CN104822109A - 一种自适应均衡降噪电路和耳机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应均衡降噪电路和耳机，自适应均衡降噪电路中的SP模块的第一输入端与外接设备通信接口连接，第二输入端与信号检测反馈模块连接，输出端与可变调制模块的控制端连接，SP模块用于降噪及均衡处理，并依据原始声音信号和反馈信号，控制调节可变调制模块。可变调制模块的第一端与外接设备通信接口连接，用于接收外接设备输入的声音信号功率，第二端与音频输出模块的输入端连接，用于将声音信号功率传递至音频输出模块，为音频输出模块提供其所需功率；可变调制模块用于以功率衰减形式对外接设备发送的声音信号功率进行均衡及降噪调制。本发明实现了一种准无源自适应均衡降噪电路，且保证了音频输出模块输出的音频信号的音质。

Description

一种自适应均衡降噪电路和耳机

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，更具体地说，涉及一种自适应均衡降噪电路和耳机。

背景技术

降噪耳机的噪音消除方式包括被动式噪音控制和主动式噪音控制两种。其中，被动式噪音控制又称物理降噪控制，其通过耳机外部的硬质材料与内部的填充材料与人耳构成密闭空间，通过隔离与吸收环境噪音的原理，对环境噪音起到阻挡作用。主动式噪音控制以波形的重叠原理为基础，通过在耳机中加入降噪电路，通过降噪电路对麦克风采集到的环境噪音进行适应性运算，由喇叭输出与环境噪音相位相反、频率相同的一组抑制声波，如图1所示，通过信号的叠加达到噪音消除的目的。

然而，由于声音的特性，被动式噪音控制方式利用物理隔离与吸收原理实现对外界环境噪声隔离的方法，其只能阻挡高频噪声，对低频噪声降噪效果不明显。而现有主动式噪音控制方式虽然可以同时阻挡高频噪声和低频噪声，但由于喇叭所需的声音信号功率完全由降噪电路提供，导致功耗大，待机时间短，需要经常充电。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种自适应均衡降噪电路和耳机，以解决现有技术中被动式噪音控制方式对低频噪声降噪效果不明显，主动式噪音控制方式功耗大，待机时间短，需要经常充电的问题。技术方案如下：

基于本发明的一方面，本发明提供一种自适应均衡降噪电路，包括：信号处理SP模块、音频输出模块、可变调制模块和信号检测反馈模块；其中，

所述可变调制模块包括第一端、第二端和控制端；

所述SP模块包括第一输入端、第二输入端和输出端；

所述SP模块的第一输入端与外接设备通信接口连接，用于接收所述外接设备发送的原始声音信号；所述第二输入端与所述信号检测反馈模块连接，用于接收所述信号检测反馈模块发送的反馈信号；所述输出端与所述可变调制模块的控制端连接，所述SP模块用于降噪及均衡处理，并依据所述第一输入端接收到的原始声音信号和所述第二输入端接收到的反馈信号，控制调节所述可变调制模块；

所述可变调制模块的第一端与所述外接设备通信接口连接，用于接收所述外接设备输入的声音信号功率，所述第二端与所述音频输出模块的输入端连接，用于将所述声音信号功率传递至所述音频输出模块，为所述音频输出模块提供其所需功率；所述可变调制模块具体用于以功率衰减形式对所述外接设备发送的声音信号功率进行均衡及降噪调制。

