專利名稱：一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及消噪方法，特別涉及一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法及設備。
背景技術：
在手機行業(yè)，消噪技術按照處理對象的不同分為兩個方面ー是降低噪聲；二是提升信號，最終目的都是提高信噪比。前者是業(yè)內常見的消噪技木，后者為叫法比較多，筆者稱為類智能消噪技木。消噪技術按內容一般分為兩類一是語音通話中的消噪技術；二是耳機狀態(tài)聽音樂中的消噪技木。對于前者，現(xiàn)在很多廠家都在提供相應功能的IC，比如美國的ForteMedia、 Audience.ON等等，有的處理上行通信噪聲，有的處理下行通信噪聲，有的上、下行都可以處理，筆者也曾經成功預研了 ！ForteMedia的消噪技術方案——Beamforming,它主要是針對上行通信的，即用戶A在吵雜的環(huán)境中用帶這種技術的手機與異地的用戶B通話，B聽不到 A身邊環(huán)境的噪聲，只聽到A的通話聲，最終整體效果良好，由于其技術原理的原因，該方案對MIC的靈敏度、結構布局的要求較為苛刻。后兩個方案的效果筆者也都接觸過，效果不分伯仲，但是硬件成本較高。綜上，造成這種技術在手機中批量應用的限制條件主要有ニ 一是手機功能的多祥化造成PCB板空間的日益緊張；ニ是語音消噪技術需要的高額的附加成本。對于后者，主要應用在現(xiàn)在的MP3市場，例如SONY的高端MP3就到有這種技木，他們采用的方法是在MP3上設置了ー個快捷鍵，當用戶覺得外界的噪聲比加大時，就可以按一下這個鍵，然后用戶就可以在吵雜的環(huán)境中聽到純凈的音樂了，不過這種技術還是要靠用戶自己感知，然后才做出反應，這種屬于半智能型消噪，并且這種技術只能被動的消除外界的噪聲，更重要的是，由于其是利用反相原理進行消噪，處理不好，例如相位延時如果不是相差嚴格的180度，就會造成噪聲的疊加，惡化聲音的信噪比，而且處理后的聲音也有些許失真，從消費者的角度考慮不是最優(yōu)的，要實現(xiàn)人性化還需要跟進一歩的研究和優(yōu)化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在干，為解決現(xiàn)有的技術中消噪效果不好，不人性化，并且對技術的附加成本高的問題，本發(fā)明提出一種新的技術方案，這種新技術方案可以實現(xiàn)用戶A在從安靜區(qū)域1進入吵雜區(qū)域2時自動實現(xiàn)提高音樂音量，也可以實現(xiàn)用戶A在從吵雜區(qū)域2 進入安靜區(qū)域1時自動實現(xiàn)適當降低音量。這種雙向考慮可以給用戶帶來極大的方便和人性關懷。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法，其特征在于，該方法基于環(huán)境噪聲采集模塊、音樂播放模塊、噪聲處理模塊、音量選取模塊和噪聲-音量控制模塊，實現(xiàn)滿足用戶在不同噪聲等級環(huán)境下對音量需求自動變化；所述噪聲-音量控制模塊，用于根據噪聲的等級來換算出相對應的音樂音量的等級所述環(huán)境噪聲采集模塊對外界環(huán)境的噪聲進行檢測和采集，并將噪聲波轉換為模擬信號；所述噪聲量化模塊將模擬信號經傅里葉變換為頻域噪聲信號，并通過處理和分析對噪聲信號等級估量，將噪聲通過等級量化；所述音量選取模塊讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制音樂播放模塊輸出音樂信號音量的變換；所述音樂播放模塊根據音量選取模塊選取的音量播放出音樂。更優(yōu)選地，該方法還包括存儲模塊；所述存儲模塊對所述噪聲處理模塊獲得的量化噪聲信息存儲。更優(yōu)選地，所述映射模塊中的噪聲能量一音樂音量映射表是基于Sweet Point函數(shù)與人耳等響曲線函數(shù)之間的關系建立的；其中，Sweet Point函數(shù)表示SP = F (V，N)，SPO =F(V0，NO)，N為環(huán)境噪聲等級，V為音樂播放音量，V和N的是成同向性的，即ー個増大， 另ー個就要跟著増大，反之亦然；人耳等響曲線函數(shù)為L = G (F，SPL)，F(xiàn)是頻率，SPL是聲壓級，L是響度。