CN113039772B - 用于减少噪声的电气设备 - Google Patents

Abstract

一种用于减少噪声的电气设备，包括：第一麦克风(110)，该第一麦克风被配置为接收来自声源的声波并将所述声波转换为包括噪声分量的第一电信号；第二麦克风(112)，该第二麦克风被配置为接收来自周围环境的环境噪声并将所述环境噪声转换为第二电信号。第二电信号的极性与第一电信号的极性相反。该电气设备还包括连接第一麦克风(110)和第二麦克风(112)的电路(113)。电路(113)被配置为合并第一电信号和第二电信号，以通过极性相反的第二电信号减小第一电信号中的噪声分量。

Description

用于减少噪声的电气设备

技术领域

本发明总体上涉及噪声消除和减少技术，并且更具体地涉及一种用于减少噪声的电气设备。

背景技术

噪声控制或噪声消除长期以来一直被用作减少不期望的声音的手段，这通常是出于个人舒适、环境考虑或法律合规的目的。它已在诸如蜂窝电话、双向无线电/对讲机、麦克风、耳机、扬声器等许多电子和通信设备中实现。此技术的主要目的是消除或减少不希望的(例如环境)噪声，从而仅听到期望的声音，例如人的语音。

在通信或录音期间，周围的环境噪声造成通信或录音中的干扰，并且不允许声音的有效传输。例如，在用户之间通过对讲机进行通信期间，环境噪声可能会比用户的语音更大，或者大到足以干扰通信。结果，用户不能清楚地听到彼此的声音。

因此，在本领域中需要开发一种用于减少噪声并且不会遭受以上缺陷或至少提供可行且有效的替代方案的电气设备。

发明内容

以下通过各种实施例描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为局限于本文阐述的实施例。

提供了一种用于减少噪声的电气设备。该电气设备包括：第一麦克风，第一麦克风被配置接收来自声源的声波并将声波转换为包括噪声分量的第一电信号，其中，第一麦克风包括第一正极端和第一负极端，第一电信号为从第一麦克风的第一正极端输出；第二麦克风，第二麦克风被配置为接收来自周围环境的环境噪声并将环境噪声转换为第二电信号，其中第二麦克风是包括第二正极端和第二负极端的驻极体麦克风，第二电信号为从第二麦克风的第二负极端输出，使得第二电信号的极性与第一电信号的极性相反；电路，该电路连接第一麦克风和第二麦克风，其中，所述电路还包括第二电阻器，所述第二电阻器连接到所述第二麦克风的所述第二负极端，所述第二麦克风的所述第二正极端连接到所述电路的所述接地端，所述第二电阻器被配置为产生用于所述第二麦克风的所述第二负极端的第二偏电压，减小通过第二麦克风的电流，以使所述第二点信号极性相反，所述电路进一步并被配置为合并第一电信号和第二电信号，以通过极性相反的第二电信号减小第一电信号中的噪声分量。

有利的是，表示环境噪声的第二电信号与第一电信号在极性上相反并且与第一电信号合并。这样，第一电信号中的噪声分量被大大减少，并且合并后的信号具有更高的信噪比。因此，在接收设备处基于合并的信号产生的声音对于使用该接收设备的用户而言更加清晰。

