會話輔助系統的制作方法
【專利摘要】一種會話輔助系統(16)，具有麥克風的雙向陣列(20?23)，被布置在不包括任何陣列麥克風的空間的外部，其中該空間具有左側、右側、前面和后面，該陣列(20?23)包括多個麥克風的左側子陣列(20、21)和多個麥克風的右側子陣列(22、23)，其中每個麥克風(20?23)具有麥克風輸出信號，以及從麥克風輸出信號創建左耳音頻信號和右耳音頻信號的處理器(110)。左耳音頻信號基于來自左側子陣列(20、21)的一個或多個麥克風和右側子陣列(22、23)的一個或多個麥克風的麥克風輸出信號而被創建，并且右耳音頻信號基于來自左側子陣列(20、21)的一個或多個麥克風和右側子陣列(22、23)的一個或多個麥克風的麥克風輸出信號而被創建。
【專利說明】
會話輔助系統
【背景技術】
[0001]會話輔助設備旨在使得會話更明了及易于理解。這些設備旨在減小不想要的背景噪聲和混響。實現該目標的一個路徑關注利用頭戴式麥克風陣列的線性的、時不變波束賦形。線性波束賦形向會話輔助的應用通常并不新穎。例如，利用指向性麥克風陣列改進言語清晰度是已知的。
[0002]針對在漫射噪聲存在的情況下瞄準講話者的指向性麥克風陣列，陣列指向性的增大產生講話者與噪聲比率(TNR)的增大。該TNR的增大可導致對于收聽陣列輸出的用戶的言語清晰度的增大。不計入某些后面討論的復雜性，增大陣列指向性增大了言語清晰度增益。
[0003]考慮圖1中的四個麥克風陣列10位于用戶的頭上。在現有技術的波束賦形方法中， 陣列被設計為假設個體麥克風元件位于自由場中。針對左耳的陣列通過波束賦形兩個左麥克風20和21而被創建。右耳陣列通過波束賦形兩個右麥克風22和23而被創建。針對這樣的簡單、兩個元件的陣列的良好建立的自由場的波束賦形技術例如可以產生超心自由場接收形態。超心在上下文中是常見的，因為在自由場中它們在漫射噪聲存在的情況下產生針對軸上的講話者的兩元件陣列的優化TNR改進。由于頭對由組成陣列的麥克風元件所接收到的聲音上的聲學效果，當被置于頭上時，諸如陣列10之類的陣列在被設計用于自由場表現時可以不滿足表現判斷標準。此外，諸如陣列10之類的陣列可以不提供顯著改進言語清晰度的充分高的指向性。
[0004]特別是那些具有高指向性的頭戴陣列可以是大的且突出的。頭戴陣列的可替代方式是離頭麥克風陣列，其普遍被置于收聽者之前的桌子上或在收聽者的軀體上，在之后指向性信號被傳輸到通常采用助聽信號處理的入耳設備。盡管這些設備較不突出，它們缺少多個重要的特性。首先，這些設備通常是單聲道的，向兩耳傳輸相同的信號。這些信號缺乏雙耳收聽的自然空間線索和關聯清晰度的優點。第二，這些設備可能不提供顯著改進言語清晰度的充分高的指向性。第三，這些設備并不隨用戶的頭部旋轉，因此并不向用戶的視覺焦點集中聲音接收。此外，陣列設計可能不考慮麥克風被安裝到的結構的聲學效果。
[0005]白噪聲增益(WNG)描述了非相關噪聲由陣列處理的放大并且在現有技術中被很好地定義。WNG基本上是總陣列濾波器能量與針對軸上源的通過陣列接收到的聲壓的比率。例如，該量描述了由于相消干擾的陣列損耗將如何增大系統噪聲底。簡單的超心陣列是有損陣列，其在針對平的軸上響應被均衡時可產生太多自噪聲。未考慮到特定陣列設計的WNG可導致過量自噪聲的系統。
【發明內容】
[0006]以下提及的所有示例和特征可以以任何技術上可行的方式進行結合。
[0007]在一個方面，一種會話輔助系統包括雙向的麥克風陣列，其被布置在不包括任何陣列麥克風的空間的外部，其中該空間具有左側、右側、前面和背面，該陣列包括多個麥克風的左側子陣列和多個麥克風的右側子陣列，其中每個麥克風具有麥克風輸出信號。存在處理器，從該麥克風輸出信號創建左耳音頻信號和右耳音頻信號。左耳音頻信號基于來自左側子陣列的一個或多個麥克風和右側子陣列的一個或多個麥克風的麥克風輸出信號而被創建，并且右耳音頻信號基于來自左側子陣列的一個或多個麥克風和右側子陣列的一個或多個麥克風的麥克風輸出信號而被創建。
[0008]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。處理器可以包括用于在音頻信號的創建中涉及的每個麥克風的輸出信號的濾波器。這些濾波器可以使用至少一個極坐標規格而被創建，該至少一個極坐標規格包括作為頻率的函數的左側子陣列和右側子陣列中的一者或兩者的理想化輸出信號的幅度和相位。可以針對每個子陣列存在單獨的極坐標規格。處理器可以基于來自左側子陣列的所有麥克風和右側子陣列的所有麥克風的麥克風輸出信號而創建左耳音頻信號和右耳音頻信號兩者。處理器可以基于來自左側子陣列的所有麥克風和右側子陣列的所有麥克風的、但只是在預定頻率之下的麥克風輸出信號而創建左耳音頻信號和右耳音頻信號兩者。極坐標規格可以包括在零度方位角處的角度范圍上的水平角度。
[0009]在一個非限制示例中，極坐標規格基于雙耳假人的每個耳朵的極坐標的頭部相關的傳遞函數。在另一個非限制示例中，極坐標規格基于人的頭部的每個耳朵的極坐標的頭部相關的傳遞函數。在另一個非限制示例中，極坐標規格基于模型。[〇〇1〇]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。處理器可以基于來自左側子陣列中的一個或多個麥克風和右側子陣列中的一個或多個麥克風的、但只是在預定頻率之下的麥克風輸出信號而創建左耳音頻信號和右耳音頻信號兩者。在預定頻率之上，處理器可以僅基于來自左側子陣列的麥克風的麥克風輸出信號而創建左耳音頻信號， 并且可以僅基于來自右側子陣列的麥克風的麥克風輸出信號而創建右耳音頻信號。
[0011]左側子陣列可以被布置為接近于用戶的頭部的左側而被穿戴，并且右側子陣列可以被布置為接近于用戶的頭部的右側而被穿戴。左側子陣列麥克風可以沿著空間的左側被間隔開，并且右側子陣列麥克風可以沿著空間的右側被間隔開。麥克風的陣列可以進一步包括沿著空間的前面或者后面定位的至少一個麥克風。在特定的非限制示例中，麥克風的陣列包括至少七個麥克風，其中至少三個沿著空間的左側被間隔開，至少三個沿著空間的右側被間隔開，并且至少一個在空間的前面或者后面處。
[0012]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。處理器可以被配置為衰減從相對于陣列的主接收方向的預定通過角之外抵達麥克風陣列的聲音。預定通過角相對于主接收方向可以從大約+/-15度至大約+/-45度。會話輔助系統可以進一步包括改變預定通過角的功能。在一個情況下，預定通過角可以基于用戶的移動而被改變。在一個情況下，預定通過角可以基于追蹤用戶的頭部的移動而被改變。
[0013]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。處理器可以被配置為處理麥克風信號以創建在左耳音頻信號與右耳音頻信號之間的特定極坐標的耳間聲級差(ILD)。處理器可以被配置為處理麥克風信號以創建在左耳音頻信號與右耳音頻信號之間的特定極坐標的耳間相位差(IPD)。處理器可以被配置為處理麥克風信號以創建在左耳音頻信號和右耳音頻信號中的特定極坐標的ILD和特定極坐標的IPD，使聲音源如同處于與聲音源到陣列的實際角度不同的角度。處理器可以被配置為處理麥克風信號以創建左耳音頻信號和右耳音頻信號，使聲音源如同處于與聲音源到陣列的實際角度不同的角度。[〇〇14]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。麥克風陣列可以具有確立陣列的主接收方向的指向性，并且會話輔助系統可以進一步包括改變陣列指向性的功能。會話輔助系統可以進一步包括用戶可操作輸入設備，其被適配為被操縱以便于致使在陣列指向性中的變化。用戶可操作的輸出設備可以包括便攜計算設備的顯示器。陣列指向性可以自動被改變。陣列指向性可以基于用戶的移動而被改變。陣列指向性可以基于通過由陣列接收到的能量確定的聲源的可能位置而被改變。陣列可以具有多個指向性。會話輔助系統可以包括具有對應于針對每個陣列指向性的定向角度的ild和iro的雙耳陣列。
[0015]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。左側子陣列可以被耦合到適配為保持蜂窩電話的蜂窩電話外殼的左側。子陣列的右側可以被耦合到蜂窩電話外殼的右側。該陣列可以被限制為具有最大白噪聲增益(WNG)。最大WNG可以基于環境噪聲與陣列引致的噪聲的比率而被確定。[〇〇16]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。在一個角度處的聲源可以由具有對應于不同角度的iro和ILD的雙耳波束賦形器而被重現。iro和ILD可以被處理以匹配與實際由陣列接收到的能量的角度不同的感知角度。感知角度可以大于或小于能量實際被接收到的角度。
[0017]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。該系統可以與有源降噪(ANR)電聲換能器(例如，ANR耳機或耳塞)一起使用。該陣列可以具有指向性指數(DI)， 并且由電聲換能器實現的降噪的量可以等于或大于陣列的DI。系統處理的至少一些處理可以由諸如蜂窩電話、智能電話或平板電腦之類的便攜計算設備的處理器而實現。會話輔助系統可以包括至少兩個均具有處理器的單獨的物理設備，其中該設備經由有線通信或無線通信而與彼此通信。一個設備可以包括頭戴設備。一個設備可以被適配為執行助聽類信號處理。這些設備可以無線通信。
