CN114005427A - 一种头盔 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种头盔，包括头盔本体，还包括嵌设于至少四个麦克风、至少四个扬声器以及降噪电路板，多个麦克风和多个扬声器分别呈阵列设置，扬声器靠近麦克风，降噪电路板上设置有降噪电路，所述降噪电路包括分离模块和反相模块。本发明提供的头盔及降噪头盔系统，通过使用麦克风阵列拾取声音信号，并通过分离模块分离声音信号中的语音信号和噪音信号，再利用反相模块产生一个反相噪音信号，使扬声器将反相噪音信号还原为反相噪声发出，反相噪音与实际噪音这两列声波在头盔内部空间中互相叠加，实现了降低噪声的效果，同时区别于现有的技术，这种方式更具有舒适感，体验感更佳。

Description

一种头盔

技术领域

本发明涉及头盔技术领域，特别涉及一种头盔。

背景技术

随着我国经济实力不断增强，在现代科技发展的推动下，航空领域逐步解锁，飞向蓝天已然不是梦想。

随着飞机发动机功率的增大，为了提高飞机性能而不断增加相关设备，导致航空飞机的噪声强度也越来越大。在高噪声环境下，飞行员常常发生疲劳、头晕现象，影响飞行任务的完成，甚至会影响飞机和飞行员的安全。

对2000Hz以上的噪声，飞行员头盔能提供有效的无源噪声防护，但对低频噪声防护效果不佳。而很多飞机，尤其是直升机往往在低频范围产生很强的噪声，另外，现有的降噪技术通常采用与人耳比较贴合的方式，这种方式在长期使用下极易产生不舒适感，因此体验感不佳。因此，业界亟需一种能够主动降低环境噪音同时具有一定舒适性的设备来解决噪声严重影响飞行员飞行及通讯的问题。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种头盔，以解决现有技术中飞行员飞行时存有很大的噪音，影响通讯，甚至飞行安全的问题。

一种头盔，包括头盔本体，还包括嵌设于所述头盔本体内部的至少四个麦克风、至少四个扬声器以及降噪电路板，多个所述麦克风和多个所述扬声器分别沿所述头盔内侧壁呈阵列设置，所述扬声器位于所述麦克风的正上方，且靠近所述麦克风，所述降噪电路板位于相邻两个所述扬声器之间，所述降噪电路板上设置有降噪电路，所述降噪电路包括分离模块和反相模块，所述麦克风用于采集声音并转换为声音信号，所述分离模块用于将所述声音信号中的语音信号和噪音信号进行分离以得到所述噪音信号，所述反相模块用于对所述噪音信号进行反相，并将反相后的反相噪音信号传输至所述扬声器，以使所述扬声器发出反相噪声。

本发明的有益效果是：通过在头盔本体内部嵌设扬声器、麦克风和降噪电路板，将扬声器和麦克风分别沿头盔本体内壁呈阵列排布，且扬声器靠近麦克风，利用麦克风阵列拾取声音并将声音转换为声音信号，分离模块接收声音信号，同时将声音信号中的语音信号和噪音信号分离，得到噪音信号，再通过反相模块将输入的噪声信号反相以得到反向噪音信号，并输出至扬声器，以使扬声器将反向噪音信号还为声音，向头盔本体内部空间输出与被麦克风采集的噪音的幅度相同、相位相反的反相噪音，反相噪音与实际噪音这两列声波在头盔内部空间中互相叠加，实现了降低噪声的效果，不仅有利于飞行员在飞行中实现通讯对话，还有利于提高飞行员飞行的安全性，同时区别于现有的技术，这种方式更具有舒适感，体验感更佳。

优选的，所述头盔本体的正面开设有观察窗口，所述头盔本体上活动连接有翻转盖板，所述翻转盖板与所述观察窗口适配，且遮挡于所述观察窗口。

优选的，所述麦克风设置有四个，四个所述麦克风位于所述头盔本体内部的中下方，且相邻两个所述麦克风的距离相同，其中两个所述麦克风相对设置。

优选的，所述扬声器设置有四个，四个所述扬声器分别位于四个所述麦克风的正上方，其中两个所述扬声器用于输出所述反相噪声。

优选的，所述扬声器上设置有保护前盖，所述保护前盖覆盖于所述扬声器的出音口。

优选的，所述降噪电路还包括补偿模块，所述补偿信号用于对所述分离模块分离出的语音信号通过滤波器进行相位补偿，得到对应的补偿语音信号。

优选的，所述头盔还包括主控制系统，所述主控制系统与所述降噪电路板电性连接，且所述主控制系统布置于所述头盔本体中。

优选的，，所述主控制系统通过CAN总线接口将所述补偿语音信号传输至所述扬声器，并通过扬声器将所述补偿语音信号还原为声音发出。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的头盔的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的头盔本体的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的保护前盖的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的降噪电路的逻辑结构示意图。

