專利名稱：自供電的具有主動噪音消除功能的耳機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有主動噪音消除功能的耳機，更具體地講，本實用新型涉 及這樣的自供電的具有主動噪音消除功能的耳機，即，從播放器輸出的音頻信號中提取部 分能量來消除噪音，從而保護了人的聽覺的同時還節省了耳機的空間。
背景技術：
便攜式音頻播放器用于我們的生活已經有很長的時間，從最初的模擬音頻播放器 到現在的數字音頻播放器，用戶均使用耳機來收聽音頻播放器所輸出的可聽信號。耳機是將表示音頻信息的電子振蕩轉換為可聽信號的裝置。用戶使用耳機收聽音 頻播放器輸出的可聽信息，或者使用耳機和麥克風與其他用戶進行通信。在有些場合，例如 在吵雜的公共場合，由于周圍噪聲的影響，用戶的收聽感受受到影響。因此，為了克服噪聲 的問題，在現有的耳機中添加了主動噪音消除功能(ANC)，從而改善了用戶的收聽品質。圖1是示出根據現有技術的具有前向ANC系統的耳機的示圖。如圖1所示，根據 現有技術的耳機包括音頻接口 101、麥克風102、揚聲器103、處理單元104和電池105。麥 克風102接收聲音信號，揚聲器103用于輸出聲音信號，處理單元104對輸入的聲音信號進 行處理，電池105將電源提供給處理單元104。在具有上述結構的具有前向ANC系統的耳機中，通過麥克風進入的背景噪聲通過 處理單元被過濾，從而改善了用戶所收聽到的可聽信號信噪比。然而，這種類型的耳機需要電源來對處理單元進行供電，并且一般使用電池作為 電源。但是將電池作為電源的具有ANC功能的耳機具有如下的問題，1)耳機裝置中需要較 多的空間來安裝電池，電池的安裝又增加了耳機裝置的重量；2)由于用戶無法及時獲知電 池的剩余電量，而不能及時更換電池或對電池充電，最終影響耳機裝置的操作。此外，在噪聲環境中，人們為了提高所收聽聲音信號的信噪比，一般會增大音頻播 放器的音量。如果人經常收聽高音量的音頻信號，將會損傷人的聽覺。
實用新型內容為了解決現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供了一種自供電的具有主動 噪音消除(ANC)功能的耳機，所述耳機包括從音頻播放器接收音頻信號的音頻接口，從外 部接收聲音信號的麥克風、揚聲器、連接到音頻接口和麥克風的處理單元以及連接到處理 單元和揚聲器的放大器，其特征在于，所述耳機還包括電源管理單元，連接到音頻接口以 從接收的音頻信號提取能量、連接到處理單元和放大器以向處理單元和放大器提供能量； 能量存儲單元，連接到電源管理單元的輸入-輸出端以從電源管理單元接收能量或向電源 管理單元提供能量。另外，根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機，還包括低頻濾波器和變 壓器，其中，低頻濾波器具有連接到音頻接口的輸入端和連接到變壓器的輸入端的輸出端； 變壓器的輸出端連接到電源管理單元的輸入端。3[0010]另外，根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機，所述低頻濾波器的介質 頻率是20KHz。另外，根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機，所述低頻濾波器是電感 器和電容器組成的低頻濾波器。另外，根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機，所述能量存儲單元是電 容器。另外，根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機，變壓器是升壓變壓器。另外，根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機，處理單元使用電源管理 單元提供的能量對音頻接口接收的音頻信號和麥克風接收的聲音信號進行降噪。另外，根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機，當電源管理單元提取的 能量大于預定值時，將提取的能量中的一部分能量存儲到能量存儲單元，將另一部分提供 給處理單元和放大器；當電源管理單元提取的能量小于預定值時，電源管理單元將從能量 存儲單元接收的能量和提取的能量提供給處理單元和放大器。另外，根據本實用新型實施例的耳機考慮輸入信號和背景噪聲，可對從音頻播放 器獲得的能量在播放的音量與背景噪聲消除之間自動地進行重新分配，即，當音頻播放器 輸出音頻增大時，將更多的能量用于消除噪聲的操作，而不是簡單地將音頻播放器輸出的 能量大部分地用于人收聽到音量，從而保護了人的聽覺。在下面的描述中將部分地闡明本實用新型另外的方面和/或優點，通過描述，其 會變得更加清楚，或者通過實施本實用新型可以了解。
通過
