CN206024050U - 一种降噪耳机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种降噪耳机，包括USB插头、麦克风、左耳听筒、右耳听筒、处理单元、编解码单元、降噪单元、第一叠加单元和第二叠加单元，处理单元被设置为将USB插头传输的数字音频信号转换为I2S信号；编解码单元被设置为将I2S信号进行数模转换，得到左声道信号和右声道信号；降噪单元被设置为将麦克风采集的信号进行降噪处理得到降噪信号；第一叠加单元被设置为将左声道信号和降噪信号进行叠加得到左声道降噪信号，并将左声道降噪信号传至左耳听筒；第二叠加单元被设置为右声道信号和降噪信号进行叠加得到右声道降噪信号，并将右声道降噪信号传至右耳听筒。通过对数字音频信号进行模数转换及降噪处理，实现数字耳机的主动降噪。

Description

一种降噪耳机

技术领域

本实用新型涉及降噪耳机领域，更具体地，本实用新型涉及一种数字降噪耳机。

背景技术

目前市面上存在的降噪耳机绝大部分为模拟降噪耳机，耳机本身的功能比较单一，用户可以体验的其他功能比较少，比如均衡器音效功能，模拟降噪耳机一般是通过电路来设置均衡器，这样会增加额外的器件，受耳机线控盒体积的限制，不可能做太多的电路进去，实际使用中用户可能只会体验到一种模式的均衡器。其他功能比如通话降噪、本地播放、通话静音、耳机端录音等功能用户都无法体验。因此，提出一种数字降噪耳机是十分有价值的。

实用新型内容

本实用新型实施例的一个目的是提供一种数字降噪耳机。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种降噪耳机，包括USB插头、麦克风、左耳听筒、右耳听筒、处理单元、编解码单元、降噪单元、第一叠加单元和第二叠加单元，所述处理单元被设置为将所述USB插头传输的数字音频信号转换为I2S信号；所述编解码单元被设置为将所述I2S信号进行数模转换，得到左声道信号和右声道信号；所述降噪单元被设置为将所述麦克风采集的麦克风信号进行降噪处理得到降噪信号；所述第一叠加单元被设置为将所述左声道信号和所述降噪信号进行叠加得到左声道降噪信号，并将所述左声道降噪信号传送至所述左耳听筒；所述第二叠加单元被设置为所述右声道信号和所述降噪信号进行叠加得到右声道降噪信号，并将所述右声道降噪信号传送至所述右耳听筒。

可选的，所述降噪耳机还包括第一运放单元和第二运放单元，所述第一运放单元被设置为将所述左声道降噪信号进行放大处理后传送至所述左耳听筒；所述第二运放单元被设置为将所述右声道降噪信号进行放大处理后传送至所述右耳听筒。

可选的，所述降噪耳机包括两个麦克风，所述降噪单元被设置为将两个所述麦克风采集的麦克风信号进行降噪处理得到降噪信号。

可选的，所述降噪耳机还包括高通滤波单元，所述高通滤波单元被设置为将所述麦克风采集的麦克风信号进行高通滤波处理后传送至所述降噪单元。

可选的，所述降噪耳机还包括麦克风选通单元，所述处理单元还被设置为控制所述麦克风选通单元的选通状态，以选择所述麦克风信号是否经所述麦克风选通单元传送至所述降噪单元。

可选的，所述处理单元、所述编解码单元、所述降噪单元和所述麦克风选通单元均由一微处理器提供。

可选的，所述降噪耳机还包括存储单元，所述存储单元被设置为存储音频信号，并将存储的音频信号传送至所述处理单元；所述处理单元还被设置为将所述存储的音频信号转换为I2S信号。

本实用新型的一个有益效果在于，本实用新型的降噪耳机包括USB插头、麦克风、左耳听筒、右耳听筒、处理单元、编解码单元、降噪单元、第一叠加单元和第二叠加单元，通过将USB插头传输的数字音频信号进行模数转换及降噪处理，实现了数字耳机的主动降噪。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。

