CN113038336A - 耳机用音量控制方法、耳机用音量控制装置以及耳机 - Google Patents

耳机用音量控制方法、耳机用音量控制装置以及耳机 Download PDF

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Abstract

本发明提供了耳机用音量控制方法，其能够不使用户注意到音量变化地变更音量。在耳机用音量控制方法中，求取通过麦克风(15)获取到的声音信号在第一时间范围内的电平；根据所述电平求取音量的目标值；以及花费第二时间，将内容的声音信号的音量阶段性地变更为所述目标值。

Description

耳机用音量控制方法、耳机用音量控制装置以及耳机
技术领域
本发明的一个实施方式涉及控制耳机(earphone)的音量的耳机用音量控制方法、耳机用音量控制装置、以及具备该耳机用音量控制装置的耳机。
背景技术
专利文献1及专利文献2公开了进行音量控制以使通过耳机获取到的环境音和输出音的合计电平(level)不超过阈值的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第9609449号说明书
专利文献2：美国专利第7983426号说明书
发明内容
用户在使用耳机时，有时会根据周围的环境音的音量而提高内容(Contents)的音量。其后，即使周围变得安静，用户由于已习惯了较大的声音、或者觉得音量操作麻烦，有时也会持续大音量地聆听内容。从听觉保护的观点出发，并不优选持续以大音量聆听。但是，如专利文献1、2的方法那样，存在当根据环境音的音量而变更内容的音量时用户会注意到音量变化且感觉到不协调感的情况。
因此，本发明的一个实施方式的目的之一在于，提供能够使用户不会注意到音量变化而变更音量的耳机用音量控制方法、耳机用音量控制装置以及具备该耳机用音量控制装置的耳机。
耳机用音量控制方法求取通过麦克风获取到的声音信号在第一时间范围内的电平，根据电平求取音量的目标值，花费第二时间，将内容的声音信号的音量阶段性地变更为目标值。
根据本发明的一个实施方式，能够使用户不会注意到音量变化而变更音量。
附图说明
图1是示出耳机1的结构的框图。
图2是耳机1的功能框图。
图3是示出处理器12的动作的流程图。
图4是示出变形例涉及的处理器12的功能性结构的框图。
标号说明
11通信部；12处理器；13RAM；14闪存；15麦克风；16扬声器单元；17用户接口；141音量控制程序；121电平计算部；125第一电平调整部；126第一平均功率计算部；127第二平均功率计算部；129目标值设定部；131第一存储部；132第二存储部；151第二电平调整部；152第三电平调整部。
具体实施方式
图1是示出耳机1的结构的框图。耳机1具备通信部11、处理器12、RAM13、闪存14、麦克风15、扬声器单元16以及用户I/F 17。
通信部11通过蓝牙(Bluetooth，注册商标)等无线通信从智能手机等信息处理终端或便携式音乐再生装置等的播放器接收声音信号。其中，本发明并不限于无线通信用的耳机。通信部11也可以通过通信电缆或音频电缆从播放器接收声音信号。并且，耳机并不仅限于插入外耳道加以使用的入耳式，还包括具有头戴受话器的头戴式(头戴耳机)。
此外，在图1中示出了分别插入左耳及右耳加以使用的两个单元中的一个单元。两个单元具有相同的结构以及功能。其中，两个单元无需具有相同的结构及功能。例如，也可以左耳和右耳中任一方的单元具有如图1所示的结构，并进行对另一方的单元供给的声音信号的音量控制。这种情况下，另一方的单元接收被一方单元进行了音量控制的声音信号，并通过扬声器单元输出声音信号。
在图1中，处理器12由CPU(中央处理器)、DSP(数字信号处理器)或Soc(System ona chip，系统级芯片)等构成。处理器12通过从作为存储介质的闪存14读出程序，临时存储于RAM13，从而进行各种动作。程序包含音量控制程序141。
闪存14存储有处理器12的动作用程序。例如，闪存14存储有上述音量控制程序141。处理器12通过音量控制程序141来实现本发明的耳机用音量控制方法以及耳机用音量控制装置。
麦克风15获取周围的声音作为声音信号。周围的声音包含环境音。此外，所谓环境音包含内容以外的声音，例如包含噪声。并且，麦克风15对获取到的声音信号进行数字转换。麦克风15将数字转换后的声音信号输出给处理器12。
处理器12从麦克风15接收与环境音相关的声音信号。处理器12从通信部11接收内容的声音信号。处理器12根据从用户I/F 17接受的音量的变更操作(增益的指定操作)、以及从麦克风15接收到的声音信号来控制内容的声音信号的音量。处理器12将内容的声音信号输出给扬声器单元16。
