CN114979887A - 一种智慧教育耳机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧教育耳机，包括喇叭单元、控制单元、麦克风拾音单元、头部连接件以及脑电波采集单元，脑电波采集单元固定于头部连接件上用于检测学生注意力，头部连接件的两端均连接有控制单元，控制单元的内侧固定有喇叭单元，喇叭单元内侧固定有组合式动铁发声单元和提醒部件，控制单元外侧设置有控制按键，控制单元内设置有核心控制板，喇叭单元、控制按键、麦克风拾音单元以及脑电波采集单元均与核心控制板相连接。采用上述一种智慧教育耳机，实时监测学生注意力的状态，便于教学的调整，提高教学效率，具有听力辅助和增强功能，扩大适用性。

Description

一种智慧教育耳机

技术领域

本发明涉及智能教学装备技术领域，尤其是涉及一种智慧教育耳机。

背景技术

随处可见的耳机对我们的生活的重要性不言而喻。耳机是一对转换单元，它接受媒体播放器或接收器所发出的电讯号，利用贴近耳朵的扬声器将其转化成可以听到的音波。随着耳机制造业机械化自动水平的不断提升，耳机产品从最早两个小音箱挂在耳边已经逐渐走向成熟，无论是在耳机的种类与佩戴方式，甚至是核心的发音单元，都产生了巨大的变化。传统耳机存在着线束缠绕、便携性不足、无法智能降噪容易受到环境的干扰等问题，耳机智能化成为一个趋势，越来越多的耳机产品设计不同功能的智能。

在智能时代，人机互动、语音识别等技术推动了传统硬件设备的更新速度，实现产品优化，满足人们的需求。传统耳机多用于声音传递，智能耳机则是在传统耳机内置智能化系统，能实现外扩多种应用功能，可将语音助手、感知、翻译等功能集成于耳机当中，成为一种可穿戴式智能设备。现有智能耳机则更多关注于智能降噪功能，通过内置存储、微型机电系统麦克风、传感器等提供强大的日常功，能实现语音交互、主动降噪、助听辅听、实时翻译等智能化功能。

传统耳机在教育教学过程中通常被用来输出声音，在中小学的教学过程中，在多媒体教室和外语听说训练教室中的应用相对较多；且传统耳机在功能上只有声音输出和麦克风语音输入的功能，其结构和功能都相对单一，且没有较为复杂的功能，如：(1)耳机外观和佩戴要求符合人体工程学要求；(2)耳机在声音输出上有更多的设计，耳机的发音单元所覆盖的音域更广；(3)耳机能够凭其自身的计算能力支持语音输入和检索等功能；(4)耳机更多的被学生和其他用户在一定程度上过度使用，用户在使用没有护耳提示的耳机的过程中无意间可能发声听力损伤的风险。

智能耳机教育功能设计被忽视，特殊听力学生对耳机的功能需求也更为迫切。随着学生使用电子类产品的机会增多，伴随耳机的使用率也随之增多，由于过度使用耳机而造成的听力下降也大量出现，现有技术中仅仅通过使用时间长短来提醒用户，防护效果差，且不能根据实际环境调整音量，需要人为调整，影响学生上课质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种智慧教育耳机，实时监测学生注意力的状态，便于教学的调整，提高教学效率，具有听力辅助和增强功能，扩大适用性。

为实现上述目的，本发明提供了一种智慧教育耳机，包括喇叭单元、控制单元、麦克风拾音单元、头部连接件以及脑电波采集单元，所述脑电波采集单元固定于所述头部连接件上用于检测学生注意力，所述头部连接件的两端均连接有控制单元，所述控制单元的内侧固定有喇叭单元，所述喇叭单元内侧固定有组合式动铁发声单元和提醒部件，所述控制单元外侧设置有控制按键，所述控制单元内设置有核心控制板，所述喇叭单元、所述控制按键、所述麦克风拾音单元以及脑电波采集单元均与所述核心控制板相连接。

