TWI549525B - With three-dimensional effect and to enhance the noise reduction of the environment noise loudspeakers active noise reduction headphones - Google Patents

Description

具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機

本發明為有關一種主動式降噪耳機，尤其是一種具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機。

隨著電子產品的個人化與功能多元化，利用電子產品進行聽音樂、看影片及視訊聊天等活動已逐漸普遍，而為能獲得完整與更佳的聲音品質且避免影響他人，大多透過使用耳機以達成上述目的，然而在使用耳機時常常會因為外在環境的噪音過大，而影響耳機內的聲音，導致聆聽的品質下降，鑑於此，能夠減低來自外在環境噪音的降噪耳機，逐漸受到消費者的青睞。而目前應用於電子產品中之降噪技術主要包括主動式抗噪以及被動式抗噪。

習知利用被動式抗噪技術以減低來自外在背景聲音的耳機，如中華民國新型公告專利第M359891之「防噪耳機」，其揭露一種防噪耳機，包含有一掛臂以及一外殼，該外殼設置於該掛臂的二端，包含一殼蓋以及一殼體，該殼蓋與該殼體之間形成一容置空間，以容置一電路板與一揚聲器，該電路板的形狀對應該殼蓋並緊密結合，使該容置空間被區隔成複數個氣室，以隔絕外界噪音。

是以，該防噪耳機藉由該電路板與該殼蓋之間的緊密結合，使該電路板與該殼蓋形成一可隔絕低頻音訊的隔音牆，使貫穿該外殼的低頻聲音能被隔音牆與該氣室所阻擋，以減少外來的低頻噪音。然而，當外在背景聲音過大的情況下，即便利用上述阻擋的方式作為隔絕來自外在背景聲音的方法，仍可能影響耳機內的聲音，故其效果有限。

如上所述，由於被動式抗噪技術的效果有限，故現今市場上之產品，大多採用主動式抗噪技術，習知利用主動式抗噪技術以減低來自外在背景聲音的耳機，如美國發明專利公告第US 8,077,874號之「ACTIVE NOISE REDUCTION MICROPHONE PLACING」，其揭露一種配置有主動式降噪技術的傳聲器，係為一差值訊號(Error signal)經由一迴授(Feedback)步驟於一訊號結合器中與進入的一音源結合，並輸入至一補償器中，該補償器將提供一相位輸入至一放大器中，並進一步輸入至一聲學模組與一噪音結合，經由一傳聲器以及一輸出放大器形成該差值訊號，而該差值訊號再經由該迴授步驟與該音源結合，以再次重複上述過程，並藉此達到減低該噪音之功效。

由上述可知，藉由產生該相位於該聲學模組中將該噪音抵銷以達到減低該噪音之功效，同時藉由該迴授步驟將未完全消除的該噪音進一步進入下一循環中繼續參與降低該噪音之流程。然而，該噪音直接進入後並未經由任何前處理步驟便與該音源直接結合，且僅藉由單一迴路以降低噪音，使得降噪之功效不佳；再者，其僅具有單一聲音出口，使得輸出聲音單調進而降低聆聽品質，故實有改進之需要。

本發明的目的，在於提升習知耳機對於環境噪音降噪的效果，並解決因輸出聲音單調而使聆聽音樂品質降低之問題。

為達上述目的，本發明提供一種具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機，係將一音源訊號連接輸入至該耳機以進行播放，包含有一麥克風、一第一濾波器、一第一加法器、一聲源補償處理器、一主動降噪處理器、一放大器、一第一揚聲器、一第二濾波器、一第二加法器、一第三濾波器以及一第二揚聲器。該第一濾波器和該第二濾波器分別與該麥克風電性連接，該第一加法器和該第二加法器分別與該第一濾波器和該第二濾波器電性連接，該聲源補償處理器和該主動降噪處理器分別與該第一加法器電性連接，該放大器與該主動降噪處理器電性連接，該第一揚聲器與該放大器電性連接，該第三濾波器與該第二加法器電性連接，該第二揚聲器與該第三濾波器電性連接。

該音源訊號輸出音樂至該第二加法器，經由該第三濾波器處理轉化成配合該第二揚聲器特性並兼顧音樂品質，由該第二揚聲器播放出一第一道音聲。

該麥克風接收一來自該空間之環境噪音後，輸出一環境噪音訊號至該第一濾波器處理轉化成配合該第一揚聲器特性所需訊號兼顧降噪和播放音樂品質需要的訊號輸出至該第一加法器，與經由一聲源補償處理器處理音樂補償之訊號，輸出至一主動降噪處理器予以相位處理成降噪所需訊號輸出至該放大器，放大訊號後由該第一揚聲器播放出一第二道音聲。