第一麦克风是单向驻极体麦克风，其中第一负极端连接到电路的接地端。

第二麦克风是全向驻极体麦克风。

该电路还包括第一电容器，该第一电容器连接在第一麦克风的第一正极端与电路的接地端之间，以便滤除第一电信号中的高频电流。

该电路还包括第一电阻器，该第一电阻器连接到第一麦克风的第一正极端，以产生用于第一麦克风的第一正极端的第一偏电压。

该电路还包括第一电感器，该第一电感器与第一电阻器串联连接，以防止高频干扰。

该电路还包括第二电容器，该第二电容器连接在第二麦克风的第二负极端与电路的接地端之间，以便滤除第二电信号中的高频电流。

该电路还包括第二电感器，该第二电感器与第二电阻器串联连接，以防止高频干扰。

该电路还包括输出端子，该输出端子用于连接第一电感器和第二电感器，以便在输出端子处合并第一电信号和第二电信号。

该电路还包括第三电阻器，该第三电阻器连接到第一麦克风的第一负极端和第二麦克风的第二正极端以防止机电反馈。

根据本发明的实施例，该电路还包括与第三电阻器串联连接的开关。

附图说明

将参照附图描述本发明的至少一个示例，其中：

图1示出了根据本发明实施例的用于减少噪声的电气设备的结构图；

图2示出了根据本发明的实施例的用于减少噪声的电气设备；

图3示出了根据本发明的实施例的用于减少噪声的电气设备；

图4示出了根据本发明实施例的在点1.01处测量的第一电信号的波形；

图5示出了根据本发明实施例的在点1.02处测量的第二电信号的波形；以及

图6示出了根据本发明实施例的在点1.03处测量的组合输出信号的波形。

应注意，在下面的附图和描述中，不同附图中相似或相同的附图标记表示相同或相似的元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的用于减少噪声的电气设备100的结构图。如图1所示，电气设备100包括第一麦克风110、第二麦克风112和电路113。第一麦克风110在使用时被放置在声源附近或朝向声源放置，并且特别地被配置为接收来自声源的声波。声源可以是产生意在被第一麦克风110接收的期望的声波的任何对象。在图1所示的示例中，声源是朝向第一麦克风110说话的人。来自声源的声波，即，本示例中人的语音，经由传输介质、特别是空气被传播到第一麦克风110，并由第一麦克风110捕获。然后，第一麦克风110将声波转换为第一电信号。在实践中，在声波在传输介质中传输期间，声源的声波被环境噪声的至少一部分干扰，所述环境噪声可能由其他对象引起，例如，在附近工作的机器或车辆、在附近说话的其他人或甚至是所期望的声波的回声。结果，由第一麦克风110转换的第一电信号除了人的语音之外还包括噪声成分。在图1所示的示例中，第一电信号从第一麦克风110的正极端输出。

如图1所示，第二麦克风112在使用时放置在远离声源的位置，并且特别被配置为接收来自周围环境的环境噪声并将环境噪声转换为表示环境噪声的第二电信号。环境噪声包括在周围环境中产生的任何不期望的声音，例如交通、鸣笛的汽车、大喊、大声的音乐或任何其他不希望的噪声。在图1所示的示例中，第二电信号从第二麦克风112的负极端输出，并且在极性上与第一电信号相反。

电路113连接第一麦克风110和第二麦克风112，并被配置为合并第一电信号和第二电信号。例如，电路113可以是用于将第一电信号和第二电信号相加的加法器电路。结果是，电路113的最终输出信号是第一电信号和第二电信号之和。因为第二电信号的极性与第一电信号的极性相反，所以在将第一电信号和第二电信号相加之后，通过第二电信号减小了第一电信号中的噪声分量。因此，电设备100的最终输出信号与包括语音和噪声的第一电信号相比具有更高的信噪比(SNR)。可以进一步处理电气设备100的输出信号，例如，对其进行数字化(模-数转换)、调制并将其传输到接收设备。接收设备通过例如解调和数-模转换从接收到的信号生成具有较高SNR的声音信号。当从接收设备的扬声器播放声音信号时，使用该接收设备的用户能够更加清晰地听到人的语音，因为该声音信号具有更高的SNR。

图2示出了根据本发明的实施例的用于减少噪声的电气设备200。电气设备200中的电路113具有接地端或负极，以在第一麦克风110和第二麦克风112之间建立连接。电气设备200中的第一麦克风110(即，图2中的“语音麦克风”)是单向驻极体麦克风，包括第一正极端和第一负极端。第一负极端连接到电路113的接地端或负极，并且，可以在图2中的点1.01处测量的第一电信号在第一麦克风110的第一正极端处输出。单向麦克风能够捕获来自特定方向的声波，同时抑制来自其他方向的声音。在一个示例中，当第一麦克风110以0度角接收声音信号时，检测到最小的环境信号，这仅允许从一个方向接收信号，并且其较低的带宽滤除了不想要的较高频率。这样，当第一麦克风110朝向声源定向时，在单向麦克风110处接收的声波受到环境噪声的干扰较小，并且得到的第一电信号又包括较少的噪声。这最终导致电气设备200的输出信号更好，该输出信号可以在图2中的点1.03处进行测量。

