一种用于耳机的主动噪音消除电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于耳机的主动噪音消除电路，毎一个声道的环境噪声信号由耳机的麦克风收集后，分别经过至少2个麦克风放大滤波电路处理，各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器。本实用新型能够提高噪音消除效果，并具有节约成本、耳机尺寸小、功率消耗低、适于大批量生产的优点。
【专利说明】—种用于耳机的主动噪音消除电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于耳机的主动噪音消除电路，属于音频设备降噪【技术领域】。
【背景技术】
[0002]噪音消除是用来防止不必要的声波到达听者的耳膜。主动噪音消除(ActiveNoise Cancellat1n, ANC)技术采用电子手段产生与环境噪声振幅相同但相位相差180度的声波，通过相消干涉(destructive interference),以消除环境噪声。一般使用前馈式、反馈式或混合式(前馈式+反馈式)电路实现。
[0003]图16是主动噪音消除技术应用在前馈式或反馈式耳机上的典型电路。每一个声道的环境噪声信号由麦克风收集后，经过I个麦克风放大滤波电路处理，处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大后传入扬声器；该麦克风放大滤波电路包括可变增益麦克风放大器和滤波器。其噪音消除效果是非常依赖于耳机的声学响应的，特别是如果耳机在某些频率范围的声压水平(sound pressure level)比较低,那么由它产生的反相位的声波仅可以消除该频率范围的部分环境噪声，从而影响了噪音消除效果。如图17所示，耳机在50Hz频率处与500Hz频率处的声压水平相差6dB。如图18所示，50Hz频率处产生的反相位声波波幅是环境噪声的100%，因此能消除全部的噪声；如图19所示，500Hz频率处产生的反相位声波波幅是环境噪声的50%，因此仅能消除部分噪声。由此可见，总体噪音消除效果可能会在某些频率范围高，但在某些频率范围低。
[0004]此外，典型的前馈式或反馈式耳机，一般只能产生最大约20分贝的噪音消除效果(如图11所示)。为了使噪音消除效果提高到大于30分贝，需要采用混合式(前馈式+反馈式)配置，但它需要两个麦克风，这样就会増加组件数量、产品外型尺寸以及成本，并且无论采用数字(DSP)还是模拟降噪技术，都需要较高功耗。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于，提供一种用于耳机的主动噪音消除电路，能够提高噪音消除效果，并具有节约成本、耳机尺寸小、功率消耗低、适于大批量生产的优点。
[0006]本实用新型的技术方案:一种用于耳机的主动噪音消除电路，包括顺次连接的麦克风、至少2个麦克风放大滤波电路、混频器、放大器和扬声器，每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器；每一个声道的环境噪声信号由耳机的麦克风收集后，分别经过麦克风放大滤波电路处理，各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；其中，可变增益麦克风放大器是用来调整麦克风信号的大小的，可以实现不同相或反相信号的最佳电平。
[0007]优选的，所述用于耳机的主动噪音消除电路包括顺次连接的麦克风、2个麦克风放大滤波电路、混频器、放大器和扬声器，每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器；每一个声道的环境噪声信号由耳机的麦克风收集后，分别经过2个麦克风放大滤波电路处理，各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器。
[0008]前述的用于耳机的主动噪音消除电路中，在麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置前置放大器；前置放大器可以支持多个麦克风放大器和滤波器组合的信号路径，实现多个频段的调制，以保持麦克风信号的完整性。
[0009]前述的用于耳机的主动噪音消除电路中，可以采用成本较低的缓冲器代替前置放大器，即在麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置缓冲器，缓冲器的电压增益是一，不能放大输入信号的电压，只能放大输入信号的电流。
[0010]前述的用于耳机的主动噪音消除电路中，滤波器设置在可变增益麦克风放大器与混频器之间。
[0011]前述的用于耳机的主动噪音消除电路中，滤波器设置在麦克风与可变增益麦克风放大器之间。
[0012]前述的用于耳机的主动噪音消除电路中，滤波器为带通、高通或者低通滤波器，以选择需要反相的信号频段。
[0013]前述的用于耳机的主动噪音消除电路中，滤波器为一阶滤波器、二阶滤波器成多阶滤波器。
