CN203072154U

CN203072154U - 一种智能听力保护器

Info

Publication number: CN203072154U
Application number: CN 201320055856
Authority: CN
Inventors: 雷兵; 冯莹; 王桢; 刘飞; 朱莉珏
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2023-01-31

Abstract

本实用新型提供一种智能听力保护器。技术方案为：包括麦克风和扬声器，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块包括比较电路、单稳态触发电路、电平转换与驱动电路、电子开关、滤波电路、功率放大电路、音量调节器和阈值调节器。比较电路的一个输入端与麦克风连接，另一个输入端与阈值调节器连接，比较电路的输出端与单稳态触发电路连接。单稳态触发电路的输出端依次与电平转换与驱动电路、电子开关的输入控制端连接，麦克风输出的音频信号经电子开关传输至滤波电路、功率放大电路。该装置既能自主屏蔽各种突发性的大响度噪声，起到保护听力的作用，又能合理放大以语音为代表的外界有益声音信息，保证佩戴者对外部环境的感知能力不受影响。

Description

一种智能听力保护器

技术领域

本实用新型涉及听力保护和电子技术领域，进一步是涉及一种能够自主屏蔽有损听力的大响度噪声并增强微弱声音信号的智能听力保护器。

背景技术

随着经济社会的发展，越来越多的人员需要在大噪声环境下工作，其听力正面临日益严重的噪声威胁。卫生组织制定的听力保护规范指出，在噪声超过85dB的环境中工作时应采取听力保护措施，否则存在听力损伤的风险。

研究表明，突发性的大峰值脉冲噪声和长时间暴露在高强度噪声环境下，是造成听力损伤的根本原因。在军事领域，自动步枪、大炮、坦克、飞机等武器装备带来的噪声经常超过90dB，进攻性武器射击时产生的脉冲噪声的峰值声压级可达150-180dB，极易造成士兵暂歇性甚至永久性的听力损伤。不止是部队，机场、铁路、造船、金属冶炼、管道作业、发电厂等领域的职工也都面临着十分严重的职业噪声危害。

传统的听力保护手段是佩戴耳塞或耳罩以隔离外界噪声的危害，但这会削弱佩戴者的听觉效能，降低其对外部环境的感知能力，影响其接收外界重要信息（如上级指令）以及与同伴的正常交流，因此受到普遍排斥。

目前不影响感知外界信息的智能听力保护器，大多采用数字信号处理技术，该技术需要高性能的ADC（Analog Digital Converter，模数转换器）、DAC（Digital Analog Converter，数模转换器）和DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）等电子芯片以及复杂的算法来处理音频信号，系统复杂且成本较高，限制了其推广应用。

有鉴于此，有必要研究一种结构简单、性能可靠且性价比高的智能听力保护器，使其既能自主屏蔽有损听力的大响度噪声又不削弱佩戴者对外部环境的感知能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种简单可靠且性价比高的智能听力保护器，该装置既能自主屏蔽各种突发性的大响度噪声，起到保护听力的作用，又能合理放大以语音为代表的外界有益声音信息，保证佩戴者对外部环境的感知能力不受影响。

为达到上述目的，本实用新型所采用的第一种技术方案为：一种智能听力保护器，包括麦克风和扬声器，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块包括比较电路、单稳态触发电路、电平转换与驱动电路、电子开关、滤波电路、功率放大电路、音量调节器和阈值调节器。比较电路的一个输入端与麦克风连接，比较电路的另一个输入端与阈值调节器连接，比较电路的输出端与单稳态触发电路的输入端连接。单稳态触发电路的输出端与电平转换与驱动电路的输入端连接，电平转换与驱动电路的输出端与电子开关的输入控制端连接。麦克风输出的音频信号经电子开关传输至滤波电路的输入端，滤波电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路同时与音量调节器连接，功率放大电路的输出端与扬声器连接。

本实用新型提供的其他技术方案是：智能听力保护器，包括麦克风、扬声器和电源，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块包括比较电路、单稳态触发电路、电平转换与驱动电路、电子开关、滤波电路、功率放大电路、音量调节器和阈值调节器。比较电路的一个输入端与麦克风连接，比较电路的另一个输入端与阈值调节器连接，比较电路的输出端与单稳态触发电路的输入端连接。单稳态触发电路的输出端与电平转换与驱动电路的输入端连接。电平转换与驱动电路的输出端与电子开关的输入控制端连接。麦克风输出的音频信号输出至滤波电路的输入端，滤波电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路同时与音量调节器连接，功率放大电路的输出端与扬声器连接。为滤波电路或功率放大电路供电的电源其输出端连接至电子开关的输入端，电子开关的输出端连接至滤波电路或功率放大电路的电源输入端。

