一种航空飞机飞行员用中低频主动降噪耳机及头盔的制作方法

技术领域

本发明涉及航空航天领域的降噪技术，特别涉及一种航空飞机飞行员用中低频主动降噪耳机及头盔。

背景技术：

由于飞机发动机功率的增大和为提高飞机性能而不断增加有关设备,航空飞机的噪声强度越来越大。在高噪声环境下,飞行员常常发生疲劳、头晕现象,影响飞行任务的完成,甚至会影响飞机和飞行员的安全。对2000 Hz以上的噪声,飞行员头盔能提供有效的无源噪声防护,但对低频噪声防护效果不佳。而很多飞机，尤其是直升机往往在低频范围产生很强的噪声;另外,机上通讯系统的语言频率也在中低频内。因此，业界需要利用降噪耳机及头盔等设备，主动降低环境噪音，提高航空飞机飞行员驾驶的安全性和舒适度。

降噪耳机是可有效降低环境噪声的耳机。

降噪耳机按照原理分为被动降噪(Passive Noise-Cancelling)耳机和主动降噪(Active Noise-Cancelling)耳机。所谓被动式降噪耳机就是利用物理特性将外部噪声与耳朵隔绝开，主要通过耳机上的隔声材料或者特殊结构尽量阻挡噪声，比较典型的有入耳式耳机、大耳罩式耳机等。这种方法原理简单、降噪成本低，但效果略为逊色，且由于使用了高密度的隔声材料，耳机较重，佩戴不舒服。

主动降噪耳机则完全从消除噪声本身出发，主动消除干扰，在耳机中设置了专门的降噪电路，降噪效果比被动式耳机要好。当然，大部分主动降噪耳机也都加入了被动降噪耳机的设计，因而主动降噪耳机在关闭主动降噪开关时，仍然可以作为普通耳机使用。

在军事行业中，飞行员在训练、或者战斗时，一方面要接收地面指挥中心的指令，同时要与地面指挥中心或者战斗编队中的其他飞行员进行沟通，但是，飞机发动机的噪声很大，如何在隔离噪声或者降噪的情况下保持通话的声音质量，这就对飞行员的耳机和麦克风提出了要求。

抗噪声性能是军用耳机的重要指标之一，并承担三方面的功能：

1、保护听力；

2、提高话音通信质量和效率；

3、保持灵敏的环境感知。

与此同时，航空飞机飞行员用降噪耳机一般会和头盔配合使用。按照头盔的结构而言，可分为全盔式和半盔式，全盔式头盔包裹整个头部，半盔式头盔则没有包裹下巴和后脑部分。主动降噪耳机是指通过降噪系统产生与外界噪音相等的反向声波，将噪音中和，从而实现降噪效果的耳机。中国专利ZL201521046064.1（一种主动降噪头盔）提出了一种使用方便、提高安全性的主动降噪头盔，在头盔上设置主动降噪耳机，能有效降低25dB的频率为300Hz的噪音，减少噪音对使用者的影响，在一定程度上提高安全性。然而，当面对航空飞机飞行时各种机械噪声并存的复杂环境，其无法解决环境噪声对语言通信联络造成很大的干扰和影响，如遇战争环境等极端情况，更无法取得降噪实效，甚至造成严重的后果。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种航空飞机飞行员用中低频主动降噪耳机，以满足现有军用耳机的性能要求。

本发明提供的航空飞机飞行员用中低频主动降噪耳机包括：降噪电路板、磁路器、参考麦克风；所述参考麦克风采集声音信号，并输出到降噪电路板；所述降噪电路板过滤除去声音信号中的有效信号，并对过滤后剩余的噪声信号反相后输出到磁路器；磁路器将所述声音信号与反相后的信号叠加后输出。

进一步，所述磁路器包括扬声器。

进一步，还包括：电源、降噪控制开关和指示灯；所述电源向降噪电路板供电，降噪控制开关连接于降噪电路板和磁性系统之间；所述电源、降噪电路板、磁路器、参考麦克风、降噪控制开关和指示灯集成于控制盒。

进一步，所述控制盒的材料采用2024铝合金，并在内表面进行电氧化处理，在外表面喷涂黑色无光磁漆。

进一步，还包括：耳罩，所述的耳罩与发声单元接触，耳罩采用压耳式耳罩或绕耳式耳罩；所述耳罩的内部填充海绵，耳罩的外部材料采用吸声材料，吸声系数为0.33~0.44。

进一步，还包括：耳机放大电路、送话器，和耳机引线；所述耳机引线连接于耳机放大电路输出端与耳机音圈之间，所述送话器采用HK-91M型抗噪声送话器；所述耳机引线采用多支芯的无氧铜线。

本发明还提供包含所述航空飞机飞行员用中低频主动降噪耳机的头盔，包括：左耳组件、右耳组件、头带、盔体和控制盒；所述左耳组件包括左耳罩、左侧法兰盘、左侧外壳、左侧送话器和左侧受话器；左侧外壳、左侧受话器和左侧法兰盘构成后腔；右耳组件和左耳组件结构相同，安装位置对称。头带连接左耳组件和右耳组件；连接后的中心位于头盔的中心。

