一种用于白噪音播放器的音量自适应控制方法与流程

本发明涉及播放设备领域，特别涉及一种用于白噪音播放器的音量自适应控制方法。

背景技术：

1、白噪音播放设备（如助眠仪、桌面降噪器、便携氛围音效设备等）已被广泛应用于睡眠辅助、工作专注及环境音掩蔽等场景。目前，此类设备的音量控制主要存在以下问题：

2、部分具备环境自适应功能的现有设备，为追求对环境变化的快速响应，在播放过程中持续检测环境噪声并动态调整播放音量。这一技术路线虽然能够实现实时跟随，但音量在播放过程中频繁波动（尤其是在环境噪声边界附近），对用户的听觉体验造成明显的干扰和割裂感。对于睡眠场景而言，音量波动本身即构成一种听觉刺激，反而可能影响入睡过程和睡眠质量。现有技术普遍认为“实时响应速度越快、调节越及时，自适应效果越好”，忽视了播放过程中音量波动对用户体验的破坏性影响。

3、环境噪声并非恒定值，其数值会随周围环境中的偶发声音而实时波动。现有设备在环境噪声边界处缺乏有效的防抖处理，例如当环境噪声在55db至56db之间来回波动时，音量可能在低增益和高增益之间频繁跳变，用户会反复感受到音量忽大忽小的不适体验。部分设备虽然具备一定的防抖能力，但采用对称阈值设计（如上升和下降均采用同一触发阈值），在噪声信号围绕阈值上下波动时，仍然无法有效避免增益的频繁切换，用户体验差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于白噪音播放器的音量自适应控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于白噪音播放器的音量自适应控制方法，包括以下步骤：

3、监测步骤：在音乐停止播放状态下，通过内置麦克风持续采集环境噪声，经音频处理模块的模数转换采集通道和噪声检测数字信号处理单元计算环境分贝值，并更新存储于存储单元中；

4、校准步骤：响应于模式切换、音乐停止或音乐启动中的任一预设触发事件，在播放开始前读取所述存储单元中最近存储的环境分贝值，并结合当前场景模式对应的增益配置，由增益控制单元根据环境噪声分贝值和当前场景模式自动计算并设定目标增益值，完成一次增益设置；所述目标增益值依据听觉掩蔽模型设定，使白噪音输出响度比当前环境噪声高出预设掩蔽深度值；

5、播放步骤：在音乐播放过程中将所述目标增益值锁定于所述增益控制单元的输出级，且所述增益控制单元与所述噪声检测数字信号处理单元之间的信号链路被置为断开状态，以该锁定增益值对应的音量恒定播放白噪音，不执行环境噪声检测与音量实时调节。

6、优选的，所述预设触发事件包括：

7、模式切换触发：用户切换场景模式时触发5秒环境噪声采样，采样完成后按新模式增益恢复播放；

8、停止播放触发：音乐停止后执行所述监测步骤，持续采集环境噪声并更新保存于所述存储单元中的环境分贝值；

9、启动播放触发：用户按下播放键时，执行所述校准步骤，读取所述存储单元中最近保存的环境分贝值并结合当前模式，由所述增益控制单元计算目标增益值，在播放开始前完成增益设置，随后执行所述播放步骤。

10、优选的，所述噪声检测数字信号处理单元按以下方式计算环境噪声分贝值：

11、以16khz采样率、16bit精度对所述内置麦克风输入信号进行采集，每20ms为一帧，采用汉宁窗进行加窗处理；

12、通过a计权数字滤波网络对信号进行频率加权，滤波器采用二阶iir结构，系数按照iec61672标准设计；

13、对每一帧加窗后的信号计算均方根值，通过公式换算为分贝值，其中ref对应0db(a)的声压电平；

14、采用1秒滑动时间常数进行慢加权平均，得到稳定的环境噪声分贝读数。

15、优选的，还包括：

16、将环境噪音划分为30～40db(a)、41～55db(a)、56～70db(a)、＞70db(a)四个区间；

17、采用非对称阈值的迟滞机制进行区间切换判定：从41～55db区间上升至56～70db区间的触发阈值为56db，从56～70db区间下降回41～55db区间的恢复阈值为53db，形成3db迟滞区间；

