CN106101898B - 降噪耳机及其降噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降噪耳机及其降噪方法，其中的降噪耳机包括耳机线控、耳机线、设置在耳机线一端的喇叭；喇叭包括喇叭壳、收容在喇叭壳内的喇叭单体和前馈麦克风，耳机线控包括线控外壳以及固定在线控外壳内的PCB；在PCB上设置有信号转换单元和降噪单元，前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过信号转换单元和降噪单元的处理后形成消噪信号；消噪信号再次经过信号转换单元的处理后，经喇叭单体输出，喇叭单体输出的消噪信号与进入人耳的噪声信号叠加消除。利用上述发明能够确保耳机降噪的一致性，成本低、效果好。

Description

降噪耳机及其降噪方法

技术领域

本发明涉及声学技术领域，更为具体地，涉及一种上行降噪耳机及其降噪方法。

背景技术

目前，市场上的降噪耳机多采用模拟方案来实现，由于电子元器件本身的误差等因素，会导致滤波电路存在一定的偏差，难以保证降噪效果的一致性；同时，降噪耳机多采用电池供电，导致线控装置部分的体积过大，耳机续航时间短，外观难以做到精美；同时，也会给线控装置的固定带来一定的困难，制作工艺复杂、成本较高；

此外，为了能够实现降噪耳机与终端设备，例如：手机、pad等，配合时的通话功能，通常会在耳机线上单独添加一颗通话MIC或者在线控装置内增加通话MIC，产品成本也相应增加；同时，为实现通话功能，该MIC多采用全指向性MIC，通话质量也比较容易受到周围环境的影响。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种降噪耳机及其降噪方法，以解决目前耳机降噪效果一致性差、成本高、降噪效果不明显等问题。

根据本发明的一个方面，提供一种降噪耳机，包括耳机线控、耳机线、设置在耳机线一端的喇叭；喇叭包括喇叭壳、收容在喇叭壳内的喇叭单体和前馈麦克风，耳机线控包括线控外壳以及固定在线控外壳内的PCB；在PCB上设置有信号转换单元和降噪单元，前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过信号转换单元和降噪单元的处理后形成消噪信号；消噪信号再次经过信号转换单元的处理后，经喇叭单体输出，喇叭单体输出的消噪信号与进入人耳的噪声信号叠加消除。

此外，优选的方案是，在耳机线的另一端设置有与外部终端导通的接头，在PCB上还设置有与接头导通的供电单元；供电单元将外部终端提供的外部电压转换为与降噪单元和信号转换单元相对应的内部电压。

此外，优选的方案是，降噪单元包括滤波处理模块；其中，前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过信号转换单元和滤波处理模块的处理后形成消噪信号。

此外，优选的方案是，降噪单元还包括波束处理模块，前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过信号转换单元和波束处理模块的处理，消除位于人耳两侧的语音信号波束，保留头部前后方向上的语音信号波束。

此外，优选的方案是，在PCB上还设置有通话单元，通话单元对接收到的语音信号进行方向判断，并消除位于头部后方的语音信号波束，保留位于头部前方的语音信号波束。

此外，优选的方案是，通话单元为ANC麦克风、电容式麦克风或者电动式麦克风；前馈麦克风为ANC麦克风。

此外，优选的方案是，信号转换单元包括A/D转换模块和D/A转换模块，前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过A/D转换模块和降噪单元的处理后形成消噪信号，消噪信号经过D/A转换模块处理后，经喇叭单体输出。

此外，优选的方案是，在喇叭壳上设置有主声音输出管，在主声音输出管上设置有适配连接的入耳耳套以及调节喇叭单体的声学性能的调音片材；其中，调音片材为网布、海绵或者无纺布。

此外，优选的方案是，在PCB上设置有至少一个功能按键，在线控外壳上对应功能按键的位置设置有与活动连接的操作部。

根据本发明的另一方面，提供一种耳机降噪方法，利用上述的降噪耳机对于外界噪声进行降噪处理；方法包括：信号转换单元对前馈麦克风接收到的噪声信号进行转换处理，形成噪声信号；降噪单元对噪声信号进行数字信号处理，形成消噪信号；信号转换单元对消噪信号进行转换处理；经信号转换单元处理后的消噪信号传输至喇叭单体内，并通过喇叭单体进入人耳，与人耳内的噪声叠加消除。

