专利名称：基于声学能量暴露的自动音量控制的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及通信系统。更具体来说，本发明涉及基于声学能量暴露的自动
音量控制。
背景技术：
电子装置(蜂窝式电话、无线调制解调器、计算机、数字音乐播放器、全球定位系统单元、个人数字助理、游戏装置等)已经成为日常生活的一部分。小计算装置现在在从汽车到房锁的各个地方都可见。电子装置的复杂性已在过去的数年急剧增加。举例来说，许多电子装置具有帮助控制装置的一个或一个以上处理器，以及用以支持所述处理器和所述装置的其它部分的若干数字电路。电子装置可连接到头戴式耳机或扬声器以收听音乐或其它节目安排。然而，头戴式耳机或扬声器的长久使用可能会给用户的听力带来风险。因此，可能要采取措施来确保用户不会损害他的或她的听力。因此，可针对基于声学能量暴露的自动音量控制来实现益处。
发明内容
本发明揭示一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整耳机中的音量的方法。测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值。基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露。基于所述当前经累加能量密度暴露与预定阈值的比较来调整所述耳机中的最大音量。可每隔I秒执行所述测量。确定所述当前经累加声学能量密度暴露可包含根据以下等式来确定经累加声学能量密度暴露
i=tV frmJ ρ /Λ2X其中frml是用于声学声音压力的测量帧的时
"1T=t\! frml P0C
间长度，i是测量帧计数，且PJi)是在帧i期间的所测得的有效声学声音压力，h是滚动窗口的开始时间，t2是滚动窗口的结束时间，P。是空气的平衡密度，且c是声音速度常数。所述确定所述当前经累加声学能量密度暴露可进一步包含对滚动窗口期间的多个经累加声学能量密度暴露进行求和。所述滚动窗口可跨越至少8个小时、24个小时或一周中的一者。所述滚动窗口可跨越至少一个小时。可在其中耦合到耳机的媒体播放器在耳机模式中活动的时间周期内周期性地更新声音压力水平测量值的表。
本发明还揭示一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整最大音量的耳机。所述耳机包含处理器以及与所述处理器电子通信的存储器。可执行指令存储在所述存储器中。所述指令可执行以测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值。所述指令还可执行以基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露。所述指令还可执行以基于当前经累加声学能量密度暴露与预定阈值的比较来调整耳机中的最大音量。本发明还揭示一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整最大音量的耳机。所述耳机包含用于测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值的装置。所述耳机还包含用于基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露。所述耳机还包含用于基于当前经累加声学能量密度暴露与预定阈值的比较来调整耳机中的最大音
量的装置。本发明还揭示一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整耳机中的最大音量的计算机程序产品。所述计算机程序产品包含上面具有指令的非暂时性计算机可读媒体。所述指令包含用于致使耳机测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值的代码。所述指令还包含用于致使耳机基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露的代码。所述指令还包含用于致使耳机基于当前经累加声学能量密度暴露与预定阈值的比较来调整耳机中的最大音量的代码。
图1是说明可实施基于经累加声学能量密度暴露的自动音量控制的耳机和无线通信装置的方框图；图2是说明作为所暴露的时间的函数的安全声音压力水平的曲线
图3是音频数字信号处理器(DSP)中的经累加声学能量密度暴露的方框图；图4是说明作为经累加声学能量密度暴露的函数的输出极限的曲线图；图5是说明经累加声学能量密度暴露模块的方框图；图6是说明用于基于经累加声学能量密度暴露的自动音量控制的方法的流程图；图7是说明其间本发明的系统和方法可限制耳机中的音量的两个时间线的曲线图；图8说明可包含于耳机内的某些组件；以及图9说明可包含于无线通信装置内的某些组件。
