CN107566936A - 自动调整音乐数据的耳机及其方法、存储装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动调整音乐数据的耳机及其方法、存储装置。该方法包括：从音频播放设备获取音频数据，并保存音频数据；初始化耳机，获取头部信息和耳道数据，并保存头部信息和耳道数据；将头部信息和耳道数据与音频数据进行匹配，以获取调整后的音频数据；通过耳机的扬声器播放调整后的音频数据。通过上述方式，本发明能够提高用户的体验效果。

Description

自动调整音乐数据的耳机及其方法、存储装置

技术领域

本发明涉及耳机技术领域，具体涉及一种自动调整音乐数据的耳机及其方法、存储装置。

背景技术

当今社会发展越来越快，互联网技术以及与电子技术的结合程度越来越高，智能化和人性化的要求也越来越高。手机以及便携式设备使用普及度越来越高，移动消费电子产品所附带的功能涵盖生活生产中，目前用户经常使用电子产品的功能是多媒体功能。其中，音视频是一个系统设计，很多厂家只限于在本产品的基础上使用更加好的器件，花更高成本的配件进行提高听赏感受，改善音质，提高音频测试各种指标都是后端设计非常复杂的系统工程。

传统的耳机已经很多，目前都在听感上进行改进和优化，进而出现很多的高质量的耳机。现有技术会针对耳机的腔体进行调试音效，并进行固化，即是一次性固化在音效算法中并固化在DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)中，而且每个人的头部形状都是不一样，因此固化的算法只针对实验室的仿真头的大小模拟出来的，头部形状，耳道形状都是统一尺寸的。当用户和仿真对象的尺寸不一致，自然所听到的效果就没办法跟理想的效果一致，严重影响用户的体验效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自动调整音乐数据的耳机及其方法、存储装置，能够对音频数据进行调整，以提高用户的体验效果。

本发明一实施例的耳机自动调整音乐数据的方法，所述耳机佩戴在用户的头部，并且与音频播放设备建立连接，其包括：

从所述音频播放设备获取音频数据，并保存所述音频数据；

初始化所述耳机，获取头部信息和耳道数据，并保存所述头部信息和所述耳道数据；

将所述头部信息和所述耳道数据与所述音频数据进行匹配，以获取调整后的音频数据；

通过所述耳机的扬声器播放所述调整后的音频数据。

本发明一实施例的自动调整音乐数据的耳机，其包括：

连接器，用于与音频播放设备建立连接；

处理器，与所述连接器连接，用于通过所述连接器从所述音频播放设备获取音频数据；

存储器，与所述连接器连接，用于存储所述音频数据；

数字信号处理器，与所述处理器连接，用于获取耳道数据；

扬声器，与所述数字信号处理器连接；

其中，初始化所述耳机，所述处理器获取所述头部信息，并通过所述存储器保存所述头部信息和所述耳道数据；所述处理器进一步将所述头部信息和所述耳道数据与所述音频数据进行匹配，以获取调整后的音频数据；所述扬声器播放所述调整后的音频数据。

本发明一实施例的存储装置，存储有程序数据，所述程序数据能够被执行以实现上述耳机自动调整音乐数据的方法。

有益效果：本发明能够获取头部信息和耳道数据，并将头部信息和耳道数据与音频数据进行匹配，以获取调整后的音频数据，能够根据用户的头部信息和耳道数据对音频数据进行调整，提高用户的体验效果。

附图说明

图1是本发明一实施例的耳机自动调整音乐数据的方法；

图2是图1中耳机的结构示意图；

图3是图1中HRTF算法的原理示意图；

图4是图1中耳机通过两个扬声器测试头部信息的示意图；

图5是图4中两个扬声器的几何关系示意图；

图6是图4中左侧扬声器的HRTF幅度谱示意图；

图7是图4中右侧扬声器的HRTF幅度谱示意图；

图8是图1中耳机获取耳道数据的结构示意图；

图9是图8中耳机测量出来的数据与实际的声音信号的示意图；

图10是图8中耳道的曲率示意图；

图11是本发明一实施例的存储装置的结构示意图；

图12是本发明一实施例的耳机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明所提供的各个示例性的实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。在不冲突的情况下，下述各个实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，为本发明一实施例的耳机自动调整音乐数据的方法。所述方法可以包括步骤S11～S14。

S11：从音频播放设备获取音频数据，并保存音频数据；.

