CN201830430U - 自供电的具有主动噪音消除功能的耳机 - Google Patents

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Abstract

一种自供电的具有主动噪音消除功能的耳机，所述耳机包括从音频播放器接收音频信号的音频接口，从外部接收声音信号的麦克风、扬声器、连接到音频接口和麦克风的处理单元以及连接到处理单元和扬声器的放大器，其特征在于，所述耳机还包括：电源管理单元，连接到音频接口以从接收的音频信号提取能量、连接到处理单元和放大器以向处理单元和放大器提供能量；能量存储单元，连接到电源管理单元的输入-输出端以从电源管理单元接收能量或向电源管理单元提供能量。所述耳机能够从播放器输出的音频信号中提取部分能量来消除噪音，从而保护了人的听觉的同时还节省了耳机的空间。

Description

自供电的具有主动噪音消除功能的耳机 
技术领域
本实用新型涉及一种具有主动噪音消除功能的耳机，更具体地讲，本实用新型涉及这样的自供电的具有主动噪音消除功能的耳机，即，从播放器输出的音频信号中提取部分能量来消除噪音，从而保护了人的听觉的同时还节省了耳机的空间。 
背景技术
便携式音频播放器用于我们的生活已经有很长的时间，从最初的模拟音频播放器到现在的数字音频播放器，用户均使用耳机来收听音频播放器所输出的可听信号。 
耳机是将表示音频信息的电子振荡转换为可听信号的装置。用户使用耳机收听音频播放器输出的可听信息，或者使用耳机和麦克风与其他用户进行通信。在有些场合，例如在吵杂的公共场合，由于周围噪声的影响，用户的收听感受受到影响。因此，为了克服噪声的问题，在现有的耳机中添加了主动噪音消除功能(ANC)，从而改善了用户的收听品质。 
图1是示出根据现有技术的具有前向ANC系统的耳机的示图。如图1所示，根据现有技术的耳机包括音频接口101、麦克风102、扬声器103、处理单元104和电池105。麦克风102接收声音信号，扬声器103用于输出声音信号，处理单元104对输入的声音信号进行处理，电池105将电源提供给处理单元104。 
在具有上述结构的具有前向ANC系统的耳机中，通过麦克风进入的背景噪声通过处理单元被过滤，从而改善了用户所收听到的可听信号信噪比。 
然而，这种类型的耳机需要电源来对处理单元进行供电，并且一般使用电池作为电源。但是将电池作为电源的具有ANC功能的耳机具有如下的问题，1)耳机装置中需要较多的空间来安装电池，电池的安装又增加了耳机装置的重量；2)由于用户无法及时获知电池的剩余电量，而不能及时更换电池或对电池充电，最终影响耳机装置的操作。 
此外，在噪声环境中，人们为了提高所收听声音信号的信噪比，一般会增大音频播放器的音量。如果人经常收听高音量的音频信号，将会损伤人的听觉。 
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种自供电的具有主动噪音消除(ANC)功能的耳机，所述耳机包括从音频播放器接收音频信号的音频接口，从外部接收声音信号的麦克风、扬声器、连接到音频接口和麦克风的处理单元以及连接到处理单元和扬声器的放大器，其特征在于，所述耳机还包括：电源管理单元，连接到音频接口以从接收的音频信号提取能量、连接到处理单元和放大器以向处理单元和放大器提供能量；能量存储单元，连接到电源管理单元的输入-输出端以从电源管理单元接收能量或向电源管理单元提供能量。 
另外，根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机，还包括低频滤波器和变压器，其中，低频滤波器具有连接到音频接口的输入端和连接到变压器的输入端的输出端；变压器的输出端连接到电源管理单元的输入端。 
另外，根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机，所述低频滤波器的介质频率是20KHz。 
另外，根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机，所述低频滤波器是电感器和电容器组成的低频滤波器。 
另外，根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机，所述能量存储单元是电容器。 
另外，根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机，变压器是升压变压器。 
另外，根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机，处理单元使用电源管理单元提供的能量对音频接口接收的音频信号和麦克风接收的声音信号进行降噪。 
另外，根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机，当电源管理单元提取的能量大于预定值时，将提取的能量中的一部分能量存储到能量存储单元，将另一部分提供给处理单元和放大器；当电源管理单元提取的能量小于预定值时，电源管理单元将从能量存储单元接收的能量和提取的能量提 供给处理单元和放大器。 
另外，根据本实用新型实施例的耳机考虑输入信号和背景噪声，可对从音频播放器获得的能量在播放的音量与背景噪声消除之间自动地进行重新分配，即，当音频播放器输出音频增大时，将更多的能量用于消除噪声的操作，而不是简单地将音频播放器输出的能量大部分地用于人收听到音量，从而保护了人的听觉。 
在下面的描述中将部分地阐明本实用新型另外的方面和/或优点，通过描述，其会变得更加清楚，或者通过实施本实用新型可以了解。 
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本实用新型的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中： 
图1是示出根据现有技术的具有前向ANC系统的耳机的示图； 
图2是根据本实用新型实施例的自供电的具有ANC功能的耳机的示图； 
图3是根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机的详细示图。 
具体实施方式
现在对本实用新型实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本实用新型。 
图2是根据本实用新型实施例的自供电的具有ANC功能的耳机的示图。根据本实用新型实施例的自供电的具有ANC功能的耳机包括音频接口201、处理单元202、放大器203、电源管理单元204、能量存储单元205、麦克风206、扬声器207、低频滤波器208和变压器T1。 
