CN101690259A - 用于阻尼声音信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种将耳机(8)、头戴耳机等中的音量限制在最大允许水平的方法，需要输入信号(2)被处理器(4)感测，并且如果所述信号过高，所述信号被阻尼器(6)阻尼。然后，信号(7)传输到所述耳机、所述头戴耳机(8)等。处理器(4)在活动模式和静止模式之间切换。

Description

用于阻尼声音信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及将耳机、头戴耳机等中的音量限制在最大允许水平的方法，包括以下步骤处理器感测输入到所述耳机、所述头戴耳机等的输入信号，如果输入信号的电平过高，所述信号被进一步传输到所述耳机、所述头戴耳机等之前，使用阻尼器将输入信号阻尼。

本发明还涉及应用上述方法限制耳机、头戴耳机等的音量的装置。

背景技术

便携式音乐播放装置，例如CD和MP3播放器等正在变得越来越普遍。因此，已经发现的是听觉损伤的危险增加，因为将音量提高到对用户的听觉有损伤的风险的程度十分容易。通常，在提高音量以抵御环境噪音，例如交通噪音的时候，这经常发生。

为了减轻来自环境噪音或声音的干扰，某些耳机作为密封耳塞形成，排除了来自环境的空气声，但来自音乐播放器的声音被允许通过。这种特征的缺点是声音信号的作用被集中于鼓膜，因为来自耳机的声波不能向外以远离使用者耳朵的方向扩散。使用这种耳机，对听觉损伤的危险特别明显。

有一段时间，越来越严格的要求开始用来限制声音水平，以避免出现对听觉的系统有害的水平。已经进行的尝试通常具体的为提供具有某软件的音乐播放器，所述软件限制从所述播放器发出的声音信号。

在某些情况下，这种解决方案有很好的效果，但令人遗憾的是有某些缺点。经常地，如果用户对得到的声音信号不满意，所述软件可以被用户拆除。这些用户经常是孩子或少年，他们相当了解音乐播放器如何使用，但没有意识到将自己暴露在过高音量下的后果。最普遍的是，他们的父母不能控制音乐播放器的软件如何使用。

另一个缺点是从一个音乐播放器产生的两个相同输出信号可能在使用者的耳朵中有完全不同的音量，取决于所使用耳机的种类。因此，如果所使用的播放器具有符合购买标准的耳机或头戴耳机，音量可以完全安全和可接受。然而，如果所述耳机或头戴耳机因为被用户根据经验认为功能不足或是因为有某缺点必须被拆除而被拆除，结果可能完全不同。收听者耳朵暴露下的声音信号可能立即达到不合适的水平或相当容易地达到有害水平。因此，如果阻尼特性被用于耳机或头戴耳机并与之相连，将是合适的。

已经尝试过某些数字信号处理方式，在所述方式中信号在到达耳机之前通过处理器。一个缺点是功耗相对高，表明所述播放器用的电池很快需要再充电或更换，或表明所述耳机必须配备分离的电池。另一个缺点是声音质量受到影响，这对收听音乐来说很重要。然而，在某些情况下声音质量不是如此重要，例如当所述耳机主要用于传输所说的话和简单的短的信息时，比如某些听力保护的情况的例子。