此外，电气设备200中的第二麦克风112是包括第二正极端和第二负极端的驻极体全向麦克风。如图2所示，第二正极端连接到电路113的接地端，并且，能够在图2中的点1.02处测量的第二电信号在第二麦克风112的第二负极端处输出。驻极体全向麦克风以基本上相等的增益接收来自所有方向的声音。这样，所得的第二电信号能够准确地表示环境噪声。另外，第二电信号在第二麦克风112的第二负极端处输出，并且第二电信号的极性与在第一麦克风110的第一正极端处输出的第一电信号的极性相反。

如图2所示，电路113包括第一电容器114。第一电容器114连接在第一麦克风110的第一正极端与电路113的接地端之间。第一电容器114被配置为滤除第一电信号中的高频电流，以阻止偶发的射频进入低频音频电路113，并在电路113闭合时防止电压尖峰。第一电容器114可以是陶瓷电容器，并且第一电容器114的电容可以是例如1μF(微法拉)。电路113还包括连接到第一麦克风110的第一正极端的第一电阻器118。第一电阻器118产生用于第一麦克风110的第一正极端的第一偏电压，并且第一电阻器118能够对第一电信号添加轻微的衰减。第一电阻器118的电阻可以例如是1.8kΩ(千欧)。电路113还包括与第一电阻器118串联的第一电感器122。当电气设备200作为无线电设备的一部分集成到无线电设备(例如，移动电话)中时，——该无线电设备未在图2中示出，通常包括用于发射射频信号到空中的射频发射装置——，第一电感器122通过阻止由发射装置产生的可能的射频干扰进入低频音频电路113来防止高频干扰。第一电感器122的电感可以是例如0.02mh(毫亨)。

电路113包括连接在第二麦克风112的第二负极端和电路113的接地端之间的第二电容器116。第二电容器116被配置为滤除第二电信号中的高频电流，以阻止偶发的射频进入低频音频电路113，并在电路113闭合时防止电压尖峰。第二电容器116可以是陶瓷电容器，并且第二电容器116的电容可以是例如1μF(微法拉)。电路113还包括连接到第二麦克风112的第二负极端的第二电阻器120。第二电阻器120产生用于第二麦克风112的第二负极端的第二偏电压。因此，第二电阻器120允许第二麦克风112(特别地，在第二麦克风112是驻极体麦克风的情况下，第二麦克风112中的JFET晶体管)以相反极性工作。第二电阻器120还减小了流过第二麦克风112的电流和第二麦克风112两端的电压幅度。第二电阻器120的电阻可以例如是1.8kΩ(千欧)。电路113还包括与第二电阻器120串联的第二电感器124。第二电感器124被配置为防止由进行发射的无线电设备产生的射频干扰进入低频音频电路113。第二电感器124的电感可以是例如0.02mh(毫亨)。

电路113还包括用于连接第一电感器122和第二电感器124的输出端子201。这样，电路113在输出端子201处合并第一电信号和第二电信号。合并的输出信号是第一电信号和第二电信号之和，可以在点1.03处进行测量。如前面描述的，第二电信号在极性上与包括噪声分量的第一电信号相反。因此，在合并的输出信号中，噪声分量被减少。

当无线电设备由原始制造商制造时，图2中所示的电气设备200可以被集成到无线电设备(例如，移动电话)中，作为无线电设备的一部分。例如，在输出端子201处的合并的输出信号可以被馈送到无线电设备的其他电路，以进行进一步处理(例如，模-数转换、调制、加密、传输等)。电路113的接地端与无线电设备的其他电路的接地端连接，以便将电气设备200与无线电设备的其他电路电连接。这样，电气设备200可以用于诸如移动电话之类的全双工应用中。

图3示出了根据本发明的实施例的用于减少噪声的电气设备300。电气设备300可以在没有降噪功能的现有无线电设备中或者在需要更好的降噪功能的情况下用作附件。

如图3所示，除了图1和图2所示的元件之外，电气设备300中的电路113还包括第三电阻器126。第三电阻器126有效地连接到第一麦克风110的第一负极端和第二麦克风112的第二正极端以及电路113的接地端。此外，电路113包括出于“一键通(push to talk)”的目的而与第三电阻器126串联连接的开关128。第三电阻器126被配置为在低频音频电路113闭合时，例如当按下开关128时，防止机电反馈进入低频音频电路113。当在半双工通信模式下使用电气设备300时，可以产生机电反馈。在一个示例中，第三电阻器126的电阻可以例如是0Ω(欧姆)。此外，电路113包括出于“一键通”的目的而与第三电阻器126串联连接的开关128。电气设备300还包括连接器130，该连接器被配置为将电气设备300、特别是电路113作为附件连接到没有降噪功能的现有无线电设备(例如对讲机，未在图3中显示)。例如，如果需要降噪功能，则可以将连接器130插入无线电设备中以将电气设备300连接到无线电设备。

