CN112349265A - 声音播放装置及其通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声音播放装置及其通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法。该方法包括以下步骤：播放声音信号作为噪音掩蔽信号；接收环境的环境音；分析环境音在N个不同频段中是否存在干扰音；以及在干扰音频段与时间区段提升噪音掩蔽信号的能量。其中，在分析环境音过程中，若存在干扰音，则找到至少一个干扰音频段及时间区段，其中5≦N≦1000，且干扰音满足以下条件：该环境音在该干扰音频段的实时声音混乱度值大于动态声音平均混乱度值，其中：实时声音混乱度值是在当时取样时间中计算出的声音混乱度值；取样时间为0.1秒至2秒之间；动态声音平均混乱度值是取样之前实时声音混乱度值所累计的平均混乱度值。

Description

声音播放装置及其通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法

技术领域

本发明涉及一种声音播放装置及其通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法，特别是一种能通过计算环境音不同频段的声音混乱度值(熵)，分析噪音的信息含量与干扰程度，判断干扰音是否存在的声音播放装置及其通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法。

背景技术

使用者时常在需要集中注意力于单一事物，或是想要放空休息、甚至睡觉时，被外界的噪音所干扰。在现有技术中，可以通过白噪音(如海浪声、下雨声、风声等)，来掩盖掉外界的干扰音(如哭声、喇叭声、人讲话的吵杂声等)。然而，现有技术的噪音掩蔽信号大多局限于使用白噪音遮噪，变化性较低，若能将用户喜爱的音乐、声音信号作为噪音掩蔽信号，更加符合使用者的需求。更重要的是，现有技术仅能根据环境音的能量改变，自动调整白噪音的噪音掩蔽音量播放，其所播放的白噪音会遮住所有环境音，包含环境中声音混乱度值(熵)较小、信息含量较低的背景噪音(如风扇声、冷气声)，以及声音混乱度值(熵)较大、信息含量较高、真正会影响(如分散注意力、吵醒)使用者活动的干扰音。而事实上需要被掩盖的只有干扰音，现有技术未先通过计算环境声音混乱度值(熵)分析噪音的信息含量与干扰程度，也未判断干扰音是否存在，进而根据环境音中真正的干扰音进行噪音掩蔽信号的调整。如此一来，现有技术所播放的白噪音往往能量太大、掩盖效率较差，无形之中本身也成为一种噪音。

因此，有必要发明一种新的声音播放装置及其通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法，以解决现有技术的缺失。

发明内容

本发明的主要目的之一是提供一种声音播放装置，其能通过计算环境音中不同频段的声音混乱度值(熵)，分析噪音的信息含量与干扰程度，判断干扰音是否存在。

本发明的另一主要目的是提供一种用于上述声音播放装置的通过声音信号掩盖干扰音的方法。

为达成上述的目的，本发明的声音播放装置用来使用户可在一具干扰音的环境内使用。声音播放装置包括扬声模块、声音接收模块、运算模块及声音处理模块。扬声模块用来播放声音讯号作为噪音掩蔽信号。声音接收模块用来接收环境的环境音。运算模块是电性连接声音接收模块，用来分析环境音在N个不同频段中是否存在干扰音；若存在，则找到至少一个干扰音频段及时间区段，优选的，5≦N≦1000，且干扰音满足以下条件：该环境音在该干扰音频段的实时声音混乱度值大于动态声音平均混乱度值，其中：实时声音混乱度值是在当时一取样时间内计算出的声音混乱度值，取样时间为0.1秒至2秒之间；动态声音平均混乱度值为取样之前实时声音混乱度值所累计的平均混乱度值。声音处理模块是电性连接运算模块及扬声模块，用来在干扰音频段与时间区段提升噪音掩蔽信号的能量，使得扬声模块放大噪音掩蔽信号在干扰音频段与时间区段的能量。

本发明提供的通过声音信号掩盖干扰音的方法，包括以下步骤：播放一声音信号作为噪音掩蔽信号；接收环境的环境音；分析环境音在N个不同频段中是否存在干扰音；以及在干扰音频段与时间区段提升噪音掩蔽信号的能量。其中，在分析环境音的过程中，若存在干扰音，则找到至少一个干扰音频段及时间区段，优选的，5≦N≦1000，且干扰音满足以下条件：该环境音在该干扰音频段的实时声音混乱度值大于动态声音平均混乱度值，其中：实时声音混乱度值是在当时一取样时间内计算出的声音混乱度值，取样时间为0.1秒至2秒之间；动态声音平均混乱度值为取样之前实时声音混乱度值累计的平均混乱度值。

