть определено для множества частотных диапазонов, и усиление может быть определено для каждого из множества частотных диапазонов, в зависимости от параметров этого частотного диапазона. Усиления каждого частотного диапазона могут быть, затем применены отдельно к аудиосигналу посредством возбуждающей схемы 203. Например, аудиосигнал может быть сконвертирован в частотную область посредством FFT, индивидуальные зависимые от частоты усиления могут быть применены, и результирующий сигнал может быть сконвертирован обратно во временную область.
Такой подход может обеспечить возможность более точного управления усилением и в частности более гибкой защиты против потери слуха.
Следует осознавать, что вышеуказанное описание для ясности описало варианты осуществления данного изобретения со ссылкой на разные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако, будет очевидно, что любое подходящее распределение функциональности между разными функциональными схемами, блоками или процессорами может быть использовано, не нанося ущерба изобретению. Например, функциональность, проиллюстрированная для выполнения отдельными процессорами или контроллерами, может быть выполнена одним процессором или контроллерами. Отсюда, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы следует рассматривать как ссылки на подходящие средства для предоставления описанной функциональности, а не указывающими строгую логическую или физическую структуру или организацию.
Данное изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включающей в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение или любую их комбинацию. Данное изобретение может быть необязательно реализовано, по меньшей мере, частично как компьютерное программное обеспечение, выполняющееся на одном или более процессорах обработки данных и/или процессорах цифровой обработки сигналов. Элементы и компоненты варианта осуществления данного изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим образом. На самом деле, функциональность может быть реализована в одиночном блоке, во множестве блоков или как часть других функциональных блоков. В связи с этим, данное изобретение может быть реализовано в одиночном блоке или может быть физически и функционально распределено между разными блоками, схемами и процессорами.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано в связи с некоторыми вариантами осуществления, оно не предназначено для ограничения конкретными формами, изложенными в настоящем документе. Скорее, объем настоящего изобретения ограничен только прилагающимися пунктами формулы изобретения. Дополнительно, хотя признак может оказаться описанным в связи с конкретными вариантами осуществления, специалисты в данной области техники осознают, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть скомбинированы в соответствии с данным изобретением. В пунктах формулы изобретения, термин "содержащий" не исключает присутствия других элементов или этапов.
К тому же, хотя перечислены индивидуально, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут быть реализованы, например, посредством одиночной схемы, блока или процессора. Дополнительно, хотя индивидуальные признаки могут быть включены в разные пункты формулы изобретения, они, возможно, могут быть предпочтительно скомбинированы, и включение в разные пункты формулы изобретения не предполагает, что комбинация этих признаков не выполнима и/или предпочтительна. Также данное включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не предполагает ограничение этой категорией, а скорее указывает, что признак в равной степени применим к другим категориям пунктов формулы изобретения в соответствующих случаях. К тому же, порядок признаков в пунктах формулы изобретения не предполагает какого-либо конкретного порядка, в котором признаки должны работать, и в частности, порядок индивидуальных этапов в пункте формулы изобретения на способ не предполагает, что этапы должны быть выполнены в этом порядке. Скорее, данные этапы могут быть выполнены в любом подходящем порядке. К тому же, ссылки на единственное число не исключают множественности. Таким образом, указание единственности, "первый", "второй" и т.д., не устраняют множественности. Ссылки в формуле изобретения предоставлены лишь как разъясняющий пример, и не должны быть истолкованы в качестве ограничения объема формулы изобретения каким-либо образом.