CN206734121U - 汽车、汽车头枕以及汽车的降噪系统 - Google Patents

汽车、汽车头枕以及汽车的降噪系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种汽车、汽车头枕以及汽车的降噪系统,降噪系统包括:多个麦克风,多个麦克风分别设置在汽车内的多个位置,麦克风用于采集第一声音信号;多个差分反相放大模块,多个差分反相放大模块分别与多个麦克风对应相连,差分反相放大模块用于对第一声音信号进行差分反相放大以生成降噪信号;播放模块,所述播放模块与所述差分反相放大模块相连,所述播放模块用于根据所述降噪信号进行播放以进行降噪。由此通过多个麦克风分别采集了发动机噪声、车窗噪音、后方人声等多种噪声信号,并分别进行反相放大处理,得到更加合理的降噪信号,可在驾驶员处消除外界噪音,提升驾驶员的驾驶体验。

Description

汽车、汽车头枕以及汽车的降噪系统
技术领域
本实用新型涉及汽车技术领域,特别涉及一种汽车的降噪系统、一种汽车头枕以及一种汽车。
背景技术
相关的车内消音技术多是采用数字电路组成的主动降噪系统(ANC)。这种降噪系统利用数字电路对声音信号进行采样、分析、计算,最后释放反相声波,主要用于消除自身发动机的噪音。
但是,相关技术存在如下问题,一是,通过数字电路组成的主动降噪系统,由于受到数字信号处理芯片处理速度的影响,对高频的噪音降噪效果有限;二是噪声采集并未定向,消音范围较大,因此对于车窗外传来的声音,驾驶员处的降噪效果并不明显;三是,应用了数字信号处理系统,复杂且成本较高。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本实用新型的一个目的在于提出一种汽车的降噪系统,能够利用模拟电路有效消除特定方向例如驾驶员座两侧传来的噪音。
本实用新型的另一个目的在于提出一种汽车头枕。本实用新型的又一个目的在于提出一种汽车。
为达到上述目的,本实用新型一方面提出的一种汽车的降噪系统,包括:多个麦克风,所述多个麦克风分别设置在所述汽车内的多个位置,所述麦克风用于采集第一声音信号;多个差分反相放大模块,所述多个差分反相放大模块分别与所述多个麦克风对应相连,所述差分反相放大模块用于对所述第一声音信号进行差分反相放大以生成降噪信号;播放模块,所述播放模块与所述差分反相放大模块相连,所述播放模块用于根据所述降噪信号进行播放以进行降噪。
根据本实用新型提出的汽车的降噪系统,在汽车内的多个位置分别设置多个麦克风,多个差分反相放大模块分别与多个麦克风对应相连,通过麦克风采集第一声音信号,并通过相应的差分反相放大模块对第一声音信号进行反相放大以生成降噪信号,播放模块根据降噪信号进行播放以进行降噪。由此,该降噪系统经过反相后释放出来的降噪声波和原噪音声波刚好处于幅值相反的状态,两种声波在空气中叠加,相互抵消,达到降噪的目的,而且,通过多个麦克风分别采集了发动机噪声、车窗噪音、后方人声等多种噪声信号,并分别进行反相放大处理,得到更加合理的降噪信号,可在驾驶员处消除外界噪音,提升驾驶员的驾驶体验,且采用差分输入可有效抑制电路底噪。另外,通过采用模拟电路,可提升电路反应速度,进而可以保证高频降噪效果良好,且结构精简,成本较低。
进一步地,所述的汽车的降噪系统还包括:连接在所述多个差分反相放大模块和所述播放模块之间的信号加权模块,所述信号加权模块的第一输入端与所述多个差分反相放大模块相连,所述信号加权模块的第二输入端与所述汽车的多媒体系统相连,所述信号加权模块的输出端与所述播放模块相连,所述信号加权模块用于对所述降噪信号和所述多媒体系统输出的第二声音信号进行加权处理以生产加权信号,并将所述加权信号发送给所述播放模块。
进一步地,所述汽车的多媒体系统包括:音乐播放器,所述音乐播放器用于输出音乐信号;语音提示器,所述语音提示器用于播放语音提示信号。
进一步地,每个差分反相放大模块具有正输入端和负输入端,其中,每个麦克风的一端与对应的差分反相放大模块的负输入端相连,每个麦克风的另一端与对应的差分反相放大模块的正输入端相连,每个麦克风的一端还通过第一电阻与电源模块相连,每个麦克风的另一端还通过第二电阻与所述电源模块相连。
进一步地,所述电源模块包括依次相连的预设电源、开关电源、稳压电源和稳压偏置电路。
进一步地,所述的汽车的降噪系统还包括:设置在每个麦克风与对应的差分反相放大模块之间的第一耦合单元,其中,所述第一耦合单元包括;第一电容,所述第一电容连接在每个麦克风的一端与对应的差分反相放大模块的负输入端之间;第二电容,所述第二电容连接在每个麦克风的另一端与对应的差分反相放大模块的正输入端之间。
进一步地,所述每个差分反相放大模块包括:第三电阻,所述第三电阻的一端与对应的麦克风的一端相连;第四电阻,所述第四电阻的一端与对应的麦克风的另一端相连;第五电阻,所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端相连,所述第五电阻的另一端接地;第一运算放大器,所述第一运算放大器的反相输入端与所述第三电阻的另一端相连,所述第一运算放大器的同相输入端与所述第四电阻的另一端相连,所述第一运算放大器的输出端与所述信号加权模块相连;第六电阻,所述第六电阻的一端与所述第一运算放大器的反相输入端相连,所述第六电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连;第三电容,所述第三电容与所述第六电阻并联。
