一种感知噪声并自动调节音量的广播装置的制作方法

本发明涉及扩声领域，尤其是一种感知噪声并自动调节音量的广播装置。

背景技术：

室内扩声系统是扩声系统的四类之一（其余三类分别为：厅堂扩声系统、公共广播系统和专用会议系统），室内扩声系统的应用场景也十分常见：学校里某个班级，几十名学生在一起上课；一些培训机构中，一个老师对着十几个学生“上小课”；一个机关里专业工程人员聚在一起开会，讨论业务问题等。

室内扩声系统长期存在一个问题，因为其应用场景不同，因此很难统一音量大小，音量过大影响用户体验，音量过小又会影响到内容的正确传达，导致很多人“听不见”。同时，由于扩声系统使用的环境不尽相同，播放环境噪声大小不一，如果音量过小，则会出现信噪比过低的情况，同样会影响用户体验，让用户“听不清楚”，影响语言清晰度。而且，室内扩声系统更多地应用在教育行业，应用场景往往是学校，对于信噪比和语音清晰度有较高要求。

因此，设计一种能够感知播放环境噪声大小，并计算信噪比，同时在信噪比低于预先设置值时而自动提升乐声播放音量，提高广播系统的信噪比，也保证语音清晰度的一种感知噪声并自动调节音量的广播装置是十分必要的。

现有情况下最接近技术的分析与对比。

目前，现有情况下最接近的技术方案为：申请号为CN201310261483.6，授权公告号为CN103346848B的《一种噪声检测的方法和设备》（下文简称“对比文件1”）、申请号为CN201611133674.4 的《噪声检测方法及装置》（下文简称“对比文件2”）。

对比文件1、对比文件2均对噪声进行检测，并提供了两种不同的噪声检测方法，但是对比文件1和对比文件2与本发明有很大区别。

对比文件1，申请号为CN201310261483.6，授权公告号为CN103346848B的《一种噪声检测的方法和设备》，描述了一种噪声检测的方法和设备，并实现了对噪声的精确检测。采用的方法包括：噪声检测设备获取待检测的正交频分复用OFDM符号内的子载波的功率值，确定该子载波对应的子载波集合的标识，并根据该子载波集合的标识获得对应的噪声检测门限值，在根据该噪声检测门限值确定该子载波的功率值满足噪声检测策略时，确定该子载波存在噪声。而本发明检测噪声和乐声，而且检测的方法仅是通过检测声高（频率）和声强（振幅）作为判断依据，而且本发明会计算出信噪比，并会将信噪比与预先设置值进行比较，在小于预先设置值时，将会计算出满足预先设置值信噪比情况下乐声的振幅大小，并通过乐声音量控制器提升乐声的音量。

对比文件2，申请号为CN201611133674.4 的《噪声检测方法及装置》，描述了一种噪声检测方法及装置，该方法就将目标音频信号划分为多个帧信号，基于帧信号的截止频率，确定该帧信号包括的子带的子带个数以及每个子带的频域幅度平均值，确定噪声检测系数，当噪声检测系数位于预设系数阈值区间时，则确定目标音频信号全为噪声。而本发明检测噪声和乐声，而且检测的方法仅是通过检测声高（频率）和声强（振幅）作为判断依据，而且本发明会计算出信噪比，并会将信噪比与预先设置值进行比较，在小于预先设置值时，将会计算出满足预先设置值信噪比情况下乐声的振幅大小，并通过乐声音量控制器提升乐声的音量。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种可以根据扩声系统播放环境的噪声大小而自动调节播放音量，从而提升并保证广播系统的信噪比的广播装置。

一种感知噪声并自动调节音量的广播装置，包括噪声感知器、乐声感知器、噪声声压计算器、乐声声压计算器、信噪比计算器、乐声音量控制器等。

从物理学来看，噪声是指音高（即频率）和音强（即振幅）变化混乱、听起来不谐和的声音。区别于乐音，噪声是由发音体做不规则的振动而产生的声音；从生理学来看，噪声是一定环境中不应有而有的声音。泛指嘈杂、刺耳的声音；从通信学来看，干扰信号传输的能量场，称为噪音。这种能量场的产生源可以来自内部系统，也可以产生于外部环境。

凡是妨碍到人们正常休息、学习和工作的声音，以及对人们要听的声音产生干扰的声音，都属于噪声。噪声是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。噪声污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、工业噪音、建筑施工、社会噪音，如音乐厅、高音喇叭、早市和人的大声说话等。

噪声在公共广播系统和扩声系统中最大的问题在于会影响到传输内容的语言清晰度。语言清晰度的重要性不言而喻，建筑群中的公共广播系统必须具有在紧急情况下指导人群逃生方向的能力。这些建筑群包括机场，火车站，购物中心或者音乐厅等。尽管如此，如果由于噪声过大，信噪比过低，会导致人群无法听清楚播放的通知，而不能安全逃离，由此导致的后果可能非常悲惨。又比如，在法庭、在教室、在医院等场合，无法听清内容将影响到司法的公正、教学目标的达成和医疗效果。

