CN108966081A - 一种扬声器音频信号播放控制方法、装置及耳机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种扬声器音频信号输出播放控制方法、装置及耳机，所述方法包括以下步骤：获取播放的音频信号；获得每一时间段内播放的音频信号的声压级；分别计算音频信号各时间段的等效播放持续时间；计算音频信号的累积等效播放持续时间；将音频信号的累积等效播放持续时间与预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间进行比较，并根据比较结果控制所述音频信号的播放。本发明可对输入的音频信号进行检测，判断其持续时间是否在预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间内，以此来对音频信号进行控制播放，从而能够帮助用户在使用耳机进行娱乐或者工作时避免发生听力损伤的情况，增加了用户的安全性。

Description

一种扬声器音频信号播放控制方法、装置及耳机

技术领域

本发明涉及声电转换技术领域，特别是涉及一种扬声器音频信号输出播放控制方法、装置及耳机。

背景技术

随着使用耳机学习和娱乐的青少年的增加，尤其是少数人在不同场所长期佩戴耳机不间断地娱乐。使用耳机进行学习和娱乐的时间越长时，用户的听觉疲劳越明显，当耳机的音量放的越大时，用户的内耳听觉神经越易收到损伤。特别是配有各种打击乐的摇滚音乐和夹杂各种枪炮及爆炸声的脉冲声音并不次于工业生产的噪声，更容易引起用户的听力下降。这样会导致长期收听者的听阈明显下降，并且收听的时间越长，听阈下降的更加明显。不适当的使用耳机对青少年高频听力的影响更加的显著。初期听力会在3000-5000Hz处出现高频损失，随着病情的进展，主观上也会出现听力异常。用户使用耳机进行娱乐时，音乐声强最好控制在80分贝以下，(如图1所示为声音大小与分贝的对应关系直观图)，用户感觉到舒适悦耳为宜，一旦音乐声强超过90分贝，即超过了国家制定的噪声防护标准。此外，佩戴耳机收听的时间不应该过长，否则可能会对耳机造成听力损伤。

发明内容

为了解决耳机使用过程中对听力造成损伤的问题，本发明第一方面提出一种扬声器音频信号播放控制方法，该方法包括以下步骤：

获取播放的音频信号；

检测每一时间段内音频信号大小并获得每一时间段内播放的音频信号的声压级；

根据各时间段内音频信号的声压级及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算播放的音频信号各时间段的等效播放持续时间；

计算音频信号的累积等效播放持续时间；

将音频信号的累积等效播放持续时间与预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间进行比较，并根据比较结果控制所述音频信号的播放。

优选地，所述根据各时间段内音频信号的声压级及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间来分别计算播放的音频信号各时间段的等效播放持续时间包括：

根据所述各时间段内音频信号的声压级得到各声压级对应的安全暴露持续时间；

根据所播放音频信号的各时间段持续时间和各声压级对应的安全暴露持续时间、以及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算音频信号各时间段的等效播放持续时间。

优选地，通过下式计算所述音频信号各时间段的等效播放持续时间：

其中，T_n为音频信号的第n个时间段的等效播放持续时间，h_n为音频信号的第n个时间段的持续时间，t_n为音频信号的第n个时间段声压级对应的安全暴露持续时间；t₀为预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间，n是大于0的整数。

优选地，所述方法进一步包括：计算每一时间段音频信号大小的平均值；根据预先建立的扬声器音频信号大小与声压级的对应关系和音频信号大小的平均值，获得各时间段音频信号的声压级。

优选地，所述方法进一步包括：将各时间段音频信号的声压级与预设上限声压级进行比较，当音频信号的声压级大于所述预设上限声压级时，令该时间段的等效播放持续时间等于预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间；将各时间段音频信号的声压级与预设下限声压级进行比较，当音频信号的声压级小于所述预设下限声压级时，令该时间段的等效播放持续时间为0。

