專利名稱：主動消噪耳機及其消噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種消噪耳機及其消噪方法，特別是涉及一種主動消噪耳 才幾及其消P喿方法。
背景技術(shù)：
隨著社會的不斷進步以及人們生活水平的不斷提高，人們對聲音品質(zhì)的 要求也越來越高，在學習或工作之余，人們大多喜歡戴上耳機享受音樂，然 而耳機發(fā)出的聲音很容易受到外界噪音的干擾，從而影響聲音的音質(zhì)，因此 如何消除噪音已顯得相當重要。目前業(yè)界主要采用主動式噪音控制(Active Noise Control, ANC)的方法 來消除噪音，所謂主動式噪音控制是先產(chǎn)生與原噪音信號相反的一反相聲波， 并利用聲波干涉的原理，對原噪音信號產(chǎn)生破壞性干涉而達到消音的目的。 應(yīng)用上述方法的耳機稱為主動消噪耳機，主動消噪耳機是通過麥克風偵測環(huán) 境噪音信號，并利用主動控制產(chǎn)生反噪音信號送至耳機喇叭以消除噪音。市場上的主動消噪耳機主要分為兩類 一種為耳罩式，另一種為耳塞式， 耳塞式主動消噪耳機的特點在于體型輕巧，只有外部一個麥克風負責接收信 號，不占空間且適合長時間使用，但是消噪效果不佳，這是因為耳塞式主動 消噪耳才幾只有外部麥克風，其無法利用自適應(yīng)性控制的方法(如Least Mean Square Algorithm, LMS算法，最小均方算法)來達到消噪的效果。圖1所示為現(xiàn)有耳罩式主動消噪耳才幾10的工作示意圖，該耳罩式主動消 噪耳機包括一耳罩11、設(shè)于耳罩11外的一外部麥克風12及設(shè)于耳罩11內(nèi)的 一喇口八13與一內(nèi)部麥克風14,該外部麥克風12接收外部的噪音信號，通過 一自適應(yīng)控制器15濾波、放大及相位變換后驅(qū)動喇叭13發(fā)聲，產(chǎn)生一個反 噪音信號來抵消進入耳罩11內(nèi)的噪音信號進行內(nèi)部消噪，同時內(nèi)部麥克風 14接收上述內(nèi)部消噪的誤差信號，并反饋至自適應(yīng)控制器15濾波、放大及
相位變換后驅(qū)動喇叭13發(fā)聲來抵消上述誤差信號，就這樣不斷反饋，最終達 到較好的消噪效果。耳罩式主動消噪耳機的特點在于內(nèi)外各有一個麥克風分別接收外部信號 以及內(nèi)部消噪之誤差信號，其消噪效果較佳，但耳罩式主動消噪耳機由于多 設(shè)有一個麥克風，其體型較大，價格較為昂貴，因此需加以改進。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種成本較低且消噪效果好的主動消噪耳機及其 消i喿方法。一種主動消噪耳機，包括一外殼、設(shè)于外殼內(nèi)的一喇p八及設(shè)于外殼外的 一外部麥克風，該喇叭與外部麥克風之間連接有一控制器，該控制器內(nèi)儲存 有一特征關(guān)聯(lián)函數(shù)，外部麥克風接收外部的噪音信號，經(jīng)由控制器并通過其 內(nèi)的特征關(guān)聯(lián)函數(shù)的處理后，由喇叭發(fā)出反噪音信號，外部的噪音信號傳送 至外殼內(nèi)并與喇叭發(fā)出的反噪音信號相互抵消。一種耳機消噪方法，包括如下步驟提供一主動消噪耳機，該主動消噪 耳機包括一外殼、設(shè)于外殼內(nèi)的一喇叭及設(shè)于外殼外的一外部麥克風；提供 一控制器，將該控制器串設(shè)于喇叭與外部麥克風之間，該控制器內(nèi)儲存有一 特征關(guān)聯(lián)函數(shù)；利用外部麥克風接收外部的噪音信號，經(jīng)由控制器并通過其 內(nèi)的特征關(guān)聯(lián)函數(shù)的處理后，由喇叭發(fā)出反噪音信號，使外部的噪音信號傳 送至外殼內(nèi)并與喇叭發(fā)出的反噪音信號相互抵消。與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述主動消噪耳機只需設(shè)于外殼外的一個麥克風即可 達到消噪功能，可降低成本，減小體積，且消噪效果顯著，反應(yīng)時間快，可 提高主動消噪耳機的消噪效率。


圖l為現(xiàn)有耳罩式主動消噪耳機的工作示意圖。 圖2為本發(fā)明較佳實施例中轉(zhuǎn)移函數(shù)的量測圖。 圖3為本發(fā)明較佳實施例中特征關(guān)聯(lián)函數(shù)的合成圖。 圖4為本發(fā)明主動消噪耳機的一較佳實施例。
具體實施方式
