专利名称：保护听力的方法及声音输出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制音量的方法及声音输出装置，尤其涉及一种根据环境音控制音量的方法及声音输出装置。
背景技术：
随着数字产品的发展，手持播放设备(例如MP3、MP4)得到广泛应用。在噪音比较大的环境中，用户为了能够听到渴望的音频信号，就会随着环境音的增大而不断地增大音量。然而，用户都存在一听力生理极限，即响度不适级(Loudness Discomfort Level，LDL)，如果用户的耳朵长时间暴露在超过该响度不适级的环境下，则会对该用户的听力造成伤害。
为了解决该问题，市场上出现了一种音量控制装置及方法，该音量控制装置提供一音量设定表，该音量设定表列出了各噪音值对应的增益值。该音量控制装置首先感应外部噪音，并计算一预设时间段内该外部噪音的噪音水平；然后在该音量设定表中读取该噪音水平对应的一预设增益值，并根据该预设增益值调节音量。即使得该音量控制装置输出声音的音量随着外部噪音的增减而增减。
然而，如果用户处于环境音变化较频繁的环境时，该音量控制装置将会频繁地改变输出声音的音量。而频繁地改变输出声音的音量将使得用户在欣赏音乐或收听广播时感觉不舒服。并且，单纯考虑音量级也无法真正体现不同振幅的声音对听力的伤害。
发明内容有鉴于此，有必要提供一种保护听力的声音输出装置，当一预设时间段内的声音能量值达到一预定值时，调小当前的音量，从而保护听力。该声音输出装置包括一接口单元、一数字模拟转换器、一音量管理单元、一声音传感器、一环境音侦测装置及一模拟数字转换器。该接口单元接收一声音信号源输出的数字声音信号。该数字模拟转换器将该数字声音信号转换为模拟声音信号。该声音传感器输出该模拟声音信号对应的声音。该环境音侦测装置，用于侦测环境音并生成模拟环境音信号。该模拟数字转换器，将该模拟环境音信号转换成数字环境音信号。该音量管理单元包括一取样模块，采用一预定的取样频率对该接口单元接收的数字声音信号进行取样，获取多个振幅值；一计算模块，将该多个振幅值作为一参数计算一预设时间段内的声音能量值；一基准调整模块，根据该数字环境音信号计算该环境音的音量级，根据该环境音的音量级获得一参考能量值；及一听力保护模块，当该声音能量值达到该参考能量值时，产生一听力保护信号。
有鉴于此，还有必要提供一种保护听力的方法，当一预设时间段内的声音能量值达到一预定值时，调小当前音量，从而保护听力。该保护听力的方法包括下列步骤侦测环境音的音量级；根据该环境音的音量级获得一参考能量值；接收一声音信号源输出的数字声音信号；采用一预定的取样频率对该数字声音信号进行取样，获取多个振幅值；将该多个振幅值作为一参数计算一预设时间段内的声音能量值；及当该声音能量值达到该参考能量值时，产生一听力保护信号。
相较于现有技术，应用该保护听力的方法及声音输出装置，获得环境音的音量级，并根据该环境音的音量级获得一参考能量值，当前输出的音频信号的实际声音能量值大于该参考能量值时，才调低当前增益值或发出一视觉或听觉的警示信号。使得既能够保护用户耳朵免受伤害，又能够使得用户在环境音较大时仍能够在适当的音量级下欣赏音乐。下面将结合附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的保护听力的声音输出装置的架构图。
图2是第一实施方式中本发明的保护听力的声音输出装置的模块图。
图3是第一实施方式中本发明的音量管理单元的模块图。
图4是第一实施方式中本发明的保护听力的方法的流程图。
图5是第二实施方式中本发明的保护听力的声音输出装置的模块图。
图6是第二实施方式中本发明的保护听力的方法的流程图。
