CN114222218A - 脑电波感应耳机 - Google Patents

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杨卉
何桂晓
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Abstract

本申请涉及电子电路，提供了一种脑电波感应耳机，包括扬声器，还包括；多组感应电极，设置在所述耳机的外部，用于采集脑电波生成感应电信号，其中每组所述感应电极至少包括一个所述感应电极；脑电波处理电路，与各所述感应电极连接，用于对所述感应电信号进行预处理后输出感应数据；控制电路，与所述脑电波处理电路连接，用于根据所述脑电波处理电路提供的所述感应数据生成控制信号，以及用于对所述音频数据进行解码得到音频信号与降噪信号同步输出到扬声器；其中，所述控制信号用于触发与所述耳机通讯的终端设置所输出到所述耳机的所述音频数据。方便用户控制耳机。

Description

脑电波感应耳机
技术领域
本申请属于耳机技术领域，尤其涉及一种脑电波感应耳机。
背景技术
目前市面上有支持蓝牙，降噪，心率等功能的耳机，目前的蓝牙耳机多需要用户对耳机或者与耳机通讯的终端进行手动操作才能设定相应的情景模式或者音频数据，不够方便。
发明内容
本申请的目的在于提供一种脑电波感应耳机，旨在解决目前的耳机需要手动操作才能进行相关操作，不够方便的问题。
本申请实施例提供了一种脑电波感应耳机，包括：
扬声器；
供电电路，用于给所述耳机供电；
通讯电路，用于传输充电信号、控制信号和音频数据；
多组感应电极，设置在所述耳机的外部，用于采集脑电波生成感应电信号，其中每组所述感应电极至少包括一个所述感应电极；
脑电波处理电路，与各所述感应电极连接，用于对所述感应电信号进行预处理后输出感应数据；
降噪电路，包括至少一个降噪麦克风，所述降噪电路用于采集环境噪声以生成降噪信号；
控制电路，与所述脑电波处理电路和所述降噪电路连接，用于根据所述脑电波处理电路提供的所述感应数据生成所述控制信号，以及用于对所述音频数据进行解码得到音频信号与所述降噪信号同步输出到扬声器；
其中，所述控制信号用于触发与所述耳机通讯的终端设置所输出到所述耳机的所述音频数据。
在其中一个实施例中，所述耳机为头戴式耳机，多个所述感应电极分别设置在所述头戴式耳机的头带内侧表面以及耳垫的内表面，以用于贴近用户的头部。
在其中一个实施例中，所述头带内侧表面设有两组对称设置的所述感应电极，左右两个所述耳垫分别设置有至少一组所述感应电极。
在其中一个实施例中，所述通讯电路包括用于传输所述控制信号和所述音频数据的蓝牙天线以及音频接口。
在其中一个实施例中，所述通讯电路还包括用于传输充电信号、控制信号和音频数据中的一项或多项的Type-C接口。
在其中一个实施例中，所述脑电波处理电路包括：
多个滤波电路，分别与多个所述感应电极连接，分别用于对各个所述感应电极采集脑电波生成的感应电信号进行滤波放大；
模数转换器，与多个所述滤波电路连接，用于对放大后的感应电信号进行模数转换得到感应数据；
控制器，与所述模数转换器和所述控制电路连接，用于将所述感应数据转换为适配与所述控制电路之间的通讯协议的形式，以传输所述感应数据给所述控制电路。
在其中一个实施例中，所述控制电路包括蓝牙音频芯片。
在其中一个实施例中，所述控制信号包括指示用户精神状态和注意力集中程度的信息，以使所述终端根据所述信息输出匹配的音频数据。
在其中一个实施例中，所述降噪电路包括降噪芯片，所述降噪芯片与所述降噪麦克风连接，用于根据所述降噪麦克风采集的环境噪声对生成前馈式降噪信号、反馈式降噪信号或双馈式降噪信号。
在其中一个实施例中，所述耳机为头戴式耳机，所述降噪麦克风设置在所述头戴式耳机耳壳外侧和/或耳壳内侧。
本申请实施例相比现有技术至少存在以下有益效果：
脑电波感应耳机通过采集脑电波生成控制信号，并利用该控制信号触发与耳机通讯的终端设置所输出到耳机的音频数据，以实现不需要用户手动操作就能设定音频输出的功能，使用方便。用户的情绪和精神状态监控，并能够根据情绪和精神状态提供匹配的音频数据以提升用户体验。
附图说明
图1为本申请实施例提供的脑电波感应耳机结构示意图；
图2为本申请实施例提供的脑电波感应耳机的电路模块图；
