一种主动噪声消除方法及耳机技术

技术编号:4253338 阅读:255 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种主动噪声消除方法及耳机,用以在保证系统稳定的前提下,提高去噪能力,得到较高的信噪比。本发明专利技术提供的一种主动噪声消除方法包括:将输入负反馈放大电路的音频信号与所述负反馈放大电路的反馈信号进行合并,其中,所述反馈信号为将所述负反馈放大电路输出的音频信号和环境噪声的混合信号乘以所述负反馈放大电路的反馈回路增益后得到的信号;通过低通滤波器对所述合并后的信号进行滤波处理;将经过所述滤波处理后的信号乘以所述负反馈放大电路的放大回路增益后输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及音频处理
,尤其涉及一种主动噪声消除方法及耳机。
技术介绍
—般耳机的降噪技术可以分为主动噪声消除技术(ANC, Active NoiseCancellation)和被动噪声消除技术。 被动噪声消除的原理如图1所示,被动噪声消除技术通过隔音材料来降低噪声,由于低频信号波长较长,穿透力较强,因此被动噪声消除技术主要消除高频噪声。 主动噪声消除技术主要消除低于1千赫兹(KHz)的低频噪声。主动噪声消除的原理如图2所示,通过麦克风采集背景噪声信号,通过对该信号分析,产生一个等幅度反相的反噪声信号,将反噪声信号通过扬声器播出,在空气中反噪声信号和噪声信号相叠加,就会降低背景噪声幅度,从而起到抗噪声的作用。 —般主动噪声消除的实现有前馈式(feedforword)和反馈式(feedback)两种方 式。由于耳机内部腔体很小,所以通常选用反馈式方式进行噪声消除,对应耳机结构如图3 所示,可以看出,反馈式主动噪声消除耳机实际上是一个负反馈放大器,其中,放大回路增 益为A,反馈回路增益为F。负反馈放大电路示意图如图4所示,根据负反馈放大电路原理, 输入输出的闭环关系式为 X。=:r4^《......公式(1)1 + 乂F 其中,&表示输入信号,X。表示输出信号。 对于主动噪声消除耳机电路来说,信号a是输入信号,扬声器播出的xo是输出信 号,xo与环境噪声n组成反馈回路的输入信号。因此,模拟ANC控制器的输入输出的闭环 关系式为 I。 = 《 + ,.......公式(2)1 + /IF 1 +」_F 当整个环路增益比较大时,即当|^1口 l时,有 ^。=4:,+^:;......公式(3) 由公式(3)可见,提高输出增益A,可以起到抑制环境噪声n的作用,同时有用的信 号a不受影响,这样就可以提高耳机腔体内的信噪比,且信噪比的改善和增益A成正比。 —般来说,主动噪声消除耳机装置中的A和F都是和频率相关的,在中低频率有稳 定的增益和较小的附加相移。因此,系统稳定的工作范围也是在中低频率。这也是主动噪 声消除技术主要消除中低频噪声的原因。 但是,由于在中高频率,系统回路的附加相移较大,容易引起系统的自激振荡,因 此,现有技术中往往通过降低增益A来保证系统的稳定,然而这样就不能实现较高的信噪 比,从而降低了噪声消除的能力。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种主动噪声消除方法及耳机,用以在保证系统稳定的前提 下,提高去噪能力,得到较高的信噪比。 本专利技术实施例提供的一种主动噪声消除方法包括 将输入负反馈放大电路的音频信号与所述负反馈放大电路的反馈信号进行合并, 其中,所述反馈信号为将所述负反馈放大电路输出的音频信号和环境噪声的混合信号乘以 所述负反馈放大电路的反馈回路增益后得到的信号; 通过低通滤波器对所述合并后的信号进行滤波处理; 将经过所述滤波处理后的信号乘以所述负反馈放大电路的放大回路增益后输出。 本专利技术实施例提供的一种主动噪声消除耳机包括 麦克,用于采集所述耳机的扬声器输出的音频信号和环境噪声的混合信号; 反馈回路增益单元,用于将所述混合信号乘以预先设置的反馈回路增益,得到反 馈信号; 输入单元,用于将音频信号输入所述耳机; 合并单元,用于将所述输入单元输入的音频信号与所述反馈信号进行合并; 低通滤波器,用于对所述合并单元合并后的信号进行滤波处理; 放大回路增益单元,用于将经过所述滤波处理后的信号乘以预先设置的放大回路增益; 扬声器,用于输出所述放大回路增益单元处理后的音频信号。 本专利技术实施例,将输入负反馈放大电路的音频信号与所述负反馈放大电路的反馈 信号进行合并,其中,所述反馈信号为将所述负反馈放大电路输出的音频信号和环境噪声 的混合信号乘以所述负反馈放大电路的反馈回路增益后得到的信号;通过低通滤波器对 所述合并后的信号进行滤波处理;将经过所述滤波处理后的信号乘以所述负反馈放大电路 的放大回路增益后输出,从而在保证系统稳定的前提下,提高了去噪能力,得到较高的信噪 比。附图说明 图1为现有技术中的被动噪声消除示意图; 图2为现有技术中的主动噪声消除原理示意图; 图3为现有技术中的反馈式主动噪声消除耳机结构示意图; 图4为现有技术中的负反馈放大电路示意图; 图5为本专利技术实施例提供的负反馈电路稳定性分析示意图; 图6为本专利技术实施例提供的增加了低通滤波器的反馈式主动噪声消除耳机结构 示意图; 图7为本专利技术实施例提供的增加了低通滤波器的反馈式主动噪声消除耳机的工 作原理示意图; 图8为本专利技术实施例提供的一阶电阻电容(RC)低通电路示意图; 图9为本专利技术实施例提供的一阶RC低通滤波器幅频特性曲线示意图; 图10为本专利技术实施例提供的主动噪声消除耳机的去噪效果曲线示意5 图11为本专利技术实施例提供的增加了低通滤波器和均衡器后的反馈式主动噪声消 除耳机结构示意图; 图12为本专利技术实施例提供的增加了低通滤波器和均衡器后的反馈式主动噪声消 除耳机的工作原理示意图; 图13为本专利技术实施例提供的信号高频部分被衰减的示意图; 图14为本专利技术实施例提供的增加均衡器后的系统闭环输出的信号频谱示意图; 图15为本专利技术实施例提供的一种主动噪声消除方法的流程示意图。具体实施例方式本专利技术实施例提供了一种新的主动噪声消除方法及耳机,在保证系统稳定的前提 下,大大提高了耳机对低频噪声的消除能力,同时不影响信号质量,使得主动噪声消除耳机 实现了抗噪强、音质高的目标。 本专利技术实施例提供的一种新的主动噪声消除方案,基于反馈式主动噪声消除技 术,在图3所示的负反馈放大电路的环路中增加低通滤波器,使得整个系统在保证稳定的 前提下,可以大大提高低频噪声的消除能力。进一步,在信号输入端增加均衡器,使得信号 通过系统时不产生失真,从而保证了信号的质量。从而使得这种主动噪声消除的耳机装置 实现了抗噪强、音质高的效果。 下面结合附图对本专利技术实施例提供的技术方案进行说明。 参见图5,首先,对负反馈放大电路的稳定性进行分析。 负反馈放大电路不稳定的原因是自激振荡,产生自激振荡的条件是环路增益AF =-l,其中A表示负反馈放大电路的放大回路增益,F表示负反馈放大电路的反馈回路增.、 环路增益AF = -1这个条件,实际包括了两个条件,即 幅值条件|AF| = 1 ; 相位条件附加相移=180度。 当幅值条件和相位条件同时满足时,负反馈放大电路就会产生自激振荡,在附加 相移为180度,并且|AF| > 1时,更容易产生自激振荡。因此,负反馈放大电路稳定工作的 条件为 (1)当|AF = 1时,附加相移< 180度, 或者, (2)当附加相移=180度时,AF < 1。 假设fo是附加相移=180度时对应的频率,fc是|AF| = 1时对应的频率,则可 推出负反馈电路稳定工作的条件是fo > fc,如图5所示。 上述负反馈放大电路稳定工作的条件是临界条件,一般来说,需要有一定的稳定 裕度,稳定裕度可以从增益裕度或相位裕度来说明。 (1)增益裕度定义f = fo时所对应的|AF|为增益裕度Gm,稳定的负反馈放大电 路的Gm不仅要求Gm < 0分贝(dB),且要求Gm《-lOdB本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种主动噪声消除方法,其特征在于,该方法包括:将输入负反馈放大电路的音频信号与所述负反馈放大电路的反馈信号进行合并,其中,所述反馈信号为将所述负反馈放大电路输出的音频信号和环境噪声的混合信号乘以所述负反馈放大电路的反馈回路增益后得到的信号;通过低通滤波器对所述合并后的信号进行滤波处理;将经过所述滤波处理后的信号乘以所述负反馈放大电路的放大回路增益后输出。

