一種能檢測(cè)心率的耳的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)。該耳機(jī)包括：減法單元、心率檢測(cè)單元、加速度傳感器、自適應(yīng)濾波單元、設(shè)置在耳機(jī)內(nèi)的腔體和安裝在所述腔體內(nèi)的麥克風(fēng)；麥克風(fēng)在耳機(jī)被佩戴時(shí)采集腔體內(nèi)的由壓力變化產(chǎn)生的信號(hào)；加速度傳感器采集由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)；自適應(yīng)濾波單元對(duì)所述加速度傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理，得到由佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)的估計(jì)信號(hào)；減法單元從麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中減去該估計(jì)信號(hào)，得到心率相關(guān)的信號(hào)；心率檢測(cè)單元根據(jù)心率相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行心率檢測(cè)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案，減小了外界噪聲的干擾，并強(qiáng)化了麥克風(fēng)采集到的信號(hào)信息，此外，還消除了佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)對(duì)心率檢測(cè)的影響。
【專利說(shuō)明】一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及耳機(jī)及心率檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平日漸提高，人們也越來(lái)越關(guān)注自 己的健康。而心率檢測(cè)將給人們提供關(guān)于健康的非常重要的信息。任何不同于正常心率 的顯示都表明健康出現(xiàn)了問(wèn)題，通過(guò)心率檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)我們的身體是否出現(xiàn)了問(wèn)題。 心率檢測(cè)還可以在一定程度上反映人們的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度是否合適，為了能夠得到最佳的鍛煉效 果，人們?cè)阱憻挼倪^(guò)程中應(yīng)該將心率保持在一定的范圍內(nèi)，而心率檢測(cè)可以為合理的運(yùn)動(dòng) 量提供一個(gè)指標(biāo)。
[0003] 另外，很多人在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，喜歡帶著耳機(jī)聽音樂(lè)，為了能夠測(cè)得運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的 心率，又不需要隨身攜帶其他設(shè)備，人們開始研究如何利用耳機(jī)來(lái)檢測(cè)心率的相關(guān)技術(shù)。
[0004] 檢測(cè)心率的技術(shù)，除了心率帶之外，現(xiàn)在又新興一種利用耳機(jī)來(lái)檢測(cè)心率的技術(shù)， 達(dá)到便捷準(zhǔn)確的目的。
[0005] 利用耳機(jī)來(lái)檢測(cè)心率的技術(shù)是近幾年才出現(xiàn)的。2013年10月23日至25日，日本 橫濱健康器械展上，Kaiteki公司和Bifrostec公司展出了一種可以用耳機(jī)測(cè)定脈搏波動(dòng) 的技術(shù)。該技術(shù)利用耳機(jī)緊貼耳道形成封閉空間，由于耳膜的振動(dòng)，耳道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定的壓 力，并且壓力隨著振動(dòng)的改變而改變，利用麥克風(fēng)采集耳道內(nèi)壓力的變化信息，從而達(dá)到檢 測(cè)心率的目的。但是耳機(jī)不能占據(jù)整個(gè)耳道，那么會(huì)造成耳道內(nèi)氣體的泄露，從而使得麥克 風(fēng)檢測(cè)不到壓力的變化，并且心率的檢測(cè)會(huì)受到外界噪聲的干擾。
[0006] 利用耳機(jī)檢測(cè)心率，除了存在上述問(wèn)題外，還有一個(gè)重要因素，影響著對(duì)心率的準(zhǔn) 確檢測(cè)，即人的身體運(yùn)動(dòng)。由于人的身體運(yùn)動(dòng)必然會(huì)引起耳壁的振動(dòng)，這種振動(dòng)同樣會(huì)造成 耳道內(nèi)壓力的變化，這種壓力變化同時(shí)會(huì)被麥克風(fēng)采集到，從而干擾了對(duì)心率信號(hào)的分析。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)，以解決上述問(wèn)題或者至少 部分地解決上述問(wèn)題。
[0008] 本實(shí)用新型公開了一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)，該耳機(jī)包括：減法單元、心率檢測(cè)單 元、加速度傳感器、自適應(yīng)濾波單元、設(shè)置在耳機(jī)內(nèi)的腔體和安裝在所述腔體內(nèi)的麥克風(fēng)；
