一种骨传导耳机及其音频处理方法技术

本发明专利技术公开了一种用于骨传导耳机中的音频处理方法,一种骨传导耳机以及基于所述骨传导耳机的音频播放装置，所述骨传导耳机包括人体骨骼和组织模型建模模块和数字预校正器，延时估算单元，数模转换器，模拟数字转换器，第一低通滤波器，第二低通滤波器，音频放大器，音频驱动放大器，至少一个骨传导麦克风，至少一个骨传导振子；实时检测不同用户的人体骨骼和组织的衰减效应信息，基于所述衰减效应信息，产生一补偿传递函数，通过所述补偿传递函数对输入音频信号进行数字预校正后在骨骼和人体组织中传导。解决了不同用户人体组织厚度不同,导致的骨传导耳机体验不同的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能穿戴设备
，尤其涉及一种音频处理方法和骨传导耳机。
技术介绍
骨传导是一种声音传导方式，通常，我们听到的大部分声音是声波通过空气传导的。空气传导的声波通过外中耳到达耳蜗内耳而被听觉神经所感知。除此之外，声波还可以转化为不同频率的机械振动，通过人的颅骨、颞骨、骨迷路、内耳淋巴液传递、耳蜗、听觉神经、听觉中枢来传递声波，这就是骨传导技术。空气传导声波是指通过外耳、中耳向内耳传输；骨传导则是振动颅骨或者颞骨，不通过外耳与中耳直接传输到内耳当中。相对于传统的通过喇叭振膜产生声波的空气传导方式，骨传导省去了许多声波传递的步骤，能在嘈杂的环境中实现清晰的声音还原，而且声波也不会因为在空气中扩散而影响到他人。骨传导技术的电声器件分为骨传导振子和骨传导麦克风。骨传导振子用于受话，受话即听取声音。现有技术中的空气传导扬声器是把电信号转化为声波传至听觉神经。使用传统的空气传导耳机时，环境噪声通常会阻碍用户受话和送话，因为环境噪声和语音在空气传导过程中相互混淆，都会被传导至听觉神经。当用户进行复杂环境活动时，例如，跑步健身，驾驶车辆，由于空气传导耳机需要入耳或者覆盖整个用户耳道时，用户很难感知到周围环境声音，例如：附近驶过的汽车，其他人的呼唤等。这常常会给用户带来不便或者安全隐患。此外，长期使用入耳空气传导耳机会损害用户的听力，严重的可以导致失聪。而骨传导振子则是电信号转化的振动信号直接通过骨头传至听觉神经。两者的区别是声波(振动信号)的传递介质不同。骨传导麦克风技术用于送话，送话即收集声音。气导送话是声波通过空气传至麦克风，而骨传导送话则直接通过骨头传递振动信号。所以，从助听器技术发展而来的骨传导耳机正在逐渐取代传统空气传导耳机，相比之下，骨传导技术具有以下优点：(1)使耳朵自由感知周围的环境声音，因此可以开放双耳，提高用户感知环境能力和使用的安全性，(2)骨传导设备不入耳，不伤害鼓膜，避免听力受损，并且可以延长使用舒适性和安全性，(3)没有电波，可以消除电磁波对大脑的潜在负面影响，(4)骨传导麦克风通过振动收集用户语音，可以实现语音通信的降噪，完全屏蔽掉环境噪声。然而，骨传导技术也具有下面几个缺点：(1)骨传导声音的质量与接触骨骼的位置相关，也与人体组织的特征有关。例如：用户的年龄，性别，胖瘦等差别都会导致不同用户在使用同一台骨传导耳机时，有不同的体验，往往这不同的体验都是性能恶化。(2)利用骨传导技术受话或者送话，骨传导器件必须紧贴骨头，声波直接通过骨头传至听觉神经。佩戴方式决定骨传导设备必须将骨传导器件高度压迫在骨骼上进行传导，一旦松懈就会影响音频传递的质量。然而，这种高度压迫骨骼的佩戴方式使得用户在使用过程中的舒适感、皮肤健康受到不同程度的影响。(3)骨骼和人体组织对振动信号产生具有频率选择性的幅度衰减和延时。高保真或者宽带的音频信号很难通过骨传导到听觉神经。所以基于现有技术的用户多数用户会抱怨骨传导耳机“音质”和“音品”差。(4)骨传导漏音的问题。因为固体传导振动的特性，多数现有骨传导技术都无法真正解决骨传导漏音的问题。这是因为现有技术，通过大音量、大振动信号来补偿频率相关的人体骨骼和组织衰减振动信号的现实情况。但是这种方法相当于饮鸩止渴，拆东墙补西墙。