CN106254991A - 降噪耳机及其降噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种降噪耳机及其降噪方法，其中的降噪耳机包括耳塞、设置在耳塞内部的主控芯片、设置在耳塞侧壁上的收容腔、收容在收容腔内的传感器；其中，在耳塞入耳时，传感器与人耳内侧皮肤接触；传感器用于拾取人耳内侧皮肤的血液信号，并将拾取到的血液信号传输至主控芯片；主控芯片用于对血液信号进行解耦还原，获取与血液信号相对应的语音信号；语音信号通过设备终端还原为声音信号发出。利用上述发明能够在强噪声环境下确保语音信号的准确传递，降噪效果显著。

Description

降噪耳机及其降噪方法

技术领域

本发明涉及声学技术领域，更为具体地，涉及一种上行降噪耳机及其上行降噪方法。

背景技术

目前，具有上行降噪功能的耳机主要采用气导方案、骨导方案或者气导与骨导相结合的方案来实现。其中，气导方案多采用双麦克风或者多麦克风阵列的方式进行上行降噪，能够对背景噪声进行一定程度的一致，从而达到增强语音信号，提高通话质量的目的。而骨导方案或者气导与骨导相结合的方案，采用可以拾取人体振动的骨导传声器进行语音信号的拾取，对周围环境噪声的抑制更加有效。

但是，在实际应用中，气导方案的降噪性能和周围环境的噪声状况关系密切。在信噪比较高时，降噪效果较好，随着信噪比的降低，降噪效果也会降低。例如，当信噪比降至0dB，即语音信号和噪声信号的能量相当时，有些气导方案开始崩溃，当信噪比降至-6dB的强噪声环境，大部分气导方案都无法正常工作。

虽然骨导方案可以在强噪声环境下工作，但是受限于骨传导传声器的佩戴位置。例如，佩戴位置离嘴或者声带越远，高频衰减越厉害，音频带宽越窄，导致语言清晰度、可懂度降低，甚至无法听清。另外，骨导方案还要求产品结构件和人体紧密贴合，佩戴舒适度比较差。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种降噪耳机及其降噪方法，以解决目前耳机采用气导方案、骨导方案或者气导与骨导相结合的方案存在的降噪效果不明显、使用场所受限、用户体验差等问题。

根据本发明的一个方面，提供一种降噪耳机，包括耳塞、设置在耳塞内部的主控芯片、设置在耳塞侧壁上的收容腔、收容在收容腔内的传感器；其中，在耳塞入耳时，传感器与人耳内侧皮肤接触；传感器用于拾取人耳内侧皮肤的血液信号，并将拾取到的血液信号传输至主控芯片；主控芯片用于对血液信号进行解耦还原，获取与血液信号相对应的语音信号；语音信号通过设备终端还原为声音信号发出。

此外，优选的方案是，还包括补偿麦克风；补偿麦克风用于拾取原始语音信号，并通过主控芯片去除原始语音信号中的噪声信号，获取对应的补偿语音信号；补偿语音信号对与血液信号相对应的语音信号进行补偿和叠加，获取补偿后的语音信号；补偿后的语音信号通过设备终端还原为声音信号发出。

此外，优选的方案是，传感器发射原始光波，并接收人耳内侧皮肤反射回的反射光波，根据原始光波和反射光波获取人耳内侧皮肤的血液信号。

此外，优选的方案是，对原始光波和反射光波进行对比分析，根据原始光波的损失和波动获取人耳内侧皮肤的血液信号。

此外，优选的方案是，血液信号包括表征人耳内侧皮肤部位的毛器血管内的血液流量和血液流速的变化的信号。

此外，优选的方案是，传感器为光感传感器或者激光传感器。

根据本发明的另一方面，提供一种耳机降噪方法，对上述降噪耳机进行降噪，降噪方法包括：传感器拾取人耳内侧皮肤的血液信号，并将拾取到的血液信号传输至主控芯片进行处理；主控芯片对血液信号进行解耦还原，获取与血液信号相对应的语音信号；设备终端对语音信号进行还原发声。

此外，优选的方案是，在获取与血液信号相对应的语音信号后，将与血液信号相对应的语音信号与补偿麦克风获取的补偿语音信号进行互相补偿和叠加，获取补偿后的语音信号；设备终端对补偿后的语音信号进行还原发声。

