CN107174080A - 一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头 - Google Patents

一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头 Download PDF

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Abstract

一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，包括枕头本体、噪音采集麦克风、喇叭、降噪效果校正麦克风和控制盒，噪音采集麦克风设置在枕头本体的侧面，喇叭嵌入在枕头本体内，喇叭的喇叭口设置于枕头本体的上表面；降噪效果校正麦克风嵌入在枕头本体内，并且降噪效果校正麦克风位于喇叭和使用者头部位置之间，降噪效果校正麦克风的麦头设置于枕头本体的上表面；控制盒内设有MCU等控制部件，噪音采集麦克风、喇叭和降噪效果校正麦克风分别与MCU连接。解决了在开放空间中噪音对人们的困扰，为人们带来安静的睡觉和休息。同时专门针对鼾声做了频率、声音强度、声音波形的分析和通过算法做鼾声波形的趋势判断，达到更有效地消除鼾声的干扰。

Description

一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头
技术领域
本发明涉及一种睡眠降噪技术，更具体地说，涉及一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，在开放的枕头空间里实现环境噪声和鼾声的降低，让人躺在枕头上时免受周边噪音的困扰。
背景技术
现代都市中，噪音无处不在，尤其是家在马路边上、靠近闹市区以及学生宿舍等，噪音影响了人们的睡眠和健康。另一方面，许多人都有睡觉打鼾的现象，很多时候枕边伴侣的鼾声如雷让枕边的另一半无法安睡。
以上这些因素对人睡眠的影响很大。当前降低噪音主要是采用隔音技术来实行、比如装隔音玻璃、隔音墙、隔音绵等等，这种技术称为被动降噪技术，通过材料技术和施工技术等物理方式来阻隔或吸收声波传播的一种降噪方式，主要特征为隔音和吸音措施。被动降噪技术不但实施难度大，而且改造成本巨大，在改造期间还会影响用户的居住。
因此主动降噪技术应运而生，主动降噪的原理是：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°），就可以将这噪声完全抵消掉。采用的办法是：从噪声源本身着手，设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来，再通过喇叭等音频输出设备把反相后的音频播放出来将噪音中和。
目前基于枕头上去做降噪处理的方法是带有隔音腔体的主动降噪的枕头，采用在枕头上加装一个蓬体或者弧形罩，形成一个相对小的声场空间，再在这个小声场空间去实施主动降噪技术以达到降噪的效果。这种枕头其实是一个较封闭的空间，本身具有一定的被动降噪功能，同时因为它是一个较封闭的空间，实施主动降噪技术时有一个相对密闭的空间使喇叭播放的反相噪音与环境噪音混合。虽然有一定的降噪效果，但这种设计造成人的头部总是要放在一个罩子或蓬体里面才有效，限制了用户头部的活动空间，严重影响了人的正常睡眠习惯，并且起床时一旦忘记了，用户就会碰到自己的头部，降低了枕头的舒适性和用户的体验感。
在其它领域，主动降噪技术主要应用于耳机、汽车家电或者噪声严重的工业环境中。
主动降噪耳机，在耳机上左右两边都加上主动降噪技术，各自采样噪音信号并采取相应的降噪技术降低各耳朵的噪音。主动降噪耳机降噪的功率比较小，需要耳麦和耳腔一个相对密闭的空间，只能戴在耳朵内的时候才会有降噪的作用。而睡觉时大部分人都不习惯戴耳机睡觉，长期佩戴甚至会造成用户耳朵不舒服，因此不适用于睡眠时的降噪。
汽车主动降噪系统，汽车主动降噪系统是基于汽车有限的密闭空间，通过检测车窗和车门获得汽车驶中风噪和路噪等噪音后使用主动降噪技术进行降噪。针对的是汽车行驶过程中的风噪和路噪，噪音的类型相对比较单一，噪音的特征明显，容易实施主动降噪来降低噪音。同时汽车是一个大小稳定和密闭的空间，当车窗封闭时主动降噪的控制容易实施，但是当车窗打开时则降噪效果失效。因此也不适用于睡眠时的降噪。
发明内容
鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的问题，本发明提出一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，包括枕头本体、噪音采集麦克风、喇叭、降噪效果校正麦克风和控制盒，噪音采集麦克风设置在枕头本体的侧面，喇叭嵌入在枕头本体内，喇叭的喇叭口设置于枕头本体的上表面；降噪效果校正麦克风嵌入在枕头本体内，并且降噪效果校正麦克风位于喇叭和使用者头部位置之间，降噪效果校正麦克风的麦头设置于枕头本体的上表面；控制盒内设有MCU等控制部件，噪音采集麦克风、喇叭和降噪效果校正麦克风分别与MCU建立供电、数据和控制连接。
在根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头中，优选地，所述枕头本体的两侧分别设有一个噪音采集麦克风。
