专利名称：一种在免提耳机中主动抗噪声的方法及免提耳机的制作方法
技术领域：
本发明涉及抗噪声技术领域，尤其涉及一种在免提耳机中主动抗噪声的方法及免提耳机。
背景技术：
常见的在耳机中抗环境噪声的方法及耳机主要分为两大类被动式和主动式。被动式以吸音和隔音为主；主动式则利用电子或其他方法，将部分噪声的相位作180度反相， 再与源噪声混合，如反相后的噪声与源噪声幅度相等而相位正好相反，则噪声会完全被抵消。现有的主动抗噪声的耳机通常都需要在每一个耳机旁设置一麦克风，如图1(入耳式耳机)和图2(耳罩式耳机)所示。图1和2中，100为环境噪声源，101为漏进外耳道的环境噪声，102为接收噪声的麦克风，103为耳机主体，104为耳机的扬声器，105为扬声器104发出的声音，106为耳朵，107为混音器，108为源信号，也是耳朵106想听到的声音， 109为信号处理器，包括了混音器107及噪声处理器110，111为麦克风的电线，传送麦克风信号，112为扬声器104的电线，传送扬声器信号，200为耳朵内的耳膜，将外耳道的声音，转变成信号，传送到大脑。具体地，麦克风102收集了外面的环境噪声100，将其变成电信号，经电线111传至信号处理器109上，信号处理器109中的噪声处理器110将噪声放大、反相、过滤、延迟或作其他信息处理，再送到混音器107与源信号108混合，源信号可以是从MP3、手机、多媒体播放器、平板电脑等多媒体设备出来的信号，混合后的信号再经过放大缓冲，由电线112送到耳机主体103的扬声器104中去。从扬声器104发出来的声音105，在外耳道传播，直达耳鼓膜200，声音105包括了有用的源信号108及经噪声处理器110处理过的噪声，如果扬声器发出来的声音105的噪声部分的幅度与漏进耳朵106的噪声101相等，而相位是180度反相，则耳鼓膜200完全听不到外面的环境噪声100 了。在这种传统主动式抗噪声的耳机中，由于收集噪声的麦克风102与扬声器104间距较小，使得麦克风102除了收集环境噪声100外，还无可避免地收集到扬声器104发出来的声音，这些声音大部分是由有用的源信号108产生的，这中负反馈将使源信号声音变小， 如相位有偏差，还会造成失真并产生新的噪声。另外，传统主动式抗噪声耳机在两个听筒上分别设置麦克风，需要进行特别设计，价格昂贵，不利于普及。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中主动抗噪声的方法和装置容易减弱源信号、产生新的噪声以及价格昂贵等缺陷，利用免提耳机中用于语音通话的麦克风收集环境噪声，提供一种保证源信号质量、更彻底抗噪声且价格低廉的在免提耳机中主动抗噪声的方法及免提耳机。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
提供一种在免提耳机中主动抗噪声的方法，包括收集环境噪声，所述收集过程由原用于提供语音通信功能的所述免提耳机的外挂麦克风执行，所述外挂麦克风与外耳道的距离小于1米；对所述环境噪声进行反相处理；将所述反相的环境噪声与来自多媒体设备的源信号混合。本发明在免提耳机中主动抗噪声的方法中，所述外挂麦克风还用于在进行语音通信时收集语音信号。本发明在免提耳机中主动抗噪声的方法中，还包括对所述环境噪声进行放大处 理。本发明在免提耳机中主动抗噪声的方法中，还包括对所述环境噪声进行过滤处 理。本发明在免提耳机中主动抗噪声的方法中，还包括对所述环境噪声进行延迟处理。本发明还提供一种主动抗噪声的免提耳机，包括耳机主体，还包括用于收集环境噪声的外挂麦克风，所述外挂麦克风原用于提供语音通信功能，所述外挂麦克风与所述耳机主体相连，且与外耳道的距离小于1米；用于处理所述环境噪声的信号处理器，所述信号处理器包括反相器，所述反相器用于对所述环境噪声进行反相处理；以及用于将所述反相的环境噪声与来自多媒体设备的源信号混合的混音器。本发明主动抗噪声的免提耳机中，所述外挂麦克风还用于在进行语音通信时收集