进一步地,所述的汽车的降噪系统还包括设置在每个差分反相放大模块与所述信号加权模块之间的第二耦合单元,其中,所述第二耦合单元包括:第四电容,所述第四电容连接在所述第一运算放大器的输出端与所述信号加权模块之间。
进一步地,所述信号加权模块包括:第一加权单元,所述第一加权单元包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻和第九电阻,其中,所述第七电阻的一端与所述多个差分反相放大模块相连,所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连并具有第一节点,所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一节点相连,所述第二运算放大器的反相输入端与所述第九电阻的一端相连,所述第二运算放大器的输出端与所述第八电阻的另一端和所述播放模块相连,所述第九电阻的另一端接地;第二加权单元,所述第二加权单元包括第三运算放大器、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻,其中,所述第十电阻的一端与所述音乐播放器相连,所述第十一电阻的一端与所述第十电阻的另一端相连并具有第二节点,所述第三运算放大器的同相输入端与所述第二节点相连,所述第三运算放大器的反相输入端与所述第十二电阻的一端相连,所述第三运算放大器的输出端与所述第十一电阻的另一端和所述播放模块相连,所述第十二电阻的另一端接地;第三加权单元,所述第三加权单元包括第四运算放大器、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻,其中,所述第十三电阻的一端与所述语音提示器相连,所述第十四电阻的一端与所述第十三电阻的另一端相连并具有第三节点,所述第四运算放大器的同相输入端与所述第三节点相连,所述第四运算放大器的反相输入端与所述第十五电阻的一端相连,所述第四运算放大器的输出端与所述第十四电阻的另一端和所述播放模块相连,所述第十五电阻的另一端接地。
进一步地,所述的汽车的降噪系统还包括设置在所述信号加权模块与所述播放模块之间的第三耦合单元,其中,所述第三耦合单元包括:第五电容,所述第五电容连接在所述第二运算放大器的输出端与所述播放模块之间;第六电容,所述第六电容连接在所述第三运算放大器的输出端与所述播放模块之间;第七电容,所述第七电容连接在所述第四运算放大器的输出端与所述播放模块之间。
进一步地,所述播放模块包括:音箱;功放子模块,所述功放子模块分别与所述差分反相放大模块和所述音箱相连,所述功放子模块用于对所述降噪信号进行放大,并根据放大后的降噪信号驱动所述音箱进行播放。
进一步地,所述功放子模块包括:第十六电阻,所述第十六电阻的一端与所述信号加权模块相连;第十七电阻,所述第十七电阻的一端与所述第十六电阻的另一端相连并具有第四节点;第五运算放大器,所述第五运算放大器的反相输入端与所述第四节点相连,所述第五运算放大器的输出端与所述第十七电阻的另一端和所述音箱的一端相连;第十八电阻,所述第十八电阻的一端与所述第五运算放大器的同相输入端相连,所述第十八电阻的另一端接地;第十九电阻,所述第十九电阻的一端与所述第五运算放大器的输出端相连;第二十电阻,所述第二十电阻的一端与所述第十九电阻的另一端相连并具有第五节点;第六运算放大器,所述第六运算放大器的反相输入端与所述第五节点相连,所述第六运算放大器的输出端与所述第二十电阻的另一端和所述音箱的另一端相连;第二十一电阻,所述第二十一电阻的一端与所述第六运算放大器的同相输入端相连,所述第二十一电阻的另一端接地。
进一步地,所述的汽车的降噪系统还包括设置在所述功放子模块与所述音箱之间的第四耦合单元,其中,所述第四耦合单元包括:第八电容,所述第八电容连接在所述第五运算放大器的输出端与所述音箱的一端之间;第九电容,所述第九电容连接在所述第六运算放大器的输出端与所述音箱的另一端之间。
进一步地,所述多个差分反相放大模块中的至少一个通过选择开关与所述信号加权模块相连。
进一步地,所述播放模块内嵌于所述头枕。
进一步地,所述多个麦克风通过双绞线与所述多个差分反相放大模块对应相连。
进一步地,所述多个麦克风包括设置于驾驶员座椅后方的第一麦克风、设置于车窗处的第二麦克风以及所述多个麦克风还包括设置于发动机所对应位置的第三麦克风。
为达到上述目的,本实用新型另一方面提出了一种汽车头枕,包括所述的汽车的降噪系统。
根据本实用新型提出的汽车头枕,通过将降噪系统设置于汽车头枕上,可有效利用空间,可针对性地在驾驶员出消除外界噪音,提升驾驶员的驾驶体验。
进一步地,所述汽车头枕设置于驾驶员位置上。