附图说明

图1是本发明的声音播放装置的架构示意图。

图2是本发明一实施例的环境音在不同频段的频谱示意图。

图3A是根据图2得出的环境音频段在125Hz时的实时声音混乱度值与动态声音平均混乱度值的能量示意图。

图3B是根据图2得出的环境音频段在4000Hz时的实时声音混乱度值与动态声音平均混乱度值的能量示意图。

图4是根据图2得出的，为本发明一实施例的噪音掩蔽信号的能量调整的频谱示意图。

图5是本发明涉及的通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法的步骤流程图。

【符号说明】

声音播放装置 10

扬声模块 20

声音接收模块 30

运算模块 40

声音处理模块 50

环境音 S1

实时声音混乱度曲线 S2、S2’

动态声音平均混乱度曲线 S3、S3’

噪音掩蔽信号 S4、S4’

时间区段 T1、T2、T3、T4、T5、T1’、T2’、T3’、T4’、T5’

具体实施方式

为能更了解本发明的技术内容，特举较佳具体实施例说明如下。

以下请参考图1，其是本发明的声音播放装置的架构示意图。

本发明的声音播放装置10是用来使一使用者可在一具有干扰音的环境内使用，以播放出声音信号来掩盖环境内噪音的干扰。该声音播放装置包括扬声模块20、声音接收模块30、运算模块40及声音处理模块50。

扬声模块20可以为一喇叭，用以播放声音信号作为噪音掩蔽信号。声音信号可以为白噪音(如海浪声、下雨声、风声等)或是其他的音乐，但本发明并不限于此。声音接收模块30可以为麦克风，用以接收该环境的环境音S1。运算模块40是电性连接声音接收模块30，用来分析该环境音在N个不同频段中是否存在干扰音，优选的，N可以大于等于5，但小于等于1000，但本发明并不限制频段分割的数量。

在此，请结合参考图2，其是本发明一实施例的环境音在不同频段的频谱示意图，图3A是根据图2得出的，为环境音频段在125Hz时的实时声音混乱度值与动态声音平均混乱度值的能量示意图，以及图3B，也是根据图2得出的，为环境音频段在4000Hz时的实时声音混乱度值与动态声音平均混乱度值的能量示意图。

假设环境音S1分为32Hz、64Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、8000Hz及16000Hz多个频段，但本发明并不限于此区分方式。以图2为例，环境音S1在125Hz及4000Hz处有干扰音。运算模块40对于干扰音的定义方式为干扰音要满足以下条件：该环境音S1在某一频段(如图2的125Hz或4000Hz)内的实时声音混乱度值大于动态声音平均混乱度值。实时声音混乱度值是在当时的取样时间内计算出的声音混乱度值，该取样时间可以为0.1秒至2秒之间；且该动态声音平均混乱度值即为取样之前该实时声音混乱度值累计的平均混乱度值。故运算模块40对环境音S1的每一频段计算后，可以分析出环境音中具有干扰音的频段以及此频段中干扰音出现的时间区段。

以图3A为例，图3A中以实线代表环境音S1在125Hz时的实时声音混乱度曲线S2，虚线代表动态声音平均混乱度曲线S3。实时声音乱度曲线S2即为运算模块40计算环境音S1于某一频段、某一时间点在取样时间0.1秒至2秒之间的混乱度值的曲线。而在不同时间点的动态声音平均混乱度曲线S3会随着该时间点之前的实时声音混乱度曲线S2所累计的平均混乱度值而改变，两者的大小关系可能会随着改变，故图3A中可以分为时间区段T1到T5，其中时间区段T1、T3、T5中为实时声音混乱度曲线S2大于动态声音平均混乱度曲线S3，时间区段T2、T4中为动态声音平均混乱度曲线S3大于实时声音混乱度曲线S2。如此一来，运算模块40就可以得知在频段125Hz时，干扰音出现在时间区段T1、T3、T5。

