CN109040889B - 一种反馈降噪耳机及其反馈电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反馈降噪耳机及其反馈电路，包括降噪麦克风，还包括幅度响应的斜率在输入信号从第一频率值进入第二频率值时为负，在第二频率值及之后频段为正的控制电路，且控制电路的幅度与相位在以所述第二频率值为起点之后的预设范围内呈正相关。通过该种方式，便可以使得控制电路的传递函数H在第二频率值时的幅度是最小的，从而实现将馈降噪耳机中的喇叭到降噪麦克风的声学通道的传递函数G的高频峰值压低，使得GH的幅度在该频段变低至与原来G未改变时的GH的幅度，或者两者相差预设值，以此来避免啸叫的产生。本申请还使相位过渡带尽量宽，避免GH的相位在高频段迅速穿过过渡带，造成局部频段噪声集中抬升。

Description

一种反馈降噪耳机及其反馈电路

技术领域

本发明涉及噪声处理技术领域，特别是涉及一种反馈降噪耳机及其反馈电路。

背景技术

用户在收听音频(例如音乐)时通常会佩戴耳机，在用户佩戴耳机等过程中很容易按压到耳机的声腔结构，而耳机的声腔结构与耳机的反馈降噪控制系统中的G(反馈降噪耳机中的喇叭到降噪麦克风的声学通道的传递函数)有关，声腔结构的变化将引起G的改变，进而导致反馈降噪控制系统的失稳。具体地，耳机在按压状态下与正常佩戴状态下的主要改变在于G的幅值最高点对应的频率(也称为高频峰)的前移，由于通常情况下控制电路的传递函数H是不变的，则容易导致相位过渡带内GH的幅度的突变，极易引起反馈噪声控制系统产生啸叫。

发明内容

本发明的目的是提供一种反馈降噪耳机及其反馈电路，避免啸叫的产生，还避免了GH的相位在高频段迅速穿过过渡带，造成的局部频段噪声集中抬升。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于反馈降噪耳机的反馈电路，包括降噪麦克风，还包括幅度响应的斜率在输入信号从第一频率值进入第二频率值时为负，在所述第二频率值及之后频段为正的控制电路，且所述控制电路的幅度与相位在以所述第二频率值为起点之后的预设范围内呈正相关；

所述第一频率值为开环传递函数GH的相位过渡带的起点对应的输入信号的频率，G为所述反馈降噪耳机中的喇叭到所述降噪麦克风的声学通道的传递函数，H为所述控制电路的传递函数，所述第二频率值为不大于G在所述第一频率值之后、所述反馈降噪耳机正常佩戴时的幅值最高点对应的频率值且不小于G在所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的频率值。

优选地，所述控制电路为数字滤波器。

优选地，还包括：

压力采集装置，用于采集所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的压力；

处理器，用于根据预设的压力与G在所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的对应关系及所述被按压时的压力确定所述被按压时的压力对应的G的当前的幅值最高点对应的频率值，进而根据所述当前的幅值最高点对应的频率值确定第二频率值，并控制所述数字滤波器的第二频率值调整为新确定的第二频率值。

优选地，所述控制电路为模拟滤波器，所述第二频率值为小于G在所述第一频率值之后、所述反馈降噪耳机正常佩戴时的幅值最高点对应的频率值且大于G在所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压到极限时的幅值最高点对应的频率值的预设频率值。

优选地，所述模拟滤波器包括陷波滤波器，所述陷波滤波器的陷波频率等于所述第二频率值。

优选地，所述第一频率值为1k Hz。

优选地，所述第二频率值的范围为2k Hz-5k Hz。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种反馈降噪耳机，包括喇叭、耳罩，还包括如上述所述的反馈电路。

优选地，在所述反馈电路包括用于采集所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的压力的压力采集装置及用于根据预设的压力与G在所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的对应关系及所述被按压时的压力确定所述被按压时的压力对应的G的当前的幅值最高点对应的频率值，进而根据所述当前的幅值最高点对应的频率值确定第二频率值，并控制所述数字滤波器的第二频率值调整为新确定的第二频率值的处理器时，所述反馈降噪耳机还包括：

