CN109688503A - 心理感知状态检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种心理感知状态检测系统，包括耳机、声音采集装置、控制装置、心血管指标检测装置、脑电波检测装置；控制装置包括信号传输单元、降噪单元；信号传输单元用于接收声音采集装置采集的环境噪声信号；降噪单元用于根据环境噪声信号生成反相消噪信号；信号传输单元还用于将反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机；心血管指标检测装置、脑电波检测装置分别用于用于在耳机播放音频信号时进行被测者的心血管指标、脑电波指标的测试。本发明还提供了一种心理感知状态检测方法。本发明解决了现有测试声音频率对被测试者的心理感知状态的影响时硬件设备成本和维护费用、人力成本较高的技术问题。

Description

心理感知状态检测系统及方法

技术领域

本发明涉及数据分析技术领域，尤其涉及一种心理感知状态检测系统及方法。

背景技术

现代科学已经发现声音频率会对用户的心理感知状态产生影响。目前，测试声音频率对被测试者的心理感知状态的影响，一般会安排被测试者进入特别设置的隔音间，并利用各类专业化的设备进行相关的检测实验。然而，此类方法依然存在硬件设备成本和维护费用较高、需要专门的工作人员实时跟进，从而导致此类检测实验存在时间和地点的限制，不利于充足的数据样本量的采集和获取。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种心理感知状态检测系统及方法，旨在解决现有测试声音频率对被测试者的心理感知状态的影响时硬件设备成本和维护费用、人力成本较高的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种心理感知状态检测系统，包括耳机、声音采集装置、控制装置、心血管指标检测装置、脑电波检测装置；所述耳机、声音采集装置、心血管指标检测装置、脑电波检测装置分别连接所述控制装置；

所述控制装置包括信号传输单元、降噪单元；

所述信号传输单元用于接收所述声音采集装置采集的环境噪声信号；所述降噪单元用于根据所述环境噪声信号生成反相消噪信号；所述信号传输单元还用于将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机；

所述心血管指标检测装置，用于在所述耳机播放音频信号时进行被测者的心血管指标的测试，并将心血管指标测试数据发送至所述控制装置；

所述脑电波检测装置，用于在所述耳机播放音频信号时进行被测者的脑电波指标的测试，并将脑电波指标测试数据发送至所述控制装置。

优选地，所述声音采集装置包括若干个麦克风，所述麦克风用于采集环境噪音信号并传送给所述降噪单元；

所述降噪单元包括噪声采集模块、环境噪声特征获取模块和反相消噪信号生成模块；

所述噪声采集模块用于获取环境噪音信号；

所述环境噪声特征获取模块，用于获取各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度；

所述反相消噪信号生成模块，用于根据各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度，确定出主环境噪音信号及对应的相位、频率和幅度；根据所述主环境噪音信号的相位、频率和幅度，生成与所述主环境噪声信号相位相反、频率相同和幅度相同的反相消噪信号。

优选地，所述控制装置还包括听力保护单元；所述听力保护单元，用于获取发送至耳机的所述音频信号的频率值及所述音频信号的输出时间；当所述频率值超过预设频率阈值，和/或所述音频信号的输出时间超过预设时间阈值时，中止所述信号传输单元对所述音频信号的输出。

优选地，所述耳机包括耳罩和耳机线，所述耳罩内设有喇叭，所述耳机通过所述耳机线与所述控制装置连接；所述喇叭用于输出所述反相消噪信号和不同频率的所述音频信号。

优选地，所述系统还包括分别与控制装置连接的显示屏终端和答题装置；所述显示屏终端用于显示测试题目信息；所述答题装置用于录入被测试者的答题数据，并传输至所述控制装置。

此外，为实现上述目的，本发明还提供一种心理感知状态检测方法，应用于如上所述的心理感知状态检测系统，所述方法包括如下步骤：

接收声音采集装置采集的环境噪声信号；根据所述环境噪声信号生成反相消噪信号；将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机；

接收心血管指标检测装置发送的被测者的心血管指标测试数据；

接收脑电波检测装置发送的被测者的脑电波指标测试数据。

优选地，所述根据所述环境噪声信号生成反相消噪信号的步骤，具体包括：

获取各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度；

根据各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度，确定出主环境噪音信号及对应的相位、频率和幅度；

