技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空航天領(lǐng)域的降噪技術(shù)，特別涉及一種航空飛機飛行員用中低頻主動降噪耳機及頭盔。

背景技術(shù)：

由于飛機發(fā)動機功率的增大和為提高飛機性能而不斷增加有關(guān)設(shè)備,航空飛機的噪聲強度越來越大。在高噪聲環(huán)境下,飛行員常常發(fā)生疲勞、頭暈現(xiàn)象,影響飛行任務的完成,甚至會影響飛機和飛行員的安全。對2000 Hz以上的噪聲,飛行員頭盔能提供有效的無源噪聲防護,但對低頻噪聲防護效果不佳。而很多飛機，尤其是直升機往往在低頻范圍產(chǎn)生很強的噪聲;另外,機上通訊系統(tǒng)的語言頻率也在中低頻內(nèi)。因此，業(yè)界需要利用降噪耳機及頭盔等設(shè)備，主動降低環(huán)境噪音，提高航空飛機飛行員駕駛的安全性和舒適度。

降噪耳機是可有效降低環(huán)境噪聲的耳機。

降噪耳機按照原理分為被動降噪(Passive Noise-Cancelling)耳機和主動降噪(Active Noise-Cancelling)耳機。所謂被動式降噪耳機就是利用物理特性將外部噪聲與耳朵隔絕開，主要通過耳機上的隔聲材料或者特殊結(jié)構(gòu)盡量阻擋噪聲，比較典型的有入耳式耳機、大耳罩式耳機等。這種方法原理簡單、降噪成本低，但效果略為遜色，且由于使用了高密度的隔聲材料，耳機較重，佩戴不舒服。

主動降噪耳機則完全從消除噪聲本身出發(fā)，主動消除干擾，在耳機中設(shè)置了專門的降噪電路，降噪效果比被動式耳機要好。當然，大部分主動降噪耳機也都加入了被動降噪耳機的設(shè)計，因而主動降噪耳機在關(guān)閉主動降噪開關(guān)時，仍然可以作為普通耳機使用。

在軍事行業(yè)中，飛行員在訓練、或者戰(zhàn)斗時，一方面要接收地面指揮中心的指令，同時要與地面指揮中心或者戰(zhàn)斗編隊中的其他飛行員進行溝通，但是，飛機發(fā)動機的噪聲很大，如何在隔離噪聲或者降噪的情況下保持通話的聲音質(zhì)量，這就對飛行員的耳機和麥克風提出了要求。

抗噪聲性能是軍用耳機的重要指標之一，并承擔三方面的功能：

1、保護聽力；

2、提高話音通信質(zhì)量和效率；

3、保持靈敏的環(huán)境感知。

與此同時，航空飛機飛行員用降噪耳機一般會和頭盔配合使用。按照頭盔的結(jié)構(gòu)而言，可分為全盔式和半盔式，全盔式頭盔包裹整個頭部，半盔式頭盔則沒有包裹下巴和后腦部分。主動降噪耳機是指通過降噪系統(tǒng)產(chǎn)生與外界噪音相等的反向聲波，將噪音中和，從而實現(xiàn)降噪效果的耳機。中國專利ZL201521046064.1（一種主動降噪頭盔）提出了一種使用方便、提高安全性的主動降噪頭盔，在頭盔上設(shè)置主動降噪耳機，能有效降低25dB的頻率為300Hz的噪音，減少噪音對使用者的影響，在一定程度上提高安全性。然而，當面對航空飛機飛行時各種機械噪聲并存的復雜環(huán)境，其無法解決環(huán)境噪聲對語言通信聯(lián)絡造成很大的干擾和影響，如遇戰(zhàn)爭環(huán)境等極端情況，更無法取得降噪實效，甚至造成嚴重的后果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種航空飛機飛行員用中低頻主動降噪耳機，以滿足現(xiàn)有軍用耳機的性能要求。

本發(fā)明提供的航空飛機飛行員用中低頻主動降噪耳機包括：降噪電路板、磁路器、參考麥克風；所述參考麥克風采集聲音信號，并輸出到降噪電路板；所述降噪電路板過濾除去聲音信號中的有效信號，并對過濾后剩余的噪聲信號反相后輸出到磁路器；磁路器將所述聲音信號與反相后的信號疊加后輸出。

進一步，所述磁路器包括揚聲器。

進一步，還包括：電源、降噪控制開關(guān)和指示燈；所述電源向降噪電路板供電，降噪控制開關(guān)連接于降噪電路板和磁性系統(tǒng)之間；所述電源、降噪電路板、磁路器、參考麥克風、降噪控制開關(guān)和指示燈集成于控制盒。