利用上述根据本发明的降噪耳机及其降噪方法，通过在耳机线控内的信号转换单元对模拟信号进行数字转换处理，然后通过降噪单元形成的消噪信号对噪声进行叠加消除，能够避免采用模拟方案实现耳机降噪所存在的一致性差的问题，成本低、降噪效果明显。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的降噪耳机的主视图一；

图2为根据本发明实施例的降噪耳机的主视图二；

图3为根据本发明实施例的降噪耳机的原理框图；

图4为根据本发明实施例的语音信号波束示意图；

图5为根据本发明实施例的耳机降噪流程图。

其中的附图标记包括：喇叭1、耳机线2、耳机线控3、接头4、用户5。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

为详细描述本发明实施例的降噪耳机结构及其降噪方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1和图2分别从不同角度示出了根据本发明实施例的降噪耳机结构。

如图1和图2共同所示，本发明实施例的降噪耳机，包括耳机线控3、耳机线2、设置在耳机线2一端的喇叭1，喇叭1进一步包括喇叭外壳、收容在喇叭外壳内的喇叭单体和前馈麦克风，耳机线控3包括线控外壳以及固定在线控外壳内的PCB(Printed Circuit Board，柔性印刷电路板)；在PCB上设置有信号转换单元和降噪单元，前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过信号转换单元和降噪单元的处理后形成消噪信号，消噪信号经过信号转换单元的再次转换处理后形成模拟消噪信号，经喇叭单体输出，喇叭单体输出的消噪信号与进入人耳的噪声信号叠加消除，从而达到降噪的目的。

此外，在耳机线2的另一端设置有与外部终端导通的接头4，在PCB上还设置有与接头4导通的供电单元，供电单元将外部终端提供的外部电压转换为与降噪单元和信号转换单元相对应的内部电压。即，降噪耳机通过接头4与终端设备进行连接，通过终端设备对PCB进行供电，终端设备输出的电压通过供电单元的转换和处理，形成可以为降噪和通话供电的合理电压。

具体地，图3示出了根据本发明实施例的降噪耳机的原理。

如图3所示，本发明实施例的降噪耳机，前馈麦克风可以采用数字麦克风或者是模拟麦克风，其中，附图3示出了两种降噪方案，虚线框中的(1)表示模拟方案，采用相应的模拟麦克风，虚线框中的(2)表示数字方案，采用相应的数字麦克风；(1)模拟麦克风与(2)数字麦克风的区别在于模拟麦克风接收到的噪声信号为模拟信号，需要经过信号转换单元转换为对应的数字信号，然后将该数字信号导入降噪单元进行降噪处理，而数字麦克风接收到的噪声信号可以直接导入降噪单元进行处理。

其中，信号转换单元包括A/D转换模块和D/A转换模块，降噪单元包括滤波处理模块和波束处理模块，本发明实施例的降噪耳机通过滤波处理模块和波束处理模块，能够同时实现对听音及通话过程中的噪声进行降噪。

具体地，图3中虚线箭头所示路径为供电单元的电路走向，实线箭头所示路径为数字信号的电路走向，点划线箭头所示路径为模拟信号的电路走向。接头与外部终端(例如，手机)连接导通，通过外部终端对降噪耳机进行供电，PCB上的供电单元对外部终端提供的电压进行处理，形成与降噪单元和前馈麦克风相匹配的内部电压，并输送至降噪耳机各内部组件进行供电。

当喇叭中的前馈麦克风为两颗模拟麦克风时，模拟麦克风接收到的噪声信号首先经过信号转换单元内的A/D转换模块进行转换处理，形成与噪声信号对应的数字信号。然后，该数字信号可以分两路进行处理；其中，一路通过降噪单元内的滤波处理模块的处理形成消噪信号，消噪信号再次经过信号转换单元内的D/A转换模块的处理形成相应的模拟信号，并输出至喇叭单元，该消噪信号经喇叭单元发出后与绕过耳机线进入人耳内的噪声进行抵消，从而达到降噪的效果。

与噪声信号对应的数字信号，另一路则输送至降噪单元内的波束处理模块，对前馈麦克风通话部分的语音信号波束进行波束处理，达到消除位于人耳两侧的语音信号波束，保留用户头部前后方向上的语音信号波束的效果。