传感器，用于检测所述反馈降噪耳机是否处于佩戴状态；

所述处理器还用于在判定所述反馈降噪耳机处于佩戴状态时，触发所述压力采集装置动作，否则，不触发所述压力采集装置动作。

优选地，所述传感器为接近传感器。

本发明提供了一种反馈降噪耳机及其反馈电路，包括降噪麦克风，还包括幅度响应的斜率在输入信号从第一频率值进入第二频率值时为负，在第二频率值及之后频段为正的控制电路，且控制电路的幅度与相位在以所述第二频率值为起点之后的预设范围内呈正相关。通过该种方式，便可以使得控制电路的传递函数H在第二频率值时的幅度是最小的，从而实现将馈降噪耳机中的喇叭到降噪麦克风的声学通道的传递函数G的高频峰值压低，使得GH的幅度在该频段变低至与原来G未改变时的GH的幅度，或者两者相差预设值(适当误差范围是允许的，不影响用户体验)，以此来避免啸叫的产生。又由于控制电路的幅度与相位在以第二频率值为起点之后的预设范围内呈正相关，因此，本申请设定第二频率值之后为正斜率，则相位也是正斜率的，从而实现对高频相位进行抬升，以使相位过渡带尽量宽，避免GH的相位在高频段迅速穿过过渡带，造成局部频段噪声集中抬升。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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为本发明提供的一种用于反馈降噪耳机的反馈电路的结构示意图；

图2为一种反馈降噪耳机的结构原理图；

图3为图2所示的反馈降噪耳机的反馈噪声控制系统的框图；

图4为本发明提供的一种不同状态的G的幅度响应图；

图5为本发明提供的一种在G改变时，控制电路的H的幅度响应图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种反馈降噪耳机及其反馈电路，避免啸叫的产生，还避免了GH的相位在高频段迅速穿过过渡带，造成的局部频段噪声集中抬升。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参照图1，图1为本发明提供的一种用于反馈降噪耳机的反馈电路的结构示意图，该反馈电路包括降噪麦克风1，还包括幅度响应的斜率在输入信号从第一频率值进入第二频率值时为负，在第二频率值及之后频段为正的控制电路2，且控制电路2的幅度与相位在以第二频率值为起点之后的预设范围内呈正相关；

第一频率值为开环传递函数GH的相位过渡带的起点对应的输入信号的频率，G为反馈降噪耳机中的喇叭到降噪麦克风1的声学通道的传递函数，H为控制电路2的传递函数，第二频率值为不大于G在第一频率值之后、反馈降噪耳机正常佩戴时的幅值最高点对应的频率值且不小于G在反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的频率值。

为方便对本发明的介绍，首先请参照图2和图3，图2为一种反馈降噪耳机的结构原理图，图3为图2所示的反馈降噪耳机的反馈噪声控制系统的框图。其中，G为喇叭到误差麦克风的声学通道的传递函数，H为控制电路2的传递函数，c为控制信号，d为渗透到耳罩内的噪声信号，e为d和c混合后的噪声信号。噪声进入耳罩内，误差麦克风会采集噪声信号，然后通过控制电路2产生等值反相信号以抵消噪声信号。在该过程中，当反馈噪声控制系统的开环传递函数GH的幅度在0dB时，为使反馈噪声控制系统不发生啸叫，相位应大于-360°，同时为使耳机在受到一些外部干扰时也能保持稳定，还应留有45°左右的余量。通常在反馈降噪耳机中，此处的余量留有60°左右。可见，为了使得反馈降噪耳机稳定，需要使得反馈噪声控制系统的开环传递函数GH稳定。

本申请背景技术中提到，耳机的声腔结构被按压时，可能会引起G的改变，又由于通常情况下控制电路2的传递函数H是不变的，则容易导致相位过渡带内GH的幅度的突变，极易引起反馈噪声控制系统产生啸叫。

