CN108243363A - 物理分离式双声学通路的降噪耳机 - Google Patents

物理分离式双声学通路的降噪耳机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及降噪技术领域，提供一种物理分离式双声学通路的降噪耳机，包括声学第一通路结构以及声学第二通路结构，声学第一通路结构包括降噪声腔体、一级主动降噪组件及降噪喇叭，降噪喇叭设于降噪声腔体内，降噪喇叭的输出端与一级主动降噪组件的输入端连接，一级主动降噪组件通过降噪喇叭向降噪声腔体发射噪声反向声波，声学第二通路结构包括音乐声腔体以及音乐播放组件，降噪声腔体与音乐声腔体在物理空间上相互独立，音乐播放组件通过音乐声腔体向人耳耳道播放音乐。这样，环境噪声经过两次被动式降噪和一次主动式降噪而大幅度削减，同时，音乐信号避免因为主动降噪信号处理而受到损坏从而降低音乐品质。

Description

物理分离式双声学通路的降噪耳机
技术领域
本发明涉及降噪技术领域，尤其提供一种物理分离式双声学通路的降噪耳机。
背景技术
随着便携式音乐播放器的普及，人们可随时随地的获得音乐体验。但是，公共场所往往噪声水平高，这样，由播放器播放出的音乐容易被环境噪声所淹没，从而导致用户体验差。为了解决上述问题，现有技术中的降噪耳机的工作原理如图1所示，图中标号1为声学单通路、图中标号101为音乐播放器、标号102为降噪处理器、标号103为耳机外观物理结构、标号104为音乐喇叭、标号105为第一麦克风、标号106为第二麦克风、标号107为人耳耳道、标号108为周围环境噪声声波，标号109为进入声学单通路1中的减弱环境噪声声波，标号110为音乐喇叭产生的噪声反相声波、标号111为音乐喇叭产生的音乐声波、标号112为进入声学单通路1中的减弱环境噪声声波109与音乐喇叭产生的噪声反相声波110两者完成物理升序削减干涉后进入人耳耳道的等效噪声声波、标号113为第一麦克风105采集并转化的前馈电信号、标号114为第二麦克风106采集并转化的反馈电信号、标号115为音乐播放器101输出的音乐信号。音乐播放器101和噪声处理器102可能分别或全部放置在耳机外观物理结构103内，也可能分别或全部放置在耳机外观物理结构103外。当人们佩戴上现有技术中的降噪耳机产品后，耳机外观物理结构103和人耳耳道107之间的空间形成一个声学封闭的声学单通路1，人耳耳道107位于声学单通路1中，人耳耳道107可以直接感受声学单通路1中的声音信号，同时耳机外观物理结构103形成了声学单通路1和周围环境之间的物理声学隔离，从而实现声学被动式隔离，因此周围环境噪声声波108进入声学单通路结构1后成为减弱的环境噪声声波109。第一麦克风105采集周围环境噪声声波108的声音信号并将其转化为前馈电信号113，第二麦克风106采集声学单通路中的声音信号并将其转化为反馈电信号114，该前馈电信号113和反馈电信号114再由降噪处理器102转化成与减弱的环境噪声声波109振幅相同但极性相反的噪声反相声波信号，并由音乐喇叭104发射出噪声反相声波110，降噪处理器102也同时转化音乐信号，再由音乐喇叭104发射出音乐声波111，即音乐喇叭104同时发射噪声反相声波110和音乐声波111，这样，减弱的环境噪声声波109和噪声反相声波110两种声波在一个共同的密闭声学单通路1中进行声学削减叠加干涉后在佩戴者人耳耳道107附近生成一个明显减弱的等效噪声声波112，从而有效地减弱周围环境噪声声波108对位于声学单通路1中的音乐声波111的影响，提高佩戴者人耳耳道107实际感应到的音乐信号115的品质。但是，由于周围环境噪声声波108具有复杂的三维信号特性和不可预测性，其与降噪处理器102通过麦克风进行音乐采集到的信号之间难以避免地存在差异，并且，当降噪处理器102同时对采集的噪声信号和音乐信号实施主动降噪信号处理后产生的噪声反相声波110实际上还包括信号处理时间的延迟、以及物理器件本身非线性特性造成的误差等等，这些误差体现为对音乐声波111不同程度的污染(包括底噪和声压等)，这种对音乐声波111的污染被称为主动降噪信号处理对音乐播放器101输出的音乐信号115的损坏。