当喇叭中的前馈麦克风为两颗数字麦克风时，数字麦克风接收到的噪声信号一路通过降噪单元内的滤波处理模块的处理形成消噪信号，消噪信号再次经过信号转换单元内的D/A转换模块的处理形成与消噪信号相应的模拟信号，并输出至喇叭单元；另一路输送至降噪单元内的波束处理模块，对前馈麦克风通话部分的语音信号波束进行波束处理。

其中，图4示出了根据本发明实施例的语音信号波束示意结构。

如图4所示，F方向表示为用户5头部前方的方向，B方向表示为用户5头部后方的方向，利用降噪耳机中的波束处理模块，对两颗前馈麦克风接收到的语音信号进行算法处理，消除掉人耳两侧方向上的噪声信号，并在用户5头部前后方向上形成“8”字形的波束，其中，两颗前馈麦克风的配合，能够在一定程度上提高耳机的信噪比(单位dB)，提升通话质量。

在本发明的一个具体实施方式中，还可以在PCB上设置通话单元，通话单元对接收到的语音信号进行方向判断，并消除位于用户头部后方的语音信号波束，保留位于头部前方的语音信号波束。

具体地，在使用降噪耳机进行通话的过程中，位于PCB上的通话单元同样可以接收到语音信号，通过对通话单元接收到的语音信号进行分析，对比语音信号的大小、频率等参数，判断通话语音信号的方向“F”和“B”；最后，通过算法处理，在“8”字形的波束上将“B”方向的波束消除，只保留“F”方向上的波束，最终形成位于用户头部前方的“心”形波束，从而提高降噪耳机的通话质量。

其中，通话单元可以为ANC(Active Noise Control，主动噪声控制系统)麦克风、电容式麦克风或者电动式麦克风；前馈麦克风为ANC麦克风。

在本发明的另一具体实施方式中，降噪单元可以为DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理)芯片，通过DSP芯片代替目前由电阻和电容组成的滤波电路，能够提信号的处理精度，节省耳机线控的体积，降低线控固定难度，有利于产品轻薄方向的发展。

在本发明的降噪耳机中，喇叭壳包括适配连接的前盖和后盖，喇叭单体和相应的前馈麦克风均收容在前盖和后盖内；在前盖上设置有主声音输出管，在主声音输出管上设置有适配连接的入耳耳套，入耳耳套可以采用硅胶或高弹性聚酯等材料制作而成，在其插入耳道后能够与耳道紧密接触，以隔绝声音进入中耳和内耳内，达到隔音的目的。此外，也可以在主声音输出管上粘贴调节发声单元的声学性能的调音片材，以提高耳机的声学性能。其中，调音片材可以采用网布、海绵或者无纺布等。

根据本发明实施例的降噪耳机，前馈麦克风(数字麦克风)接收到的噪声信号依次经过信号转换单元和降噪单元(滤波处理模块)的处理后形成消噪信号；消噪信号经过信号转换单元的处理后，经喇叭单体输出，喇叭单体输出的消噪信号与进入人耳的噪声信号叠加消除。此外，前馈麦克风接收到的噪声信号还经过信号转换单元(波束处理模块)的处理，消除位于人耳两侧的语音信号波束，保留头部前后方向上的语音信号波束，然后将处理后的语音信号传输至外部终端，降低通话过程中，外界噪声的影响。

在本发明的另一具体实施方式中，在PCB上设置有至少一个功能按键，在前盖上对应功能按键的位置设置有与前盖活动连接的操作部，通过按压操作部实现对按键的控制。其中，为防止对操作部按压过度造成PCB损坏，还可以在前盖或者后盖上设置向PCB延伸的限位件，限位件用于限制操作部对功能按键的下压幅度。

与上述降噪耳机装置相对应，本发明还提供一种耳机降噪方法，利用上述降噪耳机对外界噪声进行降噪处理。其中，图5示出了根据本发明实施例的耳机降噪方法流程。

如图5所示，本发明实施例的耳机降噪方法，包括：

S510：信号转换单元对前馈麦克风接收到的噪声信号进行转换处理，形成噪声信号；

其中，信号转换单元主要用于将前馈麦克风的模拟信号转换为数字信号，在前馈麦克风为数字麦克风时，该步骤可以省略。

S520：降噪单元对噪声信号进行数字信号处理，形成消噪信号；

其中，降噪单元可以采用DSP芯片，通过DSP芯片对噪声信号进行翻转处理，形成与噪声信号相对应的消噪信号，在消噪信号与噪声信号叠加时，可以相互抵消，从而达到降噪的效果。