[0018]該系統的示例可以包括以下特征中的一個，或者其任意組合。陣列的顯見空間寬度可以通過非線性時變信號處理而被增大。處理器可以被配置為處理麥克風信號以創建在左耳音頻信號和右耳音頻信號中的特定極坐標的ILD和特定極坐標的IPD，從而將期望的講話者的物理定向更好地匹配至系統的用戶。
[0019]在另一方面，一種會話輔助系統包括雙向的麥克風陣列，被布置在不包括任何陣列麥克風的空間的外部，其中該空間具有左側、右側、前面和后面，該陣列包括多個麥克風的左側子陣列和多個麥克風的右側子陣列，其中每個麥克風具有麥克風輸出信號，以及從麥克風輸出信號創建左耳音頻信號和右耳音頻信號的處理器。左耳音頻信號基于來自左側子陣列的一個或多個麥克風和右側子陣列的一個或多個麥克風的、但只是在預定頻率之下的麥克風輸出信號而被創建，并且右耳音頻信號基于來自左側子陣列的一個或多個麥克風和右側子陣列的一個或多個麥克風的、但只是在預定頻率之下的麥克風輸出信號而被創建。在預定頻率之上，處理器僅基于來自左側子陣列的麥克風的麥克風輸出信號而創建左耳音頻信號，并且僅基于來自右側子陣列的麥克風的麥克風輸出信號而創建右耳音頻信號。處理器被配置為處理麥克風信號以創建在左耳音頻信號與右耳音頻信號之間的特定極坐標的耳間聲級差(ILD)和特定極坐標的耳間相位差(iro)。
[0020]在另一方面，會話輔助系統包括雙向的麥克風陣列，被耦合到便攜設備并且被布置在便攜設備上，該陣列包括多個麥克風的左側子陣列和多個麥克風的右側子陣列，其中麥克風陣列具有確立陣列的主接收方向的指向性，并且其中每個麥克風具有麥克風輸出信號，以及從麥克風輸出信號創建左耳音頻信號和右耳音頻信號的處理器。該左耳音頻信號基于來自左側子陣列中的一個或多個麥克風和右側子陣列中的一個或多個麥克風的、但只是在預定頻率之下的麥克風輸出信號而被創建。該右耳音頻信號基于來自左側子陣列中的一個或多個麥克風和右側子陣列中的一個或多個麥克風的、但只是在預定頻率之下的麥克風輸出信號而被創建。在預定頻率之上，處理器僅基于來自左側子陣列的麥克風的麥克風輸出信號而創建左耳音頻信號，并且僅基于來自右側子陣列的麥克風的麥克風輸出信號而創建右耳音頻信號。處理器被配置為處理麥克風信號以創建在左耳音頻信號與右耳音頻信號之間的特定極坐標的耳間聲級差(ild)和特定極坐標的耳間相位差(iro)。存在用戶可操作輸入設備，其被適配為被操縱以便于致使在所述陣列指向性中的變化。【附圖說明】
[0021]圖1示意性地圖示了用于會話輔助系統的示例性左和右兩元件陣列布局，其中麥克風(由實點所示)被定位在接近于耳朵并且被間隔開大約17.4_。[〇〇22] 圖2A和圖2B相應地圖示了具有和不具有15dB的最大WNG約束的圖1的左耳兩元件 (即，一側的)陣列的大約超心型頭上極坐標響應。本文的極坐標圖(包括圖2的那些)標繪了 dB對角度，其中標繪的頻率在鍵中給出。
[0023]圖3圖示了使用圖1的陣列的所有四個麥克風(S卩，兩側的)的陣列的左耳的頭上極坐標響應。[〇〇24]圖4圖示了針對圖1的陣列的一側陣列和兩側陣列的頭上3D指向性指數(DI)(頻率對DI(以dB))。每個曲線表示相應的左耳和右耳陣列的平均DI。
[0025]圖5是針對使用兩側的四元件陣列的系統的簡化示意框的信號處理示圖。
[0026]圖6圖示了針對七元件陣列的非限制麥克風布置。
[0027]圖7圖示了使用圖6的陣列的所有七個麥克風的兩側陣列的左耳的頭上極坐標響應。[〇〇28]圖8圖示了圖1和圖6的陣列的頭上三維DI，其中每個曲線表示相應的左耳和右耳陣列的平均DI。
[0029]圖9是針對使用兩側的七元件陣列的會話輔助系統的簡化示意框的信號處理示圖。
[0030]圖10A和圖10B圖示了針對七元件的兩側陣列的示例性陣列濾波器;左耳和右耳陣列濾波器相應地在圖10A和圖10B中分開地示出。注:麥克風1 =左前麥克風;麥克風2 =左中麥克風;麥克風3 =左后麥克風;麥克風4 =右后麥克風;麥克風5 =右中麥克風;麥克風6 = 右前麥克風;麥克風7 =頭后麥克風。
[0031]圖11圖示了使用圖6的陣列的所有七個麥克風并且使用圖10的濾波器的兩側陣列的左耳的頭上極坐標響應。[〇〇32]圖12圖示了針對四元件和七元件陣列的頭上三維DI。該七元件陣列使用圖10的濾波器。每個曲線表示相應的左耳和右耳陣列的平均DI。
[0033]圖13A圖示了在五個不同方位角處的七元件的兩側陣列的耳間聲級差(ILD)，并且圖13B圖示了耳間相位差(IH))。非輔助雙耳假人的參考(目標)ILD和IPD也被示出。[〇〇34]圖14是可以在會話輔助系統中被使用的陣列的示例。
[0035]圖15圖示了具有任意通過角寬度的理想的單耳會話輔助陣列的極坐標接收圖。
[0036]圖16圖示了雙耳假人的極坐標ILD。
[0037]圖17A至D圖示了以幅度(17A和17C)和相位(17B和17D)兩者的示例性左耳(17A和 17B)和右耳(17C和17D)陣列規格。
[0038]圖18A和圖18B圖示了使用圖17的規格的七元件的雙耳陣列的左耳和右耳極坐標響應。
[0039]圖19A至19C圖示了在三個頻率(相應地，500、1000和4000Hz)處的七元件的、兩側陣列的極坐標ILD。非輔助雙耳假人的參考ILD也被示出。
[0040]圖19D至19F圖示了在相同的三個頻率處的七元件的兩側陣列的極坐標IPD。非輔助雙耳假人的參考iro也被示出。[〇〇41]圖20A和圖20B示出了針對七元件雙耳陣列的、在五個方位角處的、在目標與實際陣列之間的ILD和iro雙耳誤差。
[0042]圖21A和圖21B示出了相同誤差但沒有雙耳波束賦形。
[0043]圖22圖示了具有窄的(+/-15度)目標規格的兩側帶限制的七元件陣列的左耳極坐標響應。
[0044]圖23A至23C圖示了在三個頻率(相應地，500、1000和4000Hz)處的具有窄的(+/-15 度)目標規格的七元件陣列的極坐標ILD。
[0045]圖23D至23F圖示了在相同的三個頻率處的具有窄的(+/-15度)目標規格的七元件陣列的極坐標IPD。
[0046]圖24A圖示了在五個方位角處的具有窄的(+/-15度)目標規格的七元件陣列的ILD誤差。[〇〇47]圖24B圖示了在五個方位角處的具有窄的(+/-15度)目標規格的七元件陣列的IPD誤差。[〇〇48]圖25圖示了出于比較的目的具有不同傳輸角的、具有非雙耳陣列的多個七元件陣列的3D頭上指向性指數的比較。針對三個雙耳陣列，每個曲線表示相應的左耳和右耳陣列的平均DI。[〇〇49]圖26A和圖26B示出了圖17A和圖17C在翹曲規格三倍之后相應的左耳和右耳幅度規格。
[0050]圖27是包括四元件陣列的會話輔助系統的簡化示意框圖。[〇〇51]圖28是可以在會話輔助系統中被使用的陣列的示例。[0〇52]圖29是可以在會話輔助系統中被使用的陣列的示例。[〇〇53]圖30圖示了具有安裝到眼鏡的元件的會話輔助系統。[〇〇54]圖31圖示了具有在頭部的側面上的、由耳塞承載的元件的會話輔助系統。
[0055]圖32是包括兩個或更多單獨的、網絡化設備的會話輔助系統的簡化示意框圖。【具體實施方式】
[0056]波束賦形的一個類別在本領域中已知稱為超指向性。超指向性波束賦形器具有入射聲音的小于波長A的一半的麥克風間間隔d(d〈A/2)，其利用在經濾波的麥克風信號之間的相消干涉而獲得高陣列指向性。出于兩個互補的原因，針對會話輔助的陣列可以利用在大多數陣列帶寬中的超指向性波束賦形。首先，由于人類頭部的大小，頭戴陣列的麥克風間間隔相對于在言語帶中較低頻率的聲音的入射波長較小。其次，高陣列指向性是需要的以便于實質地減小背景噪聲和混響、增大TNR、并且改進清晰度且在嘈雜環境中易于理解。 [〇〇57]來自超指向性波束賦形的高陣列指向性以陣列內的相消干涉為代價而發生。該相消干涉不僅減小來自不想要的角度，也減小來自期望角度的所接收到的信號的大小。期望的(或軸上的)信號大小的減小例如可以通過均衡陣列輸出或歸一化陣列濾波器至軸上的單位增益而被校正。針對不約束的超指向性陣列，產生的均衡濾波器或歸一化陣列濾波器大小可以攀爬而沒有界限。在實際中，由于跨陣列中的麥克風不相關的噪聲的過量放大以及麥克風靈敏度漂移，這種高增益導致陣列不穩定。不相關的噪聲源的示例包括麥克風自噪聲、附著到每個麥克風的電子裝置的噪聲底、風噪、以及來自與陣列的機械作用的噪聲。 該噪聲靈敏度也被稱為白噪聲增益(WNG)，其由下列式給予:
[0058]W=RRh/(RSoS〇hRh),
[0059]其中R是應用至L麥克風中的每個麥克風的復系數濾波器，SO是L麥克風中的每個麥克風的軸上聲學響應的LX1向量，并且H是埃爾米特(Hermetian)或共輒轉置運算符。每個系數均是頻率的函數，然而出于簡化的目的，頻率在符號上被消除。WNG描述了相對于陣列的軸上增益的不相關的噪聲的放大。例如，由于麥克風間靈敏度的小量漂移，具有過量的 WNG的陣列可以導致在陣列輸出上的可聽噪聲、風噪的過量放大、以及不良的指向性。