本实用新型的有益效果是：相较于现有的智能听力保护器，本实用新型提供的智能听力保护器在有损听力的大响度噪声出现时，采用电子开关直接短时切断来自麦克风的声音信号的传输，既不需要单片机、DSP等控制核心，也不需要ADC、DAC等价格较高的电子芯片和复杂的音频信号处理算法，结构简单、性能可靠且成本低廉。在保护听力的同时又不削弱佩戴者对外部环境的感知能力，非常适合于部队、机场、铁路、发电厂和管道作业等普遍存在大峰值脉冲噪声领域的人员使用。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式一的控制模块的组成框图；

图2为本实用新型实施例的智能听力保护器的组成结构示意图；

具体实施方式

以下将结合说明书附图对本实用新型做进一步详细说明。

图1为本实用新型具体实施方式一的控制模块的组成框图，图2为本实用新型实施例的智能听力保护器的组成结构示意图。如图所示，本具体实施方式，包括耳罩201、麦克风203、扬声器204、电源开关205，其特征在于，还包括控制模块202，所述控制模块202包括比较电路101、单稳态触发电路102、电平转换与驱动电路103、电子开关104、滤波电路105、功率放大电路106、阈值调节器107和音量调节器108。比较电路101用于比对外界声强值与设定的阈值，该设定值可通过阈值调节器107改变大小。比较电路101可由普通的电压比较器实现，比较电路101接收来自麦克风的音频信号与阈值调节器107输出的参考电平比对后产生的边沿触发信号输入到单稳态触发电路102，形成一个延时（暂稳态持续时间）可控的单稳态触发信号，该单稳态触发信号再由电平转换与驱动电路103进行电平逻辑的转换与信号整形，并为后面的电子开关104提供一定的功率驱动。电平转换与驱动电路包括依次连接的电平转换部分和功率驱动部分。电平转换部分可由与非门构成逻辑电路实现，功率驱动部分可由高速开关三极管实现。电平转换与驱动电路103输出的信号可以快速有效的驱动电子开关104，电子开关104可由光电耦合器件（如TLP521）、模拟开关芯片（如CC4066）等芯片来实现。滤波电路105用于对麦克风输入的音频信号进行滤波处理，以降低音频信号中无关背景噪声的影响。功率放大电路106用于对滤波后的音频信号进行功率放大，以驱动扬声器发声。功率放大电路106可通过音量调节器108调节输出信号幅值的大小，并通过AGC（Auto Gain Control，自动增益控制）技术保持声音在舒适响度范围之内。

在本实用新型的具体实施方式一中，电子开关104设置在声音信号的传输通路中，即电子开关104的输入端连接麦克风203，输出端连接滤波电路105，受控端连接电平转换与驱动电路103，电子开关104的导通状态受电平转换与驱动电路103的控制，使麦克风203到滤波电路105的音频信号被传输或截止。另外，作为本实用新型的进一步改进，在具体实施方式二中，麦克风203直接与滤波电路105连接。为滤波电路105或功率放大电路106供电的电源，其输出端连接至电子开关104的输入端，电子开关104的输出端连接至滤波电路105或功率放大电路106的电源输入端。使用时，电子开关104的导通状态同样受电平转换与驱动电路103的控制，通过电子开关104使滤波电路105或功率放大电路106处于工作状态或是不工作状态，这样同样可以达到控制来自麦克风的音频信号能否传输到扬声器的目的。

另外，在本实用新型中，耳罩201也可是耳塞，为噪声阻尼材料构成的结构实体，可将外界噪声衰减20-30dB，能有效降低大响度噪声对人耳的伤害。当麦克风输出音频信号的幅度值小于阈值调节器107设定的保护阈值时，控制模块202将适度放大麦克风203采集的外界声音信号，并将放大后的音频信号送给扬声器204播放，以增强佩戴者对外部环境的感知能力。当幅度值超过设定的阈值时，控制模块202将自动切断音频信号的传输，扬声器204静音，所有声音信号被隔离，起到保护听力的作用。