出于“一键通”目的，将开关128连接到连接器130。此外，电气设备300的输出端子201连接到连接器130，以将第一电信号和第二电信号之和、即合并的输出信号馈送到无线电设备，以进行进一步处理，例如模-数转换、调制、加密、传输。电气设备300能够向无线电设备提供具有较高SNR的输入信号，即，来自输出端子201的合并的输出信号。这样，当另一个无线电设备，即进行接收的无线电设备，接收来自该无线电设备的信号并从接收到的信号产生声音时，使用该无线电设备的人的语音对于使用进行接收的无线电设备的用户来说更加清晰。

无线电设备，例如对讲机/双向无线电，通常包括内部扬声器，以播放由无线电设备产生的声音。电气设备300还可包括连接到连接器130的扬声器131。连接器130被配置为如果连接器130插入到无线电设备中，则禁用无线电设备的内部扬声器，并通过作为外部扬声器的扬声器131播放由无线电设备产生的声音。

在图3所示的示例中的连接器130是双引脚连接器。一个引脚被配置为连接到扬声器131，标记为扬声器引脚，而另一个引脚被配置为控制麦克风110、112，标记为麦克风引脚。连接器130的扬声器引脚包括正极端和负极端/接地端，而连接器130的麦克风引脚包括麦克风端和“一键通”端。扬声器131包括正极端和负极端。扬声器131的正极端连接到扬声器引脚的正极端，而扬声器131的负极端连接到扬声器引脚的负极端/接地端。电路113的接地端连接到扬声器引脚的负极端/接地端。

麦克风引脚的麦克风端连接到输出端子201，以接收具有较高SNR的合并的输出信号。麦克风引脚的“一键通”端出于“一键通”目的而连接到“一键通”开关128。这样，在将连接器130插入到无线电设备(未示出)中之后，如果由使用电气设备300的用户按下“一键通”开关128，则电路113被闭合。因此，第一麦克风110和第二麦克风112能够如上所述地操作，并且具有较高SNR的合并的输出信号在输出端子201处输出，该合并的输出信号被进一步馈送到连接器130，并进而被馈送到无线电设备以在被发送到进行接收的无线电设备之前进行进一步处理。另一方面，如果“一键通”开关128被用户释放，则该合并的输出信号不会被馈送至连接器130或无线电设备。结果，来自声源的声音将不会被传输到进行接收的无线电设备。这样，电气设备300可以用在诸如双向无线电或对讲机之类的半双工设备中。

下面参照图4、图5和图6描述第一电信号、第二电信号和合并的输出信号的波形，以示出本发明的效果。

图4示出了在图3所示的电气设备300中的点1.01处测量的第一电信号的波形。第一电信号的频率约为1KHz，峰-峰电压为200mV，即46DbmV。如上所述，第一电信号包括期望的声音(例如，人的语音)和噪声分量。

图5示出了在图3所示的电气设备300中的点1.02处测量的第二电信号的波形。由于第二麦克风112以相反的极性操作，因此第二电信号的波形与第一电信号成180度异相。换句话说，第二电信号的极性与第一电信号的极性相反。第二电信号的峰-峰电压为100mV，即，40DbmV。如上所述，第二电信号表示环境噪声。

图6示出了在图3所示的电气设备300中的点1.03处测得的合并的输出信号的波形。如上所述，第一电信号和第二电信号被合并，并且该合并的输出信号在输出端子201处输出。合并的输出信号是第一电信号和第二电信号之和。如图6所示，合并的输出信号的峰-峰电压为100mV，即，40DbmV，由于第二电信号与第一信号的极性相反，因此该峰-峰电压小于第一电信号的峰-峰电压。

测试表明，电气设备300的SNR达到59dB的SNR，而现有无线电设备(例如，对讲机)据其制造商声称其SNR约为40dB。因此，本发明实现了比现有无线电设备更好的音频效果。

本发明具有各种优点。本发明提供了一种减少噪声/消除噪声的成本和能量高效的方法。本发明可以提供对通信设备的噪声减少/消除。该设备可以与诸如移动电话、无线电、对讲机、卫星电话等各种通信设备一起使用。

