CN110806850B - 一种耳机及其自动音量调节控制模块与方法及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耳机及其自动音量调节控制模块与方法及存储介质，其中该控制模块包括音频信号采集及MIC模块、耳机声学特性记录模块、声学特征分析模块、外界声音信号分析模块、音量调节模块；该音量调节模块用于当外界语音信号强度大于设定的阈值时，判断为存在有人在说话的情景状态，则自动控制耳机音量降低或直接静音。本发明可以通过识别外界或者本人发出的话音信号来自动降低耳机的音量，使用户不必摘下耳机就可以与其他人正常交流且不会导致听力损伤。

Description

一种耳机及其自动音量调节控制模块与方法及存储介质
技术领域
本发明涉及一种音频信号播放与接收装置，尤其是涉及一种用于耳机的自动音量调节装置及方法。
背景技术
目前市售的耳机产品中，许多产品均带有听力保护、动态控制等功能，其中涉及到自动调节音量的技术应用也较为广泛，如带有听力保护功能的耳机会根据用户的实际使用情况适时地调小音量以达到保护用户听力的目的。又如带有动态音量控制功能的耳机会根据实际播放音频信号中存在的有可能影响有用户体验的高峰或者尖刺部分进行动态的抑制。
在US5450494专利中，公开了利用耳机MIC收到的传入信号经过处理获取耳机外的环境噪声的技术方案。此外，在CN105446697A专利中，也公开了采集耳机外部噪声以及耳机播放音乐声音的技术方案。
在现有技术方案中虽然已经实现了耳机自动音量调节的功能，但是大多是根据已知或者或预知的内因，即用户使用情况或播放音频文件来实现调节。当耳机使用者使用耳机听音乐时，周围的人来跟其说话，因耳机的隔绝和音乐的影响，往往听不清别人的说话内容，并且不自觉地抬高了自己的说话音量，或是，由于外界口音比较大，用户只得通过提升音量来保证听音效果，而长时间以大音量听音乐会造成听力损伤。
综上可知，现有技术在实际使用上，显然还存在一些使用不便与缺陷，因此有必要对现有技术进一步加以改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耳机及其自动音量调节的控制方法与模块，可以根据用户使用情况或者播放音频文件对于不断变化的外界噪声或者环境声音加以关注并以此为依据进行音量调节。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，包括：
一音频信号采集及MIC模块，用于采集外部实时声音信号并转换为电信号；
一耳机声学特性记录模块，用于记录耳机系统固有声学特性；
一声学特征分析模块，电性连接至所述音频信号采集及MIC模块以及所述耳机声学特性记录模块，用于根据所述耳机系统固有声学特性将所述实时声音信号中由耳机播放的音频信号去除，获取耳机外部纯外界噪声和语音信号；
一外界声音信号分析模块，电性连接至所述声学特征分析模块，用于将所述纯外界噪声和语音信号进行频率特征分析，获取外界语音信号强度；
一音量调节模块，电性连接至所述外界声音信号分析模块，当所述外界语音信号强度大于设定的阈值时，判断为存在有人在说话的情景状态，则自动控制耳机音量降低或直接静音。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，当所述音量调节模块判断所述外界语音信号强度小于设定的阈值一段时间后，则自动控制耳机音量恢复正常音量。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，所述耳机系统固有声学特性是通过耳机扬声器播放一测试扫频信号而获取的。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，所述耳机系统固有声学特性包括频响、延迟和/或相位。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，所述声学特征分析模块，是通过一数字滤波处理装置将语音频率成分提取并根据语音特性进行鉴别，从而获得外界语音信号的强度。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，所述声学特征分析模块，通过将识别后的语音频率成分滤除得到外界噪音成分的强度。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，所述数字滤波处理装置为数字滤波器，或者为数字信号处理器DSP内的滤波单元。