更優(yōu)選地，還包括噪聲持續(xù)時間檢測模塊，所述噪聲持續(xù)時間檢測模塊對所述環(huán)境噪聲采集模塊檢測到的噪聲的噪聲能級比噪聲能級閾值W大且持續(xù)時間大于時間閾值T 吋，啟動所述噪聲-音量控制模塊；其中，T >從檢測噪聲到處理再到給出音量調整的整個過程需要的時間。更優(yōu)選地，所述噪聲能級閾值W為8dB 15dB。更優(yōu)選地，所述噪聲能級閾值W為10dB。更優(yōu)選地，所述噪聲-音量控制模塊先判斷當前環(huán)境噪聲量化值是否高/低于前一環(huán)境噪聲量化值的值超過設定的閾值B;如果是，則所述音量選取模塊將音樂信號音量在現(xiàn)有的基礎上相應地增加或減少；否則，所述音量選取模塊讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制輸出音樂信號音量的變換；其中，B和△ V為多次實驗確定。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提出一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪設備，其特征在干，該設備包括環(huán)境噪聲采集模塊、音樂播放模塊、噪聲處理模塊、音量選取模塊和噪聲-音量控制模塊；所述噪聲-音量控制模塊，用于根據噪聲的等級來換算出相對應的音樂音量的等級；所述環(huán)境噪聲采集模塊，用于對外界環(huán)境的噪聲進行檢測和采集，并將噪聲波轉換為模擬信號；所述噪聲量化模塊，用于將模擬信號經傅里葉變換為頻域噪聲信號，并通過處理和分析對噪聲信號等級估量，將噪聲通過等級量化；所述音量選取模塊，用于讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制音樂播放模塊輸出音樂信號音量的變換；
所述音樂播放模塊，用于根據音量選取模塊選取的音量播放出音樂。更優(yōu)選地，該設備還包括存儲模塊；所述存儲模塊對所述噪聲處理模塊獲得的量化噪聲信息存儲。更優(yōu)選地，所述噪聲-音量控制模塊先判斷當前環(huán)境噪聲量化值是否高/低于前一環(huán)境噪聲量化值的值超過設定的閾值B;如果是，則所述音量選取模塊將音樂信號音量在現(xiàn)有的基礎上相應地增加或減少；否則，所述音量選取模塊讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制輸出音樂信號音量的變換；其中，B和△ V為多次實驗確定。本發(fā)明的優(yōu)點在干，該發(fā)明的原始驅動來源于消費者的實際需求，當用戶在不同環(huán)境中聽歌或者從ー個環(huán)境變換到另ー個環(huán)境，設備可以自動根據外界噪聲，選擇設定對應的音量，滿足用戶需求的同時，簡化了用戶的手動操作，人性化的設計方向決定其應用前景廣闊。并且消噪效果好，不增加額外的成本，具有廣泛的推廣使用價值。


圖1為本發(fā)明提出的一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法流程圖；圖2為本發(fā)明提出的一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪設備框圖；圖3為聽覺區(qū)域和人耳等響曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明的技術方案進行進ー步詳細的說明。如圖1所示，圖1為本發(fā)明提出的本發(fā)明主要提出的一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法流程圖。