專利名稱：降噪耳機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噪聲消除。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及使用耳機(jī)的噪聲消除系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
噪聲消除方法被設(shè)計(jì)為通過(guò)使用音頻設(shè)備(例如，耳機(jī))來(lái)減少不想要的環(huán)境聲 音。環(huán)境聲音被稱為在任何給定位置處出現(xiàn)的背景聲壓級(jí)(so皿dpressure level)。為了 設(shè)計(jì)噪聲消除系統(tǒng)，音頻源(例如，耳機(jī))必須發(fā)射具有與在佩戴者耳朵處出現(xiàn)的環(huán)境聲音 相同的幅度但相反的極性的聲波。環(huán)境聲波和來(lái)自耳機(jī)的聲波組合，以形成新的波，其中， 有效地，在佩戴者耳朵處，在被稱為相位消除的處理中，兩個(gè)波彼此相消。所得環(huán)境聲波可 能處于如此低幅度，以至于對(duì)于人耳將不可聽(tīng)見(jiàn)。 現(xiàn)代降噪耳機(jī)(noise cancelling headphone)系統(tǒng)(例如，專利US 5,825,897 所示的系統(tǒng))使用信號(hào)處理電路，其通過(guò)使用麥克風(fēng)取得環(huán)境聲波形，并且經(jīng)由耳機(jī)輸出 上述具有相反極性的聲波。從示圖可見(jiàn)，該專利的信號(hào)處理單元使用很多電路組件(例如， 放大器和陷波濾波器)來(lái)實(shí)現(xiàn)具有相反極性的信號(hào)。這將意味著，電路將消耗高功率等級(jí) 來(lái)對(duì)很多組件進(jìn)行供電，并且對(duì)于制造也將是高成本的。在對(duì)于個(gè)人使用而提供節(jié)約成本 的噪聲消除系統(tǒng)中，這將是有問(wèn)題的。 在現(xiàn)有技術(shù)中，總是已知的是，連同預(yù)放大電路一起使用耳機(jī)放大電路，目的是構(gòu) 建噪聲消除電路。這是需要的，因?yàn)樾枰a(chǎn)生具有與環(huán)境聲級(jí)相同的幅度級(jí)別的聲波，以便 實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波的成功消除。使用這種電路的缺點(diǎn)在于，噪聲消除電路中的耳機(jī)放大器電路的 存在將消耗大量功率，并且此外，當(dāng)制造時(shí)，各組件將是高成本的。 此外，對(duì)于用于收聽(tīng)音樂(lè)或其它音頻源的傳統(tǒng)降噪耳機(jī)設(shè)備，耳機(jī)的輸出是攜帶 音樂(lè)的有效音頻信號(hào)與從噪聲消除電路生成的噪聲消除信號(hào)的組合。這兩個(gè)信號(hào)在耳機(jī)放 大器電路處被組合在一起，并且由于模擬放大中出現(xiàn)的失真而導(dǎo)致這將增加在耳機(jī)輸出處 出現(xiàn)的噪聲級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種降噪耳機(jī)，其改善現(xiàn)有技術(shù)的某些缺點(diǎn)和限制。 在第一方面中，本發(fā)明在于一種減少功率噪聲消除裝置，其能夠?qū)⒃肼曄纛l
信號(hào)輸出到揚(yáng)聲器，其包括 接收部件，用于接收外部噪聲信號(hào)， 預(yù)放大部件，能夠?qū)⑺鐾獠吭肼曅盘?hào)預(yù)放大到能夠驅(qū)動(dòng)所述揚(yáng)聲器的電平， 相移部件，能夠從所述預(yù)放大的外部噪聲信號(hào)產(chǎn)生相移輸出信號(hào)，其中，所述相移
輸出信號(hào)的相位極性與在聽(tīng)者耳朵處的外部噪聲信號(hào)的相位極性相反，以及 求和部件，用于對(duì)所述相移輸出信號(hào)與音頻輸入信號(hào)進(jìn)行求和，其中，所述和產(chǎn)生
所述噪聲消除音頻信號(hào)。 優(yōu)選地，所述減少功率噪聲消除裝置還包括匹配部件，用于將所述音頻輸入信號(hào)
4的阻抗匹配于所述揚(yáng)聲器。 優(yōu)選地，所述預(yù)放大部件可以提供充足的增益，以驅(qū)動(dòng)所述揚(yáng)聲器，而不借助揚(yáng)聲 器放大器。 優(yōu)選地，所述減少功率噪聲消除裝置是前饋型減少功率噪聲消除裝置。 可替換地，所述減少功率噪聲消除裝置是反饋型減少功率噪聲消除裝置。 優(yōu)選地，所述接收部件是能夠接收外部噪聲信號(hào)的麥克風(fēng)。 優(yōu)選地，所述噪聲消除音頻信號(hào)的幅度匹配于環(huán)境噪聲級(jí)。 優(yōu)選地，所述揚(yáng)聲器是耳機(jī)揚(yáng)聲器。 優(yōu)選地，所述音頻輸入信號(hào)是從音頻源提供的。 更優(yōu)選地，所述音頻輸入信號(hào)是從例如CD播放器、mp3播放器、個(gè)人計(jì)算機(jī)或相似 設(shè)備之類的音頻源提供的。 在另一方面中，本發(fā)明在于一種使用減少功率噪聲消除電路減少聲學(xué)音頻信號(hào)中 出現(xiàn)的環(huán)境噪聲的方法，其中，所述方法包括以下步驟
