CN104185107B - 一种应用于耳机的心率检测方法和能检测心率的耳机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于耳机的心率检测方法和能检测心率的耳机。该方法包括：在耳机内设置一个腔体，将麦克风安装在该腔体内，该腔体的口所贴合的耳机壳处有孔，当耳机被佩戴时该腔体和与孔贴合的耳廓构成密闭空间；当耳机被佩戴时，由麦克风采集该腔体内的由压力变化所产生的信号；根据麦克风采集到的信号进行心率检测。本发明的技术方案采用由耳机内的腔体和耳机壳体构成的密闭腔体来安置麦克风，减小了外界噪声的干扰，并强化了麦克风采集到的信号信息。

Description

一种应用于耳机的心率检测方法和能检测心率的耳机

技术领域

本发明涉及耳机及心率检测技术领域，特别涉及一种应用于耳机的心率检测方法和能检测心率的耳机。

背景技术

随着社会经济的不断发展，人们的物质生活水平日渐提高，人们也越来越关注自己的健康。而心率检测将给人们提供关于健康的非常重要的信息。任何不同于正常心率的显示都表明健康出现了问题，通过心率检测可以及时发现我们的身体是否出现了问题。心率检测还可以在一定程度上反映人们的运动强度是否合适，为了能够得到最佳的锻炼效果，人们在锻炼的过程中应该将心率保持在一定的范围内，而心率检测可以为合理的运动量提供一个指标。

另外，很多人在运动的过程中，喜欢带着耳机听音乐，为了能够测得运动过程中的心率，又不需要随身携带其他设备，人们开始研究如何利用耳机来检测心率的相关技术。

检测心率的技术，除了心率带之外，现在又新兴一种利用耳机来检测心率的技术，达到便捷准确的目的。

利用耳机来检测心率的技术是近几年才出现的。2013年10月23日至25日，日本横滨健康器械发展上，Kaiteki公司和Bifrostec公司展出了一种可以用耳机测定脉搏波动的技术。该技术利用耳机紧贴耳道形成封闭空间，由于耳膜的振动，耳道内会产生一定的压力，并且压力随着振动的改变而改变，利用麦克风采集耳道内压力的变化信息，从而达到检测心率的目的。但是耳机不能占据整个耳道，会造成耳道内气体的泄露，从而导致麦克风检测不到压力的变化，并且心率的检测会受到外界噪声的干扰。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种应用于耳机的心率检测方法和能检测心率的耳机，以解决的上述问题或者至少部分地解决上述问题。

本发明公开了一种应用于耳机的心率检测方法，该方法包括：

在耳机内设置一个腔体，将麦克风安装在腔体内；腔体的口与耳机壳贴合的位置是，耳机被佩戴时与人耳的耳廓贴合的耳机壳的位置；腔体的口所贴合的耳机壳处有孔，当耳机被佩戴时腔体和与孔贴合的耳廓构成密闭空间；

