上行降噪耳机及耳机上行降噪方法与流程

本发明涉及声学技术领域，更为具体地，涉及一种上行降噪耳机及对应的耳机上行降噪方法。

背景技术：

目前，具有上行降噪功能的耳机主要采用气导方案、骨导方案或者气导与骨导相结合的方案来实现。其中，气导方案多采用双麦克风或者多麦克风阵列的方式进行上行降噪，能够对背景噪声进行一定程度的一致，从而达到增强语音信号，提高通话质量的目的。而骨导方案或者气导与骨导相结合的方案，采用可以拾取人体振动的骨导传声器进行语音信号的拾取，对周围环境噪声的抑制更加有效。

但是，在实际应用中，气导方案的降噪性能和周围环境的噪声状况关系密切。在信噪比较高时，降噪效果较好，随着信噪比的降低，降噪效果也会降低。例如，当信噪比降至0dB，即语音信号和噪声信号的能量相当时，有些气导方案开始崩溃，当信噪比降至-6dB的强噪声环境，大部分气导方案都无法正常工作。

虽然骨导方案可以在强噪声环境下工作，但是受限于骨传导传声器的佩戴位置。例如，佩戴位置离嘴或者声带越远，高频衰减越厉害，音频带宽越窄，导致语言清晰度、可懂度降低，甚至无法听清。另外，骨导方案还要求产品结构件和人体紧密贴合，佩戴舒适度比较差。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种上行降噪耳机及耳机上行降噪方法，以解决目前耳机采用气导方案、骨导方案或者气导与骨导相结合的方案存在的降噪效果不明显、使用场所受限、用户体验差等问题。

根据本发明的一个方面，提供一种上行降噪耳机，包括机身、设置在机身一端的耳塞、设置在机身另一端的激光传感器，以及设置在机身内部的主控芯片；其中，激光传感器用于拾取面部皮肤产生的振动信号，并将所拾取到的振动信号传输至主控芯片；主控芯片用于消除振动信号中掺杂的干扰信号，并对消除干扰信号后的振动信号进行解析还原，获取与振动信号相对应的语音信号；语音信号通过设备终端还原为声音发出。

此外，优选的方案是，还包括设置在机身上的补偿麦克风；其中，补偿麦克风用于拾取原始语音信号，并通过主控芯片去除原始语音信号中的噪声信号，获取对应的补偿语音信号；通过补偿语音信号对与振动信号相对应的语音信号进行补偿和叠加，获取补偿后的语音信号；补偿后的语音信号通过设备终端还原为声音发出。

此外，优选的方案是，主控芯片根据干扰信号与振动信号的频段差异，消除振动信号内的干扰信号。

此外，优选的方案是，主控芯片为DSP芯片。

此外，优选的方案是，激光传感器与面部皮肤之间的距离为0.5cm～1.5cm。

根据本发明的另一方面，提供一种耳机上行降噪方法，对上述上行降噪耳机进行上行降噪，降噪方法包括：激光传感器拾取面部皮肤产生的振动信号，并将所拾取到的振动信号传输至主控芯片处理；主控芯片消除振动信号中掺杂的干扰信号，并对消除干扰信号后的振动信号进行解析还原，获取与振动信号相对应的语音信号；设备终端对语音信号进行还原发声。

此外，优选的方案是，在获取与振动信号相对应的语音信号后，将与振动信号相对应的语音信号与补偿麦克风采获取的补偿语音信号进行互相补偿和叠加，获取补偿后的语音信号。

此外，优选的方案是，补偿麦克风拾取原始语音信号，并通过主控单元去除原始语音信号中的噪声信号，获取对应的补偿语音信号。

此外，优选的方案是，在消除振动信号中掺杂的干扰信号的过程中，主控芯片根据干扰信号与振动信号的频段差异，消除振动信号内的干扰信号。

此外，优选的方案是，在将语音信号传递至设备终端后，通过与设备终端导通的耳机或者设备终端自带的喇叭将语音信号还原为声音发出。

利用上述根据本发明的上行降噪耳机及耳机上行降噪方法，通过激光传感器准确拾取用户说话时面部皮肤上的微弱振动信号，通过算法将振动信号还原为语音信号发出，确保最终得到的语音信号清晰准确，能够降低语音信号的失真，保证频宽和信号的可懂度；此外，产品结构简单、佩戴舒适，可适用于强噪声环境。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的上行降噪耳机的原理框图一；