從圖1可以看出，該方法基于環(huán)境噪聲采集模塊、音樂播放模塊、存儲模塊、噪聲處理模塊、音量選取模塊和噪聲-音量控制模塊，實現(xiàn)滿足用戶在不同噪聲等級環(huán)境下對音量需求自動變化；環(huán)境噪聲采集模塊對外界環(huán)境的噪聲進行檢測和采集，并將噪聲波轉換為模擬信號。噪聲量化模塊將模擬信號經傅里葉變換為頻域噪聲信號，并通過處理和分析對噪聲信號等級估量，將噪聲通過等級量化。存儲模塊對所述噪聲處理模塊獲得的量化噪聲信息存儲。音量選取模塊讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制輸出音樂信號音量的變換。如圖2所示，圖2為本發(fā)明提出的一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪設備框圖。該設備包括環(huán)境噪聲采集模塊、音樂播放模塊、噪聲處理模塊、存儲模塊、音量選取模塊和噪聲-音量控制模塊。環(huán)境噪聲采集模塊分為L-環(huán)境噪聲采集模塊和R-環(huán)境噪聲采集模塊噪聲-音量控制模塊，用于根據噪聲的等級來換算出相對應的音樂音量的等級；環(huán)境噪聲采集模塊分為L-環(huán)境噪聲采集模塊和R-環(huán)境噪聲采集模塊，均安裝在耳機外側的兩顆高靈敏的MIC組成，其功能是采集耳機以外的環(huán)境噪聲，將其轉換為模擬噪聲信號。噪聲量化模塊，用于將模擬信號經傅里葉變換為頻域噪聲信號，并通過處理和分析對噪聲信號等級估量，將噪聲通過等級量化；存儲模塊，用于對所述噪聲處理模塊獲得的量化噪聲信息存儲。
音量選取模塊，用于讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制音樂播放模塊輸出音樂信號音量的變換；音樂播放模塊，用于根據音量選取模塊選取的音量播放出音樂。本發(fā)明的工作原理如下首先，由兩顆高靈敏度的MIC檢測外界的噪聲，將噪聲波轉換為模擬的電信號；其次，將噪聲模擬信號經過傅立葉變換，轉換為噪聲頻域信號，以便后續(xù)的處理；然后，通過相關頻域算法和分析工具對噪聲頻域信號進行分析處理和等級估量，將噪聲的值量化；接著， 將分析處理后的值存到寄存器中；同吋，音量選取模塊讀取該值的大小，根據噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級；最后，音量選取模塊控制輸出音樂信號音量的變化，從而實現(xiàn)根據外界的噪聲等級實現(xiàn)自動改變音樂播放的音量的功能。在本發(fā)明的技術方案中，最重要的就是噪聲能量-音樂音量映射表的建立，如何使其更科學、更合理是需要做深入研究，做實驗驗證的，在此給出ー種方案。首先，要有一個基準對比功能，就是在一定的噪聲能量NO環(huán)境下，音樂的音量VO 為多少分貝(或V)為最優(yōu)，可以采用如下方法在ー個中等噪聲環(huán)境下(60-70分貝)的地方，調節(jié)至適合的音量，找到ー個Sweet Point，這個點要滿足兩個條件，一不能明顯聽到外界的噪聲；二是不能讓用戶覺得音樂的音量太大，這個值建議由一定數(shù)量的樣本人員通過實驗來確定，那么，Sweet Point函數(shù)可以這樣表示SP = F(V，N)，其中，SPO = F(V0，NO)；這個函數(shù)具有如下特征1)函數(shù)的具體形式特定，可以確定的是V和N的是成同向性的，即ー個増大，另ー 個就要跟著増大，反之亦然。2)這個函數(shù)比較特殊，是常數(shù)函數(shù)，值就是SP0，即“聽覺甜點”，而不同的參數(shù)V和 N組合，都可以找到這個甜點。3)由于聲音信號最終要經過人耳這ー非線性器件，考慮到人的耳朵對于不同頻率的聲音敏感性是不同的，所以Sweet Point函數(shù)與人耳等響曲線函數(shù)有關，人耳等響曲線可以定義為L = G(F, SPL)，其中F是頻率，SPL是聲壓級，L是響度，如圖3所示，圖3為聽覺區(qū)域和人耳等響曲線圖。有了這個Sweet Point函數(shù)，就可以針對每ー個環(huán)境噪聲等級N，求出對應的音樂播放音量V，這樣很容易生成一個噪聲能量-音樂音量映射表。