該第二道音聲被該麥克風接收後，輸入至該第二濾波器，經該第二加法器輸入至該第三濾波器處理後，再由該第二揚聲器播放出一第三道音聲，該第三道音聲與該音源訊號及該環境噪音訊號相位相反，具提高降噪效果，係為輔助降噪訊號。

綜上所述，該第二道音聲於該空間內抵銷該環境噪音，由該麥克風進一步接收後輸出至該第二濾波器處理後再由該第二揚聲器播放出該第三道音聲，該第三道音聲與該音源訊號及該環境噪音訊號相位相反，具提升降噪效果，係為輔助降噪訊號。自該音源訊號輸入該耳機，該麥克風接收該環境噪音進行主動降噪處理至該第三道音聲產生，重覆循環運作，而達到降噪與立體音效之成果。該第二揚聲器所輸出之該第一道音聲與該音源訊號係為相同相位之聲音，具提升音樂品質之效果，該第一揚聲器所輸出之該第二道音聲與該音源訊號及該環境噪音訊號為相位相反之聲音，具降低環境噪音效果，使音樂不受環境噪音干擾，而維持良好音質。該第三道音聲與該音源訊號及該環境噪音訊號之相位亦為反向，故能增進降噪之效果(約4~10db)。由於此三道音聲之間，同時存在時差(延遲)及相位差，重覆循環於該耳機耳罩內的空間，形成具有深度感的三度空間綜合音效，較習知之主動式降噪耳機有較佳之抗噪效果，而使音樂品質有更佳的表現。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

請搭配參閱『圖1』所示，『圖1』為本發明一實施例的系統方塊示意圖，如圖所示，本發明為一種具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機(Active noise cancelling headphone)，係將一音源(Audio)訊號20連接輸出於該耳機以進行播放，該音源訊號20舉例來說可為一音樂，該具立體效果之多揚聲器主動式降噪耳機係可配合一耳機耳罩10使用，係將一音源訊號20連接輸入至該耳機以進行播放，該耳機包含有一麥克風30、一第一濾波器F1、一第二濾波器F2、一第一加法器A1、一第二加法器A2、一聲源補償處理器(Audio compensator)40、一主動降噪處理器50、一放大器60、一第一揚聲器L1、一第三濾波器F3以及一第二揚聲器L2。

該第一濾波器F1和該第二濾波器F2分別與該麥克風30電性連接，該第一加法器A1和該第二加法器A2分別與該第一濾波器F1和該第二濾波器F2電性連接，該聲源補償處理器40和該主動降噪處理器50分別與該第一加法器A1電性連接，該放大器60與該主動降噪處理器50電性連接，該第一揚聲器L1與該放大器60電性連接，該第三濾波器F3與該第二加法器A2電性連接，該第二揚聲器L2與該第三濾波器F3電性連接。其中，該第一濾波器F1、該第二濾波器F2以及該第三濾波器F3各自可為一低通濾波器、一高通濾波器或一帶通濾波器。

該音源訊號20輸出音樂至該第二加法器A2，經由該第三濾波器F3處理轉化成配合該第二揚聲器L2特性並兼顧音樂品質，由該第二揚聲器L2播放出一第一道音聲S1。該麥克風30接收一來自該空間之環境噪音後，輸出一環境噪音訊號至該第一濾波器F1處理轉化成配合該第一揚聲器L1特性所需訊號兼顧降噪和播放音樂品質需要的訊號輸出至該第一加法器A1，與經由該聲源補償處理器40處理音樂補償之訊號，輸出至該主動降噪處理器50予以相位處理成降噪所需訊號輸出至該放大器60，放大訊號後由該第一揚聲器L1播放出一第二道音聲S2。該第二道音聲S2被該麥克風30接收後，輸入至該第二濾波器F2，經該第二加法器A2輸入至該第三濾波器F3處理後再由該第二揚聲器L2播放出一第三道音聲S3，該第三道音聲S3與該音源訊號20及該環境噪音訊號相位相反，具提高降噪效果係為輔助降噪訊號。

針對本實施例中，各音聲之來源與功能，提供說明如下：

首先，經由該第二揚聲器L2輸出之該第一道音聲S1，係該音源訊號20傳送到該第二加法器A2後，經過該第三濾波器F3，自該第二揚聲器L2輸出，此為正相的該第一道音聲S1。

其次，經由該第一揚聲器L1輸出之該第二道音聲S2，係該音源訊號20輸入至該聲源補償處理器40，與該麥克風30接收來自該環境噪音經該第一濾波器F1 處理之訊號，經該第一加法器A1 與該主動降噪處理器50，及該放大器60後，自該第一揚聲器L1輸出，此為反相的該第二道音聲S2。

最後，該麥克風30進一步接收該第二道音聲S2後，經由該第二濾波器F2，自該第二揚聲器L2輸出，此為反相延遲的該第三道音聲S3。

於此實施例中，由於有三道相位差異與時間差異的音聲，快速地循環並接續出現在該耳機耳罩10內，形成具有深度感的三度空間綜合音效，可產生更佳的聲音表現，以及更佳的降噪效果。

