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CN1879393A - 具有单个换能器的双向通信设备 - Google Patents

具有单个换能器的双向通信设备 Download PDF

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CN1879393A
CN1879393A CNA2004800332020A CN200480033202A CN1879393A CN 1879393 A CN1879393 A CN 1879393A CN A2004800332020 A CNA2004800332020 A CN A2004800332020A CN 200480033202 A CN200480033202 A CN 200480033202A CN 1879393 A CN1879393 A CN 1879393A
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CN
China
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signal
signal processor
filter
gain
output
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CNA2004800332020A
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松田正久
久米康宏
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Matech Inc
Original Assignee
Matech Inc
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Abstract

本发明的实施例提供了一种小且经济的双向通信设备，该设备既具有优异的回波抵消功能，又具有优异的语音操作的交换功能，回波抵消功能基本上抑制了整个频率范围上的回波，语音操作的交换功能在保护会话期间免受非自然断开或回波影响的同时，提供了会话声音的自然切换，即使在接收信号和发送信号在单个换能器中被叠加时也是如此。

Description

具有单个换能器的双向通信设备
技术领域
本发明涉及使用由用户语音引起的耳膜振动的双向通信设备，更具体而言，涉及使用一个换能器(transducer)来接收和发送语音的双向通信设备。该通信设备还用作高级回波抵消器(EC)和高级语音操作的交换器(VOX)。
背景技术
用于双向语音通信的公知设备包括麦克风和耳机。麦克风和耳机被集成为头戴式耳机，从而为用户提供“免手提”的操作。这种头戴式耳机的一个问题是麦克风也拾取用户周围的环境噪声。
作为替换，用户语音不在嘴部拾取，而是通过用户耳道内的骨骼传导来拾取。这为用户提供了“免嘴部”的操作(即，用户可以不受他或她的嘴部周围环境的影响)。通过骨骼传导接收的语音信号在某种程度上抑制了外围噪声，然而，经由骨骼传导检测到的语音信号的声音质量通常具有很差的声音质量。
已经提出了使用两个换能器的某些头戴式耳机。第一换能器用作麦克风，第二换能器用作耳机。两个换能器被插入到用户的右耳和左耳中。麦克风换能器经由来自用户耳膜中的振动检测用户语音。在这种两个换能器的系统中，用户周围的环境噪声被自然抑制，从而允许麦克风提供更好的声音质量。
单个换能器头戴式耳机的使用也有进步。构想是使用单个换能器元件来用于语音发送和接收。利用该方法，只需要一个耳塞。由于用户的另一只耳朵不需要耳机，因此用户还可以听见他或她周围的声音和语音。
使这些设备具有回波抵消(EC)功能是很重要的。回波抵消防止接收信号叠加在语音发送信号上。在某些情况下，头戴式耳机还包括语音操作的交换器(VOX)。VOX根据发送和/或接收信号的存在与否在发送和接收模式之间切换。
日本专利申请公开No.2001-60895公开了一种发送和接收电路，其采用配备有回波抵消和语音操作的交换器的全模拟电路。公开文件中的桥式电路将放大器和比较器与嵌入的单个换能器组合在一起。
然而，利用这些类型的模拟电路很难实现可靠的和满意的EC和VOX性能，并且实现代价昂贵。由于这些困难，上述单个换能器的发送和接收电路还未投入实际应用。
当设计EC电路时，有必要仿真换能器的实际阻抗特性。即，必须仿真当换能器被插入到特定用户的外耳道中时换能器的特性，以使EC电路与实际换能器相平衡。然而，由于换能器的电感属性，因此很难仿真该阻抗。此外，换能器的实际阻抗随时间变化，并且还根据各个用户和周围的环境变化。
普通的模拟仿真电路由电容器(C)和电阻器(R)构成。通过调谐两个可变元件可以使模拟电路在单个特定频率处大致平衡。实现整个频率范围上的平衡是不可能的。在理论上，是可能实现整个频率范围上的平衡的，如果在模拟仿真电路中包括电感元件的话。然而，使用电感元件体积大并且昂贵。也很难调谐电感元件以使之与变化的换能器特性一致。这使得模拟电感器电路的使用对于头戴式耳机应用来说是不实际的。
在半双工双向通信的情形中，VOX是必需的。VOX监视接收和发送语音信号，然后必须在小于几毫秒的时间内确定是选择发送模式还是接收模式。
在会话期间，接收和发送的语音信号的大小连续变化，并且有时还会间歇性地断开连接。因此，有必要连续地累积和处理语音数据，直到作出判决是切换到接收模式还是发送模式的时间为止。该判决过程是困难的，尤其是当使用模拟电路时。
本发明的实施例解决了传统技术的这些和其他的缺点。
发明内容
为了解决各种上述问题，本发明的一个实施例提供了一种具有改进的EC和/或VOX性能的双向通信设备。双向通信设备的一个实施例包括单个换能器元件、微处理器单元(MPU)、诸如数字信号处理器(DSP)之类的数字电路以及模拟电路。
另一个实施例由具有单个换能器的小且经济的双向通信设备构成。该设备清楚地发送用户语音，而不会发送紧挨用户附近的周围环境噪声。除了来自与通信设备通信的另一方的语音之外，用户还能够听见他或她周围的语音和声音。