同时，这种具有声学单通路1特征的降噪耳机只能够实现由耳机外观物理结构103形成的一级被动式隔离降噪和由降噪处理器102形成的一级主动式反相声学降噪，因此，这种具备声学单通路1特征的降噪耳机对环境噪声的削减程度是有局限性的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物理分离式双声学通路的降噪耳机，旨在解决现有技术中的降噪耳机存在对音乐声波污染大和对环境噪声削减程度低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种物理分离式双声学通路的降噪耳机，包括用于主动降噪的声学第一通路结构以及用于发射音乐声波的声学第二通路结构，所述声学第一通路结构包括降噪声腔体、一级主动降噪组件及降噪喇叭，所述降噪喇叭设于所述降噪声腔体内，所述降噪喇叭的输出端与所述一级主动降噪组件的输入端连接，所述一级主动降噪组件通过所述降噪喇叭向所述降噪声腔体发射噪声反向声波，所述声学第二通路结构包括音乐声腔体以及音乐播放组件，所述降噪声腔体与所述音乐声腔体在物理空间上相互独立，并且，所述降噪声腔体围设于所述音乐声腔体的外侧，所述音乐声腔体的开口端朝向人耳耳道，所述音乐播放组件通过所述音乐声腔体向人耳耳道播放音乐。
具体地，所述降噪声腔体一体成型于所述音乐声腔体的外侧。
或者，所述降噪声腔体可拆卸地连接于所述音乐声腔体的外侧。
具体地，所述音乐播放组件包括音乐播放器以及音乐喇叭，所述音乐喇叭设于所述音乐声腔体内，所述音乐喇叭与所述音乐播放器的输出端连接，所述音乐喇叭朝向人耳耳道，所述音乐播放器通过所述音乐喇叭向所述音乐声腔体内发射音乐声波。
或者，所述声学第二通路结构还包括二级主动降噪组件，所述音乐播放组件包括音乐处播放器以及音乐喇叭，所述音乐喇叭设于所述音乐声腔体内，所述音乐播放器的输出端与所述二级主动降噪组件的第一输入端连接，所述音乐喇叭的输入端与所述二级主动降噪组件的输出端连接，所述音乐喇叭朝向人耳耳道，所述二级主动降噪组件通过所述音乐喇叭向所述音乐声腔体内发射音乐声波和噪声反向声波。
具体地，所述物理分离式双声学通路的降噪耳机的降噪峰值范围为30～45dB。
具体地，所述物理分离式双声学通路的降噪耳机的降噪平均值范围为25～35dB。
本发明的有益效果：本发明的物理分离式双声学通路的降噪耳机，其工作原理如下：用户将该降噪耳机佩戴于耳道口处，声学第二通路结构的音乐声腔体朝向人耳，声学第一通路结构的降噪声腔体则围设于音乐声腔体的外侧，可利用降噪声腔体和音乐声腔体对环境噪声进行两次被动隔离，进入音乐声腔体内的噪声分贝小，同时，一级主动降噪组件采集或环境噪声或降噪声腔体内的声音或两者中的声音并转化为反向噪声电信号，并将该反向噪声电信号通过降噪喇叭发射形成噪声反向声波，噪声反向声波与进入降噪声腔体内的噪声进行干涉并被逐渐被抵消，而音乐声波由音乐播放组件发射，并且通过音乐声腔体传递至人耳。这样，本发明的物理分离式双声学通路的降噪耳机通过两次被动式降噪和一次主动式降噪对环境噪声大幅度削减，削减程度高，同时，由于降噪过程发生在降噪声腔体内，而音乐播放器是直接通过音乐喇叭在音乐声腔体内发射音乐声波。因此，音乐信号避免了通过主动降噪组件进行的主动降噪信号处理，音乐信号不会受到损坏，音乐品质得到保真。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的降噪耳机的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的物理分离式双声学通路的降噪耳机的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的物理分离式双声学通路的降噪耳机的另一结构示意图。
其中，图中各附图标记：
2—声学第一通路结构 3—声学第二通路结构
201—降噪声腔体 202—一级主动降噪组件
203—降噪喇叭 204—第一降噪处理器
