专利名称：降噪耳机的制作方法
技术领域：
本发明涉及噪声消除。更具体地说，本发明涉及使用耳机的噪声消除系统。
背景技术：
噪声消除方法被设计为通过使用音频设备(例如，耳机)来减少不想要的环境声 音。环境声音被称为在任何给定位置处出现的背景声压级(so皿dpressure level)。为了 设计噪声消除系统，音频源(例如，耳机)必须发射具有与在佩戴者耳朵处出现的环境声音 相同的幅度但相反的极性的声波。环境声波和来自耳机的声波组合，以形成新的波，其中， 有效地，在佩戴者耳朵处，在被称为相位消除的处理中，两个波彼此相消。所得环境声波可 能处于如此低幅度，以至于对于人耳将不可听见。 现代降噪耳机(noise cancelling headphone)系统(例如，专利US 5,825,897 所示的系统)使用信号处理电路，其通过使用麦克风取得环境声波形，并且经由耳机输出 上述具有相反极性的声波。从示图可见，该专利的信号处理单元使用很多电路组件(例如， 放大器和陷波滤波器)来实现具有相反极性的信号。这将意味着，电路将消耗高功率等级 来对很多组件进行供电，并且对于制造也将是高成本的。在对于个人使用而提供节约成本 的噪声消除系统中，这将是有问题的。 在现有技术中，总是已知的是，连同预放大电路一起使用耳机放大电路，目的是构 建噪声消除电路。这是需要的，因为需要产生具有与环境声级相同的幅度级别的声波，以便 实现两个波的成功消除。使用这种电路的缺点在于，噪声消除电路中的耳机放大器电路的 存在将消耗大量功率，并且此外，当制造时，各组件将是高成本的。 此外，对于用于收听音乐或其它音频源的传统降噪耳机设备，耳机的输出是携带 音乐的有效音频信号与从噪声消除电路生成的噪声消除信号的组合。这两个信号在耳机放 大器电路处被组合在一起，并且由于模拟放大中出现的失真而导致这将增加在耳机输出处 出现的噪声级。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降噪耳机，其改善现有技术的某些缺点和限制。 在第一方面中，本发明在于一种减少功率噪声消除装置，其能够将噪声消除音频
信号输出到扬声器，其包括 接收部件，用于接收外部噪声信号， 预放大部件，能够将所述外部噪声信号预放大到能够驱动所述扬声器的电平， 相移部件，能够从所述预放大的外部噪声信号产生相移输出信号，其中，所述相移
输出信号的相位极性与在听者耳朵处的外部噪声信号的相位极性相反，以及 求和部件，用于对所述相移输出信号与音频输入信号进行求和，其中，所述和产生
所述噪声消除音频信号。 优选地，所述减少功率噪声消除装置还包括匹配部件，用于将所述音频输入信号
4的阻抗匹配于所述扬声器。 优选地，所述预放大部件可以提供充足的增益，以驱动所述扬声器，而不借助扬声 器放大器。 优选地，所述减少功率噪声消除装置是前馈型减少功率噪声消除装置。 可替换地，所述减少功率噪声消除装置是反馈型减少功率噪声消除装置。 优选地，所述接收部件是能够接收外部噪声信号的麦克风。 优选地，所述噪声消除音频信号的幅度匹配于环境噪声级。 优选地，所述扬声器是耳机扬声器。 优选地，所述音频输入信号是从音频源提供的。 更优选地，所述音频输入信号是从例如CD播放器、mp3播放器、个人计算机或相似 设备之类的音频源提供的。 在另一方面中，本发明在于一种使用减少功率噪声消除电路减少声学音频信号中 出现的环境噪声的方法，其中，所述方法包括以下步骤
通过麦克风接收环境噪声信号， 对接收到的环境噪声信号进行相移，从而所得相移的信号的相位与接收到的环境 噪声信号的极性相反， 对所得相移的信号进行预放大，从而所得相移的信号能够驱动扬声器， 对预放大的所得相移的信号与音频输入信号进行求和，以及 将求和的预放大的所得相移的信号和所述音频输入信号输出到扬声器。 优选地，所述方法包括步骤将所述音频输入信号的阻抗匹配于所述扬声器的阻抗。 优选地，所述方法不需要附加的扬声器放大器来驱动所述扬声器。
优选地，所述减少功率噪声消除电路是前馈型减少功率噪声消除电路。
可替换地，所述减少功率噪声消除装置是反馈型减少功率噪声消除电路。