优选地，所述SP模块包括模数转换器ADC、数模转换器DAC和数字信号处理器DSP，其中

所述ADC用于接收并处理所述外接设备发送的原始声音信号和所述信号检测反馈模块发送的反馈信号，以将所述原始声音信号和反馈信号转换为数字信号发送至所述DSP；

所述DSP用于调用降噪及均衡算法，对接收到的数字信号进行降噪及均衡处理；

所述DAC用于将降噪及均衡处理后的数字信号转换为模拟信号，并通过所述输出端输出以控制调节所述可变调制模块。

优选地，所述信号检测反馈模块为麦克风MIC，

所述信号检测反馈模块具体用于，检测所述音频输出模块输出的音频信号，将所述音频信号发送至所述SP模块。

优选地，所述信号检测反馈模块还用于，检测外部环境噪声信号，将所述外部环境噪声信号发送至所述ADC；

此时所述DSP还用于调用降噪及均衡算法，依据所述外部环境噪声信号生成与所述外部环境噪声信号相位相反、频率相同的一组抑制数字信号；

所述DAC包括：第一DAC和第二DAC；

所述第一DAC用于将降噪及均衡处理后的数字信号转换为模拟信号，并通过所述第一DAC的输出端输出至所述可变调制模块，以控制调节所述可变调制模块；

所述第二DAC用于将所述一组抑制数字信号转换为一组抑制模拟信号，并通过所述第二DAC的输出端输出至所述音频输出模块。

优选地，所述信号检测反馈模块为电流信号检测模块，

所述信号检测反馈模块具体用于，检测所述音频输出模块上的输出电流值，将所述电流值发送至所述SP模块。

优选地，所述可变调制模块为可变衰减器、可变电阻或可变阻抗，所述音频输出模块为喇叭。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种耳机，在所述耳机的耳机插口内设置有麦克风MIC接口，所述MIC接口用于为所述耳机供电。

基于本发明的再一方面，本发明提供一种耳机，包括如上权利要求任一项所述的自适应均衡降噪电路。

优选地，还包括：设置在所述耳机的耳机插口内的麦克风MIC接口，

所述MIC接口具体用于为所述自适应均衡降噪电路供电。

优选地，还包括：外接供电装置，所述外接供电装置用于为所述耳机供电，或用于为所述自适应均衡降噪电路供电。

应用本发明的上述技术方案，本发明提供的自适应均衡降噪电路包括SP(Signal Processor，信号处理)模块、音频输出模块、可变调制模块和信号检测反馈模块；其中，所述可变调制模块包括第一端、第二端和控制端；所述SP模块包括第一输入端、第二输入端和输出端。具体的SP模块的第一输入端与外接设备通信接口连接，用于接收所述外接设备发送的原始声音信号；第二输入端与信号检测反馈模块连接，用于接收信号检测反馈模块发送的反馈信号；输出端与可变调制模块的控制端连接，所述SP模块用于降噪及均衡处理，并依据第一输入端接收到的原始声音信号和第二输入端接收到的反馈信号，控制调节可变调制模块。同时，可变调制模块的第一端与外接设备通信接口连接，用于接收所述外接设备输入的声音信号功率，第二端与音频输出模块的输入端连接，用于将所述声音信号功率传递至音频输出模块，为音频输出模块提供其所需功率；所述可变调制模块具体用于以功率衰减形式对所述外接设备发送的声音信号功率进行均衡及降噪调制。

本发明提供的自适应均衡降噪电路在现有主动式噪声控制方式的基础上，解决了声音信号功率完全由降噪电路提供导致的功耗大，待机时间短，需要经常充电的问题，并且保证了音频输出模块输出的音频信号的音质。

此外本发明还提供了一种耳机，在该耳机的耳机插口内设置有MIC(Microphone，麦克风)接口，通过MIC接口为耳机中的电路供电，无需耳机另外使用电池驱动，克服了现有技术中耳机中的电池续航时间短、需要经常充电、耳机由于附加电池导致的成本高、尺寸大的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中主动式噪音控制方式的噪音消除原理示意图；

图2为本发明提供的一种自适应均衡降噪电路的一种结构示意图；

图3为本发明提供的一种自适应均衡降噪电路的另一种结构示意图；

图4为本发明提供的一种自适应均衡降噪电路的再一种结构示意图；

图5为现有技术中普通的被动式噪音控制方式的结构示意图；

图6为现有技术中主动式噪音控制方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，其示出了本发明提供的一种自适应均衡降噪电路的结构示意图，包括：SP(Signal Processor，信号处理)模块100、音频输出模块200、可变调制模块300和信号检测反馈模块400。其中，

SP模块100包括第一输入端101、第二输入端102和输出端103。

可变调制模块300包括第一端301、第二端302和控制端303。

SP模块100中的第一输入端101与外接设备通信接口连接，用于接收外接设备发送的原始声音信号。一般的在实际应用过程中，外接设备通常为信号源功放。SP模块100中的第二输入端102与信号检测反馈模块400连接，用于接收信号检测反馈模块400发送的反馈信号；输出端103与可变调制模块300的控制端303连接。所述SP模块100具体用于对接收到的原始声音信号和反馈信号进行降噪及均衡处理，并依据降噪及均衡处理后的原始声音信号和反馈信号，控制调节可变调制模块300。

可变调制模块300的第一端301与外接设备通信接口连接，用于接收外接设备输入的声音信号功率，第二端302与音频输出模块200连接，用于将所述声音信号功率传递至音频输出模块200，为所述音频输出模块200提供其所需功率。所述可变调制模块300具体用于以功率衰减形式对所述外接设备发送的声音信号功率进行均衡及降噪调制。本发明中，可变调制模块300可以为可变衰减器、可变电阻或可变阻抗。

