CN108235170A - 用于耳机的自适应调整声音的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于耳机的自适应调整声音的方法和电路。该方法包括：获取各传感器获取的反映人耳与耳机贴合程度的传感信息；根据预先存储的传感信息与前音腔的气密性之间的映射关系表以及该传感信息，确认耳机的气密性，并根据该气密性计算对应的修证参数；根据该修正信号对耳机接收到的输入信号进行修正，并输出给发声单元。通过感应器感知耳机如人体皮质之间的贴合度，从而判断耳机佩戴的贴合度，并据此对声音实时进行调整和补偿，由此保证良好的音质和稳定的声学功能。

Description

用于耳机的自适应调整声音的电路及方法

【技术领域】

本发明涉及一种音频技术领域，尤其涉及一种用于耳机的自适应调整 声音的电路及方法。

【背景技术】

目前主流耳机的声学结构，均在发声单元和人耳之间用固体材料和人 耳皮肤贴合构成一个密闭或半密闭的腔体。发声单元发出的声音传导至人 耳里的过程中，该腔体可以减少声音的扩散，增强部分频率声音的共振， 获得理想的音质。

但在实际使用中，由于不同人之间人耳形状和佩戴习惯存在差别，导 致耳机与人耳皮肤的贴合度会因人而异。同时人们在佩戴耳机时的各种行 动，也会导致耳机与人耳皮肤之间的贴合度不断变化。

耳机与人耳皮肤之间的贴合度不同将导致该腔体的密闭性发生变化， 音质也随之受到明显影响，既影响音乐体验，也影响其它声学功能的稳定 性。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种根据耳机与人体贴合程度实时对 声音进行调整和补偿的耳机。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供一种用于耳机的自适应调整声音的电路，其特征 在于，该自适应调整声音的电路包括：传感器电路，信号处理与计算模块， 音频处理模块以及发声单元；该传感器电路，用于收集反映耳机的耳套和 人耳之间贴合度的感应信息，并根据该感应信息生成传感器信号；该信号 处理与计算模块，根据接收的传感器信号以及预先存储的传感器信号与气 密性之间的映射关系表，确定气密性，并根据该气密性计算出修正信号；该音频处理模块，用于根据该修正信号对接收到的输入信号进行处理，并 输出第二音频信号；该发声单元，用于播放该第二音频信号。

另一方面，本发明提供一种用于耳机的自适应调整声音的方法，其特 征在于，该方法包括：获取各传感器获取的反映人耳与耳机贴合程度的传 感信息；根据预先存储的传感信息与前音腔的气密性之间的映射关系表以 及该传感信息，确认耳机的气密性，并根据该气密性计算对应的修证参数； 根据该修正信号对耳机接收到的输入信号进行修正，并输出给发声单元。

本发明的有益效果在于，通过感应器感知耳机如人体皮质之间的贴合 度，从而判断耳机佩戴的贴合度，即，通过传感器电路感知耳机前腔(即 耳套部位)的密闭情况，并据此对声音实时进行调整和补偿，达到良好的 降噪效果，由此保证良好的音质和稳定的声学功能。

【附图说明】

图1本发明具体实施方式一提供的一种用于耳机的自适应调整声音的 电路的电路原理框图；

图2本发明具体实施方式一中耳机的分解立体图；

图3本发明具体实施方式一中耳机的组装立体图；

图4为图3的剖视图；

图5为图4中A处的放大图；

图6本发明具体实施方式一中压力传感器的气密性与压力之间的曲线 关系图；

图7本发明具体实施方式一中距离传感器的气密性与压力之间的曲线 关系图；

图8本发明具体实施方式二提供的一种用于耳机的自适应调整声音的 电路的电路原理框图。

附图标记：

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参见图1，本发明具体实施方式一一种用于耳机的自适应调整声音的 电路的电路原理框图。该自适应调整声音的电路包括：传感器电路10，信 号处理与计算模块20，音频处理模块30，音频输入单元40以及发声单元 50.

传感器电路10，用于收集耳机的耳套和人耳之间贴合度的感应信息， 并根据该感应信息生成传感器信号；具体的，该传感器电路10可以包括右 声道传感器电路11以及左声道传感器电路12，其生成的传感器信号分别是 右声道传感器信号，以及左声道传感器信号。由于耳机的对称性，上述右 声道传感器电路11以及左声道传感器电路12在电路构成和结构上是相同 的。优化的，传感器电路10可以是获取除了耳套与人耳皮肤之间的距离信息，也可以是获取耳套材料的受力和变形程度的压力信息，并由信号处理 与计算模块20，据此来确定耳套材料透气性对前音腔气密性的影响程度。 两种方式的声学原理和功能模块相同，硬件结构也相似，两种方式可以单 独使用，也可以同时使用来优化系统的性能。

