CN214541561U - 一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，包括壳体、噪声控制系统、单片机控制器、蓝牙系统、耳机、电池，所述的噪声控制系统包括滤波器、DSP芯片、主麦克风、反馈麦克风、主扬声器和辅助扬声器，本实用新型原理简单结构新颖，便于批量生产与使用；原有的隔音口罩只通过被动降噪进行隔音，本实用新型加入主动降噪技术，改善了原有产品的降噪效果，可以很好地保护佩戴者的隐私；本实用新型通过设置通风口和换气风扇，减弱了佩戴者长期佩戴口罩引起的不适感。

Description

一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩

技术领域

本实用新型涉及一种隔音口罩，特别涉及一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩。

背景技术

当代社会中手机等通讯设备逐渐应用普及，伴随出现了一些通讯中的通话问题，导致通话时会产生诸多不便。以手机为例，有时候在公共场合，通话双方既不愿让通话内容外泄，不想打扰别人，同时也不希望外界噪音影响通话质量。而这样的通话影响在夜间使用时则显得更加突出。现有的隔音口罩只是设置吸音和隔音层的方式通过被动降噪进行隔音，隔音效果差难以满足要求，而且长时间佩戴密闭的口罩通话会使使用者产生不适感。为了解决上述问题，希望能设计一种主动降噪口罩，既能减少外界声源对通讯的干扰，同时也能避免个人通讯内容泄露以及声音对外界的影响。

发明内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，包括壳体、噪声控制系统、单片机控制器、蓝牙系统、耳机、电池，所述的壳体正面从内到外分别设有内衬板和外面板，噪声控制系统、单片机控制器和蓝牙系统分别设在内衬板上，位于内衬板与外面板之间；耳机分别设在壳体的左右两侧；电池设在壳体上；噪声控制系统、蓝牙系统、耳机、电池分别通过线路与单片机控制器相连；电池为电子元件提供电能。

所述的内衬板上设有声音传播孔，所述的噪声控制系统包括滤波器、DSP芯片、主麦克风、反馈麦克风、主扬声器和辅助扬声器，其中滤波器、DSP芯片分别设在内衬板上，主麦克风、反馈麦克风、主扬声器和辅助扬声器设在内衬板的声音传播孔处，其中主麦克风距离声音传播孔最近，后侧设有反馈麦克风和主扬声器各两个，分别位于主麦克风两侧，均朝向声音传播孔，之后设有左中右三个方向的辅助扬声器，辅助扬声器均朝向声音传播孔；主麦克风和反馈麦克风分别通过线路与单片机控制器相连，单片机控制器、滤波器、DSP芯片顺次相连，主扬声器和辅助扬声器分别与DSP芯片相连。

所述的内衬板和外面板上设有贯通的通风管道，通风管道外端设有通风盖，通风管道内设有马达，马达通过马达支架固定在通风管道内；马达的输出轴连接有风扇；马达通过线路与单片机控制器相连。

所述的噪声控制系统还包括通风口驻极体麦和通风口扬声器，通风口驻极体麦和通风口扬声器分别设在通风管道内，其中，通风口驻极体麦通过线路与单片机控制器相连，通风口扬声器与噪声控制系统的DSP芯片相连。

所述的外面板包括两层吸音板和两层隔音板，从内到外依次为吸音板、隔音板、吸音板、隔音板穿插设置；最内侧吸音板与内衬板之间的孔隙内填充有固体隔音填充物。

所述的壳体上设有开关键、音量控制键和指示灯，开关键、音量控制键和指示灯分别通过线路与单片机控制器相连。

所述的壳体后部设有开口，开口的两端分别设有连接带，连接带之间设有卡扣，两条连接带通过卡扣相连；连接带上设有卡齿。

本实用新型的工作原理：

使用者通过卡扣将连接带调整至合适长度，将口罩佩戴并调整至合适位置，通过按动开关键开启整个系统，单片机控制器控制马达转动，带动风扇旋转进行换气，噪声控制系统开启运行，进行主动降噪。

