CN108156551A - 主动降噪系统、主动降噪耳机及主动降噪方法 - Google Patents

主动降噪系统、主动降噪耳机及主动降噪方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种主动降噪系统、主动降噪耳机及主动降噪方法，主动降噪系统包括主动降噪模块、动态均衡器模块、控制模块、声音检测模块和音频输出模块。主动降噪耳机包括上述主动降噪系统。主动降噪方法利用上述主动降噪系统对上述主动降噪耳机进行降噪处理。利用主动降噪模块产生的消噪信号实现对环境噪声的消除，利用动态均衡器实现由于主动降噪导致的中、低频音质损失的补偿。与现有的主动降噪耳机相比，由于加入了动态均衡器，能够针对主动降噪系统损害的频段做出相应的音质补偿，这种补偿具有实时性，实现了音质的在线动态补偿，改善了主动降噪耳机播放音频的品质。

Description

主动降噪系统、主动降噪耳机及主动降噪方法
技术领域
本发明涉及主动降噪技术领域，具体涉及一种主动降噪系统、主动降噪耳机及主动降噪方法。
背景技术
随着主动降噪技术的持续发展，消费者对主动降噪耳机的要求也越来越高，不仅需具备良好的降噪效果，还要保证播放音频时的音质。主动降噪耳机为保证降噪效果，在耳机结构方面，需要封闭耳机后腔、保证扬声器膜片轻薄和耳机阻抗不能太高，这三个方面均会导致降噪耳机的音质恶化。在降噪策略方面，主动降噪耳机通过次级音源产生与环境噪声幅值相等、相位相反的消噪信号实现主动降噪，但在消除相应频段的环境噪声同时也会将该频段的音频信号消除，使得降噪耳机在播放该音频时出现严重失真。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种主动降噪系统，以解决现有降噪耳机在播放音频时会出现严重失真的技术问题。
本发明提供的主动降噪系统，包括主动降噪模块、动态均衡器模块、控制模块、声音检测模块和音频输出模块。
其中，所述主动降噪模块、所述动态均衡器模块和所述音频输出模块依次相连，所述主动降噪模块和所述音频输出模块均与所述声音检测模块相连，所述主动降噪模块接收来自外部音频设备的音频信号和来自所述声音检测模块的噪声信号。
所述主动降噪模块、所述音频输出模块和所述动态均衡器模块均与所述控制模块相连。
进一步地，所述主动降噪模块包括相连的第一模数转换电路和数字滤波器。
所述外部音频设备和所述声音检测模块均与所述第一模数转换电路连接，所述数字滤波器将所述第一模数转换电路处理得到的数字信号进行处理，并将处理得到的数字信号输出至所述动态均衡器模块中。
进一步地，所述动态均衡器模块包括相连的动态均衡器和数模转换电路。
所述动态均衡器与所述数字滤波器相连，且所述动态均衡器与所述控制模块相连，所述数模转换电路与所述音频输出模块相连，将经处理得到的模拟信号输出至所述音频输出模块中。
进一步地，所述动态均衡器包括多个串联的二阶滤波器。
进一步地，所述控制模块包括相连的控制器与第二模数转换电路。
所述数字滤波器和所述动态均衡器均与所述控制器相连，所述音频输出模块与所述第二模数转换电路相连，所述控制器能够接收来自所述数字滤波器的消噪信号和来自所述音频输出模块的音频信号，并将控制信号输出至所述动态均衡器。
本发明主动降噪系统带来的有益效果是：
通过设置主动降噪模块、动态均衡器模块、控制模块、声音检测模块和音频输出模块，其中，主动降噪模块、动态均衡器模块各音频输出模块依次相连，主动降噪模块和音频输出模块均与声音检测模块相连，主动降噪模块能够接收来自外部音频设备的音频信号和来自声音检测模块的噪声信号。并且，主动降噪模块、音频输出模块和动态均衡器模块均与控制模块相连。
该主动降噪系统的工作原理为：主动降噪模块分别接收来自外部音频设备的音频信号和来自声音检测模块的噪声信号，经过降噪处理后输出消噪信号至动态均衡器模块；控制模块根据主动降噪模块输出的消噪信号以及音频播放模块播放的音频信号，判断是否需要开启动态均衡器模块的音质补偿功能，并将判断结构输出至动态均衡器模块；动态均衡器模块接收来自主动降噪模块的消噪信号，同时，根据来自控制模块的控制信号判断是否开启动态均衡器模块的音质补偿功能，并将补偿后的消噪信号输出至音频输出模块。