[0009] 其中，所述腔體的口與耳機(jī)殼貼合的位置是，耳機(jī)被佩戴時(shí)與人耳的耳廓貼合的 耳機(jī)殼的位置；所述腔體的口所貼合的耳機(jī)殼處有開孔，當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)所述腔體和與所 述開孔貼合的耳廓構(gòu)成密閉空間；
[0010] 所述麥克風(fēng)，用于當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)，采集所述腔體內(nèi)的由壓力變化產(chǎn)生的信號(hào)并 輸出給減法單元；
[0011] 所述加速度傳感器，用于當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)，采集由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的 信號(hào)并輸出給所述自適應(yīng)濾波單元；
[0012] 所述自適應(yīng)濾波單元，用于根據(jù)心率相關(guān)信號(hào)對(duì)所述加速度傳感器采集到的信號(hào) 進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理，得到麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中的由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào) 的估計(jì)信號(hào)后輸出給所述減法單元；
[0013] 所述減法單元，用于從麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中減去所述估計(jì)信號(hào)，得到心率相關(guān) 的信號(hào)輸出給所述心率檢測(cè)單元以及所述自適應(yīng)濾波單元；
[0014] 所述心率檢測(cè)單元，用于根據(jù)所述心率相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行心率檢測(cè)。
[0015] 可選地，該耳機(jī)進(jìn)一步包括：低通濾波器，用于對(duì)所述麥克風(fēng)采集到的信號(hào)進(jìn)行低 通濾波處理，得到低通濾波信號(hào)并輸出給所述減法單元；
[0016] 所述減法單元，用于從所述低通濾波信號(hào)中減去所述估計(jì)信號(hào)，得到心率相關(guān)的 信號(hào)輸出給所述心率檢測(cè)單元。
[0017] 可選地，所述自適應(yīng)濾波單元包括：參數(shù)可調(diào)濾波器和參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元；
[0018] 所述加速度傳感器，用于將采集到的信號(hào)輸出給所述參數(shù)可調(diào)濾波器和所述參數(shù) 自適應(yīng)調(diào)整單元；
[0019] 所述減法單元，用于將所述心率相關(guān)信號(hào)輸出給所述參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元；
[0020] 所述參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元，用于根據(jù)加速度傳感器采集到的信號(hào)、心率相關(guān)信號(hào) 以及預(yù)設(shè)的自適應(yīng)算法去調(diào)整所述參數(shù)可調(diào)濾波器的濾波參數(shù)；
[0021] 所述參數(shù)可調(diào)濾波器，用于利用濾波參數(shù)對(duì)加速度傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng) 濾波，輸出麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中的由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)的估計(jì)信號(hào)給所 述減法單元。
[0022] 可選地，所述心率檢測(cè)單元，用于對(duì)所述心率相關(guān)的信號(hào)的周期進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè) 出的信號(hào)的周期的倒數(shù)得到心率。
[0023] 可選地，所述加速度傳感器設(shè)置在耳機(jī)中的不接觸佩戴者皮膚的位置。
[0024] 由上述可見，本實(shí)用新型這種耳機(jī)，采用了由耳機(jī)內(nèi)的腔體和耳機(jī)殼構(gòu)成的密閉 腔體來(lái)安置麥克風(fēng)，減小了外界噪聲的干擾，并強(qiáng)化了麥克風(fēng)采集到的信號(hào)信息。此外，該 耳機(jī)中加入了加速度傳感器來(lái)采集由佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)，對(duì)加速度傳感器采集 的信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波，從麥克風(fēng)采集的信號(hào)中減去自適應(yīng)濾波后的加速度傳感器信號(hào)， 再進(jìn)行心率檢測(cè)，從而消除了 了佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)對(duì)心率檢測(cè)的影響。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2A是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的設(shè)置有腔體110的耳機(jī)100的側(cè)面示意圖；
