【专利解密】恒玄科技 耳机透传方法

【嘉德点评】恒玄科技发明的对耳机进行透传的方法,通过主动对透传滤波器的参数进行适应性的调整,使其能够降低不同佩戴方式以及不同耳道结构对透传系统的影响,从而提高耳机的透传效果,同时提升用户的听音体验!

集微网消息,过去的几年时间里,由于TWS耳机的兴起,带动了许多家相应芯片供应商的发展,其中恒玄科技无疑是最耀眼的新星之一,其强大的技术创新、精准把握全球TWS耳机等新兴市场机遇的能力都备受行业关注。

随着社会进步和人民生活水平的提高,耳机已成为人们必不可少的生活用品。带有主动噪声抑制功能的耳机能够使得用户在机场、地铁、飞机、餐厅等各种嘈杂环境下享受到舒适的降噪体验,其越来越多地受到市场和客户的广泛认可。

然而,在某些需要接收外界语音或外界环境噪声等信号的场景下,耳机在进行主动降噪的同时还需要具备透传功能,使得耳机佩戴者能够更好地接收外界语音、外界环境噪声或外界报警声等。

此外,耳机的透传功能受不同佩戴方式、不同耳部结构的影响较大,这在一定程度上影响了用户的听音体验,使得用户难以听到未佩戴耳机时的自然环境声,具备透传功能的耳机可以使得用户在佩戴耳机时能够听到尽可能接近未佩戴耳机时的自然环境声。

为了取得这样的透传效果,恒玄科技在19年12月13日申请了一项名为“对耳机进行透传的方法、系统以及耳机”的发明专利(申请号:201911282376.5),申请人为恒玄科技(上海)股份有限公司。

根据目前公开的专利资料,让我们一起来看看这项耳机透传技术吧。

如上图所示为耳机透传过程的示意图,耳机主要通过前馈路径和反馈路径来实现透传的过程。可以看到在前馈路径上:

1)耳机的耳外麦克风101a在耳机外侧采集环境声,随后将采集到的环境声通过模拟增益102a的增益处理以及第一模数转换器103a的模数转换处理后,被传输至第一低通及下采样滤波器104a用于降低功耗并减少滤波器阶数。

2)随后由透传滤波器111对经过第一低通及下采样滤波器的环境声信号进行滤波,以对耳外麦克风采集到的环境声进行模拟。

3)最后,经透传处理后的环境信号被传输至加法器109,随后经数模转换器106的数模转换处理后,由扬声器107播放。

我们再来看看反馈路径:

1)耳机的耳内麦克风101b在耳机内侧靠近耳道的位置上采集耳内噪声,耳内噪声指的是播放音频信号时产生的音频回声信号以及空中对消后的残留信号。将采集到的耳内噪声通过模拟增益102b的增益处理以及第二模数转换器103b的模数转换处理后,被传输至第二低通及下采样滤波器104b。

2)随后,经过第二低通及下采样滤波器的耳内噪声信号被传输至加法器110。待播音频信号105为要被传输至扬声器进行播放的音频信号,一方面其被传输至加法器109,经数模转换器106的数模转换处理后,由扬声器播放,另一方面其被传输至回声滤波器112随后经回声滤波器滤波的待播音频信号被送入加法器。

3)最后,加法器整合经第二低通及下采样滤波器处理后的耳内噪声以及经回声滤波器处理后的音频信号,这样反馈路径上的噪声信号将不再受音频回声信号的影响,将反馈滤波后的噪声信号被传输至加法器,经数模转换器的数模转换处理后,由扬声器播放。

如上图为对耳机进行透传的方法的流程图,首先确定在同个状态下透传滤波器的预设系数和从扬声器到耳内麦克风的传输路径的预设传递函数。同个状态是在实验室环境中将耳机放入人工耳的情况下,来量测透传滤波器的预设系数和从扬声器到耳内麦克风的传输路径的预设传递函数,从而获得较佳的量测结果。

接着,在用户正常使用并佩戴耳机时,在扬声器播放音频信号的情况下,音频信号由扬声器播放后,经耳道反射,最终被耳内麦克风采集到。随后基于耳机的透传滤波器的预设的系数、扬声器到耳机的耳内麦克风的预设传递函数以及在上一步中确定的透传滤波器当前传递函数,能够确定透传滤波器的当前系统函数。

最后,按照当前系数来配置透传滤波器,从而进行透传,因此透传滤波器能够自适应的配置其滤波系数,实现耳机透传系统的主动调整,以抵消因不同佩戴方式和不同耳道结构对透传系统产生的影响。

最后我们再来看看在这个过程中极为重要的回声滤波器的滤波是怎么样的一个过程吧。

从图中可以看到,一方面回声滤波器602对待播音频信号601进行滤波,随后被传输至加法器603。另一方面耳内麦克风607采集音频回声信号,经过模拟增益606和模数转换器605以及第一低通及下采样滤波器604a和第二低通及下采样滤波器604b后,信号被传输至加法器。

被传输至加法器的经回声滤波器滤波的音频信号和耳内麦克风采集的经多个后续处理的回声信号在空中产生对消,对消后的误差信号被重新馈送至回声滤波器。在回声滤波器能够抵消播放音频的过程中,借助耳道反射产生的音频回声分量,可以提高耳机的降噪效果,同时提升用户的听音体验,使得播放的音频信号不被反馈降噪通道衰减。

以上就是恒玄科技发明的对耳机进行透传的方法,通过主动对透传滤波器的参数进行适应性的调整,使其能够降低不同佩戴方式以及不同耳道结构对透传系统的影响,从而提高耳机的透传效果,同时提升用户的听音体验!

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(校对/holly)