优选地，通过下式计算音频信号的累积等效播放持续时间：

其中，T为音频信号的累积等效播放持续时间。

优选地，根据比较结果控制所述音频信号的播放进一步包括：

当音频信号的累积等效播放持续时间小于预设安全声压级所对应的安全暴持续时间时，继续所述音频信号的播放；

当音频信号的累积等效播放持续时间大于预设安全声压级所对应的安全暴持续时间时，调节音频信号至小于预设下限声压级所对应的音频信号的大小。

根据本发明的另一方面，提供一种音频信号播放控制装置，该控制装置包括：

音频获取模块，被配置为获取扬声器播放的音频信号；

检测模块，被配置为检测每一时间段内音频信号大小并获得每一时间段内播放的音频信号的声压级；

计算模块，根据各时间段内音频信号的声压级及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算播放的音频信号各时间段的等效播放持续时间，并计算音频信号的累积等效播放持续时间；

控制模块，被配置为将音频信号的累积等效播放持续时间与预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间进行比较，并根据比较结果控制所述音频信号的播放。

优选地，所述计算模块通过下式计算所述音频信号各时间段的等效播放持续时间：

其中，T_m为音频信号的第m个时间段的等效播放持续时间，h_m为音频信号的第m个时间段的持续时间，t_n为音频信号的第n个时间段声压级对应的安全暴露持续时间；t₀为预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间，n是大于0的整数；且

通过下式计算音频信号的累积等效播放持续时间：

其中，T为音频信号的累积等效播放持续时间。

根据本发明的再一方面提供一种耳机，该耳机包括：

扬声器；以及

与所述扬声器连接的如上所述的一种音频信号播放控制装置。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的技术方案通过对播放的音频信号大小进行检测，实现对音频信号播放的声压级的检测，并实现对使用耳机的安全暴露持续时间的检测。通过判断其音频播放持续时间是否在预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间内，来对音频信号的播放进行控制，从而能够帮助用户在使用耳机进行娱乐或工作时避免发生听力损伤的情况，增加了用户的安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出声音大小与分贝的大体简单对应关系直观图；

图2示出本发明中的一个实施例提供的扬声器音频信号播放控制方法的流程图；

图3示出NIOSH标准的声压级与安全暴露持续时间关系曲线；

图4示出本发明中的一个实施例提供的一种音频信号播放控制装置的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

随着使用耳机学习和娱乐的青少年的增加，尤其是少数人在不同场所长期使用播放器不间断地娱乐，当使用播放器进行学习和娱乐的时间越长时，用户的听觉疲劳越明显，当播放器的音量放的越大时，用户的内耳听觉神经越易收到损伤，特别是配有各种打击乐的摇滚音乐和夹杂各种枪炮及爆炸声的脉冲声音并不次于工业生产的噪声，更容易引起用户的听力下降。这样会导致长期收听者的听阈明显下降，并且收听的时间越长，听阈下降的更加明显。不适当的使用耳机对青少年高频听力的影响更加的显著，初期听力在3000-5000Hz处出现高频损失，随着病情的进展，主观上会出现听力异常，播放器要科学的使用，耳机或者其他播放器要选择质量佳、杂音小、音量可自由灵活调控的，一旦遇到声响过大等情况可以及时调整，音乐声强最好控制在80分贝以下(如图1所示为声音大小与分贝的对应关系直观图)，用户感觉到舒适悦耳为宜，一旦音乐声强超过90分贝，即超过了国家制定的噪声防护标准，而且用户收听声音的时间不应该过长，否则可能会对耳朵造成听力损伤。

本发明可对扬声器播放的音频信号进行检测，判断其持续时间是否在预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间内，以此来对音频信号的播放进行控制，从而能够帮助用户在使用耳机进行娱乐或者工作时避免发生听力损伤的情况，增加了用户的安全性。

图2为本发明的一个实施例中所涉及的一种扬声器音频信号播放控制方法的方法流程图，参见图2所示，该方法包括以下步骤：

S1、获取播放的音频信号。

获取正在扬声器正在播放的音频信号，以实现对扬声器信号输出播放的控制。需要说明的是，在本实施例的具体实施中，播放音频信号的扬声器例如可以为设置在耳机上的扬声器。

S2、检测每一时间段内音频信号大小并获得每一时间段内播放的音频信号的声压级。

可以根据不同的扬声器，通过预先测试播放的音频信号大小例如电压与声压的对应关系，预先建立扬声器音频信号大小与声压级的对应关系。例如，将播放信号每0.05V设档，测试并计算得到音频信号每个档位对应的声压级SPL大小，并以此建表。更具体地，测试不同的音频信号大小对应的声压值大小，并下面公式计算声压与声压级的对应关系：

