TWI689897B - 可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明以一第一容置體、複數個第一參考麥克風、一第一音訊播放器、一第一誤差麥克風、一第二容置體、複數個第二參考麥克風、一第二音訊播放器、一第二誤差麥克風、以及一噪音控制模組構成一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置。本發明特別令第一誤差麥克風及第二誤差麥克風的噪音偵測方向與第一音訊播放器及第二音訊播放器的一音訊播放方向同向,並調整第一誤差麥克風及第二誤差麥克風使其面對於位於使用者雙耳附近的一區域。如此設計,則本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置便可以根據各種環境噪音而適應性地輸出反噪音訊號以顯著地降低或消除所述各種環境噪音,達到在使用者的雙耳附近各自建構出一靜音區的效果。
Description
本發明係關於睡眠噪音消除(sleep noise attenuating)之技術領域,尤指一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置。
打鼾是由睡眠期間上呼吸道阻塞而由振動組織結構産生的聲學現象,且大部分的人在睡覺時都會打鼾。美國國家睡眠障礙研究委員會估計,每天晚上有7400萬美國人打鼾。同時,相關研究亦指出, 打鼾會間歇性地擾亂睡眠者本身或其床上伴侶的正常睡眠,因此38%受打鼾打擾的美國人患有白天疲勞,而這可能會導致工作環境中的生産力下降進而引發職業事故。
除了受到打鼾噪音的影響之外,不斷增加的空中和地面的交通噪音(亦即,環境噪音)也是降低人們睡眠品質的主要來源。另一方面,高密度住房也加重人們暴露於各種交通噪音之中,其中建房成本的限制令建商傾向於使用輕薄建材製作高密度住房的牆壁或隔間,造成住房對於外界噪音的阻隔能力之下降。
有鑑於此,美國專利號US8,325,934揭示應用於消除鼾聲、抑制環境噪音以提升使用者睡眠品質的一種電子枕頭。圖1即顯示習知技術之電子枕頭的方塊圖。如圖1所示,習知的電子枕頭包括:一枕頭12’、一控制器單元14’、與一參考感測單元16’。圖2係顯示習知的電子枕頭的上視圖。依據美國專利號US8,325,934的揭示內容,吾人可以得知該參考感測單元16’包含參考麥克風以感測不想要的噪音(undesired noise)。並且,該控制器單元14’具有主動式噪音抑制(Active noise controlling, ANC)功能,是以能夠根據參考感測單元16’所輸出的一參考感測訊號而對應地產生一反噪音訊號,並透過安設於該枕頭12’內的兩個喇叭22’播放反噪音以消除所述不想要的噪音。特別地,該枕頭12’內還設置有兩個誤差麥克風20’。值得注意的是,使用者使用該枕頭12’之時,該兩個誤差麥克風20’正好各自位於使用者的雙耳下方處。誤差麥克風20’用以感測傳入使用者耳朵的噪音,並將相關的噪音感測訊號傳送至該控制器單元14’。
由圖2可知,喇叭22’是設置在枕頭12’之中,且其播放反噪音的方向係向上,並非朝向使用者的雙耳。可以推知的是,自枕頭12’所播放的反噪音會大部分無法在使用者的雙耳附近有效地消除不想要的噪音,原因在於只有少部分的反噪音會被(播放)傳遞至使用者的雙耳附近。再者,美國專利號US8,325,934的揭示內容又特別強調,所述參考感測單元16’的參考麥克風係裝設在任一可能產生噪音源的物體之上。例如,參考麥克風係裝設於房間門以接收開/關房間門所產生的噪音。必須知道的是,這種做法需要額外擺設參考麥克風,不僅增大系統的體積,相較之下也不易攜帶;同時如果噪音源來自其他方位,則原本的參考麥克風將無法得到正確的參考信號,原本的系統將無法發揮功效。
由上述說明可知,設計所述用於消除鼾聲、抑制環境噪音之電子裝置的架構時,應同時考量參考麥克風、喇叭22’、及誤差麥克風20’這三者的相對設置位置,如此才能夠保證控制器單元14’透過喇叭22’所播放的反噪音音訊能夠完美地在使用者的雙耳附近各自建構出一靜音區(quiet zone)。同時,也必須考量所述消除鼾聲、抑制環境噪音之電子裝置的可攜性與應用性。以美國專利號US8,325,934所揭示的電子枕頭而言,其係將控制器單元14’、誤差麥克風20’與喇叭22’同時設置在枕頭12’內;易於推知的,這樣的設計降低了此電子枕頭的可攜性,同時也限定了其應用面。
由上述說明可以得知,習知的用於消除鼾聲、抑制環境噪音之電子裝置於實務面上仍顯示諸多缺陷;有鑑於此,本案之發明人係極力加以研究發明,而終於研發完成本發明之一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置。