为达到上述目的,本实用新型又一方面提出了一种汽车,包括所述的汽车头枕。
根据本实用新型提出的汽车,通过上述汽车头枕,可有效利用空间,针对性地在驾驶员出消除外界噪音,提升驾驶员的驾驶体验。
附图说明
图1是根据本实用新型实施例的汽车的降噪系统的方框示意图;
图2是根据本实用新型一个实施例的汽车的降噪系统的方框示意图;
图3是根据本实用新型一个具体实施例的汽车的降噪系统的外形结构示意图;
图4是根据本实用新型一个具体实施例的汽车的降噪系统的工作原理示意图;以及
图5是根据本实用新型一个具体实施例的汽车的降噪系统的电路原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
下面参考附图来描述本实用新型实施例提出的汽车的降噪系统、汽车头枕以及汽车。
图1是根据本实用新型实施例的汽车的降噪系统的方框示意图。如图1-4所示,根据本实用新型实施例的汽车的降噪系统包括:多个麦克风10、多个差分反相放大模块20和播放模块30。
其中,多个麦克风10分别设置在汽车内的多个位置,麦克风10用于采集第一声音信号。根据本实用新型的一个实施例,如图3和图4所示,多个麦克风10可包括设置于驾驶员座椅后方的第一麦克风10A、设置于车窗处的第二麦克风10B以及设置于发动机所对应位置的第三麦克风10C,例如发动机位于驾驶座的前下方,第三麦克风10C可设置在驾驶座的前下方。
由此,将多个麦克风10安装在车内的不同位置,例如驾驶座的前下方(采集发动机噪音)及车窗处(采集车外噪音),从而针对性地对车窗外、发动机等传来噪音进行降噪处理,为驾驶员提供相对安静的驾驶环境。
多个差分反相放大模块20分别与多个麦克风10对应相连,例如麦克风10A与差分反相放大模块20A相连,麦克风10B与差分反相放大模块20B相连,以此类推,差分反相放大模块20用于对第一声音信号进行差分反相放大以生成降噪信号;播放模块30与差分反相放大模块20相连,播放模块30用于根据降噪信号进行播放以进行降噪。
具体地,如图2所示,播放模块30可包括音箱40和功放子模块31,功放子模块31分别与差分反相放大模块20和音箱40相连,功放子模块31用于对降噪信号进行放大,并根据放大后的降噪信号驱动音箱40进行播放。
需要说明的是,可根据第一声音信号来源,来设置对应的差分反相放大模块20的参数,即第一声音信号的来源不同,多个差分反相放大模块20的参数也不同。
也就是说,多个差分反相放大模块20分别对多个麦克风10输出的第一声音信号进行差分反相放大处理,从而得到更加合理的降噪信号,提升降噪效果。并且,采用差分输入的方式能抑制电源底噪。
具体地,根据本实用新型的一个实施例,音箱40可相对于人耳的位置设置,例如音箱40可设置在人耳约5-10cm的位置。
根据本实用新型的一个实施例,如图3和图4所示,播放模块30(例如音箱40)可设置在汽车的头枕100上,例如内嵌于头枕100,其中,头枕100可为U型头枕。
根据本实用新型的一个实施例,多个麦克风10通过双绞线与所述多个差分反相放大模块20对应相连。由此,通过双绞线方式传输,可实现长距离信号传输,更加具备抵抗车内其他电子元件电磁干扰的能力,适应车内复杂的电磁环境。
由此,经过反相后释放出来的降噪信号和噪音信号刚好处于幅值相反的状态,两种信号在空气中叠加例如图4中人耳附件的区域A相互抵消,达到降噪的目的。
与相关技术的主动降噪系统ANC相比,本实用新型实施例的汽车的降噪系统,采用模拟电路,无需利用数字电路对声音进行取样计算,从而提升了电路反应速度,保证高频降噪效果良好,并且结构更加精简,成本较低;还可以针对性地在驾驶员处消除外界噪音,即降噪区域集中在驾驶员附近,而不是给整车车内环境降噪,从而更好地提升驾驶员的驾驶体验。
进一步地,根据本实用新型的一个实施例,如图2和图4所示,汽车的降噪系统还包括:信号加权模块50,信号加权模块50连接在多个差分反相放大模块20和播放模块30之间,信号加权模块50的第一输入端与多个差分反相放大模块20相连,信号加权模块50的第二输入端与汽车的多媒体系统60相连,信号加权模块50的输出端与播放模块30相连,信号加权模块50用于对降噪信号和多媒体系统60输出的第二声音信号进行加权处理以生产加权信号,并将加权信号发送给播放模块30。
具体地,根据本实用新型的一个实施例,如图2和图4所示,多媒体系统60输出的第二声音信号可包括音乐信号、系统提示信号、蓝牙电话语音信号等,汽车的多媒体60系统包括:音乐播放器61和语音提示器62,音乐播放器61用于输出音乐信号;语音提示器62用于播放语音提示信号。
也就是说,信号加权模块50可对各路信号例如降噪信号、音乐信号、提示语音信号、蓝牙语音信号等进行加权处理,通过加权处理,可使上述信号在人耳边通过同一音箱释放时,各自都具有合理的响度。
由此,本实用新型实施例的汽车的降噪系统,实现降噪功能的同时,还能够播放立体声音乐、播放汽车系统提示语音、播放蓝牙电话,产生较好的听觉效果,同时尽可能地减少对其他车内乘客的影响,既能满足驾驶员的需求,又不会影响其他乘客。