通過(guò)麥克風(fēng)接收環(huán)境噪聲信號(hào)， 對(duì)接收到的環(huán)境噪聲信號(hào)進(jìn)行相移，從而所得相移的信號(hào)的相位與接收到的環(huán)境 噪聲信號(hào)的極性相反， 對(duì)所得相移的信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大，從而所得相移的信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器， 對(duì)預(yù)放大的所得相移的信號(hào)與音頻輸入信號(hào)進(jìn)行求和，以及 將求和的預(yù)放大的所得相移的信號(hào)和所述音頻輸入信號(hào)輸出到揚(yáng)聲器。 優(yōu)選地，所述方法包括步驟將所述音頻輸入信號(hào)的阻抗匹配于所述揚(yáng)聲器的阻抗。 優(yōu)選地，所述方法不需要附加的揚(yáng)聲器放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)所述揚(yáng)聲器。
優(yōu)選地，所述減少功率噪聲消除電路是前饋型減少功率噪聲消除電路。
可替換地，所述減少功率噪聲消除裝置是反饋型減少功率噪聲消除電路。
優(yōu)選地，所述揚(yáng)聲器是耳機(jī)揚(yáng)聲器。
優(yōu)選地，所述音頻輸入信號(hào)是從音頻源提供的。 更優(yōu)選地，所述音頻輸入信號(hào)是從例如CD播放器、mp3播放器、個(gè)人計(jì)算機(jī)或相似 設(shè)備之類的音頻源提供的。


通過(guò)參照附圖，僅通過(guò)示例的方式，現(xiàn)將描述本發(fā)明實(shí)施例 圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)前饋型噪聲消除電路的電路圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的新的前饋型噪聲消除電路的電路圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的新的反饋型噪聲消除電路的電路圖。 圖4是示出提供給耳機(jī)的輸出音頻信號(hào)的各電壓分量之間的關(guān)系的示圖和方程。
具體實(shí)施例方式
以下描述將結(jié)合本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明，即降噪耳機(jī)。本發(fā)明無(wú)論如何都 不限于這些優(yōu)選實(shí)施例，因?yàn)樗鼈兗兇鈨H例舉本發(fā)明，并且在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可能的變化和修改將是顯而易見(jiàn)的。 圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中使用的典型噪聲消除電路，其中，音頻信號(hào)被提供在IIO，外 部環(huán)境噪聲信號(hào)在102，并且被結(jié)合以向揚(yáng)聲器116提供將消除用戶耳朵處的環(huán)境噪聲而 僅留下音頻信號(hào)的信號(hào)?？梢钥吹剑趥鹘y(tǒng)噪聲消除電路(圖1)中，音頻輸入信號(hào)iio在被 饋送到耳機(jī)放大器114之前必須被饋送到音頻均衡器電路112。需要音頻均衡器電路112 以補(bǔ)償音頻輸入信號(hào)110中的頻率和相位的損耗，并且對(duì)其進(jìn)行均衡。通過(guò)改變均衡器電 路的分量值可調(diào)節(jié)音頻輸入信號(hào)110的音頻響應(yīng)。此外，將可看見(jiàn)，在傳統(tǒng)噪聲消除電路 中，來(lái)自麥克風(fēng)102的環(huán)境聲音輸入106被饋送到陷波濾波器104。該陷波濾波器是特殊 帶阻濾波器，其使得窄的阻帶內(nèi)的頻率衰減。其用于保持足夠的增益和所需的相位響應(yīng)，以 形成具有與來(lái)自麥克風(fēng)102的輸入環(huán)境聲音信號(hào)106相同幅度的相移信號(hào)。陷波濾波器的 輸出被饋送到預(yù)放大器108。此外，在傳統(tǒng)噪聲消除電路(圖1)中，預(yù)放大器108的輸出 118與來(lái)自音頻均衡器112的輸出混合，并且在輸出到耳機(jī)116之前，被饋送到耳機(jī)放大器 114?？梢?jiàn)，為了對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大需要分離的放大器集成電路，這將易于把失真加入到
