CN109348335B - 一种耳机的增益调节方法、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耳机的增益调节方法、装置和电子设备，方法包括：获取采集的耳道内的声信号，所述声信号为音频信号与噪声信号的混合信号；对声信号进行分析处理计算得到增益调节值；根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益。本发明实施例利用设置于耳机内的麦克风采集耳道内的声信号并分析其成分计算增益调节值，进而调节耳塞音频输出端的增益设置，保证了不同噪声环境下的耳机播放音量的适配性，提高了用户的听觉感受。

Description

一种耳机的增益调节方法、装置和电子设备

技术领域

本发明涉及声音信号处理技术领域，具体涉及一种耳机的增益调节方法、装置和电子设备。

背景技术

日常使用会发现，使用耳塞听音乐时，从安静环境进入较嘈杂的环境时，由于环境噪声干扰的掩蔽效应，会导致音乐信息清晰度降低，需要手动增大耳机或者播放器的音量。环境噪声声压级越大，需要增加的音阶越多。反之当嘈杂环境进入安静环境时，若以原有音量继续聆听，又会觉得声压过大、刺耳，甚至引起听觉不适，需要手动降低耳机或者播放器音量。如此影响使用体验，甚至有可能损伤听觉。

发明内容

本发明提供了一种耳机的增益调节方法、装置和电子设备，实现了不同噪声环境下音乐播放的增益自动调节，提升了用户体验并保证聆听的清晰度。

根据本申请的一个方面，提供了一种耳机的增益调节方法，包括：

获取采集的耳道内的声信号，所述声信号为音频信号与噪声信号的混合信号；

对声信号进行分析处理计算得到增益调节值；

根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益。

可选地，所述获取采集的耳道内的声信号包括：

利用设置于耳机内出声通道处的麦克风采集进入耳道内的声信号。

可选地，所述获取采集的耳道内的声信号包括：

利用设置于耳机内出声通道处的麦克风通过单独的拾音通道采集进入耳道内的声信号。

可选地，对声信号进行分析处理计算得到增益调节值包括：

计算所述声信号中的外界噪声传入耳道后的噪声信号N，

根据噪声信号N，计算耳道内的信噪比SNR，

根据信噪比SNR计算耳机的增益调节值G。

可选地，所述根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益包括：

如果计算出的增益调节值G为正数，则在耳机的原输出增益的基础上提高相应数值的增益，如果计算出的增益调节值G为负数，则在耳机的原输出增益的基础上降低相应数值的增益。

可选地，该方法还包括：在计算所述声信号中的噪声信号N时，进行延时处理，其中，延时时间根据音频信号从耳机的运算器传递到麦克风被麦克风拾取并传回至耳机的运算器的时长确定。

根据本申请的另一个方面，提供了一种耳机的增益调节装置，包括：

获取单元，用于获取采集的耳道内的声信号，所述声信号为音频信号与噪声信号的混合信号；

计算单元，用于对声信号进行分析处理计算得到增益调节值；

调节单元，用于根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益。

可选地，所述获取单元，具体用于利用设置于耳机内出声通道处的麦克风采集进入耳道内的声信号。

可选地，所述获取单元，具体用于利用设置于耳机内出声通道处的麦克风通过单独的拾音通道采集进入耳道内的声信号；

所述计算单元，用于计算所述声信号中的外界噪声传入耳道后的噪声信号N，根据噪声信号N，计算耳道内的信噪比SNR，根据信噪比SNR计算耳机的增益调节值G。

根据本申请的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时能够实现本申请的一个方面的方法。

本发明实施例的耳机增益调节技术方案，通过获取采集的耳道内的声信号，声信号为音频信号与噪声信号的混合信号，对声信号进行分析处理计算得到增益调节值，根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益。从而在不同噪声环境使用情况下声音播放的增益自动调节，改变整体输出音量，不需手动调节耳机的增益，既解放了用户的手动操作，又保证了音乐聆听的清晰度，提升用户听觉感受。