[0027] 圖2B是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的設(shè)置有腔體110的耳機(jī)100背面示意圖；
[0028] 圖2C是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的設(shè)置有腔體110的耳機(jī)100的側(cè)面剖視圖；
[0029] 圖3是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的加速度傳感器的安放位置的示意圖；
[0030] 圖4為本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例中的一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖5是自適應(yīng)濾波器的一般結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新 型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0033] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中的一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示， 該能檢測(cè)心率的耳機(jī)1〇〇包括：減法單元150、心率檢測(cè)單元160、加速度傳感器130、自適 應(yīng)濾波單元140、設(shè)置在耳機(jī)內(nèi)的腔體110和安裝在腔體110內(nèi)的麥克風(fēng)120 ;
[0034]其中，腔體110的口與耳機(jī)殼貼合的位置是，耳機(jī)被佩戴時(shí)與人耳的耳廓貼合的 耳機(jī)殼的位置；腔體110的口所貼合的耳機(jī)殼處有開孔，當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)腔體和與開孔貼 合的耳廓構(gòu)成密閉空間。
[0035] 麥克風(fēng)120,用于當(dāng)耳機(jī)100被佩戴時(shí)，采集腔體110內(nèi)的由壓力變化產(chǎn)生的信號(hào) 并輸出給減法單元150。
[0036] 加速度傳感器130,用于當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)，采集由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信 號(hào)并輸出給自適應(yīng)濾波單元140。
[0037]自適應(yīng)濾波單元140,用于根據(jù)心率相關(guān)信號(hào)對(duì)加速度傳感器130采集到的信號(hào) 進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理，得到麥克風(fēng)120采集到的信號(hào)中的由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的 信號(hào)的估計(jì)信號(hào)后輸出給減法單元150。
[0038] 減法單元150,用于從麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中減去自適應(yīng)濾波單元140輸出的估 計(jì)信號(hào)，得到心率相關(guān)的信號(hào)輸出給心率檢測(cè)單元160以及自適應(yīng)濾波單元140。
[0039] 心率檢測(cè)單元160,用于根據(jù)心率相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行心率檢測(cè)。
[0040]圖1中對(duì)加速度傳感器130檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波處理，使得能從加速度 傳感器130采集到的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)準(zhǔn)確地估計(jì)出麥克風(fēng)120采集到的人體運(yùn)動(dòng)信號(hào)，其目 的是消除由于人的身體運(yùn)動(dòng)對(duì)心率檢測(cè)的影響。麥克風(fēng)120和加速度傳感器130都會(huì)檢測(cè) 到由于人的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，雖然兩種信號(hào)周期一致，但幅度會(huì)有差異，因此需 要采用濾波器消除這種差異，使得能夠?qū)⑷梭w運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度信號(hào)從麥克風(fēng)采集到的信 號(hào)中消除，以獲得有效的心率信息。
[0041]圖1所示的能檢測(cè)心率的耳機(jī)100中，在耳機(jī)100內(nèi)設(shè)置腔體110來(lái)安置麥克風(fēng) 120,從而減小了外界噪聲的干擾，并強(qiáng)化了麥克風(fēng)120采集到的信號(hào)信息。此外，該能檢測(cè) 心率的耳機(jī)100中加入了加速度傳感器130來(lái)采集由佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)，對(duì)加 速度傳感器130采集的信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾波，得到麥克風(fēng)120采集到的信號(hào)中的由于佩戴 者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)的估計(jì)信號(hào)，再?gòu)柠溈孙L(fēng)采集的信號(hào)中減去該估計(jì)信號(hào)，再進(jìn) 行心率檢測(cè)，從而消除了佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)對(duì)心率檢測(cè)的影響。