主要元件符号说明：

头盔本体	10	信号放大模块	11
				麦克风	20	调整模块	12
扬声器	30	分离模块	13
				降噪电路板	40	反相模块	14
翻转盖板	50	自动增益模块	15
				保护前盖	60	补偿模块	16

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图4，本发明实施例中的头盔，包括头盔本体10、麦克风20、扬声器30和降噪电路板40。

其中：头盔本体10采用类椭圆曲面结构，头盔本体10中空形成一容纳腔，麦克风20、扬声器30以及降噪电路板40均嵌设于容纳腔的侧壁上，可以理解的，采用内嵌的方式不会影响头部的舒适性，麦克风20和扬声器30分别设置有四个，四个麦克风20和四个扬声器30均采用阵列的形式进行布置，相邻两个麦克风20之间的距离相同，且四个扬声器30分别位于四个麦克风20的正上方，需要说明的是，麦克风20用于采集声音，四个麦克风20皆位于头盔的偏下方，且Z轴接近于人体嘴部水平线，其中两个麦克风20相对设置，且为了更便于采集使用者的语音信息，这两个麦克风20相对靠近人体嘴部，其余两个麦克风20均位于头盔本体10的背部，以免阻挡前方视野，扬声器30用于输出声音，四个扬声器30在Z轴的位置更靠近人体耳部的水平线，且为了能够使使用者对声音的感受基本一致，其中与麦克风20对应设置的相对的两个扬声器30 需要靠近麦克风20布置，同时这两个扬声器30用于对使用者所发出的语音信息进行输出，而其余两个扬声器30位于头盔本体10的背部，用于输出其他声音信息。

在本实施例中，降噪电路板40位于相邻连个扬声器30之间，降噪电路板 40的输入端和输出端分别与麦克风20以及扬声器30进行电性连接，降噪电路板40通过输入端接收麦克风20采集的声音信号，经过降噪处理之后再通过输出端输出至扬声器30，通过扬声器30还原成声音发出。为了能够对麦克风20 所采集到的声音进行降噪处理，降噪电路板40上设置有降噪电路，降噪电路包括分离模块13和反相模块14，通过分离模块13根据频段差异将输入的声音信号中的语音信号和噪音信号进行分离，获得噪音信号，并将噪音信号输出至反相模块14，反相模块14对噪音信号进行反相，即反相模块14产生一个与噪音信号幅度相同，相位相反的反相噪音信号，并将反相噪音信号传输至扬声器30，以使位于头盔本体10背部的两个扬声器30将反相噪音信号还原为反相噪音发出，通过反相噪音与实际噪音这两列声波在头盔内部空间中互相叠加，实现了降低噪声的效果，不仅有利于飞行员在飞行中实现通讯对话，还有利于提高飞行员飞行的安全性，同时区别于现有的技术，这种方式更具有舒适感，且体验感更佳。

可以理解的，在头盔的正面开设有观察窗口，观察窗口与容纳腔贯通，且头盔本体10上活动连接有翻转盖板50，翻转盖板50与观察窗口适配，且遮挡于观察窗口，需要说明的是，翻转盖板50采用玻璃钢制成。

在本实施例中，为了对扬声器30的振膜进行保护，在扬声器30上固设有保护前盖60，且保护前盖60覆盖于扬声器30的出音口，保护前盖60采用圆柱状的圆面板制成，圆面板的侧壁通过弧面过渡以衔接圆面板的两端，为了不影响声音的输出，在弧面板上还开设有七个输出孔，七个输出孔沿弧面板的板面有规律地进行分布，且相邻两个输出孔之间的距离相同，需要说明的是，虽然保护前盖60与头部存有接触，但并不会影响扬声器30的使用功能。

在本实施例中，降噪电路还包括信号放大模块11，用于对麦克风20所拾取的声音信号进行信号放大，使声音特征更加明显，可以理解的，在对麦克风20 采集到的声音进行分离之前，还需要先经过PGA(pmgrammable gain amplifier，可编程增益放大器)进行信号放大，放大后的声音信号使得声音特征更加明显，以便于后续处理，同时由于四个麦克风20位于不同位置，且不同麦克风20所采集到的对应的声音都会存有音量或大或小的问题，为了后期处理更简单高效。

需要说明的是，降噪电路还包括调整模块12，经过PGA进行信号放大后，还需在通过调整模块12进行调节，调整模块12的功能实现通过滤波网络来实现，也即将信号放大后的声音信号输送滤波网络，滤波网络存有多个滤波器，针对或大或小的频率的声音进行调整，再传输至分离模块13，对声音信号进行语音信号和噪音信号进行分离。