下面參照附圖，結(jié)合實施例作進一步說明。圖2為本發(fā)明中較佳實施例轉(zhuǎn)移函數(shù)的量測圖，其中該耳機為圖l所示 的現(xiàn)有主動消噪耳機20，該主動消噪耳機20包括一耳罩21,該耳罩21外設(shè) 有一外部麥克風22,該耳罩21內(nèi)設(shè)有一喇叭23及一內(nèi)部麥克風24，為量測 需要，先提供一頻譜分析儀(Frequency Analyzer) 25及另一喇叭27,該頻 譜分析儀25內(nèi)設(shè)有一噪音產(chǎn)生器(NoiseGenerator) 26。本發(fā)明中所要量測 的轉(zhuǎn)移函數(shù)(Transfer Function)有兩個， 一個為外部麥克風22至內(nèi)部麥克 風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)，另 一個為喇叭23至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)。外部麥克風22至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)的量測方法如下頻譜分析 儀25中的噪音產(chǎn)生器26產(chǎn)生白噪音(White Noise)信號經(jīng)由另一喇叭27 發(fā)出，發(fā)出的信號一方面由外部麥克風22接收，另一方面經(jīng)過耳罩21消弱 后由內(nèi)部麥克風24接收，外部麥克風22及內(nèi)部麥克風24接收的信號分別傳 送至頻譜分析儀25,經(jīng)過頻譜分析儀25分析運算便可求得外部麥克風22至 內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)。此外，為避免有信號過小的問題，在外部麥克風 22后端串上一線性放大器28以確保信號的可靠度，如果外部麥克風22本身 信號夠大則不需此放大器28。喇叭23至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函凄t的量測方法如下頻譜分析儀25中的 噪音產(chǎn)生器26分別產(chǎn)生白噪音(WhiteNoise)信號及粉紅噪音(PinkNoise) 信號，白噪音信號經(jīng)由喇p八23發(fā)出，此過程可量得喇叭23在每個音域輸出的 特性曲線，喇叭23發(fā)出的信號由耳罩21內(nèi)的內(nèi)部麥克風24接收，此過程可量 得的信號包含喇叭23的輸出特性及麥克風對于每個音域信號感測之特性曲 線，內(nèi)部麥克風24^妄收的信號最終傳送至頻譜分析儀25,粉紅噪音信號也經(jīng) 由喇叭23發(fā)出，發(fā)出的信號由耳罩21內(nèi)的內(nèi)部麥克風24#收，也傳送至頻譜 分析儀25,兩種傳送至頻譜分析儀25的信號作運算便可求得喇叭23至內(nèi)部麥 克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)。上述方法中以白噪音信號與粉紅噪音信號當作輸入信號， 這是因為白噪音信號為傅立葉(FFT)頻諳上每個頻率都等大小的信號，粉 紅噪音信號為倍頻帶(Octave Band)頻譜上每個頻段都等大小的信號，而要 求得喇叭23至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)，必須確定喇叭23的輸入信號在每個 音域上皆相同，而白噪音信號與粉紅噪音信號作為輸入信號恰能確保在每個
音域上皆相同。
下面再找出反映上述外部麥克風22至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)與喇叭 23至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)之間關(guān)聯(lián)度的特征關(guān)聯(lián)函數(shù)。如圖3所示， 為本發(fā)明較佳實施例中特征關(guān)聯(lián)函數(shù)的合成圖，外部的噪音信號輸入， 一方 面經(jīng)過一濾波器31,該濾波器31內(nèi)儲存有預(yù)先求得的外部麥克風22至內(nèi)部 麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)，外部的噪音信號經(jīng)過該儲存有外部麥克風22至內(nèi)部 麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)的濾波器31的處理，其輸出信號作為目標信號進入比 較器34，另一方面，外部的噪音信號經(jīng)過另一濾波器32,該濾波器32內(nèi)儲 存有預(yù)先求得的喇。