[0060]在一些示例中，可能理想的是將陣列的WNG限制或約束到預定值。實現使用陣列濾波器設計過程而限制WNG的陣列設計的方法在以下進行討論。限制陣列WNG不僅減小過量 WNG的有害效果，也在陣列本將具有超出指定WNG最大值的WNG的頻率處減小陣列指向性。換言之，WNG和陣列指向性呈現設計上的取舍。圖2示出了具有(圖2A中)或不具有(圖2B中)大約15dB的WNG限制的大約超心(在自由場中)陣列的頭上響應(標繪的dB對角度)。所標繪的這些頻率和其他極坐標圖在鍵中被闡述。圖2A的WNG限制陣列具有較低指向性，然而，該陣列將不放大不相關噪聲至非約束陣列的程度。[0061 ] 陣列指向性表現(performance)的無偏見比較應當考慮到指向性和WNG取舍。在以下段落中，每個陣列將被限制為15dB的最大WNG。該約束基于來自助聽應用中典型的麥克風和電子裝置的自噪聲的清晰度。該約束是示例性的并且不限制本公開的范圍。在圖2A中WNG 約束的陣列因而代表簡易的、兩元件陣列中典型的頭上的、指向性表現基準。
[0062]WNG限制可以基于電氣自噪聲以外的其他考慮而被選擇。在例如風存在的情況下使用的陣列可以要求較低的最大WNG約束從而將靈敏度限制到由吹過陣列中的麥克風的擾流空氣激發的噪聲。在該情況下，小于5至10dB的、或小于15dB的一些量的WNG限制可能是理想的。諸如響環境噪聲之類的其他考慮可以允許更高的WNG約束。如果環境噪聲的頻譜與由 WNG造成的噪聲頻譜顯著地重疊，并且如果環境噪聲級比由WNG導致的噪聲級顯著更高，環境噪聲將遮掩WNG相關的噪聲。在該情況下，更高的最大WNG約束可以被用來增大陣列指向性而不導致在陣列輸出上的可聽噪聲。環境噪聲與陣列引致的(WNG)噪聲的比率可以被用來找到針對WNG約束的合理值。
[0063]在以下段落中，除非另有說明，陣列方向表現的所有比較將是基于頭上數據的。以該方式，包括了頭部的相關的、潛在有害的聲學效果。[〇〇64]為了更清楚地顯示針對陣列設計使用頭上數據的益處，當適用時，使用頭上數據設計的陣列濾波器和使用自由場(離頭)數據設計的陣列濾波器在一些情況下彼此比對。在以下段落中，陣列濾波器的設計條件將被提及。
[0065]麥克風陣列的輸出必須通過電聲換能而被回放至用戶。針對會話增強系統，回放系統可以包括耳機。耳機可以是罩耳的或者在耳朵上的。耳機還可以在耳朵中。其他聲音再現設備可以具有抵著耳道的開口放置的耳塞的形式。其他設備可以密封到耳道，或者可以被插入到耳道中。一些設備可以更準確地描述為收聽設備或助聽器。在以下段落中，除非另有說明，假設使用降噪(例如，噪聲隔離或有源降噪)耳機。非噪聲消除耳機與會話輔助系統的應用也將在以下進行討論。
[0066]兩側波束賦形
[0067]遍及兩側波束賦形所討論的是，陣列濾波器已經使用自由場麥克風響應數據和陣列濾波器設計過程(將在以下進行討論)而被設計。然而，指向性指數和極坐標圖中所示的計算出的陣列表現示出了在設備被穿戴在頭上時，頭上表現更緊密地代表陣列表現。
[0068]在較早的示例中，單側陣列的設計被描述。單側陣列使用僅在頭部的一側上定位的兩個或更多麥克風元件而被形成以生成身體同側的陣列輸出信號。
[0069]在頭部的左側和右側上的麥克風的陣列的兩側波束賦形涉及利用在頭部的兩側上的麥克風的至少一個麥克風(優選是所有麥克風)來創建左耳和右耳音頻信號兩者。該布置可以被稱為“兩側陣列”。優選但不是必要的，該陣列在頭部的每側上包括至少兩個麥克風。優選但不是必要的，該陣列在頭部的前面和/或后面包括至少一個麥克風。可以在本公開中被采用的陣列的其他非限制性示例在以下示出及描述。通過增大可以被使用的元件的數目并且增大至少一些個體元件相對于其他元件的間隔(在頭部的相反兩側上的元件將比在頭部的相同側上的元件相隔更遠)，兩側陣列可以提供與一側陣列相比改進的表現。
[0070]在陣列中使用所有麥克風來針對每個耳朵創建音頻信號可以在與陣列濾波器設計過程相連時實質地提高滿足設計目標的能力，這將在以下討論。一個可能的設計目標是用于增大的指向性。圖3示出了兩側陣列的頭上極坐標響應。圖4示出了針對一側和兩側陣列(圖1，兩者均適用陣列10)的頭上、3D指向性指數(DI)。其中所有的四個麥克風均被用來創建左耳和右耳音頻信號兩者的兩側方法產生指向性指數(DI)的高至3dB的增大。圖5是示出了針對這樣的兩側陣列的濾波器的布置的簡化框的信號處理示圖16。該附圖省略了一些細節，如A/D、D/A、放大器、諸如動態范圍限幅器之類的非線性信號處理功能、用戶接口控制以及對本領域技術人員顯而易見的其他方面。應當注意的是，針對包括在圖5中所示的信號處理(以及在附圖中省略的信號處理，包括個體麥克風陣列濾波器、對個體陣列濾波器的輸出求和的加法器、針對每個耳信號的均衡、諸如動態范圍限幅器之類的非線性信號處理以及人工或自動的增益控制等)的會話增強設備的所有的信號處理可以通過單個微處理器、DSP、ASIC、FPGA、或模擬電路、或以上的任意多個或組合而被執行。陣列濾波器110的集合包括用于每個麥克風的濾波器，其針對左音頻信號和右音頻信號中的每個音頻信號。左耳音頻信號通過相加(使用加法器111)相應地由濾波器L1、L2、L3和L4濾波的所有的四個麥克風20-23的輸出而被創建。右耳音頻信號通過相加(使用加法器113)相應地由濾波器Rl、R2、R3和R4濾波的所有的四個麥克風20-23的輸出而被創建。陣列濾波器的開發在以下進行討論。
[0071]如在之前提及的，均衡可能需要用來均衡陣列處理的軸上輸出。該均衡可以作為每個個體麥克風陣列濾波器的部分而被完成，或者可以在加法器111和113之后被完成。附加地，在每個加法器的輸出上或在兩個加法器的組合上，動態范圍或其他非線性信號處理可以被應用至每個個體麥克風信號。這種已知的處理細節可以通過本領域中已知的任何方式被完成并且不被本公開所限制。
[0072]如之前提及的，在實現的陣列指向性與陣列的WNG之間存在取舍。通過使用兩側陣列的以上描述的改進可以被用來改進指向性、改進WNG或可以在兩個目標之間分開。通過使用兩側陣列，在指向性和WNG上的約束的組合可以被滿足，而這將不可能用單側陣列所滿足。
[0073]兩側波束賦形可以被應用到任意數目的元件或麥克風的陣列。考慮一個如圖6所示的示例性的、非限制的七元件陣列12，其中三個元件在頭部的每側上并且通常接近每個耳朵(麥克風20、24和21在頭部的左側上且接近左耳，麥克風22、25和23在頭部的右側上且接近右耳)，還有一個元件26在頭部之后。要注意的是，在頭部的每側上可以存在兩個或更多元件，并且麥克風26可以不存在，或者其可以被定位在與左側陣列和右側陣列間隔開的其他位置，諸如在頭部的前面或頂上，或在一副眼鏡的梁上。這些元件一般可以不需要所有均置于相同的水平面。此外，麥克風可以被定位為豎直地一個在另一個之上。圖7示出了由具有圖6的七元件陣列的兩側波束賦形產生的頭上極坐標圖，其中所有的七個元件有助于創建左耳和右耳音頻信號兩者。圖8比較不同陣列的指向性指數(現有技術的四元件單側陣列，以及本公開的四元件和七元件兩側陣列，如以上討論的)；在每個頻率處WNG是15dB (最大)，如上所述。
[0074]要注意的是，在一側四元件陣列的示例中，接近于左耳的兩個左麥克風被波束賦形以創建左耳音頻信號，并且接近于右耳的兩個右麥克風被用來創建右耳音頻信號。盡管由于存在總共四個麥克風，該陣列被稱為四元件陣列，但僅在頭部的一側上的麥克風被波束賦形以創建針對相應側的陣列。這與兩側波束賦形不同，其中在頭部的兩側上的所有麥克風被一起波束賦形以創建左耳音頻信號和右耳音頻信號兩者。
[0075]針對合并左側元件和右側元件的輸出的陣列，在頭部的左側上的麥克風與在頭部的右側上的麥克風元件過于遠地間隔開以用于大約1200Hz以上的理想的陣列表現。為了避免在更高頻率處的極坐標不規則性(在文獻中被稱為“柵瓣(grating lobe)”)，兩側陣列的一側可以在大約1200Hz以上被有效地低通濾波。在一個非限制性示例中，在1200Hz的低通濾波器轉角頻率以下，頭部的兩側均被波束賦形，而在1200Hz以上，針對每個耳朵，該陣列轉換為單側波束賦形器。為了保存空間線索(例如，耳間聲級和相位(或等效地，時間)的差異)，在1200Hz以上左耳陣列僅使用左側麥克風。類似地，在1200Hz以上右耳陣列僅使用右側麥克風。針對1200Hz以下的頻率，每個耳信號由所有的陣列元件形成。帶寬限制可以使用之后討論的陣列濾波器設計過程而被實施，或者可以以其他方式被實施。圖9(其以與圖5的類似的方式被簡化)示出了針對這樣的兩側陣列的擴展信號處理示圖28，該兩側陣列包括具有左濾波器和右濾波器的集合120的七個麥克風20-26;濾波器120以與圖5中的濾波器相似的方式被使用。圖1OA和圖1OB示出了針對七元件的兩側陣列的陣列濾波器的示例集合(圖1OA中的左濾波器和圖1OB中的右濾波器)。注意，在圖1OA和圖1OB中，1200Hz低通在陣列濾波器本身內被有效地實施。可替代地，低通可以被實施為第二濾波器級。
[0076]圖11示出了與圖10的左耳濾波器相同的七元件陣列的在三個頻率處的產生的極坐標表現(其包括如上描述的低通濾波)。在圖11中所示的帶限制的兩側陣列的表現可以與在圖7中所示的沒有帶限制的兩側陣列的表現比對。在更高頻率處(例如，如所示在大約4KHz處)的特性在圖11的帶限制兩側陣列中比在圖7的非帶限制兩側陣列中的更為受控和規則。
[0077]圖12示出了針對包括一側和兩側四元件陣列的所有的以上陣列的3D頭上指向性指數。盡管更加規則的極坐標響應通過在更高頻率處轉換到單側陣列而產生，指向性指數相應較低。在1200Hz以外的值可能是合適的，這取決于陣列的期望的指向性。對于較少的指向性陣列，較低的跨頭(cross-head)的轉角頻率是理想的，諸如900Hz。對于更多的指向性陣列，較高的轉角頻率是理想的，諸如2kHz。