S530：信号转换单元对消噪信号进行转换处理；

其中，信号转换单元将经过DSP芯片处理后的消噪信号(数字信号)转换为模拟信号，以便传输至喇叭内，进行发声。

S540：经信号转换单元处理后的消噪信号传输至喇叭单体内，并通过喇叭单体进入人耳，与人耳内的噪声叠加消除。

对于本发明提供的耳机降噪方法的实施例而言，由于其基本相似于降噪耳机装置实施例，相关之处参见装置实施例的部分说明，此处不再赘述。

通过上述实施方式可以看出，根据本发明提供的降噪耳机及其降噪方法，具有以下优点：

1、通过信号转换单元对数字信号进行模拟转换处理，避免现有模拟降噪方案中，由于电子元器件本身的误差导致滤波存在偏差的问题，能够确保降噪的一致性；

2、采用供电单元代替现有的供电电池，能够有效减小耳机线控的体积，延长降噪耳机的续航时间，外观可以做的更加精美；同时，能够降低耳机线控的固定难度，简化产品加工工艺；

3、降噪单元一方面能够实现对人耳内部的噪声的降噪，另一方面能够对通话过程中的噪声进行选择性的去除，保留位于用户头部前方的声音信号，有效提高用户的通话质量及用户体验，成本低，降噪效果显著。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的降噪耳机及其降噪方法，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的降噪耳机及其降噪方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种降噪耳机，包括耳机线控、耳机线、设置在所述耳机线一端的喇叭；其特征在于，

所述喇叭包括喇叭壳、收容在所述喇叭壳内的喇叭单体和前馈麦克风，所述耳机线控包括线控外壳以及固定在所述线控外壳内的PCB；

在所述PCB上设置有信号转换单元和降噪单元，所述前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过所述信号转换单元和降噪单元的处理后形成消噪信号；

所述消噪信号再次经过所述信号转换单元的处理后，经所述喇叭单体输出，所述喇叭单体输出的消噪信号与进入人耳的噪声信号叠加消除；

在所述PCB上还设置有通话单元，所述通话单元对接收到的语音信号进行方向判断，并消除位于头部后方的语音信号波束，保留位于头部前方的语音信号波束。

2.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，

在所述耳机线的另一端设置有与外部终端导通的接头，在所述PCB上还设置有与所述接头导通的供电单元；

所述供电单元将所述外部终端提供的外部电压转换为与所述降噪单元和所述信号转换单元相对应的内部电压。

3.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，所述降噪单元包括滤波处理模块；其中，

所述前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过所述信号转换单元和滤波处理模块的处理后形成消噪信号。

4.如权利要求3所述的降噪耳机，其特征在于，所述降噪单元还包括波束处理模块；其中，

所述前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过所述信号转换单元和波束处理模块的处理，消除位于人耳两侧的语音信号波束，保留头部前后方向上的语音信号波束。

5.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，

所述通话单元为ANC麦克风、电容式麦克风或者电动式麦克风；

所述前馈麦克风为ANC麦克风。

6.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，

所述信号转换单元包括A/D转换模块和D/A转换模块，所述前馈麦克风接收到的噪声信号依次经过所述A/D转换模块和降噪单元的处理后形成消噪信号，所述消噪信号经过所述D/A转换模块处理后，经所述喇叭单体输出。

7.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，

在所述喇叭壳上设置有主声音输出管，在所述主声音输出管上设置有适配连接的入耳耳套以及调节所述喇叭单体的声学性能的调音片材；其中，

所述调音片材为网布、海绵或者无纺布。

8.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，

在所述PCB上设置有至少一个功能按键，在所述线控外壳上对应所述功能按键的位置设置有与活动连接的操作部。

9.一种耳机降噪方法，利用如权利要求1至8任一项所述的降噪耳机对于外界噪声进行降噪处理；所述方法包括：

信号转换单元对前馈麦克风接收到的噪声信号进行转换处理，形成噪声信号；

降噪单元对所述噪声信号进行数字信号处理，形成消噪信号；

所述信号转换单元对所述消噪信号进行转换处理；

经所述信号转换单元处理后的消噪信号传输至喇叭单体内，并通过所述喇叭单体进入人耳，与人耳内的噪声叠加消除。