图1是根据本实用新型一种降噪耳机的一种实施方式的电路原理图。

附图标记说明：

U1-处理单元； U2-编解码单元；

U3-降噪单元； U4-第一叠加单元；

U5-第二叠加单元； U6-第一运放单元；

U7-第二运放单元； U8-存储单元；

J1-USB插头； MIC1、MIC2-麦克风；

LE-左耳听筒； RE-右耳听筒；

R1、R2-电阻； C1、C2-电容。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本实用新型为了解决现有模拟降噪耳机功能单一的问题，提供了一种数字降噪耳机，如图1所示，本实用新型降噪耳机包括USB插头J1、麦克风、左耳听筒LE、右耳听筒RE、处理单元U1、编解码单元U2、降噪单元U3、第一叠加单元U4和第二叠加单元U5。

处理单元U1被设置为将USB插头J1传输的数字音频信号转换为I2S信号。由于USB插头J1传输的是标准USB协议的数字音频信号，其中包含左声道信号和右声道信号，因此处理单元U1可以将该数字音频信号转换成包含能够区分左右声道信号的I2S信号。具体的，处理单元U1可以通过微处理器MCU实现。

其中，I2S是针对数字音频设备之间的音频数据传输而制定的一种总线标准。I2S有3个主要信号，分别为串行时钟SCLK、帧时钟LRCK和串行数据SDATA。其中，帧时钟LRCK，用于切换左右声道的数据，LRCK为“1”表示正在传输的是右声道的数据，为“0”则表示正在传输的是左声道的数据，LRCK的频率等于采样频率。

编解码单元U2被设置为将I2S信号进行数模转换，得到左声道信号和右声道信号。编解码单元通过I2S总线MCLK、LRCK、SCLK和SDATA接收处理单元U1输出的一路I2S信号，对该I2S信号进行数字信号到模拟信号的转换处理后，输出立体声模拟信号，即左声道信号和右声道信号。具体的，编解码单元U2的上述处理可以是通过上述微处理器MCU实现，也可以是通过编解码芯片实现。

降噪单元U3被设置为将麦克风采集的麦克风信号进行降噪处理得到降噪信号。主动降噪就是处理得到麦克风采集的麦克风信号的反相麦克风信号，从而实现降噪的效果，因此，降噪单元U3主要是将麦克风信号中的噪声信号进行处理，得到反相麦克风信号，即降噪信号。具体的，该降噪单元U3可以通过上述微处理器MCU内部的降噪算法来实现降噪处理。

第一叠加单元U4被设置为将左声道信号和降噪信号进行叠加得到左声道降噪信号，并将左声道降噪信号传送至左耳听筒；第二叠加单元U5被设置为右声道信号和降噪信号进行叠加得到右声道降噪信号，并将右声道降噪信号传送至右耳听筒。由于主动降噪是通过听筒播放与噪声相位相反、振幅相同的声波来抵消噪声，因此，左耳听筒将播放左声道信号和降噪信号，右耳听筒将播放右声道信号和降噪信号，需将左声道信号和右声道信号分别与降噪信号进行叠加，再将叠加后的音频信号通过对应听筒播放。

这样，对应数字耳机，先将USB插头传输的数字音频信号进行数模转换得到模拟的左声道信号和右声道信号后，再进行降噪处理，就实现了数字耳机的主动降噪。

其中，USB插头可以是USB A型插头、mini-USB插头、micro-USB插头和Type-C插头中的任意一种，至少包括两个传输数字音频信号的差分信号线，一个电源线和一个地线，麦克风的负极、左耳听筒LE与右耳听筒RE的负极均与地线连接。

进一步地，由于叠加后的左声道降噪信号和右声道降噪信号比较微弱，不能驱动听筒内的扬声器，需要将左声道降噪信号和右声道降噪信号进行放大处理，因此降噪耳机还包括第一运放单元和第二运放单元，第一运放单元被设置为将左声道降噪信号进行放大处理后传送至左耳听筒；第二运放单元被设置为将右声道降噪信号进行放大处理后传送至右耳听筒。这样，经放大处理的左声道降噪信号和右声道降噪信号就能够驱动对应听筒内的扬声器，使得扬声器播放对应的音频信号。

为了使得本实用新型降噪耳机能够同时实现通话降噪，降噪耳机可以包括两个麦克风MIC1、MIC2，降噪单元被设置为将两个麦克风采集的麦克风信号进行降噪处理得到降噪信号。此时降噪处理就需将麦克风MIC1、MIC2采集的麦克风信号中识别出噪声信号，再进行反相处理。