其中，SPL为音频信号的声压级，P_e为音频信号的声压值，P_ref为参考声压。由于输入的音频信号的频率呈现不规律的浮动，在本发明实施例中所涉及的声压级为音频信号频率为1Khz的声压级大小。需要说明的是，得到音频信号的声压级不仅仅限于上述的方法，本领域人员应当知道，其他通过现有的测量仪器或方法获得音频信号的声压级也应属于本发明的保护范围内。

在本实施例中的具体实施中，检测每一时间段内音频信号大小，例如将音频信号按照每段2秒的持续时间作为一个时间窗，检测每个时间窗内音频信号的大小。优选地，利用时间窗内音频信号大小的平均值来表征该时间窗音频信号的大小。需要说明的是，每个时间窗的持续时间长短可相同，也可以不相同，在此不做限定。根据得到的音频信号的大小和预先建立的扬声器音频信号大小与声压级的对应关系，得到每一时间段播放的音频信号的声压级。

S3、根据各时间段内音频信号的声压级及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算播放的音频信号各时间段的等效播放持续时间。

图3为NIOSH(美国国家职业卫生安全研究所)标准的声压级与安全暴露持续时间关系曲线，不同的声压级对应不同的安全暴露持续时间。对不造成永久听力损害的噪音暴露上限是用8小时工作周期的暴露总剂量来计算的。在一个8小时的工作周期中，85dB的噪音暴露被认为是安全阈限。也就是说，每一个声压级所对应一个安全暴露持续时间，例如：声压级为85dBA的环境下，安全暴露持续时间为8小时，当用户在这个环境下，持续听音乐达到8小时以上时，用户的听力会造成损害。在本实施例的具体实施中，预设安全声压级85dBA所对应的安全暴露持续时间可以为8小时。需要说明的是，这里的预设声压级可以根据用户需要来进行更改，不仅仅限于85dBA，所对应的安全暴露持续时间也相应更改。

在本实施例的一个可选的实施例中，S3还包括以下步骤：

S31、根据所述各时间段内音频信号的声压级得到各声压级对应的安全暴露持续时间。

在本实施例的一个可选的实施方式中，每一时间段内音频信号都对应有一个声压级，每个声压级能够得到一个安全暴露持续时间，音频信号各时间段的安全暴露持续时间可以通过下式得到：

其中，SOL_n为第n个时间段内音频信号的声压级，t_n为音频信号的第n个时间段所对应的安全暴露持续时间。

在本实施例的另一个可选的实施方式中，音频信号各时间段声压级对应的安全暴露持续时间可以通过如下表所示的NOISH标准的声压级与安全暴露持续时间的关系表格得到：

表3 NOISH标准

声压级(dBA)	持续时间(时：分：秒)
		82	16:00:00
85	8:00:00
		88	4:00:00
91	2:00:00
		94	1:00:00
97	0:30:00
		100	0:15:00
103	0:07:30
		106	0:03:45
109	0:01:53
		112	0:00:56
115	0:00:28
		118	0:00:14
121	0:00:07
		124	0:00:03
127	0:00:01

通过表格，可以得到音频信号各时间段的安全暴露持续时间。该表中，声压级每3dBA为一档，每个区间的声压级对应的安全暴露持续时间以区间内上限值对应的持续时间为准。例如，播放信号的大小为0.3V对应的声压级为90dBA，其对应的安全暴露时间以(88,91]上限值91为准，查表对应为2小时。

S32、根据所播放音频信号的各时间段持续时间和各声压级对应的安全暴露持续时间、以及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算音频信号各时间段的等效播放持续时间。

为了将音频信号播放的累积暴露持续时间与预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间进行比较，以便对音频信号的播放进行控制，需要将音频信号的每个时间段声压级所对应的安全暴露持续时间换算为对应预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间的等效播放持续时间。

