CN108834020A - 一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统。所述方法包括：根据听者在各个频率点的听力阈值特征，来设置音频设备中的音量调节策略，该策略将各个频率点的听力阈值作为音量调整的最小响度值，同时将听力阈值较高的频率点的响度值设置为120dB，而听力阈值较低的频率点的响度值设置为低于120dB。当对音频设备中的音量调节键进行操作时，每个频段对应的最低和最高响度值都是不同的，同一个音量调整在各个不同频段对应了不同的响度幅度调整。实现上述方法所采用的系统包括：音量调节操作键、音频处理模块、音量调节模块和扬声器，其中音量调节模块用于完成上述音量调节策略。以上所述方法与系统让听者有效听到各频段声音的同时对听力进行了有效保护。

Description

一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统

技术领域

本发明涉及音频技术领域，尤其涉及一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统。

背景技术

目前市面上的所有音频相关的设备，例如耳机、音箱、音频播放器、电视、手机等，都带有音量调节功能，音量调节功能让这类设备从最低响度线性地调整到最高响度，即每上下调节一级音量，声音在每个频段都进行同样比例的调节，使其响度线性增加或减少。通过调整设备上的音量增加键，不断增加播放出的声音响度，每次调整音量键，都是声音整体上的增加，也即整个频率段上声音幅度的提升，使得声音响度有大幅度的增加。这样一种设计给听音者带来了很大的方便，让他们能根据自己的需要调节音量。但是这一设计也有着相应的缺陷，实际上，每个人听力特征在各个频段是不同的，人的听力在某些频段上对响度很敏感，但在某些频段上对响度比较迟钝，特别是对于一些听力受损者或老人来说，每次调节音量使得全频段的音量增加或减少，会使得某一些频段的响度增加过量，或者使得某一些频段的响度减小不足。例如，某人中频段的听力较差，而低频段和高频段听力正常，为了听见中频段的声音，可能要将音量调到很大，甚至达到最大音量，但此时，低频段和高频段的声音也随之调得很大，实际上对于听者来说这是不需要的。在这种情形下，虽然听者自身感受正常，但实际上低频段和高频段的响度过量却在不断伤害着听者的听力，也造成了较大环境污染。另外，全频段同时进行音量调整对设备电量消耗也较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统。

该音量调节方法和系统针对不同人的听力特征，设计了音频处理系统，该系统通过对要播放的音频信号的特殊处理，来完成音量的调节功能，其调音思路是根据每个人的听力特征来限制每个频段的最高响度，从而完成分频段的音量调节策略。本发明的音量调节系统不像传统的音频设备的音量调节方案——音量调节键直接控制扬声器播放音量的大小，本发明通过专门的音量调节模块来完成音量调节。

为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种保护耳朵听力的音量调节系统包括音量调节操作键、音量调节模块、音频处理模块、扬声器，其中音量调节模块包含滤波器组模块、放大模块组和信号合成模块。放大模块组包括第一放电模块、第二放大模块、……、第n放大模块。

上述的保护耳朵听力的音量调节系统，音量调节操作键与音量调节模块相连，所述音量调节操作键发出音量增加或减少指令到音量调节模块。

上述的保护耳朵听力的音量调节系统，音频处理模块与音量调节模块相连，所述音频处理模块输出需要播放的音频信号到音量调节模块。

上述的保护耳朵听力的音量调节系统，音量调节模块与扬声器相连，所述音量调节模块输出调整后的音频信号，并通过扬声器进行播放。

上述的保护耳朵听力的音量调节系统，所述音量调节模块中首先将来自音频处理模块的音频信号输入到音量调节模块中的滤波器组模块，所述滤波器组模块对音频信号进行处理，将其分解为各个不同频率段的信号，然后输入到放大模块组中对应的各个不同频段的放大模块，再根据相应的音量调整策略对各个频段音频信号的音量分别进行放大调整，然后将所有通过放大模块处理后的信号输入到信号合成模块进行合成处理，将不同频段分别进行处理后的信号合成为全频信号，最终输出到扬声器。