此外，优选的方案是，补偿麦克风拾取原始语音信号及噪声信号，并与与血液信号对应的语音信号进行对比分析，提取出原始语音信号中去除噪声信号后的补偿语音信号。

此外，优选的方案是，在设备终端对语音信号进行还原发声的过程中，通过与设备终端导通的耳机或者设备终端自带的喇叭将语音信号还原为声音发出。

利用上述根据本发明的降噪耳机及其降噪方法，通过传感器准确拾取用户说话时耳塞内部皮肤内毛细血管的微弱血液信号，通过算法将血液信号还原为语音信号发出，能够确保用户最终获取的语音信号清晰准确，降低语音信号的失真，保证频宽和信号的可懂度；此外，产品结构简单、适用于强噪声环境。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例一的降噪耳机的原理框图；

图2为根据本发明实施例二的降噪耳机的原理框图；

图3为根据本发明实施例的耳机降噪方法流程图。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

为克服耳机气导降噪方案、骨导方案或者气导与骨导相结合的方案存在的降噪效果不明显、使用场所受限、用户体验差等问题，本发明的降噪耳机采用传感器代替现有的麦克风或者骨导传声器，可有效提高耳机上行降噪性能，不仅能够解决强噪音环境下普通阵列气导方案无法正常工作的问题，同时还能解决骨传导方案中频宽窄，语音信号失真辨识度低等问题。

本发明实施例的降噪耳机，包括耳塞、设置在耳塞内部的主控芯片、设置在耳塞的外壳侧壁上的收容腔、收容在收容腔内的传感器；其中，在佩戴过程中，耳塞进入人耳内部，传感器与人耳内侧皮肤接触。在用户通话过程中，用户毛细血管内部的血流量等信息会随时发生变化，传感器用于拾取人耳内侧皮肤产生的血液信号，并将所拾取到的血液信号传输至主控芯片作进一步处理；主控芯片根据传感器采集到的血液信号，获取与血液信号相对应的语音信号，最终获取的语音信号通过设备终端还原为声音发出。

需要说明的是，设置在外壳侧壁上的收容腔可以设置在耳塞内部，在不影响原有腔体的情况下，额外设置一个腔体，传感器嵌设在腔体内，在佩戴耳机(降噪耳机)时，传感器能够与耳朵内侧皮肤紧密接触；另外，收容腔也可以设置在耳塞外部与耳朵接触的一侧，即从耳塞外壳突出的一个腔体，传感器收容在腔体内，在耳机正常佩戴后，可以与耳朵内侧的皮肤紧密接触。

当用户或者消费者使用耳机进行通话时，用户开始讲话发出原始语音信号，人耳附近皮肤的毛细血管内的血液状态也会随之发生变化，通过传感器与人耳内侧皮肤直接接触，获取与语音信号对应变化的血液信息，进而根据血液信息解耦还原出语音信号，能够达到高质量的上行降噪，降噪效果不受周围环境的影响。

为详细描述本发明实施例的降噪耳机及其降噪方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例一的降噪耳机的工作原理。

如图1所述，本发明实施例一降噪耳机在使用过程中，首先用户声带振动发出原始语音信号，声带的振动通过骨传导传递至人耳，带动人耳部位皮肤的毛细血管发生相应变化，即血液信息(或血液信号，下同)变化；然后，传感器与人耳紧密接触，拾取因语音发声引起的血液信息的变化，并将拾取到的血液信息传递至耳机内的主控芯片。

然后，主控芯片根据语音信号与血液信号之间的关系，对传感器发送的血液信号进行解耦还原，获取与血液信号相对应的语音信号，并对还原得到的语音信号进行传输。最后，语音信号传输至对应的设备终端，通过设备终端形成声音信号发出，从而达到通话的目的。

换言之，主控芯片通过算法对血液信号进行解析，由于语音信号与血液信号等微弱信号存在一定的线性关系，可以根据通话时的血液信号解耦还原出所需要的语音信号，从而将还原得到的语音信号进行传输。由于血液信号不会由于外界的强噪声而发生波动，通过传感器间接获取语音信号，能够确保通话内容的准确传递，避免外界噪声信号对通话质量的影响。

需要说明的是，本发明实施例的降噪耳机可以为入耳式耳机，也可以为头戴式耳机；其中，当降噪耳机为入耳式耳机时，传感器与人耳内部的皮肤接触，并采集与语音信号相对应的血液信号，当降噪耳机为头戴式耳机时，传感器与人耳周围的皮肤紧密接触，同样能够采集对应的血液信号。因此，对降噪耳机的结构并不具体限制，能够确保采集血液信息的传感器与人耳紧密接触均可。