优选的，所述核心控制板上设置有电源模块、无线模块、主处理器模块、存储模块、语音输入模块、音频输出模块以及脑电波检测模块，所述电源模块、所述无线模块、所述存储模块、所述语音输入模块、所述音频输出模块以及所述脑电波检测模块均与所述主处理器模块相连接，所述脑电波检测模块与所述脑电波采集单元相连接，所述语音输入模块与所述麦克风拾音单元相连接，音频输出模块与组合式动铁发声单元相连接，所述控制按键和提醒部件均与所述主处理器模块相连接。

优选的，所述脑电波采集单元包括弹性固定环和设置于所述弹性固定环上的脑电传感器，所述脑电传感器与所述脑电波检测模块相连接，所述弹性固定环固定于所述头部连接件上。

优选的，所述组合式动铁发声单元包括全频声波动铁发声器、低频声波动铁发声器和高频声波动铁发声器，所述提醒部件为振动马达。

优选的，所述按键设置有模式选择键，模式包括手动模式、脑电控制模式以及听课模块。

优选的，所述主处理器模块内搭载有音频处理器和音频编码器，所述存储模块存储有全学龄段外语词汇，接收到的音频通过音频处理器处理后与所述存储模块内的全学龄段外语词汇比对找到若干相似词汇，按顺序确认直到当前词汇正确为止，语音输出翻译词汇。

优选的，所述麦克风拾音单元用于采集环境音和学生本身声音，根据采集环境音实时调整输出声音的音量。

因此，本发明采用上述一种智慧教育耳机，具有以下有益效果：

(1)实时监测佩戴耳机学生的注意力情况，提高学生学习注意力，同时教师适时根据学生注意力情况做出教学调整，使课堂更高效且有质量。

(2)设置有组合式动铁发声单元，针对于特殊学生调整输出音频的频率，使得听障学生可以正常上课，同时通过麦克风拾音单元采集环境音，根据采集环境音实时闭环调整输出声音的音量，保证听课质量。

(3)根据使用时长和音量大小设定安全使用时间和上限时间，达到设定时间通过振动马达进行安全提醒，到达上限时间，关闭组合式动铁发声单元。

(4)存储模块存储有全学龄段外语词汇，接收到的音频通过音频处理器处理后与所述存储模块内的全学龄段外语词汇比对找到若干相似词汇，按顺序确认直到当前词汇正确为止，语音输出翻译词汇，学生可在无网络的环境中使用此智慧教育耳机以语音的方式进行英语单词短语的翻译。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明一种智慧教育耳机结构示意图；

图2为本发明组合式动铁发声单元结构示意图；

图3为本发明一种智慧教育耳机原理框图；

图4为本发明模式选择流程图；

图5为本发明音量控制流程图；

图6为本发明语音翻译流程图。

附图标记

1、喇叭单元；11、组合式动铁发声单元；111、全频声波动铁发声器；112、低频声波动铁发声器；113、高频声波动铁发声器；12、振动马达；2、控制单元；3、麦克风拾音单元；4、头部连接件；5、脑电波采集单元。

具体实施方式

实施例

图1为本发明一种智慧教育耳机结构示意图，如图1所示，一种智慧教育耳机，包括喇叭单元1、控制单元2、麦克风拾音单元3、头部连接件4以及脑电波采集单元5。

控制单元2外侧设置有控制按键，便于手动控制和配置。图3为本发明一种智慧教育耳机原理框图，如图3所示，控制单元2内设置有核心控制板，核心控制板上设置有电源模块、无线模块、主处理器模块、存储模块、语音输入模块、音频输出模块以及脑电波检测模块。

