CN112041923B - 提供麦克风音频输入信号的被动降噪的手机套 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及提供至少一个麦克风音频输入信号的被动降噪的手机套，其包括支撑框架(13)。所述支撑框架(13)布置有延伸元件，所述延伸元件具有向上朝向的隔室(15)，所述隔室的部分开放表面与手机的显示器表面在同一侧，所述隔室(15)适于支撑提供被动降噪的多孔本体(17)。

Description

提供麦克风音频输入信号的被动降噪的手机套
技术领域
本发明涉及提供手机的麦克风中的风引起的噪声的被动降噪的手机套。
背景技术
集成在手机中的麦克风往往布置在手机壳体的表面上。麦克风的数量，相应麦克风的位置在不同的电话中有所变化，甚至在同一制造者的不同电话型号上也是如此。例如，麦克风可布置在手机壳体的侧表面上，或者在包括显示器的前表面的边缘附近，或者在背侧表面，往往与位于手机壳体的背侧上的照相机和照相机镜头相关联。
在相应型号之间使用不同的相应位置的原因可能是提高录音质量，或者增加和提高电话的技术性能等，或者仅仅是设计上的考虑。例如，来自使用手机的位置处的周围环境的噪声可能会使电话交谈难以听见或理解。因此，主动降噪(ANR)和/或被动降噪(PNR)是现代手机的通用特性。ANR系统产生例如与电话接收到的噪声和/或环境声音信号反相的电信号，从而手机内部的电子会从语音和/或音乐信号(即现有技术中已知的音频信号)中消除环境声音和/或噪声信号。
PNR系统使用类似某种形式的麦克风屏蔽的被动元件降低或衰减环境噪声或声音的影响。
ANR系统可包括至少两个麦克风，其中，第一麦克风用于接收来自手机周围区域的噪声(即环境声音)，该噪声被传送到生成反相信号的ANR系统，而另一麦克风用于接收例如使用所述手机的人的声音。显然，麦克风的不同用途可能会决定麦克风在手机壳体上的位置。例如，最好将决定用于接收人语音的麦克风布置在当拨打电话时提供与讲话人发出的声波音频信号接触良好的位置上。明显的位置是靠近使用手机的人的嘴。
在使用智能手机拍摄视频时记录音频信号要求麦克风应该能够从记录的动作接收音频信号。通用位置在电话壳体的背侧、靠近手机摄像头的镜头。如现有技术中已知的，ANR系统和自动增益放大器能够记录高质量的音频。
将听筒或头戴式耳机中的麦克风连接到手机也很常见。这样的麦克风可以例如从通过使用手机的用户的骨骼(头骨)传播的语音接收声波，和/或可用于记录来自用户位置处周围环境的噪声(即可听见的声音)，其可用作主动降噪系统的输入。
在手机壳体周围分布多个麦克风的另一原因是如现有技术中已知的检测相应声源的方向的能力。基于此检测，在手机中运行的检测方向的控制算法可减小某些麦克风的放大率，并增大另一些的放大率。结果是，最接近感兴趣声源的麦克风的放大率可能会增加，而其他麦克风的放大率会降低。
但是，如果正在使用抗噪降噪系统，则用于记录环境噪声或声音的麦克风仍能够接收提供适当反相信号的信号。
AppleTM的iPhone 7TM具有例如四个麦克风。其中两个位于Lightning端口(电话的电源和外部通讯端口)的每一侧。另一麦克风位于iPhone 7TM的背侧，在摄像头和基于LED的手电筒之间。第四麦克风位于iPhoneTM听筒内部。
所述iPhone 7TM的相应麦克风提供主动消除噪声，其可降低环境声音和/或噪声。另一功能是检测声源的方向，其中，例如在记录视频时，拾取提供最佳声音记录质量的麦克风中的一个。在iPhone 7TM中，如上面讨论的，这将是位于手机壳体的背侧的麦克风。
如果手机可记录立体声，则应选择至少两个麦克风。
即使在类似手机的各种声音系统中广泛使用主动消除噪声，对于主动降噪系统来说，作为噪声源的风仍然是一个问题。这个问题背后的一个原因与麦克风如何检测声波有关。
