专利名称：复合式新型有源消声耳罩的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种复合式新型有源消声耳罩，属人类保健品技术领域。
已有的噪音消除技术从原理上可以分为以下两类一种是把传声器放到扬声器前部的开环前馈式结构，如中国专利GK85103511号，它的消声原理为传声器接收的外界噪声信号，经控制器处理后，由功率放大器及扬声器重放到耳罩内，与进入耳罩内的噪声相抵消。但这种结构没有反馈控制，不能自行调节，对误差敏感，因而有源消声量不大。另一种是把传声器放到扬声器附近的闭环反馈式结构，如欧洲专利EP0192379、英国专利GB2172762A等，它的消声原理为耳机重放到耳罩内的噪声与进入到耳罩内的噪声相抵消，内部传声器检测相消后的误差信号，通过反馈使该误差信号趋向最小。这种结构属于反馈式控制结构，具有自动调节功能，消声量大，但因受器件频率特性影响，消声带宽较窄。
本实用新型的目的是设计一种复合式新型有源消声耳罩。本实用新型为闭环反馈式结构和开环前馈式结构结合在一起的复合式结构，兼有已有两技术的优点。本实用新型的有源消声耳罩有源消声的频带宽，可达30－2000Hz；有源消声量大，最大窄带有源消声量可到40dB以上。本实用新型可用于高噪声场合下的工作人员的听力保护，尤其适用于像车、船、飞机的驾驶舱、内燃机实验室等这类由螺旋浆、发动机、电动机、变压器等发出的低频窄带噪声占主导地位的场合。在保护个人听力的同时也极大地改善了这些场合的通讯能力；而且由于用了有源消声方法，可以减轻普通耳罩的重量及夹持力，改善了佩带的舒适性；还能根据具体的应用场合，通过改变耳罩外壳的特性来改善语言可懂度。
本实用新型的内容是一种复合式新型有源消声耳罩，由耳罩、耳机、内传声器、外传声器、开环控制器、闭环控制器、功率放大器和加法器组成。耳机置于耳罩内，并通过功率放大器和加法器相连。内传声器置于耳罩内的耳机内侧，并通过闭环控制器和加法器相连。外传声器置于耳罩外侧，并通过开环控制器和加法器相连。
图1是本实用新型结构示意图。
图2是构成开环控制器、闭环控制器的基本滤波电路。
图3是构成加法器的求和电路。
以下结合附图，详细介绍本实用新型内容。
图1中，1是耳罩，2是耳机，3是内传声器，4是外传声器，5是功率放大器，6是加法器7是开环控制器，8是闭环控制器，9是环境噪声，10是传入人体耳内的噪声。11是外部信号输入端。
本实用新型的工作过程为耳罩外的噪声9经普通耳罩1隔声吸声后，高频成分被消除而剩余的低频成分进入到耳罩1的腔内，与此同时外传声器4检测耳罩外的噪声9，经开环控制器7处理后，由功率放大器5及耳机2重放到耳罩1的腔内，与进入到耳罩1腔内的噪声相抵消。闭环控制器8也通过功率放大器5和耳机2向耳罩1的腔内重放噪声，并与进入到耳罩内的噪声进一步相抵消。同时内传声器3检测相消后的误差信号，经闭环反馈控制使耳罩1腔内的噪声10趋向最小，这一消声原理可以用下面的关系式来描述(N1)/(N0) ＝ (HO-C2·H1)/((1+C1·H1)(1-C2·H1·H2)) (1)其中HO--耳罩1的频率特性函数H1--传声器3和4、功率放大器5以及耳机2的总体频率特性函数H2--外部通路的总体频率特性函数C1--闭环控制器8的频率特性函数C2--开环控制器7的频率特性函数N0--耳罩外部噪声9的复氏变换N1--耳罩内部噪声10的复氏变换一般来说，｜H2｜＜＜1，因此可以忽略，那么(1)式可简化成(N1)/(NO) ＝ (HO-C2·H1)/(1+C1·H1) (2)消声量＝20log10(｜H1／No｜(3)这就是本实用新型依据的原理。设计适当的开环控制器7使分子趋向于零，而设计适当的闭环控制器8使分母远大于1，就可以得相当好的消声效果。复合式结构的消声效果比单一的闭环反馈式结构或开环前馈式结构的消声效果要好得多。
由于消声效果好，相应提高了通过在加法器6的外部信号输入端口11引入的外界信号如音乐信号、通讯信号等的清晰程度，提高了噪声环境下的通讯能力。在低频噪声占主导地位的场合，通过改变普通耳罩1的传声特性如开一些小孔，让语声成分也能进入到耳罩1的腔内，由于语声频率成分与低频噪声频率成分的频段不重叠，这样设计合适的控制器7和8，只消除低频噪声成分而留下语声成分，这样就改善了语言可懂度。这对驾驶舱等的工作人员的语言信息交留非常有用。
本实用新型的加法器6为运算放大器及外围电阻器组成的求和电路。控制器7和8由滤波电路组成，图2是基本滤波电路的原理图。实际的控制器7和8由基本滤波电路串联、并联或混联组成，其中的电阻器和电容器的值可根据本实用新型的设计和计算方法给出。
本实用新型的一个实施例的电路参数为开环控制器为两个基本滤波电路的串联，电路参数为滤波电路一滤波电路二C16.8nC133nC26.8nC233nR1180KR168kR230KR291k
R3240KR391kR456KR43.3kR530KR591kR630KR691kR720KR7100kR8300KR8270kR9180KR168kR1030KR10100k闭环控制器为一个基本滤波电路，电路参数为C13.3nC23.3nR1100KR2330KR3330KR451KR5560KR6560KR7560KR8330KR951KR10 560K放大器选用类似LM324这样四运放集成电路。
求和电路的各电阻为100K。
权利要求1.一种复合式新型有源消声耳罩，其特征在于消声耳罩由耳罩、耳机、内传声器、外传声器、开环控制器、闭环控制器、功率放大器和加法器组成；所述的耳机置于耳罩内，并通过功率放大器和加法器相连；所述的内传声器置于耳罩内的耳机内侧，并通过闭环控制器和加法器相连；所述的外传声器置于耳罩外侧，并通过开环控制器和加法器相连。
2.如权利要求1所述的消声耳罩，其特征在于其中所述的开环、闭环控制器由一个或一个以上的基本滤波电路经串联、并联或混联后组成。
3.如权利要求1或2所述的消声耳罩，其特征在于其中所述的加法器是一个运算放大器及外围电阻器组成的求和电路。
专利摘要一种复合式新型有源消声耳罩，其特征在于消声耳罩由耳罩、耳机、内外传声器、开闭环控制器、功率放大器和加法器等组成。用外传声器接收噪声信号，用开、闭环控制器、功率放大器和加法器等处理接收到的噪声信号，并通过耳机将处理后的噪声信号重新放到普通无源耳罩的腔内，与进入到该腔内的噪声相消。从而保护了听力，提高了通信能力，改善了语言的清晰度，也改善了佩带者的舒适感。
文档编号A61F11/00GK2193153SQ9420497
公开日1995年3月29日 申请日期1994年3月25日 优先权日1994年3月25日
发明者朱彦武, 连小珉, 刘起元, 蒋孝煜, 谢华 申请人:清华大学