[0014]前述的用于耳机的主动噪音消除电路中，所述耳机为头戴式耳机或者入耳式耳机。
[0015]与现有技术相比，本实用新型的麦克风噪声信号路径(即麦克风放大滤波电路)采用2个以上可变增益麦克风放大器+滤波器的组合电路，使不同级别的放大增益应用到麦克风信号的不同频段。也就是说，如果耳机在低频段的声学响应高，而在中频率段的声学响应低，应用本实用新型后，可以对低频段应用低水平的放大增益，并对中频段应用高水平的放大增益，补偿了耳机的声学响应在不同频段的不均匀；如果麦克风在低频段的灵敏度低，而在高频率段的灵敏度高，应用本实用新型后，可以对低频段应用高水平的放大增益，并对高频段应用低水平的放大增益，补偿了麦克风灵敏度在不同频段的不均匀。每个滤波器调谐过程只需要照顾一个比较窄的频段，可以更容易、更快地完成调谐过程，从而在所有频段都达到高水平的噪音消除效果。
[0016]本实用新型无需采用混合式电路(即在耳机耳罩内、外各设置一个麦克风)，只需设置一个麦克风(即前馈式或反馈式)，其噪音消除效果与混合式的相当，甚至更好。
[0017]随着便携式音频/视频设备，如MP3、手机、音乐播放器、便携式媒体播放器(PMP)、笔记本电脑、上网本电脑等的出现与普及，头戴式和入耳式耳机已经成为人们日常生活中相当重要的电子设备配件。由于公众地方的嘈杂环境会大大降低人们利用耳机接收声音信息的准确性，因此人们更加关注耳机的噪音消除功能、尺寸、功耗等方面。本实用新型所述主动噪音消除电路可应用于各种耳机中(包括有线、无线耳机)，并且应用该电路的耳机拥有制造成本低、尺寸小、重量轻、功率消耗低、适于大批量生产等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1、图2、图3是本实用新型的主动噪音消除电路图；
[0019]图4是实施例1的主动噪音消除电路图；
[0020]图5是实施例2的主动噪音消除电路图；
[0021]图6是实施例3的主动噪音消除电路图；
[0022]图7是实施例4的主动噪音消除电路图；
[0023]图8是实施例5的主动噪音消除电路图；
[0024]图9是实施例6的主动噪音消除电路图；
[0025]图10是现有技术的滤波电路频率响应图；
[0026]图11是现有技术的主动噪音消除效果图；
[0027]图12是实施例1、实施例2、实施例3的滤波电路频率响应图；
[0028]图13是实施例1、实施例2、实施例3的主动噪音消除效果图；
[0029]图14是实施例4、实施例5、实施例6的滤波电路频率响应图；
[0030]图15是实施例4、实施例5、实施例6的主动噪音消除效果图；
[0031]图16是现有技术的主动噪音消除电路图；
[0032]图17是耳机声学响应图；
[0033]图18、图19分别是50Hz、500Hz频率处的噪音消除原理图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0035]本实用新型的实施例1:一种用于耳机的主动噪音消除电路，如图4所示，每一个声道的环境噪声信号由麦克风收集后，分别经过2个麦克风放大滤波电路处理,各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器，滤波器设置在可变增益麦克风放大器与混频器之间；麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置前置放大器。
[0036]本实用新型的实施例2:—种用于耳机的主动噪音消除电路，如图5所示，每一个声道的环境噪声信号由麦克风收集后，分别经过2个麦克风放大滤波电路处理,各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器，麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置前置放大器，滤波器设置在前置放大器与可变增益麦克风放大器之间。
[0037]本实用新型的实施例3:—种用于耳机的主动噪音消除电路，如图6所示，每一个声道的环境噪声信号由麦克风收集后，分别经过2个麦克风放大滤波电路处理,各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器，麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置前置放大器，滤波器设置在前置放大器与可变增益麦克风放大器之间以及可变增益麦克风放大器与混频器之间。
[0038]本实用新型的实施例4:一种用于耳机的主动噪音消除电路，如图7所示，每一个声道的环境噪声信号由麦克风收集后，分别经过3个麦克风放大滤波电路处理,各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器，滤波器设置在可变增益麦克风放大器与混频器之间；麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置前置放大器。
