一种有源降噪耳机电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种有源降噪耳机，属于智能电器【技术领域】，其电路主要由依次相连的噪声收集单元、滤波单元、移相单元、反相相加单元四个部分组成。用该方案实现的有源降噪耳机具有元件少、成本低、功耗低、电路稳定、降噪效果不受人的空间位置变化影响等优点。
【专利说明】—种有源降噪耳机电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电器【技术领域】，特别涉及一种有源降噪耳机的电路结构设计。
【背景技术】
[0002]有源降噪耳机(又称主动降噪耳机)是指通过产生频率与环境噪声完全一样而相位相差180°的声波，并与环境噪声叠加，从而主动地消除环境噪声的耳机，它能够在消除环境噪音的同时又不影响人听音乐与语言交流。其工作原理是:首先，驻极体话筒将接收到的环境噪声信号转换为相应的电压信号；其次，对该电压信号进行滤波、移相、反相放大并与音乐信号相加；最后，将处理过的信号输出到耳机，产生叠加了与环境噪声等大、反相的声波的音乐信号，该声波与环境噪声相互抵消，从而达到消除环境噪声的目的。已公开的有源降噪耳机电路大部分采用模拟电路的方式来实现降噪处理，需检测采样到的噪声幅值、频率、相位等特性,经过滤波、反相处理后,产生一个幅值相同、相位相反的信号通过扬声器输出，来抵消噪声信号，从而实现降低噪声的目的，具有响应速度快、实时性好等优点，但是电路结构较复杂，所用元件较多；另一些采用数字电路的方式来实现降噪处理，具有功能丰富、可通过软件实现智能降噪处理等优点，但是电路更为复杂，成本较高，且电路功耗高，减少了电池的续航时间。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种有源降噪耳机，本电路的实现方案具有元件少、成本低、功耗低、电路稳定、降噪效果不受人的空间位置变化影响等优点，且对于低频噪音降噪效果较好。
[0004]本实用新型提出的一种有源降噪耳机电路，其特征在于，该电路包括依次相连的由驻极体话筒、电阻和电源构成的噪声收集单元、由低能滤波器和高通滤波器组成的滤波单元、由移相桥电路和减法器组成的移相单元、由反相加法器构成的反相相加单元。
[0005]本实用新型的特点有:
[0006]1、电路元件少，仅使用了四个运算放大器，成本低廉；
[0007]2、将驻极体话筒与耳机固定在一起，电路的降噪效果基本不受人的空间位置变化影响，在一定范围内都可以实现一定的降噪效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型中有源降噪耳机的电路结构框图。
[0009]图2是本实用新型中有源降噪耳机实施例的具体电路图及元件参数的参考值。
【具体实施方式】
[0010]本实用新型的有源降噪耳机的电路附图及详细说明如下:
[0011]本实用新型的有源降噪耳机的电路如图1所示，该电路包括依次相连的由驻极体话筒构成的噪声收集单元、由低能滤波器和高通滤波器组成的滤波单元、由移相桥电路和减法器组成的移相单元、由反相加法器构成的反相相加单元。
[0012]本实用新型的各单元的具体电路如图2所示，其中:
[0013]噪声收集单元I包括驻极体话筒D，第一电阻(Rl)，8V直流电源第一端口(Vl);其中，驻极体话筒(D)源极接地，驻极体话筒(D)漏极与第一电阻(Rl)、滤波单元相连，第一电阻(Rl) —端与8V直流电源第一端口(Vl)正极相连，另一端与驻极体话筒(D)漏极、滤波单元相连，8V直流电源第一端口(Vl)负极接地。
[0014]滤波单元I I包括一个低通滤波器与一个高通滤波器。低通滤波器由第二电阻(R2)，第一电容(Cl)，第一运算放大器(Ul)，15V直流电源的第二、第三端口(V2、V3)组成；高通滤波器由第三电阻(R3)，第二电容(C2)，第二运算放大器(U2)，15V直流电源的第四、第五端口(V4、V5)组成。其中，第一运算放大器(Ul)的同相输入端与噪声收集单元相连，第一运算放大器(Ul)的反相输入端与第一运算放大器(Ul)的输出端、第二电阻(R2)相连，第一运算放大器(Ul)的正供电端与15V直流电源的第二端口(V2)正极相连，第一运算放大器(Ul)的负供电端与15V直流电源的第三端口(V3)负极相连；第二电阻(R2)与第一电容(Cl)的一端相连、第二运算放大器(U2)的同相输入端相连,第一电容(Cl)的另一端与地相连；第二运算放大器(U2)的反相输入端与第二运算放大器(U2)的输出端、第二电容(C2)的一端相连，第二运算放大器(U2)的正供电端与15V直流电源的第五端口(V5)正极相连，第二运算放大器(U2)的负供电端与15V直流电源的第四端口(V4)负极相连；第二电容(C2)的另一端与移相单元、第三电阻(R3)的一端相连，第三电阻(R3)的另一端与地相连。