通话时，两个麦克风MIC1、MIC2采集人说话声和周围的噪声，人耳正常佩戴时，嘴巴在竖直方向上位于两耳中间，在理想状态下，麦克风MIC1到嘴巴的距离与麦克风MIC2到嘴巴的距离相等，这样，麦克风MIC1和MIC2接收到人嘴巴发出的同一声音信号的时间是相同的；一般情况下，麦克风MIC1到噪声源的距离与麦克风MIC2到噪声源的距离不相等，这样，就导致麦克风MIC1和MIC2接收到噪声源发出的同一噪声信号的时间之间存在时间差。在实际情况下，麦克风MIC1到嘴巴的距离与麦克风MIC2到嘴巴的距离不相等，因此，可以认为嘴巴在距离两耳中心点的竖直方向上偏离一定角度，嘴巴在该角度范围内时，麦克风MIC1和MIC2接收到嘴巴发出的声音信号的时间差不应该超过设定值ΔT。这样，从麦克风MIC1接收到的麦克风信号中，提取与MIC2接收到的麦克风信号中特征相同、但时间差不大于设定值ΔT成分，作为嘴巴发出的声音信号；从麦克风MIC1接收到的麦克风信号中，提取与MIC2接收到的麦克风信号中特征相同、但接收时间差大于设定值ΔT的信号的成分，作为噪声信号，反相该噪声信号，就得到与噪声信号振幅相同、相位相反的降噪信号。

这样，本实用新型降噪耳机通过两个麦克风MIC1、MIC2就能够在实现主动降噪的同时实现通话降噪。

进一步地，本实用新型降噪耳机还可以包括高通滤波单元，高通滤波单元被设置为将麦克风采集的麦克风信号进行高通滤波处理后传送至降噪单元，该高通滤波单元用于将麦克风信号进行防风噪处理，由于麦克风接收到的风噪的能量主要集中在低频，人声的能量主要集中在300Hz-3000Hz，因此，防风噪麦克风采集的语音信号经高通滤波单元进行滤波处理后，可使小于300Hz的语音信号的能量衰减，这样对麦克风采的集人声信号不会产生影响。

其中，高通滤波单元可以是高通滤波芯片，也可以是通过简单的元件组成的电路，为了简化高通滤波电路的电路结构，降低成本，同时使得高通滤波更加易于实现，在本实用新型的一个具体实施例中，高通滤波单元为RC无源高通滤波单元，包括串联连接的电阻R1和电容C1，如图1所示，电阻R1和电容C1串联在高通滤波单元的正极输入端和负极输入端之间，电阻R1连接在高通滤波单元的正极输出端和负极输出端之间，高通滤波单元的负极输入端和负极输出端均与地线连接。这种结构的RC串联电路具有高频滤波的作用，且结构最为简单，容易实现。如果该降噪耳机具有两个麦克风，那么，第二个麦克风MIC2的高通滤波单元可以和麦克风MIC1的高通滤波单元相同，例如，麦克风MIC2的高通滤波单元为RC无源高通滤波单元，包括串联连接的电阻R2和电容C2，如图1所示，电阻R2和电容C2串联在高通滤波单元的正极输入端和负极输入端之间，电阻R2连接在高通滤波单元的正极输出端和负极输出端之间，高通滤波单元的负极输入端和负极输出端均与地线连接。

进一步地，降噪耳机还可以包括麦克风选通单元，处理单元U1还被设置为控制该麦克风选通单元的选通状态，以选择麦克风信号是否经该麦克风选通单元传送至降噪单元U3。这样，通过处理单元U1控制麦克风选通单元的选通状态来控制麦克风是否采集麦克风信号，进而实现通话静音的功能。

具体的，处理单元U1具有用于计算静音信号的使能端，该使能端可以连接至USB插头的任一差分信号线，处理单元U1具体被设置为根据静音信号控制麦克风选通单元的选通状态。这样，当与本实用新型降噪耳机连接的电子设备接收到当前应用下发的静音指令时，将会输出静音信号至处理单元U1的使能端，处理单元U1接收到该静音信号后，输出控制麦克风选通单元的选通状态、以使麦克风信号能够经麦克风选通单元传送至降噪单元U3的控制信号，该控制信号例如可以是低电平信号。

其中，麦克风选通单元可以是独立的模拟开关提供，例如三极管或者MOS管等，也可以由微处理器MCU提供。如果麦克风选通单元是由微处理器MCU提供，那么，处理单元U1也可以由该MCU提供，这样，当与本实用新型降噪耳机连接的电子设备接收到当前应用下发的静音指令时，将会输出静音信号至该MCU，MCU接收到该静音信号后将会通过内部通道选择是否接收麦克风信号。