主动降噪过程如下：

蓝牙系统与通讯设备建立连接，与通讯设备实时交互数据信号，当使用者进行通话时，耳机向使用者输出声音，使用者说话的声音被主麦克风接收并转换成信号依次由单片机控制器和蓝牙系统向通讯设备传输，完成通话过程。在通话过程中，由单片机控制器控制，主麦克风接收的初级声音生成电信号x(n)，依次通过滤波器滤除杂质信号，再传递到DSP芯片，基于x(n)和内部算法规则经过计算后产生一个对应的信号y(n)，将该信号传递给主扬声器，由主扬声器发出与之前幅值相等、相位相反的反向声波，反向声波与之前接收到的声波发生干涉，相互抵消，从而主动降噪消音。最优情况是能够产生与初级声信号幅值相等，方向相反的次级声波来进行抵消，但实际应用下很难达到该效果，通常会产生残余噪声信号e(n)。因此，反馈麦克风对降噪效果进行检测，实时采集残余噪声信号e(n)，将此信号反馈给单片机控制器，单片机控制器根据反馈回的e(n)信号以及内部的自适应算法，对滤波器的权值进行调整，得到改良信号z(n)进而驱动辅助扬声器发出声波，对残余噪声进行抵消，改善降噪效果。

由于通风管道是口罩内部和外界的连通部分，是外界噪声、风扇运转噪声和人声多种声信号的交汇区域。因此设置通风口驻极体麦和通风口扬声器作为通风口处的主动降噪装置。通风口驻极体麦将接收到的声信号传递给单片机控制器，经过滤波器和DSP芯片，基于声信号和内部算法规则产生对应的反向信号，驱使通风口扬声器发出与通风口驻极体麦接收到的声信号幅值相等、方向相反的声音进行抵消降噪，避免受到外界噪音影响。

本实用新型的有益效果：

本实用新型原理简单结构新颖，便于批量生产与使用；原有的隔音口罩只通过被动降噪进行隔音，本实用新型加入主动降噪技术，改善了原有产品的降噪效果，可以很好地保护佩戴者的隐私；本实用新型通过设置通风口和换气风扇，减弱了佩戴者长期佩戴口罩引起的不适感。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图一；

图2为本实用新型整体结构示意图二；

图3为本实用新型内部结构示意图；

图4为本实用新型壳体结构示意图；

图5为本实用新型外面板结构示意图；

图6为本实用新型麦克风扬声器结构示意图；

图7为本实用新型通风管道内部结构示意图；

图8为本实用新型电子元件结构连接关系示意图；

1、壳体 2、单片机控制器 3、蓝牙系统 4、耳机 5、电池

6、内衬板 7、外面板 8、声音传播孔 9、滤波器 10、DSP芯片

11、主麦克风 12、反馈麦克风 13、主扬声器 14、辅助扬声器

15、通风管道 16、通风盖 17、马达 18、马达支架 19、风扇

20、通风口驻极体麦 21、通风口扬声器 22、吸音板 23、隔音板

24、开关键 25、音量控制键 26、指示灯 27、连接带 28、卡扣

29、手机。

具体实施方式

请参阅图1-8所示：

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，包括壳体1、噪声控制系统、单片机控制器2、蓝牙系统3、耳机4、电池5，所述的壳体1正面从内到外分别设有内衬板6和外面板7，噪声控制系统、单片机控制器2和蓝牙系统3分别设在内衬板6上，位于内衬板6与外面板7之间；耳机4分别设在壳体1的左右两侧；电池5设在壳体1一侧的下部；噪声控制系统、蓝牙系统3、耳机4、电池5分别通过线路与单片机控制器2相连；电池5为电子元件提供电能。

