CN116320864A - 一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法 - Google Patents

一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法 Download PDF

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李玲
朱淑娟
赵嘉
吴祖扬
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Abstract

本发明公开了一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，属于耳机音量调整技术领域，在耳机内设置麦克风、外部声压采集模块、内部音频响度采集模块、音频数据处理模块、音量调节模块、存储单元、处理器、只读存储介质；耳机连接能够读取与播放智能终端中音频的智能音频设备；音频数据处理模块利用拟合关系预测正常使用阶段用户习惯的耳机音量大小；耳机音量自适应调整方法通过两个阶段实现耳机音量自适应调整：第一阶段为用户初次使用耳机的预设阶段，第二阶段为预设完成后耳机的正常使用阶段。本发明利用拟合关系预测正常使用阶段用户习惯的耳机音量大小，使用户在不同声压大小的噪音环境下、不同响度的播放内容下都能听到最合适的音量。

Description

一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法
技术领域
本发明属于耳机音量调整技术领域，具体涉及一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法。
背景技术
随着智能移动电子终端产品的发展，许多传统硬件设备的升级速度加快，智能耳机由于其便携性、需求大已成为智能硬件的新风口。
基于无线立体声技术的快速发展，传统的耳机可以摆脱线路的束缚，成为无线耳机，实现智能终端与耳机的无线式数据传输。目前现有的耳机，用户听到的声音效果都是由智能终端设备和外部环境决定的。中高端耳机一般具有的能力是降噪能力，其现有技术主要是通过抵消的方式对外部环境噪声进行降噪处理，CN114866899A将前馈式和反馈式两种方式进行结合，从而对环境噪声和风噪声都进行降噪。
对于音量调整，更多是通过手动调整播放设备的音量来确定的，针对这个问题，一些厂商提出了一些方法来解决此问题。例如，现有技术中，有一种利用姿态传感器来调整耳机音量的方法，该方法通过获取姿态传感器采集的用户头部变化的多维度姿态信号，根据该信号判断用户头部动作进而生成控制参数，从而实现根据用户的头部动作信号来调节耳机音量，无需用户用手来调节音量。但该方法仍然是需要用户主动进行调节耳机音量。CN111464903A提出一种基于外部环境的耳机音量自适应调整方法，该发明将麦克风获取的环境噪声音量与预存的噪音音量等级进行比较，从而自动调节耳机的播放音量，无需人工调整。
现有的耳机音量自适应调整方法较少，已有的方法大多是根据外部环境自适应调整耳机音量，但是没有根据播放内容自动调节耳机音量的。短视频行业的发展使每个人都能成为短视频的创作者，但短视频制作对于音频响度尚缺乏固定的标准，短视频制作者的制作方法、制作水平也存在高低区别，导致用户在浏览短视频时会存在声音忽大忽小的情况。另外，即使是在同一个播放内容，声音也会有忽大忽小的情况，因此根据播放内环境提出一种耳机音量自适应调整方法是有必要的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，根据外部环境的噪声声压大小和内部播放内容的音频响度信息自适应的调整音量，使用户在不同声压大小的噪音环境下、不同响度的播放内容下都能听到最合适的音量。
本发明的技术方案如下：
一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，在耳机内设置麦克风、外部声压采集模块、内部音频响度采集模块、音频数据处理模块、音量调节模块、存储单元、处理器、只读存储介质；耳机连接能够读取与播放智能终端中音频的智能音频设备；其中，
麦克风用于采集外部噪声，将声音信号转换成模拟电压信号，通过采样将声音信号转变成数字信号并传入到外部声压采集模块；
外部声压采集模块用来检测环境噪音，通过计算确定外部噪音的声压级大小，并将声压信息传入到音频数据处理模块；
内部音频响度采集模块用于获取当前智能音频设备播放内容的响度信息，以及用于在耳机的预设阶段获取用户预设的音量；
音频数据处理模块对外部环境噪声声压信息、内部音频响度信息、用户预设的耳机音量三个数据做有监督拟合，并且利用拟合关系预测正常使用阶段用户习惯的耳机音量大小；
音量调节模块根据音频数据处理模块得出的预测结果对耳机音量进行自适应调节；
存储单元里存储在处理器上运行的程序和运行时需要的数据；
处理器执行内部音频响度采集模块中获取数字信号的具体操作程序；
