CN109814833A - 一种实时控制频响输出装置及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了实时控制频响输出装置，包括前馈麦克风组件、储存器、音频信号处理器、音频输入接口、耳机和后馈麦克风组件，音频信号处理器分别与前馈麦克风组件、音频输入接口、储存器、耳机以及和后馈麦克风组件连接，音频输入接口与音频播放装置连接，前馈麦克风组件与后馈麦克风组件配合。还公开了上述实时控制频响输出装置的应用方法，该应用方法工序简单、操作方便。本发明的实时控制频响输出的装置可以将环境声信号的大小转化为电信号来驱动播放器音量开关的增减，以达到自动调控音频播放装置输出音量的目的，且输出的音量大小可以控制在既能让用户听清，同时又不损害听力状态的水平，有效解决了目前手动进行音量控制的不足。
Description
技术领域
本发明涉及声学设备领域，特别涉及一种实时控制频响输出装置及其应用方法。
背景技术
现有的音频播放装置在调控音量时采用手动按键或拨片方式，例如使用手机、多媒体播放器以及助听器等等音频播放装置都需要手动调节音量大小，以满足在不同环境中使用这些装置时对清晰度或听觉感知的自身需要，例如在嘈杂环境中打电话或听音乐时多数人习惯于调高音量来保证听得清楚，也就是提高信噪比。
上述这种提高音量的方式存在损伤听力的风险，因为手动控制时容易使音量调节过大，超出安全的响度水平，长期以来会损害听力。另一方面，手动操作十分不便，需要在不同的聆听环境中经常切换音量，切换后的音量由于多不会恢复或重置，在下一个场景时又要重新设定。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时控制频响输出的装置，可以把音量开关的控制方式设计为根据环境声信号的状态(大小)转化为电信号驱动播放器音量开关的增减，达到自动调控输出音量的目的。输出的音量大小控制在既能让使用者听清，同时不损害听力状态的水平，有效解决目前的声音播放系统关于手动音量控制的不足，以及一种工序简单、操作方便的实时控制频响输出装置的应用方法，至少能够解决上述问题之一。
根据本发明的一个方面，提供了一种实时控制频响输出装置，包括前馈麦克风组件、储存器、音频信号处理器、音频输入接口、耳机和后馈麦克风组件，音频信号处理器分别与前馈麦克风组件、音频输入接口、储存器、耳机以及和后馈麦克风组件连接，音频输入接口与音频播放装置连接，前馈麦克风组件与后馈麦克风组件配合；
储存器配置为保存用户的听力状态参数；
前馈麦克风组件配置为对环境噪音进行实时检测；
后馈麦克风组件配置为对耳道内的噪音水平以及音频声压进行检测并反馈至音频信号处理器；
音频信号处理器配置为进行多阶段的降噪处理以及根据用户听力情况和实际耳道内噪音水平自动调整声音信号，使之与用户听力相匹配；
耳机配置为对声音信号进行输出。
由此，各组件均安装在依据使用者耳道定制的壳体内，使用时通过数据线将实时控制频响输出装置的音频输入接口与智能手机等音频播放装置连接。本发明的实时控制频响输出装置预先把用户的听力状态参数录入到储存器中，然后通过音频信号处理器计算出输出声参数，使用该实时控制频响输出装置时，前馈麦克风组件首先检测环境噪音水平，然后通过音频信号处理器进行一阶段的降噪处理，后馈麦克风组件检测耳机出声口(即耳道内)的噪音水平，再通过音频信号处理器进行二阶段的降噪处理，另后馈麦克风组件检测音量大小反馈给音频信号处理器,音频信号处理器根据使用者听力情况和实际耳道内噪音水平自动调整输出声参数，最后通过耳机输出音频声信号至用户耳朵，达到了自动调控输出音量的目的。输出的音量大小被控制在既能让使用者听清，同时又不损害听力状态的水平，有效解决了目前音频播放装置手动控制音量的不足。本发明采用前馈麦克风组件和后馈麦克风组件相配合的双麦降噪方式进行降噪处理，能最大程度地保证降噪宽度和深度。
在一些实施方式中，实时控制频响输出装置还包括滤波器和增益可调放大器，滤波器和增益可调放大器设置于耳机与音频信号处理器之间，滤波器与音频信号处理器连接，增益可调放大器与耳机连接，增益可调放大器与音频信号处理器连接。由此，音频信号处理器可以根据用户听力情况和实际耳道内噪音水平对增益进行自动调整，使之与用户的听力相匹配。
在一些实施方式中，实时控制频响输出装置还包括模/数转换器和数/模转换器，模/数转换器两端分别与音频输入接口和音频信号处理器连接，数/模转换器两端分别与滤波器和音频信号处理器连接。由此，模/数转换器和数/模转换器用于实现模拟信号与数字信号之间的转换。