[0078]沒有進一步修改，兩側陣列可產生在跨頭的轉角頻率(例如1200Hz)以下的妥協的空間表現。特別是，耳間聲級差(ILD)和耳間相位差(IPD)在對于每個陣列在頭部的兩側上使用對稱的麥克風的情況下特別地小。圖13A和圖13B示出了如在圖6中的七元件的兩側陣列的ILD和IPD。雙耳波束賦形(以下)可以被用來解決該問題并且提供如與更傳統的方法相比附加的益處。
[0079]以上關于頭部安裝的麥克風陣列描述的概念可以被應用至與助聽設備一起使用的麥克風陣列，在其中陣列并未布置在用戶的頭部上。未安裝在頭部上并且可以在本文描述的兩側波束賦形方法中使用的陣列的一個示例在圖14中示出，其中麥克風由小圈指示。該示例包括在左側和右側的每側上具有三個、在前側和后側上各具有一個的八個麥克風。“空間”沒有麥克風，但不需要沒有其他物體，實際上可以包括承載一個或多個麥克風和/或會話輔助系統的其他部件的物體;這在以下更詳細地進行描述。若該麥克風被放置在桌上，后麥克風通常將面向用戶，而前麥克風將最可能面向視覺向前的方向。
[0080]針對每個左耳信號和右耳信號使用所有麥克風可提供與在現有技術中的線陣列相比改進的表現。在主題會話輔助系統的兩側波束賦形方面，所有的或一些的麥克風可以被用于左耳信號和右耳信號中的每個，并且麥克風被使用的方式可以是取決于頻率的。在圖14的示例中(假設該空間大約是典型智能電話的大小(諸如大約15 X7cm))，在陣列的左側上的麥克風可以與右側麥克風過遠以用于大約4kHz以上的理想表現。換言之，當結合時，左側麥克風和右側麥克風將導致在該頻率以上的空間假頻。因而，左耳信號在該頻率以上可以僅使用左側麥克風、前麥克風和后麥克風，并且右耳信號在該頻率以上可以僅使用右側麥克風、前麥克風和后麥克風。最大期望的交叉頻率是在左側麥克風與右側麥克風之間的距離、以及可以在左側陣列與右側陣列之間的任何物體的幾何形狀的函數。然而，可以選擇較低的交叉頻率，例如若期望更寬的極坐標接收圖。因為蜂窩電話外殼比在典型的用戶的耳朵之間的空間更窄，交叉頻率比用于頭部安裝的設備的更高。然而，非頭部穿戴設備并不限制它們的物理大小，并且可以具有比圖14中的設備所示的更寬或更窄的麥克風間隔。[0081 ] 雙耳波束賦形
[0082]在會話增強系統中的兩側波束賦形允許陣列的設計在比本將使用單側陣列成為可能的更低的WNG處具有更高的指向性。然而，兩側陣列也可以在在頭部的兩側上的陣列元件被用來形成個體耳信號的較低頻率處不利地影響空間線索。該影響可以通過引入雙耳波束賦形而被改善，其將在以下以更多細節進行描述。
[0083]出于多個原因，在會話輔助系統中諸如ILD和IPD之類的空間線索期望得以維持。首先，收聽者感知他們的可聽環境為空間上自然的程度取決于空間線索的特性。其次，在本領域中已知的是，雙耳收聽和其關聯的空間線索增大言語清晰度。在會話輔助系統中創建有利的空間線索因而可以增強系統的感知到的空間自然度并且提供附加的清晰度增益。
[0084]考慮會話輔助系統的陣列的理想化極坐標響應，如在圖15中所示。如果該麥克風陣列的輸出被單耳地或對兩個耳朵等同地回放，ILD和iro線索即使對于相當離軸的聲音源也是零。附加地，由收聽者的頭部的自然、時變的移動導致的運動線索例如將不導致耳間線索變化。在這些事例的兩者中，耳間線索與自然收聽的那些不同。由于這些差別，單耳會話輔助系統可以導致不自然的空間體驗。一些收聽者可描述該空間體驗為“在頭中”，意味著由收聽者感知到的源距離是小的。離軸講話者聽起來仿佛他們一直在O度方位，其他收聽者可以被此困擾。缺乏雙耳線索還排除了雙耳收聽，其進一步劣化了語音清晰度。兩側陣列在頭部的兩側上的麥克風對于兩個耳朵均是活動的頻率處呈現了相似的問題。這樣的特性針對之前的示例性七元件陣列在圖13A和圖13B中在大約1200Hz的跨頭的轉角頻率以下是明顯的。
[0085]為了說明該問題，考慮圖16中的雙耳假人的極坐標ILD。該極坐標圖是在右耳與左耳幅度之間的dB差。極坐標IPD(未示出)的相似的標繪可以基于在右耳相位與左耳相位之間的相位差被做出。ILD與iro兩者作為聲音源角度的函數變化。然而，單耳極性ILD和iro簡單地是零度Iro和零dB ILD的圈，因為沒有耳間線索根據聲音源位置而變化。
[0086]雙耳波束賦形是可以被應用來解決以上耳間問題的方法，而仍然保存兩側波束賦形的陣列的高指向性和TNR增益和較低WNG。為了實現此，雙耳波束賦形處理陣列內的麥克風信號以創建如由用戶聽見的特定極坐標ILD和IPD，也衰減從超出特定通過角(例如+/-45度)到達的所有聲音源。對于用戶，利用雙耳波束賦形的會話輔助設備可以提供兩個重要的益處。首先，該設備可以通過在陣列的通過角內再現更真實的ILD和IPD而創建更自然和清晰的助聽體驗。第二，該設備可以顯著地衰減在通過角以外抵達的聲音。其他益處也是可能的并且將在以下進行討論。
[0087]雙耳波束賦形的陣列利用陣列濾波器設計過程，其包括在其中期望的陣列響應的幅度和相位兩者均被特定的復雜賦值的極坐標規格。該規格可以描述每個耳朵或耳間關系O
[0088]在一個雙耳波束賦形的非限制性示例中，雙耳陣列極坐標規格包括針對每個耳朵的單獨規格。這些規格是復雜賦值的并且基于極坐標頭部相關的傳遞函數(HRTF)目標。在該示例中，該目標由雙耳假人的每個耳朵的極坐標HRTF的所獲得。用于獲得目標的其他方法也在本文中構思，其中的一些在以下進行描述。在該示例中，在左耳與右耳陣列規格之間的相對差異匹配如圖16中的雙耳假人IB)和ILD。圖17A至17D圖示了以幅度和相位(在圖17A和圖17B中所不的左耳幅度和相位，以及在圖17C和圖17D中所不的右耳幅度和相位)兩者的示例性左耳和右耳陣列規格。例如，考慮在30度水平角的規格(在O度方位)。在IkHz處左耳規格與右耳規格之間的差異在幅度上是7dB。這對應于在圖16的30度處的-7dB的ILD響應。幅度規格(在圖17A和圖17C中)超出大約+/-60度被完全衰減(-無窮dB)。針對幅度規格被完全衰減處的角度，ILD和iro兩者有效地未定義，因為在每個耳朵處不存在能量。比圖15的更寬的通過角出于圖示方便而被使用，但特定通過角并不是本公開的限制。
[0089]在雙耳波束賦形的其他應用中，雙耳陣列極坐標規格可能不同。例如，該規格可能與由歸一化HRTF定義的自然耳間關系不同。可替代地，規格可以基于對給定對象的頭部、歸一化的球體模型或多個頭部的統計采樣的個體化測量而被創建。其他這樣的應用的示例在后續給出。
[0090]考慮到這些規格，針對做陣列麥克風輸出和右陣列麥克風輸出兩者的陣列濾波器使用陣列濾波器設計過程被創建。圖18A和圖18B示出了針對圖6的七元件陣列的針對左耳使用圖17A和圖17B的規格并且針對右耳使用圖17C和圖17D的規格產生的雙耳陣列極坐標響應。
[0091]左耳陣列和右耳陣列通過耳機的回放創建相應由圖19A至19C以及19D至19F所示的極坐標ILD和IPD。圖20A和圖20B示出了在目標與實際陣列表現之間相應的ILD和IPD誤差。相對比的，圖21A和圖21B相應地示出了7元件帶限制的兩側陣列而沒有雙耳波束賦形的ILD和I PD誤差。由雙耳波束賦形的應用導致的更像HRTF的耳間特性(例如，減小的雙耳ILD和IPD誤差)產生了陣列的更自然和愉悅的空間表現，以及改進的態勢感知和清晰度。
[0092]針對極窄的通過角(S卩，在其中指向性指數接近最大物理可能的角度)，雙耳目標可以被縮窄到+/-15度。然而，非常尖的極坐標目標產生，其利用七元件陣列難以實現。因而，產生的ILD和IB)誤差相對地高。圖22示出了針對左耳陣列的產生的極坐標響應幅度。圖23A至23C和圖23D至23F相應地示出了由具有該較窄規格的七元件雙耳陣列導致的極坐標ILD和IPD。圖24A和圖24B示出了相對于非輔助雙耳假人相應的ILD和IPD誤差。圖25將針對多個兩側七元件陣列的頭上DI與變化的通過角寬度(15、30和45度)進行比較，并且圖示了在15度處的非雙耳陣列的示例。盡管這樣的窄通過角可能難以僅利用在陣列中的七個麥克風實現，在陣列中增大麥克風的數量將增大波束賦形的度并且導致陣列表現更緊密地匹配規格。
[0093]具有+/-15度通過角的頭上七元件雙耳陣列具有目前討論的任何兩側、跨頭的帶限制的陣列的最高指向性。在兩側波束賦形段落中討論的在最窄的七元件雙耳陣列與非雙耳陣列之間的DI差異是由于頭上優化。雙耳陣列濾波器基于頭上極坐標數據被確定，并且包括頭部的陰影和衍射效果，其導致陣列表現更緊密地滿足極坐標規格。當采用假定自由場(即，離頭)條件位于頭上而設計的陣列濾波器的設備時，頭部的聲學效果導致系統從自由場表現偏離。這樣的陣列已降低表現。假定自由場條件而設計的陣列可以在用在特定應用中時表現得顯著不同，這些特定應用諸如頭上陣列或被設計用來置于桌或臺之類的表面上的陣列。
[0094]具有非常窄的通過角的雙耳陣列可以導致接近單耳陣列的空間表現(包括“在頭中”的空間印象)的空間表現。這是由于缺乏來自在非零方位角處的聲源的陣列輸出中的能量。如果這樣的陣列在頭上被使用，頭部追蹤(在以下描述)可以被用來拓寬接收形態。例如，如果用戶經常轉頭看若干講話者，接收形態可以被拓寬以便于提供更好的雙耳線索和空間感知。如果陣列不是頭部安裝的，頭部追蹤可以被用來在用戶的注視方向上指向主瓣(main lobe)，如在以下描述的。即使窄的通過角也可以顯著增大TNR和清晰度，接近單耳的空間呈現可劣化會話增強系統的感知到的自然度并且由總體會話輔助系統減損。來自非常窄的雙耳陣列的空間線索輸出的質量可以通過操縱ILD和iro而被增強。
