一种耳机、耳机系统及耳机充电系统的制作方法

本实用新型涉及耳机领域，尤其涉及一种耳机、耳机系统及耳机充电系统。

背景技术：

在信息社会高速发展的今天，人们在广泛使用移动通讯数码产品时，由于各职业人群工作生活需要，蓝牙耳机随之诞生，并且由于其便携性和无线的特征迅速得到了市场的认可。

传统的蓝牙耳机采用麦克风实现录音功能，但是单麦克风通常采用的是在频域进行功率谱抵消和滤波等方法抑制噪声，声音信号和噪音信号在频谱上通常相互重叠，因此，不能有效的抑制噪音和干扰信号。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种耳机、耳机系统及耳机充电系统，可以抑制噪音和干扰信号，提高信噪比。

第一方面，本实用新型提供了一种耳机，所述耳机包括第一壳体，所述第一壳体内设置有第一电路板、扬声器和麦克风阵列；

所述麦克风阵列设置于所述第一电路板的第一侧，所述扬声器设置于所述第一电路板与第一侧相对的第二侧；

所述麦克风阵列包括至少两个麦克风；

所述至少两个麦克风在同一平面内呈阵列排布。

可选的，所述耳机处于佩戴状态时，所述麦克风阵列所在的平面与用户的声源方向垂直。

可选的，所述第一壳体对应于所述麦克风的位置设置有开孔。

可选的，所述第一壳体的内壁上所述开孔的位置设置有滤网。

可选的，所述麦克风阵列为麦克风圆阵列、麦克风正三角形阵列或者麦克风棱形阵列。

可选的，所述麦克风阵列中相邻的麦克风之间的间距大于或者等于用户声音信号波长的一半。

可选的，所述麦克风阵列中麦克风的数量为所述第一壳体容纳的最大数量。

可选的，所述耳机还包括无线通信芯片和可充电电池，所述第一电路板将所述第一壳体分隔成第一腔室和第二腔室，所述麦克风和所述无线通信芯片位于所述第一腔室内，所述可充电电池位于所述第二腔室内。

可选的，所述第一壳体外壁设置有用于给所述可充电电池充电的金属触点。

第二方面，本实用新型提供了一种耳机系统，包括相互对称的第一耳机和第二耳机；

所述第一耳机和第二耳机均包括第一壳体，在所述第一壳体内设置有第一电路板、扬声器和麦克风阵列；

所述麦克风阵列设置于所述第一电路板的第一侧，所述扬声器设置于所述第一电路板与第一侧相对的第二侧；

所述麦克风阵列包括至少两个麦克风；

所述至少两个麦克风在同一平面内呈阵列排布。

第三方面，本实用新型实施例提供了一种耳机充电系统，包括充电舱和如本实用新型第二方面所述的耳机系统；

所述第一耳机和第二耳机还包括无线通信芯片、可充电电池；

所述第一壳体外壁设置有用于给所述可充电电池充电的金属触点；

所述充电舱包括第二壳体，所述第二壳体内设置有第二电路板和供电电池；

所述第二壳体上形成有与所述第一耳机和所述第二耳机匹配的两个容纳槽，所述容纳槽内设置有与所述金属触点匹配的金属顶针。

本实用新型实施例中，通过在耳机中设置麦克风阵列，麦克风阵列包括至少两个麦克风，至少两个麦克风在同一平面内呈阵列排布，可以有效抑制噪音以及干扰信号，提高信噪比。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例提供的一种耳机的俯视图；

图2为图1中耳机的仰视图；

图3为图1中耳机的右视图；

图4为图1中耳机的剖视图；

图5为图1所示的耳机中麦克风阵列的排布示意图；

图6是本实用新型实施例提供的麦克风阵列接收声音信号的原理图；

图7是当入射角为0度时，8个阵元的麦克风阵列接收到的声音信号绘制图；

图8是当入射角为45度时，8个阵元的麦克风阵列接收到的声音信号绘制图；

图9是当入射角为0度时，4个阵元的麦克风阵列接收到的声音信号绘制图；

图10是本实用新型实施例提供的声音信号的波束宽度、阵元数量以及入射角度之间的关系示意图；

图11为本实用新型实施例提供的一种耳机系统的示意图；

图12为本实用新型实施例提供的一种充电舱的局部结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实用新型实施例提供了一种耳机，图1为本实用新型实施例提供的一种耳机的俯视图，图2为图1中耳机的仰视图，图3为图1中耳机的右视图，图4为图1中耳机的剖视图，如图1-图4所示，耳机包括第一壳体110，第一壳体110内设置有第一电路板120、扬声器130和麦克风阵列。

