CN111951820A - 具有降噪和语音增强功能的马甲 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有降噪和语音增强功能的马甲，包括马甲本体、安装在马甲本体上的主动噪声控制系统和语音通信系统；所述主动噪声控制系统包括依次连接的噪声采集单元、第一信号处理单元、扬声器单元以及数字处理单元；所述语音通信系统包括依次连接的语音采集单元、第二信号处理单元、无线通信单元、所述扬声器单元以及所述数字处理单元；所述噪声采集单元包括至少一个安装在马甲本体的领部的第一麦克风，所述语音采集单元包括安装在马甲本体的领部前侧的第二麦克风，所述扬声器单元包括至少两个扬声器，两个所述扬声器分别安装在马甲本体的两个肩膀处。

Description

具有降噪和语音增强功能的马甲
技术领域
本发明涉及一种具有降噪和语音增强功能的马甲。
背景技术
现有的可穿戴噪声控制设备主要为主动噪声控制耳机，该设备需要随时佩戴于耳部，长期佩戴耳机会严重损害人耳的听觉功能，致使听力下降，甚至失聪，并且夏季出汗、冬季戴帽等因素都不便于佩戴耳机。工厂是噪声的集中区域，各种机器工作时会产生强烈的噪声，严重影响工人的身心健康和工作效率。此外，强烈的噪声环境也不利于工人间的交流和指挥。因此现有耳机不适用于长期噪声存在的工作环境(如大型工厂)。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有降噪和语音增强功能的马甲，以解决目前强背景噪声环境下的降噪和高质量语音通信问题，避免长期佩戴耳机所引起的听觉功能下降问题，彻底解放佩戴者的头部，实现无接触的舒适降噪和语音增强。
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有降噪和语音增强功能的马甲，包括马甲本体、安装在马甲本体上的主动噪声控制系统和语音通信系统；
所述主动噪声控制系统包括依次连接的噪声采集单元、第一信号处理单元、扬声器单元以及数字处理单元；所述语音通信系统包括依次连接的语音采集单元、第二信号处理单元、无线通信单元、所述扬声器单元以及所述数字处理单元；
所述噪声采集单元包括至少一个安装在马甲本体的领部的第一麦克风，所述语音采集单元包括安装在马甲本体的领部前侧的第二麦克风，所述扬声器单元包括至少两个扬声器，两个所述扬声器分别安装在马甲本体的两个肩膀处。
进一步地，所述第一信号处理单元包括依次连接的第一信号预处理模块和第一模数/数模转换模块，所述第一信号预处理模块与所述第一麦克风单向连接，所述第一信号预处理模块，所述第一模数/数模转换模块分别与所述第一信号预处理模块和数字信号处理器双向连接，所述第一麦克风为信号输入端，扬声器为信号输出端。
进一步地，所述第一麦克风为误差麦克风，所述马甲本体的领部设置四个第一麦克风，四个所述第一麦克风分布在马甲本体的领部与人体肩部对应处的最上端，且第一麦克风的正面朝上设置。
进一步地，所述第二信号处理单元包括依次连接的第二信号预处理模块和第二模数/数模转换模块，所述第二信号预处理模块与所述第二麦克风和扬声器单向连接，第二模数/数模转换模块与第二信号预处理模块和数字信号处理器双向连接，所述第二麦克风为信号输入端，扬声器为信号输出端；所述语音通信系统通过与第二信号预处理模块连接的无线通信单元实现语音通信。
进一步地，所述第二麦克风安装于马甲本体的领部的前侧，且第二麦克风的正面朝前。
进一步地，所述马甲本体的领部设有立体式衣领，所述第一麦克风和第二麦克风均设置在所述衣领上。
进一步地，还包括为所述主动噪声控制系统和语音通信系统供电的电源模块，所述电源模块包括可拆卸式安装在马甲上的充电电池，所述充电电池与数字信号处理器之间设有电源开关。
进一步地，所述第二信号预处理模块与数字信号处理器之间设有通信开关。
进一步地，所述无线通信单元包括与所述第二信号预处理模块连接的无线收发模块以及与所述无线收发模块连接的天线。
进一步地，数字信号处理器包括FPGA、DSP、ARM或单片机中的一种或者多种合作并用。
本发明的有益效果为：
1、通过将主动噪声控制系统和语音通信系统集成在马甲上，无需独立佩戴，不接触耳朵，无需给耳部造成任何挤压，避免了长期佩戴耳机的不舒服问题，提高了舒适性和便携性。
2、通过将主动噪声控制系统与语音通信系统的协同工作，可以实现佩戴者耳部和嘴部区域的大范围降噪。耳部区域的降噪不仅降低了噪声对佩戴者身心健康和工作效率的影响，而且减少了佩戴者接收语音信息时的噪声能量，提高了输出语音信息的辨识度。嘴部区域的降噪可以降低语音麦克风的输入噪声能量，提高语音输入的纯净度。因此该马甲实现降噪的同时可以增强语音信息。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明内部电路连接图；
图3为本发明衣领设计图。