如图2所示，耳机10与音频播放设备20建立连接，耳机10可以通过3.5MM的普通音频连接器与音频播放设备20连接。其中，耳机10佩戴在用户的头部，耳机10从音频播放设备20获取音频数据，并保存音频数据。音频播放设备20可为智能手机、PDA(Personal DigitalAssistant，个人数字助理或平板电脑)等移动设备，也可以是佩戴于肢体或者嵌入于衣物、首饰、配件中的可穿戴设备。在其他实施例中，耳机10还可以通过其他连接方式与音频播放设备20连接，例如蓝牙连接等无线连接。

S12：初始化耳机，获取头部信息和耳道数据，并保存头部信息和耳道数据；

在耳机10启动的时候，初始化耳机10，耳机10获取头部信息和耳道数据，并保存该头部信息和耳道数据。如图2所示，耳机10包括麦克风11和扬声器12。耳机10获取头部信息具体可以包括以下步骤：

耳机10控制麦克风11和扬声器12同时工作；

耳机10根据HRTF(Head-related transfer function，头相关变换函数)算法计算得出头部信息，头部信息可包括头部的尺寸或者耳机10的佩戴角度。

其中，人耳听音的原理具体为：由于人耳有两个，能够在所有角度大概分辨出声音到底来自于哪个方向，因此对声音音源的定位方法非常复杂，由以下效应组成：1、简单的“左和右”信息可以通过相对电平的不同和每只耳朵接收到的不同而获得；2、对于击打乐器的声音，皮肤可以感受到声波的冲击；3、声波进入人耳的鼓膜时，由于人体的反射、折射和衍射而扭曲变形，大脑能根据经验判断出声源的方向和距离，因此采用头部相关传输函数，如图3所示。

具体地，耳机10通过两个扬声器12测试用户的头部信息，如图4所示。双扬声器12相当于两个独立的声源输入端，麦克风11和扬声器12构成测试系统；假设在测量时间内该测试系统是线性不变的。耳机10的互不相关的两路信号分别从左右扬声器12同时播放，利用相关法计算可得出两个扬声器12的单位脉冲响应，该单位脉冲响应包括电声系统响应。其中，图5是用户的头部与双扬声器的几何关系，r1为第一扬声器12到头部的距离，r2为第二扬声器12到头部的距离，a为两个扬声器12之间的距离，s为头部的尺寸。

其中，左侧扬声器12到左耳的HRTF幅度谱如图6所示的实线，左侧扬声器12到右耳的HRTF幅度谱如图6所示的虚线。右侧扬声器12到左耳的HRTF幅度谱如图7所示的实线，右侧扬声器12到右耳的HRTF幅度谱如图7所示的虚线。根据图6和图7可知，耳机10根据HRTF算法计算得出头部信息的误差在1CM范围内，精度高。

在用户将耳机10佩戴在用户的头部时，耳机10通过HRTF算法获取当前用户的头部信息，能够及时调整耳机10适配的头部和耳朵的形状，增加耳机10的整体音质以及保证准确的位置。

如图2所示，耳机10进一步包括两个耳塞13，麦克风11包括设置在耳塞13内的第一麦克风111，其中第一麦克风111和扬声器12设置在耳塞13内。耳机10获取耳道数据具体可以包括以下步骤：

重新初始化扬声器12和麦克风11；

通过扬声器12播放测试音频数据，并且对耳机10的左声道和右声道发送扫频信号；

采集测试数据，并根据测试数据获取耳道数据。

其中，耳机10通过第一麦克风111采集测试数据，耳机10对测试数据进行校准，并对校准后的测试数据进行应用逆解，以获取耳道数据。

具体而言，耳机10采用耳道测试算法计算得到耳道数据。耳机10需要将在人耳的耳道入口处测量的声学量(例如阻抗和压力)转换为耳膜处的量，而需要知道耳道的形状。目前测量耳道面积函数的尝试都是侵入性，不可再现的，或者仅能测量沿着耳道的中点的面积函数。本实施例耳机10采用根据耳道入口处的声阻抗的测量来确定耳道的面积函数的方法，该方法基于逆问题的解决方案。其中，使用声阻抗的测量来计算反射率，然后将其用于确定耳道的面积函数。本实施例所使用的方法确定的平均耳道面积函数类似于由使用不同技术的其他研究者测量的平均耳道面积函数。因此相比于目前的方法，本实施的优点为其是非侵入性的，快速的和可重复的。

