CN109864515B - 一种反馈式降噪枕头 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种反馈式降噪枕头，该反馈式降噪枕头包括：枕头本体、麦克风以及处理器，麦克风安装于枕头上表面；麦克风与处理器建立电连接；麦克风用于采集噪声信号，噪声信号包括环境噪声；处理器用于，将环境噪声进行自适应滤波处理，获取反向抵消信号；根据环境噪声和反向抵消信号，调整自适应滤波器传递函数，直至人耳听到的噪声为零，人耳听到的噪声包括反向抵消信号和环境噪声传输到人耳后的信号。通过处理器对自适应滤波器的传递函数进行自适应调整，使得反向抵消信号和环境噪声数值相等，方向相反，刚好抵消掉。那么，人耳也就听不到环境噪声，及即使使用者处于嘈杂的环境中，也可以快速进入睡眠状态，保证睡眠质量。

Description

一种反馈式降噪枕头

技术领域

本发明实施例涉及声学技术领域，具体涉及一种反馈式降噪枕头。

背景技术

传统的枕头主要是提供一个舒适的头颈承托，供人枕在枕头休息。但是随着人们的生活压力不断增大，睡眠质量越来越差，难以入眠成为大多数人的通病。尤其当外界环境比较嘈杂时，更加重了失眠的人进入睡眠状态难度。而这些问题，传统的枕头并不能为我们提供更多的帮助。

那么，如何才能保证即使处于嘈杂的环境中时，也能让人快速进入睡眠状态，保证睡眠质量成为本申请亟待解决的技术问题。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种反馈式降噪枕头，以解决传统枕头无法实现用户处于嘈杂环境时，让用户快速进入睡眠，进而保证睡眠质量的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种反馈式降噪枕头，该反馈式降噪枕头包括：枕头本体、麦克风以及处理器，麦克风安装于枕头上表面；麦克风与处理器建立电连接；

麦克风用于采集噪声信号，噪声信号包括环境噪声；

处理器用于，将环境噪声进行自适应滤波处理，获取反向抵消信号；

根据环境噪声和反向抵消信号，调整自适应滤波器传递函数，直至人耳听到的噪声为零，人耳听到的噪声包括反向抵消信号和环境噪声传输到人耳后的信号。

进一步地，反馈式降噪枕头还包括扬声器，扬声器位于枕头本体内，且发声面朝向枕头表面，扬声器和处理器建立电连接；扬声器用于，发出反向抵消噪声；

麦克风还用于，采集反向抵消噪声；

处理器还用于，根据预获取的第一传递函数，对噪声信号进行预处理，去除反向抵消信号，获取环境噪声。

进一步地，扬声器还用于，发出第一参考信号；

麦克风还用于，当扬声器发出第一参考信号时，对第一参考信号进行采集，获取第二参考信号；

处理器还用于，根据第一参考信号和第二参考信号，确定第一传递函数。

进一步地，处理器具体用于，根据环境噪声和反向抵消信号，利用虚拟传感算法，获取人耳听到的噪声；

利用人耳听到的噪声，对自适应滤波器传递函数进行调整，直至人耳听到的噪声为零。

进一步地，处理器具体用于，利用虚拟传感算法，根据第二参考信号，和人工头耳部麦克风采集的第三信号，计算第二传递函数；

根据反向抵消信号、第二传递函数以及环境噪声，获取人耳听到的噪声。

进一步地，扬声器和麦克风个数均为至少两个，将枕头本体平均分为左右两侧，每一侧分别安装至少一个扬声器和至少一个麦克风。

进一步地，当噪声信号包括环境噪声和反向抵消噪声，环境噪声包括外界环境噪声和人发出的噪声时，包括处理器还用于，利用回声消除算法消除反向抵消噪声；

利用信号盲源分离方法，根据不同麦克风采集信号的相位差，分离人发出的噪声和外界环境噪声；

根据人发出的噪声，监测人的睡眠质量和鼾声。

进一步地，处理器还用于，分析外界环境噪声的幅值、频谱和时域特性，对外界环境进行判定；

根据判定结果，从预建立的声音库中选取与判定结果对应的辅助睡眠的声音信号，并通过扬声器发出。

进一步地，枕头本体包括：第一区域，第一区域由一体成型高密度海绵构成，用于承载扬声器和麦克风；第二区域，为可调节支撑区域，用于支撑并固定使用者颈部；第三区域，为柔性支撑区域，用于支撑使用者头部；第四区域，由高密度海绵构成，用于支撑枕头整体框架。