在本发明的一个具体实施方式中，采集血液信号的传感器为光感传感器或者激光传感器等，本发明中的传感器能够发送和接收特定波段的光波，例如绿光或者红外光等，工作时传感器首先发射原始光波，原始光波能够通过皮肤和皮肤表层的毛细血管，然后反射形成反射光波，传感器接收皮肤反射回的反射光波，根据原始光波和反射光波获取人耳内侧皮肤的血液信号。

具体地，传感器包括信号发射端和接收端(探测器)，发射端用于发射原始光波，探测器则用于接收皮肤反射后的反射光波，然后对原始光波和反射光波进行对比分析，根据原始光波的损失和波动等信息变化获取人耳内侧皮肤的血液信号。

本发明实施例中的，血液信号可以为表征人耳内侧皮肤部位或者人耳周围皮肤部位的毛器血管内的血液流量或血液流速等参量的微弱变化的信号。由于语音信号与血液流量和血液流速等存在一定的线性关系，在获取通话过程中的血液信号后，即可根据血液信号解耦还原出对应的语音信号。由于该传感器探测的毛细血管内的血液信息，只在语音信号发生时产生波动，不会由于外界的强噪声而产生波动，所以应用传感器可以有效的避免外界强噪音的干扰，确保耳机的降噪效果。

图2示出了根据本发明实施例二的降噪耳机的工作原理。

如图2所示，本发明实施例二中的降噪耳机，相比实施例一还包括一颗普通的补偿麦克风；其中，补偿麦克风用于拾取原始语音信号，并通过主控芯片去除原始语音信号中的噪声信号，获取对应的补偿语音信号；补偿语音信号对与血液信号相对应的语音信号进行补偿和叠加，获取补偿后的语音信号并通过设备终端还原为声音信号发出，从而降低语音信号的失真、保证频宽和信号的可懂度，使最终得到的语音信号更加清晰、准确。

具体地，在本发明实施例二的降噪耳机的应用过程中，首先用户发出原始语音信号，同时便随人耳皮肤表面毛细血管内的血液流量和血液流速等信息随之发生变化，传感器拾取因语音发声引起的血液信息，并将拾取到的血液信息传输至耳机内部或者与耳机连接的设备终端的主控芯片内。

与此同时，当语音信号发生时，补偿麦克风也拾取用户发出的原始语音信号以及环境中的噪声信号，将传感器解析还原出的语音信号和补偿麦克风得到的语音信号进行对比分析，通过传感器得到的语音信号，对比提取出补偿麦克风中除去噪声信号后的补偿语音信号，然后将该补偿语音信号和激光传感器得到的语音信号进行互相补偿和叠加，进一步提高语音信号的真实还原度，降噪效果明显。

最后，将最终获取到的经过补偿后的语音信号传递至设备终端，通过与设备终端连接的耳机或者设备终端自带的喇叭进行发声，由于传感器的精度较高，能够准确拾取血液信息的变化，从而能够更加丰富和真实的还原用户发出的原始语音信号。

需要说明的是，本发明实施例中的主控芯片可以设置在耳机内部或者设置在与耳机连接的设备终端内部，主控芯片可以选用DSP(Digital Signal Process，即数字信号处理技术)芯片，也可以选用其他具有存储功能的芯片，相应的算法程序可以写入该主控芯片内。

与上述降噪耳机相对应，本发明还提供一种耳机降噪方法，对上述降噪耳机进行降噪。具体地，图3示出了根据本发明实施例的耳机降噪方法流程。

如图3所示，本发明实施例的耳机降噪方法，包括如下所示步骤：

S310：传感器拾取人耳内侧皮肤的血液信号，并将拾取到的血液信号传输至主控芯片进行处理。

其中，用户发出原始语音信号，声带的振动通过骨传导传递至人耳，带动人耳部位毛细血管发生相应变化；然后，传感器与人耳紧密接触，拾取因语音发声引起的血液信息的变化，并将拾取到的血液信息传递至耳机内的主控芯片。

S320：主控芯片对血液信号进行解耦还原，获取与血液信号相对应的语音信号。

其中，主控芯片通过算法对血液信号进行解析，由于语音信号与血液信号存在一定的线性关系，可以根据通话时的血液信号解耦还原出所需要的语音信号，从而将还原得到的语音信号进行传输，实现通话功能。