根据所述主环境噪音信号的相位、频率和幅度，生成与所述主环境噪声信号相位相反、频率相同和幅度相同的反相消噪信号。

优选地，所述将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机的步骤的同时，还包括：

获取发送至耳机的所述音频信号的频率值及所述音频信号的输出时间；

当所述频率值超过预设频率阈值，和/或所述音频信号的输出时间超过预设时间阈值时，中止对所述音频信号的输出。

优选地，所述接收声音采集装置采集的环境噪声信号的步骤之前，还包括：

向预设麦克风发送噪声信号采集信号，以使预设麦克风采集预设频率范围内的环境噪音信号。

优选地，所述将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机的步骤的同时，还包括：

向预设显示屏终端发送显示测试题目信息；以及接收预设答题装置录入的被测试者的答题数据。

本发明实施例提出一种心理感知状态检测系统及方法，通过设置声音采集装置采集环境噪声信号采集后，由控制装置根据采集到的环境噪声信号确定主环境噪声信号，并根据主环境噪声信号生成反相消噪信号，最后将反相消噪信号与不同频率的音频信号发送至耳机，使得耳机在播放音频时能够利用反相消噪信号消除周围的环境噪声，提高耳机的播放音质。利用控制装置强大的运算功能替代耳机进行降噪处理，不需要在耳机中装载降噪处理的装置，使耳机结构简化和成本降低，减小耳机总重量和体积，同时也降低了声音频率的心理感知状态测试的硬件要求和硬件/人力成本的投入，有助于测试实验的推广和样本数据的广泛采集。

附图说明

图1为本发明心理感知状态检测系统的组成示意图；

图2为本发明一种优选的心理感知状态检测系统的硬件结构示意图；

图3为本发明心理感知状态检测方法第一实施例的流程示意图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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。

请参阅图1，其为实现本发明各个实施例的一种心理感知状态检测系统，具体包括耳机10、声音采集装置20、控制装置30、心血管指标检测装置40、脑电波检测装置50；所述耳机10、声音采集装置20、心血管指标检测装置40、脑电波检测装置50分别连接所述控制装置30；

优选地，所述耳机10包括耳罩和耳机线，所述耳罩内设有喇叭，所述耳机10通过所述耳机线与所述控制装置30连接；所述喇叭用于输出所述反相消噪信号和不同频率的所述音频信号。

相对于现有的专业化隔音间，本发明并无特殊的硬件设备限制，可以在普通的室内环境中进行测试。耳机采用耳罩可以将测试者的外耳包裹，从而更有利于阻隔外界环境中的噪声，进而产生更好的隔音效果。

所述控制装置30具体可以以各种形式来实施。例如，手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、便捷式媒体播放器(Portable Media Player，PMP)，等移动终端，以及诸如数字TV、台式计算机等固定终端。

所述控制装置30包括信号传输单元310、降噪单元320；

所述信号传输单元310用于接收所述声音采集装置20采集的环境噪声信号；所述降噪单元320用于根据所述环境噪声信号生成反相消噪信号；所述信号传输单元310还用于将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机10；

信号传输单元310具体可以通过有线或无线通信方式接收声音采集装置20采集的环境噪声信号。

具体地，所述声音采集装置20包括若干个麦克风，所述麦克风用于采集环境噪音信号并传送给所述降噪单元320；麦克风设置在被测试者头部的附件区域较为适宜，以保证采集的环境噪声信号分布更加符合被测试者所处的环境。

所述降噪单元320包括噪声采集模块3201、环境噪声特征获取模块3202和反相消噪信号生成模块3203；

所述噪声采集模块3201用于获取环境噪音信号

所述环境噪声特征获取模块3202，用于获取各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度；即对各个麦克风采集并传送的环境噪音信号进行处理及分析，得到各类环境噪音信号的特征参数值：信号的相位、频率和幅度。在处理过程中，还可涉及各类信号的数据过滤、傅里叶变换、信号波函数的模拟与修正。

所述反相消噪信号生成模块3203，用于根据各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度，确定出主环境噪音信号及对应的相位、频率和幅度；根据所述主环境噪音信号的相位、频率和幅度，生成与所述主环境噪声信号相位相反、频率相同和幅度相同的反相消噪信号。

由于在环境中可能存在各种噪声信号，其中起主要的干扰作用的噪声信号被定义为“主环境噪音信号”，具体可以是反相消噪信号生成模块3202计算出各环境噪声信号的信号强度，信号强度最大的环境噪声信号被标记为主环境噪音信号。