在根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头中，优选地，所述枕头本体的左右两边分别嵌入设置一个喇叭。
在根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头中，优选地，所述枕头本体的左右两边分别嵌入设置一个降噪效果校正麦克风，左边的降噪效果校正麦克风位于左边的喇叭内侧，右边的降噪效果校正麦克风位于右边的喇叭内侧。
在根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头中，优选地，所述枕头本体的两边分别设有向内倾斜的斜面，斜面从枕头本体的左上角或右上角向枕头本体的中部倾斜。
在根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头中，优选地，所述斜面从枕头本体的左上角或右上角向枕头本体的中部倾斜三十度，两个斜面相交处的枕头本体中部为弧线形状。
在根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头中，优选地，所述枕头本体的外表面与噪音采集麦克风、喇叭和降噪效果校正麦克风的结合处设有网状孔。网状孔的目的是使嵌入枕头本体的噪音采集麦克风、喇叭和降噪效果校正麦克风的麦头或喇叭口在枕头本体的外表面与外界空间有充分的接触途径，便于声音的采集或播放。
根据本发明的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，实施方法步骤包括：噪音采集麦克风采集枕头本体附近的噪音；控制盒内的处理器根据噪音相位和幅度分析和计算噪音的趋势；处理器根据噪音趋势通过喇叭输出反相声波；降噪效果校正麦克风采集枕头本体内侧靠头部位置噪音；控制盒内处理器校正反相输出噪音的相位和强度；持续以上步骤动态调整以实现降噪效果。
噪音采集麦克风和降噪效果校正麦克风也可分别称为噪音采集拾音器和降噪效果校正拾音器。喇叭也可称为扬声器。控制盒设置在枕头本体内，也可以设置在枕头本体上任何不影响使用者头部枕睡的其它位置。
MCU是指微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。本申请中用于枕头主动降噪和动态校正功能的控制。
根据本发明的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，工作时，噪音采集麦克风实时采集左边/右边的音频信号和声音强度，把采集到的信号送到控制盒中的MCU进行信号特征分析，MCU产生一个与采集信号反相且强度相近的音频信号，通过喇叭把产生的音频播放出来，降噪效果校正麦克风采集枕头左边/右边靠近头部的噪音，即实际降噪效果，并传送至控制盒中的MCU，控制盒内处理器校正反相输出噪音的相位和强度，进行噪音的反馈和效果校正。
在枕头本体上左右外侧各安装一个噪音收集装置---噪音采集麦克风，分别收集枕头本体左右外侧的音频信号和旁边伴侣的鼾声信号。
在枕头本体里通过控制盒把左右两个噪音收集装置采集到的音频信号分别进行运算并判断后续噪音的趋势，进而基于后续噪音趋势将音频信号在控制盒的处理器中做反相处理。
把处理器左边反相处理后的音频信号通过左边喇叭播放出来；把右边反相处理后的音频信号通过右边喇叭播放出来。
左右两边喇叭有功率控制电路，且功率的大小被控制盒中的处理器所控制，可以根据噪音收集装置获得的噪音大小随时对喇叭做相应功率调整。使喇叭输出的反相噪音同外界噪音的能量基本相等，从而抵消噪音的能量，使人耳听到的噪音减小。
同时，枕头本体左右各设有一个动态降噪效果校正麦克风，这两个降噪效果校正麦克风安装在靠枕头本体中部，采集喇叭播放的噪音与外界噪音混响后的噪音信号，本信号将被反馈给控制盒中的处理器进行音频信号的进行声音强度的分析，并根据实际降噪效果作喇叭音频输出的动态校正， 以最大限度地消除枕头本体中部的噪音。
枕头本体上表面有一个从外侧向枕头本体中间倾钭的斜面，这种设计使枕头本体中间形成一个两边低中间高的内凹的结构，人躺在枕头本体上时用户的双耳能更好地处于降噪后的声场中，达到更好的降噪效果。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，提出开放式的降噪枕头，通过实施动态校正降噪技术手段，能有效地在一个开放空间的枕头上，降低枕头中部的噪音；同时能够分析不同的鼾声特征，针对特定的鼾声做反相声波播放，达到睡在枕头中间时听到的鼾声降低。这种枕头没有蓬体和弧形罩，却能有效地降低枕头中部的噪音和伴侣的鼾声。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，在普通枕头这样一个开放空间，没有蓬体也没有弧形罩，使用主动降噪方法，通过枕头结构与电子设计相结合达到降低枕头中部（通常睡觉时头着枕的位置）的噪音的目的，能够充分降低枕头中部的噪音，可有效降低伴侣的鼾声、集体宿舍噪音和沿街边的噪音等带来的困扰，达到人躺在枕头上听到外界的噪音降低的效果。