扬声器单元16将内容的声音信号转换为模拟信号。扬声器单元16根据模拟信号进行放音。
用户I/F 17接受来自用户的操作。从用户接受的操作例如是音量的变更(增益的指定)。
图2是示出包括处理器12的耳机1的功能性结构的框图。图3是示出处理器12的动作的流程图。处理器12具备第一电平调整部125、第一平均功率计算部126、第二平均功率计算部127、第一存储部131、第二存储部132、目标值设定部129、第二电平调整部151、以及第三电平调整部152。第一电平调整部125、第一平均功率计算部126、以及第二平均功率计算部127构成电平计算部121。由闪存14构成第一存储部131以及第二存储部132。
电平计算部121求取通过麦克风15获取到的声音信号在第一时间范围内的电平。具体而言，电平计算部121求取通过麦克风15获取到的声音信号在第一时间范围内的平均功率(S11)。此外，电平计算部121求取作为电平的结果并不仅限于平均功率。
第一平均功率计算部126例如作为第一时间范围而求取1000毫秒(msec)间的平均功率。第一平均功率计算部126在声音信号的采样频率为例如48kHz的情况下求取包括最新采样数据的48000样本的平均功率。此外，第一平均功率计算部126也可以例如将各样本的值平方后相加再除以样本数来求取平均功率。并且，还可以在求取平均功率时利用A特性来校正声音信号的频率特性。由此，处理器12可以适当地评价对听觉带来影响的声音信号的功率。
第一平均功率计算部126将计算出的第一平均功率输出给第一存储部131及目标值设定部129。第一存储部131存储从第一平均功率计算部126接收到的第一平均功率(S12)。第一存储部131存储多个第一平均功率。第一存储部131存储包括最新的第一平均功率的多次(例如四次)计算量的第一平均功率。
目标值设定部129在通过用户I/F检测到用户的音量操作时(S13)，设定基准电平(S14)。具体而言，目标值设定部129根据从第一平均功率计算部126接收到的最新的第一平均功率、以及存储于第一存储部131的多次(例如四次)量的第一平均功率，求取目标值。
更具体地说，目标值设定部129进一步求取多次(例如四次)量的第一平均功率的平均。目标值设定部129将多次(例如四次)量的第一平均功率的平均设定作为基准电平。此外，目标值设定部129在变化与从用户I/F 17指定的增益一致的情况下，设定基准电平。也就是说，目标值设定部129在从用户接受了音量操作时计算基准电平，并使用该基准电平进行音量控制。
目标值设定部129将基准电平和最新的第一平均功率进行比较(S15)。例如，目标值设定部129从最新的第一平均功率中减去基准电平。目标值设定部129将减法运算得到的值设定作为目标值(S16)。如果减法运算值为负值则目标值也为负值，如果减法运算值为正值则目标值也为正值。目标值设定部129中，如果目标值为负值，则当前的周围的环境音是感觉比基准电平安静的状态。因此，目标值设定部129进行降低音量的控制。此外，如果目标值为正值，则当前的周围的环境音是感觉比基准电平嘈杂的状态。因此，目标值设定部129进行提高音量的控制。
但是，如果过去的第一平均功率和最新的第一平均功率之间的差分直接被设定为目标值，则可能导致音量变化变大且对使用者带来不协调感。因此，目标值设定部129也可以将减法运算得到的值与规定的变化比(例如1/4～1/12)相乘，来减小目标值。并且，目标值设定部129以0.5dB为单位对目标值进行尾数处理。
此外，目标值设定部129也可以设定目标值的下限或上限。例如，目标值设定部129也可以将目标值的上限设为+3dB、或将目标值的下限设为－3dB。并且，目标值设定部129也可以将目标值的上限设为+1.5dB，设为比下限更小的值，以抑制音量的上升量，优先听觉保护。
此外，目标值设定部129也可以根据内容的声音信号的音量来变更目标值的上限或下限。目标值设定部129例如使目标值的上限在0dB～+1.5dB之间可变，使目标值的下限在－3dB～0dB之间可变。
第一电平调整部125以与第三电平调整部152相同的增益来调整内容的声音信号的电平。根据用户经由用户I/F 17的音量操作而确定第一电平调整部125以及第三电平调整部152的增益。
第二平均功率计算部127求取被第一电平调整部125进行了电平调整后的声音信号的第一时间范围(1000毫秒)的第二平均功率。第二平均功率计算部127将计算出的第二平均功率输出给第二存储部132。第二存储部132存储从第二平均功率计算部127接收到的第二平均功率。第二存储部132存储包括最新的第二平均功率的多次(例如四次)计算量的第二平均功率。