当控制装置30根据采集的各个环境噪声信号确定出主环境噪音信号后，再根据主环境噪音信号生成反相消噪信号。

例如，先解析出主环境噪音信号的相位、频率和幅度；在解析完成后，通过解析出来的相位、频率和幅度，生成与该主环境噪音信号的相位相反、频率相同和幅度相同的反相消噪信号

通过将该反相消噪信号发送至耳机，耳机在播放不同频率的音频信号时，叠加反相消噪信号，用以消除在播放音频信号时周围的环境噪声信号，从而排除环境噪声对于被测试者的声音干扰。

耳机播放的音频信号可以将原始的同一音频信号进行处理，得到不同频率的音频信号；按照不同频率(平均频率值)进行划分，从而分出不同频率的音频信号。

所述心血管指标检测装置40，用于在所述耳机播放音频信号时进行被测者的心血管指标的测试，并将心血管指标测试数据发送至所述控制装置；

其中，心血管指标具体包括但不限于：安静心率、血压值。

所述脑电波检测装置50，用于在所述耳机播放音频信号时进行被测者的脑电波指标的测试，并将脑电波指标测试数据发送至所述控制装置。

脑电波指标具体包括但不限于：α波、β波、θ波、δ波。

在耳机10播放的同时，心血管指标检测装置40、脑电波检测装置50分别检测用户的心血管情况和脑电波情况，并将对应的数据传送至控制装置30，以便于控制装置30进行后续的分析及处理。

在本实施例中，通过设置声音采集装置采集环境噪声信号采集后，由控制装置根据采集到的环境噪声信号确定主环境噪声信号，并根据主环境噪声信号生成反相消噪信号，最后将反相消噪信号与不同频率的音频信号发送至耳机，使得耳机在播放音频时能够利用反相消噪信号消除周围的环境噪声，提高耳机的播放音质。利用控制装置强大的运算功能替代耳机进行降噪处理，不需要在耳机中装载降噪处理的装置，使耳机结构简化，减小耳机总重量和体积，同时也降低了声音频率的心理感知状态测试的硬件要求和硬件/人力成本的投入，有助于测试实验的推广和样本数据的广泛采集。

进一步地，如图1所示，所述控制装置30还包括听力保护单元320；所述听力保护单元320，用于获取发送至耳机10的所述音频信号的频率值及所述音频信号的输出时间；当所述频率值超过预设频率阈值，和/或所述音频信号的输出时间超过预设时间阈值时，中止所述信号传输单元310对所述音频信号的输出。

当耳机播放的音频频率过高、播放时间过长时，容易对被测试者的听力造成损伤。因此，设置听力保护单元320有助于保护被测试者的听力。具体的预设频率阈值和预设时间阈值可以根据实际经验值进行设置。在中止信号传输单元310对所述音频信号的输出后，控制装置30可以发出相应的声音或者灯光提示信号，用以提示音频信号的中止输出。

进一步地，如图2所示，图2为一种优选地的心理感知状态检测系统，所述系统还包括分别与控制装置连接的显示屏终端60和答题装置70；所述显示屏终端60用于显示测试题目信息；所述答题装置70用于录入被测试者的答题数据，并传输至所述控制装置。

所述显示屏终端60可以是显示屏或者显示器；所述答题装置70可以是答题器，其中包含若干个按键。在测试过程中，显示屏终端60上显示相关测试题目，被测试者根据个人情况通过所述答题装置70进行答题。从而，录入被测试者对于测试题目的回答，以便于后续进行声音频率对被测试者的心理感知状态的影响的分析。

本发明还提供一种心理感知状态检测方法，应用于如上所述的心理感知状态检测系统。如图3所示，所述方法包括如下步骤：

步骤S10，接收声音采集装置采集的环境噪声信号；

具体可以通过有线或无线通信方式接收声音采集装置采集的环境噪声信号。具体地，所述声音采集装置包括若干个麦克风，所述麦克风用于采集环境噪音信号并传送给降噪单元；麦克风设置在被测试者头部的附件区域较为适宜，以保证采集的环境噪声信号分布更加符合被测试者所处的环境。

步骤S20，根据所述环境噪声信号生成反相消噪信号；

具体包括：

步骤S21，获取各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度；

步骤S22，根据各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度，确定出主环境噪音信号及对应的相位、频率和幅度；