以下結合附圖對實施例進行的描述，本實用新型的這些和/或其他方面和優 點將會變得清楚和更易于理解，其中圖1是示出根據現有技術的具有前向ANC系統的耳機的示圖；圖2是根據本實用新型實施例的自供電的具有ANC功能的耳機的示圖；圖3是根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機的詳細示圖。
具體實施方式
現在對本實用新型實施例進行詳細的描述，其示例表示在附圖中，其中，相同的標 號始終表示相同部件。下面通過參照附圖對實施例進行描述以解釋本實用新型。圖2是根據本實用新型實施例的自供電的具有ANC功能的耳機的示圖。根據本 實用新型實施例的自供電的具有ANC功能的耳機包括音頻接口 201、處理單元202、放大器 203、電源管理單元204、能量存儲單元205、麥克風206、揚聲器207、低頻濾波器208和變壓 器Tl。以下，將參照圖2來詳細說明根據本實用新型實施例的自供電的具有ANC功能的 耳機。音頻接口 201連接到音頻播放器(未示出)，接收從音頻播放器輸出的音頻信號。 所述音頻播放器可以是MP3播放器、個人多媒體播放器(PMP)、具有音頻播放功能的移動終 端以及任何能夠輸出音頻信號的裝置。[0026]麥克風206連接到處理單元202，用于從外部接收聲音信號并將聲音信號轉換為 音頻信號提供給處理單元202。處理單元202連接到音頻接口 201、放大器203、電源管理單元204以及麥克風 206。處理單元202從電源管理單元204接收電源，以及從音頻接口 201和麥克風206接收音頻信號并對音頻信號進行處理來消除噪聲。放大器203連接到處理單元202、電源管理單元204和揚聲器207。放大器203從 電源管理單元204接收電源，以及從處理單元202接收消除了噪聲的音頻信號，對音頻信號 進行放大，然后將放大的音頻信號輸出到揚聲器207。低頻濾波器208連接到音頻接口 201和變壓器Tl的輸入端。低頻濾波器208對 從音頻接口 201輸入的音頻信號中的部分信號進行濾波，然后提供給變壓器Tl。變壓器Tl的輸出端連接到電源管理單元204的輸入端。變壓器Tl對從低頻濾波 器305輸出的信號進行升壓操作并將升壓的電壓提供給電源管理單元204。[0031 ] 電源管理單元204連接到處理單元202、放大器203和能量存儲單元205和變壓器 Tl。電源管理單元204從變壓器Tl接收升壓的電壓。換言之，電源管理單元能夠從音頻接 口輸入的信號中提取能量，并將能量提供給處理單元202和放大器203。其中，當提取的能 量大于預定值時，將提取的能量中的一部分能量存儲到能量存儲單元205，將另一部分提供 給處理單元202和放大器203 ；當提取的能量小于預定值時，將從能量存儲單元205接收能 量并將從能量存儲單元205接收的能量和提取的能量提供給處理單元202和放大器203。能量存儲單元205連接到電源管理單元204的輸入-輸出端，從電源管理單元204 接收剩余能量以及根據需要將存儲的能量提供給電源管理單元204。圖3是根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機的詳細示圖。可以使用Linear公司的LTC3108芯片來實現所述的電源管理單元，實用GTX0100 芯片來來實現所述處理單元202。所述能量存儲單元優選為電容器。以下，將參照圖3來說明使用LTC3108芯片實現所述電源管理單元的根據本實用 新型的自供電的具有ANC功能的耳機。通過引用Linear公司公開的關于LTC3108的文檔 "LTC3108Data Sheet，，，LTC3108的功能及其結構完整地包含于此。在圖3中，根據本實用新型的自供電的具有ANC功能的耳機包括音頻接口 301、處 理單元302、放大器303、電源管理單元304、低頻濾波器305、麥克風306、揚聲器307、變壓 器Tl以及第一電容器Cl至第五電容器C5。第五電容器C5作為圖2的能量存儲單元205。 由于圖3中的音頻接口 301、麥克風306、揚聲器307、處理單元302、放大器303的連接和功 能與圖2中各個對應塊相同，因此，將不再對其進行描述。低頻濾波器305的輸入端連接到音頻接口 301，輸出端連接到變壓器Tl的輸入端。 優選地，低頻濾波器305具有與人最高可聽頻率對應的20KHz的截止頻率，并且低頻濾波器 由電感器L和電容器C構成。變壓器Tl的一次繞組的一端作為輸入端連接到低頻濾波器305的輸出端，一次繞 組的另一端接地。變壓器Tl的二次繞組的一端作為輸出端分別連接到第一電容器Cl和第 二電容器C2。變壓器Tl是升壓變壓器。第一電容器Cl連接變壓器Tl的輸出端與電源管理單元304的Cl端。第二電容 器C2的一端連接到電源管理單元304的C2端，另一端連接到變壓器Tl的輸出端。第三電容器C3的一端連接到電源管理單元304的Vout端，另一端接地。第四電容器C4的一端連 接到電源管理單元304的VAUX端，另一端接地。第五電容器C5的一端連接到電源管理單 元304的VSTORE端，另一端接地。低頻濾波器305將從音頻接口 301輸入的音頻信號中的部分信號進行濾波，然后 提供給變壓器Tl。