一種主動消除車內噪音的車用頭枕的製作方法
2023-06-20 19:16:56
本發明涉及聲學降噪技術領域，具體為一種主動消除車內噪音的車用頭枕。
背景技術：
現代社會隨著生活、工作節奏日益的加快，使得人們在工作、學習、休息時都需要更為安靜舒適的環境，因此噪音汙染已經成為影響人們生活質量主要的因素，在噪音汙染日益嚴重的當下，人們只能忍受噪音，對身心健康造成影響，於是人們開始尋找降噪措施，比如被動降噪，即利用質量越高、隔音效果越好的物理材料屏蔽噪音，這種方法僅對高頻率聲音有效，不能降低低頻率噪音，且降噪能力僅能降低約十五至二十分貝，成本較高。
傳統降噪方式主要靠良好的密閉性以及材料特性在一定程度上將噪音隔離。被動降噪一般只能針對500Hz以上更高頻的聲音，尤其是對於在1KHz以上的噪音，被動降噪有一定的降噪能力，但想要獲得更好的降噪效果，以及對低頻率噪音進行處理，則需要付出極大的材料工程代價。主動降噪是結合了聲學和電學理論，採用有源噪音反相相消的方法，通過在腔體內安裝主動降噪模塊，偵測噪音並通過降噪模塊驅動揚聲器產生與之振幅相同相位相反的聲波與之相抵消，從而實現良好的降噪效果。
技術實現要素：
針對現有技術中的上述不足之處，本發明提供了一種主動消除車內噪音的車用頭枕，解決了背景技術中描述的低頻噪聲的問題，採用低功耗技術保證足夠的續航時長，隨用隨開，小巧便攜。
為實現上述技術效果，本發明採用的技術方案為一種主動消除車內噪音的車用頭枕,包括殼體，其特徵在於：殼體內部安裝有麥克風拾音監控單元、解析降噪輸出晶片、揚聲器、線材接口、藍牙模塊、電源和控制模塊；所述麥克風拾音監控單元通過解析降噪輸出晶片分別與揚聲器、藍牙和控制模塊連接，所述解析降噪輸出晶片分別與麥克風拾音監控單元、揚聲器、線材接口、藍牙模塊、電源和控制模塊連接，所述揚聲器分別與麥克風拾音監控單元、解析降噪輸出晶片、線材接口、藍牙模塊、電源和控制模塊連接，所述線材接口分別與麥克風拾音監控單元、解析降噪輸出晶片、揚聲器、藍牙和控制模塊連接，所述藍牙模塊、電源和控制模塊分別與麥克風拾音監控單元、解析降噪輸出晶片、揚聲器、線材接口連接。
該可插拔線的主動降噪，通過麥克風拾音監控單元監控環境中的噪音，將噪聲信號傳至解析降噪輸出晶片，經解析降噪輸出晶片運算分析後發出降噪信號指令，由揚聲器發出與噪音相位相反、振幅相同的聲波來抵消噪聲。有效解決了低頻噪音的問題，能夠提升音質，具有小巧靈活，隨用隨開的特點，通過採用低功耗技術方案可有很長的待機時間。藍牙模塊包含在內電路板上，可提供無線佩戴時的音頻信號由播放器(如配備藍牙功能的手機)到的傳輸。
優選的，所述線材接口可以自由插拔，即無線狀態和有線狀態下都可以工作。
優選的，所述降噪能夠識別背景噪聲並且發出與背景噪聲振幅相同、相位相反的反向聲信號進行抵消中和。
優選的，藍牙模塊通過藍牙連接的方式進行連接和操作。
優選的，所述控制模塊可以通過按鍵和遙控的方式進行操作。
優選的，所述電源模塊通用於直接供電和電池。
進一步的，所述還包括充電板，充電板嵌在殼體上，可通過充電接口連接充電線給腔體內的電源充電。
進一步的，殼體下方設置有線轉接插座，用戶在電池缺電情況下，可連接有線聽音樂。在無線佩戴時，可開啟降噪功能聽音樂或單獨作為降噪隔離外界噪聲。
與前饋式結構相比，反饋式主動降噪結構需要對麥克風和揚聲器的位置更精確地計算。麥克風和揚聲器的距離對系統的降噪效果影響很大。麥克風和揚聲器之間的距離導致麥克風收到的噪音信號和揚聲器回放的噪音信號間的相位差，且相位差隨著聲音頻率的升高而增大，一旦相位差大於60度，負反饋將會變成正反饋，容易引入嚴重嘯叫噪音。
本發明採用一種基於前饋式結構的降噪電路濾波設計方法模型：噪音從被麥克風捕獲並通過信號處理到喇叭回放再傳到耳道必須與噪音從外部穿過再傳入耳道保持一致。
通過測量環境噪聲到人耳的傳輸函數(簡稱「傳函」)，噪聲到麥克風的傳函，揚聲器到人耳的傳函，再通過把噪聲到麥克風的傳函和揚聲器到人耳的傳函反相位與噪聲穿透達到人耳的傳函相減，即得到降噪電路濾波的傳函數據模型。通過這些測量，可以設計降噪電路的濾波器，用電路補償由於所引起的衰減與延時，這使得系統得以產成反相噪音信號，用於抵消穿透後人耳真正聽到的噪音。