在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，利用在普通枕头（无蓬体也无弧形罩）这个载体上实施主动降噪技术和动态校正，解决了在开放空间中噪音对人们的困扰，为人们带来安静的睡觉和休息。同时专门针对鼾声做了频率、声音强度、声音波形的分析和通过算法做鼾声波形的趋势判断，达到更有效地消除鼾声的干扰。
附图说明
图1示出了根据本发明的具有主动降噪和动态校正功能的枕头俯视示意图
图2示出了根据本发明的具有主动降噪和动态校正功能的枕头前视示意图
图3示出了根据本发明的具有主动降噪和动态校正功能的枕头侧视示意图
图4示出了根据本发明的具有主动降噪和动态校正功能的枕头使用状态示意图
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。
如图所示，一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，包括枕头本体1、噪音采集麦克风2、喇叭3、降噪效果校正麦克风4和控制盒5，噪音采集麦克风2设置在枕头本体1的侧面，喇叭3嵌入在枕头本体1内，喇叭3的喇叭口设置于枕头本体1的上表面；降噪效果校正麦克风4嵌入在枕头本体1内，并且降噪效果校正麦克风4位于喇叭3和使用者头部位置之间，降噪效果校正麦克风4的麦头设置于枕头本体1的上表面；控制盒5内设有MCU等控制部件，噪音采集麦克风2、喇叭3和降噪效果校正麦克风4分别与MCU建立供电、数据和控制连接。
作为根据本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，所述枕头本体1的两侧分别设有一个噪音采集麦克风2，所述枕头本体1的左右两边分别嵌入设置一个喇叭3，所述枕头本体1的左右两边分别嵌入设置一个降噪效果校正麦克风4，左边的降噪效果校正麦克风4位于左边的喇叭3内侧，右边的降噪效果校正麦克风4位于右边的喇叭3内侧。
作为根据本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，所述枕头本体1的两边分别设有向内倾斜的斜面6，斜面6从枕头本体1的左上角或右上角向枕头本体1的中部倾斜；斜面6从枕头本体1的左上角或右上角向枕头本体1的中部倾斜三十度，两个斜面6相交处的枕头本体1中部为弧线形状。
作为根据本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，所述枕头本体1的外表面与噪音采集麦克风2、喇叭3和降噪效果校正麦克风4的结合处设有网状孔。网状孔的目的是使嵌入枕头本体1的噪音采集麦克风2、喇叭3和降噪效果校正麦克风4的麦头或喇叭口在枕头本体1的外表面与外界空间有充分的接触途径，便于声音的采集或播放。
作为根据本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，实施方法步骤包括：噪音采集麦克风2采集枕头本体1附近的噪音；控制盒5内的处理器根据噪音相位和幅度分析和计算噪音的趋势；处理器根据噪音趋势通过喇叭3输出反相声波；降噪效果校正麦克风4采集枕头本体1内侧靠头部位置噪音；控制盒5内处理器校正反相输出噪音的相位和强度；持续以上步骤动态调整以实现降噪效果。
作为根据本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，噪音采集麦克风2和降噪效果校正麦克风4也可分别称为噪音采集拾音器和降噪效果校正拾音器。喇叭3也可称为扬声器。控制盒5设置在枕头本体1内，也可以设置在枕头本体1上任何不影响使用者头部枕睡的其它位置。
MCU是指微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。本申请中用于枕头主动降噪和动态校正功能的控制。
作为根据本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，工作时，噪音采集麦克风2实时采集左边/右边的音频信号和声音强度，把采集到的信号送到控制盒5中的MCU进行信号特征分析，MCU产生一个与采集信号反相且强度相近的音频信号，通过喇叭3把产生的音频播放出来，降噪效果校正麦克风4采集枕头左边/右边靠近头部的噪音，即实际降噪效果，并传送至控制盒5中的MCU，控制盒5内处理器校正反相输出噪音的相位和强度，进行噪音的反馈和效果校正。
具体而言，在枕头本体1上左右外侧各安装一个噪音收集装置---噪音采集麦克风2，分别收集枕头本体1左右外侧的音频信号和旁边伴侣的鼾声信号。
在枕头本体1里通过控制盒5把左右两个噪音收集装置采集到的音频信号分别进行运算并判断后续噪音的趋势，进而基于后续噪音趋势将音频信号在控制盒5的处理器中做反相处理。
把处理器左边反相处理后的音频信号通过左边喇叭3播放出来；把右边反相处理后的音频信号通过右边喇叭3播放出来。
左右两边喇叭3有功率控制电路，且功率的大小被控制盒5中的处理器所控制，可以根据噪音收集装置获得的噪音大小随时对喇叭3做相应功率调整。使喇叭3输出的反相噪音同外界噪音的能量基本相等，从而抵消噪音的能量，使人耳听到的噪音减小。
同时，枕头本体1左右各设有一个动态降噪效果校正麦克风4， 这两个降噪效果校正麦克风4安装在靠枕头本体1中部，采集喇叭3播放的噪音与外界噪音混响后的噪音信号，本信号将被反馈给控制盒5中的处理器进行音频信号的进行声音强度的分析，并根据实际降噪效果作喇叭3音频输出的动态校正， 以最大限度地消除枕头本体1中部的噪音。