本发明实施例具有如下优点：利用枕头内部的麦克风采集噪声信号。其中，噪声信号包括环境噪声。处理器对环境噪声进行自适应滤波处理，获取反向抵消信号；然后根据环境噪声和反向抵消信号，调整自适应滤波器的传递函数，直至人耳听到的噪声为零。换种说法而言，可以理解为通过处理器对自适应滤波器的传递函数进行自适应调整，使得反向抵消信号和环境噪声数值相等，方向相反，刚好抵消掉。那么，人耳也就听不到环境噪声，及即使使用者处于嘈杂的环境中，也可以快速进入睡眠状态，保证睡眠质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种反馈式降噪枕头结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。

本发明实施例1提供了一种反馈式降噪枕头，具体如图1所示，该反馈式降噪枕头包括：枕头本体10、麦克风101以及处理器102，麦克风101安装于枕头上表面；麦克风101与处理器102建立电连接；处理器102可以位于枕头本体10内，也可以位于枕头本体10外部。图1中示出了处理器102位于枕头本体10内。

麦克风101用于采集噪声信号，噪声信号包括环境噪声；

处理器102用于，将环境噪声进行自适应滤波处理，获取反向抵消信号；

根据环境噪声和反向抵消信号，调整自适应滤波器传递函数，直至人耳听到的噪声为零，人耳听到的噪声包括反向抵消信号和环境噪声传输到人耳后的信号。

可选的，反馈式降噪枕头还包括扬声器103，扬声器103位于枕头本体10内，且发声面朝向枕头表面，扬声器103和处理器102建立电连接；扬声器103用于，发出反向抵消噪声；

麦克风101还用于，采集反向抵消噪声；

处理器102还用于，根据预获取的第一传递函数，对噪声信号进行预处理，去除反向抵消信号，获取环境噪声。

可选的，扬声器103还用于，发出第一参考信号；

麦克风101还用于，当扬声器103发出第一参考信号时，对第一参考信号进行采集，获取第二参考信号；

处理器102还用于，根据第一参考信号和第二参考信号，确定第一传递函数。

可选的，处理器102具体用于，根据环境噪声和反向抵消信号，利用虚拟传感算法，获取人耳听到的噪声；

利用人耳听到的噪声，对自适应滤波器传递函数进行调整，直至人耳听到的噪声为零。

可选的，处理器102具体用于，利用虚拟传感算法，根据第二参考信号，和人工头耳部麦克风101采集的第三信号，计算第二传递函数；

根据反向抵消信号、第二传递函数以及环境噪声，获取人耳听到的噪声。

可选的，扬声器103和麦克风101个数均为至少两个，将枕头本体10平均分为左右两侧，每一侧分别安装至少一个扬声器103和至少一个麦克风101。

可选的，当噪声信号包括环境噪声和反向抵消噪声，环境噪声包括外界环境噪声和人发出的噪声时，包括处理器102还用于，利用回声消除算法消除反向抵消噪声；

利用信号盲源分离方法，根据不同麦克风101采集信号的相位差，分离人发出的噪声和外界环境噪声；

根据人发出的噪声，监测人的睡眠质量和鼾声。

可选的，处理器102还用于，分析外界环境噪声的幅值、频谱和时域特性，对外界环境进行判定；

根据判定结果，从预建立的声音库中选取与判定结果对应的辅助睡眠的声音信号，并通过扬声器103发出。

可选的，枕头本体10包括：第一区域，第一区域由一体成型高密度海绵构成，用于承载扬声器103和麦克风101；第二区域，为可调节支撑区域，用于支撑并固定使用者颈部；第三区域，为柔性支撑区域，用于支撑使用者头部；第四区域，由高密度海绵构成，用于支撑枕头整体框架。

下面，将详细介绍通过本申请所提及的反馈式降噪枕头，实现对噪声信号的消除，提高使用者睡眠质量的具体工作原理。具体如下：

当麦克风101采集到噪声信号时，在理想状态下，假设噪声信号仅包括环境噪声。那么，处理器102用于将环境噪声进行自适应滤波处理，优选的可以采用横式控制滤波器进行滤波处理，获取反向抵消信号。然后再根据环境噪声信号和反向抵消信号，利用自适应滤波算法调整横式控制滤波器的传递函数，直至反向抵消信号和环境噪声大小相等，方向相反，进而抵消掉，如此一来，人耳听到的噪声就为0，也即是没有噪声。