图2为根据本发明实施例的上行降噪耳机的原理框图二；

图3为根据本发明实施例的耳机上行降噪方法流程图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

为克服耳机气导降噪方案、骨导方案或者气导与骨导相结合的方案存在的降噪效果不明显、使用场所受限、用户体验差等问题，本发明的上行降噪耳机采用激光传感器代替现有的麦克风或者骨导传声器，可有效提高耳机上行降噪性能，不仅能够解决强噪音环境下普通阵列气导方案无法正常工作的问题，同时还能解决骨传导方案中频宽窄，语音信号失真辨识度低，佩戴舒适度差等问题。

本发明实施例的上行降噪耳机，包括机身(或者外壳)、设置在机身一端的耳塞(可以是入耳式耳塞，也可以是非入耳式耳塞)、设置在机身另一端的激光传感器，以及设置在机身内部的主控芯片；其中，在用户通话过程中，面部皮肤会随着原始声音信号的产生随之发生振动，激光传感器用于拾取面部皮肤产生的振动信号，并将所拾取到的振动信号传输至主控芯片作进一步处理；主控芯片用于消除振动信号中掺杂的干扰信号，并对消除干扰信号后的振动信号进行解析还原，获取与振动信号相对应的语音信号，最终获取的语音信号通过设备终端还原为声音发出。

当用户或者消费者使用耳机进行通话时，用户开始讲话发出原始语音信号，面部皮肤也会随之发生振动，而耳机的耳塞位于人耳内或耳朵外侧的状态基本不会发生变动，从而确保设置在机身上的激光传感器的位置不会发生变动，即激光传感器相对于用户的面部皮肤是相对稳定的，能够确保激光传感器准确的拾取面部皮肤的振动信号，进而获取准确的语音信号。

为详细描述本发明实施例的上行降噪耳机及耳机上行降噪方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例一的上行降噪耳机的原理。

如图1所示，根据本发明实施例一的上行降噪耳机在使用过程中，首先用户发出原始语音信号，同时伴随面部皮肤产生振动，当振动发生时，激光传感器开始工作，并拾取因语音发声引起的皮肤振动的振动信息(或者振动信号)，并将拾取到的振动信号传输至机身内的主控芯片。

然后，主控芯片将激光传感器输出的振动信号进行干扰信号的消除，例如，来自自然光中的干扰或者其他物体振动干扰等。对振动信号进行干扰消除后，通过主控芯片对去除干扰信号后的振动信号进行解析，得到所需要的振动信息，再对该振动信息进行分析还原其包含的语音信号，从而获取最终的语音信号。

最后，将最终获取到的语音信号传递至设备终端，例如，手机、手环、pad等，通过与设备终端连接的耳机或者设备终端自带的喇叭进行发声。由于激光传感器的精度较高，能够准确拾取到微小的振动，从而能够更加丰富和真实的还原用户发出的原始语音信号。

其中，由于干扰信号与振动信号的频段差异较大，主控芯片可以根据该频段差异对振动信号内的干扰信号进行消除；此外，也可以采用通过滤波器对干扰信号进行滤波消除等多种方式，关于干扰信号的处理可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。

图2示出了根据本发明实施例二的上行降噪耳机的原理。

如图2所示，本发明实施例二的上行降噪耳机，还包括设置在机身上的补偿麦克风；其中，补偿麦克风用于拾取原始语音信号，并通过主控芯片去除原始语音信号中的噪声信号，获取对应的补偿语音信号；通过补偿语音信号对与振动信号相对应的语音信号进行补偿和叠加，获取补偿后的语音信号，从而最大限度降低语音信号的失真、保证频宽和信号的可懂度，使最终得到的语音信号更加清晰、准确。

具体地，在本发明实施例二的上行降噪耳机的使用过程中，首先用户发出原始语音信号，同时伴随面部皮肤振动，当振动发生时，激光传感器开始工作，拾取因语音发声引起的皮肤振动的振动信息，并将拾取到的振动信号传输至机身内的主控芯片。

然后，主控芯片将激光传感器输出的振动信号进行干扰信号的消除，并对去除干扰后的振动信号进行解析，得到所需要的振动信息，再对该振动信息进行分析还原其包含的语音信号。与此同时，补偿麦克风也拾取用户发出原始语音信号以及环境中的噪声信号，将激光传感器解析还原出的语音信号和补偿麦克风得到的语音信号进行对比分析，通过激光传感器得到的语音信号，对比提取出补偿麦克风中除去噪声信号后的补偿语音信号，然后将该补偿语音信号和激光传感器得到的语音信号进行互相补偿和叠加，进一步提高语音信号的真实还原度，降噪效果明显。