耳机10仅需要在耳道入口处的单次测量，可以确定整个耳道长度的面积函数。本实施例的耳机10通过设计在耳塞13里的左右两个第一麦克风111进行采集声音信号(即测试数据)，通过发送扫频信号进行当前佩戴耳机10的用户的耳道进行测试，如图8所示。

其中，耳机10可以以48kHz的采样率数字产生的宽带线性扫频频率信号作为测试信号，信号等级(在耳道中在探针平面处测量)为90dB SPL。耳机10通过第一麦克风111进行采集，并进行解析。即耳机10在采集后需要对测试数据进行校准，校准的办法需要结合当前耳塞13的形状以及音腔的尺寸以及材质来进行。通常会在2-8KHZ的范围内有几个频点会因为耳塞13的设计而造成信号出现半周期谐波发生，耳机10需要将校准的数据一起来匹配算法模型，才能达到数字分析准确性。然后耳机10加载的是已经建立好的，在Matlab中实现逆解法的算法模型。为了验证逆问题，耳机10进行阻抗的测量，转换为反射率，然后应用逆解以产生面积函数，进而获得耳道数据。

耳机10测量出来的数据与实际的声音信号的差别如图9所示，其中实线为测量后的数据，虚线为实际的声音信号。耳机10从测量的负载阻抗和特性阻抗的估计计算频域反射率，TDR计算为频域反射率的逆傅里叶变换，并应用逆解法从TDR获得面积函数A(x)。逆解决方案假设垂直于发射探针的平面的声传播路径，而耳道具有曲率，如图10所示。耳机10采用三种信号处理技术来减轻有限采样率的影响并减少测量误差的影响，进而改进了逆解的结果。

(1)采样率上变频，即数据的采样率通过零填充频谱有效地增加4倍(高达192kHz)，以为逆解决方案提供足够的采样密度。

(2)频域窗口，在频域中应用具有17kHz半宽的布莱克曼窗口以减少来自较高频率(其中测量不可靠)的贡献并且消除时域中的振铃。

(3)时间反转加法，t<0的TDR被时间反转，并且加到t>0的反射率以去除在数据中观察到的信号处理伪像。

如图10所示，可以得出耳道时域反射率(TDR)，实现与阴影部分的比较，实线为本实施例的耳道测试函数模型，而阴影部分为采集到的不同耳道在转换成反射率的时候的集合，因此可以看出本实施例的解析准确度很高。

S13：将头部信息和耳道数据与音频数据进行匹配，以获取调整后的音频数据；

其中，耳机10根据头部信息对音频数据的声场进行调整；并根据耳道数据对音频数据的频率和响度进行补偿，进而获得调整后的音频数据。

S14：通过耳机的扬声器播放调整后的音频数据；

其中，耳机10播放调整后的音频数据，能够根据用户的头部信息和耳道数据对音频数据进行调整，进而提高用户的体验效果。

上述实施例所述功能如果以软件形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可存储在一个电子设备可读取存储介质中，即，本发明还提供一种存储有程序数据的存储装置30，如图11所示，所述程序数据能够被执行以实现上述实施例的方法，该存储装置30可以为如U盘、光盘、服务器等。

请参阅图12，为本发明一实施例的自动调整音乐数据的耳机。本实施例所揭示的耳机40包括连接器41、处理器42、存储器43、数字信号处理器44、扬声器45、麦克风46、耳道数据解析器47、信号转换器48、声场调整按钮49、电源管理器50以及音量调节键51。

其中，处理器42分别与连接器41、存储器43、数字信号处理器44、声场调整按钮49、电源管理器50以及音量调节键51连接。耳机40包括两个耳塞52，麦克风46包括设置在耳塞52内的第一麦克风461，第一麦克风461和扬声器45均设置在耳塞52内。信号转换器48与第一麦克风461连接，数字信号处理器44通过耳道数据解析器47与信号转换器48连接，扬声器45与数字信号处理器44连接。其中，电源管理器50用于为处理器42、数字信号处理器44、扬声器45、麦克风46、耳道数据解析器47以及信号转换器48供电。耳机40进一步包括设置在耳塞52上的传感器53，传感器53与处理器42连接。

