一種有源降噪耳機電路的製作方法

2023-07-26 13:01:11 1

一種有源降噪耳機電路的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種有源降噪耳機，屬於智能電器【技術領域】，其電路主要由依次相連的噪聲收集單元、濾波單元、移相單元、反相相加單元四個部分組成。用該方案實現的有源降噪耳機具有元件少、成本低、功耗低、電路穩定、降噪效果不受人的空間位置變化影響等優點。
【專利說明】—種有源降噪耳機電路

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於電器【技術領域】，特別涉及一種有源降噪耳機的電路結構設計。

【背景技術】
[0002]有源降噪耳機(又稱主動降噪耳機)是指通過產生頻率與環境噪聲完全一樣而相位相差180°的聲波，並與環境噪聲疊加，從而主動地消除環境噪聲的耳機，它能夠在消除環境噪音的同時又不影響人聽音樂與語言交流。其工作原理是:首先，駐極體話筒將接收到的環境噪聲信號轉換為相應的電壓信號；其次，對該電壓信號進行濾波、移相、反相放大並與音樂信號相加；最後，將處理過的信號輸出到耳機，產生疊加了與環境噪聲等大、反相的聲波的音樂信號，該聲波與環境噪聲相互抵消，從而達到消除環境噪聲的目的。已公開的有源降噪耳機電路大部分採用模擬電路的方式來實現降噪處理，需檢測採樣到的噪聲幅值、頻率、相位等特性,經過濾波、反相處理後,產生一個幅值相同、相位相反的信號通過揚聲器輸出，來抵消噪聲信號，從而實現降低噪聲的目的，具有響應速度快、實時性好等優點，但是電路結構較複雜，所用元件較多；另一些採用數字電路的方式來實現降噪處理，具有功能豐富、可通過軟體實現智能降噪處理等優點，但是電路更為複雜，成本較高，且電路功耗高，減少了電池的續航時間。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的是為克服已有技術的不足之處，設計出一種有源降噪耳機，本電路的實現方案具有元件少、成本低、功耗低、電路穩定、降噪效果不受人的空間位置變化影響等優點，且對於低頻噪音降噪效果較好。
[0004]本實用新型提出的一種有源降噪耳機電路，其特徵在於，該電路包括依次相連的由駐極體話筒、電阻和電源構成的噪聲收集單元、由低能濾波器和高通濾波器組成的濾波單元、由移相橋電路和減法器組成的移相單元、由反相加法器構成的反相相加單元。
[0005]本實用新型的特點有:
[0006]1、電路元件少，僅使用了四個運算放大器，成本低廉；
[0007]2、將駐極體話筒與耳機固定在一起，電路的降噪效果基本不受人的空間位置變化影響，在一定範圍內都可以實現一定的降噪效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型中有源降噪耳機的電路結構框圖。
[0009]圖2是本實用新型中有源降噪耳機實施例的具體電路圖及元件參數的參考值。

【具體實施方式】
[0010]本實用新型的有源降噪耳機的電路附圖及詳細說明如下:
[0011]本實用新型的有源降噪耳機的電路如圖1所示，該電路包括依次相連的由駐極體話筒構成的噪聲收集單元、由低能濾波器和高通濾波器組成的濾波單元、由移相橋電路和減法器組成的移相單元、由反相加法器構成的反相相加單元。
[0012]本實用新型的各單元的具體電路如圖2所示，其中:
[0013]噪聲收集單元I包括駐極體話筒D，第一電阻(Rl)，8V直流電源第一埠(Vl);其中，駐極體話筒(D)源極接地，駐極體話筒(D)漏極與第一電阻(Rl)、濾波單元相連，第一電阻(Rl) —端與8V直流電源第一埠(Vl)正極相連，另一端與駐極體話筒(D)漏極、濾波單元相連，8V直流電源第一埠(Vl)負極接地。