具体实现时，反馈式降噪枕头还可以包括扬声器103。处理器102在生成反向抵消噪声后，通过扬声器103发出。而麦克风101则在采集环境噪声时，实际上也对反向抵消噪声进行了采集。而采集过程中，涉及到第一传递函数。这个第一传递函数可以事先计算得到。

具体计算过程包括：

利用扬声器103发出第一参考信号，第一参考信号传播至麦克风101，并被麦克风101采集到之后，获取第二参考信号。那么，处理器102就可以根据第一参考信号和第二参考信号，计算出第一传递函数。这里的第一参考信号和第二参考信号均为已知的参考信号。具体计算方法为最小均方算法，其计算过程为现有技术，这里不做过多描述。

另外，为了模拟扬声器103发出的反向抵消信号传输到人耳后，被人耳采集到的过程，还可以通过人工头来模拟，人工头的耳部安装有麦克风101。为了更好的说明，这里暂时将上文中所提及的安装有枕头内的麦克风101定义为第一类麦克风101，而将安装在人工头的耳部麦克风101定义为第二类麦克风101。那么，第一类麦克风101采集的噪声和第二类麦克风101采集的噪声信号之间存在一定的映射关系。

该映射关系可以通过虚拟传感算法求取。具体求取过程为：将人工头按照人正常睡觉的姿态放置在枕头上，当扬声器103发出第一参考信号后，确定第一类麦克风101采集的第二参考信号，和第二类麦克风101采集的第三参考信号。利用虚拟传感算法，确定第二参考信号和第三参考信号之间的第二传递函数。然后，根据反向抵消信号、第二传递函数以及环境噪声，获得人耳听到的噪声。而本申请的目的是为了让人耳听到的噪声为零，就需要反向抵消噪声传输至人耳后的声音信号和第一类麦克风101采集的环境噪声抵消掉，即叠加为零。那么，就需要调整自适应滤波器的传递函数，具体可以采用自适应算法调整。例如采用最小均方算法(Least mean square，简称LMS)算法。

可选的，当噪声信号中存在反向抵消信号成分时，处理器102在对噪声信号处理之前，还包括：根据预获取的第一传递函数，对噪声信号进行预处理，去除反向抵消信号成分，获取环境噪声信号。然后，再将环境噪声信号利用调整后的自适应滤波器传递函数，进行自适应滤波处理，得到新的反向抵消信号。直至反向抵消信号和环境噪声信号大小相等，方向相反。即麦克风101采集到的信号为0，而此时，麦克风101采集到的噪声信号和人耳采集到的噪声信号之间存在函数关系，当麦克风101采集到的信号为0时，人耳采集到的噪声信号自然也为0。

可选的，由于人耳包含左耳和右耳。考虑到左耳和右耳的误差，可以将枕头本体10平均分为左右两侧，每一次分别设置有至少一个扬声器103和至少一个麦克风101。即，扬声器103和麦克风101个数均为至少两个。每一侧的扬声器103和麦克风101均用于执行上述所介绍的功能。需要区别的是，每一侧的扬声器103和麦克风101均有与自身对应的标识信息，用以处理器102进行区分，进而根据不同侧采集的数据，对与之对应的一侧的自适应滤波器传递函数进行调整。

进一步可选的，当噪声信号包括环境噪声和反向抵消噪声，环境噪声包括外界环境噪声和人发出的噪声时，包括处理器102还用于，备份一份噪声信号。然后，利用回声消除算法消除反向抵消噪声；

利用信号盲源分离方法，根据不同麦克风101采集信号的相位差，分离人发出的噪声和外界环境噪声；根据人发出的噪声，监测人的睡眠质量和鼾声。也即是，通过监测人发出的噪声，对使用者的睡眠质量进行判定，以及对鼾声进行监测。

此外，在理想状态下，通过上述方法必然不会存在残余噪声，可以将所有噪声都抵消掉。但是，考虑到在实际应用过程中，采用上述方法实现抵消噪声过程中，很可能还会存在少许残余噪声。因此，该方法还包括：分析外界环境噪声的幅值、频谱和时域特性，对外界环境进行判定；根据判定结果，从预建立的声音库中选取与判定结果对应的辅助睡眠的声音信号，并通过扬声器103发出。通过该种方式，辅助用户进入睡眠状态，进一步保证用户的睡眠质量。