在一些实施方式中，实时控制频响输出装置还包括USB接口，USB接口与音频信号处理器连接。由此，通过USB接口可以将听力状态参数录入储存器。
在一些实施方式中，音频信号处理器为DSP芯片。DSP(Digital SignalProcessing)即数字信号处理技术，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。
在一些实施方式中，音频播放装置包括手机、多媒体播放器或者助听器。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种实时控制频响输出装置的应用方法，包括上述实时控制频响输出装置，实时控制频响输出装置的应用包括以下步骤：
S1、获得用户的听力状态参数；
S2、获得用户在具有恒定噪声水平下的最舒适阈值与噪声之间的最佳动态范围；
S3、将用户的听力特征状态以及最佳动态范围录入至实时控制频响输出装置，通过运算自动生成符合用户的声输出参数；
S4、将实时控制频响输出装置连接到音频播放装置，实时控制频响输出装置根据外部噪声水平的增减自动调整输出声参数，并控制音频播放装置自动调节音量，通过耳机将音频声信号输出。
在一些实施方式中，听力状态参数包括精细化纯音听力阈值、精细化最舒适阈值以及精细化不舒适阈值。每个用户自身的听力状态都是不相同的，有些用户听力完全正常，有些用户部分听力损失甚至达到中重度的听力损伤，他们在安静、有轻微环境声或嘈杂的环境中聆听声音可能需要不同的输出量，所以，在实现自动控制输出声的响度前，必须获得使用者在安静环境中(隔音室)的听力状态参数，以作为参考材料。
由此，本发明的实时控制频响输出装置的操作简单，实际过程中可不进行手动操控，输出的音量自动依据外部噪声水平的增减而变化。当环境较安静时，噪声水平低，输出声音量自动降低以符合最佳动态范围；当环境嘈杂，噪声水平高，输出声音量自动增加到符合最佳动态范围，但因为噪声水平过大，输出声音量超过使用者的精细化不舒适阈值，音量不再增加，提醒使用者因到相对安静的环境继续使用音频设备，以保护自身听力。
本发明的实时控制频响输出的装置可以将环境声信号的大小转化为电信号来驱动播放器音量开关的增减，以达到自动调控音频播放装置输出音量的目的，且输出的音量大小可以控制在既能让用户听清，同时又不损害听力状态的水平，有效解决了目前手动进行音量控制的不足。
附图说明
图1为本发明一实施方式的实时控制频响输出装置的结构示意图；
图2为图1所示的实时控制频响输出装置的使用状态时的结构示意图；
图3为本发明一用户的听力状态特征曲线示意图。
图1～3中的附图标记：1-音频播放装置；2-实时控制频响输出装置；21-前馈麦克风组件；22-储存器；23-音频信号处理器；24-音频输入接口；25-耳机；26-后馈麦克风组件；27-模/数转换器；28-数/模转换器；29-滤波器；210-增益可调放大器；211-USB接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1～3示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的实时控制频响输出装置。
如图1～2所示，该实时控制频响输出装置2包括前馈麦克风组件21、储存器22、音频信号处理器23、音频输入接口24、耳机25和后馈麦克风组件26。音频信号处理器23分别与前馈麦克风组件21、音频输入接口24、储存器22、耳机25以及和后馈麦克风组件26连接，音频输入接口24与音频播放装置1连接，前馈麦克风组件21与后馈麦克风组件26配合。
本实施方式的实时控制频响输出装置2还包括滤波器29和增益可调放大器210。滤波器29和增益可调放大器210设置于耳机25与音频信号处理器23之间，滤波器29与音频信号处理器23连接，增益可调放大器210与耳机25连接，增益可调放大器210与音频信号处理器23连接。
本实施方式的实时控制频响输出装置2还包括模/数转换器27和数/模转换器28，模/数转换器27两端分别与音频输入接口24和音频信号处理器23连接，数/模转换器28两端分别与滤波器29和音频信号处理器23连接。由此，模/数转换器27和数/模转换器28用于实现模拟信号与数字信号之间的转换。
储存器22配置为保存用户的听力状态参数；