[0014]濾波單元I I包括一個低通濾波器與一個高通濾波器。低通濾波器由第二電阻(R2)，第一電容(Cl)，第一運算放大器(Ul)，15V直流電源的第二、第三埠(V2、V3)組成；高通濾波器由第三電阻(R3)，第二電容(C2)，第二運算放大器(U2)，15V直流電源的第四、第五埠(V4、V5)組成。其中，第一運算放大器(Ul)的同相輸入端與噪聲收集單元相連，第一運算放大器(Ul)的反相輸入端與第一運算放大器(Ul)的輸出端、第二電阻(R2)相連，第一運算放大器(Ul)的正供電端與15V直流電源的第二埠(V2)正極相連，第一運算放大器(Ul)的負供電端與15V直流電源的第三埠(V3)負極相連；第二電阻(R2)與第一電容(Cl)的一端相連、第二運算放大器(U2)的同相輸入端相連,第一電容(Cl)的另一端與地相連；第二運算放大器(U2)的反相輸入端與第二運算放大器(U2)的輸出端、第二電容(C2)的一端相連，第二運算放大器(U2)的正供電端與15V直流電源的第五埠(V5)正極相連，第二運算放大器(U2)的負供電端與15V直流電源的第四埠(V4)負極相連；第二電容(C2)的另一端與移相單元、第三電阻(R3)的一端相連，第三電阻(R3)的另一端與地相連。
[0015]移相單元III包含一個移相橋與一個減法器。移相橋由第四、第五電阻(R4、R5)，第一電位器(R6)，第三電容(C3)組成；減法器由第七至第十電阻(R7、R8、R9、R10)，第三運算放大器(U3)，15V直流電源的第六、第七埠(V6、V7)組成；其中，第三電容(C3) —端與濾波單元相連，第三電容(C3)另一端與第四電阻(R4)、第一電位器(R6)相連；第四電阻(R4)一端與濾波單元相連，第四電阻(R4)另一端與第五電阻(R5)、第七電阻(R7)相連；第一電位器(R6) —端分別與第三電容(C3)、第八電阻(R8)相連，第一電位器(R6)另一端接地；第五電阻(R5) —端與第四電阻(R4)、第七電阻(R7)相連，第五電阻(R5)另一端接地；第八電阻(R8) —端與第三電容(C3)、第一電位器(R6)相連,第七電阻(R7)另一端分別與第三運算放大器(U3)同相輸入端、第九電阻(R9)相連；第八電阻(R8) —端分別與第三電容(C3)、第一電位器(R6)相連，第八電阻(R8)另一端與第三運算放大器(U3)反相輸入端、第十電阻(RlO)相連；第九電阻(R9) —端與第三運算放大器(U3)同相輸入端相連，第九電阻(R9)另一端接地；第十電阻(RlO) —端與第八電阻(R8)、反相相加單元相連，第十電阻(RlO)另一端與第三運算放大器(U3)輸出端相連；15V直流電源第七埠(V7)負極接地，15V直流電源第七埠(V7)正極與第三運算放大器(U3)正供電端相連；15V直流電源第八埠(V8)正極接地，15V直流電源第八埠(V8)負極與第三運算放大器(U3)負供電端相連；第三運算放大器(U3)同相輸入端分別與第七電阻(R7)、第九電阻(R9)相連，第三運算放大器(U3)反相輸入端分別與第八電阻(R8)、第十電阻(RlO)、反相相加單元相連。
[0016]反相相加單元IV包含一個反相加法器。反相加法器由第十二、十三電阻(R12、R13)，第二電位器(Rll)，第四運算放大器(U4)，15V直流電源第八、第九埠(V8、V9)組成。其中，第十二電阻(R12) —端與輸入的音樂信號(由其它裝置產生，不屬於本實用新型)相連，第十二電阻(R12)另一端與第十三電阻(R13)、第二電位器(R11)、第四運算放大器(U4)反相輸入端相連；第二電位器(Rll) —端與移相單元相連，第二電位器(Rll)另一端與第十二電阻(R12)、第十三電阻(R13)、第四運算放大器(U4)反相輸入端相連；第十三電阻(R13) —端與第十二電阻(R12)、第二電位器(R11)、第四運算放大器(U4)反相輸入端相連，第十三電阻(R13)另一端與第四運算放大器(U4)輸出端相連；15V直流電源第九埠(V9)負極接地，15V直流電源第九埠(V9)正極與第四運算放大器(U4)正供電端相連；15V直流電源第八埠(V8)正極接地，15V直流電源第八埠(V8)負極與第四運算放大器(U4)負供電端相連；第四運算放大器(U4)同相輸入端接地，輸出端與第十三電阻R13相連，第四運算放大器輸出端為耳機信號的輸出端。
[0017]各單元的功能及【具體實施方式】分別詳細說明如下:
[0018]1、噪聲收集單元
[0019]該單元在圖2中如部分I所示。該單元利用駐極體話筒收集環境噪聲，利用電源給駐極體話筒供電。駐極體話筒採用二端式接法，漏極輸出。通過駐極體話筒採集到的電壓信號存在直流偏置，通過後續濾波單元的處理可以消除該直流偏置。實際元件參數的參考值:R1可以採用30k Ω，駐極體話筒D可以採用日本鐵三角公司生產的全指向性電容式計算機話筒ATR4600，8V直流電源可以採用乾電池經DC-DC變換器變壓產生，其具體產生方法不屬於本實用新型。