信号处理与计算模块20，根据接收的传感器信号以及传感器信号与气 密性的映射关系表确定对应的前音腔的气密性，并根据该气密性计算出修 正信号，在本具体实施方式一中具体为音频补偿信号。该映射表是事先用 仪器测试出传感器获取的感应信息与气密性的对应关系，然后记录下来存 储于信号处理与计算模块20中的。例如：在产品开发时，提前测算数据关 系。比如三个压力传感器的压力数据分别为1.7N、2N、0.8N时，气密性测算为A；传感器的压力数据分别为1.5N、1.9N、0.6N时，气密性测算为B。 如此以来，将所有的气密性数据和对应传感器获取的压力值都测算出来， 形成映射表存储在芯片中。前音腔位于耳机发声单元50的发声方向，前音 腔的气密性对耳机的声学性能有重要的影响。其中该声学性能包括两类： 前音腔对声音音质的衰减或共振的影响，从外界进入前音腔的噪声的声压 级和频率。

音频处理模块30，用于根据音频补偿信号对音频输入端40输入的第一 音频信号进行补偿处理，并发出处理后的音频信号。通过半导体集成技术， 可以把信号处理与计算模块20、音频处理模块30在形态上集成为一个模块。

音频输入单元40，用于输出需要播放的第一音频信号。音频输入单元 40可以是耳机的音频信号输入接口，也可以是前置的音频接收和处理模块， 包括但不限于：AUX音频接口、无线音频接收模块、存储芯片。

发声单元50，用于播放音频处理模块30进行补偿处理后的第二音频信 号。具体的，发声单元50可以包括右声道发声单元51以及左声道发生单 元52，其接收的信号分别是右声道第二音频信号以及左声道第二音频信号。 发声单元50，也叫电声换能器，俗称喇叭，用于传播声音。

请继续参见图2，本发明具体实施方式一中耳机的分解立体图。由于耳 机的左声道与右声道是对称设计的。因此，此处仅以该耳机的右声道为例 进行说明。

该耳机的右声道包括：右声道发生单元51，右声道传感器电路11以及 耳套60。其中右声道传感器电路11还包括：印刷电路板111以及固定并电 连接于该印刷电路板111上的传感器112。其中传感器112包括但不限于压 力传感器、距离传感器、光学传感器。

请继续参看图3至图5，该耳机组装起来后，该印刷电路板111固定于 该发声单元51，该传感器112内置于该耳套60内部。实际上传感器112还 可以位于耳套与耳机之间位置，或者耳套与人耳皮肤接触位置。

使用时，耳套与人耳贴合后，位于耳套内的传感器112，因受到的压力 发生改变或则与耳套内表面距离的改变，而收集到耳套和人耳皮肤之间贴 合度相关的数据信息，并将该数据信息传输给信号处理与计算模块20进行 处理并输出修正信号，在本具体实施方式一种具体为音频补偿信号。音频 处理模块30根据音频补偿信号对音频输入端的第一音频信号进行处理，将 处理后的右声道第二音频信号传输给右声道发声单元51，获得所需要的声 音。

具体的，该信号处理与计算模块20通过传感器112获取的信号与前音 腔气密性之间的关系，根据传感器的种类不同而有所不同。

图6为，当传感器类型为压力传感器时，传感器获取的压力信号与前 音腔气密性之间的对应关系曲线图。其中，压力传感器的形态括但不限于： 为多个单体压力传感器组成的阵列，或者单个平面压力传感器，或者单个 曲面压力传感器。

当人佩戴了耳机以后，传感器电路10收集耳套与人耳之间的压力分布 信息。当压力传感器检测出某个位置的压力均低于一个预设的最低限值时， 则该可以确定该位置的耳套与人耳皮肤没有紧密贴合。当压力在最低限值 之上时，压力决定了耳套内材料的被挤压程度，材料的被挤压程度与性为 正相关，因此，压力越大，则该位置的耳套的气密性越强。

当所有位置的压力均高于最低限值时，各个位置压力的均值与前音腔 的气密性呈正相关并且边际效应递减，正相关的相关系数与耳套材料被压 缩以后的材料不透气性为量化反比。某些位置的压力低于最低限值时，前 音腔的气密性快速下降，并且压力低于某一限值的压力分布面积，与前音 腔的气密性为反相关并且边际效应递减。根据压力传感器提前仿真计算出 耳套与人耳皮肤没有紧密贴合的面积大小和形状分布，拟合出前音腔的气 密性，计算出对声学性能的影响程度和声学信号上需要调整的深度，并计 算出修正信号，并将传感器获取的传感信息与气密性以及修正信号之间的 映射关系表预先存储在耳机的存储器中，如音频补偿参数映射关系表。此 处的传感信息是压力信息。