用户会抱怨漏音严重，或者因为需要更大的功率，骨传导振子体积重量大大增加，导致设备整体过于沉重。(5)骨传导耳机佩戴影响眼镜佩戴。现有技术为了选择较好的骨传导接触位置，没有考虑佩戴眼镜用户的使用经验。这样，需要配戴眼镜的用户通常抱怨骨传导耳机佩戴困难。(6)骨传导耳机是开放双耳的系统。但是这是一把双刃剑。现有技术多数宣传其好处，而忽略其这个缺点，也就是当用户到吵杂的环境，如闹市，地铁中等环境噪声较大的环境当中时，因为骨传导耳机的开放性会导致用户根本听不到耳机里传来的声音。基于上述骨传导耳机的缺点，可以看出仍存在很大的改进和发展空间。
技术实现思路
因此，本专利技术针对上述骨传导技术的缺陷提出多个改进措施使其性能得到大幅度的改善。具体的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种音频处理的方法，所述方法用于骨传导耳机，提供一观测反馈通道，实时检测不同用户的人体骨骼和组织的衰减效应信息，提供衰减效应信息；基于所述衰减效应信息，产生一补偿传递函数，所述补偿传递函数表征所述人体骨骼和组织衰减效应相反的特性；获取输入的音频信号，通过所述补偿传递函数对所述音频信号进行数字预校正后在骨骼和人体组织中传导。优选地，基于所述衰减效应信息，产生补偿传递函数具体为根据所述观测反馈通道提供的衰减效应信息，对人体的骨骼和组织构建传递函数，然后对该传递函数求其逆函数即所述补偿传递函数；所述音频信号经过所述补偿传递函数后在骨骼和人体组织中传导具体为所述音频信号经过所述补偿传递函数进行人为的扭曲，经过人为扭曲的音频信号通过数模转换转为模拟的音频信号，通过低通滤波和音频驱动放大处理后达到可直接驱动骨传导振子的功率水平，所述骨传导振子将驱动信号转换为振动信号，通过人体骨骼和组织中形成骨传导信号传导至听觉神经，从而被用户感知。优选地，所述观测反馈通道通过骨传导麦克风侦测已经被衰减过的骨传导信号，进行实时的衰减效应信息更新。优选地，人体骨骼和组织的衰减效应信息为频率衰减效应。优选地，所述数字预校正基于复数查找表LUT方法或者基于Volterra模型；对于复数查找表LUT，适于所述骨传导耳机系统是数字音频输入信号幅度的函数的情况，忽略输入音频信号的相位信息，根据所述观测反馈通道不间断的更新表格内的数据从而进行自适应数字预校正；对于Volterra模型，通过Volterra记忆多项式对骨传导耳机进行建模，并通过连续更新关键的Volterra系数进行自适应的数字预校正，其通过乘法器直接实现或者通过一个系数查找表间接实现，所述系数查找表包含Volterra模型的关键系数。本专利技术提供的上述技术方案解决了不同人体特征、佩戴松紧对骨传导耳机体验的影响。本专利技术还提供了一种骨传导耳机，所述骨传导耳机包括耳机本体，所述耳机本体上设置有人体骨骼和组织模型建模模块和数字预校正器，所述人体骨骼和组织模型建模模块实时检测不同用户的人体骨骼和组织的衰减效应信息，提供所述衰减效应信息参数至所述数字预校正器，所述数字预校正器获取输入的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种骨传导耳机，其特征在于：所述骨传导耳机包括耳机本体，所述耳机本体上设置有人体骨骼和组织模型建模模块和数字预校正器，所述人体骨骼和组织模型建模模块实时检测不同用户的人体骨骼和组织的衰减效应信息，提供所述衰减效应信息参数至所述数字预校正器，所述数字预校正器获取输入的音频信号，基于所述衰减效应信息对所述音频信号进行数字预校正处理。

【技术特征摘要】
1.一种骨传导耳机，其特征在于：所述骨传导耳机包括耳机本体，所
述耳机本体上设置有人体骨骼和组织模型建模模块和数字预校正器，
所述人体骨骼和组织模型建模模块实时检测不同用户的人体骨骼和
组织的衰减效应信息，提供所述衰减效应信息参数至所述数字预校正
器，所述数字预校正器获取输入的音频信号，基于所述衰减效应信息
对所述音频信号进行数字预校正处理。