具体来说,本实用新型的汽车的降噪系统的具体工作原理可如下:在汽车启动后,可打开降噪系统的电源开关,例如头枕100的电源开关,安装在多个位置的多个麦克风10分别采集相关的第一声音信号,并分别传输给多个差分反相放大模块20;然后每个差分反相放大模块20对对应的第一声音信号进行差分、初步放大、反相处理,多个差分反相放大模块20输出的信号合并为降噪信号,并将降噪信号传输到信号加权模块50;信号加权模块50对多路声音信号(即降噪信号、音乐信号、语音提示信号等)进行加权处理,并将加权后的多路声音信号输出给播放模块30;播放模块30中的功放子模块31做进一步放大并最后驱动音箱40释放声音。这样,经过反相后释放出来的降噪信号和噪音信号刚好处于幅值相反的状态,两种信号在空气中叠加,相互抵消,从而达到降噪的目的。而且语音、音乐等声音信号通过信号加权模块50进行放大并经音箱40释放,从而不但对这些被降噪信号削弱的正常声音信号进行了补偿,而且还能实现立体音效果。
由此,本实用新型实施例的降噪系统,能够分别采集不同位置传来的噪音并进行降噪处理,为驾驶员提供相对安静的驾驶环境,同时还能在人耳附近播放立体音效的音乐、汽车系统提示语音、蓝牙电话等。
下面结合图5来描述本实用新型实施例的具体结构。
根据本实用新型的一个实施例,如图5所示,每个差分反相放大模块20具有正输入端和负输入端,其中,每个麦克风10的一端与对应的差分反相放大模块20的负输入端相连,每个麦克风10的另一端与对应的差分反相放大模块20的正输入端相连,每个麦克风10的一端还通过第一电阻R1与电源模块VCC相连,每个麦克风10的另一端还通过第二电阻R2与电源模块VCC相连。
其中,电源模块VCC包括依次相连的预设电源、开关电源、稳压电源和稳压偏置电路。
也就是说,采用多重稳压的偏置电源驱动第一麦克风11和第二麦克风12,即采用主电源-开关电源-稳压电源-稳压偏置电路-麦克风组件10的方式进行供电,更具体地,先利用稳压电源输出稳定电压驱动麦克风前级芯片,再利用麦克风驱动芯片输出稳定偏置电压驱动单向性麦克风,从而,隔离其他模块可能对麦克风组件10的造成干扰,并将开关电源输出的高纹波电源转换为纹波极小的麦克风驱动电源,实现低底噪,例如可将电源纹波、电路本身底噪等干扰保持极低的范围(3mV以下)。
根据本实用新型的一个实施例,如图5所示,每个差分反相放大模块20包括:第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一运算放大器U1、第六电阻R6和第三电容C3。
其中,第三电阻R3的一端与对应的麦克风10的一端相连;第四电阻R4的一端与对应的麦克风10的另一端相连;第五电阻R5的一端与第四电阻R4的另一端相连,第五电阻R5的另一端接地;第一运算放大器U1的反相输入端与第三电阻R3的另一端相连,第一运算放大器U1的同相输入端与第四电阻R4的另一端相连,第一运算放大器U1的输出端与信号加权模块50相连;第六电阻R6的一端与第一运算放大器U1的反相输入端相连,第六电阻R6的另一端与第一运算放大器U1的输出端相连;第三电容C3与第六电阻R6并联。
也就是说,多个麦克风10被分别安装在车内的多个位置,例如驾驶座的前下方、车窗处以及座椅后方。在此采用双绞线和差分放大的方式,保证信号远传输过程中具有较高的抗干扰能力,即每个麦克风10通过双绞线与对应的差分反相放大模块20相连,对应的差分反相放大模块20采用双端差分的方式。
如图5所示,理想情况下,差分反相放大模块20的反相输入端得到的信号为噪声信号,即VN=Vn,同相输入端得到的信号为VP=VGND,即0V。然而,在实际情况中,由于存在电源底噪及外界EMC干扰,反相输入端得到的信号变成:
VN=Vn+Vbn+Ven
其中,Vbn为电源底噪,Ven为受到的外界EMC干扰产生的电压信号。
而同相输入端得到的信号变成:
VP=Vbn+Ven
在进行差分计算后,电源底噪及外界干扰得到了抵消,最终等效的输入信号为:
Vi=VN-VP=Vn
从而,得到了较为纯净的噪声信号。
另外,需要说明的是,多个麦克风10被分别安装在车内的不同位置,由于降噪信号的传播速度远比空气中第一声音信号即噪声信号传播速度快,而且电路中各级隔直耦合电容(后续实施例中说明)还会令信号相位超前,因此本实用新型实施例中在第六电阻R6的两端并联第三电容C3,以保证噪声信号和经处理后产生的降噪信号能够合适的叠加,对多个麦克风10所采集到的信号进行对应的相位补偿处理。
如图5所示,通过在差分反相放大模块20的反馈电阻即第六电阻R6的两端并联第三电容C3,可改变输出信号的相位,同时该第三电容C3能够滤除高频杂波。
相位补偿具体如下:
根据电流列出微积分方程组:
其中,Ro为输出的反馈电阻即第六电阻R6的阻值,ir为反馈电阻支路电流即流过第六电阻R6的电流,C为并联在反馈电阻两端的电容即第三电容C3的电容值,ic为电容支路电流即流过第三电容C3的电流,Ri为差分反相放大模块20的输入端电阻,Vo和Vi分别为差分反相放大模块20的输出电压和输入电压。
对上述方程组进行拉普拉斯变换(Laplace Transform),可得:
通过计算,可得到输入输出的的传递函数G(s):
其中,s为复频率,s=σ+jω。
对传递函数G(s)进行频域相位分析,并将拉普拉斯的传递函数G(s)等效为傅里叶变换的频率响应函数,此时σ=0,s=jω,可得:
进而,可得输入输出之间的相位特性:
由此可知,当第三电容C3的电容值C趋近于0时,相移为180°(即反相),增益为当第三电容C3的电容值C趋近无穷大时,相移为0°,增益趋近于0。通过对每个差分反相放大模块20中的第三电容C3设定的合适的电容值,可得到合理的相位滞后补偿,以弥补相应的信号超前现象。
另外,本实用新型实施例中,相位补偿的范围在5°以内,从而避免对增益产生太大影响。
进一步地,多个差分反相放大模块50中的至少一个通过选择开关80与信号加权模块50相连。具体地,如图5所示,可在第一麦克风10A对应的差分反相放大模块50的输出端与第二麦克风10B对应的差分反相放大模块50的输出端之间设置选择开关80。
其中,通过控制选择开关80的闭合和关断可对应控制第一麦克风10A对应的降噪通道有效或无效,即当选择开关80闭合时,对应的差分反相放大模块50对第一麦克风10A采集的第一声音信号进行反相放大处理并传输至信号加权模块50,信号加权模块50能够削弱第一麦克风10A采集的第一声音信号,第一麦克风10A对应的降噪通道有效;当选择开关80关断时,对应的差分反相放大模块50不会传输反相放大处理后的信号至信号加权模块50,信号加权模块50不会削弱第一麦克风10A采集的第一声音信号,第一麦克风10A对应的降噪通道无效。
具体地,选择开关80可在驾驶员的操作下闭合或关断。举例来说,第一麦克风10A设置在驾驶座后方时,如果驾驶员不希望削弱来自后方等方位的声音(如在小车内与后排乘客交谈),则可控制选择开关80关断,如果希望削弱来自后方等方位的声音,则可控制选择开关80闭合,由此,选择性地对后方人声进行屏蔽,满足驾驶员的不同需求,适用于大巴等人声较为嘈杂的环境。
根据本实用新型的一个实施例,如图5所示,信号加权模块50包括:第一加权单元51、第二加权单元52和第三加权单元53。
其中,第一加权单元51包括第二运算放大器U2、第七电阻R7、第八电阻R8和第九电阻R9,其中,第七电阻R7的一端与多个差分反相放大模块20相连,第八电阻R8的一端与第七电阻R7的另一端相连并具有第一节点,第二运算放大器U2的同相输入端与第一节点相连,第二运算放大器U2的反相输入端与第九电阻R9的一端相连,第二运算放大器U2的输出端与第八电阻R8的另一端和播放模块30相连,第九电阻R9的另一端接地。
第二加权单元52包括第三运算放大器U3、第十电阻R10、第十一电阻R11和第十二电阻R12,其中,第十电阻R10的一端与音乐播放器61相连,第十一电阻R11的一端与第十电阻R10的另一端相连并具有第二节点,第三运算放大器U3的同相输入端与第二节点相连,第三运算放大器U3的反相输入端与第十二电阻R12的一端相连,第三运算放大器U3的输出端与第十一电阻R11的另一端和播放模块30相连,第十二电阻R12的另一端接地。
第三加权单元53包括第四运算放大器U4、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第十五电阻R15,其中,第十三电阻R13的一端与语音提示器62相连,第十四电阻R14的一端与第十三电阻R13的另一端相连并具有第三节点,第四运算放大器U4的同相输入端与第三节点相连,第四运算放大器U4的反相输入端与第十五电阻R15的一端相连,第四运算放大器的输出端U4与第十四电阻R14的另一端和播放模块30相连,第十五电阻R15的另一端接地。
具体来说,信号加权模块50可通过多个加权单元分别对多路信号进行放大,且多个加权单元的放大倍数不同,然后将放大后的多路信号相加后得到加权信号。也就是说,信号加权模块50利用不同放大倍数的同相电流负反馈放大电路对各路声音信号进行加权处理,例如通过第一加权单元51对降噪信号进行放大、通过第二加权单元52对音乐信号进行放大,通过第三加权单元53对语音提示信号进行放大。
假设信号加权模块50包括j个加权单元,信号加权模块50最终输出至播放模块30的加权信号为
其中,Vsum为信号加权模块50最终输出的加权信号,j为信号通道即加权单元的总数,Ai为第i个通道即第i个加权单元的增益倍数,Vi为第i个通道即第i个加权单元的输入信号。
需要说明的是,对于音乐信号、语音提示信号等信号,由于这些信号本身幅值较大,为了使其在人耳附近释放时不要过于吵闹,在加权时可采用较大幅度地调小第二加权单元52和第三加权单元53的放大倍数,使其得到一定的削弱。而对于原本较为微弱的降噪信号,在加权时可调大第一加权单元51的放大倍数,增强降噪效果。
根据本实用新型的一个实施例,如图5所示,功放子模块31包括:第十六电阻R16、第十七电阻R17、第五运算放大器U5、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第六运算放大器U6和第二十一电阻R21。