当耳机被佩戴时，由麦克风采集腔体内的由压力变化所产生的信号；

根据麦克风采集的信号进行心率检测。

可选地，该方法进一步包括：对麦克风采集到的信号进行滤波处理，得到滤波后的信号；

上述根据麦克风采集的信号进行心率检测包括：根据滤波后的信号进行心率检测。

可选地，上述对麦克风采集到的信号进行滤波处理包括：

对麦克风采集到的信号进行低通滤波处理，以滤除高频干扰信号。

可选地，上述根据滤波后的信号进行心率检测包括：

对滤波后的信号的周期进行检测；

由检测出的信号的周期的倒数得到心率。

本发明还公开了一种能检测心率的耳机，该耳机包括：心率检测单元、设置在耳机内的腔体和安装在腔体内的麦克风；

其中，腔体的口与耳机壳贴合的位置是，耳机被佩戴时与人耳的耳廓贴合的耳机壳的位置；腔体的口所贴合的耳机壳处有孔，当耳机被佩戴时腔体和与孔贴合的耳廓构成密闭空间；

麦克风，用于当耳机被佩戴时，采集腔体内的由压力变化所产生的信号；

心率检测单元，用于根据麦克风采集的信号进行心率检测。

可选地，该耳机进一步包括：滤波单元，用于对麦克风采集到的信号进行滤波处理，得到滤波后的信号输出给心率检测单元；

心率检测单元，用于根据滤波后的信号进行心率检测。

可选地，滤波单元包括：

低通滤波器，用于对麦克风采集到的信号进行低通滤波处理，以滤除高频干扰信号。

可选地，心率检测单元，用于对滤波后的信号的周期进行检测，由检测出的信号的周期的倒数得到心率。

由上述可见，本发明实施例中的这种技术方案，采用了由耳机内腔体和耳机壳构成的密闭腔体来安置麦克风，减小了外界噪声的干扰，并强化了麦克风采集到的信号信息。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种能检测心率的耳机的结构示意图；

图2A是本发明一个实施例中的设置有腔体110的耳机100的侧面示意图；

如2B是本发明一个实施例中的设置有腔体110的耳机100背面示意图；

图2C是本发明一个实施例中的设置有腔体110的耳机100的侧面剖视图；

图3为本发明又一个实施例中的一种能检测心率的耳机的结构示意图；

图4为本发明实施例中一种应用于耳机的心率检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明一个实施例中的一种能检测心率的耳机的结构示意图。如图1所示，该能检测心率的耳机100包括：心率检测单元140、设置在耳机内的腔体110和安装在腔体110内的麦克风120；

其中，腔体110的口与耳机壳贴合的位置是，耳机被佩戴时与人耳的耳廓贴合的耳机壳的位置；腔体110的口所贴合的耳机壳处有孔，当耳机被佩戴时腔体和与孔贴合的耳廓构成密闭空间；

麦克风120，用于当耳机被佩戴时，采集腔体110内的由压力变化所产生的信号；

心率检测单元140，用于根据麦克风120采集的信号进行心率检测。

图1所示的能检测心率的耳机100中，在耳机100内设置小腔体110来安置麦克风120，并能与耳廓形成密闭空间，从而减小了外界噪声的干扰，并强化了麦克风采120集到的信号信息。

在本发明的一个实施例中，心率检测单元140，用于对滤波后的信号的周期进行检测，由检测出的信号的周期的倒数得到心率。

在现有的耳机检测心率的技术中，通常麦克风直接放置在耳机中正对耳道的位置，用于采集耳膜振动产生的耳腔内压力变化信息，但一方面由于耳机和耳道形成的空间较大，会造成耳道内气体的泄露，使得麦克风采集的压力变化信息很微弱，另一方面耳机往往不能占据整个耳道，直接将麦克风放在耳机中，会受到外界噪声的干扰。因此本发明的图1所示耳机中设计了另外一种麦克风的安装方式，具体可以参见图2A-2C。

图2A是本发明一个实施例中的设置有腔体110的耳机100的侧面示意图。如2B是本发明一个实施例中的设置有腔体110的耳机100背面示意图。图2C是本发明一个实施例中的设置有腔体110的耳机100的侧面剖视图。为了更好地采集和心跳相关的有用信号，本发明设计了一种小腔体用于放置麦克风。参见图2A和图2B，图中虚线所示的范围是形成在耳机内部的腔体110的位置的示意。参见图2C腔体110的开口和耳机壳贴合。可以看出，在该实施例中，腔体110位于耳机边缘贴近耳廓的部位，耳机在其和腔体贴合的部位有个开孔111，在耳机被佩戴时，这个开孔111和耳廓紧密贴合，这样，腔体110和贴紧的耳廓部分构成一个密闭的空间。将麦克风安装在该腔体110中，耳廓壁的收缩振动会引起腔体110内压力的变化，那么麦克风就会采集到腔体110内压力的变化信息，该信息在一定程度上反映了心脏的跳动频率，因此可以据此进行心率检测。