本文中使用的术语和描述仅以说明的方式提出，并不意味着限制。本文公开的示例和限制旨在不以任何方式进行限制，并且可以在不脱离本公开的精神的情况下做出修改。本领域技术人员将认识到，在本公开的精神和范围及其等同形式内可能有许多变型，其中除非另有说明，否则所有术语应以其最广泛的可能含义来理解。

根据说明书和附图可知，对这些实施例的各种修改对本领域技术人员而言是显而易见的。与本文描述的各种实施例相关联的原理可以应用于其他实施例。因此，无意使该描述局限于与附图一起示出的实施例，而是旨在提供与本文公开或暗示的原理以及新颖性和创造性特征相一致的最宽范围。因此，预期本公开将保留落入本公开和所附权利要求的范围内的所有其他这样的替代、修改和变化。

Claims (11)

1.一种用于减少噪声的电气设备，包括：

第一麦克风（110），所述第一麦克风（110）被配置接收来自声源的声波并将所述声波转换为包括噪声分量的第一电信号，其中，第一麦克风（110）包括第一正极端和第一负极端，所述第一电信号为从第一麦克风（110）的第一正极端输出；

第二麦克风（112），所述第二麦克风（112）被配置为接收来自周围环境的环境噪声并将所述环境噪声转换为第二电信号，其中所述第二麦克风（112）是包括第二正极端和第二负极端的驻极体麦克风，所述第二电信号为从所述第二麦克风（112）的所述第二负极端输出，使得所述第二电信号的极性与所述第一电信号的极性相反；以及

电路（113），所述电路（113）连接所述第一麦克风（110）和所述第二麦克风（112），其中，所述电路（113）还包括第二电阻器（120），所述第二电阻器（120）连接到所述第二麦克风（112）的所述第二负极端，所述第二麦克风（112）的所述第二正极端连接到所述电路（113）的接地端，所述第二电阻器（120）被配置为产生用于所述第二麦克风的所述第二负极端的第二偏电压，减小通过第二麦克风（112）的电流，以使所述第二电信号极性相反，所述电路（113）进一步并被配置为合并所述第一电信号和所述第二电信号，以通过极性相反的所述第二电信号减小所述第一电信号中的所述噪声分量。

2.根据权利要求1所述的电气设备，其中，所述第一麦克风（110）是单向驻极体麦克风，其中所述第一负极端连接到所述电路的接地端。

3.根据权利要求2所述的电气设备，其中，所述第二麦克风（112）是全向驻极体麦克风。

4.根据权利要求3所述的电气设备，其中，所述电路（113）还包括第一电容器（114），所述第一电容器（114）连接在所述第一麦克风（110）的所述第一正极端与所述电路的所述接地端之间，以滤除所述第一电信号中的高频电流。

5.根据权利要求4所述的电气设备，其中，所述电路（113）还包括第一电阻器（118），所述第一电阻器（118）连接到所述第一麦克风（110）的所述第一正极端，以产生用于所述第一麦克风的所述第一正极端的第一偏电压。

6.根据权利要求5所述的电气设备，其中，所述电路（113）还包括第一电感器（122），所述第一电感器（122）与所述第一电阻器（118）串联连接，以防止高频干扰。

7.根据权利要求6所述的电气设备，其中，所述电路（113）还包括第二电容器（116），所述第二电容器（116）连接在所述第二麦克风（112）的所述第二负极端与所述电路的所述接地端之间，以滤除所述第二电信号中的高频电流。

8.根据权利要求7所述的电气设备，其中，所述电路（113）还包括第二电感器（124），所述第二电感器（124）与所述第二电阻器（120）串联连接，以防止高频干扰。

9.根据权利要求8所述的电气设备，其中，所述电路（113）还包括输出端子（201），所述输出端子（201）用于连接所述第一电感器和所述第二电感器，以在所述输出端子（201）处合并所述第一电信号和所述第二电信号。

10.根据权利要求9所述的电气设备，其中，所述电路（113）还包括第三电阻器（126），所述第三电阻器（126）连接到所述第一麦克风（110）的所述第一负极端和所述第二麦克风（112）的所述第二正极端以防止机电反馈。

11.根据权利要求10所述的电气设备，其中，所述电路（113）还包括与所述第三电阻器（126）串联连接的开关（128）。