图3为图2所示的脑电波感应耳机的电路中脑电波处理电路的模块图；
图4为图3所示的脑电波处理电路的滤波电路的示例电路图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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申请和简化描述，而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申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，“若干个”的含义是一个或多个，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图2，本申请实施例的提供了一种脑电波感应耳机100，包括扬声器11、供电电路12、通讯电路13、多组感应电极14、脑电波处理电路15、降噪电路16以及控制电路17。本申请中，以头戴式耳机为例。
扬声器11为两个，分别设置在两个耳壳101、102内；供电电路12用于给耳机100整体供电。一般地，供电电路12包括电池121、充电芯片122以及稳压电路(LDO)或升降压电路(DC-DC)，本申请中，电池121为两块，提升续航，并且将两块电池121分别设置在两个耳壳101、102内，利用配重平衡。充电芯片122用于对电池121进行充放电。稳压电路或升降压电路用于将电池121的电压稳压或者升/降压输出。
通讯电路13用于传输充电信号、控制信号和音频数据；在一个实施例中，通讯电路13包括用于传输控制信号和音频数据的蓝牙天线131以及音频接口132，既可以通过3.5mm音频线连接终端，也可以通过蓝牙天线131无线连接，具备一定的便捷性。
可选地，通讯电路13还包括用于传输充电信号、控制信号和音频数据中的一项或多项的Type-C接口133。具体实现时，Type-C接口133一般用于充电，其具有充电快的优点。
多组感应电极14设置在耳机100的外部，用于采集脑电波生成感应电信号，其中每组感应电极14至少包括一个感应电极。
脑电波处理电路15与各组感应电极14连接，用于对感应电信号进行预处理后输出感应数据；该预处理包括滤波、放大、模数转换以及协议匹配等。
降噪电路16包括至少一个降噪麦克风163，降噪电路16用于采集环境噪声以生成降噪信号，能够进行有源噪声消除。耳机100为头戴式耳机时，降噪麦克风163设置在头戴式耳机耳壳外侧和/或耳壳内侧，以实现环境噪声的采集；可选地，还可以采集扬声器11播放的声音，用以分析降噪效果，实现降噪反馈，提升用户体验。
控制电路17与脑电波处理电路15和降噪电路16连接，用于根据脑电波处理电路15提供的感应数据生成控制信号，以及用于对音频数据进行解码得到音频信号与降噪信号同步输出到扬声器11；其中，控制信号用于触发与耳机100通讯的终端(未图示)设置所输出到耳机100的音频数据。不需要用户手动设置，使用方便。控制电路17一般采用蓝牙音频芯片搭建，构成耳机100的主控，同时兼具蓝牙通讯、音频解码、系统控制等功能。将音频信号与降噪信号同步输出到扬声器11，可以抵消掉环境噪声，提升用户体验。
具体实现时，控制信号包括指示用户精神状态和注意力集中程度的信息，以使终端根据信息输出匹配的音频数据。实现情绪、精神状态和注意力集中程度的监控，并能够根据情绪和精神状态提供匹配的音频数据以提升用户体验。能够根据控制信号判断出你是否情绪正常，是否注意力集中。当你精神焦虑或者注意力不集中的时候，它会通过在耳机100中的声音提示，告诉你应该注意精力。比如，一旦用户出现注意力不集中的情况，终端则推送类似铃铛的「叮当」声响起，来告诉用户分心了。
在其中一个实施例中，多个感应电极分别设置在头戴式耳机的头带110内侧表面以及耳垫103、104的内表面，以用于贴近用户的头部，提高脑电波信号的采集精准。可选地，头带110内侧表面设有两组对称设置的感应电极14，左右两个耳垫103、104分别设置有至少一组感应电极14。
在其他实施例中，比如是入耳式耳机，那么感应电极可以直接设置在外壳上。
请参阅图3和图4，在其中一个实施例中，脑电波处理电路15包括多个滤波电路151、模数转换器152以及控制器153。