其中,第十六电阻R16的一端与信号加权模块50相连;第十七电阻R17的一端与第十六电阻R16的另一端相连并具有第四节点;第五运算放大器U5的反相输入端与第四节点相连,第五运算放大器U5的输出端与第十七电阻R17的另一端和音箱40的一端相连;第十八电阻R18的一端与第五运算放大器U5的同相输入端相连,第十八电阻R18的另一端接地;第十九电阻R19的一端与第五运算放大器U5的输出端相连;第二十电阻R20的一端与第十九电阻R19的另一端相连并具有第五节点;第六运算放大器U6的反相输入端与第五节点相连,第六运算放大器U6的输出端与第二十电阻R20的另一端和音箱40的另一端相连;第二十一电阻R21的一端与第六运算放大器U6的同相输入端相连,第二十一电阻R21的另一端接地。
进一步地,如图5所示,汽车的降噪系统还包括:设置在每个麦克风10与对应的差分反相放大模块20之间的第一耦合单元71,其中,第一耦合单元71包括;第一电容C1和第二电容C2。其中,第一电容C1连接在每个麦克风10的一端与对应的差分反相放大模块20的负输入端之间;第二电容C2连接在每个麦克风10的另一端与对应的差分反相放大模块20的正输入端之间。
进一步地,如图5所示,汽车的降噪系统还包括设置在每个差分反相放大模块20与信号加权模块50之间的第二耦合单元72,其中,第二耦合单元72包括:第四电容C4,第四电容C4连接在第一运算放大器U1的输出端与信号加权模块50之间。
进一步地,如图5所示,汽车的降噪系统还包括设置在信号加权模块50与播放模块30即功放子模块31之间的第三耦合单元73,其中,第三耦合单元73包括:第五电容C5、第六电容C6和第七电容C7,其中,第五电容C5连接在第二运算放大器U2的输出端与播放模块30之间;第六电容C6连接在第三运算放大器U3的输出端与播放模块30之间;第七电容C7连接在第四运算放大器U4的输出端与播放模块30之间。
进一步地,如图5所示,汽车的降噪系统还包括设置在功放子模块31与音箱40之间的第四耦合单元74,其中,第四耦合单元74包括第八电容C8和第九电容C9,其中,第八电容C8连接在第五运算放大器U5的输出端与音箱40的一端之间;第九电容C9连接在第六运算放大器U6的输出端与音箱40的另一端之间。
其中,第一电容C1至第二电容C2以及第四电容至第九电容C9均用于进行隔直耦合。
也就是说,本实用新型实施例在每个麦克风组件10与相应的差分反相放大模块20之间、多个差分反相放大模块20与信号加权模块50、信号加权模块50功放子模块31以及功放子模块31与音箱40之间均设置隔直耦合电容,从而减小降噪信号与噪声信号之间的相位差。
并且,还根据实际情况合理地选择每个隔直耦合电容的电容值,即合理地选择第一电容C1至第八电容C8的电容值,从而优化耦合电路。
具体地,隔直耦合电容的电容值的算法如下:
举例来说,对于连接于每个麦克风10的第二电容C2,由于其后级的等效阻抗Ro≈4.7K,因此可在此将其等效电路看作为一个常见的RC高通滤波电路。基于上述原理,可对每个隔直耦合电容进行等效。
为了进行相位分析,可根据电流列出微分方程组:
其中,Vi为第i个隔直耦合电容的输入电压,I为第i个隔直耦合电容的的、电流,Vo为第i个隔直耦合电容的输出电压,C为第i个隔直耦合电容的的电容值。
对上述微分方程进行拉普拉斯变换可得:
其中,s为拉普拉斯复变量。
由此,可得输入输出的传递函数G(s):
接下来,对传递函数G(s)进行频域相位分析,将拉普拉斯的传递函数G(s)等效为傅里叶变换的频率响应函数,即G(s)→F(ω),则有s→jω。其中,j为复平面虚数单位,ω为角频率,可得:
从而,可输入输出之间的相位差为:
其中,f为电路交流信号频率。
由此可知,噪音信号频率越低,相位差就越明显。应当理解的是,在本实用新型实施例中,噪音信号从最开始的采集到最后转变成降噪信号释放经过了多重隔直耦合电容,这些相位差会重重累加,如果相位差过大,会导致最后输出的降噪信号在低频段时叠加效果不理想,影响降噪。
根据上述的相位差的公式,可以通过增大隔直耦合电容的电容值来修正相位差。但较大的电容因工艺问题,往往也会附带较大的寄生电感和寄生电阻,影响电路功能。因此,经过申请人多次计算和验证,以及对常用物料的选型,在本实用新型实施例中,选取47uF电容作为隔直耦合电容,即第一电容C1至第二电容C2以及第四电容至第九电容C9的电容值优选为47uF。
另外,在某些输出阻抗较小的电路中,可通过选择多个47uF电容并联的方式,组成耦合单元。
另外,根据本实用新型的一个实施例,可将本实用新型实施例的汽车的降噪系统整合进汽车头枕100中,从而有效利用空间,可以将车窗外传来的噪音进行一定的衰减。
综上,根据本实用新型实施例提出的汽车的降噪系统,在汽车内的多个位置分别设置多个麦克风,多个差分反相放大模块分别与多个麦克风对应相连,通过麦克风采集第一声音信号,并通过相应的差分反相放大模块对第一声音信号进行差分反相放大以生成降噪信号,播放模块根据降噪信号进行播放以进行降噪。由此,该降噪系统经过反相后释放出来的降噪声波和原噪音声波刚好处于幅值相反的状态,两种声波在空气中叠加,相互抵消,达到降噪的目的,而且,通过多个麦克风分别采集了发动机噪声、车窗噪音、后方人声等多种噪声信号,并分别进行反相放大处理,得到更加合理的降噪信号,可在驾驶员处消除外界噪音,提升驾驶员的驾驶体验,且采用差分输入可有效抑制电路底噪。另外,通过采用模拟电路,可提升电路反应速度,进而可以保证高频降噪效果良好,且结构精简,成本较低。