常常是膜片或隔膜因撞击麦克风中的膜片或隔膜的到达声波的影响而运动，然后例如由适配的电子电路进行检测，所述电路将进出膜片或隔膜的运动转换成代表声波的电信号模拟的电信号。
然而，朝着麦克风的膜片或隔膜吹的风倾向于就在所述膜片或隔膜的前方产生垂直的顶点。这些局部引起的垂直顶点提供膜片或隔膜前方压力的局部变化，其能够使膜片或隔膜前后运动，从而引起“声波”，其被检测到并转换为电信号，类似经常可听到的作为一种“嗡嗡声”的声音。因此，风噪声与旨在在消除噪声时输入到主动降噪系统中的由麦克风所检测或接收的来自周围环境中的源的声音或噪声不相关。
由于“风引起的噪声”的物理特性，在消除风引起的噪声时，主动降噪系统将很少正常工作，这是因为与ARN系统相连接的麦克风中的风引起的噪声和接收来自电话用户的声波的麦克风之间没有相关性。
风噪声现象例如在电视工业中是众所周知的。例如，电视记者在室外露天采访人时使用被动风噪声消除技术，所述技术包括用毛皮罩子“装扮”他们使用的麦克风。另一常见的材料是用泡沫橡胶或海绵类材料“装扮”所述麦克风。这些材料的多孔特性允许声波穿过麦克风膜片或隔膜，而在保护材料的外部可产生风引起的顶点，从而使局部引起的顶点从膜片或隔膜的附近移开，并降低它们可能的影响。所述多孔材料还倾向于像防波堤装置那样将进入的风分开，降低风对膜片或隔膜的影响。
当在露天室外使用手机、拨打普通电话或用手机摄像头记录视频时，同样的风噪声现象也是可能的问题。根据麦克风在手机壳体上的位置，某些麦克风中的风噪声现象可能比位于手机壳体上的其他麦克风更为明显。
因此，即使在手机中存在高度复杂的主动降噪系统，当在露天室外使用手机时，风噪声仍然可能成为问题。
US2014287802 A1公开了一种手机套，其具有与手机上的麦克风相邻定位的过滤器隔室。所述过滤器隔室包括声音过滤器(多孔体)，该声音过滤器配置为降低由于麦克风前的空气运动而由麦克风开口接收到的声音。
现有技术的解决方案是衰减风引起的噪声和感兴趣的可听声波。现有技术趋于通过增加接收麦克风信号的放大器的增益来解决该问题。然而，例如，当用多孔构件装扮麦克风时，这也被认为增加了没有由声滤波器阻止的风引起的噪声的部分。
根据本发明的方面，根据本发明的手机套可阻止风引起的噪声，但是也能够使感兴趣的可听声波通过，而且具有较小的可听声波功率的损失。
因此，需要可以在手机中使用的改进的被动风噪声降低系统，尤其是需要与主动降噪系统一起使用的被动降噪系统。
发明目的
特别地，本发明的目的是提供一种手机套，其包括多孔材料的至少一个本体，当所述手机套被安装在手机上时，多孔材料在手机的麦克风输入开口前面的波导状通道中保持就位。
本发明的另一目的是提供现有技术的替代方案。
发明内容
因此，本发明的第一方面旨在通过提供手机套来实现上述目的和一些其他目的，所述手机套能够提供至少一个麦克风音频输入信号的被动降噪，包括：
-包括支撑框架的手机套，所述支撑框架具有外周侧面，所述外周侧面在安装到手机上时围绕手机壳体的周边延伸，
-周边侧面具有上外端表面和第一下外端表面，
-其中，手机套布置有延伸元件，所述延伸元件从支撑框架的第一外下端表面延伸，从而提供了支撑框架的第二下端表面，其平行于所述第一外下端表面延伸；
-所述平行的第一端表面和第二端表面限定位于支撑框架与第一端表面和第二端表面之间的一个内部隔室，
-当安装时，隔室的向上朝向手机的显示侧的上表面至少部分开放，而定位成相反于隔室的部分开放的上表面的隔室的底侧被覆盖，
