CN206181308U - 降噪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种降噪装置。该装置包括：采集模块，用于采集环境噪声信号；生成模块，用于生成所述环境噪声信号的反相信号；降噪模块，用于播放所述反相信号，以实现对所述环境噪声信号的降噪采集环境噪声信号。通过本实用新型，解决了环境噪声难以消除的问题，实现了环境噪声的降噪。

Description

降噪装置

技术领域

本实用新型涉及降噪领域，具体而言，涉及一种降噪装置。

背景技术

噪声，也称噪音，是让听到它的人和自然界带来烦恼的、不受欢迎的声音。影响人们工作学习休息的声音都称为噪声。对噪声的感受因各人的感觉、习惯等而不同，因此噪声有时是一个主观的感受。一般来说人们将影响人的交谈或思考的环境声音称为噪声。

虽然我们使用的耳机产品越来越高档，享受音乐的品质也越来越高，但不过不得不承认的是城市的噪声污染越来越严重，在室外使用普通耳机耳塞，只能提高音量来盖过噪声，这样一来不但不能享受美妙的音乐，对自己的听力也有很大的影响，你也许很快就会感到听觉疲劳。很多便携式耳机越来越考虑到隔音的问题，但终归是治标不治本的办法，在外界聆听音乐总归是要同很多噪声一起“享受”的。

实用新型内容

本实用新型提供了一种降噪装置，以至少解决相关技术中环境噪声难以消除的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种降噪装置，包括：采集模块，用于采集环境噪声信号；生成模块，用于生成所述环境噪声信号的反相信号；降噪模块，用于播放所述反相信号，以实现对所述环境噪声信号的降噪。

可选地，生成模块包括：筛选单元，用于将所述环境噪声信号与噪声样本库中的预设噪声样本进行特征比对，筛选出与所述环境噪声信号特征匹配的一个或者多个噪声样本；生成单元，用于根据所述一个或者多个噪声样本，生成所述环境噪声信号的反相信号。

可选地，所述装置还包括：获取模块，用于通过麦克风采集噪声样本或者通过数据接口接收噪声样本；存储模块，用于将噪声样本存储至所述噪声样本库。

可选地，所述装置还包括：选择模块，用于从所述噪声样本库中选择部分或者全部噪声样本作为所述预设噪声样本。

可选地，生成单元包括：第一生成子单元，用于直接生成与所述环境噪声信号的幅度相同、与所述一个或者多个噪声样本的相位相反的所述环境噪声信号的反相信号；或者第二生成子单元，用于在所述噪声样本库中存储有与所述一个或者多个噪声样本对应的一个或者多个反相信号样本的情况下，读取所述一个或者多个反相信号样本并调整所述一个或者多个反相信号样本的幅度，得到所述环境噪声信号的反相信号。

通过本实用新型，采用采集环境噪声信号；生成环境噪声信号的反相信号；播放反相信号，以实现对环境噪声信号的降噪的方式，解决了环境噪声难以消除的问题，实现了环境噪声的降噪。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的降噪方法的流程图；

图2是根据本实用新型实施例的降噪方法的示意图一；

图3是根据本实用新型实施例的降噪方法的示意图二；

图4是根据本实用新型实施例的降噪装置的结构框图；

图5是根据本实用新型优选实施例的降噪装置的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本实施例中提供了一种降噪方法，图1是根据本实用新型实施例的降噪方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S101，采集环境噪声信号；

步骤S102，生成环境噪声信号的反相信号；

步骤S103，播放反相信号，以实现对环境噪声信号的降噪。

通过上述步骤，由于声音的传播是通过介质的振动来实现，波与波之间如果呈反相则会在理论条件下实现抵消。这就好比平静的湖中两组不同方向的波浪相互抵消一个道理。因此，播放与环境噪声信号的相位相反的反相信号，则能够全部或者部分抵消掉环境噪声信号。可见，通过本实用新型，解决了环境噪声难以消除的问题，实现了环境噪声的降噪。

在本实用新型实施例中，采集环境噪声信号采用拾音器(即麦克风)，生成反相信号采用高速处理芯片，播放反相信号使用高保真扬声器(或称为高还原度扬声器)。

图2是根据本实用新型实施例的降噪方法的示意图一，如图2所示，采集到环境噪声信号之后，生成与该环境噪声信号的相位完全相反的反相信号，并播放该反相信号。根据相关技术中的波形变换可知，任何一个模拟信号，可以分解为多个正弦信号和/或余弦信号的叠加；因此，在获得环境噪声信号之后，将环境噪声信号分解为多个正/余弦信号，并为每个正/余弦信号生成相位相差180°的反相信号(在实际信号处理过程中，相当于把各个正/余弦信号分别提前或者滞后180°的相位)，同时保持对应的正/余弦信号与其反相信号的幅度相同，则可以完全抵消环境噪声。