另外,本实用新型还提出了一种汽车头枕,包括上述实施例的汽车的降噪系统。
根据本实用新型的一个实施例,汽车头枕可设置于驾驶员位置上。
根据本实用新型实施例提出的汽车头枕,通过将降噪系统设置于汽车头枕上,可有效利用空间,可针对性地在驾驶员处消除外界噪音,提升驾驶员的驾驶体验。
最后,本实用新型实施例又提出了一种汽车,包括上述实施例的汽车头枕。
根据本实用新型实施例提出的汽车,通过汽车头枕,可有效利用空间,针对性地在驾驶员处消除外界噪音,提升驾驶员的驾驶体验。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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实用新型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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本实用新型的限制,本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (20)

1.一种汽车的降噪系统,其特征在于,包括:
多个麦克风,所述多个麦克风分别设置在所述汽车内的多个位置,所述麦克风用于采集第一声音信号;
多个差分反相放大模块,所述多个差分反相放大模块分别与所述多个麦克风对应相连,所述差分反相放大模块用于对所述第一声音信号进行差分反相放大以生成降噪信号;
播放模块,所述播放模块与所述差分反相放大模块相连,所述播放模块用于根据所述降噪信号进行播放以进行降噪。
2.根据权利要求1所述的汽车的降噪系统,其特征在于,还包括:
连接在所述多个差分反相放大模块和所述播放模块之间的信号加权模块,所述信号加权模块的第一输入端与所述多个差分反相放大模块相连,所述信号加权模块的第二输入端与所述汽车的多媒体系统相连,所述信号加权模块的输出端与所述播放模块相连,所述信号加权模块用于对所述降噪信号和所述多媒体系统输出的第二声音信号进行加权处理以生产加权信号,并将所述加权信号发送给所述播放模块。
3.根据权利要求2所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述汽车的多媒体系统包括:
音乐播放器,所述音乐播放器用于输出音乐信号;
语音提示器,所述语音提示器用于播放语音提示信号。
4.根据权利要求1所述的汽车的降噪系统,其特征在于,每个差分反相放大模块具有正输入端和负输入端,其中,
每个麦克风的一端与对应的差分反相放大模块的负输入端相连,每个麦克风的另一端与对应的差分反相放大模块的正输入端相连,每个麦克风的一端还通过第一电阻与电源模块相连,每个麦克风的另一端还通过第二电阻与所述电源模块相连。
5.根据权利要求4所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述电源模块包括依次相连的预设电源、开关电源、稳压电源和稳压偏置电路。
6.根据权利要求4所述的汽车的降噪系统,其特征在于,还包括:设置在每个麦克风与对应的差分反相放大模块之间的第一耦合单元,其中,所述第一耦合单元包括;
第一电容,所述第一电容连接在每个麦克风的一端与对应的差分反相放大模块的负输入端之间;
第二电容,所述第二电容连接在每个麦克风的另一端与对应的差分反相放大模块的正输入端之间。
7.根据权利要求2所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述每个差分反相放大模块包括:
第三电阻,所述第三电阻的一端与对应的麦克风的一端相连;
第四电阻,所述第四电阻的一端与对应的麦克风的另一端相连;
第五电阻,所述第五电阻的一端与所述第四电阻的另一端相连,所述第五电阻的另一端接地;
第一运算放大器,所述第一运算放大器的反相输入端与所述第三电阻的另一端相连,所述第一运算放大器的同相输入端与所述第四电阻的另一端相连,所述第一运算放大器的输出端与所述信号加权模块相连;
第六电阻,所述第六电阻的一端与所述第一运算放大器的反相输入端相连,所述第六电阻的另一端与所述第一运算放大器的输出端相连;
第三电容,所述第三电容与所述第六电阻并联。
8.根据权利要求7所述的汽车的降噪系统,其特征在于,还包括设置在每个差分反相放大模块与所述信号加权模块之间的第二耦合单元,其中,所述第二耦合单元包括:
第四电容,所述第四电容连接在所述第一运算放大器的输出端与所述信号加权模块之间。
9.根据权利要求3所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述信号加权模块包括:
第一加权单元,所述第一加权单元包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻和第九电阻,其中,所述第七电阻的一端与所述多个差分反相放大模块相连,所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连并具有第一节点,所述第二运算放大器的同相输入端与所述第一节点相连,所述第二运算放大器的反相输入端与所述第九电阻的一端相连,所述第二运算放大器的输出端与所述第八电阻的另一端和所述播放模块相连,所述第九电阻的另一端接地;
第二加权单元,所述第二加权单元包括第三运算放大器、第十电阻、第十一电阻和第十二电阻,其中,所述第十电阻的一端与所述音乐播放器相连,所述第十一电阻的一端与所述第十电阻的另一端相连并具有第二节点,所述第三运算放大器的同相输入端与所述第二节点相连,所述第三运算放大器的反相输入端与所述第十二电阻的一端相连,所述第三运算放大器的输出端与所述第十一电阻的另一端和所述播放模块相连,所述第十二电阻的另一端接地;
第三加权单元,所述第三加权单元包括第四运算放大器、第十三电阻、第十四电阻和第十五电阻,其中,所述第十三电阻的一端与所述语音提示器相连,所述第十四电阻的一端与所述第十三电阻的另一端相连并具有第三节点,所述第四运算放大器的同相输入端与所述第三节点相连,所述第四运算放大器的反相输入端与所述第十五电阻的一端相连,所述第四运算放大器的输出端与所述第十四电阻的另一端和所述播放模块相连,所述第十五电阻的另一端接地。
10.根据权利要求9所述的汽车的降噪系统,其特征在于,还包括设置在所述信号加权模块与所述播放模块之间的第三耦合单元,其中,所述第三耦合单元包括:
第五电容,所述第五电容连接在所述第二运算放大器的输出端与所述播放模块之间;
第六电容,所述第六电容连接在所述第三运算放大器的输出端与所述播放模块之间;
第七电容,所述第七电容连接在所述第四运算放大器的输出端与所述播放模块之间。
11.根据权利要求2所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述播放模块包括:
音箱;
功放子模块,所述功放子模块分别与所述差分反相放大模块和所述音箱相连,所述功放子模块用于对所述降噪信号进行放大,并根据放大后的降噪信号驱动所述音箱进行播放。
12.根据权利要求11所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述功放子模块包括:
第十六电阻,所述第十六电阻的一端与所述信号加权模块相连;
第十七电阻,所述第十七电阻的一端与所述第十六电阻的另一端相连并具有第四节点;
第五运算放大器,所述第五运算放大器的反相输入端与所述第四节点相连,所述第五运算放大器的输出端与所述第十七电阻的另一端和所述音箱的一端相连;
第十八电阻,所述第十八电阻的一端与所述第五运算放大器的同相输入端相连,所述第十八电阻的另一端接地;
第十九电阻,所述第十九电阻的一端与所述第五运算放大器的输出端相连;
第二十电阻,所述第二十电阻的一端与所述第十九电阻的另一端相连并具有第五节点;
第六运算放大器,所述第六运算放大器的反相输入端与所述第五节点相连,所述第六运算放大器的输出端与所述第二十电阻的另一端和所述音箱的另一端相连;
第二十一电阻,所述第二十一电阻的一端与所述第六运算放大器的同相输入端相连,所述第二十一电阻的另一端接地。
13.根据权利要求12所述的汽车的降噪系统,其特征在于,还包括设置在所述功放子模块与所述音箱之间的第四耦合单元,其中,所述第四耦合单元包括:
第八电容,所述第八电容连接在所述第五运算放大器的输出端与所述音箱的一端之间;
第九电容,所述第九电容连接在所述第六运算放大器的输出端与所述音箱的另一端之间。
14.根据权利要求2所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述多个差分反相放大模块中的至少一个通过选择开关与所述信号加权模块相连。
15.根据权利要求1所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述播放模块内嵌于头枕。
16.根据权利要求1所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述多个麦克风通过双绞线与所述多个差分反相放大模块对应相连。
17.根据权利要求15所述的汽车的降噪系统,其特征在于,所述多个麦克风包括设置于驾驶员座椅后方的第一麦克风、设置于车窗处的第二麦克风以及所述多个麦克风还包括设置于发动机所对应位置的第三麦克风。
18.一种汽车头枕,其特征在于,包括根据权利要求1-17中任一项所述的汽车的降噪系统。
19.根据权利要求18所述的汽车头枕,其特征在于,所述汽车头枕设置于驾驶员位置上。
20.一种汽车,其特征在于,包括根据权利要求18或19所述的汽车头枕。
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