上述的保护耳朵听力的音量调节方法和系统，所述音量调节模块依据每个人在各个不同频段听力特征的差异分别进行音量调节，每个频段对应的最低响度阈值不同，最高响度值也不同，所以同样的音量调节级别在不同频段达到的响度值是不同的。这里每个频段的最高响度值不同是因为对每个频段的最高响度值所做的限制，使得听力比较敏感的频段的最高响度低于理论上的最高响度。

本发明的有益效果是，保护耳朵听力的音量调节方法和系统根据不同听者的听力特征，对人耳听力较弱的频段的最大响度幅值不做限制，而对人耳听力较好的频段的最大响度幅度做相应的限制，同时，最低音量在各个频段对应不同的响度值。这样，音量调节对于每个频段的调整策略就有了差异。最终使得在整体音量不是很大的情况下，更容易听到音频设备发出的声音，这样听者的耳朵得到了很好的保护，减少了环境噪声污染，同时也可达到音频设备电能节约的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是保护耳朵听力的音量调节原理图1

图2是保护耳朵听力的音量调节原理图2

图3是保护耳朵听力的音量调节实时流程图

图4是音频设备中音量调节系统结构图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

【实施例1】本实施例以某一个典型老年人的听力特征为例，实施相应的保护耳朵听力的音量调节的方法和系统。每个人的听力对各个频段的声音响度都有一个最低阈值，而且各频段的阈值是不同的，对同一频段，每个人的阈值也是有差异的，通过每个人的听力测试来获取听力阈值图，能很好地反应人的听力特征。

图1所示为针对该老年人的保护耳朵听力的音量调节原理图。人耳听力的频率范围为20Hz-20000Hz，但实际上人耳听到的大多数声音处于125Hz-8000Hz之间，所以对人耳听力的测试范围常常也在125Hz-8000Hz之间。图1中上方的空心原点表示其在250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、6000Hz和8000Hz这7个频率点上能听见的声音响度的最低阈值，这是通过听力测试获取到的，能看出，每个频率点的最低阈值是不同的，在频率250Hz、500Hz、1000Hz、和2000Hz这些点上具有较小听力阈值，说明在这些点上对声音比较敏感，而4000Hz和6000Hz这两个点上听力阈值较高，声音响度达到60-70dB了才能听见，说明该听者对这两个频率点上声音响度比较迟钝，而8000Hz频率点的听力阈值比前两个频率点低一些，说明对这个频率点的声音响度稍微敏感一点。

将上述图1中的各个频率点的阈值相连，形成折线段L0，L0可作为该听者的听力阈值频率曲线。

音频设备或音频信号的响度值一般设置在-20dB至120dB之间变化，也即-20dB为最低音量对应的响度值，120dB为最高音量对应的响度值。实际上，对于很多人来说，听力的最低阈值都大于-20dB，而且在各个频段也是有差异的；而最高频率点120dB对于一般人耳朵也是难以承受的响度值，对听力也有很大损伤。

基于以上理论描述，本发明设计了一种保护耳朵听力的音量调节方法，该方法将听力阈值频率曲线中最大值对应的频率点称作“听力迟钝频率点”，因为在这个频率点上听者的听力能力较差，所以可以将120dB设为最高响度值，那么该点的音量调节的范围就设置为听力阈值到120dB之间的范围，即图1中D6线段所示的范围。对于其他频率点，可以设置每一个频率点上的听力阈值为音量调节最小值对应的响度值，即图1中L0上各点的响度值，然后从每一个点向下画一条线段，线段长度与D6相同，就得到D1、D2、D3、D4、D5、D7，实际上D1=D2=D3=D4=D5=D6=D7，将这7条线段的末端相连，形成一条折线段L1，L1就为音量调节的最大响度曲线。那么如图1所示，每一个频率点上音量调节的长度都是相同的，而音量调节的范围对应的响度就在L0线段到L1线段之间。这样的音量调节的原理是，对于听力最迟钝的频率点，可以让其最大响度达到音频设备或信号的限制值120dB，以保证听者完全能听到该频率点的声音，而对于听力比较敏感的那些频率点，不用将其最大响度值设置到120dB，只需要将较低的一个响度值作为其该频率点的最大响度值，就完全可以让听者清楚听到该频率点的声音。