枕头本体1上表面有一个从外侧向枕头本体1中间倾钭的斜面6，这种设计使枕头本体1中间形成一个两边低中间高的内凹的结构，人躺在枕头本体1上时用户的双耳能更好地处于降噪后的声场中，达到更好的降噪效果。
根据上述本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，提出开放式的降噪枕头，通过实施动态校正降噪技术手段，能有效地在一个开放空间的枕头上，降低枕头中部的噪音；同时能够分析不同的鼾声特征，针对特定的鼾声做反相声波播放，达到睡在枕头中间时听到的鼾声降低。这种枕头没有蓬体和弧形罩，却能有效地降低枕头中部的噪音和伴侣的鼾声。
根据上述本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，在普通枕头这样一个开放空间，没有蓬体也没有弧形罩，使用主动降噪方法，通过枕头结构与电子设计相结合达到降低枕头中部（通常睡觉时头着枕的位置）的噪音的目的，能够充分降低枕头中部的噪音，可有效降低伴侣的鼾声、集体宿舍噪音和沿街边的噪音等带来的困扰，达到人躺在枕头上听到外界的噪音降低的效果。
根据上述本发明一个实施例的具有主动降噪和动态校正功能的枕头，利用在普通枕头（无蓬体也无弧形罩）这个载体上实施主动降噪技术和动态校正，解决了在开放空间中噪音对人们的困扰，为人们带来安静的睡觉和休息。同时专门针对鼾声做了频率、声音强度、声音波形的分析和通过算法做鼾声波形的趋势判断，达到更有效地消除鼾声的干扰。
以上对本发明进行了详细介绍，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。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可实施。当然，以上所列的情况仅为示例，本发明并不仅限于此。本领域的技术人员应该理解，根据本发明技术方案的其他变形或简化，都可以适当地应用于本发明，并且应该包括在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，其特征在于，包括枕头本体（1）、噪音采集麦克风（2）、喇叭（3）、降噪效果校正麦克风（4）和控制盒（5），噪音采集麦克风（2）设置在枕头本体（1）的侧面，喇叭（3）嵌入在枕头本体（1）内，喇叭（3）的喇叭口设置于枕头本体（1）的上表面；降噪效果校正麦克风（4）嵌入在枕头本体（1）内，并且降噪效果校正麦克风（4）位于喇叭（3）和使用者头部位置之间，降噪效果校正麦克风（4）的麦头设置于枕头本体（1）的上表面；控制盒（5）内设有MCU等控制部件，噪音采集麦克风（2）、喇叭（3）和降噪效果校正麦克风（4）分别与MCU建立供电、数据和控制连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，其特征在于，所述枕头本体（1）的两侧分别设有一个噪音采集麦克风（2）。
3.根据权利要求1所述的一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，其特征在于，所述枕头本体（1）的左右两边分别嵌入设置一个喇叭（3）。
4.根据权利要求3所述的一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，其特征在于，所述枕头本体（1）的左右两边分别嵌入设置一个降噪效果校正麦克风（4），左边的降噪效果校正麦克风（4）位于左边的喇叭（3）内侧，右边的降噪效果校正麦克风（4）位于右边的喇叭（3）内侧。
5.根据权利要求1所述的一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，其特征在于，所述枕头本体（1）的两边分别设有向内倾斜的斜面（6），斜面（6）从枕头本体（1）的左上角或右上角向枕头本体（1）的中部倾斜。
6.根据权利要求5所述的一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，其特征在于，所述斜面（6）从枕头本体（1）的左上角或右上角向枕头本体（1）的中部倾斜三十度，两个斜面（6）相交处的枕头本体（1）中部为弧线形状。
7.根据权利要求1所述的一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，其特征在于，所述枕头本体（1）的外表面与噪音采集麦克风（2）、喇叭（3）和降噪效果校正麦克风（4）的结合处设有网状孔。
8.根据权利要求1所述的一种具有主动降噪和动态校正功能的枕头，其实施方法步骤包括：噪音采集麦克风（2）采集枕头本体（1）附近的噪音；控制盒（5）内的处理器根据噪音相位和幅度分析和计算噪音的趋势；处理器根据噪音趋势通过喇叭（3）输出反相声波；降噪效果校正麦克风（4）采集枕头本体（1）内侧靠头部位置噪音；控制盒（5）内处理器校正反相输出噪音的相位和强度；持续以上步骤动态调整以实现降噪效果。
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