CN109660893B - 噪音消除装置及噪音消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种噪音消除装置包含收音模组、测距模组、噪音消除模组以及扬声模组。收音模组用以接收噪音。测距模组用以发出测距信号至物体，并根据经物体反射的测距信号来计算物体的距离信息。噪音消除模组与收音模组及测距模组连接，用以根据噪音而产生噪音的反相信号。扬声模组与噪音消除模组连接，用以根据反相信号产生抗噪音，并根据距离信息以发出抗噪音。

Description

噪音消除装置及噪音消除方法
技术领域
本发明涉及一种噪音消除装置及噪音消除方法，尤指一种具有主动式噪音消除功能的噪音消除装置及噪音消除方法。
背景技术
一般来说，当使用者在嘈杂的环境中使用笔记本电脑时，难免会受到噪音的干扰而导致分心，通常的改善方式为使用者戴上耳塞或耳机以阻隔噪音。然而，长时间戴着耳塞或耳机将造成使用者耳朵的不适，反而造成另外一种困扰。
发明内容
本发明的实施例公开一种噪音消除装置及一种噪音消除方法。
本发明公开的一种噪音消除装置包含收音模组、测距模组、噪音消除模组以及扬声模组。收音模组用以接收噪音。测距模组用以发出测距信号至物体，并根据经物体反射的测距信号来计算物体的距离信息。噪音消除模组与收音模组及测距模组连接，用以根据噪音而产生噪音的反相信号。扬声模组与噪音消除模组连接，用以根据反相信号产生抗噪音，并根据距离信息以发出抗噪音。
本发明公开的一种噪音消除方法应用于噪音消除装置，噪音消除方法包含藉由收音模组接收噪音。藉由测距模组发出测距信号至物体，并根据经物体反射的测距信号来计算物体的距离信息。藉由噪音消除模组根据噪音而产生噪音的反相信号。藉由扬声模组根据反相信号产生抗噪音，并根据距离信息以发出抗噪音。
综上所述，本发明公开的噪音消除装置及噪音消除方法藉由收音模组、测距模组、噪音消除模组及扬声模组而在使用者的耳朵位置形成降噪区，且降噪区将随着使用者移动而移动，藉此当使用者在嘈杂的环境中使用噪音消除装置时，由于来自外部环境的噪音已被扬声模组产生的抗噪音抵销，因此使用者并不会受到此噪音的干扰而导致分心，且此种抗噪音机制亦不会造成使用者的不适。
附图说明
为让本发明内容的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式说明如下：
图1为本发明的一实施例所示的噪音消除装置与物体的示意图；
图2为本发明的一实施例所示的噪音消除装置与物体的功能方块图；
图3为本发明的一实施例所示的噪音消除方法的流程图；
图4为本发明的一实施例所示的距离信息的示意图。
符号说明：
100：噪音消除装置
110：收音模组
130：测距模组
150：噪音消除模组
170：扬声模组
200：噪音消除方法
S110～S170：步骤
ANS：抗噪音
DI：距离信息
DS：测距信号
D1：第一距离
D2：第二距离
D3：第三距离
D4：第四距离
D5：第五距离
NS：噪音
RDS：经物体反射的测距信号
RS：反相信号
OB：物体
α：第一夹角
β：第二夹角
具体实施方式
下文举实施例配合所附图式作详细说明，以更好地理解本案，但所提供的实施例并非用以限制本案所涵盖的范围，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本案所涵盖的范围。
关于本文中所使用的『包含』、『具有』等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的用词，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此公开的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本发明的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本发明的描述上额外的引导。
请参照图2及图2，图1为根据本发明的一实施例所示的噪音消除装置100与物体OB的示意图，图2为本发明的一实施例所示的噪音消除装置100与物体OB的功能方块图。
噪音消除装置100包含收音模组110、测距模组130、噪音消除模组150以及扬声模组170。
噪音消除模组150其与收音模组110、测距模组130及扬声模组170连接。
于一实施例中，噪音消除装置100其以笔记本电脑作为示例，然并不以此为限，凡是作用类似同笔记本电脑的装置皆属于本发明保护的范畴，例如一体式电脑(All-in OnePC,AIO)或智能手机等。
于一实施例中，收音模组110其以麦克风作为示例，测距模组130其以红外线测距仪作为示例，噪音消除模组150以主动式噪音消除(active noise cancellation,ANC)晶片作为示例，扬声模组170其以扬声器作为示例，然皆并不以此为限。
于一实施例中，物体OB以人的耳朵作为示例。
再请一并参照图1至图3，图3为根据本发明的一实施例所示的噪音消除方法200的流程图。图3的噪音消除方法200可应用图1及图2的噪音消除装置100以实施。
