专利名称：保护听力的系统、方法及声音输出装置的制作方法
技术领域：
本发明关于一种保护听力的系统、方法及声音输出装置，尤其关于一种通过限制声音能量值从而保护听力的系统、方法及具有听力保护功能的声音输出装置。
背景技术：
随着数字产品的发展，手持音频播放设备得到广泛应用，具有音频播放功能的手持设备包括收音机、MP3、PDA、手机等。为了在欣赏音乐或广播节目时不影响别人，用户通常使用耳机收听。在欣赏音乐的过程中，用户时常需要进行下列操作播放、停止播放、上一首、下一首及调节音量，然而，用户直接在音频重放设备上进行操作不够方便，线控耳机解决了上述问题。
当欣赏快节奏音乐例如摇滚音乐时，用户往往将音量调到很大；另外，当环境音量很大时，例如地铁中，用户为了能够听到渴望的声音信号也会将音量调到很大。然而，用户都存在一个听力生理极限，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。目前市场上的线控耳机尚不具备听力保护的功能。
发明内容有鉴于此，有必要一种听力保护系统，当一段时间内的音频能量值达到预定值，控制音量的变化，从而保护听力。该听力保护系统包括一模拟数字转换器及一音量管理单元。该模拟数字转换器，将接收的模拟声音信号转换为数字声音信号。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；及一听力保护模块，当该声音能量值达到一预设能量值时，产生一听力保护信号。其中，该听力保护系统还包括一音量控制单元，接收并响应该听力保护信号，自动调低当前增益值。该音量控制单元可替换为一警示单元，接收并响应该听力保护信号，产生视觉或听觉的警示信号。
有鉴于此，还有必要提供一种具有听力保护功能的声音输出装置，当一段时间内的音频能量值达到预定值，控制音量的变化，从而保护听力。该声音输出装置包括一接口单元、一模拟数字转换器、一音量管理单元及一声音传感器。该接口单元，接收一声音信号源输出的模拟声音信号；该声音传感器，输出该模拟声音信号对应的声音。该模拟数字转换器，将该接口单元接收的模拟声音信号转换为数字声音信号。该音量管理单元包括一取样模块，在该处理单元的控制下，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；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；及一听力保护模块，当该声音能量值达到一预设能量值时，产生一听力保护信号。其中，该声音输出装置还包括一音量控制单元，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通过该接口单元接收的模拟声音信号。该音量控制单元可替换为一警示单元，接收并响应该听力保护信号，产生视觉或听觉的警示信号。
有鉴于此，还有必要提供一种听力保护方法，当一段时间内的音频能量值达到预定值，控制音量的变化，从而保护听力。该听力保护方法包括下列步骤接收一声音信号源输出的模拟声音信号；将该模拟声音信号转换为数字声音信号；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一预设能量值时，产生一听力保护信号。其中，该听力保护方法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。上述调低增益值的步骤可替换为下一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。
相较于现有技术，应用该听力保护的系统、方法及具有听力保护功能的声音输出装置，计算一预设时间段内之音频能量值，当该音频能量值达到一预设的音频能量值时，则自动调低音量或提醒用户手动调低音量，从而达到保护用户听力的目的。下面将结合附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的具有听力保护功能的音频输出装置的架构图。
图2是第一实施方式中本发明的具有听力保护功能的音频输出装置的模块图。
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听力保护方法的流程图。
图5是第一实施方式中确定预设能量值的流程图。
图6是第二实施方式中本发明的具有听力保护功能的音频输出装置的模块图。
具体实施方式图1是本发明的实施方式中具有听力保护功能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及一声音传感器14。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输出的模拟声音信号，并将该模拟声音信号发送到该听力保护系统13；其中，该声音信号源11可为音频再现装置、无线信号播放装置、电视机或麦克风等。该听力保护系统13计算该模拟声音信号的音频能量值，并当该音频能量值达到一预设能量值时自动调低音量或产生视觉或听觉的警示信号，以保护用户听力免受伤害。然后该声音传感器14在调低后的音量下输出该模拟声音信号对应的声音。其中，该声音传感器14可为一耳机或一扬声器。