该主动降噪系统利用主动降噪模块产生的消噪信号实现了对环境噪声的消除，利用动态均衡器模块实现了对由于主动降噪导致的中低频音质损失的补偿，使得该主动降噪系统能够针对主动降噪损害的频段做出相应的音质补偿，从而实现了音质的实时在线动态补偿，很好地改善了主动降噪系统播放的音频品质。
本发明的第二个目的在于提供一种主动降噪耳机，以解决现有降噪耳机在播放音频时会出现严重失真的技术问题。
本发明提供的主动降噪耳机，包括上述主动降噪系统。
进一步地，还包括耳机壳体，所述主动降噪系统位于所述耳机壳体中。
本发明主动降噪耳机带来的有益效果是：
通过在主动降噪耳机中设置上述主动降噪系统，以改善播放的音频品质，相应的，该主动降噪耳机具有上述主动降噪系统的所有优势，在此不再一一赘述。
本发明的第三个目的在于提供一种主动降噪方法，以解决现有降噪耳机在播放音频时会出现严重失真的技术问题。
本发明提供的主动降噪方法，利用上述主动降噪系统实现对上述主动降噪耳机的降噪处理，包括对主动降噪系统中的动态均衡器进行设计，其中，对动态均衡器进行设计的方法包括如下步骤：
S10：利用主动降噪模块中的数字滤波器获取噪声环境下的降噪曲线；
S20：根据步骤S10获得的降噪曲线，确定需要进行音质补偿的频段；
S30：根据步骤S20中处于音质补偿频段的第一降噪曲线，拟合补偿曲线。
进一步地，以用于确定需要进行音质补偿的频段的幅值为横轴，第一降噪曲线与补偿曲线以横轴为中心呈轴对称。
进一步地，步骤S30包括利用最小二乘类参数辨识方法拟合补偿曲线。
本发明主动降噪方法带来的有益效果是：
该主动降噪方法利用动态均衡器的音质补偿作用，实现了对主动降噪耳机的降噪处理，改善了以往降噪耳机在播放音频时出现的音效失真问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例主动降噪系统的结构示意图；
图2为本发明实施例主动降噪系统中，主动降噪模块的结构示意图；
图3为本发明实施例主动降噪系统中，动态均衡器模块的结构示意图；
图4为本发明实施例主动降噪系统中，控制模块的结构示意图；
图5为本发明实施例主动降噪系统中，数字滤波器与动态均衡器的连接关系示意图；
图6为本发明实施例另一种主动降噪系统的结构示意图；
图7为本发明实施例主动降噪方法中，对动态均衡器进行设计的流程图。
图标：100-主动降噪模块；200-动态均衡器模块；300-音频输出模块；400-控制模块；500-声音检测模块；110-第一模数转换电路；120-数字滤波器；210-动态均衡器；220-数模转换电路；410-控制器；420-第二模数转换电路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供了一种主动降噪系统，包括主动降噪模块100、动态均衡器模块200、控制模块400、声音检测模块500和音频输出模块300。具体的，主动降噪模块100、动态均衡器模块200和音频输出模块300依次相连，主动降噪模块100和音频输出模块300均与声音检测模块500相连，主动降噪模块100能够接收来自外部音频设备的音频信号和来自声音检测模块500的噪声信号。并且，主动降噪模块100、音频输出模块300和动态均衡器模块200均与控制模块400连接。
该主动降噪系统的工作原理为：主动降噪模块100分别接收来自外部音频设备的音频信号和来自声音检测模块500的噪声信号，经过降噪处理后输出消噪信号至动态均衡器模块200；控制模块400根据主动降噪模块100输出的消噪信号以及音频播放模块播放的音频信号，判断是否需要开启动态均衡器模块200的音质补偿功能，并将判断结构输出至动态均衡器模块200；动态均衡器模块200接收来自主动降噪模块100的消噪信号，同时，根据来自控制模块400的控制信号判断是否开启动态均衡器模块200的音质补偿功能，并将补偿后的消噪信号输出至音频输出模块300。