具体实施例方式可能需要将耳机终端处的电压限制到显著低的值以防止可能导致听力损失的过度声音压力暴露。由于确定用户正收听的声音压力水平的直接形式一般不可用于常规耳机，所以规章犯了保守错误，因此将输出限制到最差情况情形。这可导致用户对音频内容的较差享受。本发明的系统和方法可保护用户不受过度声音压力暴露，同时避免对输出的不必要的限制。图1是说明可实施基于经累加声学能量密度暴露的自动音量控制的耳机102和无线通信装置104的方框图。耳机102可包含麦克风108和扬声器110。在一个配置中，耳机102可为除噪耳机，且麦克风108可靠近扬声器而定位以用于除噪目的。为了执行基于经累加声学能量密度暴露的自动音量控制，麦克风108可测量声音压力106的值。用以 确定耳机102中的声音压力106的一种可能的方式可为基于扬声器110的敏感度来预测声音压力106水平。更具体来说，可基于使用耳机102的敏感度读取进入耳机102中的电功率来估计声音压力106。然而，这使用了用于所有人的耳道特性的一般模型。实际上，每个人的耳道和插入配合可能略有不同，且具有对用户所经历的声音压力106的不同效应。因此，用于所有人的一般模型可能对于一些人来说并不非常准确，因为其实际上不测量耳道内的声音压力106水平。此外，此配置还假设耳机102中的各种电组件(例如，电阻器)不会随着时间降级，这可能不现实。相比而言，本发明的系统和方法的麦克风108可测量用户耳道内的实际声音压力106。此测量考虑到特定用户的耳朵特性，且未假设电组件将不随着时间降级。更具体来说，麦克风108可定位在用户的耳朵中，使得其反映特定用户的耳道的实际特性。或者，耳机102可实施于无线通信装置104 (例如，手机)中，且麦克风108可为常规麦克风108，即，在话筒中。如本文中所使用，术语“无线通信装置” 104涉及可用于经由无线通信系统进行话音和/或数据通信的电子装置。无线通信装置104的实例包含蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、个人计算机、平板计算机等。无线通信装置104或者可被称作接入终端、移动终端、移动台、远程站、用户终端、终端、订户单元、订户站、移动装置、无线装置、用户设备(UE)或某一其它类似术语。或者,耳机102可为蓝牙耳机102,蓝牙耳机102与无线通信装置104通信，即，扩展无线通信装置104的功能性以允许用户免提操作。麦克风108可监视耳机102的用户正暴露于的声音压力106水平。可使用模数转换器114将在麦克风108处接收到的信号转换为数字信号。这可包含对模拟信号进行取样以产生周期性数字数据。为了保护耳机102的用户的听力，可监视并调整用户的声音压力106的暴露或声学能量密度暴露。这样做的一种可能的方式是限制由连接到耳机102的媒体播放器122a产生的电压。或者，媒体播放器122b可驻留于耳机102中。然而，任一配置均未考虑到耳机102的敏感度，即，不同的耳机102可产生由用户经历的不同声音压力106和声学能量密度。因此，此可不必要地基于最差情况情形来限制声音压力106水平。另一种可能的方式是对由用户经历的声音压力106水平实施硬限制。然而，此可能未考虑到其间用户已暴露于声音压力106水平的时间量，S卩，声音暴露的安全极限可能基于所暴露的时间而变化。因此，在未考虑所暴露的时间的情况下，硬限制可不必要地限制声音压力水平。本发明的系统和方法可使用实际声音压力106的值测量值，且将其转换为能量以考虑到所暴露的时间，以便执行自动音量控制。可将数字音频信息(例如，发起于用户耳道中的麦克风108处)馈送到音频数字信号处理器(DSP) 116中，以跟踪在整个窗口(例如，8个小时、12个小时、24个小时等)中用户向音频的暴露。音频DSP 116可在无线通信装置104上或耳机102上。用以监视用户向音频的暴露的一种可能的方式可为检测阈值(例如，声音压力106水平阈值)且启动与所述阈值相关联的定时器。当声音压力106水平已在预定时间周期内等于或大于所述阈值时，可限制音量。举例来说，如果呈现给用户的声音压力106水平在8个小时内等于或高于85dB SPL(A)、在4个小时内等于或高于88dB SPL(A)、在2个小时内等于或高于91dB SPL(A)、在I个小时内等于或高于94dB SPL(A)，或在O. 5个小时内等于或高于97dB SPL(A)，那么可限制音量。然而，这在一些情形中可能并不准确，因为用户可能经历多个水平下的声音压力106，所述多个水平下的声音压力106中的任一者均不在受禁止的时间周期内超过其相应的阈值。举例来说，假设用户在8个小时内有6个小时经受85dB SPL (A)，有I个小时经受9 IdB SPL (A)，且有I个小时经受84dB SPL (A)。在此情况下，经累加声学能量密度暴露可为不安全的，但是音量可能不受限制，因为个别阈值中的任一者均未被超过。因此，本发明的系统和方法可维持一滚动窗口，在所述滚动窗口内计算经累加声学能量密度暴露。此窗口可为8个小时、12个小时、24个小时等。可在所述窗口内维持经累加声学能量密度缓冲器，所述经累加声学能量密度缓冲器被周期性地更新，例如，每隔I秒。当被更新时，此缓冲器可丢弃最旧的值，且针对在所述窗口期间测得的所有声音压力106水平来确定经累加声学能量密度暴露。因此，即使声音压力106水平在受禁止的时间周期内未超过其相应的阈值，因为经累加声学能量密度暴露考虑到在所述窗口期间测得的所有声音压力106水平，所以音量可仍被降低。一旦确定用户已超过或接近其噪声暴露极限(例如，如由经累加声学能量密度暴露指示)，便可降低可容许的最大音量。换句话说，在来自 麦克风108的电信号被转换到数字域之后，可随着时间记录声音压力106水平以及回放时间信息。可从媒体播放器模块122a-b或音频DSP 116中的定时器(未图示)接收回放时间信息。经累加声学能量密度暴露计算器118可累加在滚动窗口期间呈现给用户的声学能量密度，且使用所述信息来控制音频DSP 116中的自动音量控制模块120，且调整整体系统增益，S卩，可基于由用户经历的经累加声学能量密度来调整耳机102扬声器110的最大输出音量。