CN113781991A - 降噪装置、降噪方法以及多媒体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种降噪装置、降噪方法以及多媒体设备，降噪装置包括麦克风单元，用于对环境噪声进行实时监听并生成反噪声信号‑N1；滤波单元，用于将反噪声信号‑N1的频率特性补偿为‑N2；加载载波单元，将补偿后的信号‑N2加载到一高频载波C上，以形成与噪声信号N1相位相反的包络信号‑N3；放大器单元，将包络信号‑N3的幅值放大到与环境噪声相等的‑N4；扬声器单元，播放放大器单元输出的放大信号‑N4以降低环境噪声。由于采用了以上技术手段，本发明具有以下优点：在嘈杂的环境中，可以利用手中的设备，比如笔记本电脑、手机、一体机或是平板，创造一个相对安静的环境；通过主动式降噪控制，破坏性地干扰非期望声波，大幅降低非期望的声音；通过扬声器输出的反噪声信号，可以产生在某个位置的某个三维区域的低噪声区。

Description

降噪装置、降噪方法以及多媒体设备
技术领域
本发明涉及一种降噪装置和降噪方法。
背景技术
随着科技的发展和智能多媒体设备的应用越来越广，人们在享受着现代科技给人类带来的种种便利时，也面临着严重的污染问题。这些污染中，噪声污染是直接危害人们身心健康的污染源之一。很多场合中，如工业生产过程、日常生活工作环境、实验室环境等，均存在声音噪声，有些甚至十分严重。这些噪声对长期近距离接触的工作人员不利，对其生理和心理健康带来严重危害，听力下降，易于疲劳，注意力下降。因此，在噪声越来越严重而人们越来越追求身心健康和生活质量的情况下，对噪声的降低，有着强烈的需求。
任何一个声学系统包括声源、传播途径和接受者3个环节，控制噪声应从这三个方面进行。目前降噪的方法主要有被动降噪方法和主动降噪方法。
被动降噪可以分为减震噪声、吸音噪声和隔音噪声三种处理方法。它是利用物理特性将外部噪声与耳朵隔开，主要通过隔音材料阻挡噪声，对高频率声音非常有效，一般可使噪声降低大约为15-20dB。这种方法原理简单，降噪成本低，但效果比较逊色。一般使用了高密度的隔音材料，或是佩戴耳机，佩戴耳机会使人感觉不舒服。被动降噪对于高频信号的隔绝效果好，比如公路旁的隔音板。但是对于小空间的低频噪声来说，像空调工作噪声，投影仪工作噪声，发动机噪声，下雨的声音，风的声音，波浪的声音，蝉的鸣叫声等效果大打折扣。
对于主动降噪，是根据2个声波相消性干涉或声波辐射抑制的原理。具体如下：通过人为地制造1个控制声源（次级声源），使其发出的声音与原来的噪声源（初级声源）大小相等、相位相反，使两者作用结果互相抵消，从而达到降噪的目的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种主动降低噪声的方法和装置，通过信号处理、音频处理和噪声控制，降低特定区域内非期望的声音。
为了实现上述目的，本发明提供了一种降噪装置，包括：麦克风单元，用于对环境噪声进行实时监听并生成反噪声信号-N1；滤波单元，用于将反噪声信号-N1的频率特性补偿为-N2；加载载波单元，将补偿后的信号-N2加载到一高频载波C上，以形成与噪声信号N1相位相反的包络信号-N3；放大器单元，将包络信号-N3的幅值放大到与环境噪声相等的-N4；扬声器单元，播放放大器单元输出的放大信号-N4以降低环境噪声。
优选的，所述的麦克风单元包括反向麦克部件。
优选的，包括载波生成单元，用于生成高频载波C。
优选的，所述的高频载波C的频率大于人耳辨别频率的上限。
优选的，包括比较器单元，用于将包络信号-N3的幅值与环境噪声进行比较，所述的放大器单元根据比较结果对包络信号-N3的幅值进行调整。
优选的，所述的滤波单元将反噪声信号-N(1)中大于人耳辨别的高频部分过滤。
优选的，所述的滤波单元包括：电源部件：包括连接于麦克风单元的电阻R1、电压源VDC；阻抗匹配部件：包括电容C1，用于去除麦克风单元输入的反噪声信号中的直流分量；低通滤波部件：包括由R2、R3、C2和C3构成的二阶低通滤波，用于去除从阻抗匹配部件输出信号中的高频区域，保留反噪声信号的低频区域。