以下，将参照图2来详细说明根据本实用新型实施例的自供电的具有ANC功能的耳机。 
音频接口201连接到音频播放器(未示出)，接收从音频播放器输出的音频信号。所述音频播放器可以是MP3播放器、个人多媒体播放器(PMP)、具有音频播放功能的移动终端以及任何能够输出音频信号的装置。 
麦克风206连接到处理单元202，用于从外部接收声音信号并将声音信号转换为音频信号提供给处理单元202。 
处理单元202连接到音频接口201、放大器203、电源管理单元204以及麦克风206。处理单元202从电源管理单元204接收电源，以及从音频接口201和麦克风206接收音频信号并对音频信号进行处理来消除噪声。 
放大器203连接到处理单元202、电源管理单元204和扬声器207。放大器203从电源管理单元204接收电源，以及从处理单元202接收消除了噪声的音频信号，对音频信号进行放大，然后将放大的音频信号输出到扬声器207。 
低频滤波器208连接到音频接口201和变压器T1的输入端。低频滤波器208对从音频接口201输入的音频信号中的部分信号进行滤波，然后提供给变压器T1。 
变压器T1的输出端连接到电源管理单元204的输入端。变压器T1对从低频滤波器305输出的信号进行升压操作并将升压的电压提供给电源管理单元204。 
电源管理单元204连接到处理单元202、放大器203和能量存储单元205和变压器T1。电源管理单元204从变压器T1接收升压的电压。换言之，电源管理单元能够从音频接口输入的信号中提取能量，并将能量提供给处理单元202和放大器203。其中，当提取的能量大于预定值时，将提取的能量中的一部分能量存储到能量存储单元205，将另一部分提供给处理单元202和放大器203；当提取的能量小于预定值时，将从能量存储单元205接收能量并将从能量存储单元205接收的能量和提取的能量提供给处理单元202和放大器203。 
能量存储单元205连接到电源管理单元204的输入-输出端，从电源管理单元204接收剩余能量以及根据需要将存储的能量提供给电源管理单元204。 
图3是根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机的详细示图。 
可以使用Linear公司的LTC3108芯片来实现所述的电源管理单元，实用GTX0100芯片来来实现所述处理单元202。所述能量存储单元优选为电容器。 
以下，将参照图3来说明使用LTC3108芯片实现所述电源管理单元的根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机。通过引用Linear公司公开的关于LTC3108的文档“LTC3108Data Sheet”，LTC3108的功能及其结构完整地包含于此。 
在图3中，根据本实用新型的自供电的具有ANC功能的耳机包括音频接口301、处理单元302、放大器303、电源管理单元304、低频滤波器305、 麦克风306、扬声器307、变压器T1以及第一电容器C1至第五电容器C5。第五电容器C5作为图2的能量存储单元205。由于图3中的音频接口301、麦克风306、扬声器307、处理单元302、放大器303的连接和功能与图2中各个对应块相同，因此，将不再对其进行描述。 
低频滤波器305的输入端连接到音频接口301，输出端连接到变压器T1的输入端。优选地，低频滤波器305具有与人最高可听频率对应的20KHz的截止频率，并且低频滤波器由电感器L和电容器C构成。 
变压器T1的一次绕组的一端作为输入端连接到低频滤波器305的输出端，一次绕组的另一端接地。变压器T1的二次绕组的一端作为输出端分别连接到第一电容器C1和第二电容器C2。变压器T1是升压变压器。 
第一电容器C1连接变压器T1的输出端与电源管理单元304的C1端。第二电容器C2的一端连接到电源管理单元304的C2端，另一端连接到变压器T1的输出端。第三电容器C3的一端连接到电源管理单元304的Vout端，另一端接地。第四电容器C4的一端连接到电源管理单元304的VAUX端，另一端接地。第五电容器C5的一端连接到电源管理单元304的VSTORE端，另一端接地。 
低频滤波器305将从音频接口301输入的音频信号中的部分信号进行滤波，然后提供给变压器T1。 
变压器T1对从低频滤波器305输出的信号进行升压操作并通过第一电容器C1和第二电容器C2将升压的电压提供给电源管理单元304。 
第一电容器C1与电源管理单元304内部的整流电路一起对变压器T1的输出进行整流并且对通过电源管理单元304的VOUT端对第三电容器C3以及通过VAUX端对第四电容器C4充电。当对第四电容器C4的充电完成并输出稳定电压时，开始对第五电容器C5进行充电。因此，当变压器T1升压的电压小或者没有变压器升压的电压时，使用存储在第五电容器C5的能量来补充从第二输出端输出并提供给处理单元302和放大器303的能量。 
在背景噪声大的环境中，人们会增大音频播放器输出的音频信号的大小，即，增大音量，来获得较高的信噪比。此时，根据本实用新型的耳机，将从增大的音频信号中提取部分能量来消除背景噪声，从而提高了信噪比，因此，用户所收听到的音量没有太大变化的情况下，可手提高收听效果。 
通常，音频播发器提供给耳机的电源3V，耳机的电阻等于16欧姆。假 设音乐和语音的峰值因子等于3，则耳机的最大功率消耗Pmax＝(U/2/pf) 2/Rearph＝(3/2/3)2/16＝15.6mWt。当前移动装置的输出限制在几十毫瓦以内，一般是20毫瓦。根据背景噪声的大小来决定降多少能量用于背景噪声的消除。假设，在没有ANC功能时，SNR是3db。这表示，背景噪声Pbacknoise/Pmusic＝10 (-3dB/10)≈0.5。为了消除背景噪声，需要10mWt的能量。为了消除背景噪声，模拟ANC处理器消耗5mWt。因此，用于音乐播放的能量仅剩PmusicANC20-5-10＝5mWt。从而，音乐信号将降低10log10(5mWt/20mWt)≈-6dB。当所述的处理单元使用GTX0100芯片时，ANC方案将达到25dB的噪声消除。总的效率将达到25-6＝19dB的SNR。所以，将增加的音频信号的一部分能量用于对背景噪声信号的消除，换言之，通过增加音频播放器输出的音量，将增加的能量用于消除背景噪声，而没有增加人所收听到的音乐的音量。 
尽管参照其典型实施例表示和描述了本实用新型的实施例，以举例说明本实用新型的原理，但本实用新型并不限于表示和描述的实施例。应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可进行各种变动和修改。因此，应该理解，这样的变动、修改及其等同物全部包括在本实用新型的范围内。 