图2是本发明的第一实施方式中具有听力保护功能的声音输出装置的方块图。该听力保护系统13包括一模拟数字转换器15、一处理单元17及一音量控制单元18；该处理单元17包括一音量管理单元16。该声音输出装置10通过该接口单元12接收该声音信号源11输出的模拟声音信号，并将该模拟声音信号分别输送到该模拟数字转换器15及该音量控制单元18。该模拟数字转换器15，将该接口单元12接收到的模拟声音信号转换为数字声音信号。该音量管理单元16，采用一预定的取样频率f对该数字声音信号进行取样，获取多个振幅值mi；获得该音量控制单元18的当前增益值V；然后根据该多个振幅值mi及该当前增益值V，应用一数学算法周期性地计算一预设时间段T内的音频能量值Q；当该音频能量值Q达到一预设能量值K时，向该音量控制单元18发送一听力保护信号；其中，该预设能量值K可由用户手动设定，或由设计人员预先设定；例如，该预设能量值K可为用户耳朵能够承受的最大音频能量值Q。另外，计算该音频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表示该音频能量值，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。该音量控制单元18，响应该听力保护信号从而调低增益值，并根据调低后的增益值放大通过该接口单元12输送的模拟声音信号；其中，调低增益值的方法可为一次性大幅度地调低到一适当的增益值，也可小幅度地逐步调整。该声音传感器14输出该模拟声音信号对应的声音。
为了补偿不同用户间听觉灵敏度的差异，本实施方式也可允许用户手动调整或选择该预设能量值K。例如，如果用户的听觉灵敏度较低，便可以将该预设能量值K调高些；而如果用户的听觉灵敏度较高，便可以将该预设能量值K调低些。另外，为了适应用户在不同时间段内听觉灵敏度的变化，本实施方式也可根据当前时间所属的时间段自动调整或设定该预设能量值K。例如，早上用户的听觉灵敏度较高，可以将该预设能量值K自动调低；而中午用户的听觉灵敏度较低，则可以将该预设能量值K自动调高。该时间段的设置可由设计人员预先设定，也可由用户设定。由此，该处理单元17还提供一时钟单元19，该音量管理单元16从该时钟单元19获取当前时间并确定该时间所属的时间段，然后根据当前时间所属的时间段调整该预设能量值K。用户可根据需要启动及关闭上述自动调整或选择该预设能量值K的功能。
调整该预设能量值K的方法具体可为，该音量管理单元16设定一预设时间段的预设能量值K作为标准，例如，设定中午11点到13点间的预设能量值K为90分贝等。在比较声音能量值与预设能量值K以前，首先确定当前时间所属的时间段，然后根据该时间段与预设时间段的差值调整预设能量值K。
设定该预设能量值K的方法具体可为，该音量管理单元16设置多个时间段对应的预设能量值K，在比较声音能量值与预设能量值K以前，首先确定当前时间所属的时间段，然后选择该时间段对应的预设能量值K。
图3是本发明的第一实施方式中音量管理单元的模块图。该音量管理单元16包括一取样模块20、一增益获得模块21、一计算模块22及一听力保护模块23。该取样模块20，采用上述预定的取样频率f，对该模拟数字转换器15输送的数字声音信号进行取样，获取一预设时间段T内的多个振幅值mi。一增益获得模块21，获得该音量控制单元18的当前增益值V。该计算模块22，根据该多个振幅值mi及该当前增益值V，应用上述数学算法计算该预设时间段T内的声音能量值Q。该听力保护模块23，当该声音能量值Q达到一预设能量值K时，产生一听力保护信号，并将该听力保护信号发送到该音量控制单元18。
该音量管理单元16还包括一基准调整模块24，该基准调整模块24获取当前时间并确定该时间所属的时间段。该听力保护模块23根据当前时间所属的时间段调整或选择该预设能量值K。
图4是本发明的第一实施方式中听力保护方法的流程图。该接口单元12从该声音信号源11接收一模拟声音信号，并将该模拟声音信号分别输送到该模拟数字转换器15及该音量控制单元18(步骤S30)。该该模拟数字转换器15将该模拟声音信号转换为数字声音信号(步骤S31)。该音量管理单元16，采用上述预定的取样频率f对该数字声音信号进行取样，获取多个振幅值mi(步骤S32)；获得该音量控制单元18的当前增益值V(步骤S33)；然后根据该多个振幅值mi，应用上述数学算法计算该预设时间段T内的音频能量值Q(步骤S34)；并判断该音频能量值Q是否达到该预设能量值K(步骤S35)；当该音频能量值Q未达到该预设能量值K时，流程返回步骤S31；而当该音频能量值Q达到该预设能量值K时，该音量管理单元16生成一听力保护信号并将该听力保护信号发送到该音量控制单元18(步骤S36)。该音量控制单元18接收并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通过该接口单元12输送的模拟声音信号(步骤S37)。该声音传感器14输出该模拟声音信号对应的声音(步骤S38)。
图5是本发明的第一实施方式中确定预设能量值K的流程图。执行步骤S34以后，该处理单元17确定是否启动了根据时间段调整预设能量值K的功能(步骤S40)。如果没有启动根据时间段调整预设能量值K的功能，流程转到步骤S35；如果启动了根据时间段调整预设能量值K的功能，该音量管理单元16从该时钟单元19获取当前时间并确定该时间所属的时间段(步骤S41)。然后根据当前时间所属的时间段，调整该预设能量值K，接着执行上述步骤S35。
如图6所示，为本发明第二实施方式中具有听力保护功能的声音输出装置的模块图，第二实施方式与图2所示的第一实施方式不同在于，该音量控制单元18替换为一警示单元60，该接口单元12将接收到的模拟声音信号，分别输送到该模拟数字转换器15及该声音传感器14。该警示单元60接收并响应该听力保护信号发出视觉或视觉的警示信号，用以提醒用户手动调低音量。该警示单元60可为一发光二极管(LED，light-emitting diode)、一液晶显示器(LCD，liquid-crystaldisplay)、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60还可为一听觉警示装置如蜂鸣器，用以发出听觉警示信号。