進一步，所述控制盒的材料采用2024鋁合金，并在內(nèi)表面進行電氧化處理，在外表面噴涂黑色無光磁漆。

進一步，還包括：耳罩，所述的耳罩與發(fā)聲單元接觸，耳罩采用壓耳式耳罩或繞耳式耳罩；所述耳罩的內(nèi)部填充海綿，耳罩的外部材料采用吸聲材料，吸聲系數(shù)為0.33~0.44。

進一步，還包括：耳機放大電路、送話器，和耳機引線；所述耳機引線連接于耳機放大電路輸出端與耳機音圈之間，所述送話器采用HK-91M型抗噪聲送話器；所述耳機引線采用多支芯的無氧銅線。

本發(fā)明還提供包含所述航空飛機飛行員用中低頻主動降噪耳機的頭盔，包括：左耳組件、右耳組件、頭帶、盔體和控制盒；所述左耳組件包括左耳罩、左側(cè)法蘭盤、左側(cè)外殼、左側(cè)送話器和左側(cè)受話器；左側(cè)外殼、左側(cè)受話器和左側(cè)法蘭盤構(gòu)成后腔；右耳組件和左耳組件結(jié)構(gòu)相同，安裝位置對稱。頭帶連接左耳組件和右耳組件；連接后的中心位于頭盔的中心。

進一步，左耳組件和右耳組件的重量差不超過二者中較輕一個的重量的10%。

進一步，控制盒安裝于頭盔正后方。

進一步，該頭盔還包括：下裙邊；所述下裙邊由彈性布料制成。

本發(fā)明的有益效果包括：

1.主動降低環(huán)境噪音，可有效降低中低頻聲波對話音的影響，提高航空飛機飛行員駕駛的安全性和舒適度；

2.滿足GJB150-86 軍用設(shè)備環(huán)境試驗方法有關(guān)規(guī)定的要求。

3.體積小，重量不超過200g；符合人機工程、機艙環(huán)境要求；工作溫度：-20℃~70℃；存貯溫度： -20℃~70℃，濕熱：70%。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的軍用耳機左耳組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的軍用耳機右耳組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的軍用耳機控制盒的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在軍事上，隨著現(xiàn)代化裝備的動力、火力和運行速度的提高，訓練和實戰(zhàn)現(xiàn)場的噪聲也越來越大，出現(xiàn)了120dB 以上的高噪聲環(huán)境。如坦克，在群體高速行進時，車內(nèi)噪聲達126dB以上的總聲級。其它如直升機、快艇、炮艦及高炮、排炮陣地等，均可形成高噪聲環(huán)境。同時，現(xiàn)代化戰(zhàn)爭是海陸空聯(lián)合立體化的，戰(zhàn)場上不僅有槍炮的噪聲，而且各種機械噪聲并存，環(huán)境噪聲將對語言通信聯(lián)絡造成很大的干擾和影響，甚至造成嚴重的后果。所以解決高噪聲環(huán)境下的語言通信及個人防護，是現(xiàn)代軍事裝備急需解決的問題。

在單腔單墊耳罩基礎(chǔ)上，利用赫姆霍茨共振腔原理，設(shè)計出雙腔或多腔單墊的耳罩。由于共振腔的諧振阻尼作用，在一定程度上改善了聲衰減的頻率特性。這種耳罩在中高頻頻率范圍具有較好的抗噪隔聲能力，而對300Hz 以下的低頻噪聲，隨頻率降低，幾乎無隔聲能力。這是因為低頻噪聲的波長長，具有很強的穿透能力，可以很容易地穿透耳罩的緣故。同時，耳腔的增多，耳罩的加大，其體積重量均比較大，佩戴使用不便，舒適性較差，甚至不能與防護頭盔配套。

在送話方面，頭戴式產(chǎn)品大都選用接觸式骨導送話器或氣導式壓差送話器，但在110dB 以上的高噪聲環(huán)境，這些器件的抗噪性能有限，而且接觸式送話器的送話清晰度較差。由于低頻聲波對話音的強烈掩蔽作用，大大降低了話音信號的信噪比和可懂度。實測證實，在大多數(shù)高噪聲環(huán)境，噪聲的能量大都集中在低頻頻段。在高噪聲環(huán)境下,普通頭戴式耳機的抗噪聲能力是有限的, 它已不能完全滿足現(xiàn)代通信及噪聲防護的要求。