根据噪声的大小而自动控制音量，提升信噪比，从而提升语言清晰度是十分有必要的。其应用场景十分广阔，用在教室里，可提升教学效果，用在公共场合，进行疏散时能够保护更多人的生命财产安全，用在法庭上，可提高司法公平和公正，用在医院里，可以提高医患之间沟通效率，帮助病人快速恢复健康。

做工程的人经常会碰到教室、政府会议场所，规格和功能要求很容易达到，但扩声系统却不是那样容易通过审核，要想有较好的语言清晰度，就必须要有效地提升信噪比（理论情况下，噪声是不可能完全消失的）。信噪比提升不了，那就没有很好的语言清晰度和可懂度。

噪声过大，很容易影响语言清晰度。因此，提升信噪比，可以提升语言清晰度。信噪比（S/N ratio），也称为讯噪比，是指传输信号中乐声的平均功率与噪声的平均功率之比。信噪比的计量单位是dB，其计算方法是10lg(Ps/Pn)，其中Ps和Pn分别代表乐声和噪声的平均功率。

在广播系统中，我们希望传输的信号除了乐声外，不应该有任何其他额外的东西，即噪声。因此，信噪比应该越高越好。一般来说，信噪比越大，扩声的质量越高，否则相反。

信噪比一般不应该低于70dB，高效和高质量广播系统的信噪比应达到110dB以上。

因此设计、安装一种感知噪声并自动调节音量的广播装置，能够自动感知周边的噪声大小并自动调节音量的大小，从而提升公共广播系统和扩声系统的信噪比是十分必要的。

本发明与普通的室内扩声系统相比，只需加入噪声感知器、乐声感知器、噪声声压计算器、乐声声压计算器、信噪比计算器、乐声音量控制器，用户只需设置信噪比值，其他都是全自动化的，几乎没有学习的成本和时间。只要了解信噪比概念的用户就可以很快上手掌握，无需专业技术背景。

附图说明

图1 一种感知噪声并自动调节音量的广播装置结构图。

图2 一种感知噪声并自动调节音量的广播装置工作原理图。

标号说明。

100：噪声感知器。

200：乐声感知器。

300：噪声声压计算器。

400：乐声声压计算器。

500：信噪比计算器。

600：乐声音量控制器。

具体实施方式

如图1，是一种感知噪声并自动调节音量的广播装置结构图，噪声感知器、乐声感知器分别感知播放环境的噪声和乐声，其判断依据为声波的频率特性，如果频率为无规则的判断为噪声，频率为有规则的则判断为乐声。

噪声感知器、乐声感知器将感知到的噪声和乐声分别传送至噪声声压计算器和乐声声压计算器中，通过其频率、振幅计算噪声和乐声的声压大小。

在计算声压时，需要认识声强（I）和声强（P）与声压的关系。声强的大小与声波的速度、声波角频率的平方、振幅的平方成正比。

I=

其中，是密度，空气的密度=1.29kg/m³，

v是声速，空气中的声速=340m/s（1个标准大气压和15℃的条件下），

A是噪声或乐声的振幅，

是角频率，它等于2*3.14*f（f为声波频率）。

声强（I）与声压（P）的关系为：

I=（P^2）/(ρv)

此时P为有效值，若P为幅值，则 I=(P^2)/(2ρv) ，其中幅值为最大值，与有效值为倍，

其中ρ-介质密度，v-声速，

结合上面公式，得到：

P有效值=

P幅值=

在得到声压后，将其转换为声功率，其计算公式为：

W=(P^2*S)/(ρc),

式中，S—声波垂直通过的面积，单位为：㎡，

ρc——媒质的特性抗阻，单位为瑞利，即帕*秒/米（Pa*s/m），

在得到噪声和乐声的功率后，再将其代入10lg(Ps/Pn)公式中，即得到信噪比。

如图2，是一种感知噪声并自动调节音量的广播装置工作原理图。信噪比计算器与预先设置值相比较，如果发现小于预先设置值时，则计算出满足预先设置信噪比乐声的乐声的振幅值。

乐声音量控制器，在信噪比小于预先设置值时，令信噪比值等于预先设置值，然后通过信噪比计算器计算得出乐声的振幅大小，提升乐音音量，从而提升信噪比。

为了动态调整信噪比，上述过程是按一定周期重复进行的，而且周期是可以自行定义的，比如：60秒，即每隔60秒钟时间进行上述过程，一旦发现信噪比小于预先设置值时，乐声音量控制器则会提升乐音音量。

该装置的信噪比值是可以预先设置的，并且可以随时自行定义，比如70dB、80dB、90dB、100dB、110dB等，该值重新设置后，则信噪比计算器和乐声音量控制器也会作相应调整和调节。

最后要强调的是，本发明所述的具体实施方式是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。