與現有技術相比，通過麥克風拾音監控單元監控環境中的噪音，將噪聲信號傳至解析降噪輸出晶片，經解析降噪輸出晶片運算分析後發出降噪信號指令，由揚聲器發出與噪音相位相反、振幅相同的聲波來抵消噪聲。該可插拔線的主動降噪，有效解決了隔音效果有限及音質效果差的問題，能夠提升音質，具有小巧靈活，隨用隨開的特點，通過採用低功耗技術方案可有很長的待機時間。
附圖說明
圖1為本發明結構框圖；
圖2為本發明的降噪結構示意圖；
圖3為本發明的降噪結構示意圖；
圖4為降噪電路濾波設計方法模型；
圖5為聲音波特圖。
圖中：1麥克風拾音監控單元、2解析降噪輸出晶片、3揚聲器、4線材接口、5藍牙模塊、6控制模塊、7電源模塊。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1-3，本發明提供一種技術方案：一種主動消除車內噪音的車用頭枕,所述降噪內部安裝有麥克風拾音監控單元1、解析降噪輸出晶片2、揚聲器3、線材接口4、藍牙模塊5、控制模塊6和電源模塊7。所述麥克風拾音監控單元1通過解析降噪輸出晶片2分別與揚聲器3、藍牙5和控制模塊連接6，所述解析降噪輸出晶片2分別與麥克風拾音監控單元1、揚聲器3、線材接口4、藍牙模塊5、控制模塊6和電源模塊7連接，所述揚聲器3分別與麥克風拾音監控單元1、解析降噪輸出晶片2、線材接口4、藍牙模塊5、控制模塊6和電源模塊7連接，所述線材接口4分別與麥克風拾音監控單元1、解析降噪輸出晶片2、揚聲器3、藍牙模塊5、控制模塊6和電源模塊7連接，所述藍牙模塊5、控制模塊6和電源模塊7分別與麥克風拾音監控單元1、解析降噪輸出晶片2、揚聲器3、線材接口4連接。
工作原理：麥克風拾音監控單元1將監控到的實時噪音信息傳達到解析降噪輸出晶片2，解析降噪輸出晶片2對噪音解析後，傳輸命令使揚聲器3發出與噪音波形相反的聲波；線材接口4感應接口的狀態，將數據傳達到解析降噪輸出晶片2和藍牙模塊5以協同發出降噪指令給揚聲器3。
如圖4所示降噪電路濾波設計方法模型：
仿生人耳16(以下簡稱「人耳」)，當未開啟主動降噪時，處於被動降噪狀態，一噪聲源NS發出噪聲經過空氣，和耳道傳達到人耳，在人耳處用聲學測試儀器檢測此處聲音波形數據ES，所以噪聲源到人耳的傳遞函數H0S＝ES-NS；開啟主動降噪時，嵌入在遠離耳腔處的麥克風收到此處噪音信號AS,噪聲源到麥克風的傳遞函數為H1S＝AS-NS；麥克風收到的AS信號作為連接麥克風的降噪電路的輸入信號，通過降噪電路處理由揚聲器輸出信號BS，降噪電路的傳遞函數H2S＝BS-AS；揚聲器位於內部最靠近耳腔處，輸出的信號通過耳道到達人耳，人耳偵測到的信號為E(-S)，揚聲器到人耳的傳遞函數H3S＝E(-S)-BS；若要人耳處達到噪聲抵消效果，則揚聲器輸出通過耳道到達人耳的信號E(-S)需與噪聲穿過傳遞到人耳的信號NS，幅度相同相位相反，記為E(-S)＝-ES。由此，可推算降噪電路濾波的傳遞函數H2S＝-H0S-H1S-H3S,其中，ES是噪聲到人耳的傳遞函數，H1S是噪聲到外側麥克風的傳輸函數，H3S是揚聲器到人耳的傳遞函數。根據檢測和計算出的傳遞函數H2S來設計降噪濾波電路。
本發明的實施例可以有兩種佩戴設置，一種是開啟主動降噪功能，另一種是關閉主動降噪功能即只有被動降噪。
如圖5的波特圖所示，接收80dB強噪聲12，未開啟主動降噪功能時，噪聲源到人耳16的實際測得的傳輸函數是曲線13，開啟主動降噪功能時，噪聲源通過左聲道到人耳16的實際測得的傳輸函數是曲線14，噪聲源通過右聲道到達人耳16的實際測得的傳輸函數是曲線15。可以看到在1kHz一下的低頻段，開啟主動降噪功能時的人耳16處獲得的噪聲13或14比未開啟主動降噪時減小了15到20dB,主動降噪效果顯著。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。