于步骤S 110中，收音模组110可接收自外部环境产生的噪音NS，例如聊天的声音或物品碰撞的声音。
于步骤S 130中，测距模组130可发出测距信号DS至物体OB，并根据经物体OB反射的测距信号RDS来计算物体OB的距离信息DI。
于一实施例中，测距信号DS其以红外线作为示例。
进一步地，关于距离信息DI的详细说明请同时参照图4，其为本发明的一实施例所示的距离信号DI的示意图。
首先，收音模组110、测距模组130、扬声模组170及物体OB的配置如图4所示，此配置仅为示例，并不以此为限。
接着，进一步地界定收音模组110、测距模组130、扬声模组170及物体OB之间的距离，即第一距离D1、第二距离D2、第三距离D3、第四距离D4及第五距离D5。第一距离D1为物体OB与测距模组130之间的距离。第二距离D2为物体OB与收音模组110之间的距离。第三距离D3为物体OB与扬声模组170之间的距离。第四距离D4为测距模组130与收音模组110之间的距离，且为已知的数值。第五距离D5为测距模组130与扬声模组170之间的距离，且为已知的数值。
距离信息DI包含第一距离D1、第二距离D2及第三距离D3。
第一距离D1可藉由测距模组130而被计算出来。具体来说，测距模组130发出测距信号DS至物体OB，并根据经物体OB反射的测距信号RDS来计算出第一距离D1。详言之，测距模组130包含计时器(图未示)，用以测定测距信号DS从发送到接收的时间，计算出第一距离D1。
第二距离D2可根据第一距离D1与第四距离D4而被测距模组130计算出来。详言之，收音模组110、测距模组130及物体OB形成一个三角形，第一距离D1、第二距离D2及第四距离D4分别为此三角形的三个边的长度。
在此三角形的其中二边的长度，即第一距离D1与第四距离D4，以及此二边的第一夹角α被计算出来后，即可依据三角函数中的余弦定理计算出此三角形的剩余一边的长度，即第二距离D2。也就是说，第一距离D1、第二距离D2、第四距离D4及第一夹角α可满足下列公式：
D22＝D12+D42-2×D1×D4×cos(α)。
第三距离D3可根据第一距离D1与第四距离D4而被测距模组130计算出来。详言之，测距模组130、扬声模组170及物体OB形成一个三角形，第一距离D1、第三距离D3及第五距离D5分别为此三角形的三个边的长度。
在此三角形的其中二边的长度，即第一距离D1与第五距离D5，以及此二边的第二夹角β被计算出来后，即可依据三角函数中的余弦定理计算出此三角形的剩余一边的长度，即第三距离D3。也就是说，第一距离D1、第三距离D3、第五距离D5及第二夹角β可满足下列公式：
D32＝D12+D52-2×D1×D5×cos(β)。
于步骤S150中，噪音消除模组150可根据噪音NS而产生噪音NS的反相信号RS。
具体来说，当收音模组110接收噪音NS时，噪音消除模组150即可分析噪音NS，并取出噪音NS的相位、频率及振幅。
于步骤S170中，扬声模组170可根据反相信号RS产生抗噪音ANS，并根据距离信息DI以发出抗噪音ANS。
由于第二距离D2及声速为已知，因此噪音消除模组150可计算物体OB接收到噪音NS的第一时间T1。
噪音消除模组150可根据已知的第三距离D3、声速及第一时间T1，而计算何时产生噪音NS的反相信号RS，其中反相信号RS的频率及振幅与噪音NS相同，反相信号RS的相位与噪音NS的相位相差180度。也就是说，噪音消除模组150可根据第三距离D3及第一时间T1而计算产生反相信号RS的第二时间T2，第一时间T1、第二时间T2、第二距离D2及第三距离D3可满足下列公式：
Figure BDA0001429519620000081
具体来说，当噪音消除模组150在第二时间T2产生反相信号RS时，扬声模组170即可产生抗噪音ANS，其中抗噪音ANS的频率及振幅与噪音NS相同，抗噪音ANS的相位与噪音NS的相位相差180度。
藉此，对于物体OB而言，物体OB将接收到噪音NS及抗噪音ANS，由于噪音NS及抗噪音ANS具有相同的频率及振幅，且二者相位相差180度，因此噪音NS的声波与抗噪音ANS的声波将发生破坏性干涉，而彼此互相抵销，此时在物体OB的位置将形成降噪区，且降噪区将随着物体OB移动而移动。
以下将进一步说明第一时间T1及第二时间T2的例子。
首先，假设收音模组110、测距模组130、扬声模组170及物体OB的配置如图4所示，且第二距离D2为第三距离D3的两倍。
在收音模组110接收到噪音NS后，噪音消除模组150可根据第二距离D2而计算物体OB接收到噪音NS的第一时间T1，例如为二秒。
接着，为了使得物体OB的位置形成降噪区，物体OB必须同时接收到噪音NS及抗噪音ANS。目前已知物体OB接收到噪音NS的第一时间T1为二秒，根据第二距离D2为第三距离D3的两倍的假设，由于噪音NS及抗噪音ANS的声速都相同，因此可以进一步推得当自扬声模组170产生的抗噪音ANS的第二时间T2为一秒时，物体OB即可同时接收到噪音NS及抗噪音ANS，而使得物体OB的位置形成降噪区，以达到噪音NS消除的目的。应注意的是，上述第一时间T1及第二时间T2的数值仅为例示，并非实际数值。