[0020]2、濾波單元
[0021]該單元在圖2中如I I部分所示。該單元由一個低通濾波器(由圖1中第二電阻(R2)，第一電容(Cl)，第一運算放大器(Ul)，15V直流電源的第二、第三埠(V2、V3)組成)和一個高通濾波器(由圖1中第三電阻(R3)，第二電容(C2)，第二運算放大器(U2)，15V直流電源的第四、第五埠(V4、V5)組成)組成，可視為一個帶通濾波器，其通頻帶約為53Hz-318Hz。該單元可以消除駐極體話筒所採集到的電壓信號中存在的直流偏置，同時也會消除高於318Hz的電壓信號，由於人交談時聲波的頻率一般高於300Hz，因此最後輸出的信號中不會產生與人說話的聲音相抵消的聲波，從而也不會影響人的交談。實際元件參數的參考值:U1、U2可以採用UA741⑶運算放大器，R2可以採用3.0kQ電阻，R3可以採用500 Ω電阻，C1、C2可以採用IyF電容，15V直流電源可以採用乾電池經DC-DC變換器變壓產生，其具體產生方法不屬於本實用新型。
[0022]3、移相單元
[0023]該單元如圖2中III部分所示，由一個移相橋和一個減法器組成。該單元可以實現對採集到的噪聲信號進行相位調節並輸出到下一個單元。在實際操作的過程中需在戴上耳機後將駐極體話筒至於靠近人耳及耳機處，由於駐極體話筒採集到的噪聲信號與人耳實際聽到的噪聲信號存在一定的相位差，且在信號處理的過程中也會使原信號產生一定的相位差，而以上兩種相位差無法定量計算，因此電路中需要一個能夠對信號的相位進行調節的單元，以便在後續反相加法單元中對噪聲信號實現反相後對信號的相位進行微調。同時，由於移相橋電路直接輸出的信號為兩個輸出端之間的電勢差，而輸出到下一個單元的信號必須為某一點相對於地的電勢差，故採用一個減法器(由圖1中第四、第五電阻(R4、R5)，第一電位器(R6)，第三電容(C3)組成)，將移相橋(由圖1中第七至第十電阻(R7、R8、R9、R1)，第三運算放大器(U3)，15V直流電源的第六、第七埠(V6、V7)組成)兩個輸出端的電壓信號相減，從而將移相橋的兩個輸出端之間的電勢差轉換為了減法器的輸出端相對於地的電壓信號。實際元件參數的參考值:U3可以採用UA741⑶運算放大器，R4、R5可以採用10.0kQ電阻，R6可以採用5.0kQ電位器，R7、R8可以採用LOkQ電阻，R9、R10可以採用2.0kQ電阻，C3可以採用IyF電容，15V直流電源可以採用乾電池經DC-DC變換器變壓產生，其具體產生方法不屬於本實用新型。
[0024]4、反相相加單元
[0025]該單元如圖2中IV部分所示。該單元可以將經過處理的噪聲信號與音樂信號疊加之後再反相，最後將信號輸出到耳機。實際測試表明，音樂信號經過反相後對人所聽到的音樂並無明顯影響。實際元件參數的參考值山4可以採用以741^運算放大器，1?11可以採用
5.0kQ電位器，R12可以採用5.0kQ電阻，R13可以採用2.0kQ電阻，15V直流電源可
[0026]以採用乾電池經DC-DC變換器變壓產生，其具體產生方法不屬於本實用新型。
【權利要求】
1.一種有源降噪耳機電路，其特徵在於，該電路包括依次相連的由駐極體話筒、電阻及電源構成的噪聲收集單元、由低能濾波器和高通濾波器組成的濾波單元、由移相橋電路和減法器組成的移相單元、由反相加法器構成的反相相加單元。
2.如權利要求1的有源降噪耳機電路，其特徵在於，該噪聲收集單元包括駐極體話筒(D)、第一電阻(Rl)、8V直流電源第一埠(Vl);其中，駐極體話筒(D)源極接地，駐極體話筒(D)漏極與第一電阻(Rl)、濾波單元相連，第一電阻(Rl) —端與8V直流電源第一埠(Vl)正極相連，另一端與駐極體話筒(D)漏極、濾波單元相連，8V直流電源第一埠(Vl)負極接地。