图3是根据本实用新型实施例的降噪方法的示意图二，如图3所示，可选地，生成环境噪声信号的反相信号时，还可以将环境噪声信号与噪声样本库中的预设噪声样本进行特征比对，筛选出与环境噪声信号特征匹配的一个或者多个噪声样本；根据一个或者多个噪声样本，生成环境噪声信号的反相信号。通过该方式，可以对特定的环境噪声信号进行降噪。

可选地，在将环境噪声信号与预设噪声样本进行特征比对之前，可以通过麦克风采集噪声样本或者通过数据接口接收噪声样本；将噪声样本存储至噪声样本库。其中，数据接口包括但不限于：有线数据接口或者无线数据接口。通过麦克风采集噪声样本的方式，适用于比较固定的场景的环境降噪，例如，位于马路旁的场景下，通过采集汽车发动机的噪声样本，能够实现汽车发动机噪声的精确降噪。

可选地，在将环境噪声信号与噪声样本库中的预设噪声样本进行特征比对之前，还可以从噪声样本库中选择部分或者全部噪声样本作为预设噪声样本。通过该方式，用户可以自主选择需要对哪些噪声进行降噪。

可选地，环境噪声信号的反相信号可以是实时生成的，可以是预先与噪声样本对应存储在噪声样本库中的。此时，根据一个或者多个噪声样本，生成环境噪声信号的反相信号时，可以直接生成与环境噪声信号的幅度相同、与一个或者多个噪声样本的相位相反的环境噪声信号的反相信号；或者在噪声样本库中存储有与一个或者多个噪声样本对应的一个或者多个反相信号样本的情况下，还可以读取一个或者多个反相信号样本并调整一个或者多个反相信号样本的幅度，得到环境噪声信号的反相信号。其中，预先存储环境噪声样本的反相信号，可以提高反相信号的生成效率，即在生成时，只需要调整反相信号的幅度即可。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种降噪装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图4是根据本实用新型实施例的降噪装置的结构框图，如图4所示，该装置包括：采集模块41、生成模块42和降噪模块43，其中，采集模块41，用于采集环境噪声信号；生成模块42，耦合至采集模块41，用于生成环境噪声信号的反相信号；降噪模块43，耦合至生成模块42，用于播放反相信号，以实现对环境噪声信号的降噪。

通过上述结构，解决了环境噪声难以降噪的技术问题。该装置可以设置在音频播放位置，例如，在将该装置应用在耳机上时，采集模块41为一个或者多个拾音器，设置在耳机罩内和/或者耳机罩外；生成模块42为高速处理芯片，可以设置在耳机的电路板上；降噪模块43为一个或者多个扬声器，设置在耳机罩内。

可选地，生成模块42包括：筛选单元，用于将环境噪声信号与噪声样本库中的预设噪声样本进行特征比对，筛选出与环境噪声信号特征匹配的一个或者多个噪声样本；生成单元，耦合至筛选单元，用于根据一个或者多个噪声样本，生成环境噪声信号的反相信号。

可选地，装置还可以包括：获取模块，用于通过麦克风采集噪声样本或者通过数据接口接收噪声样本；存储模块，耦合至获取模块和筛选单元，用于将噪声样本存储至噪声样本库。

可选地，装置还包括：选择模块，耦合至所述筛选单元，用于从噪声样本库中选择部分或者全部噪声样本作为预设噪声样本。

可选地，生成单元包括：第一生成子单元，用于直接生成与环境噪声信号的幅度相同、与一个或者多个噪声样本的相位相反的环境噪声信号的反相信号；或者第二生成子单元，用于在噪声样本库中存储有与一个或者多个噪声样本对应的一个或者多个反相信号样本的情况下，读取一个或者多个反相信号样本并调整一个或者多个反相信号样本的幅度，得到环境噪声信号的反相信号。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述模块分别位于多个处理器中。

本实用新型的实施例还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

本实用新型的实施例还提供了一种存储介质。在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：

步骤S101，采集环境噪声信号；

步骤S102，生成环境噪声信号的反相信号；

步骤S103，播放反相信号，以实现对环境噪声信号的降噪。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

为了使本实用新型实施例的描述更加清楚，下面结合优选实施例进行描述和说明。

相关技术中降噪耳机分为两种：被动降噪耳机和主动降噪耳机，其中，被动式降噪耳机主要通过包围耳朵形成封闭空间，或者采用硅胶耳塞等隔音材料来阻挡外界噪声。由于噪声没有经过降噪电路芯片处理，一般只能阻隔高频噪声，对低频噪声降噪效果不明显。