根据本发明的另一方面，提供了一种降噪方法，包括以下步骤：
S1:对环境噪声进行实时监听并生成反噪声信号-N1；
S2:将反噪声信号-N1中大于人耳辨别的高频部分过滤，并将阻抗与输出端匹配补偿为-N2；
S3:将补偿后的信号-N2加载到一频率大于人耳辨别频率上限的高频载波C上，以形成与噪声信号N1相位相反的包络信号-N3；
S4:将包络信号-N3的幅值放大到与环境噪声相等的-N4；
S5:播放放大后的信号-N4以降低环境噪声。
根据本发明的另一方面，提供了一种多媒体设备，具有如上所述的降噪装置。
优选的，包括手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、一体机电脑。
由于采用了以上技术手段，本发明具有以下优点：
1、在嘈杂的环境中，可以利用手中的设备，比如笔记本电脑、手机、一体机或是平板，创造一个相对安静的环境；
2、通过主动式降噪控制，破坏性地干扰非期望声波，大幅降低非期望的声音；
3、通过扬声器输出的反噪声信号，可以产生在某个位置的某个三维区域的低噪声区。
附图说明
附图1为根据本发明的降噪装置的结构框图；
附图2为根据本发明的降噪装置的工作原理图；
附图3为根据本发明的降噪装置的滤波单元的电路图；
附图4为根据本发明的降噪方法的流程图；
附图5为相对于麦克风的类型呈现与输入信号有关的输出信号的相位特性的波形；
附图6为加载载波单元前后信号波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实施例中公开了一种降噪装置，可以应用于包括手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、一体机电脑的多媒体设备中。目前现有的降噪技术主要是基于主动降噪消除技术实现对语音通话时的远端语音信号的噪声消除，由于只是降低通话时的语音噪声，并不能真正降低环境噪声，而本方案的目的则是通过信号处理、音频处理和噪声控制，降低特定区域内非期望的环境噪声，减轻环境噪声对人们生理和心理健康造成的危害。
附图1为根据本发明的降噪装置的结构框图，附图2为根据本发明的降噪装置的工作原理图。本实施例中的降噪装置包括：麦克风单元，用于对环境噪声进行实时监听并生成反噪声信号-N1；滤波单元，用于将反噪声信号-N1的频率特性补偿为-N2；加载载波单元，将补偿后的信号-N2加载到一高频载波C上，以形成与噪声信号N1相位相反的包络信号-N3；放大器单元，将包络信号-N3的幅值放大到与环境噪声相等的-N4；扬声器单元，播放放大器单元输出的放大信号-N4以降低环境噪声。通信信道1是无线通信信道，通信信道2可以是软线或是PCB导线。
放大器单元的上级可以设置一个比较器单元，用于将包络信号-N3的幅值与环境噪声进行比较，放大器单元根据比较结果对包络信号-N3的幅值进行调整，滤波单元将反噪声信号-N(1)中大于人耳辨别的高频部分过滤，这样做的原因是环境噪音中大于人耳辨别的高频部分不会影响人类听觉，因此没有必要对于这部分的噪音进行降噪处理，与此同时也降低了降噪处理的难度。
高频载波C可以由一个载波生成单元来生成，由于降噪的过程中不能产生新的噪声，因此所生成的高频载波C的频率大于人耳辨别频率的上限。
附图3为根据本发明的降噪装置的滤波单元的电路图；滤波单元包括电源部件、阻抗匹配部件以及低通滤波部件，电源部件包括连接于麦克风单元的电阻R1、电压源VDC，阻抗匹配部件包括电容C1，用于去除麦克风单元输入的反噪声信号中的直流分量，低通滤波部件包括由R2、R3、C2和C3构成的二阶低通滤波，用于去除从阻抗匹配部件输出信号中的高频区域，保留反噪声信号的低频区域。
附图4为根据本发明的降噪方法的流程图，该降噪方法包括以下步骤：
S1: 反相麦克风对环境噪声进行实时监听并生成反噪声信号-N1；
S2:将反噪声信号-N1中大于人耳辨别的高频部分过滤，并将阻抗与输出端匹配补偿为-N2；