附图说明

图1是本发明一个实施例的耳机的增益调节方法的流程图；

图2是本发明一个实施例的耳机的剖面结构示意图；

图3是本发明一个实施例的耳机的增益调节的实现流程示意图；

图4是本发明一个实施例的耳机的增益调节装置的框图；

图5是本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明的设计构思在于：现有耳机在使用过程中，不同的环境下，耳机的播放声音大小的需求不同，需要用户根据环境的变化手动调节耳机的增益，以降低耳机或者播放器音量，操作不便，用户体验不佳。而常见的具有主动降噪功能的耳塞由于其原理，实现时通过将外部信号抵消达到降噪目的，这种技术在降低噪声的同时将安全提示音一并消除，存在安全性隐患。针对上述技术问题，本申请的实施例提出一种应用于耳机产品的增益自动调节方案，该方案通过在耳机内设置麦克风，利用麦克风采集耳机使用过程中耳道内的声信号，由于麦克风设置在耳机内，而耳机的喇叭发出的信号在被人耳骨膜拾取之前会经过耳道，由于耳机与人耳结构的配合及耳机壳体无法完全隔声，在此过程中会耳机内会传入外部噪声信号，由此麦克风采集的耳道内的声信号实际为音频信号与噪声信号的混合信号。在得到该混合信号后进行分析处理，计算增益调节值，根据增益调节值在耳机的功放默认输出增益的基础上调整输出增益，从而最终实现耳机实际播放音量的增加或减小，适应环境的变化。

图1是本发明一个实施例的耳机的增益调节方法的流程图，参见图1，本实施例的耳机的增益调节方法包括：

步骤S101，获取采集的耳道内的声信号，所述声信号为音频信号与噪声信号的混合信号；

步骤S102，对声信号进行分析处理计算得到增益调节值；

步骤S103，根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益

由图1所示可知，本实施例通过采集耳道内的混合了音频信号与噪声信号的声信号，对该声信号进行分析处理，计算出增益调节值，并根据该增益调节值控制在原输出增益的基础上调节输出增益。从而与现有技术中手动调节耳机音量大小的方案相比，自动化程度高，改善了用户体验。并且由于根据耳道内的声信号进行反馈和处理，也保证了增益调节的准确性，保证声音的清晰度，提高了耳机播放的音量与环境的适配性(即，环境嘈杂时，播放的音量高；环境安静时，播放的音量低)。

以下结合具体的耳机的结构对本发明实施例的耳机的增益调节方法的实现步骤进行重点说明。

参见图2，本实施例的耳机内部(比如，耳机内的出声通道处)设置一个麦克风201(即，Inear mic)用于采集佩戴耳塞后耳道内的实时声信号，这里的声信号为音频信号与噪声信号的混合信号。

优选地，为了减少声音干扰，出声通道处的麦克风通过单独的拾音通道203采集进入耳道内的包括音频信号及外界噪声的综合声信号。

喇叭202作为发声单元，用于将来自播放器且经过芯片处理的音频电信号转化成声信号而后通过输出通道204传入耳道，为人耳拾取，产生听觉。

参见图2，需要说明的是，在设计时，本发明实施例可以通过在原出声通道中设置挡板(见图2中拾音通道203与输出通道204中间的线条)而将出声通道一分为二，其中一部分用作麦克风201的声音采集通道，用来采集耳道内的声音。另一部分，用作扬声器或称喇叭203的声音输出通道，用来将声音输出值耳道。这样为Inear mic设置一单独通道的设计，减小了喇叭信号的干扰。

结合图3，一次耳机增益调节的流程如下：

①播放设备(比如手机、播放器等)将原始的音频信号S1通过有线、蓝牙或Wi-fi等方式传输到耳机中。

②耳机中的运算器，对音频信号进行处理。这里的处理包括加入EQ(均衡器，Equalizer))设置、进行延时处理(见下文说明)等，而后传给功放。可以理解，均衡器的作用是调整各频段信号的增益值。

③功放，控制信号增益，对增益进行调节和控制后传递到喇叭(Speaker)。

④喇叭振动将电信号转化为声信号发出，比如这里的喇叭的传递函数为H，则喇叭实际发出的信号为S1*H。

⑤声信号在被人耳骨膜拾取之前会经过耳道，由于耳塞与人耳结构的配合及耳塞壳体的无法完全隔声，此过程中会传入外部噪声信号N。

⑥经过步骤⑤后，耳道内的声信号实际为音频信号与噪声信号的混合信号，设为S2，则麦克风实际拾取的信号为S2。需要说明的是，在耳机内被动隔声降噪(与主动降噪相对的一种降噪技术)的作用下，耳道内的传入噪声与外界噪声相比有一定的衰减。