在本实施例中，通过下式计算所述音频信号各时间段的等效播放持续时间：

其中，T_n为音频信号的第n个时间段的等效播放持续时间，h_n为音频信号的第n个时间段的持续时间，t_n为音频信号的第n个时间段声压级对应的安全暴露持续时间；t₀为预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间，n是大于0的整数。

在本实施例的另一个可选的实施方式中，所述方法进一步包括：在计算时间段等效播放持续时间前，将每一时间段内音频信号的声压级与预设上限声压级和预设下限声压级进行比较，当音频信号的声压级大于预设上限声压级时，令该时间段的等效播放持续时间为预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间；当音频信号的声压级小于所述预设下限声压级时，令所述该时间段的等效播放持续时间为0。

这里的预设上限声压级可根据用户进行设定，示例性的，参照图3所示，当音频信号的声压级大于127dBA时，用户在该声压级下会出现听力损害的状况，所以可以将预设上限声压级设置为127dBA。一旦一时间段检测的声压级大于127dBA，即令该时间段的等效播放持续时间为8小时。当音频信号的声压级等于80dBA时，用户在该声压级下暴露比较长的时间16小时才会出现听力损害的状况，所以可以将预设下限声压级设置为80dBA。当一时间段检测的声压级小于80dBA，即令该时间段的等效播放持续时间为0小时，相对于不增加累计的安全暴露持续时间。

S4、计算音频信号的累积等效播放持续时间。

在本实施例的具体实施中，通过下式计算音频信号的累积等效播放持续时间：：

其中，T为音频信号的累积等效播放持续时间。

S5、将音频信号的累积等效播放持续时间与预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间进行比较，并根据比较结果控制所述音频信号的播放。

在本实施例的一个可选的实施方式中，当音频信号的累积等效播放持续时间小于预设安全声压级所对应的安全暴持续时间时，保持该音频信号继续播放；

当音频信号的累积等效播放持续时间大于预设安全声压级所对应的安全暴持续时间时，可以调节音频信号的大小为小于预设下限声压级例如80dBA所对应的音频信号的大小。或者，可以直接停止音频信号的播放。

也就是说，通过将音频信号的累积等效播放持续时间与预设声压级所对应的安全暴露持续时间进行相比，当音频信号的累积等效播放持续时间小于预设声压级所对应的安全暴露持续时间时，说明音频信号不会对用户听力造成损伤，用户可放心的进行收听；而当音频信号的累积等效播放持续时间不大于预设声压级所对应的安全暴露持续时间时，说明音频信号可能会对用户听力造成损伤，从而调节音频信号小于预设下限声压级所对应的音频信号的大小。

例如，在一个具体实施例中，预设安全声压级为85dBA，安全暴露持续时间为8小时，用于截取信号的时间窗的时间长度及时间段持续时间为1s。用户以大小为0.3V的音频信号持续播放1-2小时。0.3V的音频信号对应的声压级为90dBA，其对应的安全暴露时间以(88,91]上限值91为准，查表对应为2小时，其要统一转化为以85dBA的声压级为基础的安全暴露持续时间。当听音1.5小时时，累计等效播放持续时间为6小时，小于8小时，可继续音频信号的播放。当播放时间一旦大于2小时，累计等效播放持续时间大于8小时，超出安全暴露持续时间。此时，可通过减小音量，将音频信号的大小调节为小于下限声压级80dBA所应对的例如0.1V，避免音频信号播放对听力进行的损伤。也可以通过直接关断音频信号的播放避免对听力造成损伤。

图4为本发明的另一个实施例中所涉及的一种音频信号播放控制装置，参见图4所示，该装置包括：

音频获取模块，被配置为获取扬声器播放的音频信号；

检测模块，被配置检测每一时间段内音频信号大小并获得每一时间段内播放的音频信号的声压级；

计算模块，根据各时间段内音频信号的声压级及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算播放的音频信号各时间段的等效播放持续时间，并计算音频信号的累积等效播放持续时间；

控制模块，被配置为将音频信号的累积等效播放持续时间与预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间进行比较，并根据比较结果控制所述音频信号的播放。