只读存储介质，用于保存相关处理程序，外部声压采集模块和内部音频响度采集模块所产生的数据信息被永久保存在该只读存储介质中；
耳机音量自适应调整方法通过两个阶段实现耳机音量自适应调整：第一阶段为用户初次使用耳机的预设阶段，第二阶段为预设完成后耳机的正常使用阶段。
进一步地，内部音频响度采集模块通过获取数字信号来获取播放内容的响度信息，获取数字信号的实现方式包括两种：第一，获取无线通信传入到耳机的音频数字信号；第二，获取有线通信传入到耳机的音频模拟信号，并将音频模拟信号转换为数字信号。
进一步地，第一阶段的处理过程如下：
步骤1.1、麦克风采集当前环境的外部噪声声压，将声音信号转换成模拟电压信号，再对电压信号进行量化转变为数字信号，最后将数字信号传入到外部声压采集模块；
步骤1.2、外部声压采集模块利用数字信号计算外部噪声的声压大小，并将声压信息传入到音频数据处理模块；
步骤1.3、初次使用时，用户需要在不同外部噪声环境下，打开智能音频设备播放不同响度的音频内容，设置耳机音量，此时设置的音量为用户自己最习惯的播放音量，将不同环境不同响度下用户最习惯的音量同步记录存储在耳机的只读存储介质中；
步骤1.4、音频数据处理模块对外部噪声声压、内部音频响度、用户设置耳机音量三个数据进行拟合，拟合程序被存储到耳机的存储单元中，处理器会调用此程序对三个数据做有监督式拟合；
步骤1.5、将得到的拟合关系保存到耳机的只读存储介质中，进行永久保存。
进一步地，步骤1.2中，声压大小使用声压级进行表述，声压级以符号SPL表示，噪声声压级的测量方法如下所示，
Figure BDA0004077554610000031
其中，x(n)为时域采样点的值，N表示一段声音信号的采样点总个数，n表示采样点序号；pAOP表示麦克风的最大声压级。
进一步地，步骤1.3中，使用多元线性回归方法进行拟合，分析三个数据量之间的关系，多元线性回归的表达式如下所示：
y＝β0+β1x1+β2x2+ξ
其中，y表示用户设置的音量大小，x1表示外部噪声声压级，x2表示内部播放的音频响度；β0,β1,β2表示回归系数，ξ表示误差项。
进一步地，第二阶段的处理过程如下：
步骤2.1、外部声压采集模块利用麦克风采集当前环境的噪声声压信息，并将其传入音频数据处理模块；
步骤2.2、在智能音频设备进行播放时，耳机的内部音频响度采集模块进行工作，利用数字信号获取播放内容的音频响度信息；
步骤2.3、将内部音频响度信息传入音频数据处理模块，此模块将存储介质中保存的拟合关系调入控制器中的存储单元中，利用外部噪声声压信息、内部音频响度信息对用户设置的音量进行预测；
步骤2.4、音量调节模块获取音频数据处理模块预测的结果，根据此结果自适应调整耳机音量。
进一步地，步骤2.2中，响度的计算方法如下所示，
Figure BDA0004077554610000032
其中，yi表示经过斜坡滤波器和高通滤波器预处理的信号，Gi表示声道的权重系数，i表示当前的声道序号，T表示采样点的个数，dt表示微分符号。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明通过采用监督拟合的方式对用户设置的耳机音量进行预测，使用户在不同声压大小的噪音环境下、不同响度的播放内容下都能听到合适的音量，避免声音忽大忽小的情况，提升用户体验。
附图说明
图1为本发明基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法的控制原理图；
图2为本发明基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法中预设阶段的流程图；
图3为本发明基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法中正常使用阶段的流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
自适应调整音量的目标在于使用耳机时将音量自动调整到最适宜当前用户习惯的音量，基于此，本发明提出了一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，如图1所示，自适应调整的控制原理是根据外部环境的噪声声压大小和内部播放内容的音频响度信息预测正常使用阶段用户可能设置的音量，进而进行自适应调整，使用户听到的音量达到最适宜的一个状态。本发明的核心在于，对不同声压大小下的外部噪声环境、不同内部音频响度信息、用户预设的音量进行拟合，得到拟合函数，基于拟合函数进行音量的预测和自适应调整。
本发明中，所述耳机可以为无线耳机，耳机所属型号无具体要求。
一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，在耳机内设置麦克风、外部声压采集模块、内部音频响度采集模块、音频数据处理模块、音量调节模块、存储单元、处理器、只读存储介质；耳机连接能够读取与播放智能终端中音频的智能音频设备。其中，
麦克风用于采集外部噪声，将声音信号转换成模拟电压信号，通过采样将声音信号转变成数字信号并传入到外部声压采集模块。