⑦麦克风将拾取信号将传回运算器，运算器对信号进行分析处理后，控制功放在其内置的默认输出增益基础上调整输出增益，最终作用在喇叭上，实现实际播放音量的增加或减小。

需要说明的是，本实施例的步骤②运算器的处理包括计算步骤⑦麦克风回传的声信号中的外界噪声传入耳道后的噪声信号N，根据噪声信号N，计算耳道内的信噪比SNR，根据信噪比SNR计算耳机的增益调节值G。具体的：由前述步骤⑥中麦克风拾取的信号的组成可以得到，外界噪声传入耳道的信号N为

N＝S2-S1*H

则耳道内的信噪比SNR为

其中，3是为了增益调节所引入的系数。

根据信噪比SNR计算出功放需调节的增益G为：

G＝23dB-SNR

这里，如果计算出的增益调节值G为正数，则在耳机的功放的原输出增益的基础上提高相应数值的增益，如果计算出的增益调节值G为负数，则在耳机的功放的原输出增益的基础上降低相应数值的增益。增益计算公式中的23dB是一个经验值，代表了外界噪声不影响听觉清晰度的安静环境下，耳道内的信噪比。

另外，为了保证运算器处理时信号S2与S1为同一段音频信号，以确保所得的噪声信号N的准确性，本实施例中在计算噪声信号N时，引入延时机制，即，对音频信号S1进行延时处理，其中延时的时间根据音频信号从耳机的运算器传递到麦克风被麦克风拾取并传回至耳机的运算器的时长确定，也就是说，延时时间等于音频信号从运算器到被Inear mic拾取并传回运算器的时长。

考虑到不同耳机产品内的运算器的内存空间大小不同，本实施例对增益更新频率不做限制，功放增益的更新频率应根据运算器内存允许设置，比如采集10s更新一次。增益的更新周期越短，增益调节越及时，从而能够在环境发生变化，比如从安静环境进入嘈杂环境中，及时增大增益和输出音量，保证听觉的清晰度。

以上可知，本实施例的增益自动调节的方法可以应用于入耳式耳机(或半入耳式耳机)产品中，通过采集入耳式耳机的耳道内的声信号，对声信号进行分析处理计算出增益调节值，根据增益调节值在功放的默认输出增益的基础上调整增益(即，加减增益)与现有技术方案相比，省去用户操作的不便，提高了耳机的自动化程度，并保证了在不同噪声环境中音乐播放的增益自动调节，实现了播放音量与环境的匹配，保证音乐聆听的清晰度，确保听觉感受。

与前述耳机的增益调节的方法同属于一个发明构思，本发明实施例中还提供了耳机的增益调节装置，参见图4，耳机的增益调节装置400包括：

获取单元401，用于获取采集的耳道内的声信号，所述声信号为音频信号与噪声信号的混合信号；

计算单元402，用于对声信号进行分析处理计算得到增益调节值；

调节单元403，用于根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益。

在本发明的一个实施例中，获取单元401具体用于利用设置于耳机内出声通道处的麦克风采集进入耳道内的声信号。

在本发明的一个实施例中，获取单元401用于利用设置于耳机内出声通道处的麦克风通过单独的拾音通道采集进入耳道内的声信号；

计算单元402，用于计算所述声信号中的外界噪声传入耳道后的噪声信号N，根据噪声信号N，计算耳道内的信噪比SNR，根据信噪比SNR计算耳机的增益调节值G。

在本发明的一个实施例中，调节单元403用于如果计算出的增益调节值G为正数，则在耳机的原输出增益的基础上提高相应数值的增益，如果计算出的增益调节值G为负数，则在耳机的原输出增益的基础上降低相应数值的增益。

需要说明的是，关于图4所示耳机的增益调节装置中的各单元所执行的各功能的举例解释说明，与前述方法实施例中的举例解释说明一致，这里不再一一赘述。

图5是本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。如图5所示，该电子设备包括存储器501和处理器502，存储器501和处理器502之间通过内部总线503通讯连接，存储器501存储有能够被处理器502执行的程序指令，程序指令被处理器502执行时能够实现上述的耳机的增益调节方法。