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，所述声学特征分析模块将外界噪音信号进行强度分级，并根据分级情况相应调整耳机音量。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，所述声学特征分析模块将所述音频信号与测得的耳机固有声学特性函数做卷积运算，得到耳机播放音频信号时对音频信号采集及MIC模块产生的影响信号。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特点在于，所述外界纯噪声和语音信号是所述外界声音信号分析模块通过将音频信号采集及MIC模块传入信号去除所述影响信号而得到的。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种耳机，包括：
一壳体，设置有出音口；
一耳机扬声器，设置在所述壳体内部，用于播放音频信号；
一控制器，与所述扬声器电性连接，其特点在于，所述控制器包括上述的用于耳机自动音量调节的控制模块。
上述的耳机，其特点在于，在所述壳体内还设置有与所述控制器连接的一加速度传感器，所述加速度传感器用于采集耳机用户迅速抬头或低头动作的感应信号，所述控制器还包括一用户行为分析模块，用于识别接收的用户迅速抬头或低头动作的行为感应信号；所述音量调节模块根据所述行为感应信号控制耳机加减音量或者暂停播放。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种耳机自动音量调节方法，所述方法采用权利要求1所述的控制模块实现，包括：
音频信号采集步骤，用于采集所述耳机外部的实时声音信号并转换为电信号；
耳机声学特性记录步骤，用于记录耳机系统固有声学特性；
声学特征分析步骤，用于根据所述耳机系统固有声学特性将所述实时声音信号中由耳机播放的音频信号去除，获取耳机外部纯外界噪声和语音信号；
外界声音信号分析步骤，用于将所述纯外界噪声和语音信号进行频率特征分析，获取外界语音信号强度；
音量调节步骤，当所述外界语音信号强度大于设定的阈值时，判断为存在有人在说话的情景状态，则自动控制耳机音量降低或直接静音。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制方法，其特点在于，在执行所述音量调节步骤时，当判断所述外界语音信号强度小于设定的阈值一段时间后，则自动控制耳机音量恢复正常音量。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制方法，其特点在于，所述耳机系统固有声学特性是通过耳机扬声器播放一测试扫频信号而获取的。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制方法，其特点在于，所述耳机系统固有声学特性包括频响、延迟和/或相位。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制方法，其特点在于，在所述声学特征分析步骤中，是采用数字滤波处理方式将语音频率成分提取并根据语音特性进行鉴别，从而获得外界语音信号的强度。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制方法，其特点在于，在所述声学特征分析步骤中，进一步通过将识别后的语音频率成分滤除得到外界噪音成分的强度。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制方法，其特点在于，在所述声学特征分析步骤中，进一步将外界噪音信号进行强度分级，并根据分级情况在10dB范围内调整耳机音量。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制方法，其特点在于，在所述声学特征分析步骤中，是通过将所述音频信号与测得的耳机固有声学特性函数做卷积运算，得到耳机播放音频信号时对音频信号采集及MIC模块产生的影响信号。
上述的一种用于耳机自动音量调节的控制方法，其特点在于，在所述外界声音信号分析步骤中，所述外界纯噪声和语音信号是通过将音频信号采集及MIC模块传入信号去除所述影响信号而得到的。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种存储介质，用于存储执行上述任意一种所述控制方法的程序。
本发明通过识别外界或者本人发出的话音信号来自动降低耳机的音量，使用户不必摘下耳机就可以与其他人正常交流，而不会因长时间听耳机音乐导致听力损伤。
此外，本发明还可以根据外界噪声强度(剔除话音成分)来调节音量，使用用户总是听到必要的音量，从而最大限度地减少听力损伤。