八23至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)，外部的噪音信號經(jīng)過 該儲存有喇叭23至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)的濾波器32的處理，其輸出信 號作為原始信號進入一控制器33，讓原始信號通過該控制器33之后完全或 近似等于目標信號，即要4吏耳罩21內(nèi)的喇叭23產(chǎn)生與外部的噪音信號經(jīng)過 耳罩21后至內(nèi)部麥克風24完全或近似相同的信號，換句話說，即要使該控 制器33對該原始信號經(jīng)過補償后通過比較器34與目標信號進行比較，基于 比較結(jié)果差異最小為原則，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整從而于該控制器33中得到反映外部 麥克風22至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函數(shù)與喇叭23至內(nèi)部麥克風24的轉(zhuǎn)移函 數(shù)之間關(guān)聯(lián)度的特征關(guān)聯(lián)函數(shù)。
找出上述最佳的特征關(guān)聯(lián)函數(shù)后，便可通過該特征關(guān)聯(lián)函數(shù)簡化圖2所 示的主動消噪耳機20的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，為本發(fā)明主動消噪耳機40的一 較佳實施例，該主動消噪耳機40較現(xiàn)有的主動消噪耳機20少了 一個麥克風， 即該主動消噪耳機只包括設(shè)于耳罩41內(nèi)的一喇叭43及設(shè)于耳罩41外的一外 部麥克風42,喇叭43與外部麥克風42之間連接有上述內(nèi)設(shè)有特征關(guān)聯(lián)函數(shù) 的控制器33，外部麥克風42接收外部的噪音信號，經(jīng)由控制器33并通過其 內(nèi)的特征關(guān)聯(lián)函數(shù)的處理后，由喇叭43發(fā)出，即喇叭43產(chǎn)生與外部的噪音 信號經(jīng)過耳罩41消弱后至耳罩41內(nèi)完全或近似相同的信號，為使喇叭43發(fā) 出的聲音信號與外部的噪音信號經(jīng)過耳罩41后至耳罩41內(nèi)的信號抵消，達 到噪音抑制的功能，需讓喇p八43產(chǎn)生與外部的噪音信號經(jīng)過耳罩41后至耳 罩41內(nèi)的信號相位相反大小相等的反噪音信號，在本實施中，該主動消噪耳 機40設(shè)置一減法器44進行控制，音樂信號與控制器33處理后的信號通過該 減法器44處理后，由喇叭43發(fā)出，喇叭43發(fā)出的聲音信號與外部的噪音信
號經(jīng)過耳罩41后至耳罩41內(nèi)的信號部分抵消，從而只剩下純音樂信號，最 終達到消噪的目的。此外，為避免有信號過小的問題，在外部麥克風42與控 制器之間串上一線性放大器45以確保信號的可靠度。與現(xiàn)有的主動消噪耳機20相比，上述主動消噪耳機40只需一個麥克風 (外部麥克風42)即可達到消噪功能，可降低成本，減小體型，且消噪效果 顯著，反應(yīng)時間快，不像適應(yīng)性控制方法需要時間進行收斂才達到消噪效果， 可提高主動消噪耳機40的消噪效率。另外，上述主動消噪耳機40只需一個 麥克風，因此該主動消噪耳機40在形式上并不受限，可以為耳罩式耳機，也 可以為耳塞式耳機，其中耳塞式耳機的外殼即相當于耳罩式耳機的耳罩。
權(quán)利要求
1. 一種主動消噪耳機，其特征在于包括一外殼、設(shè)于外殼內(nèi)的一喇叭及設(shè)于外殼外的一外部麥克風，該喇叭與外部麥克風之間連接有一控制器，該控制器內(nèi)儲存有一特征關(guān)聯(lián)函數(shù)，外部麥克風接收外部的噪音信號，經(jīng)由控制器并通過其內(nèi)的特征關(guān)聯(lián)函數(shù)的處理后，由喇叭發(fā)出反噪音信號，外部的噪音信號傳送至外殼內(nèi)并與喇叭發(fā)出的反噪音信號相互抵消。
2. 如權(quán)利要求l所述的主動消噪耳機，其特征在于該主動消噪耳機為一耳罩式耳機，該外殼為一耳罩。
3. 如權(quán)利要求l所述的主動消噪耳機，其特征在于還包括一放大器， 該放大器串設(shè)于外部麥克風與控制器之間，該放大器將過小的信號放大。
4. 一種耳^L消噪方法，包括如下步驟提供一主動消噪耳機，該主動消噪耳機包括一外殼、設(shè)于外殼內(nèi)的一喇 叭及設(shè)于外殼外的一外部麥克風；提供一控制器，將該控制器串設(shè)于喇p八與外部麥克風之間，該控制器內(nèi) 儲存有一特征關(guān)聯(lián)函數(shù)；利用外部麥克風接收外部的噪音信號，經(jīng)由控制器并通過其內(nèi)的特征關(guān) 聯(lián)函數(shù)的處理后，由喇叭發(fā)出反噪音信號，使外部的噪音信號傳送至外殼內(nèi) 并與喇叭發(fā)出的反噪音信號相互抵消。