具体实施方式图1是本发明的实施方式中保护听力的声音输出装置的架构图。该声音输出装置10包括一接口单元12、一听力保护系统13、一声音传感器14及一数字模拟转换器15。该声音输出装置10通过该接口单元12接收一声音信号源11输出的数字声音信号，并分别将该数字声音信号发送到该听力保护系统13及该数字模拟转换器15。该声音信号源11可为音频再现装置、无线信号播放装置或电视机等。
该数字模拟转换器15将该数字声音信号转换为模拟声音信号。该听力保护系统13计算该数字声音信号的声音能量值；当该声音能量值达到一参考能量值K时，自动调低当前增益值，或产生视觉/听觉的警示信号提醒用户手动调低当前增益值。该声音传感器14可为一耳机或一扬声器，其输出通过该接口单元12接收的模拟声音信号对应的声音。该参考能量值为用户耳朵能够承受的最大声音能量值，其可由用户手动设定，或由设计人员预先设定。
图2是本发明的第一实施方式中保护听力的声音输出装置的方块图。该听力保护系统13包括一处理单元16、一增益控制单元18、一麦克风19、一模拟数字转换器20及一存储单元21。该处理单元16包括一音量管理单元17。该存储单元21存储有一预设音量级、一能量值基准及该增益控制单元18的当前增益值。该增益控制单元18用于在该处理单元16的控制下，调整当前增益值，并根据调低后的增益值放大该数字模拟转换器15输出的模拟声音信号。同时，麦克风19实时地感应环境音并生成模拟环境音信号。该模拟数字转换器20将该模拟环境音信号转换为数字环境音信号。
请一并参考图3，该音量管理单元17包括一基准调整模块174，根据该数字环境音信号计算该环境音的音量级，根据该环境音的音量级获得该参考能量值。
获得该参考能量值K的方法具体可为，计算出该数字环境音信号的音量级相较于预设音量级的变化率，然后根据该变化率及该存储单元21中存储的能量值基准，生成参考能量值K。该参考能量值随着环境音的增减而适当地增减，使得噪音较小的环境下，输出声音的最大音量稍微小些；而使得噪音较大的环境下，输出声音的最大音量稍微大些，从而既能保护用户听力又使得用户能够听清该声音。
该音量管理单元17还包括一取样模块170，采用一预定的取样频率f对通过该接口单元12接收到的数字声音信号进行取样，获取多个振幅值mi，并将该多个振幅值存储于该存储单元21；一增益获取模块171，获得该增益控制单元18的当前增益值V；一计算模块172，将该多个振幅值mi及该当前增益值V作为参数，应用一数学算法计算一预设时间段T内的声音能量值Q；及一听力保护模块173，当该声音能量值Q达到该参考能量值K时，向该增益控制单元18发送一听力保护信号。
计算该声音能量值的数学算法可为Q＝{[∑(mi*V)2/N]1/2}*T(其中，i从1到N)，Q表示该声音能量值，T表示该预设时间段，N表示该预设时间段T内获取该数字声音信号的振幅值mi的数目，V表示当前增益值。
该数字模拟转换器15将通过该接口单元12接收到的数字声音信号转换为模拟声音信号。该增益控制单元18响应该听力保护信号自动调低增益值，并根据调低后的增益值放大该数字模拟转换器15输出的模拟声音信号。调低增益值的方法可为一次性大幅度地调低到适当的增益值，也可小幅度地逐步调整，直到该实际声音能量值不大于该参考能量值为止。
为了补偿不同用户听觉灵敏度的差异，本实施方式也可允许用户手动调整或选择该能量值基准。例如，如果用户的听觉灵敏度较低，便可以将该能量值基准调高些；而如果用户的听觉灵敏度较高，便可以将该能量值基准调低些。
图4是本发明的第一实施方式中保护听力的方法的流程图。该音量管理单元17采用上述预定的取样频率f，对通过该接口单元12接收到的数字声音信号进行取样，获得多个振幅值mi，并将该多个振幅值存储于该存储单元21(步骤S30)；获得该增益控制单元18的当前增益值V(步骤S31)；然后将该多个振幅值mi及该当前增益值V作为参数，应用上述数学算法计算一预设时间段T内的声音能量值Q(步骤S32)。