本發(fā)明提供的航空飛機飛行員用中低頻主動降噪耳機包括：降噪電路板、磁路器、參考麥克風；所述參考麥克風采集聲音信號，并輸出到降噪電路板；所述降噪電路板過濾除去聲音信號中的有效信號，并對過濾后剩余的噪聲信號反相后輸出到磁路器；磁路器將所述聲音信號與反相后的信號疊加后輸出。所述磁路器包括揚聲器。本發(fā)明提供的軍用噪聲耳機還包括：耳機放大電路、送話器，和耳機引線；所述耳機引線連接于耳機放大電路輸出端與耳機音圈之間，所述送話器采用HK-91M型抗噪聲送話器；所述耳機引線采用多支芯的無氧銅線。

參考圖3，本發(fā)明所提供的航空飛機飛行員用中低頻主動降噪耳機還包括：電源5-3、降噪控制開關(guān)5-6和指示燈5-1；所述電源5-3向降噪電路板5-4供電，降噪控制開關(guān)5-6連接于降噪電路板5-4和磁性系統(tǒng)之間；所述電源、降噪電路板、磁路器、參考麥克風、降噪控制開關(guān)和指示燈集成于控制盒。所述控制盒的材料采用2024鋁合金，并在內(nèi)表面進行電氧化處理，在外表面噴涂黑色無光磁漆。由于內(nèi)部有電子元器件、電路，基于電磁兼容性、強度等方面的考慮，選用2024鋁合金，并在結(jié)合部位設(shè)計成相互咬合的結(jié)構(gòu)，最后在內(nèi)表面進行導電氧化處理，將電池泄露降至最新程度，保護飛行員的安全。在結(jié)構(gòu)件外表面，對外表面噴涂黑色無光磁漆，增加輻射散熱系數(shù)，將內(nèi)部熱量快速導出，從而保證控制電路的工作可靠性。

參考圖1和圖2，所述參考麥克風包括左側(cè)參考麥克風和右側(cè)參考麥克風；耳機包括左耳組件和右耳組件；左耳組件包括左耳罩3-1、左側(cè)法蘭盤3-2、左側(cè)外殼3-3、左側(cè)受話器3-4和左側(cè)送話器3-5。其中左耳罩3-1、左側(cè)法蘭盤3-2、左側(cè)受話器3-4和左側(cè)送話器3-5形成密閉的(佩戴后)空間，構(gòu)成前腔，耳罩在設(shè)計時充分考慮飛行員佩戴舒適、前腔空間容積，因此在設(shè)計時選用具有一定彈性的材料，并在外面包覆一層軟皮，并設(shè)計成繞耳式，佩戴時完全包覆飛行員的耳部，并與面部形成密閉空間。左側(cè)外殼3-3、左側(cè)受話器3-4與左側(cè)法蘭盤構(gòu)成后腔，后腔也是密閉的，在考慮頭盔內(nèi)部空間的情況下，在外殼設(shè)計時盡量增大后腔空間。左側(cè)送話器3-5的位置是基于佩戴時人耳道位置設(shè)計的，并用來采集前腔的混響信號并提供給降噪控制電路處理，形成負反饋作用，從而起到降噪的目的。

參考圖2，右耳組件包括右耳罩4-1、右側(cè)法蘭盤4-2、右側(cè)外殼4-3、右側(cè)受話器4-4和右側(cè)送話器4-5。其中右耳罩4-1、右側(cè)受話器4-4、右側(cè)送話器4-5與右側(cè)法蘭盤4-2形成密閉的(佩戴后)空間，構(gòu)成前腔。耳罩在設(shè)計時充分考慮飛行員佩戴舒適、前腔空間容積，因此在設(shè)計時選用具有一定彈性的材料，并在外面包覆一層軟皮，并設(shè)計成繞耳式，佩戴時而且完全包覆飛行員的耳部，并與面部形成密閉空間。而右側(cè)外殼、右側(cè)受話器與右側(cè)法蘭盤構(gòu)成后腔，后腔也是密閉的，在考慮頭盔內(nèi)部空間的情況下，在外殼設(shè)計時盡量增大后腔空間。右側(cè)送話器4-5的位置是基于佩戴時人耳道位置設(shè)計的，并用來采集前腔的混響信號并提供給降噪控制電路處理，形成負反饋作用，從而起到降噪的目的。另外，左、右耳的受話器、內(nèi)置送話器型號完全相同。