多个滤波电路151分别与多个感应电极连接，多个滤波电路151分别用于对各个感应电极采集脑电波生成的感应电信号进行滤波放大。
一般地，滤波电路151采用运算放大器进行搭建，可以采用分立器件或者集成芯片实现。滤波电路151比如可以是差分放大电路，或者是电压放大器、电流放大器、互导放大器和互阻放大器。
在一个实施例中，滤波电路151包括连接到感应电极的输入保护电路1512、用于滤除感应电信号的直流分量的高通滤波器1514、用于滤除工频干扰的陷波滤波器1516、和多个用于放大的放大电路1518。
其中，输入保护电路1512包括一个限流电阻R1，限流电阻R1的一端连接感应电极，另一端连接到高通滤波器1514的输入；高通滤波器1514包括一个一端与限流电阻R1串联的滤波电容C1，以及一端与滤波电容C1另一端连接，另一端连接到地的电阻R2。
以其中一个放大电路1518为例，放大电路1518包括运算放大器U1A、偏置电阻R3和反馈电阻R4，运算放大器U1A的正相输入端连接滤波电容C1的另一端，反相输入端通过偏置电阻R3接地，反馈电阻R4连接在运算放大器U1A的反相输入端和输出之间，运算放大器U1A的输出作为放大电路1518的输出。
其中，高通滤波器1514对感应电信号滤除直流分量后接入到一个放大电路1518进行一次放大，再输入到陷波滤波器1516以滤除工频干扰，后在经过一个放大电路1518进行二次放大输出到模数转换器152，通过滤除直流分量和工频干扰，并进行二次放大，使得感应信号能够被模数转换器152准确识别。
可选地，二次放大输出的感应电信号还可以经过若干次高/低通滤波后再输出到模数转换器152，以使得模数转换器152识别感应电信号更加精准。
可选地，陷波滤波器1516包括CRCπ型滤波电路和RCR型滤波电路，CRCπ型滤波电路和RCR型滤波电路并联连接到一次放大电路1518的输出和二次放大电路1518的输入之间的，其中CRCπ型滤波电路包括两个串联连接的滤波电容C3,C4和一个连接到两个滤波电容C3,C4的串联连接节点和地之间的电阻R7，RCR型滤波电路包括两个串联连接的电阻R5,R6和一个连接到两个电阻R5,R6的串联连接节点和地之间的滤波电容C2。两个串联连接的滤波电容C3,C4和两个串联连接的电阻R5,R6并联。
可选地，滤波电路151还包连接到高通滤波器1514输出侧的，用于限制感应电信号的幅值的限幅电路1513和用于防止干扰(比如静电)的防护电路1515。限幅电路1513包括两个二极管D1,D2，两个二极管D1,D2串联连接在正负电源+2V5,-2V5之间，滤波电容C1另一端连接到两个二极管D1,D2的串联节点，用于使经过滤波电容C1另一端的感应电信号的幅值限制在正负电源+2V5,-2V5提供的正负电压(+2.5V,-2.5V)之间。防护电路1515包括保护电容C6，保护电容C6连接在一次放大电路1518的输入和地之间。
控制器153与模数转换器152和控制电路17连接，用于将感应数据转换为适配与控制电路17之间的通讯协议的形式，以传输感应数据给控制电路17。控制器153可以采用普通微处理器，比如单片机等，将感应数据转换成控制电路17能识别的通讯协议数据，以提高传输效率，降低噪声干扰。该通讯协议比如可以是通用异步收发传输器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，UART)形式。
在其中一个实施例中，降噪电路16包括降噪芯片161，降噪芯片161与降噪麦克风163连接，用于根据降噪麦克风163采集的环境噪声对生成前馈式降噪信号、反馈式降噪信号或双馈式降噪信号。可选地，耳机100为头戴式耳机，降噪麦克风163设置在头戴式耳机的耳壳101外侧和/或耳壳101内侧。比如，左侧的耳壳101外侧和耳壳101内侧分别设置一个降噪麦克风163，右侧的耳壳101外侧和耳壳101内侧分别设置一个降噪麦克风163。耳壳101外侧所收集的环境噪声用于生成前馈式降噪信号。耳壳101内侧所收集声音用于生成反馈式降噪信号。
在一个示例中，本申请的脑电波感应耳机100属于蓝牙耳机，支持主动降噪功能，支持3.5mm有线输入。蓝牙芯片可以采用比如CSR8670，降噪芯片161可以采用比如SonyCXD3775。为方便匹配苹果手机升级耳机100的软件，增加了MFi(Made for iPhone/iPod/iPad)芯片。