18、要求连续3秒稳定在新区间才触发增益切换。

19、优选的，所述存储单元中存储有四种场景模式及其对应的增益配置：

20、常规模式：采用用户手动设置的音量；

21、睡眠模式：基础增益+4db，叠加区间补偿后整机最大输出响度≤81db(a)；

22、工作模式：基础增益+6db；

23、娱乐模式：基础增益+10db；

24、所述场景基础增益对应所述预设掩蔽深度值；

25、各模式总增益=场景基础增益+当前环境噪音区间对应的区间动态补偿增益，所述区间动态补偿增益为根据环境噪音所在的不同区间预先设定的固定补偿值，由所述增益控制单元计算并输出至数模转换模块。

26、优选的，所述娱乐模式的增益计算规则如下：

27、30～40db区间内，目标输出响度固定为60db(a)，实际增益=60db-环境噪声值；

28、41～55db区间内，目标输出响度取环境噪声值与+10db之和、以及60db，两者中的较大值，计算增益超过+10db时取上限+10db钳位；

29、56～70db区间内，采用固定增益值+13db；大于70db区间内，采用固定增益值+16db。

30、优选的，所述存储单元中存储的音频素材经统一校准至70db(a)基准响度，所述统一校准方式包括：

31、出厂静音房校准：以1m标准测试距离，声级计正对扬声器，关闭所有场景增益，将所述音频处理模块的数模转换模块全局硬件增益置0；输出标准1khz正弦测试音，调节硬件输出参数，使所述扬声器稳定输出70db(a)基准响度；

32、音频素材批量标准化：通过与所述白噪音播放器的存储单元通信连接的外部计算机设备，批量处理全部白噪音、提示音素材，统一对齐至70db(a)响度基准，削平峰值、消除素材间响度差，存储至所述存储单元。

33、优选的，所述模式切换的控制逻辑包括：

34、支持设备实体按键和运行于智能终端的应用程序两种方式触发模式切换；

35、切换时通过扬声器播放对应语音提示；

36、切换后音乐立即暂停，所述噪声检测数字信号处理单元执行5秒环境噪声连续采样，取5秒内平均分贝值作为环境噪声基准，保存至所述存储单元后根据当前模式计算目标增益值，所述增益控制单元直接设置音量至目标值，完成后音乐自动恢复播放；

37、切换总耗时控制在6秒以内，增益匹配精度误差小于±1db。

38、优选的，还包括手动干预优先步骤：用户在任何状态下通过设备实体按键或运行于智能终端的应用程序手动调节音量后，当前场景模式下根据环境噪声和场景模式自动设定目标增益值的方式暂时失效，以用户手动设置的音量为准；切换模式或重启设备后，恢复执行环境噪声采集、增益计算与音量设置的自适应控制过程。

39、优选的，每次开机时默认进入常规模式，并在启动播放时执行一次环境噪声采样与增益设置，以匹配当前开机环境。

40、本发明的技术效果和优点：

41、1、该用于白噪音播放器的音量自适应控制方法，通过监测步骤、校准步骤和播放步骤的时序配合实现音量自适应控制：监测步骤在音乐停止时持续采集环境噪声并更新环境分贝值，校准步骤响应于预设触发事件在播放开始前单次设定目标增益值，播放步骤在音乐播放过程中保持目标增益值对应音量恒定且不执行任何检测与调节。三个步骤相互协同，既保证了每次启动播放时音量与环境匹配，又确保播放过程中音量绝对恒定。

42、2、该用于白噪音播放器的音量自适应控制方法，在环境噪音区间切换判定中，采用非对称阈值的迟滞机制，从低区间上升至高区间的触发阈值采用高阈值，从高区间下降回低区间的恢复阈值采用低阈值，形成3db迟滞区间；并进一步要求连续3秒稳定在新区间才触发增益切换。上升沿和下降沿采用不同的触发阈值，配合持续稳定时间判定，双重防抖机制相互协同，有效消除了环境噪声在区间边界波动时的增益频繁切换，用户不会感受到音量忽大忽小的不适体验。