问题结构

因此，本发明的目的是获得来自耳机、头戴耳机等的最好的声音质量，同时最小化功耗并获得对可靠的可得到安全声音水平的阻尼。

解决方案

如果本发明方法的特征在于所述处理器在处于活动模式的状态和处于被动或静止模式的状态之间切换，则形成其基础的目标将能达到。

关于所述装置，如果所述装置其特征在于包括微处理器和阻尼器，本发明的目标将能达到。

如果本发明进一步的特征在于所附的权利要求书2至8和10至12的特征任何一个或多个，将获得进一步的优势。

附图说明

本发明现在将结合附图进行更详细地描述。在附图中：

图1是根据本发明的装置的概括形式的框图；

图2是所述装置中包括的微处理器的框图；

图3是根据本发明的方法的概括形式的框图；和

图4是所述方法中包括的活动模式的框图。

优选实施例的具体实施方式

参见图，图1以概括形式示出了根据本发明的装置，用于在来自音乐播放器1的声音信号2到达收听者的耳朵之前阻尼所述声音信号。

音乐播放器1可以是CD播放器，MP3播放器或其它种类的音乐播放器，发射声音信号2，声音信号2作为输入信号输入根据本发明的阻尼装置，所述阻尼设备物理连接到耳机8，并且永久地不能从耳机8上拆除。当输入信号2超过预定电平，输入信号2将在进一步以从所述装置的输出信号7的形式传输至耳机8之前被阻尼器6阻尼。阻尼器6通过在微处理器4产生的控制信号5来控制。微处理器4感测借助于取样信号3输入信号2，借助于取样信号3，取样信号3占输入信号2的非常小一部分，然而足够确定输入信号2的声音水平。感测发生的强度量级为100次每秒，这表明微处理器4在较大部分时间没有利用自己的全部负荷。

阻尼器6本质上是已熟知的原件，但它要求以合适的方式产生控制信号5，以能够发出不高于所需的最大声音水平的输出信号7。

微处理器4同样地是具有低能耗的标准元件，但如果根据本发明与阻尼器6共同设置在并根据本发明与阻尼器6共同驱动，结果将得到具有低能量消耗和被保持的声音质量的声音阻尼。甚至可以期望，装置需要很少能量，以致于可以在整个使用寿命期间仅由一个或类似的电池来驱动。

为了使这一点有可能达到，在优选的实施例中，微处理器4和阻尼器6互相并联，以便将被阻尼的声音信号2不被直接引导通过微处理器4，而是被直接引导通向阻尼器6，该阻尼器6基于取样3(即对输入信号2的感测)由微处理器4数字控制。

图2示意性地示出了微处理器4的若干细节。微处理器4是标准元件，表明它具有多个不同的功能，这些功能在本发明的实际应用中没有全部用到。图2中略去了没有用到的那些功能。微处理器4包括外部低速时钟9，外部低速时钟9用于对输入信号2的取样3。本发明中，在实际中已经证明外部低速时钟9发生作用的频率为400kHz，电流消耗为0.003mA。

内部高速时钟10用来在微处理器4中进行计算和其他功能。内部高速时钟10的频率，在实际应用中，为大约8MHz，这表明时钟10不可能用于取样3，因为所述频率对于取样声音信号来说太高。

交流/直流转化器11用来读来自音乐播放器1的输入信号2，即对输入信号2的取样3。因此交流/直流转化器11直接感测模拟输入信号2，将模拟输入信号2转换为数字信号，而外部低速时钟9确定所述过程发生的程度。

在微处理器的核心12中，进行对输入信号2的取样3的处理所必要的计算，以向阻尼器6产生控制信号5。所述计算以内部高速时钟10的速度发生。

进一步地，有至少一个唤醒单元13，所述唤醒单元13一方面以大约两次每秒实现周期性的对微处理器4的静止模式或被动模式的唤醒，从而可以进行新的取样系列3。所述唤醒单元或单元13也可以实现通过外部推动力，例如按动按钮，对微处理器4的唤醒。这发生在微处理器4在长时期的静止(即没有输入信号2)后进入静止模式时。

图3示出了根据本发明的声音阻尼方法的大概特征的框图。

以概括形式，所述方法有4个不同步骤。初始地，所述方法经历活动化或启动阶段14，在本阶段所有的硬件被安装，软件被初始化，由此本方法可以在所述装置的整个操作期间在不同模式间切换。因此，活动化阶段14只需要在产品的操作期间完成一次。

当所述初始化已经完成并且不同的时钟9和10已经启动，本处理可以进入下一个阶段即活动模式15。在活动模式15，取样3每隔一定时间间隔进行，从取样3计算平均声音水平，由此阻尼可以产生效果。有时，进行检查，以确定驱动所有硬件的电池有足够的电池电压。为了尽可能节约电池并因此延长使用寿命，操作不是连续的，而是所述过程进入暂时的、节省电能的静止模式，在取样和平均值计算的一系列过程或所述输入信号2过低时不需要阻尼。

在取样3在过去2-4小时内没有显示任何输入信号之后，即音乐播放器1未被使用的静止阶段，之后，获得更长的静止模式16。为使静止模式16恢复成活动模式15并且再次启动时钟9和10，需要按动按键形式的外部信号。大致上，所述对按动按键的检测是静止模式16期间所保持的仅有的功能。