【实施例2】本实施例仍然以实施例1中所述老人的听力特征为例，来实施另一种保护耳朵听力的音量调节方法，该方法原理如图2所示。上方的折线段L0仍然表示听力阈值频率曲线。但是对各个频率点上最大音量对应的响度值设置策略不同，在本实施例中，将响度阈值较高的频率点上的最大响度值都设置为音频设备或信号的最大值120dB，即在4000Hz、6000Hz和8000Hz这三个频率点上，由于其响度阈值都超过了40dB，说明在这些频率点上听力比较迟钝或听力能力较差，所以将最大响度值设置为120dB，在这三个频率点上音量调节的范围分别是D5、D6和D7；同时，将响度阈值较低的250Hz、500Hz、1000Hz和2000Hz频率点的最大响度值设置在一个较低的值80dB，使得在这几个点上音量调节的范围分别是D1、D2、D3和D4上，能看出D1、D2、D3、D4、D5、D6和D7的长度相当。最终形成的听力响度最大值频率曲线如图2中折线段L2所示。采用这样一种最大响度值设置方式比起实施例1虽然不是非常精确，但是更加简单实用。也达到了听力保护的目的。实施例2中，D1、D2、D3、D4的长度选择方式不固定，可以有其他选择策略。

图3为实施例1与实施例2的音量调节实现流程图，所述流程图完成对图1和图2所示听力特征的音量调整方法的实现。由图1和图2所述的几个关键的听力测试频率点：250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、6000Hz和8000Hz，又考虑人类听力的最高频率20kHz，图3中的滤波器组模块用于对输入的未调音量音频信号进行分解，将其分解为8个没有交叠的子带信号，各个子带的频带范围分别为：125Hz-300Hz、301Hz-800Hz、801Hz-1500Hz、1501Hz-3000Hz、3001Hz-5000Hz、5001Hz-7000Hz、7001Hz-10000Hz和10001Hz-200000Hz。以上所述每一个子带都分别包含一个听力测试频率点。

然后将上述的每个子带信号成分输入到放大模块组，上述所分解出的8个子带成分分别对应图3中第一放大模块至第八放大模块，例如125Hz-300Hz子带的信号输入到第一放大模块，301Hz-800Hz子带的信号输入到第二放大模块，以此类推。

当上述每个子带信号输入到上述对应的放大模块后，放大模块要对信号进行放大操作，这一操作由放大模块中的音量调节策略和输入到放大模块中的音量调节操作键的指令来决定。

上述图3中输入到放大模块中的音量调节操作键的指令即为对音量调节操作键进行的人为操作指令，通常这一操作指令就为音量增加和减少，以及增加或减少的量度。例如操作上述音量键向音量增加的方向按压一级，即是向放大模块发出指令：要对声音信号增加一级的音量，假如操作上述音量键向音量减少的方向按压三级，即是向放大模块发出指令：要对声音信号减小三级的音量。

上述图3中音量调节操作键的指令是同时输入到图3中第一放大模块至第八放大模块。

上述图3中音量调节操作键对音量增加的量度和减少的量度都有一个限制，量度由如图1和图2中的听力阈值频率曲线和最大听力值频率曲线确定的。

上述图3中音量调节操作键的音量增加或减少指令在每个放大模块中的实现是有差异的，即针对同一音量增加或减少指令，上述图3中8个放大模块对输入的子带信号的放大程度是有差异的。

上述图3中基于听者听力阈值特征的音量调节策略要将各个子带信号分别进行音量放大调整，音量调节策略的设置在上述各个放大模块中分别设置，其设置依据来自图1或图2所示各个频带进行音量调节的响度调整区间范围。