图7为当传感器类型为距离传感器时，传感器获取的距离信号与前音 腔气密性之间的对应关系曲线。其中，每一边人耳的传感器形态为多个单 体距离传感器组成的阵列，传感器位于靠近耳套位置并朝向人耳。

当人佩戴了耳机以后，传感器电路收集耳机与人耳皮肤之间的距离信 息，距离高于最高限值(近似等于耳套的高度)时，则该位置的耳套与人 耳皮肤没有紧密贴合。距离低于最高限值时，距离决定了耳套内材料的被 挤压程度，材料的被挤压程度与材料的不透气性为正相关，厚度被压缩得 越大，即距离越小该位置的耳套的气密性更强。

所有位置的距离均低于最高限值时，各个位置距离的均值与前音腔的 气密性呈反相关并且边际效应递减，反相关的相关系数与耳套材料被压缩 以后的材料不透气性为量化反比；某些位置的距离高于最高限值时，前音 腔的气密性快速下降，并且距离高于最高限值的分布面积，与前音腔的气 密性为反相关并且边际效应递减。信号处理与计算模块20通过计算耳套与 人耳皮肤没有紧密贴合的面积大小和形状分布，拟合出前音腔的气密性， 并计算出修正信号。

本发明的具体实施方式一采用了传感器电路获取耳机的耳套与人耳切 合程度的感应信息。并将将传感器112获取的感应息与气密性之间的映射 关系表存储在耳机的存储器中。此处的传感信息是距离信息。信号处理与 计算模块20则根据该感应信息系以及映射表获取赌赢的气密性，并根据该 气密性计算修正信号，并将该修正信号发送给音频处理模块30对音频输入 单元40输入的第一音频信号进行修正。即，通过传感器电路感知耳机前腔(即耳套部位)的密闭情况，并根据该密闭情况，对输入的第一音频信号 进行修正，即降噪处理。由此，可以弥补或降低由于人耳形状的不同或者 佩戴习惯的差异，而导致音质受到的影响，使得耳机可以均保证良好的音 质体验和稳定的声学功能。

请参见图8，本发明具体实施方式是二提供的一种用于耳机的自适应调 整声音的电路的电路原理框图。

与具体实施方式一不同之处在于，该耳机功能为噪声处理相关功能。 则该自适应调整声音的电路的电路还包括：噪声收集模块41，用于收集外 界的噪声信号。

由此，则信号处理与计算模块20，用于根据传感器电路10获取的传感 信息以及传感器信息与气密性之间的映射关系表确认对应的气密性，并根 据该气密性计算出修正参数，在本具体实施方式中该修正参数是前音腔噪 声参数。

音频处理模块30则包括噪声处理子单元31以及音频处理子单元32。 该噪声处理子单元31根据该前音腔噪声参数对噪声收集模块41获取的噪 声信号进行处理；该音频处理子单元32对音频输入端40输入的第一音频 信号进行处理后向发声单元50输出第二音频信号。

使用时，耳套与人耳贴合后，位于耳套内的传感器112，因受到的压力 发生改变或则与耳套内表面距离的改变，而收集到耳套和人耳皮肤之间贴 合度相关的感应信息，并将该感应信息传输给信号处理与计算模块20进行 处理，确认前音腔气密性，并根据该气密性计算对应的修正信号，在本具 体实施方式一中该修正信号具体为前音腔的噪声参数，并将前音腔噪声参 数传输给音频处理模块30中的噪声处理子单元31。噪声处理子单元31根 据噪声参数对噪声收集模块41获取的噪声信号进行处理。

上述修正信号包括但不限于：音频补偿信号，或者前音腔噪声参数。

当耳机的自调整功能是以音质相关功能为主时，则生成音频补偿信号， 音质相关功能包括但不限于：虚拟3D音效、多发声单元分频、虚拟低音。

当耳机的自调整功能是进行噪声处理时，则生成前音腔噪声参数，噪 声处理相关功能包括但不限于：主动降噪，噪声管理等功能。噪声管理是 一种已有的耳机功能，通过噪声收集电路，如是麦克风，收集外部的噪声 信号，进行处理后通过发声单元发声进入人耳，使人耳能听到所需要的特 定外界噪声，而听不到其余不需要的外界噪声。

当耳机兼顾这两种功能时，该信号处理与计算模块20同时生成音频补 偿信号和前音腔噪声参数给音频处理模块30，由其对音频输入单元40输入 的第一音频信号进行修正。

在本发明的具体实施方式中，采用传感器获取耳机的耳套与人耳的提 盒程度相关的感应参数，并由此获知对应的前音腔气密性，以及根据该气 密性计算出对应的修正参数，并将该修正参数传输给音频处理模块30进行 处理，提升音质或者降低噪声，以获得所需要的声音。