即使当接收信号和发送信号在换能器中被叠加时，本发明的实施例也提供了优异的回波抵消功能，基本上在整个语音频率范围上都防止了接收信号泄漏到发送信号中(回波)。
此外，在半双工通信的情形中，本发明的实施例具有改进的VOX操作，其在发送和接收模式之间自然切换，而不会引起会话中的非自然中断或断开。
附图说明
参考附图会更加容易地理解本发明的实施例。
图1是示出根据本发明一个实施例的全双工双向通信设备的框图。
图2是示出根据本发明另一个实施例的全双工双向通信设备的框图。
图3是示出根据本发明另一个实施例的半双工双向通信设备的框图。
图4是示出根据本发明另一个实施例的半双工双向通信设备的框图。
图5是示出根据本发明一个不同实施例的半双工双向通信设备的框图。
图6是示出根据本发明另一个不同实施例的半双工双向通信设备的框图。
图7是示出根据本发明另一个不同实施例的半双工双向通信设备的框图。
图8是示出根据本发明另一个不同实施例的半双工双向通信设备的框图。
图9(a)是根据本发明实施例的半双工双向通信设备的VOX中的衰减器的各种增益转变曲线的图。
图9(b)是示出了利用图9(a)的增益转变曲线的敏感性测试的实际结果的表。
图10A-10C示出了可用于所述双向通信设备中的任何一种的耳塞的一个示例。
附图中标记定义：
MPU：微处理器单元
EC：回波抵消器
VOX：语音操作的交换器
AGC：自动增益控制器
L：压电换能器
R1、R2、R3、R4：电阻器(也指示电阻值)
R：具有中间抽头“t”的可变电阻器
C1、C2：电容器(也指示电容值)
AMP1、AMP2、AMP3：放大器
D/A1、D/A2、D/A3：数模(D/A)转换器
A/D1、A/D2：模数(A/D)转换器
BUF1、BUF2：缓冲器
ADD：加法器
FIL、FIL1、FIL2：滤波器
k-Calculator、k1-Calculator、k2-Calculator：
滤波器参数k、k1、k2的计算器
SW1-SW5、SW：开关
ATT1、ATT2：衰减器
ATT3、ATT4：模拟衰减器
LPF1、LPF2：低通滤波器
Rx：接收端(也代表接收信号)
Tx：发送端(也代表发送信号)
具体实施方式
图1是示出根据本发明一个实施例的全双工双向通信设备10的框图。设备10包括具有压电换能器(或线圈L)的模拟信号处理器(ASP)105和数字信号处理器(DSP)110。DSP 110包括第一数模(D/A)转换器D/A1、第一模数(A/D)转换器A/D1、第二A/D转换器A/D2、MPU和第二D/A转换器D/A2。MPU可以配备有单个DSP和/或CPU或多个DSP和CPU。
为了方便，在具体实施方式的整篇剩余部分中，在所描述的各种实施例中出现的模数转换器可以简称为转换器A/D1、转换器A/D2等，其中“A/D”后面的数字用来区分在相同实施例中出现的转换器。类似地，在所描述的各种实施例中出现的数模转换器可以称为转换器D/A1、转换器D/A2等。利用这种表示方式，所描述的转换器类型和特定转换器都很清楚。
返回图1，ASP 105中的压电换能器(L)被插入到用户的外耳道中，其用来将与接收信号Rx相对应的电压转换为振动(声波)。换能器L还用来将从外耳道接收到的振动(声波)转换为与发送信号Tx相对应的电动势。压电换能器L在电功能上等同于电感元件，因此在整篇公开文件中表示为线圈L。
从线圈L朝外耳道延伸的箭头示出与施加到线圈L的电压相对应的振动(声波)。沿相反方向延伸的另一个箭头代表由用户的语音引起的耳膜中的空气振动，其中用户语音在线圈L内生成对应的电动势。
在接收端，接收信号Rx被顺序通过转换器A/D1、VOX 125、回波控制器(EC)120和转换器D/A1加以处理，然后被发送到ASP 105作为接收信号输入。来自ASP 105的发送信号输出被顺序通过转换器A/D2、EC120、VOX 125和转换器D/A2，然后被从发送端输出作为发送信号Tx。
VOX 125包括第一和第二衰减器ATT1和ATT2，以及第一和第二低通滤波器LPF1和LPF2，以及功率控制器。功率控制器测量接收信号Rx和发送信号Tx的功率，以控制第一和第二衰减器ATT1和ATT2的增益。这用于将第一和第二衰减器ATT1和ATT2的输出置于预定值范围内。图2、3、4、5和6中所示的VOX 225、325、425、525和625分别具有与VOX 125相同的组件，从而不再重复这些VOX的描述。
在本发明的替换实施例中，VOX 125可以具有与图1中所示相同的组件，但是也可以被称为自动增益控制器(AGC)。
接收和发送端经由压电换能器L彼此相连。在正常操作中生成所谓的“回波”，其包含叠加在原始发送信号Tx上的接收信号Rx的某些部分。有必要利用回波抵消技术来抑制该回波。在该实施例中，ASP 105执行第一回波控制功能，而回波控制器120执行第二回波控制功能。
ASP 105配备有桥式电路115，该电路包括压电换能器L、电阻器R1、R2、R3和R4以及电容器C1和C2。
桥式电路115的第一侧包括压电换能器L。与第一侧相邻的第二和第四侧分别包括第二和第四电阻器R2和R4。第一和第四侧之间的连接节点接地。
转换器D/A1的输出被经由第一放大器AMP1发送到桥式电路115的第二和第三侧之间的连接节点，作为接收信号输入。第一和第二侧的节点与第三和第四侧的节点之间的电位差被施加到第二放大器AMP2。AMP2的输出被发送到转换器A/D2，作为ASP 105的发送信号输出。
桥式电路115的第一侧包括与第一电阻器R1和第一电容器C1的串联组合并联的压电换能器L。桥式电路115的第三侧与第一侧正对，并且包括与第二电容器C2并联的第三电阻器R3。
电阻器R1和R3的值是可变的，并且可被控制使得相位和增益对于L的特定值(即，当换能器被插入到特定用户的右或左外耳道中时的L的值)相对于至少单个特定频率是均衡的。
接收信号输入的叠加是通过将放大器AMP2的差分输入连接到桥式电路115的相反节点来防止的(回波抵消)。结果，只有换能器L上的电动势表现为差分输入。例如，600Hz可被选为特定频率。仅利用桥式电路115，接收信号的泄漏(即回波)可能不一定能相对于所选特定频率任一侧的所有其他可听频率都可被防止。
回波控制器