脑电波采集单元5固定于头部连接件4上用于检测学生注意力，脑电波采集单元5包括弹性固定环和设置于弹性固定环上的脑电传感器，弹性固定环固定于头部连接件4上。弹性固定环具有一定的弹性，便于适用于不同头围的学生佩戴。头部连接件4的两端均连接有控制单元2，控制单元2的内侧固定有喇叭单元1，喇叭单元1内侧固定有组合式动铁发声单元11和提醒部件，图2为本发明组合式动铁发声单元结构示意图，如图2所示，组合式动铁发声单元11包括全频声波动铁发声器111、低频声波动铁发声器112和高频声波动铁发声器113，音频输出模块与组合式动铁发声单元相连接，在音频领域，动铁发声单元允许其体积特别小，普遍用来做成入耳式耳塞，或头挂是耳机；驱动所需的功率非常小，隔音效果都非常好，音色通透明亮，有利于表现人的口语发音，但是单个动铁式发声单元音域较窄，本实施例通过集成三个动铁式发声单元来分别对全频、低频和高频声波进行表现，从而提升耳机的声音表现力。除此之外，集成三个频段的发声单元，也有利于对各个频段的声音进行调节，以便适应不同听障学生个体的听力能力。

控制按键、振动马达12、电源模块、无线模块、存储模块、语音输入模块、音频输出模块以及脑电波检测模块均与主处理器模块相连接。脑电波检测模块与脑电波采集单元的脑电传感器相连接，将采集到的脑电波输入到脑电波检测模块中，采用TI-ADS1299脑电检测芯片实时检测学生在特定学习时间段内的脑电注意力集中度，脑电传感器能够从学生电脑皮层提取脑电信号，TI-ADS1299脑电检测芯片将其转换成数字信号，根据不同的脑电波与不同的认知联系在一起，实现实时检测学生的注意力。

脑电波的不同的波段有不同的意义。当脑电波频率为0-4Hz时称为delta波，与睡眠状态，情感创伤，学习困难有关。当脑电波频率为4-8Hz时称为Theta波，也叫分心波，跟注意力缺乏，白日梦，抑郁有关，是大脑低效运作的状态。当脑电波频率为8-12Hz时称为alpha波，闭眼后的放松状态，冥想和冷静，头脑不清醒，抑郁，多动。当脑电波频率为13-15Hz时称为SMR波，与人的镇定，注意力，减少多动，注意力深度，逻辑思考有关。与人的注意力、智慧最息息相关。当脑电波频率为16-30Hz时称为hi-beta波，与焦虑，紧张不安，学习困难，失眠有关。当脑电波频率大于30Hz时称为gamma波，主要跟学习障碍，精神缺陷有关。实现了注意力检测功能，提升学生的听课效率，将学生的注意力情况通过无线模块传输至教师终端，教师适时根据学生注意力情况做出教学调整，使课堂更高效且有质量。

控制按键与主处理器模块相连接，按键设置有模式选择键，模式包括手动模式、脑电控制模式以及听课模块，图4为本发明模式选择流程图，如图4所示，启动耳机，通过按键选择模式，当选择脑电控制模式时，先检测脑电传感器的电极是否检测到脑电波，当没有检测到脑电波时需要调整脑电传感器，再次进行检测，当检测到脑电波时进行一下步，主处理器模块将音量调至上次使用的安全值，然后实时检测脑电波并进行分析脑电波，将分析后的脑电波控制指令发生至主处理器模块进行相关操作。

语音输入模块与麦克风拾音单元相连接，麦克风拾音单元用于采集环境音和学生本身声音，根据采集环境音实时调整输出声音的音量。图5为本发明音量控制流程图，如图5所示，普通正常听力学生使用时，根据使用时长进行有效控制，同时根据使用环境的背景噪音情况进行对比计算喇叭单元所需的音量输出值，并将音量输出值设置为合理的值，从而对普通正常学生的听力进行保护。