可选的，枕头本体10包括：第一区域，第一区域由一体成型高密度海绵构成，用于承载扬声器103和麦克风101；第二区域，为可调节支撑区域，用于支撑并固定使用者颈部；第三区域，为柔性支撑区域，用于支撑使用者头部；第四区域，由高密度海绵构成，用于支撑枕头整体框架，图1中并未示意性的示出第一区域至第四区域。

本发明实施例提供的一种反馈式降噪枕头，利用枕头内部的麦克风101采集噪声信号。其中，噪声信号包括环境噪声。处理器102对环境噪声进行自适应滤波处理，获取反向抵消信号；然后根据环境噪声和反向抵消信号，调整自适应滤波器的传递函数，直至人耳听到的噪声为零。换种说法而言，可以理解为通过处理器102对自适应滤波器的传递函数进行自适应调整，使得反向抵消信号和环境噪声数值相等，方向相反，刚好抵消掉。那么，人耳也就听不到环境噪声，及即使使用者处于嘈杂的环境中，也可以快速进入睡眠状态，保证睡眠质量。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种反馈式降噪枕头，其特征在于，所述反馈式降噪枕头包括：枕头本体、麦克风以及处理器，所述麦克风安装于所述枕头上表面；麦克风与所述处理器建立电连接；

所述麦克风用于采集噪声信号，所述噪声信号包括环境噪声；

所述处理器用于，将所述环境噪声进行自适应滤波处理，获取反向抵消信号；

根据所述环境噪声和所述反向抵消信号，调整自适应滤波器传递函数，直至人耳听到的噪声为零，所述人耳听到的噪声包括所述反向抵消信号和环境噪声传输到人耳后的信号；

所述反馈式降噪枕头还包括扬声器，所述扬声器位于所述枕头本体内，且发声面朝向枕头表面，所述扬声器和所述处理器建立电连接；

所述扬声器用于，发出反向抵消噪声；

所述麦克风还用于，采集所述反向抵消噪声；

所述处理器还用于，根据预获取的第一传递函数，对所述噪声信号进行预处理，去除所述反向抵消信号，获取环境噪声；

所述扬声器还用于，发出第一参考信号；

所述麦克风还用于，当所述扬声器发出所述第一参考信号时，对所述第一参考信号进行采集，获取第二参考信号；

所述处理器还用于，根据所述第一参考信号和所述第二参考信号，确定第一传递函数；

所述处理器具体用于，根据所述环境噪声和所述反向抵消信号，利用虚拟传感算法，获取人耳听到的噪声；

利用所述人耳听到的噪声，对所述自适应滤波器传递函数进行调整，直至所述人耳听到的噪声为零；

所述处理器具体用于，利用虚拟传感算法，根据所述第二参考信号，和人工头耳部麦克风采集的第三信号，计算第二传递函数；

根据所述反向抵消信号、第二传递函数以及所述环境噪声，获取人耳听到的噪声；

所述扬声器和所述麦克风个数均为至少两个，将所述枕头本体平均分为左右两侧，每一侧分别安装至少一个扬声器和至少一个麦克风。

2.根据权利要求1所述的反馈式降噪枕头，其特征在于，当所述噪声信号包括环境噪声和反向抵消噪声，所述环境噪声包括外界环境噪声和人发出的噪声时，包括所述处理器还用于，利用回声消除算法消除所述反向抵消噪声；

利用信号盲源分离方法，根据不同麦克风采集信号的相位差，分离所述人发出的噪声和外界环境噪声；

根据人发出的噪声，监测人的睡眠质量和鼾声。

3.根据权利要求2所述的反馈式降噪枕头，其特征在于，所述处理器还用于，分析所述外界环境噪声的幅值、频谱和时域特性，对所述外界环境进行判定；

根据判定结果，从预建立的声音库中选取与所述判定结果对应的辅助睡眠的声音信号，并通过所述扬声器发出。

4.根据权利要求1、3任一项所述的反馈式降噪枕头，其特征在于，所述枕头本体包括：第一区域，所述第一区域由一体成型高密度海绵构成，用于承载扬声器和麦克风；第二区域，为可调节支撑区域，用于支撑并固定使用者颈部；第三区域，为柔性支撑区域，用于支撑使用者头部；第四区域，由高密度海绵构成，用于支撑枕头整体框架。