当EC 120处于常规操作中时，第一和第二开关SW1和SW2都连接到开关的“r”侧。在常规操作期间，接收信号经由第一缓冲器BUF1从EC120输出，而发送信号经由第二缓冲器BUF2从转换器A/D2输出。滤波器FIL用于仿真经由ASP 105从转换器D/A1到缓冲器BUF2的传输特性。
接收信号输入被同时发送到转换器D/A1，并被滤波器FIL处理。所得到的滤波器FIL的输出被加法器ADD从发送信号输入中减去，并且所得到的输出被发送到VOX 125，作为从BUF2输出到EC 120的发送信号。
EC 120可以在整个音频频率范围上执行ASP 105的仿真。从而，由于接收信号的泄漏(回波)而引起的发送信号输入的一部分等于滤波器FIL的输出。这意味着来自加法器ADD的输出不包含接收信号分量，从而提供了改进的回波抵消。
在EC 120中，滤波器FIL的参数k由预先安装的程序(未示出)自动设置。K的最大值等于滤波器中的抽头数，例如256。参数k或者在压电换能器L被附接到诸如外耳道之类的对象后被立即设置。或者，参数k在换能器L附接到外耳道中时被周期性地设置。在另一个实施例中，参数k在每次生成接收信号和/或发送信号时被设置。
当从双向通信设备的角度看时，换能器L的电特性是略微不同的，并且依赖于具体外耳道的结构和环境而变化。换句话说，该电特性可以依赖于通信期间外耳道中的温度和湿度而变化。
在EC 120的测量(测试)操作期间，当要设置滤波器FIL的参数k时，开关SW1和SW1连接到“m”端，并且测试信号发生器生成测试信号。测试信号是可以在每个脉冲处代表以下音频信号中的任何一种的数字信号：在会话期间产生的实际语音、自然语音、接收声音、音乐声音、扩散码信号或音调扫频信号。
从而，由测试信号发生器生成的测试信号(而不是来自VOX 125的接收信号)被经由缓冲器BUF1发送到转换器D/A1。所得到的转换器A/D2的输出和测试信号分别经由缓冲器BUF1和BUF2提供到k计算器。然后，k计算器根据预定的计算方法生成用在滤波器FIL中的k参数。
开关SW2的“m”侧接地，到VOX 125的发送信号输入也接地。因此，在k参数计算期间，加法器ADD的任何输出都不会作为噪声泄漏到发送信号Tx中。
如果从测试信号发生器输出的所选测试信号是脉冲，则预定计算过程等同地对待整个频率范围，并且计算相对简单。然而，如果需要某些特定频率特性，则可通过利用另一个测试信号(如实际语音信号)和进行对应的k参数计算过程来实现更合需要的回波抵消。
在这种计算中，有必要在比与语音的最大频率相对应的周期更短的时间内执行诸如离散快速傅立叶变换(FFT)之类的复杂计算。本发明完全利用了技术的进步，从而使最现代化的MPU可以执行上述计算。这种MPU的功耗足够低，从而本发明的整个实施例可以容纳在耳塞封装中。
VOX 125在第一低通滤波器LPF1处接收从转换器A/D1输出的接收信号，并且接收从EC 120输出的来自LPF2的发送信号。VOX 125分别通过第一和第二衰减器ATT1和ATT2将接收信号Rx发送到EC，将发送信号Tx发送到转换器D/A2。VOX 125利用功率控制器测量接收信号Rx和发送信号Tx的功率。功率控制器控制衰减器ATT1和ATT2的增益，从而使来自衰减器ATT1和ATT2的功率输出与预定功率值匹配。
图2是示出根据本发明另一个实施例的全双工双向通信设备20的框图。在下面的讨论中，将会强调图2与图1不同的部分，而与图1相同的部分则会给予较少的关注，因为其以与上述图1类似的方式动作。换句话说，图2的ASP 205和EC 220会加以强调，因为其不同于图1的ASP 105和EC 120。
在ASP 205中，转换器D/A1的输出被经由放大器AMP1发送到电阻器R1的一端，作为接收信号输入。压电换能器L的一端连接到电阻器R1的另一端，而压电换能器L的另一端接地。
压电换能器L和电阻器R1的连接节点连接到第二放大器AMP2的正(+)差分输入端，而第三转换器D/A3的输出经由第三放大器AMP3和负载电路连接到放大器AMP2的负(一)输入端。放大器AMP2的输出被发送到转换器D/A2，作为ASP 205的发送信号输出。
ASP 205的负载电路包括电阻器R2和R3的串联电路。电阻器R2的一端连接到放大器AMP3的输出，电阻器R3的一端接地，并且电阻器R2和R3的连接节点连接到放大器AMP2的负(-)输入端。优选地，电阻器的电阻值被设置使得R2等于R1，R3等于压电换能器L的代表性阻抗。例如，R3＝2π*f0*L，其中f0＝600Hz，L是以亨(Henrys)为单位的电感。
如图2所示，EC 220包括第一至第五开关SW1-SW5，如果EC 220处于常规操作中则所有这些开关都连接到“r”侧。例如，当电路被用于接收和发送音频信号时。EC 220还包括第一和第二滤波器FIL1和FIL2。
EC 220接收从VOX 225中的衰减器ATT1输出的接收信号。接收信号随后被缓冲器BUF1缓冲，并被发送到转换器D/A1。EC 220还将缓冲的接收信号通过第二滤波器FIL2发送到转换器D/A3，并通过第一滤波器FIL1发送到加法器ADD。
在第二缓冲器BUF2处，EC 220接收从转换器A/D2输出的发送信号。第一滤波器FIL1的输出在加法器ADD处被从缓冲的发送信号中减去，并且其差值被输出到VOX 225，作为来自EC 220的发送信号输出。
第二滤波器FIL2被设置使得从缓冲器BUF1的输出节点，经过滤波器FIL2、转换器D/A3、放大器AMP3、负载电路(电阻器R2和R3)、放大器AMP2(经由其负(-)输入端)和转换器A/D2直到缓冲器BUF2的输出节点的传输特性仿真从缓冲器BUF1的输出节点，经过转换器D/A1、放大器AMP1、电阻器R1、放大器AMP2(经由一个(+)输入)和转换器A/D2直到缓冲器BUF2的输出节点的传输特性。
第一滤波器FIL1以这样的方式被设置，以仿真从第一缓冲器BUF1的输出节点经由以下三项直到第二缓冲器BUF2的传输特性：(i)经过两条路径的ASP 205(其中一条开始于转换器D/A1，另一条路径开始于第二滤波器FIL2和转换器D/A3)，(ii)这两条路径接合处的差分放大器AMP2，和(iii)转换器A/D2。