[0095]在其中ILD和IPD可以被操縱的一種方式是夸張空間線索超出由自然的HRTF描述的那些。例如，在5度處的聲源可以通過利用對應于15度的IPD和ILD的雙耳波束賦形再現，而針對在O度處的相同陣列聲源可以利用對應于O度的IB)和ILD再現。耳間特性的夸張可以通過翹曲(warping)在雙耳波束賦形中使用的復雜極坐標雙耳規格而被實現。將被感知為具有第一角度程度的入射在收聽者的位置的自然發生的能量以其被感知為在與第一角度程度不同的第二角度程度上傳播的被接收、處理及渲染至收聽者。第二角度程度可以比第一角度程度更大或更小。附加地，角度程度的中心被渲染以使得其被感知為在與沒有處理的情況下將被感知的相同位置。附加地，偏移可以被應用，使得能量被感知為從相對于其感知到的到達方向移位一偏移角度的方向入射。
[0096]針對以上給出的特定非限定示例，復雜規格將沿著角度維度被翹曲三倍，使得在15度的翹曲的規格對應于在5度處的HRTF。盡管三倍被用于該示例中，不同于三的翹曲因數也被構思，并且這些示例并不在翹曲的程度上被限制。翹曲因數可以小于一或是大于一的任意數。圖26A和圖26B示出了圖17A和圖17C在翹曲規格三倍之后相應的左耳和右耳幅度規格。要注意的是，陣列的總主瓣寬度在規格(+/-60度)之間是相同的，然而，在規格中的值被翹曲。以此方式，來自窄雙耳陣列的能量可以在更寬的感知范圍的方位角上被傳播至收聽者而不通過陣列增大總能量。這隨后維持非常窄的雙耳陣列的清晰度益處，但創建了更愉悅的空間特性。增加的IB)和ILD線索還可以輔助清晰度，因為耳腦系統可以利用更豐富的、清晰度增強雙耳線索。空間線索的許多其他操縱也是可能的，包括但不限于，線索的非線性翹曲以及使用翹曲超出由HRTF所描述的那些，諸如與時間-強度交易的既定概念相關聯的那些。在時間-強度交易的情況下，例如，極坐標ILD和IPD目標可以使用既定交易規則而生成，這些既定交易規則導致與諸如圖17A至17C的那些基于測量的規格不同的規格但仍對于收聽者產生類似的空間印象。
[0097]在其中顯見空間寬度可以被增大而不增大主瓣寬度的可替代方式是通過非線性、時變的信號處理。這種信號處理的一個非限制性示例如下。時域左耳信號和時域右耳信號在陣列處理之后被分散為塊，其在一個非限制性示例中可以是128樣本長的。那些塊被轉換到頻域中，被操縱，轉換回時域，并隨后向用戶再現。非限制示例性塊處理方案如下。一旦在頻域中，ILD和iro在每個頻率處基于相應地在左耳陣列和右耳陣列幅度和相位之間的差異而被生成。用來翹曲輸入ILD和IPD的濾波器隨后根據下列規則而被生成:WarpLevel =ILDin*( ILDwarpfactor-1);WarpPhase = IPDin*( IPDwarpfactor-1)。“warpfactor”在意圖上等同于以上描述的翹曲因數。WarpLevel和WarpPhase表示頻域翹曲濾波器的幅度和相位。濾波器是取決于頻率的并且可能是非最小相位的。濾波器隨后被應用到輸入信號(在頻域上相乘)以便于創建已經被IPDwarpf actor和ILDwarpfactor翹曲的輸出ILD和IPD。為了保持系統的因果，翹曲濾波器應用到延遲的耳信號。例如，如果在任意頻率處的輸入ILD和II3D是3dB和15度，并且如果ILDwarpf actor和IPDwarpf actor兩者均是2，那么在該頻率處的翹曲濾波器響應在幅度上是3dB并且在相位上是15度。在應用濾波器之后(在頻域上相乘)，輸出ILD和iro是6dB和30度，其是輸入ILD和iro的兩倍。如果ILD和iro被定義為對于到收聽者的左邊的聲音是正的，那么翹曲濾波器被應用至右耳以保持系統因果，因為右耳相對于左邊被延遲以增大IPD。存在完成以上的其他方法，例如通過使用查找表以將輸入ILD和IPD關系到輸出 ILD 和 II3D，而不是 ILDwarpfactor 和 IPDwarpfactor。
[0098]在一些示例中，可能理想的是，允許陣列的指向性以一些方式被改變。隨著在其中使用會話增強設備的環境的性質改變，在設備的操作中的一些改變(例如改變陣列指向性)可能是理想的。在一些示例中，用戶控制的開關可以被提供以完成允許用戶來手動地改變陣列指向性(例如，通過在各種預定陣列指向性之間切換)的功能性。在一些示例中，切換或改變陣列指向性可以被自動完成，例如作為一個或多個感應狀況的函數。
[0099]實際中，具有極窄的固定(S卩，時不變的)通過角或主瓣寬度的會話輔助陣列可劣化會話體驗。當使用這種陣列時，輔助的收聽者必須基本上面向活動的講話者，其可能繁重且使人疲勞。當多個人參與在會話中時，該問題變得復雜，因為輔助收聽者必須一致向著活動的講話者旋轉他或她的頭部。該所謂的“伸長脖子問題”可能對于收聽者是非常沮喪的。附加地，輔助的收聽者可能見不到基本上離軸的講話者。沒有該視覺線索，收聽者可能不轉向講話者并且可能全都錯失會話。為了解決該問題，通過角應當維持最小寬度。對于頭戴陣列，實驗建議大約+/-45度的通過角足以用于增大會話理解而不導致過度的“伸長脖子”。針對非頭部安裝的陣列，更寬的通過角可能是需要的，這取決于離軸講話者相對于陣列位置的角度位置。大約+/-15度的通過角針對軸上的講話者增大會話清晰度至更高的程度，但可能導致過度的“伸長脖子”。因而，在非限制示例中考慮的是，大約+/-15度可能是最小LTI通過角并且大約+/-45度可能是在清晰度增益還與減少伸長脖子之間合理的取舍。
[0100]會話是動態的，如它們發生的環境一樣。在一個時刻周圍環境可能是安靜的，而數分鐘后該位置可能變得嘈雜，例如吵鬧的人流可用噪聲填滿房間。會話可以是一對一的或在多人之間的。在后一情景中，講話者可在任何時刻插嘴，也許是從桌子的一端或另一端。
[0101]會話的動態性質為會話輔助設備呈現了多種情景。對于在非常嘈雜環境中的一對一會話，高指向性麥克風陣列是理想的，以便于改進清晰度及易于理解。在較不嘈雜的環境中，高指向性陣列可移除周圍環境的過多環境聲音，使得設備聽起來不自然或過于突出。當多個講話者被包含在圍繞桌子的單個會話中時，高指向性陣列可導致用戶錯失來自離軸站立的那些用戶的評論。
[0102]在一個示例中，會話輔助設備可以包括一些手段(即功能性)來完成時變、取決于情形的陣列處理。一個這樣的手段包括允許用戶手動地在不同接收模式之間切換。作為一個非限制示例，用戶可被給予關于陣列指向性的簡單的、一自由度的用戶接口控制(例如，被旋轉的鈕或滑動器)。這樣的“變焦”控制可使得用戶自定義他們在會話期間的收聽體驗。該控制例如可允許用戶在環境變得非常嘈雜和難以理解時增大陣列指向性，但隨后當環境噪聲級降低時減小指向性(因而返回更自然的空間線索和增大的態勢感知)。該控制可被用來不僅改變通過角寬度也用來改變通過角的定向的角度。例如在汽車中的乘客期望主瓣向左90度指向駕駛者，允許會話被輔助而不需乘客看著駕駛者。改變主瓣方向和/或寬度例如可通過在針對期望方向的預定陣列濾波器的分立集合之間切換。該用戶控制可在會話輔助系統的一個或多個元件中被實施。作為一個非限制性示例，如果智能電話被包含在系統中(例如，位于圖14中所示的空間中或被栓到系統控制中)，用戶控制可以在蜂窩電話上被實施。當使用窄通過角時，這樣的用戶控制可以緩和之前描述的一些問題。
[0103]除了改變通過角寬度和定向的角度之外，用戶可選擇性地在不同的定向角度打開或關閉多個通過角。用戶可以使用智能電話應用(或在如平板電腦之類的不同類型的便攜計算設備上的應用)來完成這樣的控制。例如，該控制可以呈現用戶以它們位置以及在每30度處圍繞他們的可能的聲源的視覺圖標。用戶隨后將輕擊一個或多個聲源圖標以啟用或禁用在該方向上定向的通過角。例如，以此方式，用戶可輕擊在O度和-90度的聲源圖標以聽見在那些角度處的講話者，同時衰減在所有其他角度的聲源。每個可能的陣列定向角將包括具有對應于定向角度的ILD和iro的雙耳陣列。以此方式，來自給定角度的聲源顯現給用戶將被定位在該給定角度。如果陣列是頭戴的，頭部追蹤將被用來根據頭部位置來改變定向角、ILD和IPD以保持顯見講話者位置在空間中固定而不是隨頭部位置改變。在離頭陣列的情況下，頭部追蹤可被用來改變ILD和IPD以保持顯見講話者位置在空間中固定，同時定向角度將不移動，因為陣列并不隨頭部移動。
[0104]時變處理的另一形式涉及陣列的物理定向。在針對包括圍繞智能電話外殼的周界定位的麥克風的陣列的一個非限制示例中，該陣列根據該設備是水平的(例如，平放在桌面上)還是垂直的(例如，在口袋中或隨項鏈圍繞脖子懸掛)而不同地表現。在該示例中，當水平定向時主瓣可沿桌子指向前，但隨后當垂直定向時改變為垂直于智能電話屏幕的表面指向。以此方式，用戶從指向性獲益而不管設備的定向，因而將設備自由地放置在桌子上或口袋中或繞著脖子。在主瓣對準角度中的該變化可以通過切換到陣列濾波器的不同集合而被完成，其中陣列濾波器的兩個集合可以使用本文描述的過程而被設計。這樣的切換可以使用來自加速度計的信號而被自動化，或許加速度計集成在智能電話內。在另一非限制性示例中，該陣列可不同地表現，這取決于該設備是否正被用于其他講話者的大聲接收或者用于用戶自己嗓音的近場接收，如在電話的情況下。在后者的情況下，陣列濾波器可以改變以增大針對用戶自己的嗓音相對于在遠場中的其他聲音的陣列靈敏度。例如，這增大了由收聽者在電話會話的遠程端上的收聽者聽到的信噪比。本文描述的相同的陣列濾波器設計方法可以通過將近場和遠場數據兩者附到聲學響應(S)和規格(P)中而完成該濾波器設計。針對非限制性的頭戴陣列示例，由這樣的設計導致的濾波器將增大所謂的接近度效應，因此增大用戶自己的嗓音與其他遠端聲音的比率。作為針對集成到智能電話外殼中的陣列的附加的非限制性示例，由這樣的設計產生的濾波器將向上、與智能電話屏幕平行、向著用戶的嘴瞄準主瓣，因此增大從用戶的語音相對于其他聲音所接收到的能量。