另外，图3B中以实线代表环境音S1在频段4000Hz时的实时声音乱度曲线S2’，以虚线代表动态声音平均混乱度曲线S3’。图3B中分为时间区段T1’到T5’，其中时间区段T1’、T3’、T5’中为实时声音混乱度曲线S2’大于动态声音平均混乱度曲线S3’，时间区段T2’、T4’中为动态声音平均混乱度曲线S3’大于实时声音混乱度曲线S2’。如此一来，运算模块40就可以得知在频段4000Hz时，干扰音出现在时间区段T1’、T3’、T5’。

接着声音处理模块50要对作为噪音掩蔽信号的声音信号进行处理。声音处理模块50是电性连接扬声模块20及运算模块40。声音处理模块50在该干扰音频段与其时间区段提升噪音掩蔽信号的能量，使得该扬声模块20放大该噪音掩蔽信号在该干扰音频段与时间区段的能量。因此声音处理模块50将时间区段T1、T3、T5内，频段为125Hz的噪音掩蔽信号放大，以及将时间区段T1’、T3’、T5’内，频段为4000Hz的噪音掩蔽信号放大，让噪音掩蔽信号可以掩盖干扰音的干扰。该声音处理模块50在该干扰音频段与时间区段提升噪音掩蔽信号的能量增益为M倍，其中M≧该实时声音混乱度值除以该动态声音平均混乱度值的数值，优选的，M≦30，但本发明并不限于此数值。

另外在有干扰音的时间区段，该声音处理模块50也可以在该干扰音频段两旁各一频段提升噪音掩蔽信号的能量，但小于该声音处理模块50在该干扰音频段提升噪音掩蔽信号的能量。就如图4所示，图4是根据图2得出的，为本发明一实施例的噪音掩蔽信号的能量调整的频谱示意图。

运算模块40找出125Hz及4000Hz处有干扰音，且声音处理模块50干扰音频段皆为时间区段T1、T3、T5，因此声音处理模块50在时间区段T1、T3、T5的时候都在环境音S1的125Hz及4000Hz频段处增加噪音掩蔽信号S4的能量，且在64Hz、250Hz、2000Hz及8000Hz频段处也增加噪音掩蔽信号S4’的能量，此处噪音掩蔽信号S4’的能量会小于遮噪音讯S4的能量。

需注意的是，声音播放装置10具有的各模块可以为硬件装置、软件程序结合硬件装置、固件结合硬件装置等方式架构而成，例如可以将一计算机程序产品储存于一计算机可读取媒体中读取并执行以完成本发明的各项功能，但本发明并不以上述的方式为限。此外，本实施方式为本发明的较佳实施例，为避免赘述，并未详加记载所有可能的变化组合。然而，本领域的一般技术人员公知，上述各模块或组件并不是缺一不可的，且为了实施本发明，也可能包含其他更加详细的现有模块或组件。各模块或组件均可能视需求而加以省略或修改，且任意两模块之间也可能存在其他模块或组件。

接着请参考图5，其为本发明的通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法的步骤流程图。此处需注意的是，以下虽然是上述声音播放装置10为例说明本发明的通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法，但本发明的通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法并不以使用上述相同结构的声音播放装置10为限。

首先声音播放装置10进行步骤501：播放一声音信号作为噪音掩蔽信号。即声音播放装置10利用扬声模块20播放一声音信号作为噪音掩蔽信号。

同时进行步骤502：接收该环境的环境音。

即声音接收模块30会接收该环境的环境音。

接着进行步骤503：分析该环境音在N个不同频段中是否存在干扰音。

即运算模块40会分析该环境音在N个不同频段中是否存在干扰音，优选的，N可以大于等于5，但小于等于1000，但本发明并不限制频段分割的数量。

当干扰音出现时，运算模块40可进行步骤504：找到至少一个干扰音频段及时间区段。

此时运算模块40再将分析出环境音中具有干扰音的频段以及此频段中干扰音出现的时间区段。运算模块40对环境音S1的每一频段计算后，找出满足该环境音S1在某一频段内的实时声音混乱度值大于动态声音平均混乱度值的时间区段，即为具有干扰音的频段及时间区段。