在EC 220的测量(测试)操作的情形中，当设置第一和第二滤波器的参数时，该操作是以三个顺序步骤完成的，这三个步骤分别用开关SW1至SW5表示为第一、第二和第三步m1、m2和m3。在该操作期间，开关首先连接到m1端，然后连接到m2端，最后连接到m3端。
例如，对于第一、第二和第三步，开关SW1保持连接到同一端。另一方面，对于第一步开关SW4开始于m1端，对于第二步切换到m2端，最后对于第三步切换到m3端。在任何情况下，在利用EC 220进行测量操作期间，来自测试信号发生器的测试信号(而不是来自VOX 225的接收信号)被提供到缓冲器BUF1。下面将进一步详细描述这些步骤。
在第一步中，从测试信号发生器输出的测试信号经过缓冲器BUF1和转换器D/A1被发送到ASP 205，从而转换器D/A3的输入经过开关SW4接地(零值被输入)。所得到的缓冲器BUF2的输出被存储作为信号1。
在第二步中，相同的测试信号经过由缓冲器BUF1和转换器D/A3代表的信号路径被发送到ASP 205，从而转换器D/A1的输入经过开关SW3接地(零值被输入)，并且所得到的缓冲器BUF2的输出被存储作为信号2。
然后，信号1、信号2和测试信号被k2计算器通过预定的计算过程加以处理。该操作设置了第二滤波器FIL2的参数k2。
在第三步中，测试信号经过由缓冲器BUF1和转换器D/A1代表的信号路径被发送到ASP 205。测试信号还经过由缓冲器BUF1、滤波器FIL2和转换器D/A3代表的信号路径被发送到ASP 205。然后，所得到的缓冲器BUF2的输出信号和测试信号被k1计算器利用另一个预定的计算过程加以处理。该操作设置了第一滤波器FIL1的参数k1。
在第一和第二步中设置的第二滤波器FIL2仿真了放大器AMP2的输入电压具有大振幅的情形，而在第三步中设置的第一滤波器FIL1仿真了放大器AMP2的输入电压具有小振幅的情形。
在该实施例中，因为EC 220利用预先安装的程序来执行回波抵消所需的所有调整，所以ASP 205没有必要具有桥式电路，从而可以简单地设计并且不加调整地制造硬件，并且可以容易地最小化硬件尺寸，所有这些都会带来大量优点。
利用上述处理，EC 220可以在压电换能器被插入到用户的外耳道中之后立即自动设置滤波器FIL1和FIL2。EC 220也可以在换能器被插入到耳道中时周期性地设置滤波器FIL1和FIL2。或者，滤波器FIL1和FIL2可以在每次启动接收信号和/或发送信号时被设置。这样，声波特性的变化(包括由不同用户的外耳道之间的结构差异引起的变化)被反映在滤波器FIL1和FIL2的设置中。
图3是示出根据本发明另一个实施例的半双工双向通信设备30的框图。DSP 310具有与图1的DSP 110不同的结构。MPU只有用于半双工通信的VOX 325。其不具有回波抵消功能。然而，ASP 305等同于图1的ASP 105。
在该实施例中，ASP 305执行回波抵消功能，并且VOX 325在发送和接收模式之间切换。在该实施例中，通常不能实现与例如由图1的EC 120和图2的EC 220产生的回波抵消一样高质量级别的回波抵消，并且可能残留有小量的回波。然而，在该实施例中，VOX 325分别减小了在接收或发送时衰减器ATT2或ATT1的增益。从而，出于实用目的，回波可以几乎完全抑制。
MPU操作的减少意味着可以使用复杂度更低的和更便宜的处理单元，从而提供更加经济的制造。或者，当使用等同的MPU时，过剩的处理能力可用于提高VOX 325的性能。
VOX 325经由转换器A/D1接收来自接收端Rx的接收信号并监视该信号，并且经由转换器A/D2接收发送信号并监视该信号。VOX 325确定接收信号和/或发送信号的存在，并且判定是将操作模式切换到接收模式(耳机模式)还是切换到发送模式(麦克风模式)。然后，利用预定程序，VOX 325处理接收信号并将接收信号发送到转换器D/A1(到下一级)，同时处理发送信号并经由转换器D/A2将发送信号发送到发送端Tx。
下面给出了VOX 325如何确定何时在耳机模式和麦克风模式之间切换的若干示例。每个示例可以由安装在数字信号处理器310中的程序实现。
作为第一示例，只监视接收信号。操作模式在接收信号存在的情况下切换到接收模式，而在不存在检测的接收信号的情况下切换到发送模式。
在第二示例中，只监视发送信号。操作模式在发送信号存在的情况下切换到发送模式，而在不存在发送信号的情况下维持在接收模式。
作为另一个示例，既监视接收信号又监视发送信号。设备只有在存在接收信号时才切换到接收模式，并且在存在发送信号时切换到发送模式。
或者，在接收信号和发送信号都存在或者接收信号和发送信号都不存在的情况下，操作模式被基于上述操作模式的统计特性被设置为一种模式或另一种。
更具体而言，VOX 325包括第一和第二低通滤波器LPF1和LPF2、第一和第二衰减器ATT1和ATT2以及功率控制器。在接收信号和发送信号被低通滤波器LPF1和LPF2处理后，这两个信号中的任何一个或两者被提供到功率控制器。来自LPF1和LPF2的信号分别被提供到衰减器ATT1和ATT2，然后分别被发送到转换器D/A1和D/A2。
接收和发送信号中的任何一个或两者的振幅值在预定时间段T1期间被功率控制器平均(例如，平方平均或绝对值平均)。该平均用于确定每个信号的功率。功率值随后与预定功率阈值相比较。基于比较结果确定接收信号和/或发送信号的存在与否，并据此选择下一操作模式。
如果选择接收模式，则衰减器ATT1的增益使接收信号的增益朝1移动，而衰减器ATT2的增益使发送信号的增益朝0移动。如果选择发送模式，则衰减器ATT1的增益使接收信号的增益朝0移动，而衰减器ATT2的增益使发送信号的增益朝1移动。
可以确定在时间段T1期间进行的多个判决的累积效果。也就是说，当持续接收模式时，接收信号的增益根据预定增益转变曲线持续增大。如果确定切换到发送模式，则增益根据预定增益转变曲线沿相反方向减小。
如果只基于接收和发送信号之一的存在与否的判决来选择下一操作模式，并且如果预定时间段T1很短，则在会话期间的每个自然瞬时停顿时刻额外的模式切换会频繁发生。相反地，如果间隔T1太长，则模式不会在发送和接收之间成功切换。从而，可能无法找到T1的解(solution)窗口(值的适当范围)，即使当预定功率阈值被尽可能精确地调整时也是如此。