麦克风阵列设置于第一电路板120的第一侧，扬声器130设置于第一电路板120与第一侧相对的第二侧。

麦克风阵列包括至少两个麦克风140，至少两个麦克风140在同一平面内呈阵列排布。

示例性的，第一壳体110包括主体部分111和耳塞部分112，主体部分111和耳塞部分112呈预设夹角，在具体实施例中，主体部分111垂直于耳塞部分112，耳塞部分112的端部可以设置有硅胶或海绵耳塞150。主体部分111设置有第一电路板120，第一电路板120为pcba(printedcircuitboardassembly)电路板。麦克风140通过表面贴装的方式贴附在第一电路板120上远离耳塞部分112的一侧，至少两个麦克风140呈阵列排布。扬声器130设置于耳塞部分112内部。

麦克风阵列除了可以提供信号的时域和频域信息，还能够提供信号的空间域信息，对所接受的来自空间不同方向上的信号进行时空处理，从而提高语音通信的质量。通过预设算法，麦克风阵列可以具有去噪，声源定位和跟踪等功能。麦克风阵列可以实现语音的增强，其方法可以包括如下情况：

一、基于固定波束形成的麦克风阵列语音增强，通过对各个麦克风接收到的信号添加延时补偿，使各路输出信号在某一方向想保持同步，并在该方向的入射信号保持最大增益。由于实际环境中的噪声场多为散射噪声场，各麦克风低频相干，在低频的效果比较差。

二、基于自适应波束形成的麦克风阵列语音增强，自适应波束形成是目前广泛使用的一类麦克风阵列语音增强方法，最早出现的自适应波束形成算法，其基本思想是在某方向有用信号的增益一定的前提下，使阵列输出信号的功率最小。滤波器系数随输入信号的统计特性变化而做相应的改变。通过调整滤波器系数以使阵列的零陷指向干扰噪声的方向，从而提高了阵列对环境变化的适应能力。这种方法通常对相干噪声场中噪音源数目小于麦克风数目时比较有效。常用的方法有frost方法和广义旁瓣消除器gsc方法。基于gsc方法进行改进，对于相干噪声场的效果较好。相对于固定波束形成，自适应波束形成的方法的需要的麦克风的数量比较少。

三、基于子空间的麦克风阵列语音增强。子空间方法的基本思想是计算出信号的自相关矩阵或协方差矩阵，然后对其进行奇异值分解，将带噪声语音信号划分为有用信号子空间和噪声子空间，利用有用信号子空间对信号进行重构，从而得到增强后的信号。

四、麦克风阵列与单麦克风增强技术相结合，可将单麦克风语音增强技术与麦克风阵列技术相结合，包括谱算法，语音参数模型，小波变换，神经网络，盲源分离等。

本实用新型实施例中，通过在耳机中设置麦克风阵列，麦克风阵列包括至少两个麦克风，至少两个麦克风在同一平面内呈阵列排布，可以有效抑制噪音以及干扰信号，提高信噪比。

可选的，耳机处于佩戴状态时，麦克风阵列所在的平面与用户的声源方向垂直。

具体的，当用户佩戴好耳机后，用户的嘴巴和耳朵之间的连线与麦克风阵列所在的平面垂直。当用户佩戴耳机，且用户说话时，耳机主要接收离耳机距离最短处发出的声音信号，也就说离耳机距离最短处(用户嘴巴处)发出的声音信号最先被耳机接收。离耳机距离最短处发出的声音信号沿用户嘴巴和耳朵之间的连线方向传输，当用户嘴巴和耳朵之间的连线与麦克风阵列垂直时，保证了麦克风阵列与用户声源方向垂直。当麦克风阵列与用户声源方向垂直时，麦克风阵列中的每个麦克风的法向与用户声源方向平行，这样的设置可以保证麦克风阵列中接收到的声音信号波束宽度最小，声音信号集中，旁瓣波束宽度较小，可以提高信号的信噪比，减少声音的衰减；通过采用麦克风阵列，可以对不同方向声音信号做时延，相移后合成，实现噪音抑制，混响去除，人身干扰抑制，声源测向定位，阵列增益等。

可选的，麦克风阵列为麦克风圆阵列、麦克风正三角形阵列或者麦克风棱形阵列。图5为图1所示的耳机中麦克风阵列的排布示意图，如图5所示，在具体实施例中，麦克风阵列包括4个麦克风，4个麦克风贴附在第一电路板120上，4个麦克风排布成麦克风棱形阵列。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，麦克风阵列为麦克风圆阵列，麦克风正三角形阵列或者麦克风正方形阵列，麦克风阵列的并不局限于上述的阵列，还可以是其他形状的阵列，可以根据耳机壳体的内部空间结构进行合理设置。