其中，耳机40与音频播放设备60建立连接，耳机40可以通过连接器41(例如3.5MM的普通音频连接器)与音频播放设备60连接。其中，处理器42从音频播放设备20获取音频数据，存储器43用于存储音频数据。在其他实施例中，耳机40还可以通过其他连接方式与音频播放设备60连接，例如蓝牙连接等无线连接。

在耳机40启动的时候，初始化耳机40，处理器42和数字信号处理器44初始化，数字信号处理器44发送中断给处理器42，处理器42通过电源管理器50将电压从1.8V升到2.5V，其中1.8V为耳机40的麦克风46的额定工作电压。

在初始化耳机40后，传感器53通过毫秒级计算两个耳塞52的距离，处理器42将调整后的数据通过串口总线I2C发送给数字信号处理器44，并保存在存储器43。处理器42进一步获取头部信息，即处理器42控制麦克风46和扬声器45同时工作，并根据HRTF算法计算得出头部信息，头部信息可包括头部的尺寸或者耳机10的佩戴角度，处理器42将头部信息保存至存储器43。处理器42根据HRTF算法计算得出头部信息具体参见上述耳机自动调整音乐数据的方法，在此不再赘述。

其中，处理器42控制扬声器45和麦克风46重新初始化，处理器42控制扬声器45播放测试音频数据，对耳机40的左声道和右声道发送扫频信号。信号转换器48用于采集测试数据，并对测试数据进行转换，即将测试数据转换为数字信号。耳道数据解析器47用于根据转换后的测试数据获取耳道数据。数字信号处理器44从耳道数据解析器47获取耳道数据，并发送给处理器42，处理器42将耳道数据保存至存储器43。其中，数字信号处理器44获取耳道数据具体过程可参见上述耳机自动调整音乐数据的方法，在此不再赘述。

处理器42进一步将头部信息和耳道数据与音频数据进行匹配，以获取调整后的音频数据；扬声器45用于播放所述调整后的音频数据。具体而言，处理器42根据头部信息通过声场调整按钮49对音频数据的声场进行调整；处理器42进一步根据耳道数据对音频数据的频率和响度进行补偿。

数字信号处理器44接收到调整后的音频数据，并对调整后的音频数据进行音效处理，以通过扬声器45播放。

以下详细描述耳机40的工作原理：

首先，耳机40通过接口41连接音频播放设备60，若处理器42判断到耳机40的麦克风46用于通话时，音频播放设备60为耳机40供电。若处理器42判断到耳机40用于播放音频数据时，音频播放设备60将音频数据发送给处理器42，此时音频数据为模拟信号，处理器42可以通过信号转换器48将模拟信号转换为数字信号，并且对音频数据进行混音。处理器42将混音后的音频数据保存在存储器43。

在耳机40通过接口41连接音频播放设备60时，耳机40初始化，即处理器42初始化、数字信号处理器44初始化、扬声器45和麦克风46初始化以及电源管理器50自检，处理器42进一步判断耳机40是否初始化成功；若否，则处理器42提醒用户耳机40故障，重新启动或者重新插拔耳机40；若是，则处理器42控制扬声器45和麦克风46同时工作，并且运行HRTF算法，以获取头部信息，处理器42将头部信息保存在存储器43。若处理器42判断到数据出错，则返回耳机40重新初始化。

在数字信号处理器44第一次初始化时，数字信号处理器44发送读取声场参数指令给处理器42，数字信号处理器44从处理器42获取到声场参数，并设置当前音效算法的声场参数，设置有效。若数字信号处理器44正在运行时，直接从处理器42获取声场参数。处理器42进一步判断声场参数是否为有效数据，若处理器42判断到声场参数为无效数据，则处理器42将头部信息和耳道数据存储在存储器43中；若处理器42判断到声场参数为有效数据，则处理器42发送中断信号给数字信号处理器44，以告知数字信号处理器44已经完成头部信息。

耳机40的扬声器45和麦克风46重新初始化，处理器42控制扬声器45输出测试音频数据，并且对耳机40的左右声道发出一扫频信号。耳道数据解析器47将信号转换器48送到的数据进行解析，并将结果发送给处理器42，其中结果可以为耳道数据。处理器42将存储器43的音频数据、头部信息以及耳道数据一并根据音效算法进行匹配，耳道数据用于对音频数据的频率和响度进行补偿，以对音频数据进行调整。