[0105]圖27圖示了會話輔助系統80，其包括如在圖5中所示并在圖1中布置的四元件陣列20-23。每個麥克風的輸出通過增益電路被傳遞，該增益電路包括麥克風偏置和模擬增益電路(相應地，30-33)，并且隨后由A/D (相應地，40-43)被數字化。數字化的信號被輸入到數字信號處理器50，其實施以上描述的濾波器。用戶接口(UI)46可以被包括。例如，該UI可以包括一類型的顯示器以向用戶提供狀態信息和/或允許用戶輸入，諸如以上描述的手動切換。輸出通過D/A 60被返回到模擬信號，并且兩聲道D/A輸出隨后由放大器70放大并且被提供到耳機(未示出)。回放聲音控制設備72可以被包括以提供允許用戶控制該信號音量的手段。如果有源降噪作為系統的部分被包括，其將經由處理器50被完成，或作為本領域已知的而被單獨實現。有源降噪傳感器和電路可以被直接包含到耳機中。
[0106]會話輔助系統優選地利用耳機、聽筒、耳塞或其他過耳、耳上或入耳設備。作為無源噪聲隔離(NI)或利用有源降噪(ANR)或作為無源和有源兩者的電聲換能器也將衰減用戶的耳朵內的環境噪聲。如果系統利用NI和/或ANR電聲換能器，并且如果電聲換能器在用戶的耳朵處衰減環境噪聲至低于經換能的麥克風陣列輸出信號的聲級以下的聲級，用戶將基本上僅聽見陣列輸出信號。因而，用戶將利用陣列的TNR改進。如果非隔離的、聲學透明的電聲換能器被取而代之地使用在系統中，用戶將聽見環境噪聲和陣列信號的組合。有效TNR取決于環境噪聲的相對聲級和在用戶的耳朵處再現的陣列信號。隨著陣列聲級被增大到環境噪聲以上，有效TNR將達到陣列TNR。在沒有NI或ANR電聲換能器的高噪聲環境中陣列聲級可需要高于環境噪聲的實質放大以提供完全的、基于陣列的TNR改進。然而，這創建了在用戶的耳朵中的高聲壓級并且創建顯著不適或聽覺損壞。因而，在一些非限制示例中，對于會話輔助系統可能理想的是當在高噪聲環境中使用時包括NI和/或ANR電聲換能器。在一些非限制示例中，所提供(例如，通過在電聲換能器中的無源N1、ANR功能，或兩者的結合)降噪的量應當等于或大于陣列的指向性指數，使得通過陣列傳輸的漫射北京噪聲將在聲級中大約等效于穿過電聲換能器(ANR或無源NI)的漫射背景噪聲。在一些非限制示例中，由電聲換能器提供的降噪的量等效于麥克風陣列跨角度的最大衰減，其可以在10與25dB之間任何地方的幅度。通常，隨著環境中的噪聲級增大，增大的來自電聲換能器的降噪是理想的。可能的是以受控的方式改變由ANR電聲換能器提供的降噪的量比改變由無源NI設備提供的降噪更容易。降噪的量可以以期望的方式被控制。在典型的基于反饋的ANR設備中，環補償濾波器被用來成形反饋環響應以便于獲得最大ANR表現而同時保持穩定。首先在該濾波器中的增益可以被減小以便于減小ANR的量。更復雜的系統可能成形濾波器響應而不是減小增益，盡管這并非必須。
[0107]對于低噪聲環境，可能需要聲透明的耳機。可替代地，ANR耳機的降噪可以根據背景噪聲級而變化。對于嘈雜的環境，可以利用全ANR。對于較安靜的環境，ANR可以被減小或關閉。此外，在低噪聲情景中，ANR耳機可以經由在耳杯或耳塞的外部上的附加或集成麥克風傳遞環境聲音通過耳朵。該穿透模式因而增大了環境感知而不必修改陣列信號。
[0108]對于沒有進一步修改的離頭陣列，針對左耳信號和右耳信號兩者在設備(例如，圖14的“空間”)的兩側上使用麥克風將增大指向性但也導致陣列在截止頻率以下是單耳的。此外，窄間隔(例如，典型智能電話的大小)以及由左側與右側之間的頭部造成的聲學陰影缺乏將導致左耳信號和右耳信號基本上相似。這兩個問題可導致陣列空間表現接近于單耳。
[0109]為了既重新創建準確的空間線索又衰減離軸聲音，雙耳波束賦形可以被使用。包括它們被安裝在其上的任何設備(諸如智能電話)的麥克風的聲學被包括在陣列濾波器的最小平方設計中(其在以下進行描述)。此外，用于陣列的目標空間表現使用雙耳規格被定義，這由雙耳假人類似地得到。離頭雙耳波束賦形與上述討論的在左側與右側之間沒有頭部的不同。然而，設計方法將在最小平方意義上盡可能準確地重新創建雙耳線索(例如，ILD和IPD)，即使在兩側之間不存在頭部。針對離頭設計的另一優點在于用戶自己的語音可以更好地與其他講話者分開，減小用戶自己的語音的放大。這是由于麥克風陣列與用戶減小的接近度以及相對于頭上陣列的離頭陣列的用戶的嘴與講話者的嘴之間的角度分離。具體地，陣列設計方法可以被修改以向用戶的嘴導回空值以減小用戶的語音的放大，同時還執行以上的其他雙耳波束賦形任務。除了減小由陣列接收到的用戶的語音的幅度之外，陣列的布置可增大與期望的講話者的接近度，例如在用戶之前的講話者，因此增大TNR。
[0110]當陣列是頭部安裝的，陣列定向角度將對應于相對于用戶期望的講話者的定向，因為該用戶和陣列是共址(colocated)的。當遠程陣列和用戶非共址，遠程陣列輸出的ILD和iro線索可以被翹曲以將期望的講話者的物理定向更好地匹配到用戶。
[0111]主瓣不需要轉向在向前方向。使用雙耳波束賦形，其他目標角度也是可能的。主瓣可以被轉向用戶的最接近的左側和右側以便于聽見直接接近于用戶坐著的講話者。該主瓣可重新創建對應于在用戶的左側或右側處的講話者的雙耳線索，并且也仍然排斥來自其他角度的聲音。若陣列被置于在用戶前面的桌子上，與用戶向左側90度的講話者并不是陣列向左側90度(例如，其可以在大約-135度)。相應地，空間目標必須從純雙耳被翹曲。在該示例中，針對在-135度的源的陣列的目標雙耳規格應當重新創建與在用戶向左90度處的講話者關聯的ILD和IPD。
[0112]與在圖14中示出的那些不同的麥克風位置可以根據實施例和空間目標而更好地表現。其他非限制性假象麥克風配置在圖28和圖29中被示出，在其中麥克風位置由小圈指示。與圖28中的空間的四個拐角中的每一個拐角接近的麥克風對可以提供在高頻處的主瓣的更好的轉向控制。麥克風的布置確定了針對陣列處理的聲學自由度。對于給定數目的麥克風，如果指向性表現(例如，DI，雙耳線索的預留)在定向的一些角度而不是另一些角度更加重要，沿著一個軸線而不是另一個軸線布置更多麥克風可產生更理想的表現。例如，在圖14中的陣列偏置針對前看方向的表現。可替代地，在圖28中的陣列偏置針對多個離軸角度的表現。在圖29中的陣列例如對旋轉90度的陣列偏置針對前看方向的表現。麥克風的數目和其位置可以改變。此外，被用來創建左耳信號和右耳信號中的每個信號的麥克風的數目可以改變。“空間”不需要是矩形的。更一般地，針對陣列的優化麥克風布置可以通過假設承載該陣列的(多個)設備的物理約束來檢測所有可能的麥克風間隔而被確定。WNG可以被考慮，特別是在低頻處。
[0113]離頭陣列并不機械地跟隨用戶的“觀看”角度，因為它們并未附著到頭部。為解釋這點，在智能電話上的相機可以被用來追蹤用戶的頭部的角度并且將觀看角度發送到DSP，其中陣列參數被實時改變以旋轉對應于新的觀看角度的ILD和IPD。為了說明，如果相機檢測到用戶頭部的-90度(向左)旋轉，陣列參數將被修改以重新渲染之前的O度陣列對+90度(向右)的響應。
[0114]主瓣角度的選擇可以通過用戶(例如，通過智能電話應用上的用戶接口(UI)—一例如，通過輕擊主瓣被朝向其轉向的講話者的位置)而被控制，或者主瓣角度可以被適應性地控制(例如，通過使能具有高調制能量的空間輸入，該高調制能量指示強的附近(因此是期望的)講話者)。波束模式可以使用諸如加速度計之類的慣性傳感器而被適配，慣性傳感器可以被用來追蹤佩戴者所面對的方向。例如，加速度計可以被耦合到用戶的頭部(例如，由用戶佩戴的設備所承載的)以使得其可以被用來確定佩戴者正在面對的方向，并且波束模式可以被相應地適配。頭部安裝的傳感器將需要向執行信號處理的設備傳輸其輸出信息以用于適配ILD和IPD;在信號處理中涉及的設備的示例在本文中的其他地方進行了描述。該設備可以可替代地使用臉追蹤或眼追蹤以確定用戶正在觀看哪個方向。完成臉追蹤和/或眼追蹤的方法在本領域中是已知的。使用頭部安裝的傳感器或其他傳感器以用于追蹤用戶的注視方向將創建與陣列被放平在桌面上時不同的波束模式。
[0115]在系統等級處，存在相對于頭上陣列的一些離頭陣列的示例的一些特有屬性。首先，示例可以圍繞蜂窩/智能電話、蜂窩/智能電話外殼、眼鏡殼、手表、垂飾、或任何可攜帶的物體而被構建。對于該實施例的一個動機在于當放置在社交場合的桌子上時其看起來無傷大雅。在所有的四個邊緣上圍繞電話的電話外殼可承載多個麥克風，其如在附圖中所示地間隔開或以其他方式間隔開。電話外殼可以從其放置到的表面脫離連接和/或麥克風可以從電話外殼機械地脫離連接。該脫離連接可以以期望的方式被完成，諸如通過在外殼與表面和/或麥克風之間的機械路徑上使用軟性材料(例如，泡沫橡膠或軟彈性體)，以便于抑制振動傳遞到外殼和/或麥克風。
