專利名稱：復(fù)合式新型有源消聲耳罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合式新型有源消聲耳罩，屬人類保健品技術(shù)領(lǐng)域。
已有的噪音消除技術(shù)從原理上可以分為以下兩類一種是把傳聲器放到揚(yáng)聲器前部的開環(huán)前饋式結(jié)構(gòu)，如中國(guó)專利GK85103511號(hào)，它的消聲原理為傳聲器接收的外界噪聲信號(hào)，經(jīng)控制器處理后，由功率放大器及揚(yáng)聲器重放到耳罩內(nèi)，與進(jìn)入耳罩內(nèi)的噪聲相抵消。但這種結(jié)構(gòu)沒有反饋控制，不能自行調(diào)節(jié)，對(duì)誤差敏感，因而有源消聲量不大。另一種是把傳聲器放到揚(yáng)聲器附近的閉環(huán)反饋式結(jié)構(gòu)，如歐洲專利EP0192379、英國(guó)專利GB2172762A等，它的消聲原理為耳機(jī)重放到耳罩內(nèi)的噪聲與進(jìn)入到耳罩內(nèi)的噪聲相抵消，內(nèi)部傳聲器檢測(cè)相消后的誤差信號(hào)，通過反饋使該誤差信號(hào)趨向最小。這種結(jié)構(gòu)屬于反饋式控制結(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，消聲量大，但因受器件頻率特性影響，消聲帶寬較窄。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種復(fù)合式新型有源消聲耳罩。本實(shí)用新型為閉環(huán)反饋式結(jié)構(gòu)和開環(huán)前饋式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起的復(fù)合式結(jié)構(gòu)，兼有已有兩技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的有源消聲耳罩有源消聲的頻帶寬，可達(dá)30－2000Hz；有源消聲量大，最大窄帶有源消聲量可到40dB以上。本實(shí)用新型可用于高噪聲場(chǎng)合下的工作人員的聽力保護(hù)，尤其適用于像車、船、飛機(jī)的駕駛艙、內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)室等這類由螺旋漿、發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等發(fā)出的低頻窄帶噪聲占主導(dǎo)地位的場(chǎng)合。在保護(hù)個(gè)人聽力的同時(shí)也極大地改善了這些場(chǎng)合的通訊能力；而且由于用了有源消聲方法，可以減輕普通耳罩的重量及夾持力，改善了佩帶的舒適性；還能根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合，通過改變耳罩外殼的特性來改善語言可懂度。
本實(shí)用新型的內(nèi)容是一種復(fù)合式新型有源消聲耳罩，由耳罩、耳機(jī)、內(nèi)傳聲器、外傳聲器、開環(huán)控制器、閉環(huán)控制器、功率放大器和加法器組成。耳機(jī)置于耳罩內(nèi)，并通過功率放大器和加法器相連。內(nèi)傳聲器置于耳罩內(nèi)的耳機(jī)內(nèi)側(cè)，并通過閉環(huán)控制器和加法器相連。外傳聲器置于耳罩外側(cè)，并通過開環(huán)控制器和加法器相連。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是構(gòu)成開環(huán)控制器、閉環(huán)控制器的基本濾波電路。
圖3是構(gòu)成加法器的求和電路。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本實(shí)用新型內(nèi)容。
圖1中，1是耳罩，2是耳機(jī)，3是內(nèi)傳聲器，4是外傳聲器，5是功率放大器，6是加法器7是開環(huán)控制器，8是閉環(huán)控制器，9是環(huán)境噪聲，10是傳入人體耳內(nèi)的噪聲。11是外部信號(hào)輸入端。
本實(shí)用新型的工作過程為耳罩外的噪聲9經(jīng)普通耳罩1隔聲吸聲后，高頻成分被消除而剩余的低頻成分進(jìn)入到耳罩1的腔內(nèi)，與此同時(shí)外傳聲器4檢測(cè)耳罩外的噪聲9，經(jīng)開環(huán)控制器7處理后，由功率放大器5及耳機(jī)2重放到耳罩1的腔內(nèi)，與進(jìn)入到耳罩1腔內(nèi)的噪聲相抵消。閉環(huán)控制器8也通過功率放大器5和耳機(jī)2向耳罩1的腔內(nèi)重放噪聲，并與進(jìn)入到耳罩內(nèi)的噪聲進(jìn)一步相抵消。同時(shí)內(nèi)傳聲器3檢測(cè)相消后的誤差信號(hào)，經(jīng)閉環(huán)反饋控制使耳罩1腔內(nèi)的噪聲10趨向最小，這一消聲原理可以用下面的關(guān)系式來描述(N1)/(N0) ＝ (HO-C2·H1)/((1+C1·H1)(1-C2·H1·H2)) (1)其中HO--耳罩1的頻率特性函數(shù)H1--傳聲器3和4、功率放大器5以及耳機(jī)2的總體頻率特性函數(shù)H2--外部通路的總體頻率特性函數(shù)C1--閉環(huán)控制器8的頻率特性函數(shù)C2--開環(huán)控制器7的頻率特性函數(shù)N0--耳罩外部噪聲9的復(fù)氏變換N1--耳罩內(nèi)部噪聲10的復(fù)氏變換一般來說，｜H2｜＜＜1，因此可以忽略，那么(1)式可簡(jiǎn)化成(N1)/(NO) ＝ (HO-C2·H1)/(1+C1·H1) (2)消聲量＝20log10(｜H1／No｜(3)這就是本實(shí)用新型依據(jù)的原理。