处理器42控制电源管理器50将电压升到2.5V，并发送给音频播放设备60。信号转换器48进一步将调整后的音频数据转换为模拟信号，并通过扬声器45进行播放。

其中，存储器43可以作为内存池即环形缓冲池读写操作；音量调节键51用于调节耳机40的音量大小。

本实施例数字信号处理器44处理的音频数据最终变成虚拟环绕声以及补偿后耳道的信号损失的声音最终传递给人耳中。在数字信号处理器44启动并正在处理当前音频数据时，用户调节声场旋转按钮49，此时处理器41会实时获取调节的声场参数，并通过I2C总线发送至数字信号处理器44进行实时匹配。

本实施例的耳机40的上述结构元件对应执行上述各个实施例的耳机自动调整音乐数据的方法，具有与其相同的技术效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种耳机自动调整音乐数据的方法，其特征在于，所述耳机佩戴在用户的头部，并且与音频播放设备建立连接，所述方法包括：

从所述音频播放设备获取音频数据，并保存所述音频数据；

初始化所述耳机，获取头部信息和耳道数据，并保存所述头部信息和所述耳道数据；

将所述头部信息和所述耳道数据与所述音频数据进行匹配，以获取调整后的音频数据；

通过所述耳机的扬声器播放所述调整后的音频数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取头部信息和耳道数据包括：

控制所述耳机的麦克风和所述扬声器同时工作；

根据HRTF算法计算得出所述头部信息，所述头部信息包括头部的尺寸或者所述耳机的佩戴角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取头部信息和耳道数据包括：

重新初始化所述扬声器和所述麦克风；

通过所述扬声器播放测试音频数据，并且对所述耳机的左声道和右声道发送扫频信号；

采集测试数据，并根据所述测试数据获取所述耳道数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述耳机包括两个耳塞，所述麦克风包括设置在所述耳塞内的第一麦克风；

所述采集测试数据包括：

通过所述第一麦克风采集所述测试数据；

所述根据所述测试数据获取所述耳道数据包括：

对所述测试数据进行校准，并对校准后的测试数据进行应用逆解，以获取所述耳道数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述头部信息和所述耳道数据与所述音频数据进行匹配包括：

根据所述头部信息对所述音频数据的声场进行调整；

根据所述耳道数据对所述音频数据的频率和响度进行补偿。

6.一种自动调整音乐数据的耳机，其特征在于，所述耳机包括：

连接器，用于与音频播放设备建立连接；

处理器，与所述连接器连接，用于通过所述连接器从所述音频播放设备获取音频数据；

存储器，与所述连接器连接，用于存储所述音频数据；

数字信号处理器，与所述处理器连接，用于获取耳道数据；

扬声器，与所述数字信号处理器连接；

其中，初始化所述耳机，所述处理器获取所述头部信息，并通过所述存储器保存所述头部信息和所述耳道数据；所述处理器进一步将所述头部信息和所述耳道数据与所述音频数据进行匹配，以获取调整后的音频数据；所述扬声器播放所述调整后的音频数据。

7.根据权利要求6所述的耳机，其特征在于，所述耳机进一步包括麦克风，所述麦克风与所述处理器连接；

所述处理器进一步控制所述麦克风和所述扬声器同时工作，并根据HRTF算法计算得出所述头部信息，所述头部信息包括头部的尺寸或者所述耳机的佩戴角度。

8.根据权利要求7所述的耳机，其特征在于，所述耳机进一步包括耳道数据解析器以及信号转换器，所述信号转换器通过所述耳道数据解析器与所述数字信号处理器连接；

其中，所述扬声器和所述麦克风重新初始化，所述扬声器播放测试音频数据，对所述耳机的左声道和右声道发送扫频信号；

所述信号转换器用于采集测试数据，并对所述测试数据进行转换；

所述耳道数据解析器用于根据转换后的测试数据获取所述耳道数据。

9.根据权利要求6所述的耳机，其特征在于，所述耳机进一步包括与所述处理器连接的声场调整按钮，所述处理器根据所述头部信息通过所述声场调整按钮对所述音频数据的声场进行调整；所述数字信号处理器根据所述耳道数据对所述音频数据的频率和响度进行补偿。

10.一种存储装置，其特征在于，所述存储装置存储有程序数据，所述程序数据能够被执行以实现如权利要求1-5任一项所述的方法。