语音信号。本发明主动抗噪声的免提耳机中，所述信号处理器还包括用于对所述环境噪声进行放大处理的缓冲放大器。本发明主动抗噪声的免提耳机中，所述信号处理器还包括用于对所述环境噪声进行过滤处理的频谱过滤器。本发明主动抗噪声的免提耳机中，所述信号处理器还包括用于对所述环境噪声进行延迟处理的音频延迟器。本发明主动抗噪声的免提耳机中，所述信号处理器集成于所述多媒体设备中或外置于所述多媒体设备且与所述耳机通信相连。本发明主动抗噪声的免提耳机中，所述信号处理器是小型集成电路。本发明一种在免提耳机中主动抗噪声的方法及免提耳机的有益效果为通过使用普通手机的免提耳机将外挂麦克风与耳机主体分开，避免在抗噪声时减弱源信号，避免产生新的噪声，提高了耳机抗噪声的能力，而且是基于普通的手机免提耳机，价格低廉，利于普及。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是现有技术中传统主动抗噪声的入耳式耳机的示意图；图2是现有技术中传统主动抗噪声的耳罩式耳机的示意图3是根据本发明一个实施例的主动抗噪声的免提耳机的框图；图4是根据本发明一个实施例的主动抗噪声的入耳式耳机的示意图；图5是根据本发明一个实施例的主动抗噪声的耳罩式免提耳机的示意图；图6是根据本发明一个实施例的信号处理器内置于多媒体设备的免提耳机的示意图；图7是根据本发明一个实施例的信号处理器外置于多媒体设备的免提耳机的示意图；图8是根据本发明一个实施例的在免提耳机中主动抗噪声的方法的流程图；图9是根据本发明一个实施例的抗噪声的效果的曲线图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。图3是根据本发明一个实施例的主动抗噪声的免提耳机的框图。在本实施例中， 一种主动抗噪声的免提耳机包括耳机主体30 (包含扬声器和各种连接线)、外挂麦克风40、 信号处理器50和混音器60。信号处理器50中可以包括反相器51。混音器60可以集成在信号处理器50中，或置于信号处理器50外并与信号处理器50通信相连。外挂麦克风40用于收集环境噪声。本发明采用的外挂麦克风40原用于提供语音通信功能，例如是普通的手机免提耳机上的外挂麦克风。因此，外挂麦克风40还可以用于在进行语音通信时收集语音信号。外挂麦克风40与信号处理器50相连，且与外耳道的距离小于1米。传统主动抗噪声的耳机要将收集噪声的麦克风尽量放在耳机旁边，主要是为了获取接近外耳道的噪声。在现实环境下，大部份噪声都是较低频的，波长都在一米或以上。 因此当麦克风与外耳道的距离小于(或远小于)1米时，所产生的相位误差将会很少，因而可以忽略。信号处理器50用于处理外挂麦克风40收集的环境噪声。在本实施例中，信号处理器50从外挂麦克风40接收环境噪声，信号处理器50中的反相器51对接收的环境噪声进行反相处理。混音器60用于将反相的环境噪声与来自多媒体设备的源信号混合。在本实施例中，混音器60从反相器51接收经反相的环境噪声，并从相连的多媒体设备接收源信号，然后混音器60将这两种信号混合。由于经反相的环境噪声与人的耳朵通过外耳道接收的音频信号中的环境噪声的幅度相等，相位相反，因此可以部分或完全抵抗音频信号中的环境噪声。在工作过程中，外挂麦克风40收集环境噪声，然后将环境噪声传送给信号处理器 50。信号处理器50对接收的环境噪声进行处理。在本实施例中，信号处理器50中的反相器51对接收的环境噪声进行反相处理(180度反相)。然后，反相器51将经反相的环境噪声传送给混音器60，同时混音器60从相连的多媒体设备接收源信号，然 后混音器60将反相的环境噪声与源信号混合。由于经反相的环境噪声与人的耳朵通过外耳道接收的音频信号中的环境噪声的幅度相等，相位相反，因此可以部分或完全抵抗音频信号中的环境噪声，使人的耳朵能够更清晰地接收源信号产生的音频。 本发明提供的主动抗噪声的免提耳机通过采用普通手机的免提耳机将外挂麦克风与耳机主体分开，避免在抗噪声时减弱源信号，避免产生新的噪声，提高了耳机抗噪声的能力，而且是基于普通的手机免提耳机，价格低廉，利于普及。图4是根据本发明一个实施例的主动抗噪声的入耳式免提耳机的示意图。图5是根据本发明一个实施例的主动抗噪声的耳罩式免提耳机的示意图。