本發明之主要目的在於提出一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,其構成主要包括:一第一容置體、複數個第一參考麥克風、一第一音訊播放器、一第一誤差麥克風、一第二容置體、複數個第二參考麥克風、一第二音訊播放器、一第二誤差麥克風、以及一噪音控制模組構成一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置。本發明特別令第一誤差麥克風及第二誤差麥克風的噪音偵測方向與第一音訊播放器及第二音訊播放器的一音訊播放方向同向,並調整第一誤差麥克風及第二誤差麥克風使其面對於位於使用者雙耳附近的一區域。如此設計,則本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置便可以根據各種環境噪音而適應性地輸出反噪音訊號以顯著地降低或消除所述各種環境噪音,達到在使用者的雙耳附近各自建構出一靜音區(quiet zone)的效果。
值得說明的是,在所述噪音控制模組被整合至一電子裝置之後,本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置還可以具備更多功能,包括:消除鼾聲(Snore cancellation)、抑制環境噪音、睡眠呼吸中止偵測(Sleep apnea detection)、睡眠品質偵測、回音消除、雙邊通話偵測(Double talk detection, DTD)、及音訊整合。
因此,為了達成上述本發明之主要目的,本案之發明人係提供所述可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的一實施例,用以連接至一物體;其中,該物體可以是:枕頭、床、床頭櫃、座椅、沙發、或頸枕,且所述可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置係包括:
一第一容置體;
複數個第一參考麥克風,係設置於該第一容置體內部,且各所述第一參考麥克風的麥克風頭係露出於該第一容置體的不同側邊;
一第一音訊播放器,係設置於該第一容置體內部並具有露出於該第一容置體之外的一第一音訊播放側,且該第一音訊播放側係面向該物體之一使用者的一第一耳朵;
一第一誤差麥克風,係設置於該第一容置體之中,且該第一誤差麥克風的麥克風頭係露出於該第一容置體之外且面向該使用者的該第一耳朵;
一第二容置體;
複數個第二參考麥克風,係設置於該第二容置體內部,且各所述第二參考麥克風的麥克風頭係露出於該第二容置體的不同側邊;
一第二音訊播放器,係設置於該第二容置體內部並具有露出於該第二容置體之外的一第二音訊播放側,且該第二音訊播放側係面向該使用者的一第二耳朵;
一第二誤差麥克風,係設置於該第二容置體之中,且該第二誤差麥克風的麥克風頭係露出於該第二容置體之外且面向該使用者的該第二耳朵;以及
一噪音控制模組,係耦接至該複數個第一參考麥克風、該第一音訊播放器、該第一誤差麥克風、該複數個第二參考麥克風、該第二音訊播放器、與該第二誤差麥克風。
於前述本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的實施例之中,各該第一參考麥克風、該第一音訊播放器、該第一誤差麥克風、各該第二參考麥克風、該第二音訊播放器、與該第二誤差麥克風皆具有一第一通訊單元。
於前述本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的實施例之中,該噪音控制模組係透過函式庫、變數或運算元的形式被編輯為一應用軟體,並建立於一電子裝置之中;並且,該電子裝置具有一第二通訊單元,用以與該第一通訊單元相互溝通。
於前述本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的實施例中,其中,該電子裝置可為下列任一者:桌上型電腦、筆記型電腦、伺服器、智慧型手機、平板電腦、智慧手錶、智能家電控制裝置、或遠端照護裝置。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出的一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,以下將配合圖式,詳盡說明本發明之較佳實施例。
圖3顯示本發明之一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的示意性立體圖,且圖4顯示本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的應用示意圖。本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1用於靠置在一物體G之上,例如圖4所示的枕頭。然而,所述物體G並不限定必須是枕頭,也可以是床、床頭櫃、座椅、沙發、或頸枕。重點在於,使用者的頸部或頭部會倚靠在該物體G之上,而本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1透過靠置在該物體G之上的方式而鄰近使用者的頭部。如圖3與圖4所示,本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1主要包括:一第一容置體11、複數個第一參考麥克風12、一第一音訊播放器13、一第一誤差麥克風14、一第二容置體21、複數個第二參考麥克風22、一第二音訊播放器23、一第二誤差麥克風24、以及一噪音控制模組(圖3與圖4未繪出)。