优选地，所述扬声器是耳机扬声器。
优选地，所述音频输入信号是从音频源提供的。 更优选地，所述音频输入信号是从例如CD播放器、mp3播放器、个人计算机或相似 设备之类的音频源提供的。
通过参照附图，仅通过示例的方式，现将描述本发明实施例 图1是根据现有技术的传统前馈型噪声消除电路的电路图。
图2是根据本发明第一优选实施例的新的前馈型噪声消除电路的电路图。 图3是根据本发明另一优选实施例的新的反馈型噪声消除电路的电路图。 图4是示出提供给耳机的输出音频信号的各电压分量之间的关系的示图和方程。
具体实施例方式
以下描述将结合本发明优选实施例描述本发明，即降噪耳机。本发明无论如何都 不限于这些优选实施例，因为它们纯粹仅例举本发明，并且在不脱离本发明范围的情况下，可能的变化和修改将是显而易见的。 图1示出现有技术中使用的典型噪声消除电路，其中，音频信号被提供在IIO，外 部环境噪声信号在102，并且被结合以向扬声器116提供将消除用户耳朵处的环境噪声而 仅留下音频信号的信号。可以看到，在传统噪声消除电路(图1)中，音频输入信号iio在被 馈送到耳机放大器114之前必须被馈送到音频均衡器电路112。需要音频均衡器电路112 以补偿音频输入信号110中的频率和相位的损耗，并且对其进行均衡。通过改变均衡器电 路的分量值可调节音频输入信号110的音频响应。此外，将可看见，在传统噪声消除电路 中，来自麦克风102的环境声音输入106被馈送到陷波滤波器104。该陷波滤波器是特殊 带阻滤波器，其使得窄的阻带内的频率衰减。其用于保持足够的增益和所需的相位响应，以 形成具有与来自麦克风102的输入环境声音信号106相同幅度的相移信号。陷波滤波器的 输出被馈送到预放大器108。此外，在传统噪声消除电路(图1)中，预放大器108的输出 118与来自音频均衡器112的输出混合，并且在输出到耳机116之前，被馈送到耳机放大器 114。可见，为了对输出信号进行放大需要分离的放大器集成电路，这将易于把失真加入到
音频输入信号iio，如所有模拟音频放大器所作的那样。 明显可见，本发明的噪声消除电路(图2)使用更少的组件。所示的噪声消除电路 被称为前馈型噪声消除电路，其中，噪声消除信号130不从音频输入信号120取得输入。音 频输入信号120可以是来自例如CD播放器、MP3播放器或移动设备的设备(其经由噪声消 除电路将输入发送到耳机116)的任何类型的声音输入源信号。在本发明的噪声消除电路 中，不使用音频均衡器，并且因此，音频输入信号120直接馈送到耳机116。省略音频均衡器 电路减少了电路中所使用的组件的数量。然而，包括电阻器和电容器的阻抗匹配电路在该 电路中使用，以将输入音频信号120的阻抗正确地匹配于耳机。如从图1和图2可见，新颖 阻抗匹配电路使用的组件远比音频均衡器电路更少。 如前所解释的，为了减少在任何给定位置处的环境声音，相等幅度但相反极性的 声音必须与环境声波混合。在本发明中，放置在耳机附近或其之上的麦克风用于捕获在使 用耳机的位置处出现的环境声音。图2示出麦克风102，其中，输入环境声音信号130直接 馈送到预放大器电路124。可见，本发明的噪声消除电路已经消除了对陷波滤波器(例如， 图1的104)的需要。这进一步减少了对于电路中使用附加组件的需要。可见，预放大器 124以及关联组件对预放大器的相位响应进行调节，从而来自预放大器的所得输出是噪声 消除信号。预放大器能够将环境输入声波的幅度级别保持在适合于来自耳机116的输出的 级别，并且将仍然具有足够的幅度来消除耳机116处的环境声波。此外，在本发明(图2) 中，来自预放大器的输出126与阻抗匹配的音频输入信号120直接混合。由于预放大器输 出信号保持足够的增益电平以直接驱动耳机116，因此避免了对放大的需要。