同时，该麦克风19感应环境音并生成一模拟环境音信号(步骤S33)。该模拟数字转换器20将该模拟环境音信号转换为数字环境音信号(步骤S34)。该音量管理单元17计算出该数字环境音信号的音量级(步骤S35)，并计算出该数字环境音信号的音量级相较于一预设音量级的变化率(步骤S36)，然后根据该变化率及预设能量值，生成参考能量值K(步骤S37)。
接着，该音量管理单元17判断该声音能量值Q是否达到该参考能量值K(步骤S38)；当该声音能量值Q未达到该参考能量值K时，流程转到步骤S30；而当该声音能量值Q达到该参考能量值K时，该音量管理单元17发送一听力保护信号(步骤S39)。该增益控制单元18响应该听力保护信号从而自动调低增益值，并根据调低后的增益值放大该数字模拟声音信号输出的模拟声音信号(步骤S40)，然后流程返回步骤S30。
上述听力保护流程在声音输出装置10停止工作时结束，例如该声音信号源11关闭，或声音输出装置10断开与声音信号源11的电连接。
图5是本发明的第二实施方式中保护听力的声音输出装置的模块图。该第二实施方式与第一实施方式的不同在于，该存储单元21存储有一预设音量级及一对应表，该对应表中存储有多个环境音的音量级及其对应的参考能量值K；该增益控制单元18替换为一警示单元51；并且该数字模拟转换器15将转换后的模拟声音信号直接输送到该声音传感器14。该警示单元51接收并响应该音量管理单元17发送的听力保护信号，产生视觉/听觉的警示信号，用以提醒用户调低当前增益值。该警示单元51可为一发光二极管(LED，light-emitting diode)、一液晶显示器(LCD，liquid-crystal display)、一屏幕显示单元(OSD，on-screen display)及其它能够发出视觉警示信号的装置；该警示单元51还可为一听觉警示装置如蜂鸣器，用以发出听觉警示信号。
第二实施方式与第一实施方式的不同还在于，该音量管理单元17计算出该数字环境音信号的音量级，并从该存储单元21中读取该音量级对应的参考能量值K。该音量管理单元17仅将该多个振幅值mi作为参数，应用另一数学算法计算一预设时间段T内的声音能量值Q。当该音量管理单元17确定该声音能量值Q达到该参考能量值K时，向该警示单元51发送一听力保护信号。该警示单元51接收并响应该听力保护信号，发出视觉或听觉的警示信号，以提醒用户调低当前增益值。其中，计算该声音能量值的数学算法可为Q＝{[∑(mi)2/N]1/2}*T(其中，i从1到N)，Q表示该声音能量值，T表示该预设时间段，N表示该预设时间段T内获取该数字声音信号的振幅值mi的数目。
图6是本发明的第二实施方式中保护听力的方法的流程图。该音量管理单元17，采用上述预定的取样频率f，对通过该接口单元12接收到的数字声音信号进行取样，获得多个振幅值mi，并将该多个振幅值mi存储于该存储单元21(步骤S60)；然后将该多个振幅值mi作为参数，应用上述数学算法计算一预设时间段T内的声音能量值Q(步骤S61)。
同时，该麦克风19感应环境音并生成一模拟环境音信号(步骤S62)。该模拟数字转换器20将该模拟环境音信号转换为数字环境音信号(步骤S63)。该音量管理单元17计算出该数字环境音信号的音量级(步骤S64)，并从该存储单元21中读取该音量级对应的参考能量值K(步骤S65)。
接着，该音量管理单元17判断该声音能量值Q是否达到该参考能量值K(步骤S66)；当该声音能量值Q未达到该参考能量值K时，流程转到步骤S60；而当该声音能量值Q达到该参考能量值K时，该音量管理单元17发送一听力保护信号(步骤S67)。该警示单元18响应该听力保护信号从而输出提示音，用以提醒用户调低增益值(步骤S68)，然后流程返回步骤S60。另外，如果该音量管理单元17判断用户在一预设时间段内没有调低增益值，还可以提高该提示音的音量及/或该提示音的输出频率。
上述听力保护流程在声音输出装置10停止工作时结束，例如该声音信号源11关闭，或声音输出装置10断开与声音信号源11的电连接。
权利要求
