CN208863037U - 一种主动降噪耳机及其降噪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种主动降噪耳机，包括左耳声学腔体、左耳扬声器、左耳噪声拾音器、右耳声学腔体、右耳扬声器、右耳噪声拾音器和控制器。控制器将音源的声音信号分别传递至左耳扬声器和右耳扬声器，左耳噪声拾音器和右耳拾音器分别将噪声信号传递给控制器，并通过控制器将噪声信号变换为噪声反向补偿信号传递至对应的扬声器形成次级噪声源，将噪声抵消或减弱。

Description

一种主动降噪耳机及其降噪系统

技术领域

本实用新型属于直升机通讯设备领域，特别涉及一种主动降噪耳机及其主动降噪系统。

背景技术

人类生活的环境里充满了各种噪音，干扰人们的正常听觉交互。如工业生产过程、日常生活工作环境、实验室环境等，均存在声音噪声，噪声污染已经成为一个全世界都十分关注的环境问题。

直升机的噪声问题尤其严重。直升机噪声主要来自发动机，其次是传动装置、旋翼和尾桨、尾桨齿轮箱等。目前直升机噪声强度相当大，即使佩戴耳机，也远远超过了人的可耐受水平，严重危害飞行人员的听力和身心健康，同时也加速了飞行人员身体疲劳。

目前耳机一般采用被动降噪，即加强耳机腔体与人耳的密封性，并在耳机腔体内安装吸音材料，使噪声隔离，不容易传入耳机腔体，以降低噪声对耳机佩戴者的影响，但对直升机的发动机噪声和旋翼噪声降低的效果有限。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决以上问题，本实用新型提供一种主动降噪耳机。

根据本实用新型的一个方面，提供一种主动降噪耳机，包括左耳声学腔体、左耳扬声器、左耳噪声拾音器、右耳声学腔体、右耳扬声器、右耳噪声拾音器和控制器。

控制器将音源的声音信号分别传递至左耳扬声器和右耳扬声器，左耳噪声拾音器和右耳拾音器分别将噪声信号传递给控制器，并通过控制器将噪声信号变换为噪声反向补偿信号传递至对应的扬声器形成次级噪声源，将噪声被抵消或减弱。

其中，声学腔体包括声学材料外壳和衬垫，声学材料外壳靠近人耳的一侧设有用于将声学材料外壳内部与人耳接通的开口，衬垫位于声学材料外壳外表面的开口的外周，使得耳罩外壳、环形衬垫和人耳形成密闭的腔体。

其中，声学材料外壳包括耳罩外壳和吸音材料，吸音材料、拾音器、扬声器均设置于耳罩外壳的内部。

主动降噪耳机还包括麦克风和电源，麦克风用于将音源的声音信号传递至控制器，电源用于为控制器提供能量。

其中，主动降噪耳机还包括主动降噪开关，主动降噪开关用于打开或关闭控制器的主动降噪功能。

根据本实用新型的另一方面，提供一种主动降噪耳机的降噪系统，包括主动降噪子模块、左耳扬声器、左耳噪声拾音器、右耳扬声器和右耳噪声拾音器，主动降噪子模块用于接收左耳噪声拾音器和右耳噪声拾音器的噪声信号，并经计算将噪声信号变换成为噪声反向补偿信号传递至扬声器。

其中，噪声反向补偿信号与噪声信号幅度和频率相同、相位相反。

其中，主动降噪子模块包括EQ电路和/或滤波器电路。

其中，所述降噪系统还包括主动降噪开关，所述主动降噪开关用于控制所述主动降噪子模块的启动和关闭。

本实用新型的主动降噪耳机具有以下有益效果：

1.本实用新型在被动降噪的基础上采用了主动降噪方式，对机舱内的特定噪声进行重点降噪，可进一步降低噪声对耳机佩戴者的影响。

2.本实用新型具有功耗小、降噪效果明显，自带电源，不但可以安装在有源耳机内，还可安装在无源耳机内，可以随时开通或关闭主动降噪装置。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施方式的被动降噪耳机的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施方式的主动降噪耳机的单受话器的电连接示意图；