步骤S23，根据所述主环境噪音信号的相位、频率和幅度，生成与所述主环境噪声信号相位相反、频率相同和幅度相同的反相消噪信号。

即对各个麦克风采集并传送的环境噪音信号进行处理及分析，得到各类环境噪音信号的特征参数值：信号的相位、频率和幅度。在处理过程中，还可涉及各类信号的数据过滤、傅里叶变换、信号波函数的模拟与修正。

由于在环境中可能存在各种噪声信号，其中起主要的干扰作用的噪声信号被定义为“主环境噪音信号”，具体可以是计算出各环境噪声信号的信号强度，信号强度最大的环境噪声信号被标记为主环境噪音信号。

根据采集的各个环境噪声信号确定出主环境噪音信号后，再根据主环境噪音信号生成反相消噪信号。

例如，先解析出主环境噪音信号的相位、频率和幅度；在解析完成后，通过解析出来的相位、频率和幅度，生成与该主环境噪音信号的相位相反、频率相同和幅度相同的反相消噪信号。

步骤S30，将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机；

通过将该反相消噪信号发送至耳机，耳机在播放不同频率的音频信号时，叠加反相消噪信号，用以消除在播放音频信号时周围的环境噪声信号，从而排除环境噪声对于被测试者的声音干扰。

耳机播放的音频信号可以将原始的同一音频信号进行处理，得到不同频率的音频信号；按照不同频率(平均频率值)进行划分，从而分出不同频率的音频信号。

步骤S40，接收心血管指标检测装置发送的被测者的心血管指标测试数据；

其中，心血管指标具体包括但不限于：安静心率、血压值。

步骤S50，接收脑电波检测装置发送的被测者的脑电波指标测试数据。

脑电波指标具体包括但不限于：α波、β波、θ波、δ波。

在耳机播放的同时，心血管指标检测装置、脑电波检测装置分别检测用户的心血管情况和脑电波情况，并将对应的数据传送至控制装置，以便于控制装置进行后续的分析及处理。

在本实施例中，通过设置声音采集装置采集环境噪声信号采集后，由控制装置根据采集到的环境噪声信号确定主环境噪声信号，并根据主环境噪声信号生成反相消噪信号，最后将反相消噪信号与不同频率的音频信号发送至耳机，使得耳机在播放音频时能够利用反相消噪信号消除周围的环境噪声，提高耳机的播放音质。利用控制装置强大的运算功能替代耳机进行降噪处理，不需要在耳机中装载降噪处理的装置，使耳机结构简化和成本降低，减小耳机总重量和体积，同时也降低了声音频率的心理感知状态测试的硬件要求和硬件/人力成本的投入，有助于测试实验的推广和样本数据的广泛采集。

进一步地，所述将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机的步骤的同时，还包括：

步骤S60，获取发送至耳机的所述音频信号的频率值及所述音频信号的输出时间；

步骤S61，当所述频率值超过预设频率阈值，和/或所述音频信号的输出时间超过预设时间阈值时，中止对所述音频信号的输出。

当耳机播放的音频频率过高、播放时间过长时，容易对被测试者的听力造成损伤。因此，设置听力保护单元320有助于保护被测试者的听力。具体的预设频率阈值和预设时间阈值可以根据实际经验值进行设置。在中止信号传输单元310对所述音频信号的输出后，控制装置30可以发出相应的声音或者灯光提示信号，用以提示音频信号的中止输出。

进一步地，所述接收声音采集装置采集的环境噪声信号的步骤之前，还包括：

步骤S70，向预设麦克风发送噪声信号采集信号，以使预设麦克风采集预设频率范围内的环境噪音信号。

由于人体能够感知的声音是一定频率范围内(如20Hz到20000Hz)的声音信号，因此通过向预设麦克风发送噪声信号采集信号，控制其采集合适的预设频率范围内(如20Hz到20000Hz)的环境噪音信号，避免超标采集，降低控制装置的运算负荷，并提高反相消噪信号的准确度，进而有助于增强消噪效果。