在本实施例中，降噪电路还包括自动增益模块15，自动增益模块15对语音信号的处理通过AGC(automatic gain control，自动增益控制)来完成，经过分离模块13分离出的语音信号还需先传输至AGC，用于对语音信号进行增益调整至其幅度相当，降噪电路还包括有补偿模块16，补偿模块16通过滤波器对增益调整后的语音信号进行相位补偿，可以理解的，由于声音到达各个麦克风20的声音信号是经过不同的传播延迟后获得的，因此各个麦克风20所采集的声音信号在传输时会产生时延，为了避免时延所带来的不良影响，则需要将语音信号进行幅度调整以及相位补偿，减弱由于时延所引起的回声，将幅度相同，相位相同的语音信号输出至相对靠近耳部的两个扬声器30，且通过扬声器30还原成声音输出。

在本实施例中，头盔还包括主控制系统，主控制系统与降噪电路板40电性连接，且主控制电路板布置于头盔本体10中，主控制系统用于将相位补偿后的语音信号通过CAN总线接口，分两路独立传输至相对靠近人体耳部的两个扬声器30，并通过这两个扬声器30将补偿语音信号还原为声音发出，需要说明的是，头盔内还设置有一备用控制系统，用于当主控制系统出现故障时，能够切换至备用控制系统进行语音信号的传递，以使在突发状况下得到双重保障，避免影响头盔降噪功能的正常实现。

在具体实施时，在头盔本体10内部嵌设扬声器30、麦克风20和降噪电路板40，将扬声器30和麦克风20分别沿头盔本体10内壁呈阵列排布，且扬声器 30靠近麦克风20，通过麦克风20采集声音并转换为声音信号，将声音信号先后经过PGA和滤波网络，得到声音信号被放大以及音量基本一致的声音信号，并将该声音信号传输至降噪电路上的分离模块13，分离模块13接收该声音信号，且将声音信号中的语音信号和噪音信号分离，得到独立的语音信号和噪音信号，并将这两个信号分两路进行信号处理，噪音信号输送至反相模块14，反相模块14将输入的噪声信号反相以得到反向噪音信号，并输出至位于头盔本体10背部的两个扬声器30，以使扬声器30将反向噪音信号还为声音，向头盔本体10内部空间输出与被麦克风20采集的噪音的幅度相同、相位相反的反相噪音，反相噪音与实际噪音这两列声波在头盔内部空间中互相叠加，实现了降低噪声的效果，语音信号先后传输至AGC和补偿模块16，通过AGC和补偿模块16对语音信号进行幅度调整以及相位补偿，再通过主控制系统将幅度调整、相位补偿后的语音信号输出至相对靠近耳部的两个扬声器30，通过这两个扬声器30将语音信号还原为声音发出，以使通讯对话更加清晰方便，同时区别于现有技术，这种方式更具有舒适感，体验感更佳。

需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的头盔只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本申请的头盔实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种头盔，包括头盔本体，其特征在于，还包括嵌设于所述头盔本体内部的至少四个麦克风、至少四个扬声器以及降噪电路板，多个所述麦克风和多个所述扬声器分别沿所述头盔内侧壁呈阵列设置，所述扬声器位于所述麦克风的正上方，且靠近所述麦克风，所述降噪电路板位于相邻两个所述扬声器之间，所述降噪电路板上设置有降噪电路，所述降噪电路包括分离模块和反相模块，所述麦克风用于采集声音并转换为声音信号，所述分离模块用于将所述声音信号中的语音信号和噪音信号进行分离以得到所述噪音信号，所述反相模块用于对所述噪音信号进行反相，并将反相后的反相噪音信号传输至所述扬声器，以使所述扬声器发出反相噪声。

2.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述头盔本体的正面开设有观察窗口，所述头盔本体上活动连接有翻转盖板，所述翻转盖板与所述观察窗口适配，且遮挡于所述观察窗口。

3.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述麦克风设置有四个，四个所述麦克风位于所述头盔本体内部的中下方，且相邻两个所述麦克风的距离相同，其中两个所述麦克风相对设置。

4.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述扬声器设置有四个，四个所述扬声器分别位于四个所述麦克风的正上方，其中两个所述扬声器用于输出所述反相噪声。

5.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述扬声器上设置有保护前盖，所述保护前盖覆盖于所述扬声器的出音口。

6.根据权利要求1所述的头盔，其特征在于，所述降噪电路还包括补偿模块，所述补偿信号用于对所述分离模块分离出的语音信号通过滤波器进行相位补偿，得到对应的补偿语音信号。

7.根据权利要求6所述的头盔，其特征在于，所述头盔还包括主控制系统，所述主控制系统与所述降噪电路板电性连接，且所述主控制系统布置于所述头盔本体中。

8.根据权利要求7所述的头盔，其特征在于，所述主控制系统通过CAN总线接口将所述补偿语音信号传输至所述扬声器，并通过扬声器将所述补偿语音信号还原为声音发出。

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