[发明专利]一种环境噪音的掩蔽方法、装置及设备

说明书

本发明公开了一种环境噪音的掩蔽方法，包括：建立掩蔽音频素材库，对每个音频素材进行特征提取和分类，将其划分为背景类、旋律类或者辅助类音频；将20Hz‑16kHz的频率部分分为25个临界子频带，分别计算子频带的音调成分的信号掩蔽比以及非音调成分的信号掩蔽比；对环境噪音进行监测和分析，得到环境噪音的音调成分以及非音调成分的特征；根据噪音的非音调成分特征、音调成分特征分别推荐素材库中的背景类音频和旋律类音频，针对人耳特性推荐素材库中的辅助类音频；对推荐的三种音频进行组合，输出最终的掩蔽音频。本发明设备只需包括声音收集装置及播放装置即可运用，充分利用手机/智能音箱的现有资源，具有计算量低、掩蔽效果好、对硬件要求低的特点。

技术领域

本发明属于噪音检测与控制的研究领域，特别涉及一种环境噪音的掩蔽方法、装置及设备。

背景技术

噪音是指会引起厌恶情绪或音量超过人耳正常承受临界值的声音。生活中常见的噪音，如繁忙的城市交通、嘈杂的街道人群、室内的电器作响，甚至周围人的聊天玩耍，这些噪音白天影响着工作学习，晚上则干扰睡眠。长期接触不仅会影响身体健康，也容易引起烦躁、焦虑等负面情绪，从而影响心理健康。

当噪音持续在环境中传播时，就会形成噪音污染。噪音污染与水污染、大气污染并列为三大问题。如何有效地解决噪音污染，也是人类共同面对的问题。

目前，在此领域内治理噪音的途径有：从声源处控制；从传播媒介控制；在入耳处控制。前两种途径广泛应用于工业生产和建筑设计中，不属于可供个体使用的方式，所以不在本次对比的范畴。从入耳处控制噪音的方式是制造可供个体选择的使用装置，从物理的角度可以分为被动降噪和主动降噪。

被动降噪是通过物理材质吸音和隔音，从而减少噪音进入耳朵，常见的方案有耳塞、耳罩等，其降噪效果主要是由选取的物理材质决定，比如耳塞通常是不透气的固体材料，主要通过包围耳朵形成封闭空间，或者采用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡外界噪声，这种方法对高频率的声音非常有效，一般可使噪声降低大约15-20dB(分贝)。但缺点是：一、对低频噪声降噪效果不明显；二、对噪音缺乏针对性，无差别地隔绝外界的声音进入耳朵，因此也会隔绝掉原本需要听到的声音；三、降噪效果受限于降噪用的材质与设计，因此效果参差不齐，降噪效果好则成本十分高昂，或者较重佩戴不舒适。

主动降噪是从噪音的特征出发，通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波，通过将噪音中和的方式实现降噪的效果。它的原理是所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反(相差180度)就可以将这噪声完全抵消掉。常见的方案有主动式降噪耳机。主动降噪的方式一般效果优秀，对目标噪音消除效果好，但技术难度高、对硬件要求高且需要独立电池进行供电，因此价格昂贵，使用时长和佩戴感受在一定程度上受到电池和设备造型的限制，通常用于军队、机场、射击、汽车等重大噪声领域，但不利于个人睡眠、外出等状态下灵活使用。

除了上述两种方式，采用其他声音对噪音进行掩蔽也是生活中常见的方法，比如有些人在嘈杂的环境中工作会听一些轻音乐来忽略环境噪音，从而达到抗噪的效果。这种方式其实是利用了听觉的掩蔽效应。该效应是指一种声音对听觉系统感受另一种声音的影响，是普遍存在于人和动物对声音的感知和定位之中的。近几年主要被应用在临床耳鸣的治疗、语音增强、音频的数字版权水印以及环境噪声的控制之中。

所述掩蔽效应被应用在环境噪声控制中，主要是针对开放办公室这种大环境而设计，通常是采用连续的、响亮程度较低且没有信息内容的声音作为掩蔽噪声的声音，因为这类型的声音可以成为人容易接受的本底噪声，同时也可以抑制其他噪声，使人听到这些声音时从心理上不觉得烦躁，如刹车的刺耳声和盘子碰撞的声音可以用风扇之类较柔和的声音来掩蔽，也就是说临近马路的餐厅可以采用安装风扇和打开风扇来减少车辆的噪声干扰。然而这些只能降低总体的噪音影响，并不能满足每一个个体个性化的抗噪声需求，因为首先个体所处的环境是实时变化的，其次每个人对噪声类别和敏感程度也不相同，例如有的人可能会觉得风扇声比汽车的声音更加令人厌烦。