为解决上述技术问题，本申请的思路为：通过改变H进而使得GH的幅度和原本G未改变时的GH的幅度相差预设值(可以为零)。

请参照图4和图5，图4为本发明提供的一种不同状态的G的幅度响应图，图5为本发明提供的一种在G改变时，控制电路的H的幅度响应图。

首先需要说明的是，本申请中的第一频率值为开环传递函数GH的相位过渡带的起点对应的输入信号的频率，相位过渡带通常指的是-360°±60°，但本申请中涉及到的相位过渡带指的是-300°—-360°，主要原因是这一段GH的幅度较高(由于“水床效应”引起)，容易引起造成抬升甚至啸叫。

具体地，本申请首先确定前移后的高频峰F_p，高频峰前移了多少与按压耳机的力有关，力越大，高频峰前移越多。在实际应用中，可以先确定G在第一频率值之后、反馈降噪耳机正常佩戴时的幅值最高点对应的频率值(最大高频峰F_p)，以及G在反馈降噪耳机的声腔结构被按压到极限时的幅值最高点对应的频率值的频率值(最小高频峰F_p)，虽然在反馈降噪耳机被按压时很少被按压到极限(被按压到极限后，即便压力再大，高频峰F_p也不变)，但该种情况仍需被考虑进去。基于此，可以预先建立按压力与高频峰的对应关系，以便后续在使用时，可以通过按压力来确定高频峰，进而确定控制电路2的特性。

在确定按压力与高频峰的对应关系后，可以根据控制电路2的具体实现来确定如何确定第二频率值。

具体地，在控制电路2为模拟滤波器时，由于模拟滤波器的电路结构一旦确定，便不能实时改变，也即无法跟随高频峰F_p，又考虑到反馈降噪耳机被按压时一般较少出现被按压到极限的情况，因此，可以在反馈降噪耳机正常佩戴时的高频峰对应的频率值与G在反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的高频峰对应的频率值之间(不包括两端点)按照预设规则确定第二频率值，例如，可以取反馈降噪耳机正常佩戴时的高频峰对应的频率值与G在反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的高频峰对应的频率值的中间值来作为第二频率值，当然，也可以取上述两个高频峰之间的其他值作为第二频率值，本申请在此不作特别的限定，可以根据反馈降噪耳机本身特性来定。

在控制电路2为数字滤波器时，由于数字滤波器可以跟随高频峰F_p，因此，可以设置压力采集装置和处理器，以便处理器根据压力采集装置采集到的反馈降噪耳机被按压的力来确定第二频率值，进而控制数字滤波器对第二频率值的跟随，详细介绍请参照下述实施例。

在确定第二频率值后，确定控制电路2的幅度响应具体为：1k Hz-第二频率值频段内，幅度响应为负斜率，大于第二频率值的频段，幅度响应为正斜率。通过该种方式，便可以使得H在第二频率值时的幅度是最小的，从而平衡G在第二频率值时的幅值的异常升高，使得GH的幅度在该频段变低至与原来G未改变时的GH的幅度，或者两者相差预设值(适当误差范围是允许的，不影响用户体验)，以此来避免啸叫的产生。

可见，第二频率值之前为负斜率，主要是将进入相位过渡带内GH的幅度减小，降低噪声抬升和避免啸叫。但由于控制电路2的幅度与相位在第二频率值之前的存在一段范围内二者也是近似呈正相关，在该预设范围内，H的幅度的降低也会导致相位掉落较快，使降噪频段变窄，甚至引起其他频段的啸叫。又由于控制电路2的幅度与相位在以第二频率值为起点之后的预设范围内(不同的降噪麦克风1，这里的预设范围也可能不同，根据实际情况来定)呈正相关，因此，本申请设定第二频率值之后为正斜率，则相位也是正斜率的，从而实现对高频相位进行抬升，以使相位过渡带尽量宽，避免GH的相位在高频段迅速穿过过渡带，造成局部频段噪声集中抬升。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，控制电路2为数字滤波器。

需要说明的是，数字滤波器进行滤波时通常有延时，由于本申请中的设计可以对高频相位进行补偿，因此，可以减小数字滤波器的延时影响，也即采用本申请的设计允许数字滤波器具有一定的延时，而数字滤波器的延时与价格成反比，即数字滤波器延时越长，价格越低，因此，采用本申请可以选用具有一定延时的数字滤波器，价格低，降低了反馈降噪耳机的成本。