综上所述，本发明的噪音消除装置及噪音消除方法藉由收音模组、测距模组、噪音消除模组及扬声模组而在使用者的耳朵位置形成降噪区，且降噪区将随着使用者移动而移动，藉此当使用者在嘈杂的环境中使用噪音消除装置时，由于来自外部环境的噪音已被扬声模组产生的抗噪音抵销，因此使用者并不会受到此噪音的干扰而导致分心，且此种抗噪音机制亦不会造成使用者的不适。
虽然本案已以实施例公开如上，然其并非用以限定本案，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，故本案的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (6)

1.一种噪音消除装置，其特征在于，包含：
一收音模组，用以接收一噪音；
一测距模组，用以发出一测距信号至一物体，并根据经该物体反射的该测距信号来计算该物体的一距离信息；
一噪音消除模组，与该收音模组及该测距模组连接，并用以根据该噪音而产生该噪音的一反相信号；以及
一扬声模组，与该噪音消除模组连接，用以根据该反相信号产生一抗噪音，并根据该距离信息以发出该抗噪音；
其中该距离信息包含一第一距离、一第二距离及一第三距离，该第一距离、该第二距离及该第三距离分别为该物体与该测距模组、该物体与该收音模组及该物体与该扬声模组之间的一距离，噪音消除模组根据该第二距离及一声速计算出该物体接收到该噪音的一第一时间，该噪音消除模组根据该第三距离及该第一时间计算出产生该反相信号的一第二时间；
其中该测距模组用以根据该第一距离、一第四距离与一第一夹角计算该第二距离，该测距模组用以根据该第一距离、一第五距离与一第二夹角而计算该第三距离，该四距离及该第五距离分别为该测距模组与该收音模组及该测距模组与该扬声模组之间的一距离，该第一夹角为连接于该测距模组与该物体的一边与连接于该测距模组与该收音模组的一边的一夹角，该第二夹角为连接于该测距模组与该物体的该边与连接于该测距模组与该扬声模组的一边的一夹角。
2.如权利要求1所述的噪音消除装置，其特征在于，其中该第一时间、该第二时间、该第二距离、该第三距离及满足下列公式：
Figure FDA0002255450130000021
其中T1为该第一时间、T2为该第二时间、D2为该第二距离及D3为该第三距离。
3.如权利要求1所述的噪音消除装置，其特征在于，其中该第一距离、该第二距离、该第三距离、该第四距离、该第五距离、该第一夹角及该第二夹角满足下列公式：
D22＝D12+D42-2×D1×D4×cos(α)，
D32＝D12+D52-2×D1×D5×cos(β)，
其中D1为该第一距离、D2为该第二距离、D3为该第三距离、D4为该第四距离、D5为该第五距离、α为该第一夹角及β为该第二夹角。
4.一种噪音消除方法，应用于一噪音消除装置，其特征在于，其中该噪音消除方法包含：
藉由一收音模组接收一噪音；
藉由一测距模组发出一测距信号至一物体，并根据经该物体反射的该测距信号来计算该物体的一距离信息；
藉由一噪音消除模组根据该噪音而产生该噪音的一反相信号；以及
藉由一扬声模组根据该反相信号产生一抗噪音，并根据该距离信息以发出该抗噪音；
其中该距离信息包含一第一距离、一第二距离及一第三距离，该第一距离、该第二距离及该第三距离分别为该物体与该测距模组、该物体与该收音模组及该物体与该扬声模组之间的一距离，噪音消除模组根据该第二距离及一声速计算出该物体接收到该噪音的一第一时间，该噪音消除模组根据该第三距离及该第一时间计算出产生该反相信号的一第二时间；
其中该测距模组用以根据该第一距离、一第四距离与一第一夹角而计算该第二距离，该测距模组用以根据该第一距离、一第五距离与一第二夹角而计算该第三距离，该四距离及该第五距离分别为该测距模组与该收音模组及该扬声模组之间的一距离，该第一夹角为连接于该测距模组与该物体的一边与连接于该测距模组与该收音模组的一边的一夹角，该第二夹角为连接于该测距模组与该物体的该边与连接于该测距模组与该扬声模组的一边的一夹角。
5.如权利要求4所述的噪音消除方法，其特征在于，其中该第一时间、该第二时间、该第二距离、该第三距离及满足下列公式：
Figure FDA0002255450130000041
其中T1为该第一时间、T2为该第二时间、D2
为该第二距离及D3为该第三距离。
6.如权利要求4所述的噪音消除方法，其特征在于，其中该第一距离、该第二距离、该第三距离、该第四距离、该第五距离、该第一夹角及该第二夹角满足下列公式：
D22＝D12+D42-2×D1×D4×cos(α)，
D32＝D12+D52-2×D1×D5×cos(β)，
其中D1为该第一距离、D2为该第二距离、D3为该第三距离、D4为该第四距离、D5为该第五距离、α为该第一夹角及β为该第二夹角。
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