所述的内衬板6上设有声音传播孔8，所述的噪声控制系统包括滤波器9、DSP芯片10、主麦克风11、反馈麦克风12、主扬声器13和辅助扬声器14，其中滤波器9、DSP芯片10分别设在内衬板6上，主麦克风11、反馈麦克风12、主扬声器13和辅助扬声器14设在内衬板6的声音传播孔8处，其中主麦克风11距离声音传播孔8最近，后侧设有反馈麦克风12和主扬声器13各两个，分别位于主麦克风11两侧，均朝向声音传播孔8，之后设有左中右三个方向的辅助扬声器14，辅助扬声器14均朝向声音传播孔8；主麦克风11和反馈麦克风12分别通过线路与单片机控制器2相连，单片机控制器2、滤波器9、DSP芯片10顺次相连，主扬声器13和辅助扬声器14分别与DSP芯片10相连。

所述的内衬板6和外面板7上设有贯通的通风管道15，通风管道15外端设有通风盖16，通风管道15内设有马达17，马达17通过马达支架18固定在通风管道15内；马达17的输出轴连接有风扇19；马达17通过线路与单片机控制器2相连。

所述的噪声控制系统还包括两个通风口驻极体麦20和两个通风口扬声器21，两个通风口驻极体麦20和两个通风口扬声器21分别设在通风管道15内，其中，通风口驻极体麦20通过线路与单片机控制器2相连，通风口扬声器21与噪声控制系统的DSP芯片10相连。

所述的外面板7包括两层吸音板22和两层隔音板23，从内到外依次为吸音板22、隔音板23、吸音板22、隔音板23穿插设置；最内侧吸音板22与内衬板6之间的孔隙内填充有固体隔音填充物。

所述的壳体1上设有开关键24、音量控制键25和指示灯26，开关键24、音量控制键25和指示灯26分别通过线路与单片机控制器2相连。

所述的壳体1后部设有开口，开口的两端分别设有连接带27，连接带27之间设有卡扣28，两条连接带27通过卡扣28相连；连接带27上设有卡齿。

本实用新型的工作原理：

使用者通过卡扣28将连接带27调整至合适长度，将口罩佩戴并调整至合适位置，按住开关键24三秒，指示灯26长亮两秒表示智能口罩开机，单片机控制器2控制马达17转动，带动风扇19旋转进行换气，噪声控制系统开启运行，进行主动降噪；如不需要主动降噪功能可以连续按动两次开关键24以关闭主动降噪功能，再连续按动两次开关键24以开启主动降噪功能。在用户初次进行蓝牙系统3与用户电子通讯设备例如手机29配对后，蓝牙系统3会在开机后自动与用户设备连接，待配对完成后，指示灯26闪烁三秒后长亮。

主动降噪过程如下：

蓝牙系统3与通讯设备建立连接，与通讯设备实时交互数据信号，当使用者进行通话时，耳机4向使用者输出声音，可以通过音量控制键25调节耳机4音量大小。使用者说话的声音被主麦克风11接收并转换成信号依次由单片机控制器2和蓝牙系统3向通讯设备传输，完成通话过程。在通话过程中，由单片机控制器2控制，主麦克风11接收的初级声音生成电信号x(n)，依次通过滤波器9滤除杂质信号，再传递到DSP芯片10，基于x(n)和内部算法规则经过计算后产生一个对应的信号y(n)，将该信号传递给主扬声器13，由主扬声器13发出与之前幅值相等、相位相反的反向声波，反向声波与之前接收到的声波发生干涉，相互抵消，从而主动降噪消音。最优情况是能够产生与初级声信号幅值相等，方向相反的次级声波来进行抵消，但实际应用下很难达到该效果，通常会产生残余噪声信号e(n)。因此，反馈麦克风12对降噪效果进行检测，实时采集残余噪声信号e(n)，将此信号反馈给单片机控制器2，单片机控制器2根据反馈回的e(n)信号以及内部的自适应算法，对滤波器9的权值进行调整，得到改良信号z(n)进而驱动辅助扬声器14发出声波，对残余噪声进行抵消，改善降噪效果。