附图说明
图1是本发明一实施例所揭示的一种耳机；
图2是本发明一实施例所揭示的一种用于耳机自动音量调节的控制模块；
图3是本发明一实施例所揭示的一种用于耳机自动音量调节的控制方法；
图4是图3中所示实施例控制方法中获取耳机系统声学特性函数的步骤；
图5是实际用户使用耳机过程中耳机内部音量控制的流程示意图；
图6是本发明另一实施例所揭示的一种耳机；
图7是本发明另一实施例所揭示的一种用于耳机自动音量调节的控制模块。
其中，附图标记：
1-耳机
10-壳体
11-扬声器
12-控制器
121-音频信号采集及MIC模块
122-耳机声学特性记录模块
123-声学特征分析模块
124-外界声音信号分析模块
125-音量调节模块
126-用户行为分析模块
14-加速度传感器
15-电源
S10-音频信号采集步骤
S11-耳机声学特性记录步骤
S12-声学特征分析步骤
S13-外界声音信号分析步骤
S14-音量调节步骤
S140-根据外界语音信号强度与设定的阈值进行比较步骤
S141-判断是否存在有人说话的步骤
S142-降低耳机音量的步骤
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，说明书中针对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用，指的是描述的该实施例可包括特定的特征、结构或特性，但不必然每个实施例必须包含这些特定特征、结构或特性。此外，这种表述并非指的是同一个实施例。进一步，在结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，无论有没有明确的描述，已经表明将这样的特征、结构或特性结合到其它实施例中是在本领域技术人员的知识范围内的。
在说明书及后续的权利要求书中使用了某些词汇来指称特定组件或部件，本领域普通技术的员应可理解，技术使用者或制造商可以不同的名词或术语来称呼同一个组件或部件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件或部件的方式，而是以组件或部件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求项中所提及的“包括”和“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。以外，“连接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。间接的电性连接手段包括通过其它装置进行连接。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在图1和图2中，本发明揭示了一种耳机1，包括：壳体10、设置于壳体10内部的扬声器11和控制器12，其中该扬声器11与该控制器12电性连接。在本实施中，该耳机1通过音频线接口与外部音频信号源(可以是任意一种音频播放器，如智能手机、IPAD、笔记本电脑、电子书、随身光碟播放器)连接，连接方式即可以是有源保真金属导线，也可以是无线方式，如WIFI、蓝牙等。
在图1、图2的实施例中，耳机1的控制器12为一种带有DSP处理器的控制电路，该DSP(数字信号处理器)又包括如下数据处理功能模块：音频信号采集及MIC模块121、耳机声学特性记录模块122、声学特征分析模块123、外界声音信号分析模块124和音量调节模块125。其中，该耳机声学特性记录模块122通过内部存储器存储有耳机系统固有声学特性参数，例如，频响、延迟和/或相位等。该音频信号采集及MIC模块121用于将采集的耳机外部实时声音信号转换为数字音频信号；该声学特征分析模块123根据存储在DSP存储器中的该耳机系统固有声学特性，进一步将该实时声音信号中由该耳机1播放的音频信号去除，从而获取耳机外部纯外界噪声和语音信号；该外界声音信号分析模块124，进一步将该纯外界噪声和语音信号进行音频特征分析，获取外界语音信号强度；该音量调节模块125，当该外界语音信号强度大于设定的阈值(产品出厂前设定为隐含值)时，判断为存在有人在说话的情景状态，则自动控制耳机音量降低或直接静音。于其他实施例中，更可通过音频信号采集及MIC模块121将外界语音收音后再通过扬声器11播放；当该外界语音信号强度小于设定的阈值一段时间后，则自动控制耳机音量恢复正常音量。于其他实施例中，用户更可以主动控制恢复正常音量(主动迅速抬头或低头来控制耳机加减音量或者暂停开始播放)。参见图3所示实施例。