作为一种优选地实施例，还包括：

压力采集装置，用于采集反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的压力；

处理器，用于根据预设的压力与G在反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的对应关系及被按压时的压力确定被按压时的压力对应的G的当前的幅值最高点对应的频率值，进而根据当前的幅值最高点对应的频率值确定第二频率值，并控制数字滤波器的第二频率值调整为新确定的第二频率值。

具体地，上述实施例中有提到，由于数字滤波器可以跟随高频率F_p，在实际应用中，可以先建立按压反馈降噪耳机的压力与G在反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的对应关系，在后续使用过程中，压力采集装置采集用户在佩戴或者其他状态下按压反馈降噪耳机的声腔结构的压力，并将压力传输至处理器，处理器根据采集到的压力以及预设的对应关系确定G的当前的幅值最高点对应的频率值，根据当前的幅值最高点对应的频率值与正常情况下的G的幅值最高点对应的频率值确定当前的第二频率值，并控制数字滤波器的第二频率值调整为新确定的第二频率值，以实现新的高频峰F_p的跟随。具体地，通过调整控制电路2的数字电路结构，以便使得其幅度响应的斜率在输入信号从第一频率值进入第二频率值时为负，在第二频率值及之后频段为正。

通过该实施例，使得可以根据用户按压耳机的压力的大小来调整控制电路2的特性，提高了反馈电路的灵活性和适应性，保证了反馈降噪耳机的工作稳定性，提高了用户体验。

作为一种优选地实施例，控制电路2为模拟滤波器，第二频率值为小于G在第一频率值之后、反馈降噪耳机正常佩戴时的幅值最高点对应的频率值且大于G在反馈降噪耳机的声腔结构被按压到极限时的幅值最高点对应的频率值的预设频率值。

首先需要说明的是，控制电路2可以选用数字滤波器，也可以选用模拟滤波器，具体选用哪种方式根据实际情况来定。

作为一种优选地实施例，模拟滤波器包括陷波滤波器，陷波滤波器的陷波频率等于第二频率值。

具体地，上述实施例提到，控制电路2的幅度响应是先下降再上升，为了实现这种特性，可以在控制电路2中加入陷波频率等于第二频率值的陷波滤波器，这样，控制电路2便能够实现H在第二频率值时的幅度是最小的。当然，这里的控制电路2也可以选用其他类型的滤波器，能实现本申请的目的即可。

作为一种优选地实施例，第一频率值为1k Hz。

在实际应用中，反馈降噪耳机的主要降噪频段通常在1k Hz之前，1k Hz附近开始往高频进入过渡带，即相位进入-300°—-360°，由于“水床效应”的存在，1k Hz之后的频段内将会出现噪声的抬升甚至啸叫，因此，为了对由于“水床效应”产生的噪声的抬升及啸叫进行相应地有效降低及避免，可以将第一频率值设置为1k Hz。这里的第一频率值还可以设置为其他数值，视实际情况来定。

作为一种优选地实施例，第二频率值的范围为2k Hz-5k Hz。

当然，本申请对于第二频率值的具体取值不作特别的限定，根据实际情况来定。在实际应用中，可以预先建立按压力与高频峰的对应关系，后续在使用时，通过按压力来确定高频峰，进而确定控制电路2的特性。

本发明还提供了一种反馈降噪耳机，包括喇叭、耳罩，还包括如上述的反馈电路。

对于本发明提供的反馈降噪耳机中的反馈电路的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。

作为一种优选地实施例，在反馈电路包括用于采集反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的压力的压力采集装置及用于根据预设的压力与G在反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的对应关系及被按压时的压力确定被按压时的压力对应的G的当前的幅值最高点对应的频率值，进而根据当前的幅值最高点对应的频率值确定第二频率值，并控制数字滤波器的第二频率值调整为新确定的第二频率值的处理器时，反馈降噪耳机还包括：