其中：1、主动噪声控制系统；2、语音通信系统；3、马甲本体；4/5/6/7、第一麦克风、8/9、第二麦克风；10/21、扬声器、12/13、第一信号预处理模块；14、第二信号预处理模块；15/17、第一模数/数模转换模块；16、无线收发模块；18、第二模数/数模转换模块；19、数字信号处理器；20、天线；22、可拆卸充电模块；23、纽扣开关；24、粘扣带；25、衣领；26、侧拨开关；27、存储器。
具体实施方式
如图1和图2所示的具有降噪和语音增强功能的马甲，包括马甲本体3、安装在马甲本体3上的主动噪声控制系统1和语音通信系统2；下面分别对两个系统进行详细描述：
所述主动噪声控制系统1包括依次电连接的噪声采集单元、第一信号处理单元、扬声器单元以及数字信号处理单元。所述噪声采集单元包括至少一个安装在马甲本体3的领部的第一麦克风(4/5/6/7)，所述第一麦克风(4/5/6/7)为误差麦克风。所述扬声器单元包括两个安装在马甲本体3的肩膀处的扬声器(10/21)。
所述第一信号处理单元包括依次连接的第一信号预处理模块(12/13)、第一模数/数模转换模块(15/17)和数字信号处理器19，所述数字信号处理器19配置有存储器27。所述第一信号预处理模块(12/13)与所述第一麦克风(4/5/6/7)和所述扬声器(10/21)单向连接，所述第一麦克风(4/5/6/7)为输入，所述扬声器(10/21)为输出。所述第一模数/数模转换模块(15/17)分别与所述数字信号处理器19和第一信号预处理模块(12/13)双向连接。
第一信号预处理模块(12/13)包括滤波电路和放大电路，具有限幅、过流保护功能；其中，滤波电路可采用无源滤波器和有源滤波器的一种或者两者合用。数字信号处理器19可采用包括FPGA、DSP、ARM或单片机中的一种或者多种合作并用。
主动噪声控制系统1中，第一麦克风(4/5/6/7)采集残余误差噪声经过第一信号预处理模块(12/13)进行滤波、放大处理，再通过第一模数/数模转换模块(15/17)送至数字信号处理器19，数字信号处理器19通过已植入的现有反馈主动噪声控制算法产生次级输出信号，次级输出信号分别经过第一模数/数模转换模块(15/17)和第一信号预处理模块(12/13)后送至扬声器(10/21)发出，并与目标噪声声波相消干涉达到降噪目的。
所述语音通信系统2包括依次连接的语音采集单元、第二信号处理单元、无线通信单元、所述扬声器单元以及所述数字信号处理器19。所述语音采集单元包括安装在马甲本体3的领部前侧的第二麦克风(8/9)，所述扬声器单元包括分别安装在马甲本体3的两个肩膀处的至少两个扬声器(10/21)。
所述第二信号处理单元包括依次连接的第二信号预处理模块14和第二模数/数模转换模块18；所述第二信号预处理模块14的输入端与所述第二麦克风(8/9)连接，所述第二信号预处理模块14的输出端分别与所述数字信号处理器19和扬声器(10/21)连接，所述语音通信系统2通过与第二信号预处理模块14连接的无线通信单元实现语音通信。所述无线通信单元包括与所述第二信号预处理模块14连接的无线收发模块16以及与所述无线收发模块16连接的天线20。
在语音通信系统2中，天线20接收到的信号首先通过无线发射接收模块发送给第二信号预处理模块14进行滤波、放大处理，然后分别经过第二模数/数模转换模块18输送至数字信号处理器19进行调制、自适应滤波和语音信号特征提取。提取的语音信号再经过第二模数/数模转换模块18和第二信号预处理模块14送至扬声器(10/21)发出，供收听者接听。
在语音通信系统2中，第二麦克风(8/9)采集说话者语音信息经过第二信号预处理模块14进行滤波、放大处理，然后由第二模数/数模转换模块18输送至数字信号处理器19进行调制，调制后的信号再经过第二模数/数模转换模块18和第二信号预处理模块14送至无线发射接收模块16通过天线20发出。
本申请中，所述马甲本体3的领部设置四个第一麦克风(4/5/6/7)，四个所述第一麦克风(4/5/6/7)分布在马甲本体3的领部与人体肩部对应处的最上端，且第一麦克风(4/5/6/7)的正面朝上设置。通过在衣领25的左右各设两个第一麦克风(4/5/6/7)，使得主动噪声控制系统1的降噪范围不仅包含人耳附近，同时也可以有效抑制嘴巴附近的噪声。所述第二麦克风(8/9)安装于马甲本体3的领部的前侧，且第二麦克风(8/9)的正面朝前，以便于采集穿戴者的语音信息。
如图3所示，所述马甲本体3的领部设有立体式衣领25，所述第一麦克风(4/5/6/7)和第二麦克风(8/9)均设置在所述衣领25上。立体式衣领25和马甲本体3的领部还设有相互配合的粘扣带24，通过粘扣带24可以改变其与肩膀的角度，进而改变降噪区域。粘扣带24和衣领25的配合协作而成，在无耳部物理挤压的情况下，解决了用户在强噪声背景环境下的便携式降噪问题和语音通信问题，极大改善了用户的体验效果。