目标值设定部129获取存储于第二存储部132的多次(例如四次)量的第二平均功率，并求取平均。目标值设定部129将多次(例如四次)量的第二平均功率的平均设定作为再生电平。目标值设定部129从音量的上限值(例如－20dB)减去再生电平。
由于如果减法运算值为负值，则再生电平处于过高的状态，从而目标值设定部129降低目标值的上限。例如，从当前的目标值的上限加上减法运算值(从音量的上限值－20dB减去再生电平而得到的值)。
并且，目标值设定部129从音量的下限值(例如－50dB)减去再生电平。如果减法运算值为正值，则由于再生电平处于过低的状态，从而目标值设定部129提高目标值的下限。例如，从当前的目标值的下限加上减法运算值(从音量的下限值－50dB减去再生电平而得到的值)。
接着，目标值设定部129花费第二时间将第二电平调整部151的增益阶段性地变更为目标值(S17)。例如，目标值设定部129以每1dB花费15000毫秒～20000毫秒而变化的方式，每经过100毫秒阶段性地更新增益。目标值设定部129通过阶段性地更新增益，从而可以减小一次的音量变化量，并可以使用户难以注意到音量变化。并且，目标值设定部129无需每经过100毫秒就更新增益。例如，目标值设定部129也可以每经过1毫秒或者每经过10毫秒阶段性地更新增益。此外，目标值设定部129也可以例如对每一个样本来更新增益。在第二电平调整部151的增益达到了目标值的情况下，目标值设定部129停止增益的更新。
由此，目标值设定部129阶段性地变更内容的声音信号的音量。根据上述实施方式，发挥以下的效果。
(1)处理器12根据由麦克风15获取到的声音信号在第一时间范围内的电平(例如1000毫秒间的第一平均功率)来设定目标值。也就是说，处理器12不会根据周围的环境音而频繁地变更内容的音量。因此，处理器12不会给用户带来由于音量变化引起的不协调感。此外，如果求取第一平均功率的期间过长，则音量的变化过于延迟，从而难以追随周围的声音的变化。另一方面，如果求取第一平均功率的期间过短，则音量的变化变得频繁，用户容易注意到音量变化。因此，优选求取第一平均功率的期间是500毫秒～5000毫秒。
(2)处理器12花费第二时间阶段性地缓慢变更增益。例如，处理器12每经过100毫秒以1/15dB左右进行变更。因此，处理器12使用户难以注意到音量的变化。此外，增益变更的间隔(更新间隔)被设为比每1dB的变化时间充分短的值。例如，在每1dB的变化时间是1500毫秒的情况下，更新间隔被设为100毫秒。由此，处理器12以不会使用户注意到音量变化的方式缓慢地变更增益。此外，处理器12在想快速变更音量的情况下，无需花费第二时间阶段性地变更增益。例如，处理器12也可以花费500毫秒将增益变更为目标值。
(3)处理器12根据过去求取到的第一平均功率、以及最新的第一平均功率来设定目标值。由此，处理器12根据周围的环境音的电平变化而缓慢地变更内容的音量。因此，处理器12不会给用户带来不协调感。
(4)处理器12根据在用户的音量操作时求取到的第一平均功率来设定基准电平。在用户进行了音量操作时，是对用户而言周围的环境音和内容的声音的音量平衡良好的状态。处理器12通过在用户的音量操作时设定基准电平，从而能够以对用户而言音量平衡良好的状态为基准进行音量的控制。
(5)处理器12对过去的平均功率和最新的平均功率之间的差分乘以规定的变化比(例如1/4～1/12)，减小目标值。由此，抑制音量的变化，进一步降低对用户带来不协调感的可能性。
(6)处理器12设定目标值的下限及上限。例如，处理器12将目标值的上限设为+3dB。由此，处理器12使用户难以注意到音量的变化。此外，处理器12也可以将目标值的上限设为比下限小的值(例如+1.5dB)，抑制音量的上升量，优先听觉保护。
接下来，图4是示出变形例涉及的处理器12的功能性结构的框图。对与图2共通的结构标注相同的标号，并省略说明。变形例涉及的麦克风15获取对与环境音相关的声音信号加上由第三电平调整部152进行了电平调整后的内容的声音信号而得到的合成信号。也就是说，在该变形例中，麦克风15获取的声音(合成信号)包括：从扬声器单元16输出的声音经由耳机1的壳体、用户的身体(耳朵)或者空间等反馈了的声音；以及环境音。麦克风15将合成信号输出给第一平均功率计算部126。
第一平均功率计算部126例如求取1000毫秒间的合成信号的平均功率(第三平均功率)。第一存储部131存储第三平均功率。第一存储部131存储包括最新的第三平均功率的、多次(例如四次)计算量的第三平均功率。
