一种可保护听力的音频装置输出能量控制方法与流程

1.本发明涉及音频装置输出能量控制方法，尤其涉及一种可保护听力的音频装置输出能量控制方法。


背景技术：

2.随着人们对耳机等音频装置使用频率的提高，听力保护成为相当重要的一件事，很多情况下，当人们意识到需要保护听力时，往往是在发现听力出现问题的情况下。然而，大多数听力受损情况基本上是不可逆的。对经常佩戴耳机的年轻人来说，造成听力下降最为严重的是噪声，根据现有统计资料，iphone6入耳耳机在5-6格音量下播放8小时或者在7-8格音量下播放1小时，就会到达听力安全阀值，一旦超过该听力阈值会造成一时型听力损失，长时间暴露会造成不可逆的听力损失。
3.为解决听力损伤问题，现有技术可通过anc降噪来减小环境噪声，用户可以在更低的音量条件下听音乐，从而达到保护听力的目的。但是，如果用户在无意识中提高了音量，也同样会造成听力损伤。此外，现有的技术还可以通过app发出简单提醒，但是这种手段很难成为有效措施，不能真正达到避免听力损伤的目的。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种实时监测用户鼓膜或者耳蜗处的能量并及时调整音频装置输出能量，进而在不影响用户使用体验的条件下实现听力保护的音频装置输出能量控制方法。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
6.一种可保护听力的音频装置输出能量控制方法，包括：步骤s1，通过计算或者测量方式得出喇叭处或者喇叭到鼓膜的声场中任意一点的能量或压强，加以补偿或者计算后作为用户鼓膜或耳蜗处能量或压强；步骤s2，根据用户鼓膜或者耳蜗处的能量或者压强计算累计听损值，或者根据喇叭到鼓膜的声场中任意一点的能量或压强计算该位置的累计能量，再等价计算成用户鼓膜或者耳蜗处的累计听损值；步骤s3，将所述累计听损值与预设的听损阈值相比较，若所述累计听损值达到所述听损阈值则执行所述步骤s4；步骤s4，降低所述音频装置音量。
7.优选地，所述步骤s1中，通过计算传输至音频装置喇叭的音频流获得用户鼓膜或耳蜗处的能量或压强。
8.优选地，所述步骤s1中，采用a计权网络对音频流进行计算并加以补偿。从a计权传递函数出发，使用双线性变换法将上述a计权模拟系统的传递函数转换为数字滤波器，并获得滤波器系数h(n)；设输入音频数据为x(n),则经过a计权网络处理后输出为y(n)；利用声压级计算公式对a计权网络处理后的y(n)数据进行声压级计算，得到当前音频流的a计权声压级值。
9.优选地，根据当前音频流的a计权声压级，以及实验室测得的用户鼓膜处声压级补
偿值，进行补偿计算得到用户鼓膜处声压级值。
10.优选地，所述步骤s1中，利用音频装置的麦克风测量得出喇叭附近声压级，喇叭附近声压级经过补偿后得到鼓膜处声压级。
11.优选地，所述步骤s1中，根据当前音频流的a计权声压级值，和从测试点到用户鼓膜的传递函数，进行计算得到用户鼓膜处声压级。
12.优选地，还包括有听损保护触发步骤：系统通过累计听损值执行保护动作，当累计听损值达到预设听损阀值时启动保护动作。
13.优选地，包括有多个预设听损阀值，每个听损阀值对应有不同的听损紧急程度。
14.优选地，通过预设的app开启或者关闭听力保护功能，当所述听力保护功能关闭时不执行步骤s1至步骤s4。
15.本发明公开的可保护听力的音频装置输出能量控制方法中，首先通过计算或者测量方式实时监测用户鼓膜或者耳蜗处能量的大小，并计算当前累计的听损量，当累计听损量超过预先设定的阀值时，系统会降低输出能量。同时，当监测到累计听损量增加速度变大，系统的保护力度也变大，当监测到累计听损量增加速度减小，系统的保护的力度也变得轻柔。由此可以得出，用户无论如何调节输出能量，累计听损量都不会超出预先设定的阀值。基于上述原理可见，本发明不仅能实时监测用户鼓膜内的声压级并及时调整输出能量，还可以在不影响用户使用体验的条件下实现听力保护，较好地满足了应用需求。
附图说明
16.图1为本发明可保护听力的音频装置输出能量控制方法的流程图；
17.图2为a计权网络频域曲线图；
18.图3为a计权网络结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
20.本发明公开了一种可保护听力的音频装置输出能量控制方法，请参见图1，包括：
21.步骤s1，通过计算或者测量方式得出喇叭处或者喇叭到鼓膜的声场中任意一点的能量或压强，加以补偿或者计算后作为用户鼓膜或耳蜗处能量或压强；具体地，该能量或压强不限于声压、声压级、声功率、声强或声强级等。
22.步骤s2，根据用户鼓膜或者耳蜗处的能量或者压强计算累计听损值，或者根据喇叭到鼓膜的声场中任意一点的能量或压强计算该位置的累计能量，再等价计算成用户鼓膜或者耳蜗处的累计听损值；
23.步骤s3，将所述累计听损值与预设的听损阈值相比较，若所述累计听损值达到所述听损阈值则执行所述步骤s4；
24.步骤s4，降低所述音频装置的音量。
25.上述方法中，首先通过计算或者测量方式实时监测用户鼓膜或者耳蜗处能量的大小，并计算当前累计的听损量，当累计听损量超过预先设定的阀值时，系统会降低输出能量。同时，当监测到累计听损量增加速度变大，系统的保护力度也变大，当监测到累计听损量增加速度减小，系统的保护的力度也变得轻柔。由此可以得出，用户无论如何调节输出能
量，累计听损量都不会超出预先设定的阀值。基于上述原理可见，本发明不仅能实时监测用户鼓膜内的声压级并及时调整输出能量，还可以在不影响用户使用体验的条件下实现听力保护，较好地满足了应用需求。