耳机主动降噪(Active Noise Cancellation，简称为ANC)，是指采集环境噪音，并产生与噪音反相(相位相反)的信号用耳机等装置回放，用以抵消噪音的技术。这种方法基于叠加原理，当波形相同、相位相差180。的两个信号相互叠加时，就会产生干涉相消现象。

大部分ANC系统采用两种主要结构中的一种：前馈式和反馈式。在前馈式系统中，采样麦克风位于耳机外部，用以采集进入耳机的噪音，喇叭用以播放反相信号，用以抵消噪音。在反馈式系统中，麦克风位于耳机内部，采集所谓的“误差信号”，这就是说，麦克风采集了正常播放的音乐信号与残留噪音混合的信号，把正常播放的音乐信号减去后，就得到了残留的噪音。通过恰当的反馈电路，可以使误差信号与正常音乐的差别尽可能减小，也就是说，降低了噪音。

主动降噪的声音频率范围一般在是100Hz-1kHz这个频段的，而大部分环境和车辆噪音是在100Hz-1kHz范围内，所以对环境车辆噪音降噪效果非常明显。ANC系统产生的降噪信号，是对所有这个范围内的声音都有抵消效果的，也就是说，可能我们所需要的有用信号，也被抵消掉了。这样不够智能。我们希望有一项技术可以识别噪音，保留我们所需要的声音信号。

在本实用新型优选实施例中，提供了一种在相关技术中的ANC降噪基础上进行改进的智能降噪技术。ANC主动降噪的原理就是收集噪音信号，然后产生一个与噪音信号反相的消音信号，从而抵消噪音。但是收集噪音的这个过程并不是智能的，它是有一个预设的噪音频段的，一般为100Hz-1kHz。这属于低音频段。我们平常所谓的噪音，比如车辆、飞机、地铁等噪音，都属于这个频段。在这个预设频段里面的所有声音，都会被抵消掉，包括噪音及有用声音。也就是说，有用声音可能也被消掉了。本实用新型的技术改进之处在于，我们可以预设一些噪音的特性。比如车辆、飞机、地铁等噪音，它们其实是比较有特点的。我们可以在音频处理系统里预设这些典型噪音的波形。其原理就是对噪声的波形样本进行取样以后，在后期的处理中对整段素材的波形和采样噪声样本分析，自动去除噪声。当麦克风捕捉到这些噪音时，再通过降噪系统输出反相波形来抵消。合适的算法能够分析出背景中听得见和听不见的噪音，接着通过一种特定的算法产生信号，与原信号相位偏移或相反。这种相位反向的声波放大到与原信号振幅成比例后相叠加，产生相消干涉。这样就有效地减小了背景噪音。

这样就可以单独的过滤掉噪音，而我们需要的有用声音就被保留下来了。我们降噪的对象主要集中在1kHz及以下。主动降噪对于相位比较敏感。而在耳机和耳廓/耳道形成的狭窄闭空间内，不可避免地由于人耳个体差异或佩带差异会引起相位的偏差，但是此时波长较长的低频成分的相位相对高频成分更加稳定。

在本优选实施例中，还可以根据顾客的需求自定义化。比如婴儿的哭声、装修的声音、火车经过的声音，我们都可以预录在系统里，并产生反相音频，根据两声波反相叠加时，会产生干涉相消的原理，从而实现“智能降噪”。

图5提供了一种反馈式降噪耳机的结构，该降噪耳机的降噪装置包括原始音频信号51、麦克风52、处理芯片53和扬声器54，其中，麦克风52尽量靠近人耳内部，用于采集与人耳听到的声音相似的声音，相当于原始音频信号51与环境噪声信号合成的声音信号；处理芯片53一方面采集原始音频信号51，一方面采集麦克风52的声音信号，并将两个声音信号进行对比，则能够得到环境噪声信号。之后，处理芯片53则可以生成环境噪声信号的反相信号，并通过扬声器54播放出来，实现对环境声音的降噪。在处理芯片53生成环境噪声信号的反相信号时，并不是像“主动降噪”那样，把一个频段范围内的噪音都抵消掉，而是“有选择的”的去抵消噪音，就是前面提到的我们预设的噪音样本，并将生成符合噪声样本的噪声的反相信号，从而针对性的消除特定的噪声。

综上所述，通过上述方式，解决了相关技术中环境噪声难以消除的技术问题，实现了环境噪声，尤其是特定的环境噪声的降噪，有效提高听歌清晰度，而对有用声音信息进行保留。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种降噪装置，其特征在于包括：

设置在耳机罩内和/或耳机罩外的一个或者多个拾音器，用于采集环境噪声信号；

设置在耳机的电路板上的高速处理芯片，耦合至所述一个或者多个拾音器，用于生成所述环境噪声信号的反相信号；

设置在耳机罩内的一个或者多个扬声器，耦合至所述高速处理芯片，用于播放所述反相信号，以实现对所述环境噪声信号的降噪。