[0015]移相单元III包含一个移相桥与一个减法器。移相桥由第四、第五电阻(R4、R5)，第一电位器(R6)，第三电容(C3)组成；减法器由第七至第十电阻(R7、R8、R9、R10)，第三运算放大器(U3)，15V直流电源的第六、第七端口(V6、V7)组成；其中，第三电容(C3) —端与滤波单元相连，第三电容(C3)另一端与第四电阻(R4)、第一电位器(R6)相连；第四电阻(R4)一端与滤波单元相连，第四电阻(R4)另一端与第五电阻(R5)、第七电阻(R7)相连；第一电位器(R6) —端分别与第三电容(C3)、第八电阻(R8)相连，第一电位器(R6)另一端接地；第五电阻(R5) —端与第四电阻(R4)、第七电阻(R7)相连，第五电阻(R5)另一端接地；第八电阻(R8) —端与第三电容(C3)、第一电位器(R6)相连,第七电阻(R7)另一端分别与第三运算放大器(U3)同相输入端、第九电阻(R9)相连；第八电阻(R8) —端分别与第三电容(C3)、第一电位器(R6)相连，第八电阻(R8)另一端与第三运算放大器(U3)反相输入端、第十电阻(RlO)相连；第九电阻(R9) —端与第三运算放大器(U3)同相输入端相连，第九电阻(R9)另一端接地；第十电阻(RlO) —端与第八电阻(R8)、反相相加单元相连，第十电阻(RlO)另一端与第三运算放大器(U3)输出端相连；15V直流电源第七端口(V7)负极接地，15V直流电源第七端口(V7)正极与第三运算放大器(U3)正供电端相连；15V直流电源第八端口(V8)正极接地，15V直流电源第八端口(V8)负极与第三运算放大器(U3)负供电端相连；第三运算放大器(U3)同相输入端分别与第七电阻(R7)、第九电阻(R9)相连，第三运算放大器(U3)反相输入端分别与第八电阻(R8)、第十电阻(RlO)、反相相加单元相连。
[0016]反相相加单元IV包含一个反相加法器。反相加法器由第十二、十三电阻(R12、R13)，第二电位器(Rll)，第四运算放大器(U4)，15V直流电源第八、第九端口(V8、V9)组成。其中，第十二电阻(R12) —端与输入的音乐信号(由其它装置产生，不属于本实用新型)相连，第十二电阻(R12)另一端与第十三电阻(R13)、第二电位器(R11)、第四运算放大器(U4)反相输入端相连；第二电位器(Rll) —端与移相单元相连，第二电位器(Rll)另一端与第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第四运算放大器(U4)反相输入端相连；第十三电阻(R13) —端与第十二电阻(R12)、第二电位器(R11)、第四运算放大器(U4)反相输入端相连，第十三电阻(R13)另一端与第四运算放大器(U4)输出端相连；15V直流电源第九端口(V9)负极接地，15V直流电源第九端口(V9)正极与第四运算放大器(U4)正供电端相连；15V直流电源第八端口(V8)正极接地，15V直流电源第八端口(V8)负极与第四运算放大器(U4)负供电端相连；第四运算放大器(U4)同相输入端接地，输出端与第十三电阻R13相连，第四运算放大器输出端为耳机信号的输出端。
[0017]各单元的功能及【具体实施方式】分别详细说明如下:
[0018]1、噪声收集单元
[0019]该单元在图2中如部分I所示。该单元利用驻极体话筒收集环境噪声，利用电源给驻极体话筒供电。驻极体话筒采用二端式接法，漏极输出。通过驻极体话筒采集到的电压信号存在直流偏置，通过后续滤波单元的处理可以消除该直流偏置。实际元件参数的参考值:R1可以采用30k Ω，驻极体话筒D可以采用日本铁三角公司生产的全指向性电容式计算机话筒ATR4600，8V直流电源可以采用干电池经DC-DC变换器变压产生，其具体产生方法不属于本实用新型。