可选的，麦克风阵列中相邻的麦克风之间的间距大于或者等于用户声音信号波长的一半。在具体实施例中，如图5所示，相邻的麦克风140之间的间距(即棱形的边长)大于或者等于用户声音信号波长的一半。

通过设置相邻麦克风之间的间距大于或者等于用户声音信号波长的一半，可以降低相邻麦克风之间接收到的声音信号之间的干扰。由于每个用户的声音各不相同，不同用户的声音信号的波长也有所不同，可以根据各个不同用户声音信号的特点，确定用户声音信号波长的范围，从而确定麦克风阵列相邻麦克风之间的间距范围，可以在间距范围内根据需要设置相邻麦克风的间距。其中，也可以通过预设算法减小相邻麦克风之间声音信号之间的干扰，从而实现缩短各个阵元之间的间距。

可选的，麦克风阵列中麦克风140的数量为第一壳体110容纳的最大数量，即第一电路板120表面能够贴附的最大数量。麦克风阵列的阵元的数量越大时，麦克风阵列接收到的声音信号(各个阵元接收到声音信号的叠加)波束宽度越小，信号越集中，从而信噪比越大，因此，在空间允许的前提下，可以将麦克风阵列中麦克风的数量设置为耳机壳体容纳麦克风的最大数量，从而提高信噪比。

本实用新型实施例对于麦克风阵列的阵元(麦克风)数量、声音信号与阵元法向之间的夹角对麦克风阵列接收到的声音信号的影响参考下述介绍：

如图6所示，声音信号与阵元的法向呈θ角(也称为入射角)，阵元之间的间距为d，相邻阵元的声程差为τ，a为声音信号的幅度，w为声音信号的角频率，ψ为相邻阵元接收到声音信号的相位差，f为声音信号的频率，n为阵元的数量。

则τ＝dsinθ/c；

ψ＝2×π×f×τ＝2×π×d×sinθ/λ；

其中，0号阵元接收到的声音信号为：f0(t)＝acoswt；

1号阵元接收到的声音信号为f1(t)＝acoswt+ψ；

n号阵元接收到的声音信号为fn(t)＝acoswt+nψ＝are[e^-jωt×e^-jnψ]

其中，s(θ，t)为声音信号总输出幅度，r(θ)为归一化的声音信号总输出幅度。

s＝1+a+a^2+a^3+…+a^(n-1)＝1-a^n/(1-a)；

归一化，得到

根据r(θ)的公式，可以得到麦克风阵列接收到声音信号。当入射角为0度时，8个阵元的麦克风阵列接收到的声音信号如图7所示，当入射角为45度时，8个阵元的麦克风阵列接收到的声音信号如图8所示，当入射角为0度时，4个阵元的麦克风阵列接收到声音信号如图9所示。通过对比图7-图9中的声音信号，更改阵元的数量以及入射角的方向，可以影响麦克风阵列的响应曲线。当阵元数量越大时，声音信号波束宽度越小，信号更集中，旁瓣所占比例越低；入射角的改变将影响主瓣的位置角度，波束宽度与入射角，阵元数存在着对应关系，不同阵元数量及入射角造成声音信号的波束宽度与分布不同，从而影响信噪比等。

通过绘制不同麦克风阵列接收到声音信号，可以得到声音信号的波束宽度、阵元数量以及入射角度之间的关系，如图10所示，a为16阵元的麦克风阵列接收到的声音信号波速宽度随入射角变化的曲线，b为128阵元的麦克风阵列接收到的声音信号波速宽度随入射角变化的曲线：c为1024阵元的麦克风阵列接收到的声音信号波速宽度随入射角变化的曲线。通过比对a、b和c三条曲线可知，入射角为0度时，波束宽度最窄。入射角越大，旁瓣波束宽度越小，声音信号越低。阵元数量越大，波束宽度越小，信号越集中，信噪比越大。

可选的，如图1所示，第一壳体110对应于麦克风140的位置设置有开孔113，降低第一壳体110对声音信号的阻挡。

可选的，第一壳体110的内壁上开孔113的位置设置有滤网(图中未示出)，避免外界灰尘通过开孔113进入耳机内部，提高耳机的防护性能。

可选的，耳机为无线耳机，具体的，可以是蓝牙耳机，如图5所示，该耳机还包括无线通信芯片160和可充电电池170。具体的，第一电路板120将第一壳体110分隔成第一腔室和第二腔室，麦克风140和无线通信芯片160位于第一腔室内，且贴附在第一电路板120上，可充电电池170位于第二腔室内。

如图2所示，第一壳体110外壁设置有用于给可充电电池170充电的金属触点114。

本实用新型提供了一种耳机系统，图11为本实用新型实施例提供的一种耳机系统的示意图，如图11所示，该耳机系统包括相互对称的第一耳机10和第二耳机20，为一对耳机，第一耳机10可以是左耳耳机，第二耳机20可以是右耳耳机。