进一步地，所述将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机的步骤的同时，还包括：

步骤S70，向预设显示屏终端发送显示测试题目信息；步骤S71，接收预设答题装置录入的被测试者的答题数据。

在测试现场设置有分别与控制装置连接的显示屏终端及答题装置。显示屏终端可以是显示屏或者显示器；答题装置可以是答题器，其中包含若干个按键。在测试过程中，显示屏终端上显示相关测试题目，被测试者根据个人情况通过所述答题装置进行答题。从而，录入被测试者对于测试题目的回答，以便于后续进行测试声音频率对被测试者的心理感知状态的影响的分析。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种心理感知状态检测系统，其特征在于，包括耳机、声音采集装置、控制装置、心血管指标检测装置、脑电波检测装置；所述耳机、声音采集装置、心血管指标检测装置、脑电波检测装置分别连接所述控制装置；

所述控制装置包括信号传输单元、降噪单元；

所述信号传输单元用于接收所述声音采集装置采集的环境噪声信号；所述降噪单元用于根据所述环境噪声信号生成反相消噪信号；所述信号传输单元还用于将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机；

所述心血管指标检测装置，用于在所述耳机播放音频信号时进行被测者的心血管指标的测试，并将心血管指标测试数据发送至所述控制装置；

所述脑电波检测装置，用于在所述耳机播放音频信号时进行被测者的脑电波指标的测试，并将脑电波指标测试数据发送至所述控制装置。

2.如权利要求1所述的心理感知状态检测系统，其特征在于，所述声音采集装置包括若干个麦克风，所述麦克风用于采集环境噪音信号并传送给所述降噪单元；

所述降噪单元包括噪声采集模块、环境噪声特征获取模块和反相消噪信号生成模块；

所述噪声采集模块用于获取环境噪音信号；

所述环境噪声特征获取模块，用于获取各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度；

所述反相消噪信号生成模块，用于根据各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度，确定出主环境噪音信号及对应的相位、频率和幅度；根据所述主环境噪音信号的相位、频率和幅度，生成与所述主环境噪声信号相位相反、频率相同和幅度相同的反相消噪信号。

3.如权利要求1所述的心理感知状态检测系统，其特征在于，所述控制装置还包括听力保护单元；所述听力保护单元，用于获取发送至耳机的所述音频信号的频率值及所述音频信号的输出时间；当所述频率值超过预设频率阈值，和/或所述音频信号的输出时间超过预设时间阈值时，中止所述信号传输单元对所述音频信号的输出。

4.如权利要求1所述的心理感知状态检测系统，其特征在于，所述耳机包括耳罩和耳机线，所述耳罩内设有喇叭，所述耳机通过所述耳机线与所述控制装置连接；所述喇叭用于输出所述反相消噪信号和不同频率的所述音频信号。

5.如权利要求1所述的心理感知状态检测系统，其特征在于，所述系统还包括分别与控制装置连接的显示屏终端和答题装置；所述显示屏终端用于显示测试题目信息；所述答题装置用于录入被测试者的答题数据，并传输至所述控制装置。

6.一种心理感知状态检测方法，应用于如权利要求1-5所述的心理感知状态检测系统，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

接收声音采集装置采集的环境噪声信号；

根据所述环境噪声信号生成反相消噪信号；

将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机；

接收心血管指标检测装置发送的被测者的心血管指标测试数据；

接收脑电波检测装置发送的被测者的脑电波指标测试数据。

7.如权利要求6所述的心理感知状态检测方法，其特征在于，所述根据所述环境噪声信号生成反相消噪信号的步骤，具体包括：

获取各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度；

根据各所述环境噪音信号对应的相位、频率和幅度，确定出主环境噪音信号及对应的相位、频率和幅度；

根据所述主环境噪音信号的相位、频率和幅度，生成与所述主环境噪声信号相位相反、频率相同和幅度相同的反相消噪信号。

8.如权利要求6所述的心理感知状态检测方法，其特征在于，所述将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机的步骤的同时，还包括：

获取发送至耳机的所述音频信号的频率值及所述音频信号的输出时间；

当所述频率值超过预设频率阈值，和/或所述音频信号的输出时间超过预设时间阈值时，中止对所述音频信号的输出。

9.如权利要求6所述的心理感知状态检测方法，其特征在于，所述接收声音采集装置采集的环境噪声信号的步骤之前，还包括：

向预设麦克风发送噪声信号采集信号，以使预设麦克风采集预设频率范围内的环境噪音信号。

10.如权利要求6所述的心理感知状态检测方法，其特征在于，所述将所述反相消噪信号和已录制的不同频率的音频信号发送至耳机的步骤的同时，还包括：

向预设显示屏终端发送显示测试题目信息；以及接收预设答题装置录入的被测试者的答题数据。