需要说明的是，本发明中音频输出模块200工作所需的功率可以直接由外接设备输入的声音信号功率提供，本发明无需为音频输出模块200单独设置供电装置，实现了一种准无源自适应均衡降噪电路。

音频输出模块200用于输出音频信号。本发明中，音频输出模块200可以为喇叭。

因此本发明提供的自适应均衡降噪电路中包括一条由SP模块100、可变调制模块300、音频输出模块200和信号检测反馈模块400构成的负反馈回路，通过该负反馈回路对可变调制模块300的调节，降低了降噪电路和耳机自身频响差的影响，以尽力保证音频输出模块200输出的音频信号的频响曲线无限接近于理想频响曲线，并且音频输出模块200工作所需的功率直接由外接设备输入的声音信号功率提供，无需为音频输出模块200单独设置供电装置，实现了一种准无源自适应均衡降噪电路。

在本发明中，SP模块100具体包括，如图3所示，ADC(Analog to Digital，模数转换器)110、DAC(Digital to Analog，数模转换器)120和DSP(DigitalSignal Processing，数字信号处理器)130。其中，

ADC 110用于接收并处理外接设备发送的原始声音信号和信号检测反馈模块400发送的反馈信号，以将原始声音信号和反馈信号转换为数字信号发送至DSP 120。在本发明中，ADC 110以每秒上万次的速率对原始声音信号和反馈信号进行采样，将连续的模拟信号转换成更容易存储、处理和发射的二进制二补数数字形式的数字信号。

当然，本发明中的SP模块100中还可以包括多个ADC 110，例如包括两个ADC 110，其中一个ADC 110用于接收并处理外接设备发送的原始声音信号，将原始声音信号转换为数字信号发送至DSP 120，另一个ADC 110用于接收并处理信号检测反馈模块400发送的反馈信号，将反馈信号转换为数字信号发送至DSP 120。本发明中当SP模块100中包括多个ADC 110时，该多个ADC 110可以分别为独立的多个模块，也可以集成为一个模块。

DSP 120用于调用降噪及均衡算法，对接收到的数字信号进行降噪及均衡处理。

DAC 130用于将降噪及均衡处理后的数字信号转换为模拟信号，并通过输出端103输出以控制调节可变调制模块300。

在本发明提供的自适应均衡降噪电路中，至少包括两种负反馈回路设计方法，一种为：信号检测反馈模块400为MIC(Microphone，麦克风)，通过MIC检测音频输出模块200输出的音频信号，将音频信号发送至SP模块100；另一种为：信号检测反馈模块400为电流信号检测模块，通过电流信号检测模块检测音频输出模块200上的输出电流值，将电流值发送至SP模块100。

具体地对于第一种：

音频输出模块200在输出音频信号时，MIC可以检测到该音频信号，进而将检测到的音频信号发送至SP模块100。

此时，SP模块100同时接收到来自于外接设备发送的原始声音信号和MIC反馈的音频信号，通过对原始声音信号和音频信号的降噪及均衡处理后，控制调节可变调制模块300。

此外，较优的，本发明中的MIC还可以用于检测外部环境噪声信号，将所述外部环境噪声信号同时发送至SP模块100中的ADC 110。

此时DSP120还用于调用降噪及均衡算法，依据所述外部环境噪声信号生成与所述外部环境噪声信号相位相反、频率相同的一组抑制数字信号。其具体实现方法可参阅现有技术中的主动式噪音控制原理，此处发明人不再赘述。

那么与此同时，本发明中的DAC130至少包括第一DAC131和第二DAC132，如图4所示。

第一DAC131的输入端和第二DAC132的输入端均与DSP120连接，其第一DAC131的输出端连接可变调制模块300的控制端，用于将降噪及均衡处理后的数字信号转换为模拟信号，并通过该第一DAC131的输出端输出至可变调制模块300，以控制所述可变调制模块300以功率衰减形式对声音信号功率进行均衡及降噪调制。

第二DAC132的输出端连接音频输出模块200的输入端，也即可变调制模块300的第二端302，用于将DSP120生成的一组抑制数字信号转换为一组抑制模拟信号，并通过该第二DAC132的输出端输出至音频输出模块200，以中和掉外部环境噪声信号，进一步提高降噪程度，保证使用者听到的声音更接近原始声音，音质更优。