繼續地參閱圖3與圖4,並請同時參閱圖5,其顯示本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的電路方塊圖。根據本發明之設計,該複數個第一參考麥克風12係設置於該第一容置體11內部,且各所述第一參考麥克風12的麥克風頭係露出於該第一容置體11的不同側邊。例如,圖4顯示該複數個第一參考麥克風12的麥克風頭分別自第一容置體11的右側邊、頂側邊、與後側邊露出。另一方面,該第一音訊播放器13係設置於該第一容置體11內部並具有一第一音訊播放側,且該第一誤差麥克風14亦設置於該第一容置體11之中。特別地,本發明令該第一音訊播放側係面向該物體G之使用者的一第一耳朵,並同時令該第一誤差麥克風14的麥克風頭露出於該第一容置體11之外且面向該使用者的該第一耳朵。簡單地說,該第一誤差麥克風14的麥克風頭與所述第一音訊播放側位於第一容置體11的同一側邊,且第一誤差麥克風14的麥克風頭的一訊號接收方向與該第一音訊播放器13的一訊號播出方向為同向。
再者,該複數個第二參考麥克風22係設置於該第二容置體21內部,且各所述第二參考麥克風22的麥克風頭係露出於該第二容置體21的不同側邊,如圖3與圖4顯示該複數個第二參考麥克風22的麥克風頭分別自該第二容置體21的右側邊、頂側邊、與後側邊露出。另一方面,該第二音訊播放器23係設置於該第二容置體21內部並具有一第二音訊播放側,且第二誤差麥克風24亦設置於該第二容置體21之中。特別地,本發明令該第二音訊播放側係面向該物體G之使用者的一第二耳朵,並同時令該第二誤差麥克風24的麥克風頭露出於該第二容置體21之外且面向該使用者的該第二耳朵。亦即,該第二誤差麥克風24的麥克風頭與所述第二音訊播放側位於該第二容置體21的同一側邊,且該第二誤差麥克風24的麥克風頭的一訊號接收方向與該第二音訊播放器23的一訊號播出方向為同向。
請再繼續同時參閱圖3、圖4與圖5。熟悉降噪技術的電子工程師應可輕易地得知所述噪音控制模組10為一數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP),但並不特別限定於此。在可能的應用中,可程式邏輯陣列晶片(Field Programmable Gate Array, FPGA)、安謀處理器晶片(ARM processor) 或其他處理器都可以使用作為所述噪音控制模組10。並且,由圖5可知,該噪音控制模組10係耦接至該複數個第一參考麥克風12、該第一音訊播放器13、該第一誤差麥克風14、複數個第二參考麥克風22、該第二音訊播放器23、以及該第二誤差麥克風24。
通常,該噪音控制模組10包括複數個類比數位轉換單元,用以分別對各所述第一參考麥克風12所輸出的第一參考訊號、該第一誤差麥克風14所輸出的一第一誤差訊號、各所述第二參考麥克風22所輸出的第二參考訊號、及該第二誤差麥克風24所輸出的一第二誤差訊號進行訊號轉換處理。美國專利號US10,171,907之中已經教示如何對參考麥克風與誤差麥克風所接收的類比訊號進行音訊處理,包括:前置放大處理、抗混疊濾波處理以及類比數位轉換處理。經過音訊處理之後,各所述第一參考訊號、該第一誤差訊號、各所述第二參考訊號、與該第二誤差訊號會對應地被轉換成複數第一數位參考訊號、一第一數位誤差訊號、複數第二數位參考訊號、及一第二數位誤差訊號。
此外,該噪音控制模組10還更包括至少一數位訊號處理單元,用以分別對該複數第一數位參考訊號、該第一數位誤差訊號、該複數第二數位參考訊號、及該第二數位誤差訊號進行數位訊號處理;最終,該噪音控制模組10能夠基於所述數位訊號處理之結果而輸出一第一反噪音訊號與一第二反噪音訊號,並進一步地透過該第一音訊播放器13與該第二音訊播放器23播放一第一反噪音與一第二反噪音至使用者的第一耳朵與第二耳朵之附近,達到在使用者的雙耳附近各自建構出一靜音區(quiet zone)之效果。美國專利號US8,325,934及US10,171,907之中已經教示如何完成所述數位訊號處理,於本說明書之中不再重複說明。
請繼續參閱圖6,其顯示本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的電路方塊圖。並且,圖7顯示本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置與一電子裝置的立體圖。如圖6與圖7所示,所述噪音控制模組10可以透過函式庫、變數或運算元的形式被編輯為一應用軟體,並建立於一電子裝置ED之中。另一方面,各該第一參考麥克風12、該第一音訊播放器13、該第一誤差麥克風14、各該第二參考麥克風22、該第二音訊播放器23、及該第二誤差麥克風24皆具有一第一通訊單元(未圖示)。並且,該電子裝置ED具有一第二通訊單元CU,用以與該第一通訊單元相互溝通。