具体的，上述处理单元U1、编解码单元U2、降噪单元U3麦克风选通单元和麦克风选通单元可以均由同一MCU提供，这样能够有效减小电路占用空间。

进一步地，降噪耳机还包括存储单元U8，存储单元U8被设置为存储音频信号，并将存储的音频信号传送至处理单元U1；处理单元U1还被设置为将存储的音频信号转换为I2S信号。其中，存储单元U8可以是存储歌曲的信号音频，也可以是存储录音的音频信号。如果是歌曲的音频信号，需先将歌曲的数字音频信号预存在存储单元U8内；如果是录音的音频信号，需先通过控制麦克风采集麦克风信号，再将麦克风信号转换为数字的录音音频信号存储，这样数字音频信号能够节省占用存储单元U8的存储空间。当需要播放存储单元U8内存储的音频信号时，需通过处理单元U1将存储的音频信号转换为I2S信号，参考上述实施例对存储的数字音频信号进行降噪处理。这样，本实用新型的降噪耳机也能够实现本地播放的功能和耳机端录音功能。

对应模拟耳机，一般是通过电路来设置均衡器，这样会增加额外的器件，受耳机线控盒体积的限制，不可能在线控盒内做太多电路，实际使用中用户可能只体会到一种模式的均衡器；但对于数字耳机，可以通过数字处理器DSP来设置均衡器，有效减少了设置均衡器所需的电路结构。

在此基础上，本实用新型降噪耳机的按键功能可以和普通耳机的按键功能兼容，同时按键功能可以根据用户需要扩展一些其他功能，例如可以扩展为针对本地播放功能的启动暂停、下一曲、上一曲等功能。

上述各实施例主要重点描述与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。

虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种降噪耳机，其特征在于，包括USB插头(J1)、麦克风、左耳听筒(LE)、右耳听筒(RE)、处理单元(U1)、编解码单元(U2)、降噪单元(U3)、第一叠加单元(U4)和第二叠加单元(U5)，所述处理单元(U1)被设置为将所述USB插头(J1)传输的数字音频信号转换为I2S信号；所述编解码单元(U2)被设置为将所述I2S信号进行数模转换，得到左声道信号和右声道信号；所述降噪单元(U3)被设置为将所述麦克风(MIC1、MIC2)采集的麦克风信号进行降噪处理得到降噪信号；所述第一叠加单元(U4)被设置为将所述左声道信号和所述降噪信号进行叠加得到左声道降噪信号，并将所述左声道降噪信号传送至所述左耳听筒(LE)；所述第二叠加单元(U5)被设置为所述右声道信号和所述降噪信号进行叠加得到右声道降噪信号，并将所述右声道降噪信号传送至所述右耳听筒(RE)。

2.根据权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，所述降噪耳机还包括第一运放单元(U6)和第二运放单元(U7)，所述第一运放单元(U6)被设置为将所述左声道降噪信号进行放大处理后传送至所述左耳听筒(LE)；所述第二运放单元(U7)被设置为将所述右声道降噪信号进行放大处理后传送至所述右耳听筒(RE)。

3.根据权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，所述降噪耳机包括两个麦克风，所述降噪单元被设置为将两个所述麦克风采集的麦克风信号进行降噪处理得到降噪信号。

4.根据权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，所述降噪耳机还包括高通滤波单元，所述高通滤波单元被设置为将所述麦克风采集的麦克风信号进行高通滤波处理后传送至所述降噪单元(U3)。

5.根据权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，所述降噪耳机还包括麦克风选通单元，所述处理单元(U1)还被设置为控制所述麦克风选通单元的选通状态，以选择所述麦克风信号是否经所述麦克风选通单元传送至所述降噪单元(U3)。

6.根据权利要求5所述的降噪耳机，其特征在于，所述处理单元(U1)、所述编解码单元(U2)、所述降噪单元(U3)和所述麦克风选通单元均由一微处理器提供。

7.根据权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，所述降噪耳机还包括存储单元(U8)，所述存储单元(U8)被设置为存储音频信号，并将存储的音频信号传送至所述处理单元(U1)；所述处理单元(U1)还被设置为将所述存储的音频信号转换为I2S信号。