对于第二DAC132、可变调制模块300和音频输出模块200三者间的连接点处的连接设置方式，本发明可以在音频输出模块200的输入端处，或可变调制模块300的第二端302处设置一加法器，该加法器用于接收可变调制模块300输出的音频信号以及DSP120输出的抑制模拟信号，通过抑制模拟信号与外部环境噪声信号的叠加，实现噪音消除，以最终实现音频输出模块200输出的音频信号的频响曲线无限接近于理想频响曲线，提高音频信号的音质。

同时本发明中的SP模块100通过对原始声音信号、音频信号以及外部环境噪声信号三者的比较分析，能够更精确地控制调节可变调制模块300，进一步保证了音频输出模块200输出的音频信号的频响曲线无限接近于理想频响曲线，保证了音频信号的音质。

具体地对于第二种：

音频输出模块200在输出音频信号时，电流信号检测模块检测音频输出模块200上的输出电流值，将电流值发送至SP模块100。电流信号检测模块可以具体为电流传感器等。

在本实施例中，SP模块100通过对原始声音信号和音频输出模块200上的输出电流值的比较分析，可以精确控制调节可变调制模块300。

需要说明的是，对于上述两种实现方式，关于如何调节可变调制模块300的具体调节方法依据可变调制模块300的特性来决定。

因此应用本发明的上述技术方案，本发明提供的自适应均衡降噪电路包括SP模块100、音频输出模块200、可变调制模块300和信号检测反馈模块400；其中，可变调制模块300包括第一端301、第二端302和控制端303；SP模块100包括第一输入端101、第二输入端102和输出端103。具体的SP模块100的第一输入端101与外接设备通信接口连接，用于接收外接设备发送的原始声音信号；第二输入端102与信号检测反馈模块400连接，用于接收信号检测反馈模块400发送的反馈信号；输出端103与可变调制模块的控制端连接，SP模块100用于对第一输入端101接收到的原始声音信号和第二输入端102接收到的反馈信号进行降噪及均衡处理，并依据降噪及均衡处理后的原始声音信号和反馈信号控制调节可变调制模块300。同时，可变调制模块300的第一端301与外接设备通信接口连接，用于接收外接设备输入的声音信号功率，第二端302与音频输出模块200的输入端连接，用于将声音信号功率传递至音频输出模块200，为音频输出模块200提供其所需功率；可变调制模块300具体用于以功率衰减形式对所述外接设备发送的声音信号功率进行均衡及降噪调制。

因此本发明提供的自适应均衡降噪电路在现有主动式噪声控制方式的基础上还包括一条由外接设备接口、可变调制模块300和音频输出模块200构成的连接通路，音频输出模块200工作所需的功率直接由外接设备输入的声音信号功率提供，本发明无需为音频输出模块200单独设置供电装置，实现了一种准无源自适应均衡降噪电路，并且保证了音频输出模块输出的音频信号的音质。

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种耳机，在该耳机的耳机插口内设置有麦克风MIC接口，所述MIC接口用于为所述耳机供电。

具体的，所述MIC接口用于为所述耳机中的自适应均衡降噪电路供电。

现有技术中的被动式噪音控制和主动式噪音控制的两种控制方式的供电方法分别如附图5和6所示，普通的被动式噪音控制方式中是由信号源功放输出声音信号功率来驱动喇叭输出音频信号，由于其不存在降噪电路，因此信号源功放输出的声音信号功率足以提供喇叭所需的功率。主动式噪音控制方式中是在信号源功放与喇叭间串联了降噪电路。由于信号源功放与降噪电路间呈高阻抗，导致信号源功放输出的声音信号功率无法再为喇叭提供所需的功率，即喇叭需要额外的供电设备为其供电。且降噪电路的引进本身也需要功率支持，因此主动式噪音控制方式中就需要连接供电设备，即在耳机中设置单独的电池来同时为喇叭和降噪电路提供所需的功率。那么因此，现有主动式噪音控制方式需要使用电池驱动，为电池设置额外的放置空间，导致现有耳机体积大，且由于电池的引进导致了耳机的成本高，同时耳机的使用时间直接被耳机中的电池续航时间所限制，需要经常充电。

基于现有技术中需要使用外接供电设备为喇叭和降噪电路提供所需的功率的问题，本发明提供一种耳机，在该耳机的耳机插口内设置有MIC接口，该MIC接口直接用于为耳机供电。更具体地本发明在实际应用过程中，因为信号源功放同时连接的SP模块100的第一输入端101和可变调制模块300的第一端301，那么信号源功放与SP模块100间的高阻抗不会影响信号源功放将声音信号功率经可变调制模块300传递至音频输出模块200，即信号源功放输出的声音信号功率即可驱动音频输出模块200输出音频信号。