205—第一麦克风 206—第一减弱噪声声波
207—第一噪声反向声波 208—第一等效噪声声波
209—第二减弱噪声声波
301—音乐声腔体 302—音乐播放组件
303—音乐播放器 304—音乐喇叭
305—二级主动降噪组件 306—第二降噪处理器
307—第二麦克风 308—第二噪声反向声波
309—第二等效噪声声波 310—音乐声波。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图2，本发明实施例提供的物理分离式双声学通路的降噪耳机，包括用于主动降噪的声学第一通路结构2以及用于发射音乐声波310的声学第二通路结构3，声学第一通路结构2包括降噪声腔体201、一级主动降噪组件202及降噪喇叭203，降噪喇叭203设于降噪声腔体201内，降噪喇叭203的输入端与一级主动降噪组件202的输出端连接，一级主动降噪组件202通过降噪喇叭203向降噪声腔体201发射噪声反向声波，声学第二通路结构3包括音乐声腔体301以及音乐播放组件302，降噪声腔体201与音乐声腔体301在物理空间上相互独立，并且，降噪声腔体201围设于音乐声腔体301的外侧，音乐声腔体301的开口端朝向人耳耳道，音乐播放组件302通过音乐声腔体301向人耳耳道播放音乐。
本发明实施例提供的物理分离式双声学通路的降噪耳机，其工作原理如下：用户将该降噪耳机佩戴于耳道口处，声学第二通路结构3的音乐声腔体301朝向人耳，声学第一通路结构2的降噪声腔体201则围设于音乐声腔体301的外侧，可利用降噪声腔体201和音乐声腔体301对环境噪声进行两次被动隔离，那么进入音乐声腔体301内的噪声的分贝值降低，同时，一级主动降噪组件202采集或环境中的噪声或降噪声腔体的声音或两者中的声音并实施主动降噪信号处理并转化为反向噪声电信号，并将该反向噪声电信号通过降噪喇叭203发射形成噪声反向声波，噪声反向声波与进入降噪声腔体201内的噪声进行干涉并被逐渐被抵消，而音乐声波310由音乐播放组件302发射，并且通过音乐声腔体301传递至人耳。这样，本发明的物理分离式双声学通路的降噪耳机通过两次被动式降噪和一次主动式降噪对环境噪声大幅度削减，而且削减程度高，同时，音乐信号直接由音乐播放组件302通过音乐喇叭304在音乐声腔体中301中发射，避免了因为降噪声腔体201中一级主动降噪组件202进行的主动降噪信号处理而受到的损坏，从而保证了音乐品质。
具体地，在本实施例中，降噪声腔体201一体成型于音乐声腔体301的外侧。一体化设计便于取放，不易丢失。
或者，与上述实施例不同之处在于，降噪声腔体201可拆卸地连接于音乐声腔体301的外侧。即可根据实际需求对降噪声腔体201进行更换或拆装。
具体地，请参考图2，在本实施例中，一级主动降噪组件202包括第一降噪处理器204以及若干个第一麦克风205，各第一麦克风205的输出端与第一降噪处理器204的各输入端分别连接，降噪喇叭203的输入端与第一降噪处理器204的输出端连接。各第一麦克风205用于采集声音并转化为声电信号，再将声电信号反馈至第一降噪处理器204，第一降噪处理器204对声电信号进行主动降噪信号处理并转化为反向噪声电信号，并且，将反向噪声电信号输出至降噪喇叭203，降噪喇叭203则发射反向噪声声波与进入降噪声腔体201内的噪声声波进行干涉，从而对其进行削减。优选地，请参考图2，在本实施例中，第一麦克风205的数量为两个，其中一第一麦克风205采集环境噪声并转化为前馈电信号，并设于降噪声腔体201外，另一第一麦克风205设于降噪声腔体201内，并且，采集降噪声腔体201内的声音。具体地，环境噪声通过降噪声腔体201的一级被动降噪后形成第一减弱噪声声波206，一个第一麦克风205采集该第一减弱噪声声波206并转化为反馈电信号，另一个第一麦克风205同时采集环境噪声并转化为前馈电信号，该反馈电信号和该前馈电信号反馈至第一降噪处理器204，经过主动降噪信号处理，第一降噪处理器204生成反向噪声电信号，将该反向噪声电信号输出至降噪喇叭203，通过降噪喇叭203在降噪声腔体201内发射第一噪声反向声波207，第一噪声反向声波207与第一减弱噪声声波206振幅相同但极性相反，二者在降噪声腔体201实现物理声学削减干涉，从而达到主动式降噪的目的。第一减弱噪声声波206和第一噪声反向声波207在完成主动式声学削减干涉后呈现为降噪声腔体201中实际存在的第一等效噪声声波208，完成了产品的主动式降噪。当然，根据实际需要，第一麦克风205的数量可以增加或减少。