1.一种保护听力的声音输出装置，其包括一接口单元，接收一声音信号源输出的数字声音信号；一数字模拟转换器，将该数字声音信号转换为模拟声音信号；一声音传感器，输出该模拟声音信号对应的声音；其特征在于，该声音输出装置还包括一环境音侦测装置，用于侦测环境音并生成模拟环境音信号；一模拟数字转换器，将该模拟环境音信号转换成数字环境音信号；及一音量管理单元，包括一取样模块，采用一预定的取样频率对该接口单元接收的数字声音信号进行取样，获取多个振幅值；一计算模块，将该多个振幅值作为一参数计算一预设时间段内的声音能量值；一基准调整模块，根据该数字环境音信号计算该环境音的音量级，根据该环境音的音量级获得一参考能量值；及一听力保护模块，当该声音能量值达到该参考能量值时，产生一听力保护信号。
2.如权利要求1所述的保护听力的声音输出装置，其特征在于，该音量管理单元获得该参考能量值具体可为提供一对应表，读取该对应表中该环境音的音量级对应的参考能量值。
3.如权利要求1所述的保护听力的声音输出装置，其特征在于，该音量管理单元获得该参考能量值具体可为，比较该环境音的音量级与一预设音量级，计算一变化率；根据该变化率及一预设能量值，生成一参考能量值。
4.如权利要求1所述的保护听力的声音输出装置，其特征在于，还包括一增益控制单元，接收并响应该听力保护信号，自动调低当前增益值，并根据调低后的增益值放大该数字模拟转换器输出的模拟声音信号；该音量管理单元还包括一增益获取模块，获得该增益控制单元的当前增益值；该计算模块将该当前增益值作为另一参数计算该预设时间段内的声音能量值。
5.如权利要求1所述的保护听力的声音输出装置，其特征在于，还包括一警示单元，接收并响应该听力保护信号，产生视觉或听觉的警示信号。
6.一种保护听力的方法，其特征在于，包括步骤侦测环境音的音量级；根据该环境音的音量级获得一参考能量值；接收一声音信号源输出的数字声音信号；采用一预定的取样频率对该数字声音信号进行取样，获取多个振幅值；将该多个振幅值作为一参数计算一预设时间段内的声音能量值；及当该声音能量值达到该参考能量值时，产生一听力保护信号。
7.如权利要求6所述的保护听力的方法，其特征在于，获得该参考能量值具体可为提供一对应表，读取该对应表中该环境音的音量级对应的参考能量值。
8.如权利要求6所述的保护听力的方法，其特征在于，获得该参考能量值具体可为，比较该环境音的音量级与一预设音量级，计算一变化率；根据该变化率及一预设能量值，生成一参考能量值。
9.如权利要求6所述的保护听力的方法，其特征在于，计算声音能量值的方法还包括步骤获得当前增益值，将该当前增益值作为另一参数计算该预设时间段内的声音能量值。
10.如权利要求9所述的保护听力的方法，其特征在于，还包括步骤接收并响应该听力保护信号，自动调低当前增益值。
11.如权利要求6所述的保护听力的方法，其特征在于，还包括步骤接收并响应该听力保护信号，产生视觉或听觉的警示信号。
全文摘要
本发明提供了一种保护听力的方法，侦测环境音的音量级；根据该环境音的音量级获得一参考能量值；接收一声音信号源输出的数字声音信号；采用一预定的取样频率对该数字声音信号进行取样，获取多个振幅值；将该多个振幅值作为一参数计算一预设时间段内的声音能量值；当该声音能量值达到该参考能量值时，产生一听力保护信号；及响应该听力保护信号自动调低增益值，或产生视觉/听觉的警示信号。本发明还提供一种保护听力的声音输出装置，既能够保护用户的听力免受伤害，又能够使得用户在环境噪音较大时仍能够在适当的音量级下欣赏音频。
文档编号H03G3/20GK101060314SQ200610060400
公开日2007年10月24日 申请日期2006年4月19日 优先权日2006年4月19日
发明者李兵, 李晓光, 蔡文升, 谢冠宏 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司