音頻輸入信號(hào)iio，如所有模擬音頻放大器所作的那樣。 明顯可見(jiàn)，本發(fā)明的噪聲消除電路(圖2)使用更少的組件。所示的噪聲消除電路 被稱為前饋型噪聲消除電路，其中，噪聲消除信號(hào)130不從音頻輸入信號(hào)120取得輸入。音 頻輸入信號(hào)120可以是來(lái)自例如CD播放器、MP3播放器或移動(dòng)設(shè)備的設(shè)備(其經(jīng)由噪聲消 除電路將輸入發(fā)送到耳機(jī)116)的任何類型的聲音輸入源信號(hào)。在本發(fā)明的噪聲消除電路 中，不使用音頻均衡器，并且因此，音頻輸入信號(hào)120直接饋送到耳機(jī)116。省略音頻均衡器 電路減少了電路中所使用的組件的數(shù)量。然而，包括電阻器和電容器的阻抗匹配電路在該 電路中使用，以將輸入音頻信號(hào)120的阻抗正確地匹配于耳機(jī)。如從圖1和圖2可見(jiàn)，新穎 阻抗匹配電路使用的組件遠(yuǎn)比音頻均衡器電路更少。 如前所解釋的，為了減少在任何給定位置處的環(huán)境聲音，相等幅度但相反極性的 聲音必須與環(huán)境聲波混合。在本發(fā)明中，放置在耳機(jī)附近或其之上的麥克風(fēng)用于捕獲在使 用耳機(jī)的位置處出現(xiàn)的環(huán)境聲音。圖2示出麥克風(fēng)102，其中，輸入環(huán)境聲音信號(hào)130直接 饋送到預(yù)放大器電路124?？梢?jiàn)，本發(fā)明的噪聲消除電路已經(jīng)消除了對(duì)陷波濾波器(例如， 圖1的104)的需要。這進(jìn)一步減少了對(duì)于電路中使用附加組件的需要。可見(jiàn)，預(yù)放大器 124以及關(guān)聯(lián)組件對(duì)預(yù)放大器的相位響應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而來(lái)自預(yù)放大器的所得輸出是噪聲 消除信號(hào)。預(yù)放大器能夠?qū)h(huán)境輸入聲波的幅度級(jí)別保持在適合于來(lái)自耳機(jī)116的輸出的 級(jí)別，并且將仍然具有足夠的幅度來(lái)消除耳機(jī)116處的環(huán)境聲波。此外，在本發(fā)明(圖2) 中，來(lái)自預(yù)放大器的輸出126與阻抗匹配的音頻輸入信號(hào)120直接混合。由于預(yù)放大器輸 出信號(hào)保持足夠的增益電平以直接驅(qū)動(dòng)耳機(jī)116，因此避免了對(duì)放大的需要。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的反饋型噪聲消除電路。在反饋型噪聲消除 電路中，在陷波濾波器214和預(yù)放大器216之前，音頻信號(hào)輸入202與噪聲消除信號(hào)混合。 如圖3所示，環(huán)境聲波經(jīng)由麥克風(fēng)208而輸入，并且饋送到陷波濾波器210。該陷波濾波器 用于提供所需的增益和相位響應(yīng)，以形成噪聲消除信號(hào)。該信號(hào)然后饋送到預(yù)放大器212， 預(yù)放大器212從音頻輸入信號(hào)202取得反饋。預(yù)放大器212的輸出饋送到另一陷波濾波器 214，陷波濾波器214再次校正信號(hào)，以提供所需的增益和相位響應(yīng)。來(lái)自陷波濾波器214 的輸出饋送到第二預(yù)放大器216，第二預(yù)放大器216確保輸出噪聲消除和音頻信號(hào)的增益
6處于足夠的電平。組合后的噪聲消除和音頻輸入信號(hào)218直接與音頻輸入信號(hào)202混合。 阻抗匹配電路204用于將音頻輸入信號(hào)202的阻抗匹配于耳機(jī)206，如先前實(shí)施例所述?？?見(jiàn)，本發(fā)明的反饋型噪聲消除電路不需要音頻均衡器或耳機(jī)放大器。該電路能夠提供足夠 的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)直接來(lái)自預(yù)放大器電路的耳機(jī)。 圖4被包括，以解釋噪聲消除電路的輸出信號(hào)的分量。從該圖和方程可見(jiàn)，提供給 耳機(jī)的輸出電壓信號(hào)ed 301包括兩個(gè)AC電壓分量，即音頻信號(hào)分量 udi。 303和噪聲消除 信號(hào)分量en。k 305。該方程被形成，從而其根據(jù)在噪聲消除信號(hào)en。^ 305的源處的總電阻 Rl(307)以及輸入音頻信號(hào)eaudi。 