进一步，左耳组件和右耳组件的重量差不超过二者中较轻一个的重量的10%。

进一步，控制盒安装于头盔正后方。

进一步，该头盔还包括：下裙边；所述下裙边由弹性布料制成。

本发明的有益效果包括：

1.主动降低环境噪音，可有效降低中低频声波对话音的影响，提高航空飞机飞行员驾驶的安全性和舒适度；

2.满足GJB150-86 军用设备环境试验方法有关规定的要求。

3.体积小，重量不超过200g；符合人机工程、机舱环境要求；工作温度：-20℃~70℃；存贮温度： -20℃~70℃，湿热：70%。

附图说明

图1是本发明实施例提供的军用耳机左耳组件结构示意图；

图2是本发明实施例提供的军用耳机右耳组件结构示意图；

图3是本发明实施例提供的军用耳机控制盒的结构示意图。

具体实施方式

在军事上，随着现代化装备的动力、火力和运行速度的提高，训练和实战现场的噪声也越来越大，出现了120dB 以上的高噪声环境。如坦克，在群体高速行进时，车内噪声达126dB以上的总声级。其它如直升机、快艇、炮舰及高炮、排炮阵地等，均可形成高噪声环境。同时，现代化战争是海陆空联合立体化的，战场上不仅有枪炮的噪声，而且各种机械噪声并存，环境噪声将对语言通信联络造成很大的干扰和影响，甚至造成严重的后果。所以解决高噪声环境下的语言通信及个人防护，是现代军事装备急需解决的问题。

在单腔单垫耳罩基础上，利用赫姆霍茨共振腔原理，设计出双腔或多腔单垫的耳罩。由于共振腔的谐振阻尼作用，在一定程度上改善了声衰减的频率特性。这种耳罩在中高频频率范围具有较好的抗噪隔声能力，而对300Hz 以下的低频噪声，随频率降低，几乎无隔声能力。这是因为低频噪声的波长长，具有很强的穿透能力，可以很容易地穿透耳罩的缘故。同时，耳腔的增多，耳罩的加大，其体积重量均比较大，佩戴使用不便，舒适性较差，甚至不能与防护头盔配套。

在送话方面，头戴式产品大都选用接触式骨导送话器或气导式压差送话器，但在110dB 以上的高噪声环境，这些器件的抗噪性能有限，而且接触式送话器的送话清晰度较差。由于低频声波对话音的强烈掩蔽作用，大大降低了话音信号的信噪比和可懂度。实测证实，在大多数高噪声环境，噪声的能量大都集中在低频频段。在高噪声环境下,普通头戴式耳机的抗噪声能力是有限的, 它已不能完全满足现代通信及噪声防护的要求。

本发明提供的航空飞机飞行员用中低频主动降噪耳机包括：降噪电路板、磁路器、参考麦克风；所述参考麦克风采集声音信号，并输出到降噪电路板；所述降噪电路板过滤除去声音信号中的有效信号，并对过滤后剩余的噪声信号反相后输出到磁路器；磁路器将所述声音信号与反相后的信号叠加后输出。所述磁路器包括扬声器。本发明提供的军用噪声耳机还包括：耳机放大电路、送话器，和耳机引线；所述耳机引线连接于耳机放大电路输出端与耳机音圈之间，所述送话器采用HK-91M型抗噪声送话器；所述耳机引线采用多支芯的无氧铜线。

参考图3，本发明所提供的航空飞机飞行员用中低频主动降噪耳机还包括：电源5-3、降噪控制开关5-6和指示灯5-1；所述电源5-3向降噪电路板5-4供电，降噪控制开关5-6连接于降噪电路板5-4和磁性系统之间；所述电源、降噪电路板、磁路器、参考麦克风、降噪控制开关和指示灯集成于控制盒。所述控制盒的材料采用2024铝合金，并在内表面进行电氧化处理，在外表面喷涂黑色无光磁漆。由于内部有电子元器件、电路，基于电磁兼容性、强度等方面的考虑，选用2024铝合金，并在结合部位设计成相互咬合的结构，最后在内表面进行导电氧化处理，将电池泄露降至最新程度，保护飞行员的安全。在结构件外表面，对外表面喷涂黑色无光磁漆，增加辐射散热系数，将内部热量快速导出，从而保证控制电路的工作可靠性。

参考图1和图2，所述参考麦克风包括左侧参考麦克风和右侧参考麦克风；耳机包括左耳组件和右耳组件；左耳组件包括左耳罩3-1、左侧法兰盘3-2、左侧外壳3-3、左侧受话器3-4和左侧送话器3-5。其中左耳罩3-1、左侧法兰盘3-2、左侧受话器3-4和左侧送话器3-5形成密闭的(佩戴后)空间，构成前腔，耳罩在设计时充分考虑飞行员佩戴舒适、前腔空间容积，因此在设计时选用具有一定弹性的材料，并在外面包覆一层软皮，并设计成绕耳式，佩戴时完全包覆飞行员的耳部，并与面部形成密闭空间。左侧外壳3-3、左侧受话器3-4与左侧法兰盘构成后腔，后腔也是密闭的，在考虑头盔内部空间的情况下，在外壳设计时尽量增大后腔空间。左侧送话器3-5的位置是基于佩戴时人耳道位置设计的，并用来采集前腔的混响信号并提供给降噪控制电路处理，形成负反馈作用，从而起到降噪的目的。