然而，根据该实施例，衰减器ATT1和ATT2的增益只在每个自然瞬时停顿时被轻微改变。从而切换只在对多个确定作出相同判决之后才实际起作用，从而导致自然和正常的切换。
在某些实施例中，预定增益转变曲线的形状是以S形阶梯形式构成的离散转变。换句话说，每单位判决的增益改变在最终值0或1附近较小，而在中间范围内较大，从而使阶梯整体呈现S形。在图9(a)的S1和S2可以看到表现这类S形的增益转变曲线的示例。
图9示出了当各种增益转变曲线被应用于某一自然会话中的发送和接收信号的切换时通信语音的质量的评估测试结果。图9(a)是根据本发明实施例的半双工双向通信设备的VOX中的衰减器的各种增益转变曲线的图。图9(b)示出了利用图9(a)的增益转变曲线获得的通信语音质量的敏感性评估的结果，其中“A”指示好，“B”是中等，“C”是差。
自然会话中语音信号的功率(这里定义为平方振幅的平均值)被改变，作为评估中的另一个变量。另外，在该测试中，用于获得平方振幅的平均值的预定时间段T1被设为10毫秒，而预定功率阈值被设为15dBm0，其中dBm0单位指示在零发送电平点处测得的以dBm(相对1毫瓦的dB)为单位的功率。
根据评估，当使用图9(a)的线性阶梯型曲线L1至L4时，无论步进大小D(delta)是从40dB到4dB，通信语音的质量都是差(“C”)。只有当使用S形阶梯型曲线S1和S2时，才可以在正常语音功率水平(15dBm0)附近获得好的(“A”)或中等的(“B”)质量。然而，如果使用S形阶梯型曲线S2，则可能留有轻微的回波，在S2中，从0到1的增益转变超过了300m/sec。
图4是示出根据本发明另一个实施例的半双工双向通信设备40的框图。在该实施例中，EC 420等同于图1的EC 120。DSP 410也包括与图3的VOX 325相同的VOX 425。从而，可以获得具有比图3的设备30更高回波抵消质量的半双工双向通信设备40。
作为可能的替换实施例，图1、3和4的ASP 105、305和405的放大器AMP2分别可以通过串行连接具有约1的增益的差分放大器、具有约600的增益的放大器和具有约1的低频增益的低通滤波器来配置。
图5是示出根据本发明另一个实施例的半双工双向通信设备50的框图。在该实施例中，ASP 505和DSP 510等同于图2的全双工双向通信设备20中所示的ASP 205和DSP 210。从而，可以获得具有比图4的设备40更高回波抵消质量的半双工双向通信设备50。
图6是示出根据本发明另一个实施例的半双工双向通信设备60的框图。该实施例提供了比图3的ASP 305更简化的ASP 605。
在该实施例中，ASP 605包括具有中间抽头t的可变电阻器R。中间抽头t的位置由数字信号控制。压电换能器L的一端接地，而另一端连接到中间抽头t。
可变电阻器R的一端经由第一放大器AMP1接收接收信号，即DSP610的转换器D/A1的输出。可变电阻器R的另一端连接到DSP 610的转换器A/D2，并且经由第二放大器AMP2输出来自ASP 605的发送信号。
DSP 610还包括VOX 625、转换器A/D1和转换器D/A2。转换器A/D1和D/A2都等同于图3中所示的部件，但是VOX 625的功率控制器还配备有第三输出，其用于控制可变电阻器R的中间抽头t的位置。
DSP 610提供了与图3中的VOX 325类似的VOX 625。通过利用功率控制器的第三输出改变中间抽头t的位置，提供了回波抵消功能。中间抽头t的位置在接收模式中朝第一放大器AMP1的输出节点移动，在发送模式中朝第二放大器AMP2的输入节点移动。中间抽头t根据用于切换的预定抽头位置转变曲线而从一个节点朝另一个节点移动。
如果中间抽头t的位置从现有位置改变到期望的最终位置(可变电阻器R的一端或另一端)，则累积效果被提供到在时间间隔T1期间进行的多个选择，这与以上结合图3所述的衰减器ATT1和ATT2的增益的情形类似。
也就是说，如果切换到接收(或发送)模式的判决继续，则中间抽头t的位置根据预定抽头位置转变曲线朝一端(或另一端)移动。如果判决改变为切换到相反的发送(或接收)模式，则位置根据预定抽头位置转变曲线朝相反端(或第一端)移动回去。
类似于图9(a)的增益转变曲线S1和S2，预定抽头位置转变曲线也可以是S形阶梯的类型。即，每单位判决的抽头位置改变在接近最终值0或1处较小，而在中间范围内较大。或者，预定抽头位置转变曲线可以包括线性阶梯型曲线，如图9(a)的曲线L1至L4。
当将图9(a)的增益转变曲线转化为图6的抽头t的抽头位置时，垂直轴中的衰减器增益(0dB、-20dB、-40dB等)应当读作适当刻度的抽头位置坐标。例如，读作可变电阻器R的一端、中心和另一端。
在选择时，为了在接收/发送模式间切换从而使会话自然交换，应当采用抽头位置、ATT1增益和/或ATT2增益的曲线之间的最适当的组合。
图7是示出根据本发明另一个不同实施例的半双工双向通信设备70的框图。该实施例提供了更简单的结构以替代图3的ASP 305和DSP310。在该实施例中，ASP 705包括具有中间抽头t的可变电阻器R。压电换能器L的一端接地，而另一端连接到中间抽头t。可变电阻器R的一端经由第一放大器AMP1和第一模拟衰减器ATT3直接连接到接收端Rx。可变电阻器R的另一端经由第二放大器AMP2和第二模拟衰减器ATT4直接连接到发送端Tx。可变电阻器R的中间抽头t的位置以及第一和第二模拟衰减器ATT3和ATT4的增益可以由数字信号控制。
DSP 710包括转换器A/D1和MPU。MPU具有包括低通滤波器LPF1和功率控制器的VOX 725。VOX 725经由转换器A/D1和低通滤波器LPF1接收来自接收端Rx的接收信号并监视该信号。VOX 725确定接收信号的存在与否，并判定是切换到接收模式(耳机模式)还是切换到发送模式(麦克风模式)。然后，VOX 725据此控制第一和第二模拟衰减器ATT3和ATT4的增益以及中间抽头t的位置。
功率控制器对预定时间段(T1)期间的接收信号的振幅值取平均(例如，平方平均或绝对值平均)以确定信号功率。功率值随后与预定阈值相比较以确定接收信号存在与否。VOX基于比较结果选择下一操作模式。