主动噪声控制系统1通过扬声器(10/21)发出的次级噪声会在人耳和人嘴附近形成噪声的静域，增强说话者和收听者的语音质量。通过主动噪声控制系统1和语音通信系统2的协作，在无耳部物理挤压的情况下，解决了用户在强噪声背景环境下的便携式降噪问题和语音通信问题，极大改善了用户的体验效果。
此外，该马甲本体3还集成有用于所述主动噪声控制系统1和语音通信系统2供电的电源模块，所述电源模块包括可拆卸式安装在马甲上的充电电池，所述充电电池与数字信号处理器19之间设有电源开关。所述充电电池具备可充电功能，可拆卸下来进行独立USB充电，还可通过设置电源指示灯显示主动噪声控制系统1的供电情况。电源开关可采用纽扣开关23，纽扣开关23设置在马甲本体3最上端纽扣位置，为连接充电电池和数字信号处理器19之间的开关，当扣上该纽扣时，开关闭合，可拆卸充电22电池通过纽扣开关23为这两个系统单向供电。电量显示灯11用于显示当前的电源接通情况和电池所剩电量。
所述第二麦克风(8/9)与第二信号预处理模块14之间设有通信开关。通信开关可采用侧拨开关26，设置在左胸下端，用于单独控制语音系统的输入端，用户可通过该开关决定是否进行主动通信。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，包括马甲本体、安装在马甲本体上的主动噪声控制系统和语音通信系统；
所述主动噪声控制系统包括依次连接的噪声采集单元、第一信号处理单元、扬声器单元以及数字处理单元；所述语音通信系统包括依次连接的语音采集单元、第二信号处理单元、无线通信单元、所述扬声器单元以及所述数字处理单元；
所述噪声采集单元包括至少一个安装在马甲本体的领部的第一麦克风，所述语音采集单元包括安装在马甲本体的领部前侧的第二麦克风，所述扬声器单元包括至少两个扬声器，两个所述扬声器分别安装在马甲本体的两个肩膀处。
2.根据权利要求1所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，所述第一信号处理单元包括依次连接的第一信号预处理模块和第一模数/数模转换模块，所述第一信号预处理模块与所述第一麦克风单向连接，所述第一信号预处理模块，所述第一模数/数模转换模块分别与所述第一信号预处理模块和数字信号处理器双向连接，所述第一麦克风为信号输入端，扬声器为信号输出端。
3.根据权利要求2所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，所述第一麦克风为误差麦克风，所述马甲本体的领部设置四个第一麦克风，四个所述第一麦克风分布在马甲本体的领部与人体肩部对应处的最上端，且第一麦克风的正面朝上设置。
4.根据权利要求1所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，所述第二信号处理单元包括依次连接的第二信号预处理模块和第二模数/数模转换模块，所述第二信号预处理模块与所述第二麦克风和扬声器单向连接，第二模数/数模转换模块与第二信号预处理模块和数字信号处理器双向连接，所述第二麦克风为信号输入端，扬声器为信号输出端；所述语音通信系统通过与第二信号预处理模块连接的无线通信单元实现语音通信。
5.根据权利要求4所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，所述第二麦克风安装于马甲本体的领部的前侧，且第二麦克风的正面朝前。
6.根据权利要求1所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，所述马甲本体的领部设有立体式衣领，所述第一麦克风和第二麦克风均设置在所述衣领上。
7.根据权利要求1所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，还包括为所述主动噪声控制系统和语音通信系统供电的电源模块，所述电源模块包括可拆卸式安装在马甲上的充电电池，所述充电电池与数字信号处理器之间设有电源开关。
8.根据权利要求4所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，所述第二信号预处理模块与数字信号处理器之间设有通信开关。
9.根据权利要求1所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，所述无线通信单元包括与所述第二信号预处理模块连接的无线收发模块以及与所述无线收发模块连接的天线。
10.根据权利要求1所述的具有降噪和语音增强功能的马甲，其特征在于，数字信号处理器包括FPGA、DSP、ARM或单片机中的一种或者多种合作并用。
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