如图1-图5所示，第一耳机10和第二耳机20的内部结构可以参考本实用新型上述实施例提供的耳机，第一耳机10和第二耳机20均包括第一壳体110，在第一壳体110内设置有第一电路板120、扬声器130和麦克风阵列。

示例性的，第一壳体110包括主体部分111和耳塞部分112，主体部分111和耳塞部分112呈预设夹角，在具体实施例中，主体部分111垂直于耳塞部分112，耳塞部分112的端部可以设置有硅胶或海绵耳塞150。主体部分111设置有第一电路板120，第一电路板120为pcba(printedcircuitboardassembly)电路板。麦克风140通过表面贴装的方式贴附在第一电路板120上远离耳塞部分112的一侧，至少两个麦克风140呈阵列排布。扬声器130设置于耳塞部分112内部。

本实用新型实施例中，通过在第一耳机和第二耳机中设置麦克风阵列，麦克风阵列包括至少两个麦克风，至少两个麦克风在同一平面内呈阵列排布，可以有效抑制噪音以及干扰信号，提高信噪比。

可选的，第一耳机和第二耳机处于佩戴状态时，麦克风阵列所在的平面与用户的声源方向垂直。

可选的，麦克风阵列为麦克风圆阵列、麦克风正三角形阵列或者麦克风棱形阵列。

可选的，麦克风阵列中相邻的麦克风之间的间距大于或者等于用户声音信号波长的一半。

可选的，如图1所示，第一壳体110对应于麦克风140的位置设置有开孔113，降低第一壳体110对声音信号的阻挡。

可选的，第一壳体110的内壁上开孔113的位置设置有滤网(图中未示出)，避免外界灰尘通过开孔113进入耳机内部，提高耳机的防护性能。

可选的，第一耳机10和第二耳机20为无线耳机，具体的，可以是蓝牙耳机，如图5所示，该耳机还包括无线通信芯片160和可充电电池170。具体的，第一电路板120将第一壳体110分隔成第一腔室和第二腔室，麦克风140和无线通信芯片160位于第一腔室内，且贴附在第一电路板120上，可充电电池170位于第二腔室内。

如图2所示，第一壳体110外壁设置有用于给可充电电池170充电的金属触点114。

本实用新型实施例提供了一种耳机充电系统，耳机充电系统包括充电舱30和如本实用新型上述实施例提供的耳机系统。第一耳机10和第二耳机20的内部结构可以参考本实用新型上述实施例提供的耳机，第一耳机10和第二耳机20均包括第一壳体110，在第一壳体110内设置有第一电路板120、扬声器130和麦克风阵列。

示例性的，第一壳体110包括主体部分111和耳塞部分112，主体部分111和耳塞部分112呈预设夹角，在具体实施例中，主体部分111垂直于耳塞部分112，耳塞部分112的端部可以设置有硅胶或海绵耳塞150。主体部分111设置有第一电路板120，第一电路板120为pcba(printedcircuitboardassembly)电路板。麦克风140通过表面贴装的方式贴附在第一电路板120上远离耳塞部分112的一侧，至少两个麦克风140呈阵列排布。扬声器130设置于耳塞部分112内部。

其中，第一耳机10和第二耳机20为无线耳机，具体的，第一耳机10和第二耳机20可以是蓝牙耳机。如图5所示，第一耳机10和第二耳机20还包括无线通信芯片160和可充电电池170。具体的，第一电路板120将第一壳体110分隔成第一腔室和第二腔室，麦克风140和无线通信芯片160位于第一腔室内，且贴附在第一电路板120上，可充电电池170位于第二腔室内。

如图2所示，第一壳体110外壁设置有用于给可充电电池170充电的金属触点114。

图12为本实用新型实施例提供的一种充电舱的局部结构示意图，如图12所示，充电舱30包括第二壳体310，第二壳体310内设置有第二电路板和供电电池(图中未示出)。

第二壳体310上形成有与第一耳机10和第二耳机20匹配的两个容纳槽，用于放置第一耳机10和第二耳机20，容纳槽内设置有与金属触点114匹配的金属顶针311。

当第一耳机10和第二耳机20置于容纳槽内时，金属顶针311与对应的金属触点114电接触，供电电池对第一耳机10和第二耳机20内的可充电电池进行充电。

本实用新型实施例中，通过在第一耳机和第二耳机中设置麦克风阵列，麦克风阵列包括至少两个麦克风，至少两个麦克风在同一平面内呈阵列排布，可以有效抑制噪音以及干扰信号，提高信噪比。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。