本发明的又一个实施例中所涉及的一种耳机，所述耳机包括：扬声器；以及与所述扬声器连接的音频信号播放控制装置。

用户在使用该耳机进行娱乐或工作时，音频信号会首先通过扬声器播放控制装置进行播放控制，来使得用户接收到音频信号的不会对用户的听力造成损害，增加了安全性以及便利性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种扬声器音频信号播放控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取播放的音频信号；

检测每一时间段内音频信号大小并获得每一时间段内播放的音频信号的声压级；

根据各时间段内音频信号的声压级及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算播放的音频信号各时间段的等效播放持续时间；

计算音频信号的累积等效播放持续时间；

将音频信号的累积等效播放持续时间与预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间进行比较，并根据比较结果控制所述音频信号的播放。

2.根据权利要求1所述的扬声器音频信号播放控制方法，其特征在于，所述根据各时间段内音频信号的声压级及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间来分别计算播放的音频信号各时间段的等效播放持续时间包括：

根据所述各时间段内音频信号的声压级得到各声压级对应的安全暴露持续时间；

根据所播放音频信号的各时间段持续时间和各声压级对应的安全暴露持续时间、以及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算音频信号各时间段的等效播放持续时间。

3.根据权利要求2所述的扬声器音频信号播放控制方法，其特征在于，通过下式计算所述音频信号各时间段的等效播放持续时间：

其中，T_n为音频信号的第n个时间段的等效播放持续时间，h_n为音频信号的第n个时间段的持续时间，t_n为音频信号的第n个时间段声压级对应的安全暴露持续时间；t₀为预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间，n是大于0的整数。

4.根据权利要求1所述的扬声器音频信号播放控制方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

计算每一时间段音频信号大小的平均值；

根据预先建立的扬声器音频信号大小与声压级的对应关系和音频信号大小的平均值，获得各时间段音频信号的声压级。

5.根据权利要求1所述的扬声器音频信号播放控制方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

将各时间段音频信号的声压级与预设上限声压级进行比较，当音频信号的声压级大于所述预设上限声压级时，令该时间段的等效播放持续时间为预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间；以及

将各时间段音频信号的声压级与预设下限声压级进行比较，当音频信号的声压级小于所述预设下限声压级时，令该时间段的等效播放持续时间为0。

6.根据权利要求1所述的扬声器音频信号播放控制方法，其特征在于，通过下式计算音频信号的累积等效播放持续时间：

其中，T为音频信号的累积等效播放持续时间。

7.根据权利要求1所述的扬声器音频信号播放控制方法，其特征在于，根据比较结果控制所述音频信号的播放进一步包括：

当音频信号的累积等效播放持续时间小于预设安全声压级所对应的安全暴持续时间时，继续所述音频信号的播放；

当音频信号的累积等效播放持续时间大于预设安全声压级所对应的安全暴持续时间时，调节音频信号至小于预设下限声压级所对应的音频信号的大小。

8.一种音频信号播放控制装置，其特征在于，包括：

音频获取模块，被配置为获取扬声器播放的音频信号；

检测模块，被配置检测每一时间段内音频信号大小并获得每一时间段内播放的音频信号的声压级；

计算模块，根据各时间段内音频信号的声压级及预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间分别计算播放的音频信号各时间段的等效播放持续时间，并计算音频信号的累积等效播放持续时间；

控制模块，被配置为将音频信号的累积等效播放持续时间与预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间进行比较，并根据比较结果控制所述音频信号的播放。

9.根据权利要求8所述的音频信号播放控制装置，其特征在于，所述计算模块通过下式计算所述音频信号各时间段的等效播放持续时间：

其中，T_n为音频信号的第n个时间段的等效播放持续时间，h_n为音频信号的第n个时间段的持续时间，t_n为音频信号的第n个时间段声压级对应的安全暴露持续时间；t₀为预设安全声压级所对应的安全暴露持续时间，n是大于0的整数；且

通过下式计算音频信号的累积等效播放持续时间：

其中，T为音频信号的累积等效播放持续时间。

10.一种耳机，其特征在于，包括：

扬声器；以及

与所述扬声器连接的如权利要求9所述的一种音频信号播放控制装置。