其次，討論ー下噪聲的檢測處理，一般情況，由MIC檢測后再按照前文中的技術流程一歩一歩處理即可，此處說一下關于特殊情況的處理。特殊情況的由來是從外界噪聲的不可控性和對人的影響來考慮，比如，當一個人在基本穩(wěn)定的噪聲環(huán)境下耳機聽音樂，突然來了一個瞬態(tài)的尖叫，這時算法該如何處理，如果要處理，肯定來不及，因為從檢測噪音，到處理，再到計算出對應的音量控制，是需要時間的，對于這么ー個瞬態(tài)的噪聲的處理結果很可能是噪聲來臨的瞬間由于不能及時給出反饋而致使聽者明顯感覺到這個尖叫，當尖叫消失后音量控制調節(jié)才起作用，導致音量過大，給聽者帶來不悅，為了避免這種聲音呼大呼小的現(xiàn)象，筆者建議在噪聲的檢測處理算法中添加一個噪聲存在(或持續(xù))時間的監(jiān)測模塊，當檢測到噪聲能級比上個檢測的值高很多(比如大于IOdB)且持續(xù)時間大于2T時，才啟動相應的噪聲-音量控制模塊，否則，不做處理，其中T =整個算法從檢測噪聲到處理再到給出音量調整整個過程需要的最長時間。然后，要考慮音量的漸變性，如果用戶從環(huán)境A進入進入環(huán)境B，二者的環(huán)境噪聲等級分別為NA和NB，如果NB比NA高很多或低很多，可以設定一閾值，這個時候不能直接將音量由VA調到對應的VB，否則，人耳會明顯感覺到音量的劇增或驟減，而應采取漸變的方式逐漸過渡，變化的步進Δ V需要實驗確定，要考慮兩方面1)以用戶感覺不到音量的急劇變化為標尺；2)不能因為變化太慢，而讓外界増加的噪聲影響到用戶，否則這個技術也就失去了價值；要在這二者之間尋找一平衡點，處理不好可能會引起用戶的投訴。噪聲量化模塊采用數(shù)字頻域噪聲信號的處理算法比較多，而且技術方案比較成熟。并可以將數(shù)字信號的能量量化為不同的等級，本發(fā)明不再詳細說明。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法，其特征在于，該方法基于環(huán)境噪聲采集模塊、 音樂播放模塊、噪聲處理模塊、音量選取模塊和噪聲-音量控制模塊，實現(xiàn)滿足用戶在不同噪聲等級環(huán)境下對音量需求自動變化；所述噪聲-音量控制模塊根據噪聲的等級來換算出相對應的音樂音量的等級所述環(huán)境噪聲采集模塊對外界環(huán)境的噪聲進行檢測和采集，并將噪聲波轉換為模擬信號；所述噪聲量化模塊將模擬信號經傅里葉變換為頻域噪聲信號，并通過處理和分析對噪聲信號等級估量，將噪聲通過等級量化；所述音量選取模塊讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制音樂播放模塊輸出音樂信號音量的變換；所述音樂播放模塊根據音量選取模塊選取的音量播放出音樂。
2.根據權利要求1所述的ー種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法，其特征在于，該方法還包括存儲模塊；所述存儲模塊對所述噪聲處理模塊獲得的量化噪聲信息存儲。
3.根據權利要求1或2所述的ー種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法，其特征在干，所述映射模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表是基于Sweet Point函數(shù)與人耳等響曲線函數(shù)之間的關系建立的；其中，Sweet Point函數(shù)表示SP = F(V, N)，SPO = F(V0, NO)，N為環(huán)境噪聲等級，V為音樂播放音量，V和N的是成同向性的，即ー個増大，另ー個就要跟著増大，反之亦然；人耳等響曲線函數(shù)為L = G(F，SPL)，F(xiàn)是頻率，SPL是聲壓級，L是響度。
4.根據權利要求1或2所述的ー種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法，其特征在于，還包括噪聲持續(xù)時間檢測模塊，所述噪聲持續(xù)時間檢測模塊對所述環(huán)境噪聲采集模塊檢測到的噪聲的噪聲能級比噪聲能級閾值W大且持續(xù)時間大于時間閾值T吋，啟動所述噪聲-音量控制模塊；其中，T >從檢測噪聲到處理再到給出音量調整的整個過程需要的時間。