参考图2，右耳组件包括右耳罩4-1、右侧法兰盘4-2、右侧外壳4-3、右侧受话器4-4和右侧送话器4-5。其中右耳罩4-1、右侧受话器4-4、右侧送话器4-5与右侧法兰盘4-2形成密闭的(佩戴后)空间，构成前腔。耳罩在设计时充分考虑飞行员佩戴舒适、前腔空间容积，因此在设计时选用具有一定弹性的材料，并在外面包覆一层软皮，并设计成绕耳式，佩戴时而且完全包覆飞行员的耳部，并与面部形成密闭空间。而右侧外壳、右侧受话器与右侧法兰盘构成后腔，后腔也是密闭的，在考虑头盔内部空间的情况下，在外壳设计时尽量增大后腔空间。右侧送话器4-5的位置是基于佩戴时人耳道位置设计的，并用来采集前腔的混响信号并提供给降噪控制电路处理，形成负反馈作用，从而起到降噪的目的。另外，左、右耳的受话器、内置送话器型号完全相同。

本发明所提供的军用主动降噪耳机还包括支撑、佩戴结构。头戴的功能是固定左右发声单元，将其至于头的两侧，它的结构和它与单元的连接方式决定头戴和耳罩对头部的压力，影响着耳机佩戴的舒适性。一副耳机不能太紧也不能太松，应可以长时间佩带。头戴单元的可调整性可以保证不同头部形状和不同用途的使用，专业音频人员有时需要单只单元监听，单元就需要能够旋转，另外线的长度和单元的入线方式也是影响使用的一个因素。在调整头戴长度时要注意：头带短，对头顶的压力大，耳罩对头的压力就小，头带长时相反，三点的压力要取得平衡才是最舒适的，对于自适应头带这个问题就不存在了。

头箍设计首要考虑佩戴者的舒适感。头箍是将耳机固定在头部的重要部件，我们佩戴耳机头部与耳箍之间的松紧程度与头箍的大小有关。头箍部件主要是起到一定的支撑作用，用于减少耳机带给耳朵的重力，增加耳朵的舒适性。横梁上一般覆盖着和耳罩材质相仿的厚厚垫子，用以减轻头箍对头顶的压迫感，更加有利于长时间佩戴，有时候在外面再覆盖着一层类似于纱布的布料，因为布料比人造皮革或者其他合成纤维材料来的天然、舒适。

本文的耳机由于是安装在飞行员头盔中，因此不单独设计头箍，而是在头盔设计时增加一套由帆布材料适合飞行员头部且可调节的结构，这个结构既起着将头盔与飞行员头部固定，又充当耳机的头箍和支撑结构。本耳机设计时与飞行员头盔结合设计，考虑了耳机在头盔中的安装，确保飞行员佩戴头盔时能发挥耳机通话和降噪的功能。

固定磁路器和振动系统的是一个塑料框架，叫台面，振膜的边缘就粘合在这个框架上。这个框架要有足够的刚性，不会因为固定磁路和振动部分发生形变，而且尽量少的传递振动。磁路和振动系统后面是耳机的外壳，外壳与台面之间形成一个腔体，这个腔体的大小、形状、内部填充的阻尼材料的位置、种类、数量影响耳机的频率响应，一般说这个腔体越大越容易获得高质量、深潜的低频。

封闭式耳机的外壳是封闭的，防止外界声音进入，声音外泄减少，在专业监听中使用的很多。声音一般来说非常清晰，细节丰富，低频响应非常好，对大多数人来说封闭式耳机佩带有密闭质感。

所述的耳罩与发声单元接触，耳罩采用压耳式耳罩或绕耳式耳罩；所述耳罩的内部填充海绵。它对于动圈式耳机是至关重要的，其功能是将低频反射回来，保证低频的重放。根据人耳的外部形状，耳罩一般被设计成两种样式，一种压在耳朵上，叫压耳式耳罩，这种耳罩在调整头带长度时要注意：头带短，对头顶的压力大，耳罩对头的压力就小，头带长时相反，三点的压力要取得平衡才是最舒适的。另一种耳罩呈杯状，环绕着耳朵，叫绕耳式耳罩。这两种设计都是为了使其贴住耳廓而不至于滑落。另外在耳罩的内部一般填充海绵，使其尽量的柔软，并在外面蒙上皮革或绒布，使人耳感觉舒适。 而耳塞的外部形状、尺寸大小是根据人耳外耳道的特征而设定的，它能够适合多数人佩戴使用。

本发明的优点是：

1、结构简单、拆装方便；

2、强度好、重量轻并具备良好的抗震性能；

3、散热效果和电磁兼容性都能满足使用要求；

4、能够实现复杂环境中的高中低频主动降噪。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。