[0042] 在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，圖1所示的耳機(jī)進(jìn)一步包括低通濾波器，用于對(duì) 麥克風(fēng)采集到的信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理，得到低通濾波信號(hào)后再輸出給減法單元150。即減 法單元150,用于從低通濾波信號(hào)中減去自適應(yīng)濾波單元140輸出的估計(jì)信號(hào)，得到心率相 關(guān)的信號(hào)輸出給心率檢測(cè)單元160。這是因?yàn)槊}搏振動(dòng)的頻率較低（0.3Hz-3Hz左右），而 外界噪聲頻率較高，根據(jù)這一特點(diǎn)，通過(guò)低通濾波器可以消除外界高頻噪聲的影響。例如， 低通濾波器可以選擇截止頻率為5Hz的FIR濾波器等。
[0043] 在現(xiàn)有的耳機(jī)檢測(cè)心率的技術(shù)中，通常麥克風(fēng)直接放置在耳機(jī)中正對(duì)耳道的位 置，用于采集耳膜振動(dòng)產(chǎn)生的耳腔內(nèi)壓力變化信息，但一方面由于耳機(jī)和耳道形成的空間 較大，會(huì)造成耳道內(nèi)氣體的泄露，使得麥克風(fēng)采集的壓力變化信息很微弱，另一方面耳機(jī)往 往不能占據(jù)整個(gè)耳道，直接將麥克風(fēng)放在耳機(jī)中，會(huì)受到外界噪聲的干擾。因此本實(shí)用新型 的圖1所示耳機(jī)中設(shè)計(jì)了另外一種麥克風(fēng)的安裝方式，具體可以參見圖2A-2C。
[0044] 圖2A是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的設(shè)置有腔體110的耳機(jī)100的側(cè)面示意圖。 如2B是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的設(shè)置有腔體110的耳機(jī)100背面示意圖。圖2C是本實(shí) 用新型一個(gè)實(shí)施例中的設(shè)置有腔體110的耳機(jī)100的側(cè)面剖視圖。為了更好地采集和心跳 相關(guān)的有用信號(hào)，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種小腔體用于放置麥克風(fēng)。參見圖2A和圖2B，圖中 虛線所示的范圍是內(nèi)部腔體110的位置的示意。參見圖2C腔體110的開口和耳機(jī)殼貼合。 可以看出，在該實(shí)施例中，腔體110位于耳機(jī)邊緣貼近耳廓的部位，耳機(jī)在其和腔體貼合的 部位有個(gè)開孔111，在耳機(jī)被佩戴時(shí)，這個(gè)開孔111和耳廓緊密貼合，這樣，腔體110和貼緊 的耳廓部分構(gòu)成一個(gè)密閉的空間。將麥克風(fēng)安裝在該腔體110中，耳廓壁的收縮振動(dòng)會(huì)引 起腔體110內(nèi)壓力的變化，那么麥克風(fēng)就會(huì)采集到腔體110內(nèi)壓力的變化信息，該信息在一 定程度上反映了心臟的跳動(dòng)頻率，因此可以據(jù)此進(jìn)行心率檢測(cè)。
[0045] 圖3是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的加速度傳感器的安放位置的示意圖。由于人體 的運(yùn)動(dòng)會(huì)使人體的皮膚隨之發(fā)生振動(dòng)，本實(shí)施例中加速度傳感器設(shè)置在耳機(jī)中的不接觸佩 戴者皮膚的位置，從而避免皮膚振動(dòng)對(duì)加速度傳感器采集的信號(hào)造成影響，提高加速度傳 感器采集信號(hào)的準(zhǔn)確度。參見圖3，加速度傳感器130可以放置在圖3所示虛線框示意出的 耳機(jī)的任何一個(gè)部位。
[0046] 在物理學(xué)中，對(duì)于密閉的空間（不考慮溫度），壓強(qiáng)和體積成反比，也就是說(shuō)體積 越小壓強(qiáng)越大，那么作用在一定面積上的壓力也越大。當(dāng)用戶帶上耳機(jī)后，耳道內(nèi)形成一個(gè) 密閉的空間，由于血管的脈壓波動(dòng)導(dǎo)致耳壁收縮，那么在腔體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定的壓力變化，該 壓力變化信號(hào)就會(huì)被麥克風(fēng)檢測(cè)到。一般來(lái)說(shuō)血管的脈壓波動(dòng)非常微弱，密閉的空間越大， 那么麥克風(fēng)檢測(cè)到的壓力變化越小，為了增加麥克風(fēng)檢測(cè)到的壓力變化強(qiáng)度，將麥克風(fēng)裝 置在一個(gè)密閉的小腔體內(nèi)，將該部分緊貼耳道，由于血管的脈壓波動(dòng)導(dǎo)致耳壁產(chǎn)生收縮振 動(dòng)，此振動(dòng)造成小腔體內(nèi)的麥克風(fēng)檢測(cè)到壓力的變化。并且小腔體的設(shè)計(jì)在一定程度上會(huì) 減小外界干擾信號(hào)的影響。