本申请的脑电波感应耳机100增加了脑电波检测的功能。脑电波通过4个触点接触头部的不同部位来采集脑电波信号，脑电波信号通过运放做滤波和信号放大，传输到模数转换器152做模数转换，微处理器做数据处理后转为差分信号传输给蓝牙音频芯片。
蓝牙音频芯片通过简并行过程(Simplified Parallel Process，SPP)协议把脑电波数据传输到手机或笔记本电脑上。通过手机或笔记本电脑的APP进一步处理脑电波信号，获取用户的当前状态，选择适当的音乐内容播放给用户，提高用户学习和工作的注意力，改善学习或工作的效率。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脑电波感应耳机，包括扬声器，其特征在于，还包括；
供电电路，用于给所述耳机供电；
通讯电路，用于传输充电信号、控制信号和音频数据；
多组感应电极，设置在所述耳机的外部，用于采集脑电波生成感应电信号，其中每组所述感应电极至少包括一个所述感应电极；
脑电波处理电路，与各所述感应电极连接，用于对所述感应电信号进行预处理后输出感应数据；
降噪电路，包括至少一个降噪麦克风，所述降噪电路用于采集环境噪声以生成降噪信号；
控制电路，与所述脑电波处理电路和所述降噪电路连接，用于根据所述脑电波处理电路提供的所述感应数据生成所述控制信号，以及用于对所述音频数据进行解码得到音频信号与所述降噪信号同步输出到扬声器；
其中，所述控制信号用于触发与所述耳机通讯的终端设置所输出到所述耳机的所述音频数据。
2.如权利要求1所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述耳机为头戴式耳机，多个所述感应电极分别设置在所述头戴式耳机的头带内侧表面以及耳垫的内表面，以用于贴近用户的头部。
3.如权利要求2所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述头带内侧表面设有两组对称设置的所述感应电极，左右两个所述耳垫分别设置有至少一组所述感应电极。
4.如权利要求1所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述通讯电路包括用于传输所述控制信号和所述音频数据的蓝牙天线以及音频接口。
5.如权利要求4所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述通讯电路还包括用于传输充电信号、控制信号和音频数据中的一项或多项的Type-C接口。
6.如权利要求1至5任一项所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述脑电波处理电路包括：
多个滤波电路，分别与多个所述感应电极连接，分别用于对各个所述感应电极采集脑电波生成的感应电信号进行滤波放大；
模数转换器，与多个所述滤波电路连接，用于对放大后的感应电信号进行模数转换得到感应数据；
控制器，与所述模数转换器和所述控制电路连接，用于将所述感应数据转换为适配与所述控制电路之间的通讯协议的形式，以传输所述感应数据给所述控制电路。
7.如权利要求1至5任一项所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述控制电路包括蓝牙音频芯片。
8.如权利要求1至5任一项所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述控制信号包括指示用户精神状态和注意力集中程度的信息，以使所述终端根据所述信息输出匹配的音频数据。
9.如权利要求1至5任一项所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述降噪电路包括降噪芯片，所述降噪芯片与所述降噪麦克风连接，用于根据所述降噪麦克风采集的环境噪声对生成前馈式降噪信号、反馈式降噪信号或双馈式降噪信号。
10.如权利要求9所述的脑电波感应耳机，其特征在于，所述耳机为头戴式耳机，所述降噪麦克风设置在所述头戴式耳机耳壳外侧和/或耳壳内侧。
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