舉例而言,該第二通訊單元CU與該第一通訊單元可以同時為一無線通訊裝置(藍芽或WiFi)。如此設計,則電子裝置ED便可以接收各所述第一參考麥克風12所輸出的複數第一參考訊號、該第一誤差麥克風14所輸出的一第一誤差訊號、各所述第二參考麥克風22所輸出的複數第二參考訊號、及該第二誤差麥克風24所輸出的一第二誤差訊號,並在完成相關的訊號轉換處理之後,獲得對應的複數第一數位參考訊號、一第一數位誤差訊號、複數第二數位參考訊號、及一第二數位誤差訊號。最終,在完成對於該複數第一數位參考訊號、該第一數位誤差訊號、該複數第二數位參考訊號、及該第二數位誤差訊號的相關數位訊號處理之後,電子裝置ED便可以基於數位訊號處理之結果而分別輸出一第一反噪音訊號與一第二反噪音訊號至該第一音訊播放器13與該第二音訊播放器23。
再者,所述電子裝置ED,例如智慧型手機或平板電腦,其還可以透過該第二通訊單元CU與該第一通訊單元將一遮噪音訊(Noise masking audio signal)傳送至本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1,進以透過第一音訊播放器13與第二音訊播放器23向使用者播放所述遮噪音訊。在將所述噪音控制模組10整合至電子裝置ED之後,進一步地,本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1可以具備更多功能,包括:消除鼾聲(Snore cancellation)、抑制環境噪音、睡眠呼吸中止偵測(Sleep apnea detection)、睡眠品質偵測、回音消除、雙邊通話偵測(Double talk detection, DTD)、及音訊整合。
另一方面,比較圖7與圖4可以發現,圖7所繪示之複數個第一參考麥克風12係分布於第一容置體11的各側,且複數個第二參考麥克風22亦分布於第二容置體21的各側。簡單地說,所述複數個第一參考麥克風12與所述複數個第二參考麥克風22主要係配置用以收集環境噪音,因此其數量或配置位置可以依據本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1的使用場所而採取適當的調整或改變。
如此,上述係已完整且清楚地說明本發明所揭示的一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置;並且,經由上述,吾人可以得知本發明係具有下列之優點:
(1)本發明以一第一容置體11、複數個第一參考麥克風12、一第一音訊播放器13、一第一誤差麥克風14、一第二容置體21、複數個第二參考麥克風22、一第二音訊播放器23、一第二誤差麥克風24、以及一噪音控制模組10構成一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1。本發明特別令第一誤差麥克風14及第二誤差麥克風24的噪音偵測方向與第一音訊播放器13及第二音訊播放器23的一音訊播放方向同向,並調整第一誤差麥克風14及第二誤差麥克風24面對於位於使用者雙耳附近的一區域。如此設計,則本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1可根據各種環境噪音而適應性地輸出反噪音訊號以顯著地降低或消除所述各種環境噪音,達到在使用者的雙耳附近各自建構出一靜音區(quiet zone)的效果。
(2)此外,在將所述噪音控制模組10整合至電子裝置ED之後,本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置1還可以具備更多功能,包括:消除鼾聲(Snore cancellation)、抑制環境噪音、睡眠呼吸中止偵測(Sleep apnea detection)、睡眠品質偵測、回音消除、雙邊通話偵測(Double talk detection, DTD)、及音訊整合。
必須加以強調的是,上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明,惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍,凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更,均應包含於本案之專利範圍中。
<本發明>
1:可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置
G:物體
11:第一容置體
12:第一參考麥克風
13:第一音訊播放器
14:第一誤差麥克風
21:第二容置體
22:第二參考麥克風
23:第二音訊播放器
24:第二誤差麥克風
10:噪音控制模組
ED:電子裝置
CU:第二通訊單元
<習知>
12’:枕頭
14’:控制器單元
16’:參考感測單元
22’:喇叭
20’:誤差麥克風
圖1顯示習知技術之電子枕頭的方塊圖;
圖2顯示習知的電子枕頭的上視圖;
圖3顯示本發明之一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的示意性立體圖;
圖4顯示本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的應用示意圖;
圖5顯示本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的電路方塊圖;