-其中，多孔材料的本体布置为填充隔室，并且当安装套时，其定位成邻近至少一个麦克风开口，所述麦克风开口布置在手机壳体的邻近隔室的端表面上。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述根据本发明的手机套。附图展示了本发明的实施方式的示例，并且不应解释为限制落入所附权利要求书的范围内的其他可能的实施方式。此外，实施方式的相应示例可以各自与实施方式的任何其他示例组合。
图1展示了本发明的实施方式的示例。
图2展示了图1中示例的更多细节。
图3展示了从另一个角度看的图2中的实施方式的示例。
图4展示了本发明的实施方式的其他示例。
图5展示了图4中展示的实施方式的示例的更多细节。
图6a展示了本发明的实施方式的示例的使用。
图6b展示了本发明的实施方式的另一示例的使用。
图7展示了本发明的实施方式的示例的性能测量的示例。
图8展示了本发明的实施方式的示例的性能测量的另一示例。
图9展示了本发明的实施方式的示例的性能测量的另一示例。
图10展示了本发明的实施方式的示例的性能测量的另一示例。
图11展示了在有套和没有套的情况下风中频率响应的测量。
图12展示了根据本发明的降噪元件的可能的形状。
图13展示了根据本发明的降噪元件的其他可能的形状。
图14展示了本发明的实施方式的示例。
具体实施方式
尽管已经结合特定实施方式描述了本发明，但是不应以任何方式将其解释为限制于本发明的实施例。本发明的范围由所附权利要求书阐明。在权利要求的上下文中，术语“包括”及其各种形式不排除其他可能的元件或步骤。而且，提及诸如不定冠词“一”或“一个”等的引用不应解释为排除多个。权利要求中关于附图中指示的元件的参考符号的使用也不应解释为限制本发明的范围。此外，可以将不同权利要求中提到的单个特征有利地组合，并且在不同权利要求中提及这些特征并不排除特征的组合不是可能和有利的。
本公开涉及包括至少手机套的被动降噪系统。手机套一般用于提高手机壳体的机械完整性，并保护常常由玻璃制成的智能手机的较大显示表面。
图1展示了根据本发明的手机套的示例。图1的实施方式的示例展示了手机套10，所述手机套包括具有在安装时围绕手机壳体延伸的周边侧面的支撑框架13。套10构造成在手机壳体的周围上被拉动，从而将支撑框架13安装到手机上。在该实施方式的示例中，背侧11是开放的，即没有背侧。因此，通过从手机壳体的显示侧(即，前侧)将套拉动到电话壳体上，可以将手机套10附接到手机壳体。然后，电话用户可访问显示侧。
在本发明的范围内，支撑框架13可具有覆盖整个背侧或仅覆盖背侧的一部分的套，例如包括增加手机壳体的机械完整性的刚性背侧板。然后，通过将手机壳体以手机背侧首先压入支撑框架13中，能够将手机套10附接到所述套。电话用户将可访问手机的显示侧或前侧。
在任何情况下，由于支撑框架13的内侧面与手机壳体的周边侧之间的紧密间隙，支撑框架13牢固地附接到手机壳体。特定的支撑框架13的大小(并且可以是外观)适配于特定的手机型号。不同大小的支撑框架13可以适配于其他相应的手机型号。
当安装时，支撑框架13的周边侧面围绕手机壳体的周边延伸。周边侧面具有上周边侧表面12和第一底周边侧表面14。支撑框架13的延伸部布置为套10的从所述第一底周边侧表面14向外的延伸部，其终止于第二底周边侧表面16，所述第二底周边侧表面与第一底周边侧表面14平行地延伸，即所述第一底周边侧表面14和第二底周边侧表面16均与手机的底周边侧平行地延伸。在所述第一底周边侧表面14和第二底周边侧表面16之间构成有空隔室15。如上所述，套10的背侧可以是开放的，或布置有板。在任何情况下，隔室15的底总是被板覆盖，而隔室15的向上朝向与手机的前侧(显示侧)相同的侧至少总是部分开放，即隔室15的前侧的开口的部分可以被部分地覆盖，但是隔室15的前侧的一部分总是不被覆盖。