最后，将最终获取到的经过补偿后的语音信号传递至设备终端，通过与设备终端连接的耳机或者设备终端自带的喇叭进行发声。由于激光传感器的精度较高，能够准确拾取到微笑的振动，从而更加丰富和真实的还原用户发出的原始语音信号。

在本发明的一个具体实施方式中，主控芯片可以选用DSP(Digital Signal Process，即数字信号处理技术)芯片，也可以选用其他具有存储功能的芯片，相应的算法程序可以写入该主控芯片内。

需要说明的是，本发明的上行降噪耳机可以设置为蓝牙形式，也可以为有线形式。其中，当上行降噪耳机设置为有线形式时，需要在耳塞部位设置延伸出的话柄，从而将激光传感器设置在话柄的尾部，并确保其与用户面部相对位置的稳定。优选的，可将激光传感器与面部皮肤之间的距离设置为0.5cm～1.5cm，一方面能够有效拾取面部皮肤的细微振动信号，另外，确保激光传感器不与面部皮肤紧密贴合，佩戴更加舒适。

与上述上行降噪耳机相对应，本发明还提供一种耳机上行降噪方法，对上述上行降噪耳机进行上行降噪。具体地，图3示出了根据本发明实施例的耳机上行降噪方法流程。

如图3所示，本发明实施例的耳机上行降噪方法，包括如下步骤：

S310：激光传感器拾取面部皮肤产生的振动信号，并将所拾取到的振动信号传输至主控芯片处理。

其中，用户发出原始语音信号，同时伴随面部皮肤振动，当振动发生时，激光传感器开始工作，拾取因语音发声引起的皮肤振动的振动信息，并将拾取到的振动信号传输至机身内的主控芯片。

由于，激光传感器相对于用户的面部皮肤是相对稳定的，能够确保激光传感器准确的拾取面部皮肤的振动信号，进而获取准确的语音信号。

S320：主控芯片消除振动信号中掺杂的干扰信号，并对消除干扰信号后的振动信号进行解析还原，获取与振动信号相对应的语音信号。

其中，在消除振动信号中掺杂的干扰信号的过程中，主控芯片可以根据干扰信号(例如，来自自然光中的干扰或者其他物体振动等干扰)与振动信号的频段差异，消除振动信号内的干扰信号。此外，也可以采用通过滤波器对干扰信号进行滤波消除等多种方式。

S330：设备终端对语音信号进行还原发声。

其中，将最终获取到的语音信号传递至设备终端，例如，手机、手环、pad等，通过与设备终端连接的耳机或者设备终端自带的喇叭进行发声。

在本发明的一个具体实施方式中，在获取与振动信号相对应的语音信号后，将与振动信号相对应的语音信号与补偿麦克风采获取的补偿语音信号进行互相补偿和叠加，获取补偿后的语音信号。

具体地，补偿麦克风设置在上行降噪耳机的机身上，在通话过程中，补偿麦克风拾取用户发出原始语音信号以及环境中的噪声信号，将激光传感器解析还原出的语音信号和补偿麦克风得到的语音信号进行对比分析，通过激光传感器得到的语音信号，对比提取出补偿麦克风中除去噪声信号后的补偿语音信号，然后，将该补偿语音信号和激光传感器得到的语音信号进行互相补偿和叠加，确保语音信号的真实还原，提高耳机的降噪效果。

其中，补偿麦克风拾取到的原始语音信号，可以通过主控单元去除该原始语音信号中的噪声信号，进而获取对应的补偿语音信号，补偿语音信号与根据激光传感器获取到的语音信号进行相互补偿和叠加，提高上行降噪耳机的通话质量和降噪能力。

其中，有关耳机上行降噪方法的具体实施例与对应的上行降噪耳机的装置实施例相类似，相关之处可相互借鉴，此处不再一一赘述。

本发明采用的激光传感器也可以替换为具有较高精度的加速度传感器或者位移传感器等，具体可根据产品要求及其使用环境进行选取。

利用上述实施方式可以看出，本发明实施例的上行降噪耳机及耳机上行降噪方法，采用精度较高的激光传感器，准确拾取面部皮肤的微小振动信号，由于面部皮肤的振动信号和语音信号具有高度相关性，可以通过振动信号准确还原出语音信号，该语音信号的拾取方式，不受周围环境噪声的影响，可以在高噪声环境下正常工作，结构简单、降噪效果明显、获取的语音信号更加清晰、精准。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的上行降噪耳机及耳机上行降噪方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的上行降噪耳机及耳机上行降噪方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。