在图1、图2和图3的实施例中，在耳机正常工作时，耳机1的音频信号采集及MIC模块121实时检测外部环境噪声和语音信号，由于该耳机1播放出的音乐本身也会被音频信号采集及MIC模块121检测到，所以在进行信号成分分析之前，先要根据存储器中该耳机1的系统固有声学特性将播放音乐产生的影响去除，得到准确的外界噪声和语音信号。
在本发明的实施例中，该控制器12的处理功能是通过一个专用的数字信号处理器(DSP)来实现的，其通过语音频率成分提取，再根据语音特性进行鉴别，从而得到外界语音信号强度；反之，通过将识别后的语音频率成分滤除可以得到外界噪音信号强度。其中，该声学特征分析模块123是将该音频信号与测得的耳机固有声学特性函数做卷积运算，从而得到了耳机播放音乐信号时对音频信号采集及MIC模块121产生的影响信号。
当然，在本发明的实施方案中，该声学特征分析模块123的音频信号滤波功能也可以通过设计一组滤波电路来实现，即通过该滤波器电路来识别出外界语音信号强度，并且进一步将识别后的语音频率成分滤除得到外界噪音成分的强度。
在图1、图2所示实施方案中，该耳机系统固有声学特性是在耳机出厂前的产品研发阶段通过耳机扬声器播放一测试扫频信号而获取的，参见图4或图5揭示的技术方案。
此外，在图1、图2的实施例中，当耳机用户觉得需要降低或增加音量时，可以通过将外界噪音信号进行强度分级，并根据分级情况来在一定范围内调节音量，范围可为10dB。
本发明还揭示了另一个实施例，当耳机用户处于嘈杂人群中的情况下，用户可以自行判断是否需要降低音量，以避免产生误动作，影响体验。例如，在图6所示实施例中，可以设置按键开关16或类似的数字按键以及输入开/关的语音，来关闭自动音量调节功能。此外，在图6图7中，还可以在耳机中加入一加速度传感器14，在控制器中设置用户行为分析模块126，该用户行为分析模块126，可以通过分析该加速度传感器14发送的行为感应信号，识别出用户迅速抬头或低头动作，并由该音量调节模块125根据用户的行为感应信号控制耳机加减音量或者暂停播放。
在本发明的上述几个实施例中，耳机端即可以配置电池，与音源播放器通过无线方式连接，如，该耳机1可以是蓝牙机、WIFI等无线耳机。耳机端也可以通过金属导线传输电源信号和音频信号。
在图3中揭示了本发明的另一实施例，一种用于耳机的自动音量调节控制方法，该方法包括如下步骤：
音频信号采集步骤S10，用于将接收的耳机外部实时的声音信号转换为电信号；
耳机声学特性记录步骤S11，用于记录通过音频信号采集及MIC模块采集的耳机系统固有声学特性；
声学特征分析步骤S12，用于根据该耳机系统固有声学特性将该声音信号中由耳机播放的音频信号去除，获取耳机外部纯外界噪声和语音信号；外界声音信号分析步骤S13，用于将该纯外界噪声和语音信号进行频率特征分析，获取外界语音信号强度；
音量调节步骤S14，当该外界语音信号强度大于设定的阈值时，判断为存在有人在说话的情景状态，则自动控制耳机音量降低或直接静音。
此外，在执行所述音量调节步骤S14时，还可以在进一步判断该外界语音信号强度小于设定的阈值一段时间后，则自动控制耳机音量恢复正常音量。
为了实现上述控制方式，在图5和图6的实施方案中，在耳机产品开发阶段，通过耳机扬声器播放一测试扫频信号并由音频信号采集及MIC模块采集到，通过测试分析获得该耳机的系统固有声学特性参数，如，频响、延迟和/或相位等。
在图5所示耳机实际使用过程中，可以通过将音乐信号与测得耳机系统固有特性函数做卷积运算得到耳机播放音乐对音频信号采集及MIC模块产生的影响信号；并利用如下运算公式得出实际的外界信号(纯外界噪声和语音信号)，即，纯外界信号＝传入信号-影响信号；进一步通过对得到的纯外界信号进行频率分析，从而鉴别出语音成分和噪声成分大小，并据此调节音量。当然，上述数字信号的处理过程均是在DSP数字处理器中进行。该DSP数字处理器即可以设置在耳机壳体内部(如无线蓝牙耳机)，也可以设置在音源播放器一侧。
此外，控制音量的方法并不仅限于数字控制电路自动控制，必要时如处于嘈杂人群中的情况下，也可由用户自行判断是否需要降低音量，以避免产生误动作，影响体感。例如，在耳机中加入一加速度传感器，当用户觉得有需要降低或者增加音量时，可以通过迅速抬头或低头来控制耳机加减音量或者暂停开始播放，如低头就可以控制降低音量10dB，而抬头就能提高音量10dB。
本发明还提供了一种存储介质，用于存储执行上述实施例中音量控制方法的程序。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，包括：
一音频信号采集及MIC模块，用于采集外部实时声音信号并转换为电信号；