同时，SP模块100处理的为控制信号，其用于控制调节可变调制模块300，耗电量很小，因此本发明通过在耳机插口内设置MIC接口，通过MIC接口为自适应均衡降噪电路供电即可满足自适应均衡降噪电路的功率需求，即通过耳机自带的MIC接口实现了为降噪电路提供功率。

本发明提供的耳机无需另外使用电池驱动，解决了电池续航时间短、需要经常充电、耳机由于附加电池导致的成本和尺寸的问题。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种自适应均衡降噪电路和耳机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种自适应均衡降噪电路，其特征在于，包括：信号处理SP模块、音频输出模块、可变调制模块和信号检测反馈模块；其中，

所述可变调制模块包括第一端、第二端和控制端；

所述SP模块包括第一输入端、第二输入端和输出端；

所述SP模块的第一输入端与外接设备通信接口连接，用于接收所述外接设备发送的原始声音信号；所述第二输入端与所述信号检测反馈模块连接，用于接收所述信号检测反馈模块发送的反馈信号；所述输出端与所述可变调制模块的控制端连接，所述SP模块用于降噪及均衡处理，并依据所述第一输入端接收到的原始声音信号和所述第二输入端接收到的反馈信号，控制调节所述可变调制模块；

所述可变调制模块的第一端与所述外接设备通信接口连接，用于接收所述外接设备输入的声音信号功率，所述第二端与所述音频输出模块的输入端连接，用于将所述声音信号功率传递至所述音频输出模块，为所述音频输出模块提供其所需功率；所述可变调制模块具体用于以功率衰减形式对所述外接设备发送的声音信号功率进行均衡及降噪调制。

2.根据权利要求1所述的自适应均衡降噪电路，其特征在于，所述SP模块包括模数转换器ADC、数模转换器DAC和数字信号处理器DSP，其中

所述ADC用于接收并处理所述外接设备发送的原始声音信号和所述信号检测反馈模块发送的反馈信号，以将所述原始声音信号和反馈信号转换为数字信号发送至所述DSP；

所述DSP用于调用降噪及均衡算法，对接收到的数字信号进行降噪及均衡处理；

所述DAC用于将降噪及均衡处理后的数字信号转换为模拟信号，并通过所述输出端输出以控制调节所述可变调制模块。

3.根据权利要求2所述的自适应均衡降噪电路，其特征在于，所述信号检测反馈模块为麦克风MIC，

所述信号检测反馈模块具体用于，检测所述音频输出模块输出的音频信号，将所述音频信号发送至所述SP模块。

4.根据权利要求3所述的自适应均衡降噪电路，其特征在于，所述信号检测反馈模块还用于，检测外部环境噪声信号，将所述外部环境噪声信号发送至所述ADC；

此时所述DSP还用于调用降噪及均衡算法，依据所述外部环境噪声信号生成与所述外部环境噪声信号相位相反、频率相同的一组抑制数字信号；

所述DAC包括：第一DAC和第二DAC；

所述第一DAC用于将降噪及均衡处理后的数字信号转换为模拟信号，并通过所述第一DAC的输出端输出至所述可变调制模块，以控制调节所述可变调制模块；

所述第二DAC用于将所述一组抑制数字信号转换为一组抑制模拟信号，并通过所述第二DAC的输出端输出至所述音频输出模块。

5.根据权利要求2所述的自适应均衡降噪电路，其特征在于，所述信号检测反馈模块为电流信号检测模块，

所述信号检测反馈模块具体用于，检测所述音频输出模块上的输出电流值，将所述电流值发送至所述SP模块。

6.根据权利要求1-5任一项所述的自适应均衡降噪电路，其特征在于，所述可变调制模块为可变衰减器、可变电阻或可变阻抗，所述音频输出模块为喇叭。

7.一种耳机，其特征在于，在所述耳机的耳机插口内设置有麦克风MIC接口，所述MIC接口用于为所述耳机供电。

8.一种耳机，其特征在于，包括如上权利要求1-6任一项所述的自适应均衡降噪电路。

9.根据权利要求8所述的耳机，其特征在于，还包括：设置在所述耳机的耳机插口内的麦克风MIC接口，

所述MIC接口具体用于为所述自适应均衡降噪电路供电。

10.根据权利要求8或9所述的耳机，其特征在于，还包括：外接供电装置，所述外接供电装置用于为所述耳机供电，或用于为所述自适应均衡降噪电路供电。