当使用带有根据本发明的手机套10的手机时，上周边侧表面12靠近手机用户的耳朵定位，而隔室15靠近手机用户的嘴定位。有至少一个麦克风位于手机壳体的底端表面是常见的，这是因为该部分靠近手机用户的嘴。因此，手机的所述至少一个麦克风将位于手机套10的延伸部的隔室15的内侧。
在图2中，图1的隔室15填充或布置有由多孔材料制成的本体17。例如海绵类材料或泡沫橡胶。如上所述，多孔本体17的目的是消除风噪声的影响。图3描绘了从上观看的图2中的实施方式的示例。
在图4中，如图2和图3中示出的支撑框架10的第一底端表面14布置有一些限定的开口。这些开口的位置与布置在手机壳体的底端表面上的对应定位的扬声器开口和/或麦克风开口相关。第二底端表面16还布置有与第一底端表面14上的开口对应的开口。
图5展示了图4中的实施方式的示例的透视图，其中，如上所述包括多孔材料的本体17位于隔室15内。
图6a展示了来自人嘴的声波23如何通过空间从嘴向隔室15传播。声波23将通过隔室15的朝向用户的嘴的前侧开口部分地进入隔室15。电话套的麦克风开口24定位成邻近手机壳体的底端表面上的隔室15。参考图4和图5，也可以在第一底周边侧表面14和第二底周边侧表面16上布置切口，所述切口对应于手机壳体的底周边端表面上的麦克风位置。
图6b展示了将隔室15的底面如何可以布置成与套10的底成45°的倾斜角度。影响是，如图所示，进入声波将朝着手机壳体上的麦克风开口被反射。
发明人已经对本发明的示例性实施方式进行了几次测试。
目的是识别根据本发明的套减小或消除风引起的噪声如何。如上所述，多孔本体17停止或消除风引起的噪声。同时，多孔本体17使可听声波穿过多孔介质的孔。另外，隔室15，如图1到图5所示，构成从隔室15的开放前面朝向位于手机壳体的底周边侧面上的麦克风开口24的波导状通道。
测试是在iPhone XS MaxTM和Samsung S10+TM上进行的，结果大致相同。测量中使用的声源是Tivoli Pal收音机和扫频发生器。所述Tivoli Pal收音机具有单个薄膜扬声器，在低音和高音之间没有相位问题。频率响应是不均匀的，但是仅要测量相对差异，从而补偿不均匀的频率响应。由电话接收到的声音是在电话的扬声器处测量的。
图7展示了根据本发明的套10的效果的测量，其中，隔室15是空的并且套如图6a所示。
图7展示了使用iPhone XS MaxTM的结果，其中，隔间15是空的，并且通过所连接的Tivoli Pal收音机的声音提供了从60Hz到30,0kHz的扫频。一般人类语音的频率范围约是1kHz到大约4,5kHz。
图7中的曲线30揭示了由隔室15组成的通道的波导状的性能。在整个频率范围内，声音振幅基本上以一dB增加，并且特别是在一般人类语音的频率范围内显著地增加。
语音清晰度也是评估本发明效果时的重要因素。在测量设置中，使用测试标准C50来估计在安装和不安装套10的情况下的语音清晰度，并且其中，隔室15是空的，即没有多孔本体17。
C50测试将早期声音反射中的声能与稍后到达的声能进行比较。其以dB表示，并且高值表示语音清晰。该测试是标准化的，并可作为ISO 3382-1获得。
图8展示了C50结果的相对测量。曲线图31描绘了安装有套10的结果，而曲线图32描绘了没有安装套10的结果。经由Tivoli Pal收音机，在200Hz到10kHz的频率之间进行了扫频。
图7和图8中展示的测量结果说明了套10本身增强了经由隔室15接收的声音的事实，其不仅更大声而且更清晰。
在图9和图10中展示了在隔室15中布置多孔本体17的效果。
图9展示了没有安装套10的情况，并且如曲线图33所示测量有风，以及如曲线图34所示测量没有风。