上述的保护耳朵听力的音量调节方法和的实现，需要基于不同听者听力特征的听力阈值曲线来对该音量调节系统进行初始化设置，即要完成对上述图3中的滤波器组模块、放大模块组和信号合成模块组进行初始化设置。故在使用本发明提出的音量调节功能前，必须先去医院或听力测试机构对听者耳朵听力进行测试，在获得听力阈值特征后，才可以在设备上进行设置，输入图1或图2中各个频率点的听力响度阈值数值，使得该功能得以正确运行。

上述图3的保护耳朵听力的音量调节方法的实现流程图可由音频硬件设备来实现，图4所示为音频设备的音量调节系统实现结构图，图4中音频处理模块将未调整音量的音频信号经由音量调节模块发送到扬声器进行播放，如果在这一过程中，音量调节操作键未发出音量调节指令，那么不需要对音频信号进行调音操作，此时音量调节模块仅仅起到音频信号转发功能，如果在这一过程中，音量调节操作键发出音量调节指令到音量调节模块，那么音量调节模块将根据上述图3中的音量调节的实现流程对音频进行进行音量调节，然后再发送到扬声器。也即，图4中的音量调节模块用于完成图3中的音量调节实现流程。

本发明的原理己经通过实施例或操作模式的实例在上面进行了描述。然而,本发明不应该被解释为限于上面讨论的特定实施例，例如该实施例对音频信号划分为8个子带，实际上可以根据实际情况进行子带分解，使得音量调节系统更具有个性化；又如，对各个频段信号最高响度的设置方式也可以有多种方案来实现。

上述或多或少特定的实施例因此应该被认为是说明性的,而不是限制性的,并且应该理解的是,本领域技术人员可以在所述实施例中作出变化,而不背离由所附的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于，该方法包括：

基于听者在各个频率点的听力阈值特征，将各个频率点的听力阈值分别设置为该频率点的最小音量对应的响度值；

基于上述听力阈值特征，将听力阈值较高的频率点的最高响度值设置为120dB；

基于上述听力阈值特征，将听力阈值较低的频率点的最高响度值设置为低于120dB；

基于上述听力阈值特征，将音量调整范围设置在各个频率点上听力阈值组成的响度阈值曲线和最高响度值组成的最高响度曲线之间。

2.根据权利要求1所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于对音频信号进行音量调整的最低音量对应不同频率点的响度值不同。

3.根据权利要求1所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于对音频信号进行音量调整的最高音量对应不同频率点的响度值不同。

4.根据权利要求1和权利要求3所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于对听力阈值较低的频率点，设置的最高响度值低于120dB，而且可以根据各个频率点的听力阈值的差异分别设置为不同值，设置策略可以根据需要进行设计。

5.根据权利要求1所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于对音频信号进行音量调整的结果在各个频段表现出不同的响度调整范围和不同的响度调整幅度。

6.根据权利要求1所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于对音频信号的音量调节方法可以使得某一些频率段的最高响度值较高，而另一些频率段的最高响度值较低，使得音频信号的整体音量较低，达到保护听力目的。

7.根据权利要求1所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于该音量调节系统包含音量调节操作键、音量调节模块、音频处理模块和扬声器，所述音量调节模块接受来自音频处理模块的未调音量的音频信号，输出已调音量音频信号至扬声器；同时，音量调节模块的动作受到音量调节操作键的控制。

8.根据权利要求1和权利要求7所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于音量调节模块包含滤波器组模块、放大模块组和信号合成模块，放大模块组包括多个放大模块。

9.根根据权利要求1和权利要求7所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于所述音量调节模块中的放大模块组对不同频段的音频信号分别进行音量调整的方法。

10.根据权利要求1和权利要求8所述的一种保护耳朵听力的音量调节方法和系统，其特征在于所述音量调节模块中的放大模块组中，音量调节操作键每调整一级对应音频信号在各个频段声音不同响度幅值的变化。