在物理学中，对于密闭的空间(不考虑温度)，压强和体积成反比，也就是说体积越小压强越大，那么作用在一定面积上的压力也越大。当用户带上耳机后，耳道内形成一个密闭的空间，由于血管的脉压波动导致耳壁收缩，那么在腔体内会产生一定的压力变化，该压力变化信号就会被麦克风检测到。一般来说血管的脉压波动非常微弱，密闭的空间越大，那么麦克风检测到的压力变化越小，为了增加麦克风检测到的压力变化强度，本实施例将麦克风装置在一个密闭的小腔体内,将小腔体紧贴耳道，由于血管的脉压波动导致耳壁产生收缩振动，此振动使得小腔体内的麦克风检测到压力的变化。并且小腔体的设计会减小外界干扰信号的影响。

图3为本发明又一个实施例中的一种能检测心率的耳机的结构示意图。如图3所示，该能检测心率的耳机300包括：滤波单元330、心率检测单元340、设置在耳机内的腔体310和安装在腔体310内的麦克风320；

其中，腔体310的口与耳机壳贴合的位置是，耳机被佩戴时与人耳的耳廓贴合的耳机壳的位置；腔体310的口所贴合的耳机壳处有孔，当耳机被佩戴时腔体和与孔贴合的耳廓构成密闭空间；

麦克风320，用于当耳机被佩戴时，采集腔体310内的由压力变化所产生的信号，并输出相应信号给滤波单元130；

滤波单元330，用于对麦克风采320集到的信号进行滤波处理，得到滤波后的信号输出给所述心率检测单元340。这里滤波单元对对麦克风320采集的信号进行滤波，以消除干扰噪声对心率检测的影响。

心率检测单元340，用于根据滤波后的信号进行心率检测。

在本发明的一个实施例中，心率检测单元340，用于对心率相关的信号的周期进行检测，由检测出的信号的周期的倒数得到心率。例如，心率检测单元340，可以利用现有的自相关方法、阈值方法等检测出心率相关的信号的周期。

在本发明的一个实施例中，图3所示的滤波单元330包括：低通滤波器，用于对麦克风320采集到的信号进行低通滤波处理，以滤除高频干扰信号。这是因为脉搏振动的频率较低(0.3Hz-3Hz左右)，而外界噪声频率较高，根据这一特点，通过低通滤波器可以消除外界高频噪声的影响。例如，低通滤波器可以选择截止频率为5Hz的FIR滤波器等。

在图3所示的耳机中，采用了低通滤波器对麦克风采集的信号进行低通滤波处理。如图3所示，先用小腔体内的麦克风采集腔体内的压力信号；然后用低通滤波器对麦克风采集的信号进行低通滤波；最后，得到心率信号后，可进行心率的检测。心脏的跳动具有一定的周期性，那么心率信号是具有一定周期性的信号，根据自相关方法可以获得该信号对应的周期，周期的倒数即为心率。

具体过程如下：

假定麦克风检测到的信号为：x(n)＝y(n)+d(n)；

其中，y(n)表示干扰信号，d(n)表示由于血液流动所产生的压力变化信号，n表示采样时间点；

x(n)经过低通滤波后信号变为：xL(n)＝dL(n)，通过低通滤波后会滤除麦克采集到的外界噪声信号。

得到dL(n)后，根据该信号的周期性特点，可以利用自相关方法、阈值法等来对其周期进行检测，其周期的倒数就是心率。

通过图1或图3所示的实施例中的耳机能够获得人们在各种情况(安静，运动等)下的心率，以便获取人体的健康状况信息，或者以此为依据人们可以根据具体情况将自己的运动量控制在一个合适的范围内。