2.根据权利要求1所述的骨传导耳机，其特征在于：所述骨传导耳机
还包括延时估算单元、数模转换器、模拟数字转换器、第一低通滤波
器、第二低通滤波器、音频放大器、音频驱动放大器、至少一个骨传
导麦克风和至少一个骨传导振子，其中，所述延时估算单元、所述数
模转换器、所述模拟数字转换器、所述第一低通滤波器、所述第二低
通滤波器、所述音频放大器、所述音频驱动放大器设置在所述耳机本
体上，所述至少一个骨传导麦克风，所述音频放大器，所述第一低通
滤波器，所述模拟数字转换器，所述人体骨骼和组织模型建模模块，
所述数字预校正器，所述数模转换器，所述第二低通滤波器，所述音
频驱动放大器，所述至少一个骨传导振子依次连接，所述延时估算单
元分别与所述数字预校正器以及所述人体骨骼和组织模型建模模块
相连接；音频输入信号通过所述数字预校正器进行数字预校正操作，
所述操作按照与衰减效应相反的特性，对输入的音频信号进行校正，
经过校正的音频信号通过所述数模转换器转化为模拟的音频信号，通
过所述第二低通滤波器和所述音频驱动放大器的处理后达到可直接
驱动骨传导振子的功率水平，所述骨传导振子将驱动放大后的音频信

\t号转换为振动形式的音频信号，通过人体骨骼和组织中传导至听觉神
经，而被用户感知，所述骨传导麦克风侦测所述振动形式的信号，经
过所述音频放大器，所述第一低通滤波器以及所述模拟数字转换器后
形成音频反馈信号，所述延时估算单元基于从所述数字预校正器输出
的预校正信号直接生成延时系数或者基于从所述数字预校正器输出
的预校正信号以及所述音频反馈信号生成延时系数并输入至所述人
体骨骼和组织模型建模模块，所述人体骨骼和组织模型建模模块根据
所述延时系数实时更新所述衰减效应信息。
3.根据权利要求2所述的骨传导耳机，其特征在于：所述数字预校正
器基于复数查找表LUT或者基于Volterra模型；对于复数查找表LUT，
适于所述骨传导耳机的传输系统是数字音频输入信号幅度的函数的
情况，忽略输入音频信号的相位信息，根据所述观测反馈通道不间断
的更新表格内的数据从而进行自适应数字预校正；对于Volterra模型，
通过Volterra记忆多项式对骨传导耳机进行建模，并通过连续更新关
键的Volterra系数进行自适应的数字预校正，其通过乘法器直接实现
或者通过一个系数查找表间接实现，所述系数查找表包含Volterra模
型的关键系数。
4.根据权利要求1或2所述的骨传导耳机，其特征在于：所述骨传导
振子为直径为13mm的圆形器件，对其振动轴心方向上非接触皮肤侧
的振动信号进行止振，所述骨传导振子包括塑料外壳，金属传导层，
内部复合层以及复合止振层；所述塑料外壳内部设置有内部振子元
件，所述内部振子元件的一侧设置有所述金属传导层，所述内部振子

\t元件的另一侧设置有所述内部复合层，所述内部复合层包括内部半金
属层和内部半固体层；所述内部半固体层的外侧设置有复合止振层，
所述复合止振层的一侧设置有吸音棉层；所述复合止振层紧贴所述内
部半固体层，所述吸音棉层紧贴所述复合止振层。
5.根据权利要求4所述的骨传导耳机，其特征在于，所述复合止振层
包括第一外部半金属层、第一外部半固体层、第二外部半金属层，第
二外部半固体层和吸音棉层；所述吸音棉层为橡塑材质，采用气泡闭
孔设计；所述半固体层的材料为丁基橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、顺
丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁晴橡胶、乙丙橡胶或氢化丁晴橡胶；
所述半金属层为铝箔或者铜箔。
6.根据权利要求4所述的骨传导耳机，其特征在于：骨传导耳机对所
述骨传导振子的位置进行自适应调整，使其在耳前颞骨处振动，或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽玲，
申请(专利权)人：王泽玲，
类型：发明
国别省市：北京;11