S3:将补偿后的信号-N2加载到一频率大于人耳辨别频率上限的高频载波C上，以形成与噪声信号N1相位相反的包络信号-N3；
S4:将包络信号-N3的幅值放大到与环境噪声相等的-N4；
S5:播放放大后的信号-N4以降低环境噪声。
该降噪方法具有以下优点：
1、在嘈杂的环境中，可以利用手中的设备，比如笔记本电脑、手机、一体机或是平板，创造一个相对安静的环境；
2、通过主动式降噪控制，破坏性地干扰非期望声波，大幅降低非期望的声音；
3、通过扬声器输出的反噪声信号，可以产生在某个位置的某个三维区域的低噪声区。
附图5为相对于麦克风的类型呈现与输入信号有关的输出信号的相位特性的波形；同相麦克风具有与输入信号同相的输出特性，反相麦克风具有与输入信号反相的输出特性。本例使用与输入信号异相（即，反相）的输出特性的麦克风。在这种情况下，输出信号可以与输入信号完全异相（即，180度异相）。麦克风单元接收外部噪声并且输出相对于接收的外部噪声具有反相输出特性的麦克风信号（MIC+、MIC-）。换而言之，麦克风接收输入信号（例如，外部噪声），并且输出与输入信号完全异相的输出信号（例如，反噪声），扬声器单元输出反相音频信号（Audio+、Audio-）。
附图6为加载载波单元前后信号波形图。麦克风拾取初级声源信号后，得到反噪声信号-N1，-N1经过滤波单元生成信号-N2，将反噪声信号-N2加载到高频波段上，形成与初级声源相位相异的包络信号-N3。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种降噪装置，其特征在于，包括：
麦克风单元，用于对环境噪声进行实时监听并生成反噪声信号-N1；
滤波单元，用于将反噪声信号-N1的频率特性补偿为-N2；
加载载波单元，将补偿后的信号-N2加载到一高频载波上C，以形成与噪声信号N1相位相反的包络信号-N3；
放大器单元，将包络信号-N3的幅值放大到与环境噪声相等的-N4；
扬声器单元，播放放大器单元输出的放大信号-N4以降低环境噪声。
2.根据权利要求1所述的降噪装置，其特征在于：所述的麦克风单元包括反向麦克部件。
3.根据权利要求1所述的降噪装置，其特征在于：包括载波生成单元，用于生成高频载波C。
4.根据权利要求3所述的降噪装置，其特征在于：所述的高频载波C的频率大于人耳辨别频率的上限。
5.根据权利要求1所述的降噪装置，其特征在于：包括比较器单元，用于将包络信号-N3的幅值与环境噪声进行比较，所述的放大器单元根据比较结果对包络信号-N3的幅值进行调整。
6.根据权利要求1所述的降噪装置，其特征在于：所述的滤波单元将反噪声信号-N1中大于人耳辨别的高频部分过滤。
7.根据权利要求6所述的降噪装置，其特征在于：所述的滤波单元包括：
电源部件：包括连接于麦克风单元的电阻R1、电压源VDC；
阻抗匹配部件：包括电容C1，用于去除麦克风单元输入的反噪声信号中的直流分量；
低通滤波部件：包括由R2、R3、C2和C3构成的二阶低通滤波，用于去除从阻抗匹配部件输出信号中的高频区域，保留反噪声信号的低频区域。
8.一种降噪方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:对环境噪声进行实时监听并生成反噪声信号-N1；
S2:将反噪声信号-N1中大于人耳辨别的高频部分过滤，并将阻抗与输出端匹配补偿为-N2；
S3:将补偿后的信号-N2加载到一频率大于人耳辨别频率上限的高频载波C上，以形成与噪声信号N1相位相反的包络信号-N3；
S4:将包络信号-N3的幅值放大到与环境噪声相等的-N4；
S5:播放放大后的信号-N4以降低环境噪声。
9.一种多媒体设备，其特征在于：具有如权利要求1至7任一项所述的降噪装置。
10.根据权利要求9所述的多媒体设备，其特征在于：包括手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、一体机电脑。
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