S330：设备终端对语音信号进行还原发声。

在本发明的一个具体实施方式中，在获取与血液信号相对应的语音信号后，将与血液信号相对应的语音信号与补偿麦克风获取的补偿语音信号进行互相补偿和叠加，获取补偿后的语音信号；设备终端对补偿后的语音信号进行还原发声。

具体地，补偿麦克风拾取用户发出的原始语音信号以及环境中的噪声信号，将传感器解析还原出的语音信号和补偿麦克风得到的语音信号进行对比分析，通过传感器得到的语音信号，对比提取出补偿麦克风中除去噪声信号后的补偿语音信号，然后将该补偿语音信号和激光传感器得到的语音信号进行互相补偿和叠加，从而使最终得到的语音信号更加准确。在设备终端对语音信号进行还原发声的过程中，通过与设备终端导通的耳机或者设备终端自带的喇叭将语音信号或者补偿后的语音信号还原为声音发出。

需要说明的是，有关耳机上行降噪方法的具体实施例与对应的上行降噪耳机的装置实施例相类似，相关之处可相互借鉴，此处不再一一赘述。

用上述实施方式可以看出，本发明实施例的降噪耳机及其降噪方法，采用精度较高的传感器，准确拾取用户人耳皮肤表面毛细血管内的血液参量变化，由于血液信息和语音信号具有高度相关性，可以通过血液信息准确还原出语音信号，该语音信号的拾取方式，不受周围环境噪声的影响，可以在高噪声环境下正常工作，结构简单、降噪效果明显、获取的语音信号更加清晰、精准。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的降噪耳机及其降噪方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的降噪耳机及其降噪方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种降噪耳机，其特征在于，包括耳塞、设置在所述耳塞内部的主控芯片、设置在所述耳塞侧壁上的收容腔、收容在所述收容腔内的传感器；其中，在所述耳塞入耳时，所述传感器与人耳内侧皮肤接触；

所述传感器用于拾取所述人耳内侧皮肤的血液信号，并将拾取到的血液信号传输至所述主控芯片；

所述主控芯片用于对所述血液信号进行解耦还原，获取与所述血液信号相对应的语音信号；

所述语音信号通过设备终端还原为声音信号发出。

2.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，还包括补偿麦克风；

所述补偿麦克风用于拾取原始语音信号，并通过所述主控芯片去除所述原始语音信号中的噪声信号，获取对应的补偿语音信号；

所述补偿语音信号对与所述血液信号相对应的语音信号进行补偿和叠加，获取补偿后的语音信号；

所述补偿后的语音信号通过设备终端还原为声音信号发出。

3.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，

所述传感器发射原始光波，并接收所述人耳内侧皮肤反射回的反射光波，根据所述原始光波和所述反射光波获取所述人耳内侧皮肤的血液信号。

4.如权利要求3所述的降噪耳机，其特征在于，

对所述原始光波和所述反射光波进行对比分析，根据所述原始光波的损失和波动获取所述人耳内侧皮肤的血液信号。

5.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，

所述血液信号包括表征所述人耳内侧皮肤部位的毛器血管内的血液流量和血液流速的变化的信号。

6.如权利要求1所述的降噪耳机，其特征在于，

所述传感器为光感传感器或者激光传感器。

7.一种耳机降噪方法，对如权利要求1至6任一项所述的降噪耳机进行降噪，所述降噪方法包括：

传感器拾取人耳内侧皮肤的血液信号，并将拾取到的血液信号传输至主控芯片进行处理；

所述主控芯片对所述血液信号进行解耦还原，获取与所述血液信号相对应的语音信号；

设备终端对所述语音信号进行还原发声。

8.如权利要求7所述的耳机降噪方法，其特征在于，在获取与所述血液信号相对应的语音信号后，

将与所述血液信号相对应的语音信号与补偿麦克风获取的补偿语音信号进行互相补偿和叠加，获取补偿后的语音信号；

所述设备终端对所述补偿后的语音信号进行还原发声。

9.如权利要求8所述的耳机降噪方法，其特征在于，

所述补偿麦克风拾取原始语音信号及噪声信号，并与与所述血液信号对应的语音信号进行对比分析，提取出所述原始语音信号中去除所述噪声信号后的补偿语音信号。

10.如权利要求7所述的耳机降噪方法，其特征在于，在设备终端对所述语音信号进行还原发声的过程中，

通过与所述设备终端导通的耳机或者所述设备终端自带的喇叭将所述语音信号还原为声音发出。