如果选择接收模式，则衰减器ATT3和衰减器ATT4的增益各自分别朝1和0改变，而中间抽头t的位置朝可变电阻器R的一端改变。如果选择发送模式，则上述增益和位置以相反方式改变。
类似于图6的设备60，模拟衰减器ATT3、ATT4的增益的转变曲线以及中间抽头t的位置被选择和判定从而以自然方式通信和交换语音。
图8是示出根据本发明另一个实施例的半双工双向通信设备80的框图。该实施例提供了更简单的ASP 805以替代图7的ASP 705。
在该实施例中，在图7中具有中间抽头t的可变电阻器R被开关SW替代。下面描述的操作防止了在从发送模式切换到接收模式时将语音信号或开关SW的切换噪声相叠加。第二模拟衰减器ATT4的增益首先根据预定转变曲线从1改变到0。开关SW随后从发送切换到接收。最终第一模拟衰减器ATT3的增益根据预定转变曲线从0改变到1。
如果从接收切换到发送模式，则上面概括的切换操作以相反顺序执行。开关SW的位置由来自数字信号处理器810的语音操作交换器中的功率控制器的数字信号控制。
本发明的以上实施例解决了下述问题。广泛地说，在耳膜中拾取的语音(即，通过空气传输经由说话者的耳膜振动检测到的说话者语音)在较高频率处比在说话者嘴边检测到的语音受到更多的衰减。例如，衰减在2000Hz可以高达10dB，而在较低频率(高至约1000Hz)处实际没有衰减。因此，在耳膜中检测到的语音可能是质量极差的，其结果是尤其是爆炸性的声音很难听见。
上述本发明的实施例通过向DSP增加校正滤波器来解决该问题。即，在图1-6中所示的VOX 125-625的发送信号的处理路径中，第二低通滤波器LPF2的输出经由上述校正滤波器被发送到衰减器ATT2和功率控制器。校正滤波器的增益的频率特性随后被设置以平衡上述差异。
本发明的其他实施例通过提供代表了图7和8的轻微修改的半双工双向通信设备来解决该衰减问题。这些替换实施例向DSP 710和810增加了校正滤波器以及附加的A/D转换器和D/A转换器。换句话说，图7和图8的模拟衰减器ATT4的输出不是直接发送，而是经过转换器A/D2(未示出)、校正滤波器(未示出)和转换器D/A1并最终发送到发送端Tx。
图10A-10C是设计用于包含上述双向通信设备中的任何一个实施例的听筒900的图。听筒900包括耳塞头906，耳塞头906插入到用户耳朵905的外耳道908中，并且舒适地贴合在耳道908中。耳塞头906包括由软的柔性材料制成的伞状罩910，伞状罩910与外耳道908的形状一致。罩910的顶部有开口912，开口912允许空气到达封装902内的模拟信号处理器914中的换能器。
图10C示出了图10A和10B中所示的耳塞头听筒的横截面图。耳塞头906咬住听筒封装902的延伸部分904，听筒封装902容纳有换能器和其他模拟信号处理电路914。数字信号处理器916也包含在封装902中。数字信号处理器916连接到模拟信号处理器914，并且还连接到承载接收和发送信号的线路918。
很重要的一点是注意到，图10A-10C中所示的听筒仅代表可结合上述电路配置的许多可能配置中的一个示例。尽管这些配置中的某一些包括插入到用户头部的外耳道中的单个听筒，但是也可以在包括利用带子夹持到用户头部的一对听筒的头戴式耳机中实现双向通信电路。
根据本发明实施例的双向通信设备体积小并且经济，还提供了大量的优点。即使在非常嘈杂的环境中和/或在诸如大风和下雨之类的恶劣条件下，语音信号也可以清楚地发送和接收。由于该设备只使用了用户耳朵之一，因此用户可以自由地使用他/她的手、嘴和另一只耳朵。因此，即使在某个人正在使用该设备时，他或她也可以听见附近人的说话并与附近的人交谈，并且可以听见他或她周围的环境声音。因此，该设备最适合于复杂和危险的工作，例如与交通工具或机器的操作相关联的工作。
参照以上本发明优选实施例的描述，本领域技术人员将会清楚，也可以创建结合了上述概念的其他实施例。从而，本发明的实施例并不限于上述实施例，而是应当仅由所附权利要求定义的本发明的精神和范围限定。

Claims (45)

1.一种双向通信设备，包括：
包括换能器的模拟信号处理器，所述模拟信号处理器接收接收信号并输出发送信号；以及
数字信号处理器(DSP)，所述数字信号处理器被配置用来测量所述模拟信号处理器的操作特性，并使用测得的操作特性来过滤来自所述发送信号的接收信号回波。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述数字信号处理器包括滤波系数计算器，该滤波系数计算器生成仿真测得的所述模拟信号处理器的操作特性的滤波系数。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述数字信号处理器包括滤波器，所述滤波器将由所述滤波系数计算器生成的滤波系数应用到所述接收信号以生成输出信号，所述数字信号处理器还包括将所述滤波器输出应用到所述发送信号的加法器。
4.如权利要求1所述的设备，包括切换功能，所述切换功能将测试信号连接到所述模拟信号处理器，并且利用所述测试信号来测量所述模拟信号处理器的操作特性。
5.如权利要求1所述的设备，其中所述数字信号处理器在所述换能器位于外耳道中时监视所述换能器的操作特性。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述数字信号处理器在工作的同时周期性地测量所述换能器的操作特性，并且使用周期测量结果来连续调整对来自所述发送信号的接收信号回波的滤波操作。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述数字信号处理器包括语音操作的交换器(VOX)，其根据预定增益值控制所述接收信号和发送信号的衰减。
8.如权利要求7所述的设备，包括：
转换由所述VOX接收到的接收信号的第一模数转换器(A/D)；
过滤经所述A/D转换的接收信号的第一低通滤波器；
衰减所述接收信号的第一衰减器；以及
根据经过滤的A/D转换的接收信号来控制所述衰减器对所述接收信号的衰减的功率控制器。
9.如权利要求8所述的设备，包括根据所述功率控制器衰减从所述模拟信号处理器输出的发送信号的第二衰减器。