在这些实施例中，主动抗噪声的免提耳机包括耳机主体203、外挂麦克风202、信号处理器209和混音器207。其中，耳机主体203、外挂麦克风202和混音器207分别与参考图3描述的耳机主体30、外挂麦克风40和混音器60相同或相似。尽管图4和5所示的混音器207位于信号处理器209 中，但这仅仅用于举例说明，而不用于限制，在本发明的其它实施例中，混音器207还可以置于信号处理器209外，例如耳机主体203中。在图4和5中，204为耳机主体203中的扬声器，208、211、212分别与图1和2中的108、111、112相同。在图4和图5所示的实施例中，信号处理器209除了包括反相器210B外，还包括缓冲放大器210A。缓冲放大器210A可以用于对外挂麦克风202收集的环境噪声进行适当地放大处理，以便配合不同灵敏度的麦克风，达到最好的抗噪声效果。在本发明的其它实施例中，信号处理器209还可以包括频谱过滤器。频谱过滤器可以用于对外挂麦克风202收集的环境噪声进行适当地过滤处理，以控制对不同频谱的抗噪程度。例如，频谱过滤器可以适当减少甚至消除中、高频环境噪声，只保留低频环境噪声。 因为中、高频环境噪声大多是警号声或其它紧急讯号，适度减少或完全保留这类环境噪声可以避免使用者忽略外面的警号声或其它紧急讯号而影响安全。在本发明的其它实施例中，信号处理器209还可以包括音频延迟器。音频延迟器可以用于对外挂麦克风收集的环境噪声进行适当地延迟处理，以减小或消除由于处理噪声而产生的延迟，从而达到最佳的抗噪效果。在本发明的其它实施例中，信号处理器209可以是小型集成电路，除了反相器外， 它还可以包括缓冲器、频谱过滤器和音频延迟器中任意一种和/或多种的组合，且它们之间按照任意合适的顺序或方式连接。在传统主动式抗噪声的耳机中，除了将麦克风装在每个耳机上以外，其信号处理器109—般都使用分立模拟处理器(Discrete Analogue Signal Processing Module)或昂贵的数字处理器(Digital Signal Processing Module)，这两种处理器都具有体积大且耗电多的缺点，不利于在便携式设备上使用。因此，这种传统主动抗噪声的耳机都较昂贵且不普及。在本发明的一些实施例中，采用小型集成电路制成的信号处理器，放在手机、MP3、多媒体播放器、平板电脑等的内部或外部，机外接线可以完全不变。 如果该集成电路是模拟集成电路，体积和耗电量都可以很小，从而可以节省成本。这种集成电路在申请号为201010265288. 7、题为“一种消除噪声的耳机及其驱动电路”的专利申请中有详细描述，本文将其全部纳入参考。若将上述主动抗噪声的免提耳机用在手机或语音通信设备中，信号处理器209将同时处理噪声及有用的语音信号，当使用者使用外挂麦克风202讲话时，未经处理的信号， 将通过缓冲器210A直接送到手机或其他语音通信设备213，再传给远方的接收者。缓冲器 210A还将外挂麦克风收集的信号送至反相器210B或频谱过滤器、音频延迟器，经过滤、放大、延迟、反相等信息处理后，与手机或语音通信设备中的源信号208混合，送到耳机的扬声器204中。在上述实施例中，频谱过滤器需要将外挂麦克风202所收集的较高频谱(包括讲话频谱)尽量过滤。图6是根据本发明一个实施例的信号处理器内置于多媒体设备的免提耳机的示意图。如图所示，303为入耳式耳机主体，302为外挂麦克风，350为耳机主体303的耳机插， 351为耳机插350中的四节插头，324A与外挂麦克风302连接，322A和323A分别与耳机主体303中的左、右扬声器连接，321A为共同接线。300为常见的使用入耳式免提耳机的多媒体设备(例如多媒体手机)，300A为内置有信号处理器的多媒体设备，352为耳机插座， 321、322、323及324均分别直接(在300中)或间接通过信号处理器309 (在300A中)与 321A、322A、323A及324A连接。信号处理器309内的307，3IOA及3IOB分别与图4和5所示的207、210A及210B相同或相似。