303的源的總電阻R2(309)以及耳機(jī)的電阻R3 (311)的匯 點(diǎn)(sink)提供ed 301。其示出，這三個(gè)電阻R1、R2和R3將輸出信號(hào)的兩個(gè)AC電壓分量與 輸出電壓信號(hào)ed 301關(guān)聯(lián)。該方程的目的在于說(shuō)明，通過(guò)操控電阻R1、R2和R3的值，輸出 電壓信號(hào)ed 301的電平可以根據(jù)耳機(jī)311的用戶的需要而變化，而無(wú)需調(diào)節(jié)輸入電壓信號(hào) eaudi。 303和en。k 305。由于輸出電壓信號(hào)ed 301是兩個(gè)信號(hào)之和，因此其具有音頻信號(hào)分 量eaudi。 303和噪聲消除信號(hào)en。ise 305的特性。該特性可以通過(guò)改變Rl、 R2和R3值而受 操控，以獲得在輸出處的所需信號(hào)。
優(yōu)點(diǎn) a)從附圖和以上描述可見(jiàn)，所描述的噪聲消除電路盡可能使用最少的組件。由于 可以省略昂貴的組件(例如，放大器IC和濾波器電路)，因此使用更少的組件將減少電路制 造成本。最少的組件使用還將導(dǎo)致噪聲消除電路的尺寸的減小，并且依次與該電路組合的 耳機(jī)的尺寸自身也將減小，并且更加流線型。此外，對(duì)于設(shè)計(jì)噪聲消除電路使用更少的組件 還將意味著電路的功耗也將減小。缺少板上耳機(jī)放大器將極大地減少功率使用，并且如果 由電池進(jìn)行供電，耳機(jī)可以得以使用達(dá)到更長(zhǎng)時(shí)間段。 b)如以上描述所描述的那樣，噪聲消除電路不需要使用耳機(jī)放大器。耳機(jī)放大器 使用有源組件(例如，運(yùn)算放大器)。由于模擬放大器將固有地產(chǎn)生失真，因此使用這些組 件將增加輸入音頻信號(hào)的噪聲和失真級(jí)別。通過(guò)去除耳機(jī)放大器，本發(fā)明的噪聲消除電路 已經(jīng)去除了來(lái)自耳機(jī)處的輸出信號(hào)的失真的主要源。
變形方式 如前所述，噪聲消除電路可以制造為前饋型噪聲消除電路或反饋型噪聲消除電 路。當(dāng)用作反饋型噪聲消除電路時(shí)，音頻輸入信號(hào)被劃分為兩條路徑，其中，一條音頻輸入 信號(hào)路徑直接饋送到耳機(jī)，而另一條音頻輸入信號(hào)路徑被用作反饋路徑并且與環(huán)境聲音信 號(hào)混合。該電路無(wú)需使用兩個(gè)陷波濾波器來(lái)確保所需的增益，并且相位響應(yīng)在輸出處得以 維持，如前所述。然而，耳機(jī)放大器和音頻均衡器在本發(fā)明的反饋型噪聲消除電路中是可以 省略的。 貫穿該說(shuō)明書的描述，詞語(yǔ)"包括"以及該詞語(yǔ)的變形(例如，"包含"以及"含有") 目的不在于排除其它添加、組件、整數(shù)或步驟。 當(dāng)然，可以理解，雖然已經(jīng)通過(guò)本發(fā)明說(shuō)明性示例的方式給出了前面的描述，但對(duì) 于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的對(duì)其的所有這樣和其它的修改和變化被看作落入本發(fā)明的寬泛 范圍和界限內(nèi)，如在此之前所描述的那樣。
權(quán)利要求
一種減少功率噪聲消除裝置，其能夠?qū)⒃肼曄纛l信號(hào)輸出到揚(yáng)聲器，其包括-接收部件，用于接收外部噪聲信號(hào)，-預(yù)放大部件，能夠?qū)⑺鐾獠吭肼曅盘?hào)預(yù)放大到能夠驅(qū)動(dòng)所述揚(yáng)聲器的電平，-相移部件，能夠從所述預(yù)放大的外部噪聲信號(hào)產(chǎn)生相移輸出信號(hào)，其中，所述相移輸出信號(hào)的相位極性與在聽(tīng)者耳朵處的外部噪聲信號(hào)的相位極性相反，以及-求和部件，用于對(duì)所述相移輸出信號(hào)與音頻輸入信號(hào)進(jìn)行求和，其中，所述和產(chǎn)生所述噪聲消除音頻信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述減少功率噪聲消除裝置還 包括匹配部件，用于將所述音頻輸入信號(hào)的阻抗匹配于所述揚(yáng)聲器。
3. 如權(quán)利要求1所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述預(yù)放大部件提供充足的增 益，以驅(qū)動(dòng)所述揚(yáng)聲器，而不借助揚(yáng)聲器放大器。
4. 如權(quán)利要求1所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述減少功率噪聲消除裝置是 前饋型減少功率噪聲消除裝置。