该主动降噪系统利用主动降噪模块100产生的消噪信号实现了对环境噪声的消除，利用动态均衡器模块200实现了对由于主动降噪导致的中低频音质损失的补偿，使得该主动降噪系统能够针对主动降噪损害的频段做出相应的音质补偿，从而实现了音质的实时在线动态补偿，很好地改善了主动降噪系统播放的音频品质。
如图2所示，本实施例中，主动降噪模块100包括相连的第一模数转换电路110和数字滤波器120。具体的，外部音频设备和声音检测模块500均与第一模数转换电路110连接，数字滤波器120将第一模数转换电路110处理得到的数字信号进行处理，并将处理得到的数字信号输出至动态均衡器模块200中。上述第一模数转换电路110用于将来自音频设备的音频信号以及声音检测模块500的噪声信号由模拟信号转化成数字信号，并将该数字信号传输至数字滤波器120。
如图3所示，本实施例中，动态均衡器模块200包括相连的动态均衡器210和数模转换电路220。具体的，动态均衡器210与数字滤波器120相连，且动态均衡器210与控制模块400相连，数模转换电路220与音频输出模块300相连，将经处理得到的模拟信号输出至音频输出模块300中。
具体的，如图4所示，控制模块400包括相连的控制器410和第二模数转换电路420，本实施例中，动态均衡器210与控制器410相连，如图6所示。
动态均衡器210接收来自数字滤波器120的消噪信号，并根据控制器410输出的控制信号，判断是否需要音质补偿，并将音质补偿后的消噪信号输出至音频输出模块300。
本实施例中，动态均衡器210包括多个串联的二阶滤波器。动态均衡器210针对由于数字滤波器120降噪而导致的音质损失进行补偿，因此与数字滤波器120的频率特性相关。通过设置多个串联的二阶滤波器，使得对音质的补偿效果大大提高。
此外，如图5所示，本实施例中，主动降噪模块100还可以包括多个数字滤波器120，对应的，动态均衡器模块200包括多个动态均衡器210，且每一数字滤波器120分别连接一动态均衡器210。并且，还可以针对不同的环境噪声设计不同的数字滤波器120，并为每种数字滤波器120匹配相应的动态补偿器210。
这样的设置，使得该主动降噪系统能够根据用户所处的环境状况，选择适宜在该种环境下降噪的数字滤波器120与动态均衡器210相连，从而满足多种不同环境下的降噪处理，以实现最优降噪效果下的音质补偿，从而进一步保证了本实施例主动降噪系统的降噪可靠性。
请继续参照图6，本实施例中，控制器410接收来自数字滤波器120的消噪信号和音频输出模块300的经第二模数转换电路420转换成的数字信号，基于此判断是否需要进行音质补偿，如果判断结果为只是单纯的播放音频信号，则不需要音频补偿，此时动态均衡器210不工作；如果判断结果为开启降噪功能并播放音频信号，则需要进行音频补偿，此时动态均衡器210为由两个二阶滤波器串联生成的高阶滤波器。
本实施例中，声音检测模块500包括麦克风。其中，麦克风将声音的声信号转换成电信号。主动降噪模块100、动态均衡器模块200以及控制模块400均基于电信号进行处理。
本实施例中，音频输出模块300包括扬声器。扬声器将声音的电信号转换成声信号。
本实施例还提供了一种主动降噪耳机，包括上述主动降噪系统。
通过在主动降噪耳机中设置上述主动降噪系统，以改善播放的音频品质，相应的，该主动降噪耳机具有上述主动降噪系统的所有优势，在此不再一一赘述。
本实施例中，该主动降噪耳机还可以包括耳机壳体，具体的，主动降噪系统固设于耳机壳体中。
具体的，耳机壳体可以为耳罩式。
此外，本实施例还提供了一种主动降噪方法，利用上述主动降噪系统实现对上述主动降噪耳机的降噪处理，包括对主动降噪系统中的动态均衡器210进行设计，其中，对动态均衡器210进行设计的方法包括如下步骤：
S10：利用主动降噪模块100中的数字滤波器120获取噪声环境下的降噪曲线；
S20：根据步骤S10获得的降噪曲线，确定需要进行音质补偿的频段；
S30：根据步骤S20中处于音质补偿频段的第一降噪曲线，拟合补偿曲线。
该主动降噪方法利用动态均衡器210的音质补偿作用，实现了对主动降噪耳机的降噪处理，改善了以往降噪耳机在播放音频时出现的音效失真问题。