图3示出根据本发明另一优选实施例的反馈型噪声消除电路。在反馈型噪声消除 电路中，在陷波滤波器214和预放大器216之前，音频信号输入202与噪声消除信号混合。 如图3所示，环境声波经由麦克风208而输入，并且馈送到陷波滤波器210。该陷波滤波器 用于提供所需的增益和相位响应，以形成噪声消除信号。该信号然后馈送到预放大器212， 预放大器212从音频输入信号202取得反馈。预放大器212的输出馈送到另一陷波滤波器 214，陷波滤波器214再次校正信号，以提供所需的增益和相位响应。来自陷波滤波器214 的输出馈送到第二预放大器216，第二预放大器216确保输出噪声消除和音频信号的增益
6处于足够的电平。组合后的噪声消除和音频输入信号218直接与音频输入信号202混合。 阻抗匹配电路204用于将音频输入信号202的阻抗匹配于耳机206，如先前实施例所述。可 见，本发明的反馈型噪声消除电路不需要音频均衡器或耳机放大器。该电路能够提供足够 的信号来驱动直接来自预放大器电路的耳机。 图4被包括，以解释噪声消除电路的输出信号的分量。从该图和方程可见，提供给 耳机的输出电压信号ed 301包括两个AC电压分量，即音频信号分量 udi。 303和噪声消除 信号分量en。k 305。该方程被形成，从而其根据在噪声消除信号en。^ 305的源处的总电阻 Rl(307)以及输入音频信号eaudi。 303的源的总电阻R2(309)以及耳机的电阻R3 (311)的汇 点(sink)提供ed 301。其示出，这三个电阻R1、R2和R3将输出信号的两个AC电压分量与 输出电压信号ed 301关联。该方程的目的在于说明，通过操控电阻R1、R2和R3的值，输出 电压信号ed 301的电平可以根据耳机311的用户的需要而变化，而无需调节输入电压信号 eaudi。 303和en。k 305。由于输出电压信号ed 301是两个信号之和，因此其具有音频信号分 量eaudi。 303和噪声消除信号en。ise 305的特性。该特性可以通过改变Rl、 R2和R3值而受 操控，以获得在输出处的所需信号。
优点 a)从附图和以上描述可见，所描述的噪声消除电路尽可能使用最少的组件。由于 可以省略昂贵的组件(例如，放大器IC和滤波器电路)，因此使用更少的组件将减少电路制 造成本。最少的组件使用还将导致噪声消除电路的尺寸的减小，并且依次与该电路组合的 耳机的尺寸自身也将减小，并且更加流线型。此外，对于设计噪声消除电路使用更少的组件 还将意味着电路的功耗也将减小。缺少板上耳机放大器将极大地减少功率使用，并且如果 由电池进行供电，耳机可以得以使用达到更长时间段。 b)如以上描述所描述的那样，噪声消除电路不需要使用耳机放大器。耳机放大器 使用有源组件(例如，运算放大器)。由于模拟放大器将固有地产生失真，因此使用这些组 件将增加输入音频信号的噪声和失真级别。通过去除耳机放大器，本发明的噪声消除电路 已经去除了来自耳机处的输出信号的失真的主要源。
变形方式 如前所述，噪声消除电路可以制造为前馈型噪声消除电路或反馈型噪声消除电 路。当用作反馈型噪声消除电路时，音频输入信号被划分为两条路径，其中，一条音频输入 信号路径直接馈送到耳机，而另一条音频输入信号路径被用作反馈路径并且与环境声音信 号混合。该电路无需使用两个陷波滤波器来确保所需的增益，并且相位响应在输出处得以 维持，如前所述。然而，耳机放大器和音频均衡器在本发明的反馈型噪声消除电路中是可以 省略的。 贯穿该说明书的描述，词语"包括"以及该词语的变形(例如，"包含"以及"含有") 目的不在于排除其它添加、组件、整数或步骤。 当然，可以理解，虽然已经通过本发明说明性示例的方式给出了前面的描述，但对 于本领域技术人员明显的对其的所有这样和其它的修改和变化被看作落入本发明的宽泛 范围和界限内，如在此之前所描述的那样。
权利要求
一种减少功率噪声消除装置，其能够将噪声消除音频信号输出到扬声器，其包括-接收部件，用于接收外部噪声信号，-预放大部件，能够将所述外部噪声信号预放大到能够驱动所述扬声器的电平，-相移部件，能够从所述预放大的外部噪声信号产生相移输出信号，其中，所述相移输出信号的相位极性与在听者耳朵处的外部噪声信号的相位极性相反，以及-求和部件，用于对所述相移输出信号与音频输入信号进行求和，其中，所述和产生所述噪声消除音频信号。