變壓器Tl對從低頻濾波器305輸出的信號進行升壓操作并通過第一電容器Cl和 第二電容器C2將升壓的電壓提供給電源管理單元304。第一電容器Cl與電源管理單元304內部的整流電路一起對變壓器Tl的輸出進行 整流并且對通過電源管理單元304的VOUT端對第三電容器C3以及通過VAUX端對第四電 容器C4充電。當對第四電容器C4的充電完成并輸出穩定電壓時，開始對第五電容器C5進 行充電。因此，當變壓器Tl升壓的電壓小或者沒有變壓器升壓的電壓時，使用存儲在第五 電容器C5的能量來補充從第二輸出端輸出并提供給處理單元302和放大器303的能量。在背景噪聲大的環境中，人們會增大音頻播放器輸出的音頻信號的大小，S卩，增大 音量，來獲得較高的信噪比。此時，根據本實用新型的耳機，將從增大的音頻信號中提取部 分能量來消除背景噪聲，從而提高了信噪比，因此，用戶所收聽到的音量沒有太大變化的情 況下，可手提高收聽效果。通常，音頻播發器提供給耳機的電源3V，耳機的電阻等于16歐姆。假設音樂和 語音的峰值因子等于3，則耳機的最大功率消耗Pmax= (U/2/pf) VRearph = (3/2/3)716 = 15. Bmfft0當前移動裝置的輸出限制在幾十毫瓦以內，一般是20毫瓦。根據背景噪聲的大 小來決定降多少能量用于背景噪聲的消除。假設，在沒有ANC功能時，SNR是3db。這表示， 背景噪聲Pba。kn。ise/Pmusi。= 10 (_3dB"°) 0.5。為了消除背景噪聲，需要IOmWt的能量。為了 消除背景噪聲，模擬ANC處理器消耗5mWt。因此，用于音樂播放的能量僅剩Pmusi。ANe20-5-10 = 5mWt。從而，音樂信號將降低IOlogltl(5mWt/20mWt) -6dB。當所述的處理單元使用 GTXO100芯片時，ANC方案將達到25dB的噪聲消除。總的效率將達到25_6 = 19dB的SNR。 所以，將增加的音頻信號的一部分能量用于對背景噪聲信號的消除，換言之，通過增加音頻 播放器輸出的音量，將增加的能量用于消除背景噪聲，而沒有增加人所收聽到的音樂的音 量。盡管參照其典型實施例表示和描述了本實用新型的實施例，以舉例說明本實用新 型的原理，但本實用新型并不限于表示和描述的實施例。應該理解，在不脫離由所附權利要 求限定的本實用新型的精神和范圍的情況下，本領域的技術人員可進行各種變動和修改。 因此，應該理解，這樣的變動、修改及其等同物全部包括在本實用新型的范圍內。
權利要求1.一種自供電的具有主動噪音消除功能的耳機，所述耳機包括從音頻播放器接收音頻 信號的音頻接口，從外部接收聲音信號的麥克風、揚聲器、連接到音頻接口和麥克風的處理 單元以及連接到處理單元和揚聲器的放大器，其特征在于，所述耳機還包括電源管理單元，連接到音頻接口以從接收的音頻信號提取能量、連接到處理單元和放 大器以向處理單元和放大器提供能量；能量存儲單元，連接到電源管理單元的輸入-輸出端以從電源管理單元接收能量或向 電源管理單元提供能量。
2.如權利要求1所述的耳機，其特征在于，還包括低頻濾波器和變壓器，其中，低頻濾波器具有連接到音頻接口的輸入端和連接到變壓器的輸入端的輸出端；變壓器的輸出端連接到電源管理單元的輸入端。
3.如權利要求2所述的耳機，其特征在于，所述低頻濾波器的截止頻率是20KHz。
4.如權利要求2所述的耳機，其特征在于，所述低頻濾波器是電感器和電容器組成的 低頻濾波器。
5.如權利要求2所述的耳機，其特征在于，能量存儲單元是電容器。
6.如權利要求2所述的耳機，其特征在于，變壓器是升壓變壓器。
7.如權利要求2所述的耳機，其特征在于，處理單元使用電源管理單元提供的能量對 音頻接口接收的音頻信號和麥克風接收的聲音信號進行降噪。
8.如權利要求2所述的耳機，其特征在于，當電源管理單元提取的能量大于預定值時， 將提取的能量中的一部分能量存儲到能量存儲單元，將另一部分提供給處理單元和放大 器；當電源管理單元提取的能量小于預定值時，電源管理單元將從能量存儲單元接收的能 量和提取的能量提供給處理單元和放大器。
專利摘要一種自供電的具有主動噪音消除功能的耳機，所述耳機包括從音頻播放器接收音頻信號的音頻接口，從外部接收聲音信號的麥克風、揚聲器、連接到音頻接口和麥克風的處理單元以及連接到處理單元和揚聲器的放大器，其特征在于，所述耳機還包括電源管理單元，連接到音頻接口以從接收的音頻信號提取能量、連接到處理單元和放大器以向處理單元和放大器提供能量；能量存儲單元，連接到電源管理單元的輸入-輸出端以從電源管理單元接收能量或向電源管理單元提供能量。所述耳機能夠從播放器輸出的音頻信號中提取部分能量來消除噪音，從而保護了人的聽覺的同時還節省了耳機的空間。
文檔編號H04R1/10GK201830430SQ20102055636
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月9日 優先權日2010年10月9日
發明者崔哲珉, 庫德利亞夫謝夫·范迪姆 申請人:三星電子株式會社