具体地，请参考2，在本实施例中，第一等效噪声声波208经过音乐声腔体301后衰减为第二减弱噪声声波209，完成二级被动式降噪。即环境噪声在经历了一级被动式降噪、主动式降噪和二级被动式降噪等三次降噪处理后减弱为仍残余的第二减弱噪声声波209。在本实施例中，物理分离式声学双通路的降噪耳机的降噪平均值范围为25～30dB。降噪平均值即能够处理环境噪声的平均分贝值。降噪平均值可为25dB、26dB、27dB、28dB、29dB以及30dB。同时，物理分离式声学双通路的降噪耳机的降噪峰值范围为30～40dB，降噪峰值即能够处理环境噪声的最大分贝值。例如，降噪峰值可为30dB、31dB、32dB、33dB、34dB、35dB、36dB、37dB、38dB、39dB以及40dB。
具体地，请参考图2，在本实施例中，音乐播放组件302包括音乐播放器303以及音乐喇叭302，音乐喇叭302设于音乐声腔体301内，音乐喇叭302与音乐播放器303的输出端连接，音乐喇叭302朝向人耳耳道。由于音乐信号没有经过第一噪声处理器的主动降噪信号处理，音乐信号的品质得到了完整地保留。
具体地，请参考图3，在本实施例中，本发明实施例提供的物理分离式双声学通路的降噪耳机在具备一级主动式降噪的基础上，还具备二级主动式降噪，具体如下：声学第二通路结构3还包括二级主动降噪组件305，音乐播放组件302包括音乐播放器303以及音乐喇叭304，音乐喇叭304设于音乐声腔体301内，音乐播放器的输出端与二级主动降噪组件305的第一输入端连接，音乐喇叭304的输入端与二级主动降噪组件305的输出端连接，二级主动降噪组件305通过音乐喇叭302向音乐声腔体301内同时发射噪声反向声波和音乐声波。这里，二级主动降噪组件305采集音乐声腔体301内的声音和/或降噪声腔体201内的声音，经过主动降噪信号处理转化为反向噪声电信号，并将该反向噪声电信号通过音乐喇叭304发射形成噪声反向声波，噪声反向声波与进入音乐声腔体301内噪声进行干涉并被逐渐被抵消，同时，音乐播放器输出的音乐电信号也由二级主动降噪组件305进行主动降噪信号处理，并由音乐喇叭304发射出音乐声波310。由于进入音乐声腔体301内的噪声经过二次被动式降噪以及一次主动式降噪后大幅减弱，即第二减弱噪声声波209的分贝值已经大幅减小。因此，二级主动降噪组件305实施主动降噪信号处理时对音乐信号的损坏将会降低，从而减少了对音乐品质的损坏。
具体地，请参考图3，在本实施例中，二级主动降噪组件305包括第二降噪处理器306以及若干个第二麦克风307，各第二麦克风307的输出端与第二降噪处理器306的各输入端分别连接，音乐播放器303的输出端与第二降噪处理器306的另一个输入端连接，音乐喇叭304的输入端与第二降噪处理器306的输出端连接。各第二麦克风307用于采集音乐声腔体301内和/或降噪声腔体201内的声音并转化为声电信号，再将该声电信号反馈至第二降噪处理器306。同时，音乐播放组件302通过音乐播放器303的输出端将音乐信号传送至第二降噪处理器306中。第二降噪处理器306对输入的音乐信号和声电信号实施主动降噪信号处理并转化为反向噪声电信号和音乐输出信号，并且，将反向噪声电信号和音乐输出信号输出至音乐喇叭304，音乐喇叭304则发射音乐声波和反向噪声声波与进入音乐声腔体301内的噪声声波进行干涉，从而对噪声声波进行削减。优选地，请参考图3，在本实施例中，第二麦克风307的数量为两个，其中一第二麦克风307采集降噪声腔体201内的噪声，另一第二麦克风307设于音乐声腔体301内，并且，采集音乐声腔体301内的噪声。