本發(fā)明所提供的軍用主動降噪耳機還包括支撐、佩戴結(jié)構(gòu)。頭戴的功能是固定左右發(fā)聲單元，將其至于頭的兩側(cè)，它的結(jié)構(gòu)和它與單元的連接方式?jīng)Q定頭戴和耳罩對頭部的壓力，影響著耳機佩戴的舒適性。一副耳機不能太緊也不能太松，應可以長時間佩帶。頭戴單元的可調(diào)整性可以保證不同頭部形狀和不同用途的使用，專業(yè)音頻人員有時需要單只單元監(jiān)聽，單元就需要能夠旋轉(zhuǎn)，另外線的長度和單元的入線方式也是影響使用的一個因素。在調(diào)整頭戴長度時要注意：頭帶短，對頭頂?shù)膲毫Υ?，耳罩對頭的壓力就小，頭帶長時相反，三點的壓力要取得平衡才是最舒適的，對于自適應頭帶這個問題就不存在了。

頭箍設(shè)計首要考慮佩戴者的舒適感。頭箍是將耳機固定在頭部的重要部件，我們佩戴耳機頭部與耳箍之間的松緊程度與頭箍的大小有關(guān)。頭箍部件主要是起到一定的支撐作用，用于減少耳機帶給耳朵的重力，增加耳朵的舒適性。橫梁上一般覆蓋著和耳罩材質(zhì)相仿的厚厚墊子，用以減輕頭箍對頭頂?shù)膲浩雀?，更加有利于長時間佩戴，有時候在外面再覆蓋著一層類似于紗布的布料，因為布料比人造皮革或者其他合成纖維材料來的天然、舒適。

本文的耳機由于是安裝在飛行員頭盔中，因此不單獨設(shè)計頭箍，而是在頭盔設(shè)計時增加一套由帆布材料適合飛行員頭部且可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)既起著將頭盔與飛行員頭部固定，又充當耳機的頭箍和支撐結(jié)構(gòu)。本耳機設(shè)計時與飛行員頭盔結(jié)合設(shè)計，考慮了耳機在頭盔中的安裝，確保飛行員佩戴頭盔時能發(fā)揮耳機通話和降噪的功能。

固定磁路器和振動系統(tǒng)的是一個塑料框架，叫臺面，振膜的邊緣就粘合在這個框架上。這個框架要有足夠的剛性，不會因為固定磁路和振動部分發(fā)生形變，而且盡量少的傳遞振動。磁路和振動系統(tǒng)后面是耳機的外殼，外殼與臺面之間形成一個腔體，這個腔體的大小、形狀、內(nèi)部填充的阻尼材料的位置、種類、數(shù)量影響耳機的頻率響應，一般說這個腔體越大越容易獲得高質(zhì)量、深潛的低頻。

封閉式耳機的外殼是封閉的，防止外界聲音進入，聲音外泄減少，在專業(yè)監(jiān)聽中使用的很多。聲音一般來說非常清晰，細節(jié)豐富，低頻響應非常好，對大多數(shù)人來說封閉式耳機佩帶有密閉質(zhì)感。

所述的耳罩與發(fā)聲單元接觸，耳罩采用壓耳式耳罩或繞耳式耳罩；所述耳罩的內(nèi)部填充海綿。它對于動圈式耳機是至關(guān)重要的，其功能是將低頻反射回來，保證低頻的重放。根據(jù)人耳的外部形狀，耳罩一般被設(shè)計成兩種樣式，一種壓在耳朵上，叫壓耳式耳罩，這種耳罩在調(diào)整頭帶長度時要注意：頭帶短，對頭頂?shù)膲毫Υ?，耳罩對頭的壓力就小，頭帶長時相反，三點的壓力要取得平衡才是最舒適的。另一種耳罩呈杯狀，環(huán)繞著耳朵，叫繞耳式耳罩。這兩種設(shè)計都是為了使其貼住耳廓而不至于滑落。另外在耳罩的內(nèi)部一般填充海綿，使其盡量的柔軟，并在外面蒙上皮革或絨布，使人耳感覺舒適。 而耳塞的外部形狀、尺寸大小是根據(jù)人耳外耳道的特征而設(shè)定的，它能夠適合多數(shù)人佩戴使用。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1、結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便；

2、強度好、重量輕并具備良好的抗震性能；

3、散熱效果和電磁兼容性都能滿足使用要求；

4、能夠?qū)崿F(xiàn)復雜環(huán)境中的高中低頻主動降噪。

本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。