圖6顯示本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置的電路方塊圖;以及
圖7顯示本發明之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置與一電子裝置的立體圖。
1:可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置
G:物體
11:第一容置體
12:第一參考麥克風
13:第一音訊播放器
14:第一誤差麥克風
21:第二容置體
22:第二參考麥克風
23:第二音訊播放器
24:第二誤差麥克風
Claims (9)
- 一種可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,用以連接至一物體,包括:一第一容置體;複數個第一參考麥克風,係設置於該第一容置體內部,且各所述第一參考麥克風的麥克風頭係露出於該第一容置體的不同側邊,用以收集至少一環境噪音,進而對應地輸出複數第一參考訊號;一第一音訊播放器,係設置於該第一容置體內部並具有露出於該第一容置體之外的一第一音訊播放側,且該第一音訊播放側係面向該物體之一使用者的一第一耳朵,用以播放一第一反噪音至第一耳朵的附近;一第一誤差麥克風,係設置於該第一容置體之中,且該第一誤差麥克風的麥克風頭係露出於該第一容置體之外且面向該使用者的該第一耳朵;一第二容置體;複數個第二參考麥克風,係設置於該第二容置體內部,且各所述第二參考麥克風的麥克風頭係露出於該第二容置體的不同側邊,用以收集至少一環境噪音,進而對應地輸出複數第一參考訊號;一第二音訊播放器,係設置於該第二容置體內部並具有露出於該第二容置體之外的一第二音訊播放側,且該第二音訊播放側係 面向該使用者的一第二耳朵,用以播放一第二反噪音至該第二耳朵的附近;一第二誤差麥克風,係設置於該第二容置體之中,且該第二誤差麥克風的麥克風頭係露出於該第二容置體之外且面向該使用者的該第二耳朵;以及一噪音控制模組,係耦接該複數個第一參考麥克風、該第一音訊播放器、該第一誤差麥克風、該複數個第二參考麥克風、該第二音訊播放器、與該第二誤差麥克風;其中,該第一誤差麥克風基於所述至少一環境噪音與該第一反噪音而產生一第一誤差訊號至該噪音控制模組,且該第二誤差麥克風基於所述至少一環境噪音與該第二反噪音而產生一第二誤差訊號至該噪音控制模組,使得該噪音控制模組適應性地調整該第一反噪音與該第二反噪音,藉以在該第一耳朵及該第二耳朵附近各自建構出一靜音區。
- 如申請專利範圍第1項所述之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,其中,該噪音控制模組可為下列任一者:數位訊號處理器或其他任何一種處理器。
- 如申請專利範圍第1項所述之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,其中,該噪音控制模組包括複數個類比數位轉換單元,用以分別對各所述第一參考訊號、該第一誤差訊號、各所述第二參考訊號、及該第二誤差訊號進行訊號轉換處理,進而獲得對應的複 數第一數位參考訊號、一第一數位誤差訊號、複數第二數位參考訊號、及一第二數位誤差訊號。
- 如申請專利範圍第3項所述之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,其中,該噪音控制模組更包括至少一數位訊號處理單元,用以分別對該複數第一數位參考訊號、該第一數位誤差訊號、該複數第二數位參考訊號、及該第二數位誤差訊號進行數位訊號處理,使得該噪音控制模組能夠基於所述數位訊號處理之結果而輸出一第一反噪音訊號與一第二反噪音訊號至該第一音訊播放器和該第二音訊播放器,藉以令該第一音訊播放器和該第二音訊播放器分別播放所述第一反噪音和所述第二反噪音。
- 如申請專利範圍第4項所述之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,其中,各該第一參考麥克風、該第一音訊播放器、該第一誤差麥克風、各該第二參考麥克風、該第二音訊播放器、與該第二誤差麥克風皆具有一第一通訊單元。
- 如申請專利範圍第5項所述之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,其中,該噪音控制模組係透過函式庫、變數或運算元的形式被編輯為一應用軟體,並建立於一電子裝置之中;並且,該電子裝置具有一第二通訊單元,用以與該第一通訊單元相互溝通。
- 如申請專利範圍第6項所述之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,其中,該電子裝置可為下列任一者:桌上型電腦、筆記型電腦、伺服器、智慧型手機、平板電腦、智慧手錶、智能家電控制裝置、或遠端照護裝置。
- 如申請專利範圍第1項所述之可攜式智慧型噪音抑制及音訊播放裝置,其中,該物體可為下列任一者:枕頭、床、床頭櫃、座椅、沙發、或頸枕。
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