在本实施例中，300、300A可以是手机、MP3、多媒 体播放器、平板电脑等多媒体设备，303可以是入耳式免提耳机或耳罩式免提耳机主体，该耳机主体通过一个四节耳机插 350接到多媒体设备上，麦克风302不仅可以在手机通话时作通话用，同时还可以用于接收环境噪声。耳机插350有一个四节插头351，其中两节是左右声道322A，323A，一节是麦克风324A，一节是共同接线321A，321A也可接地。此四节插头也可用于其他左右声道、麦克风和接地的组合上。在没有内置信号处理器309时，耳机主体303通过四节耳机插350接到300的插座352中，作免提耳机之用。当内置信号处理器309时，耳机主体303也是插在四节耳机插座352上。但这时322A，323A及324A则接到信号处理器309上，缓冲器310A将麦克风信号分别送去324及310B中，324是供手机或平板电脑使用的麦克风信号通道，在MP3及多媒体播放器中不需使用。310B将310A传送来的环境噪声反相(还可以在反相前进行过滤、放大和/或延迟等信息处理)，再送到混音器307与左右声道源信号混合，经耳机插座352传送到耳机主体303去。在本实施例中，信号处理器309可以共用多媒体设备的电源。图7是根据本发明一个实施例的信号处理器外置于多媒体设备的免提耳机的示意图。在图7所示的实施例中，除了信号处理器309外置于多媒体设备300且需要独立电源以外，其它部分与如图6所示的免提耳机大致相同。如图7所示，300B是一外置附件，独立电源340和信号处理器309置于外置附件300B中，350A为将信号处理器与多媒体设备 300通信连接的四节耳机插。在图7所示的实施例中，信号处理器309由独立电源340驱动，340可以是干电池或蓄电池，如使用蓄电池，则需要有一充电系统。信号处理器309的工作原理与图3-6中任意实施例所描述的方法相同。其中，信号处理器309通过插座352与耳机插头350连接，也通过插头350A与多媒体设备300的耳机插座352连接。在本实施例中，耳机主体303与信号处理器附件300B间以及信号处理器附件300B与多媒体设备300间的连接方式相同。另夕卜，由于每个免提耳机品牌的麦克风灵敏度都不同，因此缓冲器310A的放大率最好是可调的，以获得最佳的抗噪效果。虽然图6和图7所示的实施例均为基于手机免提耳机的主动抗噪耳机，但是本发明并不限于基于免提手机耳机，还可以基于任意合适的具有外挂麦克风的耳机。另外，在本发明的其它实施例中，还可以使用其它连接方式，例如USB插头和插座式，而不仅限于四节耳机插。而且，耳机主体303与信号处理器附件300B间以及信号处理器附件300B与多媒体设备300间的连接方式可以不同。图8是根据本发明一个实施例的在免提耳机中主动抗噪声的方法的流程图。在本实施例中，在免提耳机中抗噪声的方法从步骤Sl开始。在步骤Sl中，收集环境噪声，收集过程由该免提耳机的外挂麦克风执行，该外挂麦克风原用于提供语音通信功能，例如是普通手机免提耳机的外挂麦克风，该外挂麦克风与外耳道的距离小于1米。在步骤S2中，对收集的 环境噪声进行反相处理。在步骤S3中，将经反相处理的环境噪声与来自多媒体设备的源信号混合。由于经反相的环境噪声与人的耳朵通过外耳道接收的音频信号中的环境噪声的幅度相等，相位相反，因此可以部分或完全抵消音频信号中的环境噪声，使人的耳朵能够更加清晰地接收源信号产生的音频。本发明提供的在免提耳机中主动抗噪声的方法通过使用免提耳机将外挂麦克风与耳机主体分开，避免了抗噪声时对源信号产生不利影响，且避免产生新的噪声，提高了耳机抗噪声的能力。在本发明的其它实施例中，还可以对收集的环境噪声进行适当地放大处理，以便配合不同灵敏度的麦克风，达到最好的抗噪声效果。在本发明的其它实施例中，还可以对收集的环境噪声进行适当地过滤处理，以控制对不同频谱的抗噪程度。例如，可以适当减少甚至消除中、高频环境噪声，只保留低频环境噪声。因为中、高频环境噪声大多是警号声或其它紧急讯号，适度减少或完全保留这类环境噪声可以避免使用者忽略外面的警号声或其它紧急讯号而影响安全。