2. 如权利要求1所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述减少功率噪声消除装置还 包括匹配部件，用于将所述音频输入信号的阻抗匹配于所述扬声器。
3. 如权利要求1所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述预放大部件提供充足的增 益，以驱动所述扬声器，而不借助扬声器放大器。
4. 如权利要求1所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述减少功率噪声消除装置是 前馈型减少功率噪声消除装置。
5. 如权利要求1所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述减少功率噪声消除装置是 反馈型减少功率噪声消除装置。
6. 如权利要求1所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述接收部件是能够接收外部噪声信号的麦克风。
7. 如权利要求1所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述噪声消除音频信号的幅度 匹配于环境噪声级别。
8. 如权利要求1所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述扬声器是耳机扬声器。
9. 如权利要求1所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述音频输入信号是从音频源 提供的。
10. 如权利要求9所述的减少功率噪声消除装置，其中，所述音频输入信号是从例如CD 播放器、mp3播放器、个人计算机或相似设备的音频源提供的。
11. 一种使用减少功率噪声消除电路减少声学音频信号中出现的环境噪声的方法，其 中，所述方法包括以下步骤通过麦克风接收环境噪声信号，对接收到的环境噪声信号进行相移，从而所得相移的信号的相位与接收到的环境噪声 信号的极性相反，对所得相移的信号进行预放大，从而所得相移的信号能够驱动扬声器， 对预放大的所得相移的信号与音频输入信号进行求和，以及 将求和的预放大的所得相移的信号和所述音频输入信号输出到扬声器。
12. 如权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括步骤将所述音频输入信号的阻抗匹配于所述扬声器的阻抗。
13. 如权利要求11所述的方法，其中，所述方法不需要附加的扬声器放大器来驱动所 述扬声器。
14. 如权利要求11所述的方法，其中，所述减少功率噪声消除电路是前馈型减少功率 噪声消除电路。
15. 如权利要求11所述的方法，其中，所述减少功率噪声消除装置是反馈型减少功率噪声消除电路。
16. 如权利要求11所述的方法，所述扬声器是耳机扬声器。
17. 如权利要求11所述的方法，所述音频输入信号是从音频源提供的。
18. 如权利要求11所述的方法，所述音频输入信号是从例如CD播放器、mp3播放器、移 动设备或相似设备的音频源提供的。
全文摘要
描述了一种降噪耳机。所述降噪耳机利用低功耗噪声消除电路，其中，音频输入信号(120)直接馈送到耳机，而不使用附加的耳机放大器(114)。所述噪声消除电路使用麦克风(102)来拾取环境噪声，并且产生与所述环境噪声信号幅度上相等但极性上相反的信号(106)。所得信号与所述音频输入信号混合，并且馈送到耳机的扬声器(116)。该方法是有利的，因为其使用的组件比传统噪声消除电路更少，并且其还因使用更少的组件而消耗更少的功率。由于在噪声消除电路上对于所述音频输入信号不执行放大，因此所述音频输入信号的失真也被减小。
文档编号H04R1/10GK101754071SQ20091025318
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月4日 优先权日2008年12月4日
发明者王仁义, 许春发, 钟秀平, 陈家俊 申请人:索尼Emcs(马来西亚)有限公司