10.如权利要求9所述的设备，包括第二低通滤波器，所述第二低通滤波器接收来自所述模拟信号处理器的发送信号，并且将经过滤的发送信号发送到所述第二衰减器，所述功率控制器根据经过滤的发送信号的功率电平或经过滤的接收信号的功率电平来控制经过滤的发送输出信号的衰减。
11.如权利要求7所述的设备，其中所述数字信号处理器还包括回波抵消器(EC)，所述回波抵消器接收来自所述VOX的接收信号，并将已经过接收信号回波抵消的发送信号输出到所述VOX。
12.如权利要求11所述的设备，包括：
在接收端和所述VOX之间进行操作的第一模数转换器(A/D)；
在从所述EC输出的接收信号和所述模拟信号处理器之间进行操作的第一数模转换器(D/A)；
在从所述模拟信号处理器输出的发送信号和所述EC之间进行操作的第二A/D转换器；以及
在从所述VOX输出的发送信号和发送端之间进行操作的第二D/A转换器。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述回波抵消器包括：
第一缓冲器，其输出既耦合到所述第一D/A转换器的输入，又耦合到第一补偿滤波器的输入；
第二缓冲器，其输入耦合到所述第二A/D转换器的输出，其中所述补偿滤波器被配置用来仿真沿某一信号路径的传输特性，该信号路径开始于所述第一D/A转换器的输入，经过所述模拟信号处理器和所述第二A/D转换器，并结束于所述第二缓冲器的输出；以及
被配置用来从所述第二缓冲器的输出中减去所述补偿滤波器的输出的加法器。
14.如权利要求13所述的设备，包括：
第一开关，所述第一开关被配置用来选择性地将所述第一缓冲器的输入提供到所述语音操作的交换器或测试信号发生器；
参数计算器，所述参数计算器接收所述第一和第二缓冲器的输出，并被配置用来通过处理来自所述第二缓冲器的信号和来自所述第一缓冲器的测试信号来设置所述补偿滤波器的参数；以及
第二开关，所述第二开关被配置用来选择性地将所述加法器的输出提供到所述语音操作的交换器或地。
15.如权利要求7所述的设备，其中所述模拟信号处理器包括四侧的桥式电路，所述桥式电路具有第一节点和第二节点，所述第一节点耦合到来自所述数字信号处理器的接收信号输出，所述第二节点将所述发送信号输出到所述数字信号处理器。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述模拟信号处理器包括耦合在所述第一节点和来自所述EC的接收信号输出之间的第一放大器，并且第二差分放大器被耦合到所述桥式电路的第一和第二节点，并且将所述发送信号输出到所述EC。
17.如权利要求15所述的设备，其中所述桥式电路包括：
具有与第一电容器串联耦合的第一电阻器的第一侧，其中所述第一电容器和第一电阻器都与所述换能器并联耦合；
具有第二电阻器的第二侧；
具有与第二电容器并联的第三电阻器的第三侧；以及
具有第四电阻器的第四侧。
18.如权利要求7所述的设备，其中所述模拟信号处理器包括可变电阻器，所述可变电阻器具有耦合到来自所述数字信号处理器的接收信号输出的第一端、耦合到输出到所述数字信号处理器的发送信号的第二端和耦合到所述VOX的中心抽头，所述中心抽头根据所选的接收模式或发送模式通过所述VOX朝所述第一端或第二端移动。
19.一种在包括数字信号处理器和模拟信号处理器的双向通信设备中的方法，所述模拟信号处理器具有被设计为插入耳道中的换能器，所述方法包括：
在所述数字信号处理器中配置滤波器以仿真经过所述模拟信号处理器的信号路径；以及
从所述模拟信号处理器的输出中减去所述滤波器的输出，以基本抵消存在于所述模拟信号处理器的输出中的回波分量。
20.如权利要求19所述的方法，其中在所述数字信号处理器中配置滤波器以仿真经过所述模拟信号处理器的信号路径的步骤包括：
生成测试信号；
当所述换能器被置于外耳道中时，使所述测试信号传播经过所述信号路径；以及
基于所述传播的测试信号的特性来设置所述滤波器的参数。
21.如权利要求20所述的方法，其中生成测试信号的步骤包括：
生成选自由对应于以下各项中的任何一项的数字信号构成的组中的测试信号：脉冲、会话期间的实际语音、自然语音、接收声音或音乐声音；扩散码信号和音调扫频信号。
22.如权利要求19所述的方法，包括在预定时间量之后重新配置所述滤波器以补偿所述耳道的声波状况的变化。
23.一种在包括数字信号处理器和模拟信号处理器的双向通信设备中的方法，所述模拟信号处理器包括被设计为插入耳道中的换能器，所述方法包括：
利用位于所述数字信号处理器中的第一滤波器仿真经过所述模拟信号处理器的组合的第一和第二信号路径；
利用位于所述数字信号处理器中的第二滤波器仿真经过所述模拟信号处理器的所述第一信号路径；以及
从所述模拟信号处理器的输出中减去所述第一滤波器的输出，以基本抵消存在于所述模拟信号处理器的输出中的回波分量。
24.如权利要求23所述的方法，包括：
将所述单个换能器置于外耳道中；
生成测试信号；
使所述测试信号传播经过所述第一和第二信号路径；以及
基于所述传播的测试信号的特性来设置所述第一滤波器的参数。
25.如权利要求24所述的方法，包括：
在到所述第二信号路径的输入接地时，使所述测试信号传播经过所述第一信号路径；
在到所述第一信号路径的输入接地时，使所述测试信号传播经过所述第二信号路径；以及
基于所述传播的测试信号的特性来设置所述第二滤波器的参数。
26.如权利要求24所述的方法，包括生成选自由对应于以下各项中的任何一项的数字信号构成的组中的测试信号：脉冲、会话期间的实际语音、自然语音、接收声音或音乐声音；扩散码信号和音调扫频信号。
27.如权利要求23所述的方法，包括在预定时间量之后重新配置所述第一滤波器和第二滤波器，从而对应调整所述耳道的声波状况的变化。
28.一种在包括数字信号处理器和模拟信号处理器的双向通信设备中的方法，所述模拟信号处理器包括被设计为插入耳道中的换能器，所述数字信号处理器具有语音操作的交换器，所述方法包括：
响应于会话的自然衰退和流动在接收模式和发送模式之间选择性地切换。
29.如权利要求28所述的方法，其中在接收模式和发送模式之间选择性地切换的步骤包括：
监视来自所述双向通信设备的输入的接收信号；
如果所述接收信号被确定为存在则在所述接收模式中操作；以及