图3示出了根据本实用新型实施方式的主动降噪耳机的噪声对消原理图；

图4示出了根据本实用新型实施方式的主动降噪耳机的降噪系统的组成框图；

图5示出了根据本实用新型实施方式的主动降噪耳机的主动降噪子模块的EQ电路电原理图；

图6示出了根据本实用新型实施方式的主动降噪耳机的主动降噪子模块的滤波器电路电原理图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参见图1，被动降噪耳机由左右受话器的两个耳罩外壳2和麦克风4组成，耳罩外壳2内安装扬声器6，并填充吸音材料3，以降低语音和噪音信号在腔体内多次反射引起的杂音。在耳罩外壳外贴有硅胶衬垫/海绵衬垫1，使硅胶衬垫/海绵衬垫1紧贴人耳，形成密封的声学腔体，隔绝外部噪声进入人耳，达到被动降噪的目的。扬声器6麦克风通过机通接收对方发出的语音信号，麦克风4通过机通将通讯的语音发送到对方的扬声器，使对方收到发送者的语音。

如图2所示，相对被动降噪耳机，主动降噪耳机在其基础上，除了在声学腔体7内安装被动降噪耳机的扬声器6之外，还安装了噪声拾音器10，噪声拾音器10拾取的噪声信号送入控制器9，控制器9将与噪声信号反向的幅度和频率相同的信号输送到扬声器6，扬声器6发出的“次级声源”与噪声在耳罩外壳内的狭小空间内形成一个干涉场，使得噪声和次级声相互抵消，电源8提供控制器9所需的能量，最好电源8采用体积小，容量大的锂电池。另外，电源8和控制器9若为两套，分别控制两个受话器，可以装入两个受话器，建议设计为一套，装入任何一个受话器，通过线缆控制另外一个受话器。在安装电源8和控制器9的受话器外面安装主动降噪开关，可以随时可以关闭或开启主动降噪装置。

参照图3，不同于被动降噪通过物理阻隔来“被动”的降低进入耳罩外壳2的噪声，主动降噪方案主动地分析进入耳罩外壳2内的噪声信号，包括幅度、频率和相位信息，通过人为的制造一个“次级声源”，该声源发出的声音和噪声的幅度和频率相同，相位则始终和噪声相位相反，这样就在耳罩外壳2内的狭小空间内形成一个干涉场，使得噪声和次级声相互抵消，在图3中，A为噪声信号，B为反向补偿信号，C为残留噪声信号，在区间D内，主动降噪补偿覆盖人耳最敏感的听觉范围。在实际听音过程中，我们听到的所有声音都能分解为不同波长和振幅的声波信号，并可用波形图像表示出来。当降噪耳机通过麦克风采集到环境噪声以后，传给降噪电路对噪声波形进行分析，然后实时产生振幅相同、相位相反的波形进行抵消。抵消之后的噪声振幅(能量)就降低了，原来听起来很吵的噪声就会变小，而倘若两个声波振幅刚好相等的话，噪声就会完全消失。通过加入与噪声信号完全同步的反相信号消除噪声就是主动降噪的基本原理。当然将噪声信号反向，恰好完全抵消的情况很难实现，毕竟反向电路有延迟，而且噪声信号频谱比较复杂，完全提取所有的噪声频谱也不现实，但将噪声信号绝大部分能量进行快速反向，对噪声进行有效的减弱以后，人耳已经不是很敏感了，例如图3中，残留噪声信号C虽然没有完全抵消，但相比噪声信号A，其幅度大大降低了。

参照图4，左耳受话器和右耳受话器均由扬声器、噪声拾音器和声学腔体组成。控制器包括控制模块，控制模块由电源子模块、主动降噪子模块和接口子模块组成。接口子模块负责与耳机内部模块和外部电路连接。电源子模块包括充电电路、电池电压监测电路和供电电路，保证主动降噪子模块正常工作。由于接口子模块和电源子模块均为现有技术，所以不一一说明。其中当主动降噪开关断开，从机通传递过来的语音信号沿虚线直通左右耳受话器，当主动降噪开关闭合，进入主动降噪模式，控制模块将反向的噪声信号与从机通传递过来的语音信号一同发送到左右耳受话器，反向的噪声信号与噪声信号抵消，只有语音信号进入佩戴者的耳中。