[0020]2、滤波单元
[0021]该单元在图2中如I I部分所示。该单元由一个低通滤波器(由图1中第二电阻(R2)，第一电容(Cl)，第一运算放大器(Ul)，15V直流电源的第二、第三端口(V2、V3)组成)和一个高通滤波器(由图1中第三电阻(R3)，第二电容(C2)，第二运算放大器(U2)，15V直流电源的第四、第五端口(V4、V5)组成)组成，可视为一个带通滤波器，其通频带约为53Hz-318Hz。该单元可以消除驻极体话筒所采集到的电压信号中存在的直流偏置，同时也会消除高于318Hz的电压信号，由于人交谈时声波的频率一般高于300Hz，因此最后输出的信号中不会产生与人说话的声音相抵消的声波，从而也不会影响人的交谈。实际元件参数的参考值:U1、U2可以采用UA741⑶运算放大器，R2可以采用3.0kQ电阻，R3可以采用500 Ω电阻，C1、C2可以采用IyF电容，15V直流电源可以采用干电池经DC-DC变换器变压产生，其具体产生方法不属于本实用新型。
[0022]3、移相单元
[0023]该单元如图2中III部分所示，由一个移相桥和一个减法器组成。该单元可以实现对采集到的噪声信号进行相位调节并输出到下一个单元。在实际操作的过程中需在戴上耳机后将驻极体话筒至于靠近人耳及耳机处，由于驻极体话筒采集到的噪声信号与人耳实际听到的噪声信号存在一定的相位差，且在信号处理的过程中也会使原信号产生一定的相位差，而以上两种相位差无法定量计算，因此电路中需要一个能够对信号的相位进行调节的单元，以便在后续反相加法单元中对噪声信号实现反相后对信号的相位进行微调。同时，由于移相桥电路直接输出的信号为两个输出端之间的电势差，而输出到下一个单元的信号必须为某一点相对于地的电势差，故采用一个减法器(由图1中第四、第五电阻(R4、R5)，第一电位器(R6)，第三电容(C3)组成)，将移相桥(由图1中第七至第十电阻(R7、R8、R9、R1)，第三运算放大器(U3)，15V直流电源的第六、第七端口(V6、V7)组成)两个输出端的电压信号相减，从而将移相桥的两个输出端之间的电势差转换为了减法器的输出端相对于地的电压信号。实际元件参数的参考值:U3可以采用UA741⑶运算放大器，R4、R5可以采用10.0kQ电阻，R6可以采用5.0kQ电位器，R7、R8可以采用LOkQ电阻，R9、R10可以采用2.0kQ电阻，C3可以采用IyF电容，15V直流电源可以采用干电池经DC-DC变换器变压产生，其具体产生方法不属于本实用新型。
[0024]4、反相相加单元
[0025]该单元如图2中IV部分所示。该单元可以将经过处理的噪声信号与音乐信号叠加之后再反相，最后将信号输出到耳机。实际测试表明，音乐信号经过反相后对人所听到的音乐并无明显影响。实际元件参数的参考值山4可以采用以741^运算放大器，1?11可以采用
5.0kQ电位器，R12可以采用5.0kQ电阻，R13可以采用2.0kQ电阻，15V直流电源可
[0026]以采用干电池经DC-DC变换器变压产生，其具体产生方法不属于本实用新型。
【权利要求】
1.一种有源降噪耳机电路，其特征在于，该电路包括依次相连的由驻极体话筒、电阻及电源构成的噪声收集单元、由低能滤波器和高通滤波器组成的滤波单元、由移相桥电路和减法器组成的移相单元、由反相加法器构成的反相相加单元。
2.如权利要求1的有源降噪耳机电路，其特征在于，该噪声收集单元包括驻极体话筒(D)、第一电阻(Rl)、8V直流电源第一端口(Vl);其中，驻极体话筒(D)源极接地，驻极体话筒(D)漏极与第一电阻(Rl)、滤波单元相连，第一电阻(Rl) —端与8V直流电源第一端口(Vl)正极相连，另一端与驻极体话筒(D)漏极、滤波单元相连，8V直流电源第一端口(Vl)负极接地。
