一种具备语音增强功能的主动隔音耳罩的制作方法

本发明涉及一种涉及听力保护、语音增强技术领域，特别涉及一种具备语音增强功能的主动隔音耳罩。

背景技术：

在强噪声工业现场，低频噪声污染尤为突出，现场人员一般通过佩戴物理隔音耳罩进行听力保护。现有专业隔音耳罩，其优良的物理隔音性能仅体现在对高频噪声的隔离，而对低频噪声的隔离作用极为有限。

为提升耳罩在全频段的隔音性能，需要结合主动降噪技术。但目前具有主动降噪功能的耳罩，会将环境音和正常人声一起消弱屏蔽，没有考虑佩戴者与耳罩外声音的联系，不能保证强噪声环境下佩戴者之间的语音通讯。因此需要对现有的隔音耳罩进一步改进。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种具备语音增强功能的主动隔音耳罩，在强噪声环境下为佩戴者提供听力保护的同时，保证佩戴者之间的正常语音交流。

技术方案：本发明所述具备语音增强功能的主动隔音耳罩，包括：

高被动隔音性能耳罩，用于被动隔绝耳罩外高频噪声；

麦克风拾音传声器电路，包括两组信号调理电路，分别位于耳罩内外，用于声信号换能处理，外置的为麦克风阵列拾音电路，用于采集外界环境噪声和语音信号；内置的为误差传声器拾音电路，用于采集耳罩腔体内的误差噪声；

微处理器控制电路，提取并增强麦克风拾音传声器电路采集的语音信号，以采集的外界环境噪声作为参考信号合成反噪声信号；将增强后的语音信号和合成的反噪声信号发送给音频驱动及功放电路；

音频驱动及功放电路，将语音信号和反噪声信号进行重构滤波和功率放大后发送给消声扬声器；

消声扬声器，用于发出反噪声与耳罩内噪声干涉相消，同时输出语音信号。

本发明进一步优选地技术方案为，所述麦克风阵列拾音电路包括麦克风阵列，麦克风阵列由两个或两个以上麦克风组成，麦克风阵列中的一个麦克风所拾取的声音信号作为主动降噪的参考信号；麦克风阵列的其余麦克风结合语音增强算法，提取语音信号作为主动降噪系统中次级通道在线辨识的激励信号。

作为优选地，所述微处理器控制电路包括微控制器、adc接口和dac接口；

所述微控制器内嵌入系统辨识算法，对耳罩物理隔音结构进行估计辨识，构建耳罩被动隔音结构估计模型，麦克风阵列采集的外界环境噪声经由该模型进行滤波处理后作为参考信号，合成反噪声信号；嵌入麦克风阵列语音增强算法提取语音信号，并将其作为主动降噪系统中次级通道在线辨识的激励信号；用于嵌入自适应主动降噪算法合成反噪声信号；

adc接口用于与麦克风拾音传声器电路连接，驱动麦克风阵列拾音采样；

dac接口用于输出音频信号，与音频驱动及功放电路连接。

优选地，所述微处理器嵌入的主动降噪算法采用前馈式数字降噪拓扑。

优选地，所述高被动隔音性能耳罩由隔音腔体和吸音海绵构成主体，并包裹皮质耳套贴合在耳廓。

有益效果：本发明是在强噪声环境下保护听力的同时保证佩戴者之间正常语音交流的主动降噪与被动降噪相结合的耳罩，在主动隔音耳罩隔离强噪声时，利用麦克风阵列提取语音信号，并将提取的语音信号耦合到主动降噪系统中，最终保留在耳罩腔体内而不被抵消抑制；本发明在被动隔音耳罩将大部分高频噪声隔离的基础上，通过主动降噪技术将低频噪声在人耳附近进行抑制，同时通过在耳罩外布放麦克风阵列结合阵列语音增强算法提取语音信号耦合到主动降噪系统中并输入耳罩腔体，可以达到提升低频宽带范围内的噪声抑制效果，实现更有效的听力保护的同时，提升佩戴者之间的语音可懂度，保证正常的语音交流。

附图说明

图1为本发明的耳罩的原理框图。

图2为本发明的耳罩的系统框图。

图3为本发明的耳罩的结构框图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种具备语音增强功能的主动隔音耳罩，用于在强噪声环境下保护听力的同时保证人员间正常语音交流，在主动隔音耳罩隔离强噪声时，利用麦克风阵列提取语音信号，并将提取的语音信号耦合到主动降噪系统中，最终保留在耳罩腔体内而不被抵消抑制。其主要包括：

高被动隔音性能耳罩，由隔音腔体和吸音海绵构成主体，并包裹皮质耳套贴合在耳廓，用于被动隔绝耳罩外高频噪声。

麦克风拾音传声器电路，包括两组信号调理电路，分别位于耳罩内外，用于声信号换能处理，外置的为麦克风阵列拾音电路，包括由两个或两个以上麦克风组成的麦克风阵列，麦克风阵列中的一个麦克风所拾取的声音信号作为主动降噪的参考信号；麦克风阵列的其余麦克风结合语音增强算法，提取语音信号作为主动降噪系统中次级通道在线辨识的激励信号；内置的为误差传声器拾音电路，用于采集耳罩腔体内的误差噪声，误差噪声用于更新控制滤波器权值。

微处理器控制电路，包括微控制器、adc接口和dac接口；

所述微控制器内嵌入系统辨识算法，对耳罩物理隔音结构进行估计辨识，构建耳罩被动隔音结构估计模型，麦克风阵列采集的外界环境噪声经由该模型进行滤波处理后作为参考信号；嵌入麦克风阵列语音增强算法提取语音信号，并将其作为主动降噪系统中次级通道在线辨识的激励信号；用于嵌入自适应主动降噪算法，以采集的外界环境噪声作为参考信号合成反噪声信号；

adc接口用于与麦克风拾音传声器电路连接，驱动麦克风阵列拾音采样；

dac接口用于输出音频信号，与音频驱动及功放电路连接。

音频驱动及功放电路，将语音信号和反噪声信号进行重构滤波和功率放大后发送给消声扬声器。

消声扬声器，用于发出反噪声与耳罩内噪声干涉相消，同时输出语音信号。

本发明的工作原理为：

根据自适应系统辨识原理，通过微处理器对高被动隔音性能耳罩的被动隔音结构进行辨识建模，得到其估计模型并存储在微处理器中；耳罩外的含语音信号的强噪声在进入耳罩时，大部分高频噪声被耳罩被动隔音结构隔离，主要是低频噪声成分进入耳罩腔体，这时通过主动降噪系统对低频噪声进行抵消抑制；麦克风阵列中的一个作为主动降噪系统中的参考信号采集传声器，参考信号注入自适应滤波器合成反噪声之前，先通过耳罩被动隔音结构估计模型进行滤波处理，避免被耳罩被动隔音结构隔离的高频噪声再次引入耳罩腔体；麦克风阵列采集的声音信号经由语音增强算法提取语音信号，并作为主动降噪系统中次级通道在线自适应辨识的激励信号，该语音信号将直接注入耳罩腔体。

本发明利用主、被动混合降噪原理以及麦克风阵列语音增强原理，在被动隔音耳罩将大部分高频噪声隔离的基础上，通过主动降噪技术将低频噪声在人耳附近进行抑制，同时通过在耳罩外布放麦克风阵列结合阵列语音增强算法提取语音信号耦合到主动降噪系统中并输入耳罩腔体，可以达到提升低频宽带范围内的噪声抑制效果，实现更有效的听力保护的同时，提升佩戴者之间的语音可懂度，保证正常的语音交流。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。