基于上述实施例给出本发明中的应用于耳机的心率检测方法。

图4为本发明实施例中一种应用于耳机的心率检测方法的流程图。如图4所示，该方法包括：

步骤S401，在耳机内设置一个腔体，将麦克风安装在腔体内；腔体的口与耳机壳贴合的位置是，耳机被佩戴时与人耳的耳廓贴合的耳机壳的位置；腔体的口所贴合的耳机壳处有孔，当耳机被佩戴时腔体和与孔贴合的耳廓构成密闭空间；

步骤S402，当耳机被佩戴时，由麦克风采集腔体内的由压力变化所产生的信号；

步骤S403，根据麦克风采集的信号进行心率检测。

在本发明的一个实施例中，图4所示的方法在步骤S403之前进一步包括：对麦克风采集到的信号进行滤波处理，得到滤波后的信号。则步骤S403中的根据麦克风采集的信号进行心率检测包括：根据滤波后的信号进行心率检测。

在本发明的一个实施例中，图4所示的方法中对麦克风采集到的信号进行滤波处理包括：对麦克风采集到的信号进行低通滤波处理，以滤除高频干扰信号。

在本发明的一个实施例中，根据滤波后的信号进行心率检测包括：对滤波后的信号的周期进行检测，由检测出的信号的周期的倒数得到心率。

综上所述本发明技术方案的有益效果包括：

(1)采用了体积较小的密闭腔体来安置麦克风，减小了外界噪声干扰，并强化了麦克风检测到的信号信息。

(2)根据脉搏振动频率的特点，设计了一种低通滤波器，进一步减小了外界高频噪声的影响。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种应用于耳机的心率检测方法，其特征在于，所述方法包括：

在耳机内设置一个腔体，将麦克风安装在所述腔体内；所述腔体的口与耳机壳贴合的位置是，耳机被佩戴时与人耳的耳廓贴合的耳机壳的位置；所述腔体的口所贴合的耳机壳处有孔，当耳机被佩戴时所述腔体和与所述孔贴合的耳廓构成密闭空间；

当耳机被佩戴时，由所述麦克风采集所述腔体内的由压力变化所产生的信号；

根据所述麦克风采集的信号进行心率检测。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：对所述麦克风采集到的信号进行滤波处理，得到滤波后的信号；

所述根据所述麦克风采集的信号进行心率检测包括：根据所述滤波后的信号进行心率检测。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述麦克风采集到的信号进行滤波处理包括：

对所述麦克风采集到的信号进行低通滤波处理，以滤除高频干扰信号。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述滤波后的信号进行心率检测包括：

对滤波后的信号的周期进行检测；

由检测出的信号的周期的倒数得到心率。

5.一种能检测心率的耳机，其特征在于，该耳机包括：心率检测单元、设置在耳机内的腔体和安装在所述腔体内的麦克风；

其中，所述腔体的口与耳机壳贴合的位置是，耳机被佩戴时与人耳的耳廓贴合的耳机壳的位置；所述腔体的口所贴合的耳机壳处有孔，当耳机被佩戴时所述腔体和与所述孔贴合的耳廓构成密闭空间；

所述麦克风，用于当耳机被佩戴时，采集所述腔体内的由压力变化所产生的信号；

所述心率检测单元，用于根据所述麦克风采集的信号进行心率检测。

6.如权利要求5所述的耳机，其特征在于，该耳机进一步包括：

滤波单元，用于对所述麦克风采集到的信号进行滤波处理，得到滤波后的信号输出给所述心率检测单元；

所述心率检测单元，用于根据所述滤波后的信号进行心率检测。

7.如权利要求6所述的耳机，其特征在于，所述滤波单元包括：

低通滤波器，用于对所述麦克风采集到的信号进行低通滤波处理，以滤除高频干扰信号。

8.如权利要求6所述的耳机，其特征在于，

所述心率检测单元，用于对滤波后的信号的周期进行检测，由检测出的信号的周期的倒数得到心率。