声学能量可与声音压力106的平方乘以时间成比例，即，当前声音压力106值可被测量、转换为功率电平(使用平方运算)，且随后通过在时间上对功率电平进行累加或积分而转换为能量。发送到耳机102中的扬声器110的音频可由放大器112放大。在其中媒体播放器122b驻留于耳机102 (而不是无线通信装置104)中的配置中，音频DSP 116可控制放大器112中的增益寄存器。无线通信装置104和耳机102的任何合适配置可用于实施基于经累加声学能量密度暴露的自动音量控制。举例来说，附接到耳机102的装置(说明为无线通信装置104)可不是无线的，或麦克风108可为数字麦克风(因此除去模/数转换器114)。此外，外部装置(例如，无线通信装置104)可与耳机无线地通信，或放大器112可驻留于外部装置(例如，无线通信装置104)上。图2是说明作为所暴露的时间的函数的安全声音压力水平的曲线图。最大安全声音压力水平可随用户已暴露于特定水平的时间而变。换句话说，图2说明五个数据点224a_e，其各自指示作为用于声音压力水平的安全暴露时间的函数的声音压力水平。规章通常推荐最大暴露为每天在85dB SPL(A)下八个小时，即，第一数据点224a。声音压力水平上的3dB的增加使递送到用户的声学功率加倍，但还可将所容许的暴露时间减半。因此，声学功率与暴露时间的乘积(以焦耳计)沿着图2中所说明的曲线可为恒定的。因此，可将规章视为有效地限制用户已暴露于的经累加声学能量密度。对于每个额外3dB，最大暴露时间可减小2倍，例如，由第二数据点224b指示的在88dB SPL(A)下每天四个小时。如果用户在一天中仅收听音乐较短的时间，那么安全暴露可高得多。一天收听音乐30分钟的人可在由第五数据点224e指示的97dB SPL(A)的水平下收听此音乐。此外，第三数据点224c可指示91dB SPL(A)的声音压力水平在2个小时内是安全的，且第四数据点224d可指示94dB SPL(A)的声音压力水平在I个小时内是安全的。在一个配置中，耳机可在12小时窗口期间调节音量。举例来说，如果用户已在95dBSPL(A)下收听了四个小时的音乐，那么耳机可将其输出限制到75dB SPL(A)，直到傍晚时为止，那时耳机可能不再播放音乐，因为用户已超过他的/她的用于音频激发的日常容限。或者，耳机使用24小时窗口来用于总噪声暴露测量，使得用户在任何24小时周期中的暴露受到监视和控制。或者，可使用八小时窗口。图3是音频数字信号处理器(DSP) 116中的声学能量密度暴露计算器318的方框图。举例来说，经累加声学能量密度暴露计算器318可在耳机102或无线通信装置104中。经累加声学能量密度暴露模块336可用于基于各种输入来确定一窗口期间的经累加声学能量密度暴露348。在一个配置中，所述输入包含当前声音压力值(p)326、开始时间(t) 328、结束时间(t2) 330、空气的平衡密度(P。) 332 (例如，1. 21kg/m3)，以及声音速度常数(。)334(例如，340111/8或343111/8)。开始时间U1) 328和结束时间(t2) 330可组合到单一持续时间中，且可由媒体播放器模块122a-b或音频DSP 116内部的定时器确定。在任何窗口内(例如，24个小时)，用户可安全地暴露于的经累加暴露等效于在8个小时的连续周期内的 85dB SPL (A) 可根据等式(I)写出沿着耳道行进的平面波的声学能量密度的时间平均值
权利要求
1.一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整耳机中的最大音量的方法，其包括 测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值；基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露；以及基于所述当前经累加能量密度暴露与预定阈值的比较来调整所述耳机中的所述最大音量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中每隔I秒地执行所述测量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定所述当前经累加声学能量密度暴露包括 根据以下等式来确定经累加声学能量密度暴露
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述确定所述当前经累加声学能量密度暴露进一步包括对所述滚动窗口期间的多个经累加声学能量密度暴露进行求和。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述滚动窗口跨越至少8个小时、24个小时或一周中的一者。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述滚动窗口跨越至少一个小时。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在其中耦合到所述耳机的媒体播放器在耳机模式中活动的时间周期内周期性地更新声音压力水平测量值的表。
8.一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整最大音量的耳机，其包括 处理器； 存储器，其与所述处理器电子通信； 指令，其存储在所述存储器中，所述指令可由所述处理器执行以 测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值； 基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露； 以及 基于所述当前经累加声学能量密度暴露与预定阈值的比较来调整所述耳机中的所述最大音量。