风效果是用风扇产生的。2Khz之后风噪声的明显增加不是风噪声，而是风扇本身的噪声。这很可能是基于通过电话本身完成的压缩，使风扇噪声以及扫描测量的响度相对于无风情况在风中更安静。压缩是衰减超过一定阈值的过程，导致响亮声音与安静声音之间的较小差异，因此，如果在相同的测量参数内扫描比以前更安静，则信号的总衰减量等于或接近扫级的降低。为了调整该压缩，扫描测量被用作参考。测量结果表明，当风添加时，扫频更安静约10dB。以10dB调整的相对风噪声如图10所描绘。补偿测量表明，在有套和没有套的情况下，有14至17dB的差异，所述套包括安装在隔室15中的多孔本体17。套10很可能不会影响低于100Hz的所有东西，但在较高频率范围内都是如此。
图11展示了在有套和没有套的情况下风中频率响应的测量。曲线图37是在安装有套10的情况下获得的结果，而曲线图38展示了没有在电话上安装套10的结果。
曲线图展示了在t 2KHz左右及以上，相对于没有安装套的情况，降低了14dB，以及相对于在吹风时安装套的情况降低了14-24dB。这意味着有套10安装的情况下，期望声音的穿过量显著高于不存在套的情况。
支撑框架(10)的第一下端表面(14)可以由具有适配于来自人的语音信号的典型频率范围的适应性声阻抗的材料构成。因此，语音可以穿过支撑框架(10)的端表面(14)的材料无衰减地或者至少以最小衰减到所述至少一个麦克风上。在支撑框架(13)的延伸元件(16)中也可以使用相同的材料。
图1和图2展示了具有多孔本体17的非限制性特定形状的支撑框架13的示例。图12展示了多孔本体17的可能形状的一些示例，其适配于由延伸元件16和支撑框架13的端表面14限定的空间15的不同示例的形状。示例17(a)、示例17(b)、示例17(c)和示例17(d)展示了从上面看到的所述本体17的不同形状。示例17(e)是17(b)展示的本体的透视图，其与在图2和图3展示的示例中使用的本体17的形状相同。
图13展示了多孔本体18的实施方式的其他示例。在这些示例中，在本体18的中心的切口适配于能够将电力电缆连接到例如手机壳体。然后，在延伸元件16的侧面和原始支撑框架13的第一底端表面14中布置对应开口。示例18(b)和示例18(d)展示了从所述本体18的侧看的本体18，而示例18(a)和示例18(c)展示了从本体18的顶侧观察的本体18。示例18(e)是多孔本体18(a)的实施方式的示例的透视图。
此外在本发明的范围内，麦克风可布置在手机壳体的任何侧面上，包含包括显示器的壳体的侧(麦克风可以位于显示器面的边缘)，并且背侧相反于显示器侧。此外在本发明的范围内还提供一手机套，所述手机套包括至少支撑框架13，该支撑框架可包括在框架13的侧面中与相应麦克风的开口一致的合适的切口。此外，位于手机的显示器侧和/或背侧的麦克风可以被套的延伸部覆盖，其在显示器表面的部分上方(在显示器表面的边缘区域中)和/或在手机壳体的背侧上伸展。可以在相应麦克风的位置上的切口布置有如上所述诸如用于多孔本体17、18的材料的材料。
图14展示了支撑框架13的背侧的示例，所述支撑框架具有在手机的摄像头镜头上方的切口20，在手机的麦克风上方的切口21以及用于基于手电筒的LED的切口22。在麦克风上方的切口21周围，围绕切口21布置有框架19，为如上所述的多孔介质的本体提供支撑(未展示)。然后，对该特定麦克风，也可以减少风引起的噪声。
例如，如上所述的AppleTM的iPhone 7有定位在提供手电筒的LED和电话摄像头开口之间的麦克风。然后，支撑框架13的延伸部可布置成从上边缘12向下拓展，除了包括多孔介质的本体的麦克风上的切口外，还包括用于摄像头和基于手电筒的LED的切口，而不必覆盖手机壳体的整个背面。
瑞典SP技术研究院还进行了实验，使用例如海绵类材料和/或泡沫橡胶材料的多孔材料，确定降低风噪声的效果。2017年1月17日的报告的标识号为6P09044Rev1。