【技术特征摘要】
一种主动噪声消除方法,其特征在于,该方法包括将输入负反馈放大电路的音频信号与所述负反馈放大电路的反馈信号进行合并,其中,所述反馈信号为将所述负反馈放大电路输出的音频信号和环境噪声的混合信号乘以所述负反馈放大电路的反馈回路增益后得到的信号;通过低通滤波器对所述合并后的信号进行滤波处理;将经过所述滤波处理后的信号乘以所述负反馈放大电路的放大回路增益后输出。2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述负反馈放大电路输出的音频信号为 <formula>formula see original document page 2</formula>其中,所述X。表示所述负反馈放大电路输出的音频信号,A表示所述放大回路增益,H 表示所述低通滤波器的系统函数,F表示所述反馈回路增益,ai表示输入所述负反馈放大电 路的音频信号,&表示所述环境噪声;并且,|AGF| □ 13. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,将输入所述负反馈放大电路的音频信号 与所述负反馈放大电路的反馈信号进行合并的步骤包括通过均衡器对输入所述负反馈放大电路的音频信号进行均衡处理; 将经过所述均衡处理后的音频信号与所述反馈信号进行合并。4. 根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述负反馈放大电路输出的音频信号为 <formula>formula see original document page 2</formula>其中,所述x。表示所述负反馈放大电路输出的音频信号,E表示均衡器的系统函数,A表示所述放大回路增益,H表示所述低通滤波器的系统函数,F表示所述反馈回路增益,ai表示输入所述负反馈放大电路的音频信号,ni表示所述环境噪声;并且, <formula>formula see original document page 2</formula>5. 根据权利要求1至4任一权项所述的方法,其特征在于,所述低通滤波器为一阶电阻 电容RC低通滤波器。6. —种主动噪声消除耳...

【专利技术属性】
技术研发人员:张晨
申请(专利权)人:北京中星微电子有限公司
类型:发明
国别省市:11[中国|北京]

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