如果所述接收信号被确定为不存在则在所述发送模式中操作。
30.如权利要求28所述的方法，其中在接收模式和发送模式之间选择性地切换的步骤包括：
监视来自所述换能器的输出的发送信号；
如果所述发送信号被确定为存在则在所述发送模式中操作；以及
如果所述发送信号被确定为不存在则在所述接收模式中操作。
31.如权利要求28所述的方法，其中在接收模式和发送模式之间选择性地切换的步骤包括：
监视来自所述双向通信设备的输入的接收信号；
监视来自所述换能器的输出的发送信号；
如果只有所述接收信号被确定为存在则在所述接收模式中操作；
如果只有所述发送信号被确定为存在则在所述发送模式中操作；
如果所述接收和发送信号两者被确定为都存在或者都不存在，则统计地选择所述接收模式或发送模式。
32.如权利要求28所述的方法，其中在接收模式和发送模式之间选择性地切换的步骤包括：
从至少一个信号计算预定时间段上的平均振幅值，所述至少一个信号选自由来自所述双端设备的输入的接收信号和来自所述换能器的输出的发送信号构成的组；
通过将利用所述平均振幅值计算出的功率电平与预定阈值相比较，来确定所述至少一个信号的存在与否；
通过将与所述接收信号相关联的第一衰减器的增益从下限改变到上限，并将与所述发送信号相关联的第二衰减器的增益从所述上限改变到所述下限，来从发送模式切换到接收模式；以及
通过将所述第一衰减器的增益从所述上限改变到所述下限，并将所述第二衰减器的增益从所述下限改变到所述上限，来从接收模式切换到发送模式。
33.如权利要求32所述的方法，其中从发送模式切换到接收模式的步骤包括：
根据预定增益转变曲线使所述第一衰减器的增益从所述下限朝所述上限逐渐增大，其中所述第一衰减器的增益对于指示所述接收模式的每个预定时间间隔变得更接近于所述上限；以及
根据所述预定增益转变曲线使所述第二衰减器的增益从所述上限朝所述下限逐渐减小，其中所述第二衰减器的增益对于指示所述接收模式的每个预定时间间隔变得更接近于所述下限。
34.如权利要求33所述的方法，其中从接收模式切换到发送模式的步骤包括：
根据所述预定增益转变曲线使所述第一衰减器的增益从所述上限朝所述下限逐渐减小，其中所述第一衰减器的增益对于指示所述发送模式的每个预定时间间隔变得更接近于所述下限；以及
根据所述预定增益转变曲线使所述第二衰减器的增益从所述下限朝所述上限逐渐增大，其中所述第二衰减器的增益对于指示所述发送模式的每个预定时间间隔变得更接近于所述上限。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述预定增益转变曲线基本具有S形阶梯轮廓，并且每单位判决的增益改变在所述上限和下限附近较小，而在所述上限和下限之间的中间范围中较大。
36.如权利要求35所述的方法，其中所述上限和下限分别是1和0。
37.一种双向通信设备，包括：
模拟信号处理器，所述模拟信号处理器包括压电换能器和具有中间抽头的可变电阻器，所述压电换能器被配置用来将振动转换为电动势并将电压转换为振动；以及
包括模数(A/D)转换器和语音操作的交换器的数字信号处理器，其中所述语音操作的交换器经由所述A/D转换器监视接收信号，确定所述接收信号存在与否以确定下一可能操作模式是接收模式还是发送模式，并根据所确定的下一可能操作模式来控制所述中间抽头的位置。
38.如权利要求37所述的设备，包括：
接收端，所述接收端经由第一放大器和第一模拟衰减器耦合到所述可变电阻器的第一端，同时所述可变电阻器的第二端经由第二放大器和第二模拟衰减器连接到发送端，其中所述中间抽头的位置以及所述第一和第二模拟衰减器的增益由来自所述语音操作的交换器的数字信号控制。
39.如权利要求38所述的设备，其中：
所述语音操作的交换器包括第一低通滤波器和功率控制器；
所述接收信号在被所述第一低通滤波器处理之后被提供到所述功率控制器；
所述功率控制器被配置用来对预定时间上的所述接收信号的振幅取平均以确定所述接收信号的功率，将所述功率与预定阈值相比较，并确定所述接收信号存在与否；
如果所选模式是所述接收模式，则所述设备被配置为使得所述第一和第二模拟衰减器的增益分别朝1和0改变，而所述中间抽头的位置同时朝所述可变电阻器的第一端改变；并且
如果所选模式是所述发送模式，则所述设备被配置为使得所述第一和第二模拟衰减器的增益分别朝0和1改变，而所述中间抽头的位置同时朝所述可变电阻器的第二端改变。
40.如权利要求38所述的设备，其中所述第一和第二模拟衰减器的增益遵循预定的增益转变曲线，所述中间抽头的位置遵循预定的抽头位置曲线，并且所述增益和所述中间抽头每隔预定时间段递增地移动一次。
41.如权利要求40所述的设备，其中所述预定的增益转变曲线和所述预定的抽头位置转变曲线都具有基本S形阶梯轮廓，并且在端点附近每单位增益改变和每单位抽头位置改变较小，而在中间范围内每单位增益改变和每单位抽头位置改变较大。
42.如权利要求38所述的设备，还包括：
插入在第二低通滤波器和所述第二模拟衰减器之间的校正滤波器，所述校正滤波器被配置用来平衡经由用户耳膜振动检测到的用户语音和经由用户嘴部检测到的用户语音之间的频率特性的差异。
43.如权利要求42所述的设备，还包括：
插入在所述第二模拟衰减器和所述校正滤波器之间的第二A/D转换器；以及
插入在所述校正滤波器和发送端之间的第一D/A转换器。
44.一种双向通信设备，包括：
压电换能器，其中所述压电换能器被配置用来检测由声波引起的耳膜的振动，并且所述压电换能器还被配置用来将声波发送到所述耳膜；
被配置用来容纳所述压电换能器的耳塞形的封装；以及
被配置用来对所述耳膜和与所述耳膜相关联的耳道的可变声学特性建模的回波抵消器。
45.一种用于利用耳机和麦克风进行双向通信的方法，包括：
利用第一压电换能器生成具有预定恒定频率的超声波；
使所述超声波朝向耳膜传播；
利用所述第一或第二压电换能器接收来自所述耳膜的反射超声波；
分析由所述耳膜的振动引起的反射超声波的多普勒效应调制；
对所述反射超声波解调以获得语音发送信号；
生成对应于语音接收信号的声波；以及
将所述声波叠加在所述超声波上。
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