Claims (8)

1.一种自供电的具有主动噪音消除功能的耳机，所述耳机包括从音频播放器接收音频信号的音频接口，从外部接收声音信号的麦克风、扬声器、连接到音频接口和麦克风的处理单元以及连接到处理单元和扬声器的放大器，其特征在于，所述耳机还包括：
电源管理单元，连接到音频接口以从接收的音频信号提取能量、连接到处理单元和放大器以向处理单元和放大器提供能量；
能量存储单元，连接到电源管理单元的输入-输出端以从电源管理单元接收能量或向电源管理单元提供能量。
2.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，还包括低频滤波器和变压器，
其中，低频滤波器具有连接到音频接口的输入端和连接到变压器的输入端的输出端；
变压器的输出端连接到电源管理单元的输入端。
3.如权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述低频滤波器的截止频率是20KHz。
4.如权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述低频滤波器是电感器和电容器组成的低频滤波器。
5.如权利要求2所述的耳机，其特征在于，能量存储单元是电容器。
6.如权利要求2所述的耳机，其特征在于，变压器是升压变压器。
7.如权利要求2所述的耳机，其特征在于，处理单元使用电源管理单元提供的能量对音频接口接收的音频信号和麦克风接收的声音信号进行降噪。
8.如权利要求2所述的耳机，其特征在于，当电源管理单元提取的能量大于预定值时，将提取的能量中的一部分能量存储到能量存储单元，将另一部分提供给处理单元和放大器；当电源管理单元提取的能量小于预定值时，电源管理单元将从能量存储单元接收的能量和提取的能量提供给处理单元和放大器。 
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