3.如權利要求1的有源降噪耳機電路，其特徵在於，該濾波單元包含一個低通濾波器與一個高通濾波器；低通濾波器由第二電阻(R2)，第一電容(Cl)，第一運算放大器(Ul)，15V直流電源的第二、第三埠(V2、V3)組成；高通濾波器由第三電阻(R3)，第二電容(C2)，第二運算放大器(U2)，15V直流電源的第四、第五埠(V4、V5)組成；其中，第一運算放大器(Ul)的同相輸入端與噪聲收集單元相連，第一運算放大器(Ul)的反相輸入端與第一運算放大器(Ul)的輸出端、第二電阻(R2)相連,第一運算放大器(Ul)的正供電端與15V直流電源的第二埠(V2)正極相連，第一運算放大器(Ul)的負供電端與15V直流電源的第三埠(V3)負極相連；第二電阻(R2)與第一電容(Cl)的一端相連、第二運算放大器(U2)的同相輸入端相連，第一電容(Cl)的另一端與地相連；第二運算放大器(U2)的反相輸入端與第二運算放大器(U2)的輸出端、第二電容(C2)的一端相連，第二運算放大器(U2)的正供電端與15V直流電源的第五埠(V5)正極相連，第二運算放大器(U2)的負供電端與15V直流電源的第四埠(V4)負極相連；第二電容(C2)的另一端與移相單元、第三電阻(R3)的一端相連，第三電阻(R3)的另一端與地相連。
4.如權利要求1的有源降噪耳機電路，其特徵在於，該移相單元包含一個移相橋與一個減法器；移相橋由第四、第五電阻(R4、R5)，第一電位器(R6)，第三電容(C3)組成；減法器由第七至第十電阻(R7、R8、R9、R10)，第三運算放大器(U3)，15V直流電源的第六、第七埠(V6、V7)組成；其中，第三電容(C3) —端與濾波單元相連，第三電容(C3)另一端與第四電阻(R4)、第一電位器(R6)相連；第四電阻(R4) —端與濾波單元相連，第四電阻(R4)另一端與第五電阻(R5)、第七電阻(R7)相連；第一電位器(R6) —端分別與第三電容(C3)、第八電阻(R8)相連，第一電位器(R6)另一端接地；第五電阻(R5) —端與第四電阻(R4)、第七電阻(R7)相連，第五電阻(R5)另一端接地；第八電阻(R8) —端與第三電容(C3)、第一電位器(R6)相連，第七電阻(R7)另一端分別與第三運算放大器(U3)同相輸入端、第九電阻(R9)相連；第八電阻(R8) —端分別與第三電容(C3)、第一電位器(R6)相連，第八電阻(R8)另一端與第三運算放大器(U3)反相輸入端、第十電阻(RlO)相連；第九電阻(R9) —端與第三運算放大器(U3)同相輸入端相連，第九電阻(R9)另一端接地；第十電阻(RlO) —端與第八電阻(R8)、反相相加單元相連，第十電阻(RlO)另一端與第三運算放大器(U3)輸出端相連；15V直流電源第七埠(V7)負極接地，15V直流電源第七埠(V7)正極與第三運算放大器(U3)正供電端相連；15V直流電源第八埠(V8)正極接地，15V直流電源第八埠(V8)負極與第三運算放大器(U3)負供電端相連；第三運算放大器(U3)同相輸入端分別與第七電阻(R7)、第九電阻(R9)相連，第三運算放大器(U3)反相輸入端分別與第八電阻(R8)、第十電阻(RlO)、反相相加單元相連。
5.如權利要求1的有源降噪耳機的電路，其特徵在於，該反相相加單元包含一個反相加法器；反相加法器由第十二、十三電阻(R12、R13)，第二電位器(R11)，第四運算放大器(U4)，15V直流電源第八、第九埠(V8、V9)組成；其中，第十二電阻(R12) —端與輸入的音樂信號相連，第十二電阻(R12)另一端與第十三電阻(R13)、第二電位器(R11)、第四運算放大器(U4)反相輸入端相連；第二電位器(Rll) —端與移相單元相連，第二電位器(Rll)另一端與第十二電阻(R12)、第十三電阻(R13)、第四運算放大器(U4)反相輸入端相連；第十三電阻(R13) —端與第十二電阻(R12)、第二電位器(R11)、第四運算放大器(U4)反相輸入端相連，第十三電阻(R13)另一端與第四運算放大器(U4)輸出端相連；15V直流電源第九埠(V9)負極接地，15V直流電源第九埠(V9)正極與第四運算放大器(U4)正供電端相連；15V直流電源第八埠(V8)正極接地，15V直流電源第八埠(V8)負極與第四運算放大器(U4)負供電端相連；第四運算放大器(U4)同相輸入端接地，輸出端與第十三電阻R13、耳機信號的輸出端相連。
【文檔編號】H04R3/00GK204014024SQ201420353526
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月27日 優先權日:2014年6月27日
【發明者】朱義誠, 施博辰, 朱桂萍, 於歆傑 申請人:清華大學