此外，上述的存储器501中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的另一个实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使所述计算机执行上述的方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图的一个流程或多个流程和/或方框图的一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

需要说明的是术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种耳机的增益调节方法，其特征在于，所述耳机内部设置一个麦克风，耳机出声通道中设置一挡板，将出声通道一分为二，其中一部分用作麦克风的声音采集通道，用来采集耳道内的声音，另一部分，用作扬声器或喇叭的声音输出通道，用来将声音输出至耳道；所述方法包括：

获取采集的耳道内的声信号，所述声信号为音频信号与噪声信号的混合信号，所述获取采集的耳道内的声信号包括，利用设置于耳机内出声通道处的麦克风采集进入耳道内的声信号，所述音频信号为电信号转化为声信号发出，所述噪声信号为由于耳塞与人耳结构的配合及耳塞壳体的无法完全隔声，传入的外部噪声信号；

对声信号进行分析处理计算得到增益调节值，包括，所述麦克风将拾取的音频信号将传回运算器，运算器对信号进行分析处理后，控制功放在其内置的默认输出增益基础上调整输出增益，外界噪声传入耳道的信号N为，耳道内的信噪比SNR为，其中，S1为原始的音频信号，S2为麦克风实际拾取的信号，H为喇叭的传递函数，3是增益调节系数；

根据信噪比SNR计算出功放需调节的增益G为，；

根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取采集的耳道内的声信号包括：

利用设置于耳机内出声通道处的麦克风通过单独的拾音通道采集进入耳道内的声信号。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对声信号进行分析处理计算得到增益调节值包括：

计算所述声信号中的外界噪声传入耳道后的噪声信号N，

根据噪声信号N，计算耳道内的信噪比SNR，

根据信噪比SNR计算耳机的增益调节值G。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益包括：

如果计算出的增益调节值G为正数，则在耳机的原输出增益的基础上提高相应数值的增益，如果计算出的增益调节值G为负数，则在耳机的原输出增益的基础上降低相应数值的增益。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法还包括：对接收到的音频信号进行延时处理，其中，延时时间根据音频信号从耳机的运算器传递到麦克风被麦克风拾取并传回至耳机的运算器的时长确定。

6.一种耳机的增益调节装置，其特征在于，所述耳机内部设置一个麦克风，耳机出声通道中设置一挡板，将出声通道一分为二，其中一部分用作麦克风的声音采集通道，用来采集耳道内的声音，另一部分，用作扬声器或喇叭的声音输出通道，用来将声音输出至耳道；所述装置包括：

获取单元，用于获取采集的耳道内的声信号，所述声信号为音频信号与噪声信号的混合信号，所述获取采集的耳道内的声信号包括，利用设置于耳机内出声通道处的麦克风采集进入耳道内的声信号，所述音频信号为电信号转化为声信号发出，所述噪声信号为由于耳塞与人耳结构的配合及耳塞壳体的无法完全隔声，传入的外部噪声信号；

计算单元，用于对声信号进行分析处理计算得到增益调节值，包括，所述麦克风将拾取的音频信号将传回运算器，运算器对信号进行分析处理后，控制功放在其内置的默认输出增益基础上调整输出增益，外界噪声传入耳道的信号N为，耳道内的信噪比SNR为/>，其中，S1为原始的音频信号，S2为麦克风实际拾取的信号，H为喇叭的传递函数，3是增益调节系数；

根据信噪比SNR计算出功放需调节的增益G为，；

调节单元，用于根据增益调节值，控制在原输出增益的基础上调节输出增益。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取单元，具体用于利用设置于耳机内出声通道处的麦克风采集进入耳道内的声信号。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述获取单元，具体用于利用设置于耳机内出声通道处的麦克风通过单独的拾音通道采集进入耳道内的声信号；

所述计算单元，用于计算所述声信号中的外界噪声传入耳道后的噪声信号N，根据噪声信号N，计算耳道内的信噪比SNR，根据信噪比SNR计算耳机的增益调节值G。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时能够实现权利要求1-5任一项所述的方法。