传感器，用于检测反馈降噪耳机是否处于佩戴状态；

处理器还用于在判定反馈降噪耳机处于佩戴状态时，触发压力采集装置动作，否则，不触发压力采集装置动作。

具体地，本申请中，为了避免不管用户有没有佩戴反馈降噪耳机，压力采集装置均一直处于压力采集的工作状态而造成的压力采集装置耗电量高、减少使用寿命的情况的出现，本申请还设置了传感器，传感器用于检测反馈降噪设计是否处于佩戴状态，处理器根据传感器采集到的信息判断反馈降噪耳机是否处于佩戴状态，只有在反馈降噪耳机处于佩戴状态时才触发压力采集装置进行压力采集，否则，不触发压力采集装置进行压力采集。采用本实施例的方案，减少了压力采集装置的耗电量，提高了压力采集装置的使用寿命。

作为一种优选地实施例，传感器为接近传感器。

具体地，接近传感器用来检测用户是否靠近反馈降噪耳机，进而可以用来判定反馈降噪耳机是否处于佩戴状态。接近传感器具有精度高、成本低的优点。当然，这里的传感器还可以为其他类型的传感器，本申请在此不做特别的限定。

需要说明的是，在本说明书中，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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于反馈降噪耳机的反馈电路，其特征在于，包括降噪麦克风，还包括幅度响应的斜率在输入信号从第一频率值进入第二频率值时为负，在所述第二频率值及之后频段为正的控制电路，且所述控制电路的幅度与相位在以所述第二频率值为起点之后的预设范围内呈正相关；

所述第一频率值为开环传递函数GH的相位过渡带的起点对应的输入信号的频率，G为所述反馈降噪耳机中的喇叭到所述降噪麦克风的声学通道的传递函数，H为所述控制电路的传递函数，所述第二频率值为不大于G在所述第一频率值之后、所述反馈降噪耳机正常佩戴时的幅值最高点对应的频率值且不小于G在所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的频率值；

所述相位过渡带的范围为-300°—-360°。

2.如权利要求1所述的用于反馈降噪耳机的反馈电路，其特征在于，所述控制电路为数字滤波器。

3.如权利要求2所述的用于反馈降噪耳机的反馈电路，其特征在于，还包括：

压力采集装置，用于采集所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的压力；

处理器，用于根据预设的压力与G在所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的对应关系及所述被按压时的压力确定所述被按压时的压力对应的G的当前的幅值最高点对应的频率值，进而根据所述当前的幅值最高点对应的频率值确定第二频率值，并控制所述数字滤波器的第二频率值调整为新确定的第二频率值。

4.如权利要求1所述的用于反馈降噪耳机的反馈电路，其特征在于，所述控制电路为模拟滤波器，所述第二频率值为小于G在所述第一频率值之后、所述反馈降噪耳机正常佩戴时的幅值最高点对应的频率值且大于G在所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压到极限时的幅值最高点对应的频率值的预设频率值。

5.如权利要求4所述的用于反馈降噪耳机的反馈电路，其特征在于，所述模拟滤波器包括陷波滤波器，所述陷波滤波器的陷波频率等于所述第二频率值。

6.如权利要求1所述的用于反馈降噪耳机的反馈电路，其特征在于，所述第一频率值为1k Hz。

7.如权利要求1所述的用于反馈降噪耳机的反馈电路，其特征在于，所述第二频率值的范围为2k Hz-5k Hz。

8.一种反馈降噪耳机，其特征在于，包括喇叭、耳罩，还包括如权利要求1-7任一项所述的反馈电路。

9.如权利要求8所述的反馈降噪耳机，其特征在于，在所述反馈电路包括用于采集所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的压力的压力采集装置及用于根据预设的压力与G在所述反馈降噪耳机的声腔结构被按压时的幅值最高点对应的频率值的对应关系及所述被按压时的压力确定所述被按压时的压力对应的G的当前的幅值最高点对应的频率值，进而根据所述当前的幅值最高点对应的频率值确定第二频率值，并控制数字滤波器的第二频率值调整为新确定的第二频率值的处理器时，所述反馈降噪耳机还包括：

传感器，用于检测所述反馈降噪耳机是否处于佩戴状态；

所述处理器还用于在判定所述反馈降噪耳机处于佩戴状态时，触发所述压力采集装置动作，否则，不触发所述压力采集装置动作。

10.如权利要求9所述的反馈降噪耳机，其特征在于，所述传感器为接近传感器。

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