需要说明的是，本实施例中，步骤S10可以为在不接入音频信号的工作模式下，测量得到的主动降噪耳机在噪声环境下的降噪曲线。并且，用于确定需要进行音质补偿的频段的幅值可以为0dB，其中，幅值低于0dB的即为需要进行拟合补偿的第一降噪曲线。
本实施例中，以用于确定需要进行音质补偿的频段的幅值为横轴，第一降噪曲线与补偿曲线以横轴为中心呈轴对称。这样的设置，将需要进行补偿的低于0dB的第一降噪曲线变为高于0dB的音频曲线，从而实现了第一降噪曲线所处频段的音质补偿。
本实施例中，步骤S30包括利用最小二乘类参数辨识方法拟合补偿曲线，从而得到动态均衡器210的数学表达式，进而完成对动态均衡器210的设计。将该动态均衡器210设置在上述主动降噪系统中，与用于获得主动降噪曲线的数字滤波器120连接，从而实现对主动降噪耳机的降噪处理。
该主动降噪方法采用离线式设计方式，通过设置与数字滤波器120相适应的动态均衡器210，最终达到了主动降噪系统对主动降噪耳机的降噪目的。
此外，该主动降噪方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，其中，程序代码包括的指令可用于执行前述步骤，从而达到降噪的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种主动降噪系统，其特征在于，包括主动降噪模块、动态均衡器模块、控制模块、声音检测模块和音频输出模块；
其中，所述主动降噪模块、所述动态均衡器模块和所述音频输出模块依次相连，所述主动降噪模块和所述音频输出模块均与所述声音检测模块相连，所述主动降噪模块接收来自外部音频设备的音频信号和来自所述声音检测模块的噪声信号；
所述主动降噪模块、所述音频输出模块和所述动态均衡器模块均与所述控制模块相连。
2.根据权利要求1所述的主动降噪系统，其特征在于，所述主动降噪模块包括相连的第一模数转换电路和数字滤波器；
所述外部音频设备和所述声音检测模块均与所述第一模数转换电路连接，所述数字滤波器将所述第一模数转换电路处理得到的数字信号进行处理，并将处理得到的数字信号输出至所述动态均衡器模块中。
3.根据权利要求2所述的主动降噪系统，其特征在于，所述动态均衡器模块包括相连的动态均衡器和数模转换电路；
所述动态均衡器与所述数字滤波器相连，且所述动态均衡器与所述控制模块相连，所述数模转换电路与所述音频输出模块相连，将经处理得到的模拟信号输出至所述音频输出模块中。
4.根据权利要求3所述的主动降噪系统，其特征在于，所述动态均衡器包括多个串联的二阶滤波器。
5.根据权利要求3所述的主动降噪系统，其特征在于，所述控制模块包括相连的控制器与第二模数转换电路；
所述数字滤波器和所述动态均衡器均与所述控制器相连，所述音频输出模块与所述第二模数转换电路相连，所述控制器能够接收来自所述数字滤波器的消噪信号和来自所述音频输出模块的音频信号，并将控制信号输出至所述动态均衡器。
6.一种主动降噪耳机，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的主动降噪系统。
7.根据权利要求6所述的主动降噪耳机，其特征在于，还包括耳机壳体，所述主动降噪系统固设于所述耳机壳体中。
8.一种主动降噪方法，其特征在于，利用权利要求1-5任一项所述的主动降噪系统实现对权利要求6或7所述的主动降噪耳机的降噪处理，包括对主动降噪系统中的动态均衡器进行设计，其中，对动态均衡器进行设计的方法包括如下步骤：
S10：利用主动降噪模块中的数字滤波器获取噪声环境下的降噪曲线；
S20：根据步骤S10获得的降噪曲线，确定需要进行音质补偿的频段；
S30：根据步骤S20中处于音质补偿频段的第一降噪曲线，拟合补偿曲线。
9.根据权利要求8所述的主动降噪方法，其特征在于，以用于确定需要进行音质补偿的频段的幅值为横轴，第一降噪曲线与补偿曲线以横轴为中心呈轴对称。
10.根据权利要求9所述的主动降噪方法，其特征在于，步骤S30包括利用最小二乘类参数辨识方法拟合补偿曲线。
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