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)拈_環(huán)控制器7使分子趨向于零，而設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)拈]環(huán)控制器8使分母遠(yuǎn)大于1，就可以得相當(dāng)好的消聲效果。復(fù)合式結(jié)構(gòu)的消聲效果比單一的閉環(huán)反饋式結(jié)構(gòu)或開環(huán)前饋式結(jié)構(gòu)的消聲效果要好得多。
由于消聲效果好，相應(yīng)提高了通過在加法器6的外部信號(hào)輸入端口11引入的外界信號(hào)如音樂信號(hào)、通訊信號(hào)等的清晰程度，提高了噪聲環(huán)境下的通訊能力。在低頻噪聲占主導(dǎo)地位的場(chǎng)合，通過改變普通耳罩1的傳聲特性如開一些小孔，讓語聲成分也能進(jìn)入到耳罩1的腔內(nèi)，由于語聲頻率成分與低頻噪聲頻率成分的頻段不重疊，這樣設(shè)計(jì)合適的控制器7和8，只消除低頻噪聲成分而留下語聲成分，這樣就改善了語言可懂度。這對(duì)駕駛艙等的工作人員的語言信息交留非常有用。
本實(shí)用新型的加法器6為運(yùn)算放大器及外圍電阻器組成的求和電路?？刂破?和8由濾波電路組成，圖2是基本濾波電路的原理圖。實(shí)際的控制器7和8由基本濾波電路串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)組成，其中的電阻器和電容器的值可根據(jù)本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法給出。
本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的電路參數(shù)為開環(huán)控制器為兩個(gè)基本濾波電路的串聯(lián)，電路參數(shù)為濾波電路一濾波電路二C16.8nC133nC26.8nC233nR1180KR168kR230KR291k
R3240KR391kR456KR43.3kR530KR591kR630KR691kR720KR7100kR8300KR8270kR9180KR168kR1030KR10100k閉環(huán)控制器為一個(gè)基本濾波電路，電路參數(shù)為C13.3nC23.3nR1100KR2330KR3330KR451KR5560KR6560KR7560KR8330KR951KR10 560K放大器選用類似LM324這樣四運(yùn)放集成電路。
求和電路的各電阻為100K。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合式新型有源消聲耳罩，其特征在于消聲耳罩由耳罩、耳機(jī)、內(nèi)傳聲器、外傳聲器、開環(huán)控制器、閉環(huán)控制器、功率放大器和加法器組成；所述的耳機(jī)置于耳罩內(nèi)，并通過功率放大器和加法器相連；所述的內(nèi)傳聲器置于耳罩內(nèi)的耳機(jī)內(nèi)側(cè)，并通過閉環(huán)控制器和加法器相連；所述的外傳聲器置于耳罩外側(cè)，并通過開環(huán)控制器和加法器相連。
2.如權(quán)利要求1所述的消聲耳罩，其特征在于其中所述的開環(huán)、閉環(huán)控制器由一個(gè)或一個(gè)以上的基本濾波電路經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)后組成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的消聲耳罩，其特征在于其中所述的加法器是一個(gè)運(yùn)算放大器及外圍電阻器組成的求和電路。
專利摘要一種復(fù)合式新型有源消聲耳罩，其特征在于消聲耳罩由耳罩、耳機(jī)、內(nèi)外傳聲器、開閉環(huán)控制器、功率放大器和加法器等組成。用外傳聲器接收噪聲信號(hào)，用開、閉環(huán)控制器、功率放大器和加法器等處理接收到的噪聲信號(hào)，并通過耳機(jī)將處理后的噪聲信號(hào)重新放到普通無源耳罩的腔內(nèi)，與進(jìn)入到該腔內(nèi)的噪聲相消。從而保護(hù)了聽力，提高了通信能力，改善了語言的清晰度，也改善了佩帶者的舒適感。
文檔編號(hào)A61F11/00GK2193153SQ9420497
公開日1995年3月29日 申請(qǐng)日期1994年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月25日
發(fā)明者朱彥武, 連小珉, 劉起元, 蔣孝煜, 謝華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)