5.根據權利要求1或2所述的ー種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法，其特征在干，所述噪聲能級閾值W為8dB 15dB。
6.根據權利要求5所述的ー種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法，其特征在干，所述噪聲能級閾值W為IOdB。
7.根據權利要求1或2所述的ー種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法，其特征在干，所述噪聲-音量控制模塊先判斷當前環(huán)境噪聲量化值是否高/低于前ー環(huán)境噪聲量化值的值超過設定的閾值B ；如果是，則所述音量選取模塊將音樂信號音量在現(xiàn)有的基礎上相應地增加或減少△ V;否則，所述音量選取模塊讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制輸出音樂信號音量的變換；其中，B和△ V為多次實驗確定。
8.—種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪設備，其特征在干，該設備包括環(huán)境噪聲采集模塊、 音樂播放模塊、噪聲處理模塊、音量選取模塊和噪聲-音量控制模塊；所述噪聲-音量控制模塊，用于根據噪聲的等級來換算出相對應的音樂音量的等級；所述環(huán)境噪聲采集模塊，用于對外界環(huán)境的噪聲進行檢測和采集，并將噪聲波轉換為模擬信號；所述噪聲量化模塊，用于將模擬信號經傅里葉變換為頻域噪聲信號，并通過處理和分析對噪聲信號等級估量，將噪聲通過等級量化；所述音量選取模塊，用于讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制音樂播放模塊輸出音樂信號音量的變換；所述音樂播放模塊，用于根據音量選取模塊選取的音量播放出音樂。
9.根據權利要求8所述的ー種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪設備，其特征在干，該設備還包括存儲模塊；所述存儲模塊對所述噪聲處理模塊獲得的量化噪聲信息存儲。
10.根據權利要求8或9所述的ー種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪設備，其特征在干，所述噪聲-音量控制模塊先判斷當前環(huán)境噪聲量化值是否高/低于前ー環(huán)境噪聲量化值的值超過設定的閾值B ；如果是，則所述音量選取模塊將音樂信號音量在現(xiàn)有的基礎上相應地増加或減少；否則，所述音量選取模塊讀取該噪聲的量化值，根據所述噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制輸出音樂信號音量的變換；其中，B和AV為多次實驗確定。
全文摘要
本發(fā)明提出一種在耳機聽音樂狀態(tài)下的消噪方法及設備，該方法及設備基于環(huán)境噪聲采集模塊、音樂播放模塊、噪聲處理模塊、音量選取模塊和噪聲-音量控制模塊，噪聲-音量控制模塊根據噪聲的等級來換算出相對應的音樂音量的等級環(huán)境噪聲采集模塊對外界環(huán)境的噪聲進行檢測和采集，并將噪聲波轉換為模擬信號；噪聲量化模塊將模擬信號經傅里葉變換為頻域噪聲信號，并通過處理和分析對噪聲信號等級估量，將噪聲通過等級量化；音量選取模塊讀取該噪聲的量化值，根據噪聲-音量控制模塊中的噪聲能量-音樂音量映射表查出對應的音量等級，依據對應的音量等級來控制音樂播放模塊輸出音樂信號音量的變換；音樂播放模塊根據音量選取模塊選取的音量播放出音樂。
文檔編號H04R3/00GK102572646SQ20111045760
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者于猛 申請人:廣東步步高電子工業(yè)有限公司