在本发明的其它实施例中，还可以对收集的环境噪声进行适当地延迟处理，以减小或消除由于处理噪声而产生的延迟，从而达到最佳的抗噪效果。图9是根据本发明一个实施例的抗噪声的效果的曲线图。从图9中可以看出，本发明提供的耳机未开启主动抗噪信号处理器前(即ANC OFF)，由于屏蔽也能适度降低环境噪声，但在开启主动抗噪信号处理器(即ANC ON)后，可以将环境噪声进一步降低10dB，从而明显抑制甚至消除环境噪声。在本发明的一些实施例中，可以利用常见手机免提耳机上的外挂麦克风收集环境噪声，通过过滤、延迟，放大等适当的信号处理及相位倒转，再与源信号混合，传送到耳机， 与漏进外耳道的环境噪声互相抵消，将环境噪声大幅度降低。使用这种方法及耳机，避免了抗噪声时对源信号产生不利影响，且避免产生新的噪声，提高了耳机抗噪声的能力。另外， 还可以避免使用传统的特制且昂贵的主动抗噪耳机。而且这种方法和耳机可以用于手机、 电话、MP3、收音机、摄录机、DVD机、手提电脑、平板电脑、互联网播送设备，多媒体播放设备、 耳聋助听器及其他需要使用耳机的通信及播放设备中，也可用于保护听觉的工业耳机中。虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
权利要求
1.一种在免提耳机中主动抗噪声的方法，其特征在于，包括收集环境噪声，所述收集过程由原用于提供语音通信功能的所述免提耳机的外挂麦克风执行，所述外挂麦克风与外耳道的距离小于1米；对所述环境噪声进行反相处理；将所述反相的环境噪声与来自多媒体设备的源信号混合。
2.根据权利要求1所述的在免提耳机中主动抗噪声的方法，其特征在于，所述外挂麦克风还用于在进行语音通信时收集语音信号。
3.根据权利要求1所述的在免提耳机中主动抗噪声的方法，其特征在于，还包括对所述环境噪声进行放大处理。
4.根据权利要求1所述的在免提耳机中主动抗噪声的方法，其特征在于，还包括对所述环境噪声进行过滤处理。
5.根据权利要求1所述的在免提耳机中主动抗噪声的方法，其特征在于，还包括对所述环境噪声进行延迟处理。
6.一种主动抗噪声的免提耳机，包括耳机主体，其特征在于，还包括用于收集环境噪声的外挂麦克风，所述外挂麦克风原用于提供语音通信功能，所述外挂麦克风与所述耳机主体相连，且与外耳道的距离小于1米；用于处理所述环境噪声的信号处理器，所述信号处理器包括反相器，所述反相器用于对所述环境噪声进行反相处理；以及用于将所述反相的环境噪声与来自多媒体设备的源信号混合的混音器。
7.根据权利要求6所述的主动抗噪声的免提耳机，其特征在于，所述外挂麦克风还用于在进行语音通信时收集语音信号。
8.根据权利要求6所述的主动抗噪声的免提耳机，其特征在于，所述信号处理器还包括用于对所述环境噪声进行放大处理的缓冲放大器。
9.根据权利要求6所述的主动抗噪声的免提耳机，其特征在于，所述信号处理器还包括用于对所述环境噪声进行过滤处理的频谱过滤器。
10.根据权利要求6所述的主动抗噪声的免提耳机，其特征在于，所述信号处理器还包括用于对所述环境噪声进行延迟处理的音频延迟器。
11.根据权利要求6所述的主动抗噪声的免提耳机，其特征在于，所述信号处理器集成于所述多媒体设备中或外置于所述多媒体设备且与所述耳机通信相连。
12.根据权利要求6所述的主动抗噪声的免提耳机，其特征在于，所述信号处理器是小型集成电路。
全文摘要
本发明公开了一种在免提耳机中主动抗噪声的方法及免提耳机，所述方法包括收集环境噪声，所述收集过程由原用于提供语音通信功能的所述免提耳机的外挂麦克风执行，所述外挂麦克风与外耳道的距离小于1米；对所述环境噪声进行反相处理；将所述反相的环境噪声与来自多媒体设备的源信号混合。本发明通过将外挂麦克风与耳机主体分开，避免了抗噪声时对源信号产生不利影响，且避免产生新的噪声，提高了耳机抗噪声的能力。
文档编号H04R3/00GK102238452SQ201110115520
公开日2011年11月9日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者曾宪海, 黄勋德 申请人:安百特半导体有限公司