具体地，第二麦克风307采集第二减弱噪声声波209并转化为反馈电信号，另一个麦克风307采集降噪声腔体201内的声音并转换为前馈电信号，该反馈电信号和该前馈电信号传输至第二降噪处理器306，经过主动降噪信号处理，第二降噪处理器306生成反向噪声电信号，将该反向噪声电信号输出至音乐喇叭304，通过音乐喇叭304在音乐声腔体301内发射第二噪声反向声波308，第二噪声反向声波308与第二减弱噪声声波209振幅相同但极性相反，二者在音乐声腔体301内实现物理声学削减干涉，从而达到二级主动式降噪的目的。第二减弱噪声声波209和第二噪声反向声波308在完成主动式声学削减干涉后呈现为音乐声腔体301中实际存在的第二等效噪声声波309，完成了产品的二级主动式降噪，此时，第二等效噪声声波309可忽略不计。当然，根据实际需要，第二麦克风307的数量可以增加或减少。
具体地，请参考图3，在本实施例中，环境噪声在经历了两次被动式降噪和两次主动式降噪等四次降噪处理后形成残余的第二等效噪声声波309，此时，第二等效噪声声波309可忽略不计。在本实施例中，物理分离式声学双通路的降噪耳机的降噪平均值范围为20～35dB。降噪平均值即能够处理环境噪声的平均分贝值。降噪平均值可为20dB、21dB、22dB、23dB、24dB、25dB、26dB、27dB、28dB、29dB，30dB、31dB、32dB、33dB、34dB，以及35dB。在本实施例中，物理分离式声学双通路的降噪耳机的降噪峰值范围为30～45dB，降噪峰值即能够处理环境噪声的最大分贝值。例如，降噪峰值可为30dB、31dB、32dB、33dB、34dB、35dB、36dB、37dB、38dB、39dB、40dB、41dB、42dB、43dB、44dB以及45dB。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种物理分离式双声学通路的降噪耳机，其特征在于：包括用于主动降噪的声学第一通路结构以及用于发射音乐声波的声学第二通路结构，所述声学第一通路结构包括降噪声腔体、一级主动降噪组件及降噪喇叭，所述降噪喇叭的输出端与所述一级主动降噪组件的输入端连接，所述一级主动降噪组件通过所述降噪喇叭向所述降噪声腔体发射噪声反向声波，所述声学第二通路结构包括音乐声腔体以及音乐播放组件，所述降噪声腔体与所述音乐声腔体在物理空间上相互独立，并且，所述降噪声腔体围设于所述音乐声腔体的外侧，所述音乐声腔体的开口端朝向人耳耳道，所述音乐播放组件通过所述音乐声腔体向人耳耳道播放音乐。
2.根据权利要求1所述的物理分离式双声学通路的降噪耳机，其特征在于：所述降噪声腔体一体成型于所述音乐声腔体的外侧。
3.根据权利要求1所述的物理分离式双声学通路的降噪耳机，其特征在于：所述降噪声腔体可拆卸地连接于所述音乐声腔体的外侧。
4.根据权利要求1所述的物理分离式双声学通路的降噪耳机，其特征在于：所述音乐播放组件包括音乐播放器以及音乐喇叭，所述音乐喇叭设于所述音乐声腔体内，所述音乐喇叭与所述音乐播放器的输出端连接，所述音乐喇叭朝向人耳耳道，所述音乐播放器通过所述音乐喇叭向所述音乐声腔体内发射音乐声波和音乐声波。
5.根据权利要求1所述的物理分离式双声学通路的降噪耳机，其特征在于：所述声学第二通路结构还包括二级主动降噪组件，所述音乐播放组件包括音乐播放器以及音乐喇叭，所述音乐喇叭设于所述音乐声腔体内，所述音乐播放器的输出端与所述二级主动降噪组件的第一输入端连接，所述音乐喇叭的输入端与所述二级主动降噪组件的输出端连接，所述音乐喇叭朝向人耳耳道，所述二级主动降噪组件通过所述音乐喇叭向所述音乐声腔体内发射噪声反向声波和音乐声波。
6.根据权利要求1至5任一项所述的物理分离式双声学通路的降噪耳机，其特征在于：所述物理分离式双声学通路的降噪耳机的降噪峰值范围为30～45dB。
7.根据权利要求6所述的物理分离式双声学通路的降噪耳机，其特征在于：所述物理分离式双声学通路的降噪耳机的降噪平均值范围为25～35dB。
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