[0047] 即使耳機(jī)能夠占據(jù)整個(gè)耳道，形成完全封閉的腔體，人的身體運(yùn)動(dòng)對(duì)心率檢測(cè)的 影響也是不可避免的。因?yàn)?，人的身體運(yùn)動(dòng)必然會(huì)導(dǎo)致耳壁的振動(dòng)，而這種振動(dòng)產(chǎn)生的腔體 內(nèi)的壓力變化同樣會(huì)被麥克風(fēng)檢測(cè)到。那么，麥克風(fēng)采集到的數(shù)據(jù)不僅包括了由于血管的 脈壓波動(dòng)產(chǎn)生的壓力變化信息，同時(shí)包括了人的身體運(yùn)動(dòng)在耳道內(nèi)產(chǎn)生的壓力變化信息。 為了消除人的身體運(yùn)動(dòng)對(duì)心率檢測(cè)的影響，本實(shí)用新型在耳機(jī)中加入加速度傳感器，加速 度傳感器裝置在耳機(jī)中不接觸皮膚的部位，比如圖3中所示的虛線框所示的耳機(jī)位置。利 用加速度傳感器采集人的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度信息。人的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的耳道內(nèi)壓 力的變化信息和加速度具有相同的振動(dòng)頻率，以此為基礎(chǔ)可以采用一定的濾波器消除人的 身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的干擾。
[0048]根據(jù)前面的分析，如果能從麥克風(fēng)檢測(cè)到的信號(hào)中濾除由于人的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生 的信號(hào)，那么就可以得到由于血液流動(dòng)造成耳道自身收縮產(chǎn)生的信號(hào)，此信號(hào)和心臟跳動(dòng) 頻率有關(guān)，基于此信號(hào)得到心率信息。
[0049]麥克風(fēng)采集到包括人的身體運(yùn)動(dòng)所引起的耳道壓力變化信息，加速度傳感器采集 到的是人的身體運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的加速度信息。雖然兩種信號(hào)具有一樣的振動(dòng)頻率，即周期性相 同，但是幅度會(huì)不同，不能直接將該信號(hào)從麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中去掉，因此本實(shí)施例通過(guò) 自適應(yīng)濾波的方法來(lái)濾除由于人的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的干擾。
[0050] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例中：首先，采用體積較小的密閉腔體來(lái)安置麥克風(fēng)，減小 了外界噪聲干擾，并強(qiáng)化了麥克風(fēng)檢測(cè)到的信號(hào)信息。其次，在耳機(jī)中加入了加速度傳感 器，用于采集由于人的身體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)，并通過(guò)設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器來(lái)消除人的身體運(yùn) 動(dòng)對(duì)心率檢測(cè)的影響。再者，根據(jù)脈搏振動(dòng)頻率的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了低通濾波器，進(jìn)一步減小了 外界噪聲的影響。下面以圖4為例進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0051] 圖4為本實(shí)用新型又一個(gè)實(shí)施例中的一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 4所示，該能檢測(cè)心率的耳機(jī)400包括：減法單元450、心率檢測(cè)單元460、低通濾波器470、 加速度傳感器430、自適應(yīng)濾波單元440、設(shè)置在耳機(jī)內(nèi)的腔體410和安裝在腔體410內(nèi)的 麥克風(fēng)420。其中，自適應(yīng)濾波單元440包括：參數(shù)可調(diào)濾波器441和參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元 442。
[0052] 其中，腔體410的口與耳機(jī)殼貼合的位置是，耳機(jī)被佩戴時(shí)與人耳的耳廓貼合的 耳機(jī)殼的位置；腔體410的口所貼合的耳機(jī)殼處有開孔，當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)腔體和與開孔貼 合的耳廓構(gòu)成密閉空間。
[0053] 麥克風(fēng)420,用于當(dāng)耳機(jī)400被佩戴時(shí)，采集腔體410內(nèi)的由壓力變化產(chǎn)生的信號(hào) 并輸出給低通濾波器470。
[0054] 低通濾波器470,用于對(duì)麥克風(fēng)420采集到的信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理，得到低通濾 波信號(hào)后再輸出給減法單元450。
[0055] 加速度傳感器430,用于當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)，采集由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信 號(hào)并輸出給自適應(yīng)濾波單元440中的參數(shù)可調(diào)濾波器441和參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元442。