本发明具体实施方式三提供的一种用于耳机的自适应调整声音的方 法。该自适应调整声音的方法包括：

S110，获取各传感器获取的传感信息，该传感信息是人耳与耳机贴合 程度的传感信息；具体的，可以是人耳与耳机之间的压力值信息，也可以 距离值信息；

S120,根据预先存储的传感信息与前音腔的气密性之间的映射关系表以 及该传感信息，确认耳机的气密性，并根据该气密性计算对应的修证参数； 具体的，该修正参数包括但不限于：音频补偿参数，噪声参数；

S130,根据该修正信号对第一音频信号或者外界噪声信号进行修正，并 输出给发声单元；具体的，可以是根据音频补偿信号对音频输入端输入的 第一音频信号进行补偿后输出第二音频信号；也可以是根据噪声参数对噪 声手机模块获取的外界的噪声信号进行处理。

本具体实施方式三中，其他具体问题参见上述具体实施方式一或具体 实施方式二。此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤 是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可 读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、 随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。以上所 述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

上述具体实施方式说明但并不限制本发明，本领域的技术人员能在权 利要求的范围内设计出多个可代替实例。所属领域的技术人员应该意识到， 对在没有违反如所附权利要求书所定义的本发明的范围之内，可对具体实 现方案做出适当的调整、修改等。因此，凡依据本发明的精神和原则，所 做的任意修改和变化，均在所附权利要求书所定义的本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于耳机的自适应调整声音的电路，其特征在于，该自适应调整声音的电路包括：传感器电路，信号处理与计算模块，音频处理模块以及发声单元；

传感器电路，用于收集反映耳机的耳套和人耳之间贴合度的感应信息，并根据该感应信息生成传感器信号；

信号处理与计算模块，根据接收的传感器信号以及预先存储的传感器信号与气密性之间的映射关系表，确定气密性，并根据该气密性计算出修正信号；

音频处理模块，用于根据该修正信号对接收到的输入信号进行处理，并输出第二音频信号；

发声单元，用于播放该第二音频信号。

2.如权利要求1所述的自适应调整声音的电路，其特征在于，信号处理与计算模块输出的修改正信号包括音频补偿信号；该音频处理模块接收的输入信号包括第一音频信号；

则该音频处理模块根据该音频补偿信号对该第一音频信号进行补偿后输出该第二音频信号。

3.如权利要求1所述的自适应调整声音的电路，其特征在于，信号处理与计算模块输出的修改正信号包括前音腔噪声参数；该音频处理模块接收的输入信号包括外界噪声信号；

则该音频处理模块根据该前音腔噪声参数对该外界噪声信号进行修正。

4.如权利要求1所述的自适应调整声音的电路，其特征在于，该传感器电路获取耳套与人耳皮肤之间的距离信息来反应耳机的耳套和人耳之间贴合度；或者，是获取耳套材料的受力和变形程度的压力信息来反应耳机的耳套和人耳之间贴合度。

5.如权利要求1所述的自适应调整声音的电路，其特征在于，该传感器电路压力传感器、距离传感器、光学传感器其中至少一种。

6.如权利要求1所述的自适应调整声音的电路，其特征在于，该感应电路包括印刷电路板以及固定并电连接于该印刷电路板上的感应器；该耳机还包括耳套，该二套套设于该发声单元外部；

其中，该印刷电路板固定于该发声单元，该传感器内置于该耳套内部。

7.如权利要求1所述的自适应调整声音的电路，其特征在于，信号处理与计算模块输出的修正信号为声音补偿信号。

8.如权利要求1所述的自适应调整声音的电路，其特征在于，该自适应调整声音的电路的电路还包括：噪声收集模块，用于收集外界的噪声信号；该音频处理模块则包括噪声处理子单元以及音频处理子单元；

则信号处理与计算模块，用于根据传感器电路获取的传感信息确定的修正信号为前音腔噪声参数；

该噪声处理子单元根据该前音腔噪声参数对噪声收集模块获取的噪声信号进行处理；

该音频处理子单元对该音频输入端输入的第一音频信号进行处理后输出该第二音频信号。

9.一种用于耳机的自适应调整声音的方法，其特征在于，该方法包括：

获取各传感器获取的反映人耳与耳机贴合程度的传感信息；

根据预先存储的传感信息与前音腔的气密性之间的映射关系表以及该传感信息，确认耳机的气密性，并根据该气密性计算对应的修证参数；

根据该修正信号对耳机接收到的输入信号进行修正，并输出给发声单元。