主动降噪子模块主要由EQ电路和滤波器电路组成，图5是实用新型的一种EQ电路电原理图，EQ电路通过对降噪目标曲线的测定，调整受话器与外罩结构配合所形成系统的频响，根据目标需求进行EQ补偿，使得左右受话器最终的频响曲线与目标降噪曲线保持一致。图6是实用新型的一种滤波器电路电原理图，滤波器电路是电路板的核心部分，是通过声学方法测定主动降噪耳机的双耳传递函数，通过相关软件计算主动降噪需要的滤波器，完成整个主动降噪系统的主动降噪功能。事实上，EQ电路和滤波器电路具有相似的电路结构。实际的设计工作中，一般通盘考虑EQ电路和滤波器电路，统一设计两个类似的功能。

在关闭主动降噪装置时，主动降噪耳机就是一台被动降噪耳机，麦克风发出语音信号通过机通发送到对方，对方发出的语音信号通过机通按照点划线所示，直接传送到左、右耳受话器的扬声器。在开启主动降噪装置时，左右受话器腔体内安装的噪声拾音器将噪声信号经过主动降噪子模块处理后反向，分别与扬声器信号一起输送到扬声器，与噪声在耳罩外壳2内的狭小空间内形成一个干涉场，使得噪声和次级声相互抵消，而声音信号保持不变。

通过固定在外罩上的开关可以控制主动降噪的打开和关闭。当开关处于“主动降噪打开”状态时，左右耳的误差传声器信号(麦克风信号)与电路板联通，电路板处于工作状态，将滤波器模块的输出信号传递给左右耳的受话器，实现主动降噪的目的。当开关处于“主动降噪关闭”状态时，电路板处于非工作状态，此时左右耳的受话器只接受机通送来的通话声音信号，实现原始的耳机接听功能。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种主动降噪耳机，其特征在于，所述主动降噪耳机包括左耳声学腔体、左耳扬声器、左耳噪声拾音器、右耳声学腔体(7)、右耳扬声器(6)、右耳噪声拾音器(10)和控制器(9)；

所述控制器(9)将音源的声音信号分别传递至左耳扬声器和右耳扬声器(6)，所述左耳噪声拾音器和所述右耳噪声拾音器(10)分别将噪声信号传递给控制器(9)，并通过控制器将噪声信号变换为噪声反向补偿信号传递至对应的扬声器形成次级噪声源，将噪声抵消或减弱。

2.如权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，

所述声学腔体包括声学材料外壳和衬垫(1)，所述声学材料外壳靠近人耳的一侧设有用于将声学材料外壳内部与人耳接通的开口，所述衬垫(1)位于所述声学材料外壳外表面的开口的外周，使得所述声学材料外壳、所述衬垫(1)和人耳形成密闭的腔体。

3.如权利要求2所述的主动降噪耳机，其特征在于，

所述声学材料外壳包括耳罩外壳(2)和吸音材料(3)，所述吸音材料(3)、拾音器、扬声器均设置于对应的所述耳罩外壳(2)的内部。

4.如权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，

所述主动降噪耳机还包括麦克风(4)和电源(8)，所述麦克风(4)用于将音源的声音信号传递至所述控制器(9)，所述电源(8)用于为所述控制器(9)提供能量。

5.如权利要求1所述的主动降噪耳机，其特征在于，

所述主动降噪耳机还包括主动降噪开关，所述主动降噪开关用于打开或关闭所述控制器(9)的主动降噪功能。

6.一种如权利要求1～5任一所述的主动降噪耳机的降噪系统，其特征在于，

所述降噪系统包括主动降噪子模块、所述左耳扬声器、所述左耳噪声拾音器、所述右耳扬声器(6)和所述右耳噪声拾音器(10)，所述主动降噪子模块用于接收左耳噪声拾音器和右耳噪声拾音器的噪声信号，并经计算将噪声信号变换成为噪声反向补偿信号传递至扬声器。

7.如权利要求6所述的主动降噪耳机，其特征在于，

所述噪声反向补偿信号与所述噪声信号幅度和频率相同、相位相反。

8.如权利要求6所述的主动降噪耳机，其特征在于，

所述主动降噪子模块包括EQ电路和/或滤波器电路。

9.如权利要求6所述的主动降噪耳机，其特征在于，

所述降噪系统包括主动降噪开关，所述主动降噪开关用于控制所述主动降噪子模块的启动和关闭。