[0056] 參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元442,用于根據(jù)加速度傳感器430采集到的信號(hào)、心率相關(guān)信 號(hào)以及預(yù)設(shè)的自適應(yīng)算法去調(diào)整參數(shù)可調(diào)濾波器441的濾波參數(shù)。
[0057] 參數(shù)可調(diào)濾波器441，用于利用濾波參數(shù)對(duì)加速度傳感器430采集的信號(hào)進(jìn)行自 適應(yīng)濾波，輸出麥克風(fēng)采420集到的信號(hào)中的由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)的估計(jì) 信號(hào)給減法單元450。
[0058] 減法單元450,用于從低通濾波器輸出的信號(hào)中減去參數(shù)可調(diào)濾波器441輸出的 估計(jì)信號(hào)，得到心率相關(guān)的信號(hào)輸出給心率檢測(cè)單元460 ;減法單元450,還用于將心率相 關(guān)信號(hào)輸出給參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元442。
[0059] 這里參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元442根據(jù)輸入的加速度傳感器430采集的信號(hào)以及減法 單元450反饋的心率相關(guān)信號(hào)，采用自適應(yīng)算法計(jì)算出參數(shù)可調(diào)濾波器441的濾波參數(shù)。
[0060] 心率檢測(cè)單元460,用于根據(jù)心率相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行心率檢測(cè)。
[0061] 在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，心率檢測(cè)單元460,用于對(duì)心率相關(guān)的信號(hào)的周期 進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè)出的信號(hào)的周期的倒數(shù)得到心率。例如，心率檢測(cè)單元460,可以利用現(xiàn)有 的自相關(guān)方法、閾值方法等檢測(cè)出心率相關(guān)的信號(hào)的周期。
[0062] 圖5是自適應(yīng)濾波器的一般結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，自適應(yīng)濾波器主要由參數(shù) 可調(diào)濾波器和調(diào)整濾波器系數(shù)的參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元兩部分構(gòu)成。自適應(yīng)濾波器在設(shè)計(jì) 時(shí)不需要事先知道有關(guān)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性的知識(shí)，它能夠在自己的工作過(guò)程中逐漸"了解"或 估計(jì)出所需的統(tǒng)計(jì)特性，并以此為依據(jù)自動(dòng)調(diào)整自己的參數(shù)，以達(dá)到最佳濾波效果。圖5 中，Ex (n)是期望信號(hào)，In (n)是輸入信號(hào)，Out (n)是輸出信號(hào)，e(n)為估計(jì)誤差，e(n)= Ex (n) - Out (n)。自適應(yīng)濾波器的濾波系數(shù)受誤差信號(hào)控制，e(n)通過(guò)預(yù)定自適應(yīng)算法對(duì) 自適應(yīng)系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終使得e(n)的均方誤差最小，此時(shí)輸出信號(hào)最逼近期望信號(hào)。 [0063]在圖4所示的耳機(jī)中，采用了自適應(yīng)濾波器對(duì)加速度傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行濾 波處理，以準(zhǔn)確估計(jì)出麥克風(fēng)采集到的由于人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)。如圖4所示，yl(n)是加 速度傳感器430采集到的信號(hào)，即對(duì)應(yīng)自適應(yīng)濾波單元440中的輸入信號(hào)，y2(n)為自適應(yīng) 濾波單元440的輸出信號(hào)，xL(n)表示對(duì)應(yīng)的期望信號(hào)，&n)對(duì)應(yīng)誤差信號(hào)（主要包括心率 信號(hào)）。yL(n)和yl(n)具有一定的相關(guān)性，可以通過(guò)設(shè)計(jì)合適的傳遞函數(shù)，來(lái)使得yl(n) 經(jīng)過(guò)濾波器后的輸出信號(hào)y2(n)逼近yL(n)。比如可以根據(jù)最小均方誤差準(zhǔn)則，當(dāng)誤差信號(hào) 均方的期望值最小時(shí)，輸出信號(hào)y2(n)可以用來(lái)有效估計(jì)yL(n)，那么之后就可以將人體運(yùn) 動(dòng)對(duì)心率檢測(cè)的干擾從麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中去除，再次去除干擾信號(hào)的影響。麥克風(fēng)經(jīng) 過(guò)低通濾波后的信號(hào)減去加速度傳感器經(jīng)過(guò)自適應(yīng)濾波后的信號(hào)，得到和心率相關(guān)的信號(hào) 信息,以此為基礎(chǔ)進(jìn)行心率的檢測(cè)。心臟的跳動(dòng)具有一定的周期性，那么tUn>是具有一 定周期性的信號(hào)，根據(jù)自相關(guān)方法可以獲得該信號(hào)對(duì)應(yīng)的周期，周期的倒數(shù)即為心率。