5. 如權(quán)利要求1所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述減少功率噪聲消除裝置是 反饋型減少功率噪聲消除裝置。
6. 如權(quán)利要求1所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述接收部件是能夠接收外部噪聲信號(hào)的麥克風(fēng)。
7. 如權(quán)利要求1所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述噪聲消除音頻信號(hào)的幅度 匹配于環(huán)境噪聲級(jí)別。
8. 如權(quán)利要求1所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述揚(yáng)聲器是耳機(jī)揚(yáng)聲器。
9. 如權(quán)利要求1所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述音頻輸入信號(hào)是從音頻源 提供的。
10. 如權(quán)利要求9所述的減少功率噪聲消除裝置，其中，所述音頻輸入信號(hào)是從例如CD 播放器、mp3播放器、個(gè)人計(jì)算機(jī)或相似設(shè)備的音頻源提供的。
11. 一種使用減少功率噪聲消除電路減少聲學(xué)音頻信號(hào)中出現(xiàn)的環(huán)境噪聲的方法，其 中，所述方法包括以下步驟通過(guò)麥克風(fēng)接收環(huán)境噪聲信號(hào)，對(duì)接收到的環(huán)境噪聲信號(hào)進(jìn)行相移，從而所得相移的信號(hào)的相位與接收到的環(huán)境噪聲 信號(hào)的極性相反，對(duì)所得相移的信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大，從而所得相移的信號(hào)能夠驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器， 對(duì)預(yù)放大的所得相移的信號(hào)與音頻輸入信號(hào)進(jìn)行求和，以及 將求和的預(yù)放大的所得相移的信號(hào)和所述音頻輸入信號(hào)輸出到揚(yáng)聲器。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述方法包括步驟將所述音頻輸入信號(hào)的阻抗匹配于所述揚(yáng)聲器的阻抗。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述方法不需要附加的揚(yáng)聲器放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)所 述揚(yáng)聲器。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述減少功率噪聲消除電路是前饋型減少功率 噪聲消除電路。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述減少功率噪聲消除裝置是反饋型減少功率噪聲消除電路。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法，所述揚(yáng)聲器是耳機(jī)揚(yáng)聲器。
17. 如權(quán)利要求11所述的方法，所述音頻輸入信號(hào)是從音頻源提供的。
18. 如權(quán)利要求11所述的方法，所述音頻輸入信號(hào)是從例如CD播放器、mp3播放器、移 動(dòng)設(shè)備或相似設(shè)備的音頻源提供的。
全文摘要
描述了一種降噪耳機(jī)。所述降噪耳機(jī)利用低功耗噪聲消除電路，其中，音頻輸入信號(hào)(120)直接饋送到耳機(jī)，而不使用附加的耳機(jī)放大器(114)。所述噪聲消除電路使用麥克風(fēng)(102)來(lái)拾取環(huán)境噪聲，并且產(chǎn)生與所述環(huán)境噪聲信號(hào)幅度上相等但極性上相反的信號(hào)(106)。所得信號(hào)與所述音頻輸入信號(hào)混合，并且饋送到耳機(jī)的揚(yáng)聲器(116)。該方法是有利的，因?yàn)槠涫褂玫慕M件比傳統(tǒng)噪聲消除電路更少，并且其還因使用更少的組件而消耗更少的功率。由于在噪聲消除電路上對(duì)于所述音頻輸入信號(hào)不執(zhí)行放大，因此所述音頻輸入信號(hào)的失真也被減小。
文檔編號(hào)H04R1/10GK101754071SQ20091025318
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月4日
發(fā)明者王仁義, 許春發(fā), 鐘秀平, 陳家俊 申請(qǐng)人:索尼Emcs(馬來(lái)西亞)有限公司