为进一步理解控制模块202的工作流程，可通过分析单稳态触发电路102的状态来实现。单稳态触发电路102包含稳态和暂稳态两种状态，稳态时比较电路101输出一稳定的电信号，单稳态触发电路102的输出也为一稳定的电信号，电子开关104处于常闭状态，此时外界声音信号可经过控制模块202进行滤波放大处理后正常传输，佩戴者处于有效感知外界声音的状态。当外界声强值超过设定的阈值时，比较电路101立刻改变输出状态，单稳态触发电路102也自动跳变为暂稳态，此时电子开关104断开，声音信号的传输通路被切断，此时佩戴者处于听力被保护的状态。单稳态触发电路102暂稳态的持续时间，即电子开关104的断开时间，由触发电路中电阻R、电容C的参数确定。单稳态触发电路102可以配置成可重触发和不可重触发两种形式，本实用新型优选为可重触发式单稳态触发电路，以保证外界声强较强时可提供持续的听力保护。

本实用新型提供的智能听力保护器，所述控制模块202、麦克风203和扬声器204经过小型化后可集成在所述耳罩201或耳塞的内部，所述智能听力保护器最终在外观上与现有耳罩或耳塞相似，但同时具有听力保护和感知外界声音信息的双重功能。

本实用新型提供的智能听力保护器还可配置成耳塞加耳罩双重隔离保护的形式，此时麦克风、扬声器和控制模块的电气连接方式不变，但麦克风203设置在耳罩外部，扬声器204设置在耳塞内部，控制模块202集成在耳罩内部。佩戴者使用时先将耳塞插入耳道，再将耳罩罩住外耳部，此时可实现噪声双重隔离的功能，获得更好的保护效果，同时不影响感知外界环境信息。

本实用新型提供的智能听力保护器采用声音传感器实时监测外部环境的声强状态，在有损听力的大响度噪声出现时，通过电子开关自动短时切断声音信号的传输，起到保护听力的作用；在没有大响度噪声的一般情况下，能够适度放大外界微弱的声音信号，增强佩戴者对外部环境的感知能力。

需要指出的是，本实用新型提供的智能听力保护器采用隔音耳罩或耳塞来衰减外界噪声，隔音耳罩或耳塞一般能将噪声衰减20-30dB，保证噪声不会超过听力损伤阈值即达到目的，并不会完全消除噪声。因此，在控制模块从电路上切断声音信号的传输通路时，佩戴者仍能听到经过衰减的部分噪声，不会明显影响其对外界环境的感知能力。

Claims

1.一种智能听力保护器，包括麦克风和扬声器，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块包括比较电路、单稳态触发电路、电平转换与驱动电路、电子开关、滤波电路、功率放大电路、音量调节器和阈值调节器；比较电路的一个输入端与麦克风连接，比较电路的另一个输入端与阈值调节器连接，比较电路的输出端与单稳态触发电路的输入端连接；单稳态触发电路的输出端与电平转换与驱动电路的输入端连接；电平转换与驱动电路的输出端与电子开关的输入控制端连接；麦克风输出的音频信号经电子开关传输至滤波电路的输入端；滤波电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路同时与音量调节器连接，功率放大电路的输出端与扬声器连接。

2.一种智能听力保护器，包括麦克风、扬声器和电源，其特征在于，还包括控制模块，所述控制模块包括比较电路、单稳态触发电路、电平转换与驱动电路、电子开关、滤波电路、功率放大电路、音量调节器和阈值调节器；比较电路的一个输入端与麦克风连接，比较电路的另一个输入端与阈值调节器连接，比较电路的输出端与单稳态触发电路的输入端连接；单稳态触发电路的输出端与电平转换与驱动电路的输入端连接；电平转换与驱动电路的输出端与电子开关的输入控制端连接；麦克风输出的音频信号输出至滤波电路的输入端，滤波电路的输出端与功率放大电路的输入端连接，功率放大电路同时与音量调节器连接，功率放大电路的输出端与扬声器连接；为滤波电路或功率放大电路供电的电源其输出端连接至电子开关的输入端，电子开关的输出端连接至滤波电路或功率放大电路的电源输入端。