3.如权利要求1的有源降噪耳机电路，其特征在于，该滤波单元包含一个低通滤波器与一个高通滤波器；低通滤波器由第二电阻(R2)，第一电容(Cl)，第一运算放大器(Ul)，15V直流电源的第二、第三端口(V2、V3)组成；高通滤波器由第三电阻(R3)，第二电容(C2)，第二运算放大器(U2)，15V直流电源的第四、第五端口(V4、V5)组成；其中，第一运算放大器(Ul)的同相输入端与噪声收集单元相连，第一运算放大器(Ul)的反相输入端与第一运算放大器(Ul)的输出端、第二电阻(R2)相连,第一运算放大器(Ul)的正供电端与15V直流电源的第二端口(V2)正极相连，第一运算放大器(Ul)的负供电端与15V直流电源的第三端口(V3)负极相连；第二电阻(R2)与第一电容(Cl)的一端相连、第二运算放大器(U2)的同相输入端相连，第一电容(Cl)的另一端与地相连；第二运算放大器(U2)的反相输入端与第二运算放大器(U2)的输出端、第二电容(C2)的一端相连，第二运算放大器(U2)的正供电端与15V直流电源的第五端口(V5)正极相连，第二运算放大器(U2)的负供电端与15V直流电源的第四端口(V4)负极相连；第二电容(C2)的另一端与移相单元、第三电阻(R3)的一端相连，第三电阻(R3)的另一端与地相连。
4.如权利要求1的有源降噪耳机电路，其特征在于，该移相单元包含一个移相桥与一个减法器；移相桥由第四、第五电阻(R4、R5)，第一电位器(R6)，第三电容(C3)组成；减法器由第七至第十电阻(R7、R8、R9、R10)，第三运算放大器(U3)，15V直流电源的第六、第七端口(V6、V7)组成；其中，第三电容(C3) —端与滤波单元相连，第三电容(C3)另一端与第四电阻(R4)、第一电位器(R6)相连；第四电阻(R4) —端与滤波单元相连，第四电阻(R4)另一端与第五电阻(R5)、第七电阻(R7)相连；第一电位器(R6) —端分别与第三电容(C3)、第八电阻(R8)相连，第一电位器(R6)另一端接地；第五电阻(R5) —端与第四电阻(R4)、第七电阻(R7)相连，第五电阻(R5)另一端接地；第八电阻(R8) —端与第三电容(C3)、第一电位器(R6)相连，第七电阻(R7)另一端分别与第三运算放大器(U3)同相输入端、第九电阻(R9)相连；第八电阻(R8) —端分别与第三电容(C3)、第一电位器(R6)相连，第八电阻(R8)另一端与第三运算放大器(U3)反相输入端、第十电阻(RlO)相连；第九电阻(R9) —端与第三运算放大器(U3)同相输入端相连，第九电阻(R9)另一端接地；第十电阻(RlO) —端与第八电阻(R8)、反相相加单元相连，第十电阻(RlO)另一端与第三运算放大器(U3)输出端相连；15V直流电源第七端口(V7)负极接地，15V直流电源第七端口(V7)正极与第三运算放大器(U3)正供电端相连；15V直流电源第八端口(V8)正极接地，15V直流电源第八端口(V8)负极与第三运算放大器(U3)负供电端相连；第三运算放大器(U3)同相输入端分别与第七电阻(R7)、第九电阻(R9)相连，第三运算放大器(U3)反相输入端分别与第八电阻(R8)、第十电阻(RlO)、反相相加单元相连。
5.如权利要求1的有源降噪耳机的电路，其特征在于，该反相相加单元包含一个反相加法器；反相加法器由第十二、十三电阻(R12、R13)，第二电位器(R11)，第四运算放大器(U4)，15V直流电源第八、第九端口(V8、V9)组成；其中，第十二电阻(R12) —端与输入的音乐信号相连，第十二电阻(R12)另一端与第十三电阻(R13)、第二电位器(R11)、第四运算放大器(U4)反相输入端相连；第二电位器(Rll) —端与移相单元相连，第二电位器(Rll)另一端与第十二电阻(R12)、第十三电阻(R13)、第四运算放大器(U4)反相输入端相连；第十三电阻(R13) —端与第十二电阻(R12)、第二电位器(R11)、第四运算放大器(U4)反相输入端相连，第十三电阻(R13)另一端与第四运算放大器(U4)输出端相连；15V直流电源第九端口(V9)负极接地，15V直流电源第九端口(V9)正极与第四运算放大器(U4)正供电端相连；15V直流电源第八端口(V8)正极接地，15V直流电源第八端口(V8)负极与第四运算放大器(U4)负供电端相连；第四运算放大器(U4)同相输入端接地，输出端与第十三电阻R13、耳机信号的输出端相连。
【文档编号】H04R3/00GK204014024SQ201420353526
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】朱义诚, 施博辰, 朱桂萍, 于歆杰 申请人:清华大学