另外，第二实施方式与第二图所示的第一实施方式不同还在于，该音量管理单元16，采用一预定的取样频率f对该数字声音信号进行取样，获取多个振幅值mi；然后根据该多个振幅值mi，应用一数学算法周期性地计算一预设时间段T内的音频能量值Q。该音量管理单元16确定该音频能量值Q达到一预设能量值K时，其向该警示单元60发送一听力保护信号。该警示单元60接收并响应该听力保护信号，发出视觉或听觉的警示信号。其中，计算该音频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表示该音频能量值，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。
权利要求
1.一种听力保护系统，其特征在于，该系统包括一模拟数字转换器，将接收的模拟声音信号转换为数字声音信号；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；及一听力保护模块，当该声音能量值达到一预设能量值时，产生一听力保护信号。
2.如权利要求1所述的听力保护系统，其特征在于，还包括一音量控制单元，接收并响应该听力保护信号，自动调低当前增益值。
3.如权利要求2所述的听力保护系统，其特征在于，该音量管理单元还包括一增益获得模块，获得该音量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。
4.如权利要求1所述的听力保护系统，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。
5.如权利要求1所述的听力保护系统，其特征在于，该音量管理单元还包括一基准调整模块，从一时钟单元获取当前时间并确定该时间所属的时间段，并根据当前时间所属的时间段改变该预设能量值。
6.一种具有听力保护功能的声音输出装置，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模拟数字转换器，将该接口单元接收的模拟声音信号转换为数字声音信号；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；及一听力保护模块，当该声音能量值达到一预设能量值时，产生一听力保护信号。
7.如权利要求6所述的具有听力保护功能的声音输出装置，其特征在于，还包括一音量控制单元，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接口单元接收的模拟声音信号。
8.如权利要求7所述的具有听力保护功能的声音输出装置，其特征在于，该音量管理单元还包括一增益获得模块，获得该音量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。
9.如权利要求6所述的具有听力保护功能的声音输出装置，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。
10.如权利要求6所述的具有听力保护功能的声音输出装置，其特征在于，该音量管理单元还包括一基准调整模块，从一时钟单元获取当前时间并确定该时间所属的时间段，并根据当前时间所属的时间段改变该预设能量值。
11.一种听力保护的方法，其特征在于，包括步骤接收一声音信号源输出的模拟声音信号；将该模拟声音信号转换为数字声音信号；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一预设能量值时，产生一听力保护信号。
12.如权利要求11所述的听力保护的方法，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。
13.如权利要求12所述的听力保护的方法，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。
14.如权利要求11所述的听力保护的方法，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。
15.如权利要求11所述的听力保护的方法，其特征在于，还包括步骤从一时钟单元获取当前时间并确定该时间所属的时间段，并根据当前时间所属的时间段改变该预设能量值。
全文摘要
本发明提供了一种听力保护方法，将接收到的模拟声音信号转换为数字声音信号；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一预设能量值时，产生一听力保护信号；及响应该听力保护信号，自动调低当前增益值或产生视觉或听觉的警示信号。本发明还提供一种听力保护系统及声音输出装置，使得该音频能量值达到用户能够承受的音频能量值时，自动调低当前增益值或产生视觉或听觉的警示信号，从而保护用户听力。
文档编号H03G3/20GK101026363SQ20061003384
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月18日 优先权日2006年2月18日
发明者丁荣华, 蒋浩良, 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