目标值设定部129根据第三平均功率和第二平均功率之比来设定目标值。具体而言，目标值设定部129将第三平均功率除以第二平均功率。目标值设定部129将第三平均功率除以第二平均功率而得到的值作为评价值。目标值设定部129从评价值减去基准电平，并设定目标值。
但是，在变形例中，通过过去的第三平均功率的平均和过去的第二平均功率之比来求取基准电平。目标值设定部129获取存储于第一存储部131的四次量的第三平均功率以及存储于第二存储部132的多次(例如四次)量的第二平均功率。目标值设定部129求取四次量的第二平均功率的平均、以及多次(例如四次)量的第三平均功率的平均。目标值设定部129将多次(例如四次)量的第三平均功率的平均除以多次(例如四次)量的第二平均功率的平均。目标值设定部129将该除法运算所得的值设为基准电平。
目标值设定部129从评价值减去基准电平，设定目标值。如果减法运算值是负值，则目标值也变为负值，如果减法运算值是正值，则目标值也变为正值。目标值设定部129中，如果目标值为负值则进行降低音量的控制，如果目标值为正值则进行提高音量的控制。
但是，目标值设定部129在减法运算值的绝对值在规定的阈值以下的情况下，将目标值设定为0。目标值设定部129在减法运算值的绝对值超过了规定的阈值的情况下，将减法运算值设为目标值。由此，目标值设定部129降低依赖于周围的环境音和内容的声音之间的相关成分的误差的影响。
此外，目标值设定部129也可以将目标值以0.5dB为单位进行尾数处理。并且，目标值设定部129也可以设定目标值的下限或上限。例如，目标值设定部129也可以将目标值的上限设为+3dB或将目标值的下限设为－3dB。此外，目标值设定部129也可以在减法运算值的绝对值超过规定的阈值的情况下将上限或下限设定为目标值。
并且，目标值设定部129也可以根据内容的声音信号的音量来变更目标值的上限或下限。目标值设定部129例如将目标值的上限设为在0dB～+3dB之间可变，将目标值的下限设为在－3dB～0dB之间可变。上限及下限的变化方法与上述同样，基于四次量的第二平均功率的平均和音量的上限值(例如－20dB)或下限值(例如－50dB)之间的差分。
变形例涉及的处理器12根据内容的声音和包括周围的环境音的内容的声音之比来设定目标值。耳机等安装于耳朵的设备存在从扬声器单元16输出的声音被麦克风15拾音而产生环路增益的可能性。这种情况下，目标值有可能会根据环路增益而变化。但是，环路增益由于根据耳机的安装状态而变化，所以难以测量。与此相对，变形例涉及的处理器12能够根据内容的声音和包括周围的环境音的内容的声音之比来设定目标值，从而降低环路增益的影响。
并且，变形例涉及的处理器12中，目标值还根据内容的音量变化而变化。例如，如果内容的音量变得非常大，则目标值变为负值，进行抑制音量的控制。由此，变形例涉及的处理器12进行使听觉保护更为优先的控制。
此外，优选变形例涉及的处理器12在第二平均功率(即内容的音量)变为规定值以上之前，都不进行目标值的设定也不进行音量控制。例如，在开始内容的再生后短暂的期间由于包含无声期间，所以第二平均功率(内容的音量)变低。存在假如在第二平均功率过低的情况下，若设定目标值，则即使在周围的环境音的电平低的情况下，也进行提高音量的控制的可能性。因此，优选处理器12在第二平均功率(即内容的音量)变为规定值以上之前，都不进行目标值的设定也不进行音量控制。
并且，优选变形例涉及的处理器12将求取平均功率的区间设定为某种程度的时间(例如1000毫秒～5000毫秒)。变形例涉及的处理器12中，目标值也根据内容的音量而变化。假如是音量变化剧烈的内容的情况下，如果求取平均功率的区间较短，则导致目标值会频繁变化。因此，优选变形例涉及的处理器12将求取平均功率的区间设定为某种程度的时间(例如1000毫秒～5000毫秒)。
此外，在上述实施方式中，处理器12在每经过第一时间(例如每经过1000毫秒)就计算第一时间(1000毫秒)的平均功率。也就是说，计算平均功率的区间不重复。但是，处理器12也可以在每经过比第一时间短的第三时间(例如每经过100毫秒)计算第一时间(1000毫秒)的平均功率。这种情况下，计算平均功率的区间重复。由此，音量变化的追随性变高。此外，处理器12还可以例如每经过1000毫秒来求取5000毫秒的平均功率。
本实施方式的说明可以理解为在所有的方面都是例示，并不用来限制本发明。本发明的范围并不是通过上述实施方式而是通过本发明的权利要求书。

Claims (21)

1.一种耳机用音量控制方法，其中，
求取通过麦克风获取到的声音信号在第一时间范围内的电平；