该研究测量了在没有风噪声降低材料的情况和具有降噪材料的情况之间的噪声声压差。如果压力降低，则膜片或隔膜上的撞击将对应地减小，即更少风引起的噪声。
当测试风的速度为2m/s时，风噪声声压降低约35％，和当测试风的速度为8m/s时，降低为76％，以及当风速为12m/s时，降低是71％。在风速从4m/s到8m/s的间隔中，平均降低74％。

Claims (14)

1.手机套（10），其提供至少一个麦克风音频输入信号的被动降噪，包括：-支撑框架（13），所述支撑框架具有当安装到手机上时围绕手机壳体的周边延伸的外周侧面；-其中，周边侧面具有上外端表面（12）和第一外下端表面（14），-其中，在支撑框架（13）的第一外下端表面（14）上与手机壳体中的至少一个麦克风开口（24）的位置相一致的位置上布置至少一个切口，延伸元件从支撑框架（13）的所述第一外下端表面（14）延伸出，从而提供支撑框架（13）的第二下端表面（16），所述第二下端表面相对于第一外下端表面（14）平行地延伸，-其中，平行的第一外下端表面（14）和第二下端表面（16）限定位于支撑框架（13）与所述第一外下端表面（14）和第二下端表面（16）之间中的隔室（15），并且当套被安装时，隔室（15）的被覆盖的底侧与隔室（15）的上表面相对，所述隔室（15）的上表面布置成面朝向手机的显示器侧，-其中，由覆盖所述至少一个麦克风开口（24）的多孔材料制成的本体（17）填充隔室（15），-其中，隔室（15）的上表面侧从第一外下端表面（14）开放到第二下端表面（16），使得所述隔室构成从隔室的开放前表面朝向手机壳体中的所述至少一个麦克风开口的类波导通道，从而声波（23）将通过隔室（15）的朝向用户的嘴的前侧开口部分地进入隔室（15）。
2.根据权利要求1所述的手机套，其中，至少支撑框架（13）的第一外下端表面（14）由具有适配于来自人的语音信号的典型频率范围的适应性声阻抗的材料构成。
3.根据权利要求1所述的手机套，其中，支撑框架（13）的延伸元件由具有适配于来自人的语音信号的典型频率范围的适应性声阻抗的材料构成。
4.根据权利要求1所述的手机套，其中，在所述支撑框架（13）的第二下端表面（16）上与手机壳体上的所述至少一个麦克风的位置相一致的位置上布置至少一个切口。
5.根据权利要求1所述的手机套，其中，支撑框架（13）在支撑框架（13）的任何侧面上布置有至少一个延伸元件，其中，具有延伸元件的支撑框架（13）的侧面覆盖至少一个麦克风。
6.根据权利要求1所述的手机套，其中，支撑框架（13）具有开放背侧（11）。
7.根据权利要求1所述的手机套，其中，支撑框架（13）具有被覆盖或被部分覆盖的背侧（11），所述背侧由诸如钢板或同类材料的刚性材料构成。
8.根据权利要求7所述的手机套，其中，被覆盖的背侧（11）具有至少一个切口（21），当所述手机套（10）被拉动到手机壳体上时，所述至少一个切口位于手机壳体上的麦克风上方。
9.根据权利要求8所述的手机套，其中，在麦克风上方的所述至少一个切口（21）的周围布置有框架（19），所述框架保持由多孔材料制成的本体。
10.根据权利要求1或权利要求9所述的手机套，其中，所述本体（17）的多孔材料是泡沫橡胶或海绵状材料。
11.根据权利要求1-9中的任一项所述的手机套，其中，风引起的噪声降低位于14 dB到24 dB范围内的量。
12.多孔材料在根据权利要求1所述的手机套中的用途。
13.橡胶泡沫在根据权利要求1所述的手机套中的用途。
14.海绵状材料在根据权利要求1所述的手机套中的用途。
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