外部声压采集模块用来检测环境噪音，通过计算确定外部噪音的声压级大小，并将声压信息传入到音频数据处理模块。
内部音频响度采集模块用于获取当前智能音频设备播放内容的响度信息。该模块通过获取数字信号来获取播放内容的响度信息。获取数字信号的实现方式包括两种：第一，可以获取无线通信传入到耳机的音频数字信号；第二，可以获取有线通信传入到耳机的音频模拟信号，并将音频模拟信号转换为数字信号。该模块还用于在耳机的预设阶段获取用户预设的音量。
音频数据处理模块对外部环境噪声声压信息、内部音频响度信息、用户预设的耳机音量三个数据做有监督拟合，并且利用拟合关系预测正常使用阶段用户习惯的耳机音量大小，使用户在不同声压大小的噪音环境下、不同响度的播放内容下都能听到合适的音量。音频数据处理模块连接存储单元、处理器和只读存储介质，具体工作过程为：使用处理器对外部噪声的声压数据和内部音频响度进行数据拟合，在该拟合过程中需要用户设置的耳机音量这一数据来使该拟合成为有监督式拟合，该数据在预设阶段被获取，并被保存到耳机中的只读存储介质中，在进行数据处理时，该数据被调入存储单元。此外，在耳机正常使用阶段，此模块利用拟合结果对用户设置音量进行预测并将预测结果传入音量调节模块，得到自适应的耳机设置音量。
音量调节模块根据音频数据处理模块得出的预测结果对耳机音量进行自适应调节。该模块与音频数据处理模块进行通信，获取预测的耳机设置音量，音量调节模块利用此结果调整耳机音量，从而达到自适应的效果。
存储单元里存储可在处理器上运行的程序和运行时需要的数据。
处理器执行上述内部音频响度采集模块中获取数字信号的任一种实现方式的具体操作程序。
只读存储介质，用于保存相关处理程序，外部声压采集模块和内部音频响度采集模块所产生的数据信息被永久保存在该只读存储介质中，断电后亦不消失。
该耳机音量自适应调整方法通过两个阶段实现耳机音量自适应调整。第一阶段为用户初次使用耳机的预设阶段，第二阶段为预设完成后耳机的正常使用阶段，下面对该方法过程进行详细说明：
第一阶段，耳机预设阶段，此阶段的处理过程如图2所示。
步骤1.1、麦克风采集当前环境的外部噪声声压，将声音信号转换成模拟电压信号，再对电压信号进行量化转变为数字信号，最后将数字信号传入到外部声压采集模块。
步骤1.2、外部声压采集模块利用数字信号计算外部噪声的声压大小，并将声压信息传入到音频数据处理模块。声压大小使用声压级进行表述，声压级以符号SPL表示，噪声声压级的测量方法如下所示，
Figure BDA0004077554610000051
其中，x(n)为时域采样点的值，N表示一段声音信号的采样点总个数，n表示采样点序号。pAOP表示麦克风的最大声压级，为客观存在的固定值。
步骤1.3、初次使用时，用户需要在不同外部噪声环境下，打开智能音频设备播放不同响度的音频内容，设置耳机音量，此时设置的音量为用户自己最习惯的播放音量，将不同环境不同响度下用户最习惯的音量同步记录存储在耳机的只读存储介质中。
步骤1.4、音频数据处理模块对外部噪声声压、内部音频响度、用户设置耳机音量三个数据进行拟合。拟合程序被存储到耳机的存储单元中，处理器会调用此程序对三个数据做有监督式拟合。
本发明使用多元线性回归方法进行拟合，分析三个数据量之间的关系。多元线性回归的表达式如下所示：
y＝β0+β1x1+β2x2+ξ
其中，y表示用户设置的音量大小，x1表示外部噪声声压级，x2表示内部播放的音频响度。β0,β1,β2表示回归系数，ξ表示误差项。
步骤1.5、将得到的拟合关系保存到耳机的只读存储介质中，进行永久保存。
第二阶段为耳机的正常使用阶段，此阶段将使用耳机存储介质中保存的拟合关系进行工作。此阶段耳机的处理过程如图3所示。
步骤2.1、外部声压采集模块利用麦克风采集当前环境的噪声声压信息，并将其传入音频数据处理模块。
步骤2.2、在智能音频设备进行播放时，耳机的内部音频响度采集模块进行工作，该模块利用无线通信传入的数字信号进行工作，或者是将有线通信传入的模拟信号转换为数字信号后再进行工作。该模块利用数字信号获取播放内容的音频响度信息。响度计算采用国际电信联盟(ITU)提出的LKFS单位标准，计算响度的方法如下所示，
Figure BDA0004077554610000061
其中，yi表示经过斜坡滤波器和高通滤波器预处理的信号，Gi表示声道的权重系数，i表示当前的声道序号(例如左声道)，T表示采样点的个数，dt表示微分符号。
步骤2.3、将内部音频响度信息传入音频数据处理模块，此模块将只读存储介质中保存的拟合关系调入存储单元中，利用外部噪声声压信息、内部音频响度信息对用户设置的音量进行预测。该预测程序也被永久保存在耳机的只读存储介质中，在使用时将其调入控制器即可进行预测。
步骤2.4、音量调节模块获取音频数据处理模块预测的结果，根据此结果调整耳机音量，从而达到自适应的效果。此自适应是根据外部环境的噪声声压和内部播放内容的音频响度信息自适应的。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，其特征在于，在耳机内设置麦克风、外部声压采集模块、内部音频响度采集模块、音频数据处理模块、音量调节模块、存储单元、处理器、只读存储介质；耳机连接能够读取与播放智能终端中音频的智能音频设备；其中，