[0039]本实用新型的实施例5:—种用于耳机的主动噪音消除电路，如图8所示，每一个声道的环境噪声信号由麦克风收集后，分别经过3个麦克风放大滤波电路处理,各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器，麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置前置放大器，滤波器设置在前置放大器与可变增益麦克风放大器之间。
[0040]本实用新型的实施例6:—种用于耳机的主动噪音消除电路，如图9所示，每一个声道的环境噪声信号由麦克风收集后，分别经过3个麦克风放大滤波电路处理,各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器，麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置前置放大器，滤波器设置在前置放大器与可变增益麦克风放大器之间以及可变增益麦克风放大器与混频器之间。
[0041]除上述实施例中所示的2路、3路的麦克风噪声信号路径外，还可以采用3路以上的麦克风噪声信号路径，如图1、图2、图3所示(图中N>3)。
[0042]上述实施例中，可用缓冲器代替前置放大器，即在麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置缓冲器；滤波器可以选择带通、高通或者低通滤波器，以选择需要反相的信号频段；滤波器可以是一阶滤波器、二阶滤波器成多阶滤波器。
[0043]上述实施例所述主动噪音消除电路可以通过离散电子元件、模拟信号集成电路、数字信号集成电路或混合信号(模拟+数字)集成电路来实现；并可应用于前馈式(麦克风位于耳机耳罩外侧)、反馈式(麦克风位于耳机耳罩内)或混合式(前馈式+反馈式)的噪音消除耳机(头戴式、入耳式)中。
[0044]图10、12、14分别是现有技术、实施例1_3、实施例4_6中滤波电路频率响应图；图
11、13、15分别是现有技术、实施例1-3、实施例4-6中主动噪音消除效果图。由图13、图15可知，实施例1-6中每个麦克风噪声信号路径(即麦克风放大滤波电路)采用2个或3个可变增益麦克风放大器+滤波器的组合电路时，对环境噪声(频率100?500HZ)的最大消除效果可达到30分贝，比图11所示的现有技术的典型噪音消除电路的降噪效果(最大值约为20分贝)要好很多。
【权利要求】
1.一种用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:每一个声道的环境噪声信号由耳机的麦克风收集后，分别经过至少2个麦克风放大滤波电路处理，各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器。
2.根据权利要求1所述的用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:每一个声道的环境噪声信号由耳机的麦克风收集后，分别经过2个麦克风放大滤波电路处理，各路处理后的噪声信号与音频信号一起进入混频器进行混合，再经过放大器放大，传入扬声器；每个麦克风放大滤波电路均包括可变增益麦克风放大器和滤波器。
3.根据权利要求1或2所述的用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:在麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置前置放大器。
4.根据权利要求1或2所述的用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:在麦克风和麦克风放大滤波电路之间设置缓冲器。
5.根据权利要求1所述的用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:滤波器设置在可变增益麦克风放大器与混频器之间。
6.根据权利要求1或5所述的用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:滤波器设置在麦克风与可变增益麦克风放大器之间。
7.根据权利要求6所述的用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:滤波器为带通、高通或者低通滤波器。
8.根据权利要求7所述的用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:滤波器为一阶滤波器、二阶滤波器成多阶滤波器。
9.根据权利要求8所述的用于耳机的主动噪音消除电路，其特征在于:所述耳机为头戴式耳机或者入耳式耳机。
【文档编号】H04R3/04GK203840514SQ201420216523
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】甘国华 申请人:安百特半导体有限公司