[0064]具體過(guò)程如下：
[0065] 假定麥克風(fēng)檢測(cè)到的信號(hào)為，加速度傳感器檢測(cè)到的信號(hào)為 yl (n)〇

【權(quán)利要求】
1. 一種能檢測(cè)心率的耳機(jī)，其特征在于，該耳機(jī)包括：減法單元、心率檢測(cè)單元、加速 度傳感器、自適應(yīng)濾波單元、設(shè)置在耳機(jī)內(nèi)的腔體和安裝在所述腔體內(nèi)的麥克風(fēng)； 其中，所述腔體的口與耳機(jī)殼貼合的位置是，耳機(jī)被佩戴時(shí)與人耳的耳廓貼合的耳機(jī) 殼的位置；所述腔體的口所貼合的耳機(jī)殼處有開孔，當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)所述腔體和與所述開 孔貼合的耳廓構(gòu)成密閉空間； 所述麥克風(fēng)，用于當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)，采集所述腔體內(nèi)的由壓力變化產(chǎn)生的信號(hào)并輸出 給減法單元； 所述加速度傳感器，用于當(dāng)耳機(jī)被佩戴時(shí)，采集由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào) 并輸出給所述自適應(yīng)濾波單元； 所述自適應(yīng)濾波單元，用于根據(jù)心率相關(guān)信號(hào)對(duì)所述加速度傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行 自適應(yīng)濾波處理，得到麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中的由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)的估 計(jì)信號(hào)后輸出給所述減法單元； 所述減法單元，用于從麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中減去所述估計(jì)信號(hào)，得到心率相關(guān)的信 號(hào)輸出給所述心率檢測(cè)單元以及所述自適應(yīng)濾波單元； 所述心率檢測(cè)單元，用于根據(jù)所述心率相關(guān)的信號(hào)進(jìn)行心率檢測(cè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的耳機(jī)，其特征在于，該耳機(jī)進(jìn)一步包括：低通濾波器，用于對(duì)所 述麥克風(fēng)采集到的信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理，得到低通濾波信號(hào)并輸出給所述減法單元； 所述減法單元，用于從所述低通濾波信號(hào)中減去所述估計(jì)信號(hào)，得到心率相關(guān)的信號(hào) 輸出給所述心率檢測(cè)單元。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的耳機(jī)，其特征在于，所述自適應(yīng)濾波單元包括：參數(shù)可調(diào)濾 波器和參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元； 所述加速度傳感器，用于將采集到的信號(hào)輸出給所述參數(shù)可調(diào)濾波器和所述參數(shù)自適 應(yīng)調(diào)整單元； 所述減法單元，用于將所述心率相關(guān)信號(hào)輸出給所述參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元； 所述參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整單元，用于根據(jù)加速度傳感器采集到的信號(hào)、心率相關(guān)信號(hào)以及 預(yù)設(shè)的自適應(yīng)算法去調(diào)整所述參數(shù)可調(diào)濾波器的濾波參數(shù)； 所述參數(shù)可調(diào)濾波器，用于利用濾波參數(shù)對(duì)加速度傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)濾 波，輸出麥克風(fēng)采集到的信號(hào)中的由于佩戴者的身體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)的估計(jì)信號(hào)給所述 減法單元。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的耳機(jī)，其特征在于， 所述心率檢測(cè)單元，用于對(duì)所述心率相關(guān)的信號(hào)的周期進(jìn)行檢測(cè)，由檢測(cè)出的信號(hào)的 周期的倒數(shù)得到心率。
5. 如權(quán)利要求1所述的耳機(jī)，其特征在于， 所述加速度傳感器設(shè)置在耳機(jī)中的不接觸佩戴者皮膚的位置。
【文檔編號(hào)】H04R1/10GK204145698SQ201420482382
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】劉崧, 李波, 李娜 申請(qǐng)人:歌爾聲學(xué)股份有限公司