麦克风用于采集外部噪声，将声音信号转换成模拟电压信号，通过采样将声音信号转变成数字信号并传入到外部声压采集模块；
外部声压采集模块用来检测环境噪音，通过计算确定外部噪音的声压级大小，并将声压信息传入到音频数据处理模块；
内部音频响度采集模块用于获取当前智能音频设备播放内容的响度信息，以及用于在耳机的预设阶段获取用户预设的音量；
音频数据处理模块对外部环境噪声声压信息、内部音频响度信息、用户预设的耳机音量三个数据做有监督拟合，并且利用拟合关系预测正常使用阶段用户习惯的耳机音量大小；
音量调节模块根据音频数据处理模块得出的预测结果对耳机音量进行自适应调节；
存储单元里存储在处理器上运行的程序和运行时需要的数据；
处理器执行内部音频响度采集模块中获取数字信号的具体操作程序；
只读存储介质，用于保存相关处理程序，外部声压采集模块和内部音频响度采集模块所产生的数据信息被永久保存在该只读存储介质中；
耳机音量自适应调整方法通过两个阶段实现耳机音量自适应调整：第一阶段为用户初次使用耳机的预设阶段，第二阶段为预设完成后耳机的正常使用阶段。
2.根据权利要求1所述基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，其特征在于，所述内部音频响度采集模块通过获取数字信号来获取播放内容的响度信息，获取数字信号的实现方式包括两种：第一，获取无线通信传入到耳机的音频数字信号；第二，获取有线通信传入到耳机的音频模拟信号，并将音频模拟信号转换为数字信号。
3.根据权利要求1所述基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，其特征在于，所述第一阶段的处理过程如下：
步骤1.1、麦克风采集当前环境的外部噪声声压，将声音信号转换成模拟电压信号，再对电压信号进行量化转变为数字信号，最后将数字信号传入到外部声压采集模块；
步骤1.2、外部声压采集模块利用数字信号计算外部噪声的声压大小，并将声压信息传入到音频数据处理模块；
步骤1.3、初次使用时，用户需要在不同外部噪声环境下，打开智能音频设备播放不同响度的音频内容，设置耳机音量，此时设置的音量为用户自己最习惯的播放音量，将不同环境不同响度下用户最习惯的音量同步记录存储在耳机的只读存储介质中；
步骤1.4、音频数据处理模块对外部噪声声压、内部音频响度、用户设置耳机音量三个数据进行拟合，拟合程序被存储到耳机的存储单元中，处理器会调用此程序对三个数据做有监督式拟合；
步骤1.5、将得到的拟合关系保存到耳机的只读存储介质中，进行永久保存。
4.根据权利要求3所述基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，其特征在于，所述步骤1.2中，声压大小使用声压级进行表述，声压级以符号SPL表示，噪声声压级的测量方法如下所示，
Figure FDA0004077554600000021
其中，x(n)为时域采样点的值，N表示一段声音信号的采样点总个数，n表示采样点序号；pAOP表示麦克风的最大声压级。
5.根据权利要求3所述基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，其特征在于，所述步骤1.3中，使用多元线性回归方法进行拟合，分析三个数据量之间的关系，多元线性回归的表达式如下所示：
y＝β0+β1x1+β2x2+ξ
其中，y表示用户设置的音量大小，x1表示外部噪声声压级，x2表示内部播放的音频响度；β0,β1,β2表示回归系数，ξ表示误差项。
6.根据权利要求1所述基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，其特征在于，所述第二阶段的处理过程如下：
步骤2.1、外部声压采集模块利用麦克风采集当前环境的噪声声压信息，并将其传入音频数据处理模块；
步骤2.2、在智能音频设备进行播放时，耳机的内部音频响度采集模块进行工作，利用数字信号获取播放内容的音频响度信息；
步骤2.3、将内部音频响度信息传入音频数据处理模块，此模块将存储介质中保存的拟合关系调入控制器中的存储单元中，利用外部噪声声压信息、内部音频响度信息对用户设置的音量进行预测；
步骤2.4、音量调节模块获取音频数据处理模块预测的结果，根据此结果自适应调整耳机音量。
7.根据权利要求6所述基于内部音频响度的耳机音量自适应调整方法，其特征在于，所述步骤2.2中，响度的计算方法如下所示，
Figure FDA0004077554600000031
其中，yi表示经过斜坡滤波器和高通滤波器预处理的信号，Gi表示声道的权重系数，i表示当前的声道序号，T表示采样点的个数，dt表示微分符号。
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