[0116]會話輔助系統可能將包括數字信號處理器(DSP)、模數和數模轉換器(AD/DA)、電池、充電電路、(多個)無線電、UI以及耳機。一些或所有的部件(除了耳機)可以被構建到特殊設計的電話外殼中，例如，該電話外殼具有對總體電話功能或美學的最小影響。耳機(例如，耳塞)可以是有線的或無線的，降噪的或非降噪的。降噪耳機信號處理可以利用安裝在電話外殼中的部件而被完成。一些或所有的麥克風可以被耳塞承載，用以取代或附加于電話外殼中的麥克風或其他的承載的物體。功能還可以被直接構建為電話的部分。電話處理器可以完成一些或所有的所需處理。如果電話與電話外殼一起使用，麥克風將需要保持被露出。因而，該系統可以分布在多于一個的物理設備之間;這在以下以更多細節進行解釋。
[0117]用來控制陣列的功能的UI可存在于蜂窩電話上，并且UI設置可被無線或經由線纜傳輸到進行陣列處理的DSP。在有線連接的情況下，模擬音頻連接可經由FSK編碼傳輸控制數據。例如，這將使得沒有藍牙無線電的蜂窩電話能夠控制該DSP JSP還可執行諸如向上壓縮之類的助聽信號處理，或者智能電話可執行這些任務中的一些任務。一些處理可以被電話完成。特殊的電話外殼可具有其自己的電池，并且該電池可被使能在與電話電池的相同時間被充電。
[0118]陣列濾波器設計
[0119]麥克風波束賦形是如下過程:由該過程來自多個麥克風的電氣信號輸出首先被濾波隨后被合并以創建理想的聲壓接收特性。針對在自由場中僅包含兩個麥克風的陣列，陣列濾波器的設計可以是確定性的。在本領域中已知的簡單數學關系可以定義在麥克風的位置的幾何形狀方面的復雜的陣列濾波器系數以及諸如心形或超心之類的期望聲壓接收特性。然而，需要不平凡的接收特性、需要針對充分表現的附加約束或其組合的、針對包含多于兩個麥克風的陣列的陣列濾波器的設計(不在自由場中)是不平凡的。當設計用于在會話輔助中使用的陣列時引起這些復雜度。用來增大TNR和清晰度的高指向性的需要例如必須使用多于兩個麥克風。附加地，在用戶的頭部上使用會話輔助系統引入了不像自由場的不利聲學效果。再麥克風之間或附近的任何結構存在不利效果。陣列設計需要將這些效果考慮在內，不論是否由于頭部還是一些其他物體。附加地，雙耳波束賦形不僅需要特定的幅度，還需要極坐標聲壓接收模式的相位特性。
[0120]用來設計用于會話輔助的陣列濾波器的一個方法在以下進行描述。輸入首先被描述。所有輸入均是在頻域中的離散函數，但出于簡便，頻率被丟棄符號。取而代之，要理解的是每個輸入被供應用于每個頻率，并且每個數學運算被獨立用于每個頻率，除非另有特指。陣列的期望空間表現被給定為極坐標規格P，其是M個離散極坐標角度的I XM向量。在陣列中的每個麥克風的聲學響應被給定為S，其是對應于L麥克風和M離散極坐標角度的L X M矩陣。這些聲學響應可以基于測量結果或理論模型。聲學響應S可以被現場測量(諸如在雙耳假人上)以便于在陣列濾波器的設計中包括附近的擋板或表面的聲學效果，這致使改進的陣列表現，如前所述。最大期望WNG被給定為E，其是標量。最大期望濾波器幅度被給定為G，其是對應于L麥克風的實數的I XL向量。最大濾波器幅度規格可以被用來實施陣列響應的低通、陣列響應的高通、防止在DSP上的陣列處理的數字限幅、或實施兩側陣列的跨頭帶限制，如上所述。誤差加權函數W確定在陣列濾波器方案中的每個極坐標角度的相對重要性。W是沿著對角具有非零項(對應于M極坐標角度的誤差加權)并且其他地方具有零的MXM矩陣。例如若噪聲源位于相對于陣列的已知角度，在該處以在其他角度的表現為代價更好地匹配極坐標目標將總體幫助陣列表現，則加權的極坐標角度可以幫助設計者實現更好地極坐標表現。
[0121]在所有的以上定義中，M維度可以更普遍地對應于位置的任何集合并且不必是極坐標角度。因而，以下方法可被用來例如基于空間而不是方位角中的任意測量結果而創建陣列濾波器。此外，L維度可對應于揚聲器而不是麥克風，由此以下方法可被用來經由聲學互易性(其在本領域中已知)創建針對揚聲器陣列而不是麥克風陣列的陣列濾波器。
[0122]陣列濾波器可以使用針對WNG、最大增益和復雜極坐標表現被提供的初始規格被提供的迭代方法而被找到，濾波器方案例如使用與聲學響應數據一起的嘴小平方的方法而被生成，WNG和濾波器幅度被計算并且與期望規格比較，WNG和最大濾波器增益規格相對于極坐標規格的重要性隨后根據該比較而被相應地修改，隨后新的濾波器方案被計算出。該過程繼續，直到并不超出WNG也不超出最大濾波器幅度規格的方案被找到，但該方案在例如最小平方的意義上滿足復雜極坐標規格。各種其他優化方法可以被應用以引導迭代過程，如在本領域中已知的。
[0123]也存在其他濾波器設計方法。在可替代方法中，左陣列和右陣列兩者可被共同解決。在該方法中，左陣列和右陣列極坐標目標被相應地給定為Pl和Pr。耳間目標P顧后由Pr/Pi的比率形成。左陣列濾波器使用以上過程和Pi規格被解決，致使陣列極坐標表現出。針對右陣列的極坐標目標Pr隨后由左陣列的實際極坐標表現偏移，使得Pr = P^H1。右陣列濾波器隨后使用更新的Pr規格被解決，致使陣列極坐標表現Hr。左陣列規格隨后由右陣列的實際極坐標表現偏移，使得Pi=HJP1。左陣列濾波器隨后使用更新的P1規格而被解決。該迭代過程繼續，設計左陣列濾波器、更新右陣列規格、設計右陣列濾波器、更新左陣列規格等，直到目標耳間表現在特定容差以內。
[0124]^\\
[0125]示出了實施會話輔助系統的若干可能方式中的一些的非限制性示例在圖30和圖31中示出。圖30的組件200將陣列的左側的元件附著到左眼鏡腿部202。殼體210包括配合在腿部202上并且由配合到接納開口 229和233的緊固件216和218被保持在一起的上半殼體212和下半殼體214。麥克風元件230、231和232配合在下半部214中的腔體中。可以是穿孔的金屬屏的格板220覆蓋麥克風以便于抑制對它們的機械損害。織物網格蓋件222具有幫助減小由風或毛發抵著麥克風掃動導致的噪聲的理想聲學特性。導體226承載麥克風信號。相似的布置將被用于頭部的右側上。
[0126]圖31的組件300向耳塞302添加陣列。殼體310由配合到耳塞的適配器314承載。腔體316至318的每個承載六元件陣列的三個麥克風元件中的一個。第七元件(如果包含)例如可由頸帶或頭帶承載。或者其可被承載在眼鏡的梁上。
[0127]圖32的會話輔助系統90圖示了系統功能的方面，以及沿著多于一個設備的功能的分布。首先設備91包括陣列麥克風、處理器和UI。設備91可以是電話外殼但不需要是；以下討論通常應用于任何遠程(即，非頭部安裝的)陣列系統。在每個麥克風穿過偏置、增益和A/D電路之后，數字信號被傳遞至第一信號處理器I中。信號處理器I可以執行諸如陣列處理、均衡和動態范圍壓縮之類的信號處理。UI I連接到處理器I以控制諸如陣列處理算法的那些特定參數。處理器I的輸出隨后傳遞至作為單獨設備92的一部分的第二信號處理器2，其例如可以是由用戶穿戴的耳機。信號處理器2可以執行諸如陣列處理、均衡和動態范圍壓縮之類的信號處理。第二UI 2被連接到第二處理器2。第一和第二用戶接口(UI I和UI 2)兩者還可以連接到第一和第二處理器兩者以控制在兩個處理器上的參數。第一處理器可以包含在第一設備91中，而第二處理器可以包含在第二設備92中。
[0128]從第一處理器傳遞到第二處理器的數字數據可以經由有線連接或經由諸如藍牙無線電之類的無線連接被傳輸。從任意用戶接口傳遞的控制數據可以經由有線連接或諸如藍牙無線電之類的無線連接被傳輸。在處理器上運行的算法可以被組織，使得需要高計算復雜度的過程在具有實質更多的電池容量或更大的物理尺寸的設備中的處理器上運行。在第一設備中的第一處理器可以旁路第二處理器和第二設備，并且將數字音頻直接輸出到包含D/A和音頻放大器的第三設備93。設備93可以單不需要是具有用來接收來自設備91、92的數字信號的無線鏈接的有源耳塞。設備93的功能還可以被包含在設備91和/或設備92中。以此方式，附加的信號處理和用戶接口特征可以可用于用戶，如果他們選擇使用第二設備92。如果用戶并不選擇使用包括處理器2和UI 2的第二設備92，則處理器I和UI I將繼續提供一些功能。該靈活度可允許用戶僅在需要時利用僅在設備92中可用的先進功能。
[0129]在一個示例中，指向性處理和均衡可以在處理器I上被完成并且由UII控制，但當處理器2和UI 2經由第二設備92被連接時，用戶將使能助聽向上壓縮以及經由智能電話對該算法的控制。在該示例中，第一設備91可以是頭戴陣列并且第二設備92可以是智能電話。
[0130]在另一示例處理器I中，UI I和連接的麥克風和電路可在第一設備91中執行陣列處理，而第二設備92可執行向上壓縮以及其他助聽類處理。在該示例中，第二設備92包括處理器2、UI 2、左和右輔助麥克風和電路、A/D以及放大器。在該示例中，第二設備92可以是在沒有第一設備91的情況下執行助聽類信號處理的頭戴設備(例如，耳塞)，但當第一設備91由用戶在無線鏈路上連接時，陣列處理隨后將在第一設備91中發生，其中陣列處理的信號輸出到第二設備92以用于回放。該示例是有利的，在于用戶可使用小的、頭戴設備92以用于助聽，但隨后將遠程設備91(例如，電話外殼實施例)與陣列處理連接以用于在嘈雜的情景時增加收聽的益處。