前馈麦克风组件21配置为对环境噪音进行实时检测；
后馈麦克风组件26配置为对耳道内的噪音水平以及音频声压进行检测并反馈至音频信号处理器23；
音频信号处理器23配置为进行多阶段的降噪处理以及根据用户听力情况和实际耳道内噪音水平自动调整声音信号，使之与用户听力相匹配；
耳机25配置为对声音信号进行输出。
本实施方式的实时控制频响输出装置2还包括USB接口211。USB接口211与音频信号处理器23连接。由此，通过USB接口211可以将听力状态参数录入储存器22。
本实施方式的音频信号处理器23为DSP芯片。DSP(Digital Signal Processing)即数字信号处理技术，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。本实施方式的音频播放装置1可以为手机、多媒体播放器或者助听器。
本实施方式的实时控制频响输出装置2可以根据用户的耳道增加定制一壳体，而各组件均安装在该壳体内，使用时通过数据线将实时控制频响输出装置2的音频输入接口24与智能手机等音频播放装置1连接即可。
本实施方式的实时控制频响输出装置2的工作原理：
首先，通过USB接口211预先把用户的听力状态参数录入到储存器22中，然后通过音频信号处理器23计算出输出声参数，使用该实时控制频响输出装置2时，前馈麦克风组件21首先检测环境噪音水平，然后通过音频信号处理器23进行一阶段的降噪处理，后馈麦克风组件26检测耳机25出声口(即耳道内)的噪音水平，再通过音频信号处理器23进行二阶段的降噪处理，另后馈麦克风组件26检测音量大小反馈给音频信号处理器23,音频信号处理器23根据使用者听力情况和实际耳道内噪音水平自动调整输出声参数，最后通过耳机25输出音频声信号至用户耳朵，达到了自动调控输出音量的目的。输出的音量大小被控制在既能让使用者听清，同时又不损害听力状态的水平，有效解决了目前音频播放装置1手动控制音量的不足。本发明采用前馈麦克风组件21和后馈麦克风组件26相配合的双麦降噪方式进行降噪处理，能最大程度地保证降噪宽度和深度。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种实时控制频响输出装置2的应用方法，包括上述实时控制频响输出装置2，实时控制频响输出装置2的应用包括以下步骤：
S1、获得用户的听力状态参数。
每个用户自身的听力状态都是不相同的，有些人听力完全正常，有些人部分听力损失甚至达到中重度的听力损伤。他们在安静、有轻微环境声或嘈杂的环境中聆听声音可能需要不同的输出量。所以，在实现自动控制输出声的响度前，必须获得使用者在安静环境中(如隔音室)的听力特征状态，以作为参考材料。本实施方式的听力状态参数包括：精细化纯音听力阈值、精细化最舒适阈值、精细化不舒适阈值等听力曲线。
例如：图3的曲线从上往下分别为一名高频部分听力下降的用户的右耳的精细化纯音听力阈值、精细化最舒适阈值和精细化不舒适阈值。本实施例中采用了1/6倍频程的精细化程度，在实际应用中还可以根据需要选择使用1/12、1/24倍频程等精细化程度。以下所述均为1/6倍频程。
以上均属于听力阈值测定，如图3所示，最上面的听阈曲线是指刚好能听到的各个频率的声音强度是多少分贝，中间的线是指各个频率多大分贝的声音让人听得最舒服，最下面的线是各个频率多大分贝的声音让人听着最难受。
S2、获得用户在具有恒定噪声水平下的最舒适阈值与噪声之间的最佳动态范围。
最佳动态范围可定义为用户在恒定噪声水平下的最舒适阈值减去噪声响度的值。如果能准确获得用户达到最佳的聆听效果(即用户既能听到清晰的声音信号，声音信号本身又不会超过用户不舒适阈的状态)的最佳动态范围，那么就可实时推算出在不同环境中应该输出多大声的信号，以达到最理想的状态。
测试最佳动态范围时，用户的耳机25中会播放恒定大小的宽带噪声(本实施方式假设宽带噪声在各频率的大小均为20dBHL)，然后把宽带噪声作为背景声，同时播放不同频率的纯音信号，要求用户在认为纯音信号音量最为舒适的程度作出响应，记录此纯音信号的大小，如1KHz时，用户认为50dBHL的纯音最舒服，那么1KHz该用户的最佳动态范围就是50-20＝30dBHL。同理测试并记录所有频率的最佳动态范围。
最佳动态范围反映了用户在不同环境下聆听声音时，不同频率信号需要比背景噪声大多少他才可以听得好，在后续的声音信号输出时尽量保持在最佳动态范围即可实现最佳的聆听效果。