5.如權(quán)利要求4所述的耳機消噪方法，其特征在于該控制器內(nèi)的特征 關(guān)聯(lián)函數(shù)的設(shè)置方法包括如下步驟提供一 內(nèi)部麥克風，將該內(nèi)部麥克風設(shè)于該主動消噪耳機的外殼內(nèi)； 提供外部麥克風至內(nèi)部麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)，并將該轉(zhuǎn)移函數(shù)儲存于一第 一濾波器中；提供喇叭至內(nèi)部麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)，并將該轉(zhuǎn)移函數(shù)儲存于一第二濾波 器中；輸入外部的噪音信號， 一方面經(jīng)過該第一濾波器，并通過儲存于其內(nèi)的 外部麥克風至內(nèi)部麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)的處理，其輸出信號作為目標信號，另 一方面，外部的噪音信號經(jīng)過該第二濾波器，并通過4諸存于其內(nèi)的喇叭至內(nèi)部麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)的處理，其輸出信號作為原始信號進入該控制器，由該 控制器對該原始信號進行補償后并與上述目標信號進行比較，基于使補償后 的信號與目標信號的差異最小為原則，于該控制器中得到反映內(nèi)部麥克風至 外部麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)與喇叭至內(nèi)部麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)之間關(guān)聯(lián)度的特征關(guān) 聯(lián)函數(shù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的耳機消噪方法，其特征在于外部麥克風至內(nèi)部 麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)的量測方法包括如下步驟提供一頻譜分析儀，其內(nèi)設(shè)有一噪音產(chǎn)生器； 提供另一喇叭；該噪音產(chǎn)生器產(chǎn)生白噪音信號經(jīng)由該另 一喇叭發(fā)出，發(fā)出的信號一方面 由外部麥克風接收，另一方面經(jīng)過外殼后由內(nèi)部麥克風接收，內(nèi)部麥克風及 外部麥克風接收的信號分別傳送至頻譜分析儀，經(jīng)過頻譜分析儀運算求得該 外部麥克風至內(nèi)部麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)。
7. 如權(quán)利要求5所述的耳機消噪方法，其特征在于喇叭至內(nèi)部麥克風 的轉(zhuǎn)移函數(shù)的量測方法包括如下步驟提供一頻譜分析儀，其內(nèi)設(shè)有一噪音產(chǎn)生器；該噪音產(chǎn)生器分別產(chǎn)生白噪音信號及粉紅噪音信號，白噪音信號經(jīng)由喇 叭發(fā)出，發(fā)出的信號由外殼內(nèi)的內(nèi)部麥克風接收，并傳送至頻譜分析儀，粉 紅噪音信號也經(jīng)由喇叭發(fā)出，發(fā)出的信號由外殼內(nèi)的內(nèi)部麥克風接收，也傳 送至頻譜分析儀，兩種傳送至頻譜分析儀的信號作運算便可求得喇叭至內(nèi)部 麥克風的轉(zhuǎn)移函數(shù)。
8. 如權(quán)利要求4所述的耳機消噪方法，其特征在于該主動消噪耳機為 一耳罩式耳機，該外殼為一耳罩。
9. 如權(quán)利要求4所述的耳機消噪方法，其特征在于還包括一放大器， 該放大器串設(shè)于外部麥克風與控制器之間，該放大器將過小的信號放大。
全文摘要
一種主動消噪耳機，包括一外殼、設(shè)于外殼內(nèi)的一喇叭及設(shè)于外殼外的一外部麥克風，該喇叭與外部麥克風之間連接有一控制器，該控制器內(nèi)儲存有一特征關(guān)聯(lián)函數(shù)，外部麥克風接收外部的噪音信號，經(jīng)由控制器并通過其內(nèi)的特征關(guān)聯(lián)函數(shù)的處理后，由喇叭發(fā)出反噪音信號，外部的噪音信號傳送至外殼內(nèi)并與喇叭發(fā)出的反噪音信號相互抵消。上述主動消噪耳機只需設(shè)于外殼外的一個麥克風即可達到消噪功能，可降低成本，減小體積，且消噪效果顯著，反應(yīng)時間快，可提高主動消噪耳機的消噪效率。本發(fā)明還包括上述主動消噪耳機的消噪方法。
文檔編號H04R3/00GK101400007SQ200710123708
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者楊宗龍, 歐昆應(yīng), 許勝凱 申請人:富準精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻準精密工業(yè)股份有限公司