如上所述，在活动模式15中，电池电压以一定的间隔(电池间隔t_b)被检查。当过低的电池电压被记录了预定的次数，电池被认为已经耗尽，所述过程进入持久锁定17的状态，本状态为不可逆并且所述阻尼设备必须被认为是已经消耗。

图4示出了具有额外的细节的活动模式15的框图。按顺序，在活动模式15中，首先进行对输入信号2的取样，输入信号2通常分成两个通道，分别用于左耳塞和右耳塞。取样在所述两通道之间轮流进行发生。取样在优选的实施例中重复64次，并且以外部低速时钟9的速度进行。

然后，进行取样数据的数据处理。如果左通道或右通道的任何一个示出的值为零，从另一个通道复制数据，由此获得两个完全的通道。计算取样数据的平均值，并且由于取样发生在一个限定的时间内，所述平均值是短期平均值。在下一阶段，比较所述平均值和最大允许值，如果所述平均值超过最大允许值，将控制信号5向阻尼器6传输，以立即提高阻尼，之后处理器4可以加入节能模式直到下一个取样。如果另一方面所述平均值小于最大允许值，不需要立即提高阻尼，但阻尼达到阻尼目标值，并且可以改变为长期平均值，所述长期平均值是根据固定改变速度的多个取样3的结果得到。所述长期平均值由时间间隔t_tm，即长期间隔计算。

每隔一个电池间隔，即大约1小时，检查电池电压，如上所述。本过程的这部分需要电池电压被测量并和最小允许值比较。如果所述值被发现过于低，这一事实被记录，当过于低的电池电压值被记录过多次，则可以确切证明所述电池真正地将要被消耗尽，本过程进入持久锁定17的模式。从模式17开始，本过程不可逆，因此阻尼设备和附带的耳机或头戴耳机已经耗尽。

替代实施例的具体实施方式

可以想象，本发明的上述实施例的一个或多个特征可以被改进。例如，可以设想当电池耗尽时，所述锁定不是永久性的，而是可以通过更换电池来补救，这表明那样的话本过程从初始阶段14重新开始。

另一个改进本发明的方法是，时钟9和10的速度，例如在计算或取样时，可以调整。然而，必须确定的是，在所述调整之后，所述装置应仍然在所述的特别应用的效果的范围内。例如，取样频率不能高到无法在听得见的范围内对声音频率取样的程度。改进的其他实例是，改变对电池电压的两次检查之间的时间间隔，或改变在获得长静止模式16之前没有输入信号的时间，或改变不同取样系列之间的时间间隔。

本发明可以在不脱离权利要求的范围的前提下进一步改进。

Claims (12)

1.一种将耳机(8)、头戴耳机、或类似物中的音量限制在最大允许水平的方法，包括以下步骤，处理器(4)感测输入到所述耳机、所述头戴耳机等的输入信号(2)，并且如果输入信号(2)的电平过高，在所述信号被进一步传输到所述耳机(8)、所述头戴耳机等之前，使用阻尼器(6)将输入信号(2)阻尼，所述方法的特征在于处理器(4)在处于活动模式的状态(15)和处于静止模式的状态(16)之间切换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于初始的活动化或启动步骤(14)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述方法结束于持久锁定步骤(17)。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，当输入信号(2)很长时间不存在时，处理器(4)从活动模式(15)切换至静止模式(16)。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其特征在于，在外部输入推动力下，处理器(4)从静止模式(16)切换至活动模式(15)。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于电池电压被周期性测量，并且在预定的测量次数之后，所述方法切换至持久锁定阶段(17)。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其特征在于如果不需要阻尼，处理器(4)切换至节能模式。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于所述感测发生于处理器(4)的活动模式(15)，输入信号(2)被周期性取样，计算平均值，与最大允许电平进行比较，然后设置正确的阻尼。

9.一种通过权利要求1至8中任一种方法限制耳机(8)、头戴耳机等中音量的装置，其特征在于所述装置包括微处理器(4)和阻尼器(6)。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于微处理器(4)与阻尼器(6)并联。

11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于微处理器(4)包括高速时钟(10)，所述高速时钟(10)用于处理来自输入信号(2)的感测数据(3)。

12.根据权利要求9至11中任意一项所述的装置，其特征在于外部时钟(9)设置于微处理器(4)外部以控制对来自输入信号(2)的数据进行感测的速度。

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