26.本发明对于用户鼓膜声压的获取方法有两种方式如下。
27.方式一：
28.所述步骤s1中，通过计算传输至音频装置喇叭的音频流获得用户鼓膜或耳蜗处的能量或压强。
29.其中，a计权(a-weighted)是一种用于音频测量的标准权重曲线，用于反映人耳的响应特性。声压电平源于a计权，用dba表示。a计权被广泛应用于噪声和稳定音频信号的测量，其频域曲线如图2所示，从图2中可以看出，使用a计权进行音频测量时，对低频的权重会低于中高频。由于a计权对描述人耳听力相对于真实声学的频率响应最有意义，所以应用最为广泛。
30.对此，在本实施例中，所述步骤s1中，根据国家标准gb/t3785.1-2010，采用a计权网络对音频流进行计算并加以补偿(补偿数值大小由实验室测得喇叭处声压与鼓膜处声压差值确定)a计权模拟系统的传递函数：
[0031][0032]
其中：
[0033]
ω1＝2πf1,ω2＝2πf2,ω3＝2πf3,ω4＝2πf4,a
1000
＝1.9997；
[0034]
f1＝20.60hz,f2＝107.7hz,f3＝737.9hz,f4＝12194hz；
[0035]
之后，使用双线性变换法将上述a计权模拟系统的传递函数转换为数字滤波器，并获得滤波器系数h(n)；
[0036]
具体地，上述步骤中基于matlab将a计权模拟系统的传递函数使用双线性变换法转换为数字滤波器；
[0037]
请参见图3，设输入音频数据为x(n),则经过a计权网络处理后输出为y(n)；
[0038]
利用声压级计算公式对a计权网络处理后的y(n)数据进行声压级计算，得到当前音频流的a计权声压值(dba值)；
[0039]
所述声压级计算公式为：
[0040][0041]
其中，p
ref
＝2
×
10-5
。
[0042]
本实施例中，使用粉红噪声信号对音频装置系统进行测试，并获得dba值和音量等级的关系，请参见下表：
[0043][0044]
由上表得知，测量到的声压和计算得到的声压固定差值为33.7。因此，可用a计权的计算结果加上33.7dba的补偿值来得到真实声压。应当说明的是，此处的差值33.7与具体的产品相关，不同产品测得的补偿值是不同的。
[0045]
方式二：
[0046]
所述步骤s1中，利用音频装置的麦克风测量得出喇叭声场内能量，并将喇叭声场内能量经过补偿后得到鼓膜处或耳蜗处能量。
[0047]
例如，当音频装置为入耳式降噪耳机时，其具有三个mic，即ff、fb和talkmic，其中的fbmic位于喇叭附近，离鼓膜有一定距离。通过fbmic获得的数据加以补偿可作为鼓膜内的声压。此外，能量是通过喇叭传向鼓膜的，能量从喇叭到鼓膜之间呈现梯度递减，梯度值可以通过实验室数据测得，鼓膜处的声压为补偿后的fbmic处的声压，具体来说，对fbmic数据实施a计权网络计算，然后加以补偿就是鼓膜处的声压。
[0048]
关于累计听损的计算方式，在本实施例中，根据相关听力损害方面的研究(参考who标准)结果发现，听损和两个因素有关：响度和持续时间，而且时间和响度的关系不是线性的，请参见下表：
[0049]
声压(dba)持续时间(分钟)804808324086120896092309515987.51013.75
[0050]
在此基础上，所述步骤s2中，基于下述80dba
±
6dba归一化累计听损公式计算累计听损值：
[0051]
t
total
＝t
80
2*t
83
4*t
86
8*t
89
16*t
92
32*t
95
64*t
98
128*t
101-k
[0052]
*t
normal
；
[0053]
其中，t
80
表示声压为80dba
±
6dba时的累积时间，t
83
表示声压为83dba
±
6dba时的累积时间，依此类推，t
normal
表示声压低于80dba
±
6dba时的累积时间，k表示恢复系数，根据用户习惯，k取值为1。
[0054]
实际应用中，当计算出来的t
total
小于480时，听损不会发生；当t
total
大于480时，会发生一时型听损，一时型听力损失可以通过耳朵休息得到恢复。
[0055]
当系统关机时，用户的空闲时间不可测，因此，可采用最大可能的估计，即默认用户耳朵已经休息了半小时。
[0056]
关于听损保护的触发，在本实施例的所述步骤s2中，计算出每1秒中的鼓膜或者耳蜗平均能量值，代入所述听损公式并得到t
total
。
[0057]
关于听损保护的具体步骤如下：
[0058][0059]
本发明优选设置了听损保护触发步骤：系统通过累计听损值执行保护动作，当累计听损值达到预设听损阀值时启动保护动作。此外还包括有多个预设听损阀值，每个听损阀值对应有不同的听损紧急程度。
[0060]
具体地工作过程中，听损因素和人耳恢复因素共同作用于累计听损变量，得到一个系统总的累计听损变量，系统通过累计听损变量执行保护动作，当累计听损变量达到预设的阀值时，保护动作启动。预设的阀值有多个，每个阀值对应不同的听损紧急程度，对应
不同的保护措施力度。通过该方法可以得知，无论用户如何调节音量，系统都能有效的将累计听损控制在指定的阀值以内保护听力。
[0061]
本实施例还涉及听损保护功能打开和关闭步骤，具体是指，通过预设的app开启或者关闭听力保护功能，当所述听力保护功能关闭时不执行步骤s1至步骤s4。
[0062]
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。