S3、将用户的听力特征状态以及最佳动态范围录入至实时控制频响输出装置2，通过运算自动生成符合用户的声输出参数；
S4、将实时控制频响输出装置2连接到音频播放装置1，实时控制频响输出装置2根据外部噪声水平的增减自动调整输出声参数，并控制音频播放装置1自动调节音量，通过耳机25将音频声信号输出。
将实时控制频响输出装置2连接到智能手机、电脑、多媒体播放器、助听器等音频播放装置1，可不进行手动操控，音频播放装置1输出的音量自动依据外部噪声水平的增减而变化。当环境较安静时，噪声水平低，输出声音量自动降低以符合最佳动态范围；当环境嘈杂，噪声水平高，输出声音量自动增加到符合最佳动态范围，但因为噪声水平过大，输出声音量超过使用者的精细化不舒适阈值，音量不再增加，提醒用户应到相对安静的环境继续使用音频设备，以保护自身听力。
本实施方式的实时控制频响输出装置2的操作简单，实际过程中可不进行手动操控，输出的音量自动依据外部噪声水平的增减而变化。该控制频响输出的装置可以将环境声信号的大小转化为电信号来驱动播放器音量开关的增减，以达到自动调控音频播放装置1输出音量的目的，且输出的音量大小可以控制在既能让用户听清，同时又不损害听力状态的水平，有效解决了目前手动进行音量控制的不足，使用方便。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.实时控制频响输出装置，其特征在于，包括前馈麦克风组件(21)、储存器(22)、音频信号处理器(23)、音频输入接口(24)、耳机(25)和后馈麦克风组件(26)，所述音频信号处理器(23)分别与前馈麦克风组件(21)、音频输入接口(24)、储存器(22)、耳机(25)以及和后馈麦克风组件(26)连接，所述音频输入接口(24)与音频播放装置(1)连接，所述前馈麦克风组件(21)与后馈麦克风组件(26)配合；
所述储存器(22)配置为保存用户的听力状态参数；
所述前馈麦克风组件(21)配置为对环境噪音进行实时检测；
所述后馈麦克风组件(26)配置为对耳道内的噪音水平以及音频声压进行检测并反馈至音频信号处理器(23)；
所述音频信号处理器(23)配置为进行多阶段的降噪处理以及根据用户听力情况和实际耳道内噪音水平自动调整声音信号，使之与用户听力相匹配；
所述耳机(25)配置为对声音信号进行输出。
2.根据权利要求1所述的实时控制频响输出装置，其特征在于，还包括滤波器(29)和增益可调放大器(210)，所述滤波器(29)和增益可调放大器(210)设置于耳机(25)与音频信号处理器(23)之间，所述滤波器(29)与音频信号处理器(23)连接，所述增益可调放大器(210)与耳机(25)连接，所述增益可调放大器(210)与音频信号处理器(23)连接。
3.根据权利要求2所述的实时控制频响输出装置，其特征在于，还包括模/数转换器(27)和数/模转换器(28)，所述模/数转换器(27)两端分别与音频输入接口(24)和音频信号处理器(23)连接，所述数/模转换器(28)两端分别与滤波器(29)和音频信号处理器(23)连接。
4.根据权利要求1所述的实时控制频响输出装置，其特征在于，还包括USB接口(211)，所述USB接口(211)与音频信号处理器(23)连接。
5.根据权利要求1所述的实时控制频响输出装置，其特征在于，所述音频信号处理器(23)为DSP芯片。
6.根据权利要求1所述的实时控制频响输出装置，其特征在于，所述音频播放装置(1)包括手机、多媒体播放器或者助听器。
7.实时控制频响输出装置的应用方法，包括如权利要求1～6任一项所述的实时控制频响输出装置(2)，其特征在于，所述实时控制频响输出装置(2)的应用包括以下步骤：
S1、获得用户的听力状态参数；
S2、获得用户在具有恒定噪声水平下的最舒适阈值与噪声之间的最佳动态范围；
S3、将用户的听力特征状态以及最佳动态范围录入至实时控制频响输出装置(2)，通过运算自动生成符合用户的声输出参数；
S4、将实时控制频响输出装置(2)连接到音频播放装置(1)，实时控制频响输出装置(2)根据外部噪声水平的增减自动调整输出声参数，并控制音频播放装置(1)自动调节音量，通过耳机(25)将音频声信号输出。
8.根据权利要求7所述的实时控制频响输出装置的应用方法，其特征在于，所述听力状态参数包括精细化纯音听力阈值、精细化最舒适阈值以及精细化不舒适阈值。
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