本实施例提醒部件为振动马达12且与主处理器模块相连接，用于振动提醒。主处理器模块采用R328-S2语音芯片，R328-S2 SOC具有双核ARM-Cortex A7 1.2GHZ的计算能力，能够提供远场交互的强大算力，R328-S2语音芯片内搭载有音频处理器和音频编码器，用于音频数据处理和播放。由于传统的耳机或语音翻译工具需要连接外部网络到特定的语音翻译服务器中，利用语音翻译服务器的计算能力才能对用户的语音进行解析和检索，才能找到对应的词汇，再通过网络将查找结果回传。传统语音翻译工具强依赖于网络，当网络出现故障或在没有外部网络的区域和环境将无法使用此类翻译工具。基于R328-S2语音芯片和大容量eMMC存储器。存储模块存储有全学龄段外语词汇，接收到的音频通过音频处理器处理后与存储模块内的全学龄段外语词汇比对找到若干相似词汇，按顺序确认直到当前词汇正确为止，语音输出翻译词汇。图6为本发明语音翻译流程图，如图6所示，学生可在存储模块中将本学期或本学龄段的词汇列为常用词汇表，如将K12学龄阶段的3000-4000的英语词汇选择为常用词汇表；对输入的语音信息进行解析并进行本地词库查找搜索，并将对应的词汇信息通过耳机发声输出。

因此，本发明采用上述一种智慧教育耳机，实时监测学生注意力的状态，便于教学的调整，提高教学效率，具有听力辅助和增强功能，扩大适用性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种智慧教育耳机，其特征在于：包括喇叭单元、控制单元、麦克风拾音单元、头部连接件以及脑电波采集单元，所述脑电波采集单元固定于所述头部连接件上用于检测学生注意力，所述头部连接件的两端均连接有控制单元，所述控制单元的内侧固定有喇叭单元，所述喇叭单元内侧固定有组合式动铁发声单元和提醒部件，所述控制单元外侧设置有控制按键，所述控制单元内设置有核心控制板，所述喇叭单元、所述控制按键、所述麦克风拾音单元以及脑电波采集单元均与所述核心控制板相连接。

2.根据权利要求1所述的一种智慧教育耳机，其特征在于：所述核心控制板上设置有电源模块、无线模块、主处理器模块、存储模块、语音输入模块、音频输出模块以及脑电波检测模块，所述电源模块、所述无线模块、所述存储模块、所述语音输入模块、所述音频输出模块以及所述脑电波检测模块均与所述主处理器模块相连接，所述脑电波检测模块与所述脑电波采集单元相连接，所述语音输入模块与所述麦克风拾音单元相连接，音频输出模块与组合式动铁发声单元相连接，所述控制按键和提醒部件均与所述主处理器模块相连接。

3.根据权利要求2所述的一种智慧教育耳机，其特征在于：所述脑电波采集单元包括弹性固定环和设置于所述弹性固定环上的脑电传感器，所述脑电传感器与所述脑电波检测模块相连接，所述弹性固定环固定于所述头部连接件上。

4.根据权利要求1所述的一种智慧教育耳机，其特征在于：所述组合式动铁发声单元包括全频声波动铁发声器、低频声波动铁发声器和高频声波动铁发声器，所述提醒部件为振动马达。

5.根据权利要求1所述的一种智慧教育耳机，其特征在于：所述按键设置有模式选择键，模式包括手动模式、脑电控制模式以及听课模块。

6.根据权利要求2所述的一种智慧教育耳机，其特征在于：所述主处理器模块内搭载有音频处理器和音频编码器，所述存储模块存储有全学龄段外语词汇，接收到的音频通过音频处理器处理后与所述存储模块内的全学龄段外语词汇比对找到若干相似词汇，按顺序确认直到当前词汇正确为止，语音输出翻译词汇。

7.根据权利要求2所述的一种智慧教育耳机，其特征在于：所述麦克风拾音单元用于采集环境音和学生本身声音，根据采集环境音实时调整输出声音的音量。

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