[0131]會話輔助系統的另一非限制示例包括將系統使用為助聽。遠程陣列(例如，構建在諸如蜂窩電話或蜂窩電話外殼或者眼鏡殼中的)可以被布置在接近于用戶處。由該系統實現的信號處理(在一個或多于一個設備上，如上所述)完成如上所述的麥克風陣列處理以及補償收聽缺陷的信號處理兩者。這樣的系統可能不需要包括允許用戶實現不同規定處理的UI。例如，用戶可以想要使用不同的規定處理，如果陣列處理改變，或者如果不存在陣列處理。用戶可期望能夠基于環境的特性(例如，環境噪聲級)調節規定處理。用于助聽設備控制的移動設備在2014年4月14日遞交的、名稱為“助聽設備控制”的美國專利申請14/258，825中公開，該申請的公開被全部并入本文。
[0132]若干實施方式已經被描述。然而，將理解的是，可以做出附加的修改而不偏離本文描述的發明構思的范圍，并且相應地，其它實施例也處于以下權利要求書的范圍以內。
【主權項】
1.一種會話輔助系統，包括:麥克風的雙向陣列，被布置在不包括任何陣列麥克風的空間的外部，其中所述空間具 有左側、右側、前面和后面，所述陣列包括多個麥克風的左側子陣列和多個麥克風的右側子 陣列，其中每個麥克風具有麥克風輸出信號；處理器，從所述麥克風輸出信號創建左耳音頻信號和右耳音頻信號；其中所述左耳音頻信號基于來自所述左側子陣列中的一個或多個所述麥克風和所述 右側子陣列中的一個或多個所述麥克風的所述麥克風輸出信號而被創建;并且其中所述右耳音頻信號基于來自所述左側子陣列中的一個或多個所述麥克風和所述 右側子陣列中的一個或多個所述麥克風的所述麥克風輸出信號而被創建。2.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述處理器包括用于在所述音頻信號的 創建中涉及的每個麥克風的所述輸出信號的濾波器。3.根據權利要求2所述的會話輔助系統，其中所述濾波器使用至少一個極坐標規格而 被創建，所述至少一個極坐標規格包括作為頻率的函數的所述左側子陣列和所述右側子陣 列中的一者或兩者的理想化輸出信號的幅度和相位。4.根據權利要求3所述的會話輔助系統，包括針對每個子陣列的單獨極坐標規格。5.根據權利要求3所述的會話輔助系統，其中極坐標規格基于雙耳假人的每個耳朵的 極坐標的頭部相關的傳遞函數。6.根據權利要求3所述的會話輔助系統，其中極坐標規格基于人的頭部的每個耳朵的 極坐標的頭部相關的傳遞函數。7.根據權利要求3所述的會話輔助系統，其中極坐標規格基于模型。8.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述處理器基于來自所述左側子陣列中 的一個或多個所述麥克風和所述右側子陣列中的一個或多個所述麥克風的、但只是在預定 頻率之下的所述麥克風輸出信號而創建所述左耳音頻信號和所述右耳音頻信號兩者。9.根據權利要求8所述的會話輔助系統，其中在所述預定頻率之上，所述處理器僅基于 來自所述左側子陣列的麥克風的所述麥克風輸出信號而創建所述左耳音頻信號，并且僅基 于來自所述右側子陣列的所述麥克風的所述麥克風輸出信號而創建所述右耳音頻信號。10.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述左側子陣列被布置為接近于用戶的 頭部的左側而被穿戴，并且所述右側子陣列被布置為接近于所述用戶的頭部的右側而被穿 戴。11.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述左側子陣列麥克風沿著所述空間的 所述左側被間隔開，并且所述右側子陣列麥克風沿著所述空間的所述右側被間隔開。12.根據權利要求11所述的會話輔助系統，其中麥克風的所述陣列進一步包括沿著所 述空間的所述前面或者所述后面而被定位的至少一個麥克風。13.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述處理器被配置為衰減從相對于所述 陣列的主接收方向的預定通過角之外抵達所述麥克風陣列的聲音。14.根據權利要求13所述的會話輔助系統，進一步包括改變所述預定通過角的功能。15.根據權利要求14所述的會話輔助系統，其中所述預定通過角基于追蹤用戶的頭部 的移動而被改變。16.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述處理器被配置為處理所述麥克風信號以創建在所述左耳音頻信號與所述右耳音頻信號之間的特定極坐標的耳間聲級差(ILD) 和特定極坐標的耳間相位差(iro)。17.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述處理器被配置為處理所述麥克風信 號以創建在所述左耳音頻信號和所述右耳音頻信號中的特定極坐標的ILD和特定極坐標的 IPD，使聲音源如同處于與所述聲音源到所述陣列的實際角度不同的角度。18.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述麥克風陣列具有確立所述陣列的所 述主接收方向的指向性，并且其中所述會話輔助系統進一步包括改變所述陣列指向性的功 能。19.根據權利要求18所述的會話輔助系統，進一步包括用戶可操作輸入設備，所述用戶 可操作輸入設備被適配為被操縱以便于致使所述陣列指向性的變化。20.根據權利要求19所述的會話輔助系統，其中所述用戶可操作輸入設備包括便攜計 算設備的顯示器。21.根據權利要求18所述的會話輔助系統，其中所述陣列指向性被自動改變。22.根據權利要求21所述的會話輔助系統，其中所述陣列指向性基于用戶的移動而被改變。23.根據權利要求18所述的會話輔助系統，其中所述陣列能夠具有多個指向性，并且其 中所述系統包括具有對應于針對每個陣列指向性的定向角度的ILD和iro的雙耳陣列。24.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述左側子陣列被耦合到被適配為保持 蜂窩電話的蜂窩電話外殼的左側，并且所述右側子陣列被耦合到所述蜂窩電話外殼的右 側。25.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述陣列被限制為具有最大白噪聲增益 (WNG)〇26.根據權利要求1所述的會話輔助系統，其中所述系統與一個或多個有源降噪(ANR) 電聲換能器一起使用，其中所述陣列具有指向性指數(DI)，并且其中由所述電聲換能器實 現的降噪的量等于或大于所述陣列的所述DI。27.根據權利要求1所述的會話輔助系統，包括至少兩個均具有處理器的單獨的物理設 備，其中所述設備經由有線通信或無線通信而與彼此聯通。28.—種會話輔助系統，包括:麥克風的雙向陣列，被布置在不包括任何陣列麥克風的空間的外部，其中所述空間具 有左側、右側、前面和后面，所述陣列包括多個麥克風的左側子陣列和多個麥克風的右側子 陣列，其中每個麥克風具有麥克風輸出信號；處理器，從所述麥克風輸出信號創建左耳音頻信號和右耳音頻信號；其中所述左耳音頻信號基于來自所述左側子陣列中的一個或多個所述麥克風和所述 右側子陣列中的一個或多個所述麥克風的、但只是在預定頻率之下的所述麥克風輸出信號 而被創建;并且其中所述右耳音頻信號基于來自所述左側子陣列中的一個或多個所述麥克風和所述 右側子陣列中的一個或多個所述麥克風的、但只是在預定頻率之下的所述麥克風輸出信號 而被創建；其中在所述預定頻率之上，所述處理器僅基于來自所述左側子陣列的麥克風的所述麥克風輸出信號而創建所述左耳音頻信號，并且僅基于來自所述右側子陣列的所述麥克風的 所述麥克風輸出信號而創建所述右耳音頻信號；其中所述處理器被配置為處理所述麥克風信號以創建在所述左耳音頻信號與所述右 耳音頻信號之間的特定極坐標的耳間聲級差(ild)和特定極坐標的耳間相位差(iro)。29.—種會話輔助系統，包括:雙向的麥克風陣列，被耦合到便攜設備并且被布置在所述便攜設備上，所述陣列包括 多個麥克風的左側子陣列和多個麥克風的右側子陣列，其中所述麥克風陣列具有確立所述 陣列的主接收方向的指向性，并且其中每個麥克風具有麥克風輸出信號；處理器，從所述麥克風輸出信號創建左耳音頻信號和右耳音頻信號；其中所述左耳音頻信號基于來自所述左側子陣列中的一個或多個所述麥克風和所述 右側子陣列中的一個或多個所述麥克風的、但只是在預定頻率之下的所述麥克風輸出信號 而被創建；其中所述右耳音頻信號基于來自所述左側子陣列中的一個或多個所述麥克風和所述 右側子陣列中的一個或多個所述麥克風的、但只是在預定頻率之下的所述麥克風輸出信號 而被創建；其中在所述預定頻率之上，所述處理器僅基于來自所述左側子陣列的麥克風的所述麥 克風輸出信號而創建所述左耳音頻信號，并且僅基于來自所述右側子陣列的所述麥克風的 所述麥克風輸出信號而創建所述右耳音頻信號；其中所述處理器被配置為處理所述麥克風信號以創建在所述左耳音頻信號與所述右 耳音頻信號之間的特定極坐標的耳間聲級差(ILD)和特定極坐標的耳間相位差(iro);以及 用戶可操作輸入設備，被適配為被操縱以便于致使所述陣列指向性的變化。
【文檔編號】H04R25/00GK105981409SQ201580007892
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年2月10日
【發明人】J·D·艾希費爾德, W·M·拉比諾維茨, W·貝拉迪, J·特羅特爾, M·謝伊
【申請人】伯斯有限公司