9.根据权利要求8所述的耳机，其中所述声音压力值被每隔I秒地测量。
10.根据权利要求8所述的耳机，其中所述可执行以确定所述经累加声学能量密度暴露的指令包括可执行以根据以下等式来确定经累加声学能量密度暴露的指令
11.根据权利要求10所述的耳机，其中所述可执行以确定所述当前经累加声学能量密度暴露的指令进一步包括可执行以对所述滚动窗口期间的多个经累加声学能量密度暴露进行求和的指令。
12.根据权利要求11所述的耳机，其中所述滚动窗口跨越至少8个小时、24个小时或一周中的一者。
13.根据权利要求11所述的耳机，其中所述滚动窗口跨越至少一个小时。
14.根据权利要求8所述的耳机，其进一步包括可执行以在其中耦合到所述耳机的媒体播放器在耳机模式中活动的时间周期内周期性地更新声音压力水平测量值的表的指令。
15.一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整最大音量的耳机，其包括 用于测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值的装置； 用于基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露的装置；以及 用于基于所述当前经累加声学能量密度暴露与预定阈值的比较来调整所述耳机中的所述最大音量的装置。
16.根据权利要求15所述的耳机，其中所述测量被每隔I秒地执行。
17.根据权利要求15所述的耳机，其中所述用于确定所述当前经累加声学能量密度暴 露的装置包括用于根据以下等式来确定经累加声学能量密度暴露的装置
18.根据权利要求17所述的耳机，其中所述用于确定所述当前经累加声学能量密度暴露的装置进一步包括用于对所述滚动窗口期间的多个经累加声学能量密度暴露进行求和的装置。
19.根据权利要求18所述的耳机，其中所述滚动窗口跨越至少8个小时、24个小时或一周中的一者。
20.根据权利要求18所述的耳机，其中所述滚动窗口跨越至少一个小时。
21.根据权利要求15所述的耳机，其进一步包括用于在其中耦合到所述耳机的媒体播放器在耳机模式中活动的时间周期内周期性地更新声音压力水平测量值的表的装置。
22.一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整耳机中的最大音量的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括其上具有指令的非暂时性计算机可读媒体，所述指令包括 用于致使耳机测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值的代码； 用于致使所述耳机基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露的代码；以及 用于致使所述耳机基于所述当前经累加声学能量密度暴露与预定阈值的比较来调整所述耳机中的所述最大音量的代码。
23.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中所述测量被每隔I秒地执行。
24.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其中所述用于致使耳机确定所述当前经累加声学能量密度暴露的代码包括用于致使所述耳机根据以下等式来确定经累加声学能量密度暴露的代码
25.根据权利要求24所述的计算机程序产品，其中所述用于致使耳机确定所述当前经累加声学能量密度暴露的代码进一步包括用于致使耳机对所述滚动窗口期间的多个经累加声学能量密度暴露进行求和的代码。
26.根据权利要求25所述的计算机程序产品，其中所述滚动窗口跨越至少8个小时、24个小时或一周中的一者。
27.根据权利要求25所述的计算机程序产品，其中所述滚动窗口跨越至少一个小时。
28.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其进一步包括用于致使所述耳机在其中耦合到所述耳机的媒体播放器在耳机模式中活动的时间周期内周期性地更新声音压力水平测量值的表的代码。
29.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其进一步包括用于致使所述耳机基于平均声学能量密度暴露和所述滚动窗口的长度来确定所述经累加声学能量密度暴露的代码。
30.根据权利要求22所述的计算机程序产品，其进一步包括用于致使所述耳机在所述滚动窗口内更新声音压力水平的时间历史的代码。
全文摘要
本发明揭示一种用于基于经累加声学能量密度暴露来调整耳机中的音量的方法。测量定位在用户耳道中的麦克风的声音压力值。基于在滚动窗口期间测量的声音压力值来确定当前经累加声学能量密度暴露。基于所述当前经累加能量密度暴露与预定阈值的比较来调整所述耳机中的最大音量。
文档编号H04R1/10GK103069840SQ201180040312
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者安德烈·古斯塔沃·P·舍维茨瓦, 布赖恩·莫迈尔, 韦德·L·亨比格内尔 申请人:高通股份有限公司