定义P(z)为主麦克风11到辅助麦克风之间的声响应，定义W(z)为滤波器9的控制函数，x(n)为输入的参考噪声信号，r(n)为参考噪声信号经过初级通道后得到的噪声信号，y(n)为经过DSP芯片10信号处理器处理后输出的信号，e(n)是以上两个信号叠加后得到的残余噪声信号。此时对该系统进行分析可知：

e(n)＝r(n)-y(n)；

当残余噪声e(n)＝0(即噪声被完全消除)时，可以得到：

W(z)＝p(z)。

由于通风管道15是口罩内部和外界的连通部分，是外界噪声、风扇运转噪声和人声多种声信号的交汇区域。因此设置通风口驻极体麦20和通风口扬声器21作为通风口处的主动降噪装置。通风口驻极体麦20将接收到的声信号传递给单片机控制器2，经过滤波器9和DSP芯片10，基于声信号和内部算法规则产生对应的反向信号，驱使通风口扬声器21发出与通风口驻极体麦20接收到的声信号幅值相等、方向相反的声音进行抵消降噪，避免受到外界噪音影响。

本实用新型中的单片机控制器、蓝牙系统、耳机、电池、滤波器、DSP芯片、主麦克风、反馈麦克风、主扬声器、辅助扬声器、马达、通风口驻极体麦、通风口扬声器都是现有设备，具体结构不在此赘述。

Claims (7)

1.一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，其特征在于：包括壳体、噪声控制系统、单片机控制器、蓝牙系统、耳机、电池，所述的壳体正面从内到外分别设有内衬板和外面板，噪声控制系统、单片机控制器和蓝牙系统分别设在内衬板上，位于内衬板与外面板之间；耳机分别设在壳体的左右两侧；电池设在壳体上；噪声控制系统、蓝牙系统、耳机、电池分别通过线路与单片机控制器相连；电池为电子元件提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，其特征在于：所述的内衬板上设有声音传播孔，所述的噪声控制系统包括滤波器、DSP芯片、主麦克风、反馈麦克风、主扬声器和辅助扬声器，其中滤波器、DSP芯片分别设在内衬板上，主麦克风、反馈麦克风、主扬声器和辅助扬声器设在内衬板的声音传播孔处，其中主麦克风距离声音传播孔最近，后侧设有反馈麦克风和主扬声器各两个，分别位于主麦克风两侧，均朝向声音传播孔，之后设有左中右三个方向的辅助扬声器，辅助扬声器均朝向声音传播孔；主麦克风和反馈麦克风分别通过线路与单片机控制器相连，单片机控制器、滤波器、DSP芯片顺次相连，主扬声器和辅助扬声器分别与DSP芯片相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，其特征在于：所述的内衬板和外面板上设有贯通的通风管道，通风管道外端设有通风盖，通风管道内设有马达，马达通过马达支架固定在通风管道内；马达的输出轴连接有风扇；马达通过线路与单片机控制器相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，其特征在于：所述的噪声控制系统还包括通风口驻极体麦和通风口扬声器，通风口驻极体麦和通风口扬声器分别设在通风管道内，其中，通风口驻极体麦通过线路与单片机控制器相连，通风口扬声器与噪声控制系统的DSP芯片相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，其特征在于：所述的外面板包括两层吸音板和两层隔音板，从内到外依次为吸音板、隔音板、吸音板、隔音板穿插设置；最内侧吸音板与内衬板之间的孔隙内填充有固体隔音填充物。

6.根据权利要求1所述的一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，其特征在于：所述的壳体上设有开关键、音量控制键和指示灯，开关键、音量控制键和指示灯分别通过线路与单片机控制器相连。

7.根据权利要求1所述的一种基于主动噪声控制系统的智能隔音口罩，其特征在于：所述的壳体后部设有开口，开口的两端分别设有连接带，连接带之间设有卡扣，两条连接带通过卡扣相连；连接带上设有卡齿。

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