根据所述电平求取音量的目标值；以及
花费第二时间，将内容的声音信号的音量阶段性地变更为所述目标值。
2.根据权利要求1所述的耳机用音量控制方法，其中，
将所述电平存储为过去的值，
根据所述过去的值和最新的所述电平这双方来求取所述目标值。
3.根据权利要求1或2所述的耳机用音量控制方法，其中，
从使用者接受音量操作，
根据接受了所述音量操作时求取到的所述电平，求取基准电平，
根据所述基准电平和所述电平这双方来求取所述目标值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的耳机用音量控制方法，其中，
求取合成信号在所述第一时间范围内的所述电平，其中，所述合成信号是对由所述麦克风获取到的声音信号加上所述内容的声音信号而得到的信号。
5.根据权利要求4所述的耳机用音量控制方法，其中，
求取所述内容的声音信号的电平，
根据所述合成信号和所述内容的声音信号的电平比来求取所述目标值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的耳机用音量控制方法，其中，
根据当前的音量，将所述内容的声音信号的音量变更为所述目标值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的耳机用音量控制方法，其中，
所述电平通过平均功率求取。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的耳机用音量控制方法，其中，
设定所述目标值的上限或下限。
9.根据权利要求8所述的耳机用音量控制方法，其中，
所述上限是相对于当前的音量+3dB，
所述下限是相对于所述当前的音量－3dB。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的耳机用音量控制方法，其中，
所述第二时间是每1dB的变化时间，该每1dB的变化时间是15000毫秒以上。
11.一种耳机用音量控制装置，具备：
麦克风；
电平计算部，求取由所述麦克风获取到的声音信号在第一时间范围内的电平；
目标值设定部，根据所述电平求取音量的目标值；以及
电平调整部，花费第二时间，将内容的声音信号的音量阶段性地变更为所述目标值。
12.根据权利要求11所述的耳机用音量控制装置，其中，
包括：存储部，所述存储部将所述电平存储为过去的值，
所述目标值设定部根据所述过去的值和最新的所述电平这双方来求取所述目标值。
13.根据权利要求11或12所述的耳机用音量控制装置，其中，
包括：用户接口，所述用户接口从使用者接受音量操作，
所述目标值设定部根据接受了所述音量操作时求取到的所述电平，求取基准电平，
根据所述基准电平和所述电平这双方来求取所述目标值。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的耳机用音量控制装置，其中，
所述电平计算部求取合成信号在所述第一时间范围内的所述电平，其中，所述合成信号是对由所述麦克风获取到的声音信号加上所述内容的声音信号而得到的信号。
15.根据权利要求14所述的耳机用音量控制装置，其中，
所述电平计算部求取所述内容的声音信号的电平，
所述目标值设定部根据所述合成信号和所述内容的声音信号的电平比来求取所述目标值。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的耳机用音量控制装置，其中，
所述目标值设定部根据当前的音量，将所述内容的声音信号的音量变更为目标值。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的耳机用音量控制装置，其中，
所述电平通过平均功率求取。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的耳机用音量控制装置，其中，
设定所述目标值的上限或下限。
19.根据权利要求18所述的耳机用音量控制装置，其中，
所述上限是相对于当前的音量+3dB，
所述下限是相对于所述当前的音量－3dB。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的耳机用音量控制装置，其中，
所述第二时间是每1dB的变化时间，该每1dB的变化时间是15000毫秒以上。
21.一种耳机，具备权利要求11至权利要求20中任一项所述的耳机用音量控制装置。
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