一耳机声学特性记录模块，用于记录耳机系统固有声学特性；
一声学特征分析模块，电性连接至所述音频信号采集及MIC模块以及所述耳机声学特性记录模块，用于根据所述耳机系统固有声学特性将所述实时声音信号中由耳机播放的音频信号去除，获取耳机外部纯外界噪声和语音信号；
一外界声音信号分析模块，电性连接至所述声学特征分析模块，用于将所述纯外界噪声和语音信号进行频率特征分析，获取外界语音信号强度；
一音量调节模块，电性连接至所述外界声音信号分析模块，当所述外界语音信号强度大于设定的阈值时，判断为存在有人在说话的情景状态，则自动控制耳机音量降低或直接静音。
2.根据权利要求1所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，当所述音量调节模块判断所述外界语音信号强度小于设定的阈值一段时间后，则自动控制耳机音量恢复正常音量。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述耳机系统固有声学特性是通过耳机扬声器播放一测试扫频信号而获取的。
4.根据权利要求3所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述耳机系统固有声学特性包括频响、延迟和/或相位。
5.根据权利要求4所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述声学特征分析模块，是通过一数字滤波处理装置将语音频率成分提取并根据语音特性进行鉴别，从而获得外界语音信号的强度。
6.根据权利要求5所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述声学特征分析模块，通过将识别后的语音频率成分滤除得到外界噪音成分的强度。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述数字滤波处理装置为数字滤波器，或者为数字信号处理器DSP内的滤波单元。
8.根据权利要求5或6所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述声学特征分析模块将外界噪音信号进行强度分级，并根据分级情况相应调整耳机音量。
9.根据权利要求3所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述声学特征分析模块将所述音频信号与测得的耳机固有声学特性函数做卷积运算，得到耳机播放音频信号时对所述音频信号采集及MIC模块产生的影响信号。
10.根据权利要求9所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述外界纯噪声和语音信号是所述外界声音信号分析模块通过将所述音频信号采集及MIC模块传入信号去除所述影响信号而得到的。
11.根据权利要求3所述的一种用于耳机自动音量调节的控制模块，其特征在于，所述控制模块还包括一用户行为分析模块，用于识别用户迅速抬头或低头动作的行为感应信号；所述音量调节模块根据所述行为感应信号控制耳机加减音量或者暂停播放。
12.一种耳机，包括：
一壳体，设置有出音口；
一耳机扬声器，设置在所述壳体内部，用于播放音频信号；
以及
一控制器，与所述扬声器电性连接，其特征在于，所述控制器包括权利要求1所述的用于耳机自动音量调节的控制模块。
13.根据权利要求12所述的耳机，其特征在于，在所述壳体内还设置有与所述控制器连接的一加速度传感器，所述加速度传感器用于采集耳机用户迅速抬头或低头动作的感应信号，所述控制器还包括一用户行为分析模块，用于识别接收的用户迅速抬头或低头动作的行为感应信号；所述音量调节模块根据所述行为感应信号控制耳机加减音量或者暂停播放。
14.一种耳机自动音量调节方法，所述方法采用权利要求1所述的控制模块实现，其特征在于，包括：
音频信号采集步骤，用于采集所述耳机外部的实时声音信号并转换为电信号；
耳机声学特性记录步骤，用于记录耳机系统固有声学特性；
声学特征分析步骤，用于根据所述耳机系统固有声学特性将所述实时声音信号中由耳机播放的音频信号去除，获取耳机外部纯外界噪声和语音信号；
外界声音信号分析步骤，用于将所述纯外界噪声和语音信号进行频率特征分析，获取外界语音信号强度；
音量调节步骤，当所述外界语音信号强度大于设定的阈值时，判断为存在有人在说话的情景状态，则自动控制耳机音量降低或直接静音。
15.一种存储介质，用于存储执行权利要求14所述方法的程序。
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