最后进行步骤505：在该干扰音频段与时间区段提升噪音掩蔽信号的能量。

即声音处理模块50可在干扰音频段与时间区段处提升噪音掩蔽信号S4的能量，以放大该噪音掩蔽信号S4在该干扰音频段与时间区段的能量来掩盖干扰音。声音处理模块50在该干扰音频段与时间区段提升噪音掩蔽信号的能量增益为M倍，其中M≧该实时声音混乱度值除以该动态声音平均混乱度值的数值，优选的，M≦30，但本发明并不限于此数值。在有干扰音的时间区段，该声音处理模块50也可以在该干扰音频段两旁各一频段提升噪音掩蔽信号S4’的能量，但两旁的频段噪音掩蔽信号S4’所提升的能量要小于该声音处理模块50在该干扰音频段提升噪音掩蔽信号S4的能量。如此一来，扬声模块20即可拨放出放大能量的噪音掩蔽信号S4及S4’，来掩盖干扰音。

此处需注意的是，本发明的通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法并不以上述的步骤次序为限，只要能完成本发明的目的，上述的步骤次序也可加以改变。

由上述的说明可知，根据上述实施方式，使用者使用声音播放装置10时就可以利用计算不同频段的声音混乱度值判断干扰音是否存在，通过调整不同频段与时间区段的噪音掩蔽信号的能量，来更有效率的掩盖干扰音。

应当注意的是，上述仅为实施例，并非用以限定本发明的范围。本发明的上述实施例还可以做出各种变化，即凡是依据本发明构思所作的等效变化与修饰，皆落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法，该方法应用于一声音播放装置，使一使用者可在一环境内使用该声音播放装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：

播放一声音信号作为一噪音掩蔽信号；

接收该环境的一环境音；

分析该环境音在N个不同频段中是否存在一干扰音，若存在，则找到至少一个干扰音频段及一时间区段，其中5≦N≦1000，且该干扰音满足以下条件：

该环境音在该干扰音频段的实时声音混乱度值大于动态声音平均混乱度值，其中：

该实时声音乱度值是在当时一取样时间内计算出的声音混乱度值；该取样时间为0.1秒至2秒之间；

该动态声音平均混乱度值为取样之前该实时声音混乱度值所累计的平均混乱度值；以及

在该干扰音频段与该时间区段提升该噪音掩蔽信号的能量。

2.如权利要求1所述的通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：在该干扰音频段与该时间区段提升噪音掩蔽信号的能量增益为M倍，其中M≧该实时声音混乱度值与该动态声音平均混乱度值的比值。

3.如权利要求2所述的通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法，其特征在于，M≦30。

4.如权利要求1所述的通过噪音掩蔽信号掩盖干扰音的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

在有干扰音的该时间区段，在该干扰音频段两旁各一频段提升该噪音掩蔽信号的能量，但小于该干扰音频段提升的该噪音掩蔽信号的能量。

5.一种声音播放装置，使一使用者可在一环境内使用该装置；其特征在于，该声音播放装置包括：

一扬声模块，用来播放一声音信号作为一噪音掩蔽信号；

一声音接收模块，用来接收该环境的一环境音；

一运算模块，电性连接于该声音接收模块，用来分析该环境音在N个不同频段中是否存在一干扰音；若存在，则找到至少一个干扰音频段及一时间区段，其中5≦N≦1000，且该干扰音满足以下条件：

该环境音在该干扰音频段的一实时声音混乱度值大于一动态声音平均混乱度值，其中：

该实时声音混乱度值是在当时一取样时间内计算出的声音混乱度值，该取样时间为0.1秒至2秒之间；

该动态声音平均混乱度值为取样之前该实时声音混乱度值累计的平均混乱度值；以及

一声音处理模块，电性连接于该运算模块及该扬声模块，用来在该干扰音频段与该时间区段提升该噪音掩蔽信号的能量，使得该扬声模块放大该噪音掩蔽信号在该干扰音频段与该时间区段的能量。

6.如权利要求5所述的声音播放装置，其特征在于，该声音处理模块在该干扰音频段与该时间区段提升该噪音掩蔽信号的能量增益为M倍，其中M≧该实时声音混乱度值与该动态声音平均混乱度值的比值。

7.如权利要求6所述的声音播放装置，其特征在于，M≦30。

8.如权利要求5所述的声音播放装置，其特征在于，在有干扰音的该时间区段，该声音处理模块在该干扰音频段两旁各一频段提升噪音掩蔽信号的能量，但小于该声音处理模块在该干扰音频段提升的该噪音掩蔽信号的能量。

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