請搭配參閱『圖2』所示，『圖2』為本發明另一實施例的系統方塊示意圖，該具立體效果之多揚聲器主動式降噪耳機更包含一第三加法器A3、一第三揚聲器L3、一第四濾波器F4以及一第五濾波器F5。該第三加法器A3與該音源訊號20連接，該第四濾波器F4連接於該麥克風30與該第三加法器A3之間，該第五濾波器F5與該第三加法器A3連接，該第三揚聲器L3與該第五濾波器F5連接。其中，該第四濾波器F4以及該第五濾波器F5各自可為一低通濾波器、一高通濾波器或一帶通濾波器。

於此實施例之操作上，該音源訊號20輸出音樂至該第三加法器A3，經由該第五濾波器F5處理轉化成配合該第三揚聲器L3特性並兼顧音樂品質需要的訊號，由該第三揚聲器L3播放出一第四道音聲S4。此外，該第三揚聲器L3亦會進一步播放出一第五道音聲S5，該第五道音聲S5亦為輔助降噪訊號，與該音源訊號20之相位相反，其產生之流程如前述之該第三道音聲S3。除以上之實施例外，依據實際使用需求，該主動式降噪耳機係可包括更多組的揚聲器或麥克風。

綜上所述，本發明中，該第二道音聲於該空間內抵銷該環境噪音，由該麥克風進一步接收後輸出至該第二濾波器處理後再由該第二揚聲器播放出該第三道音聲，該第三道音聲與該音源訊號及該環境噪音訊號相位相反，具提升降噪效果，係為輔助降噪訊號。自該音源訊號輸入該耳機，該麥克風接收該環境噪音進行主動降噪處理至該第三道音聲產生，重覆循環運作，而達到降噪與立體音效之成果。該第二揚聲器所輸出之該第一道音聲與該音源訊號係為相同相位之聲音，具提升音樂品質之效果，該第一揚聲器所輸出之該第二道音聲與該音源訊號及該環境噪音訊號為相位相反之聲音，具降低環境噪音效果，使音樂不受環境噪音干擾，而維持良好音質。該第三道音聲與該音源訊號之相位亦為反向，故能增進降噪之效果(約4~10db)。由於此三道音聲之間，同時存在時差(延遲)及相位差，重覆循環於該耳機耳罩內的空間，形成具有深度感的三度空間綜合音效，較習知之主動式降噪耳機有較佳之抗噪效果，而使音樂品質有更佳的表現。因此本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日核准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

10：耳機耳罩 20：音源訊號 30：麥克風 40：聲源補償處理器 50：主動降噪處理器 60：放大器 A1：第一加法器 A2：第二加法器 A3：第三加法器 F1：第一濾波器 F2：第二濾波器 F3：第三濾波器 F4：第四濾波器 F5：第五濾波器 L1：第一揚聲器 L2：第二揚聲器 L3：第三揚聲器 S1：第一道音聲 S2：第二道音聲 S3：第三道音聲 S4：第四道音聲 S5：第五道音聲

圖1，為本發明一實施例的系統方塊示意圖。 圖2，為本發明另一實施例的系統方塊示意圖。

10：耳機耳罩 20：音源訊號 30：麥克風 40：聲源補償處理器 50：主動降噪處理器 60：放大器 A1：第一加法器 A2：第二加法器 F1：第一濾波器 F2：第二濾波器 F3：第三濾波器 L1：第一揚聲器 L2：第二揚聲器 S1：第一道音聲 S2：第二道音聲 S3：第三道音聲

Claims (5)

1. 一種具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機，一音源訊號連接輸入至該耳機以進行播放，包含有： 一麥克風； 一第一濾波器和一第二濾波器，分別與該麥克風電性連接； 一第一加法器和一第二加法器，分別與該第一濾波器和該第二濾波器電性連接； 一接收該音源訊號的聲源補償處理器和一主動降噪處理器，分別與該第一加法器電性連接； 一放大器，係與該主動降噪處理器電性連接； 一第一揚聲器，係與該放大器電性連接； 一第三濾波器，係與該第二加法器電性連接；以及 一第二揚聲器，係與該第三濾波器電性連接； 其中，該音源訊號輸出音樂至該第二加法器，經由該第三濾波器處理轉化成配合該第二揚聲器特性並兼顧音樂品質，由該第二揚聲器播放出一第一道音聲； 該麥克風接收一來自該空間之環境噪音後，輸出一環境噪音訊號至該第一濾波器處理轉化成配合該第一揚聲器特性所需訊號兼顧降噪和播放音樂品質需要的訊號輸出至該第一加法器，與經由該聲源補償處理器處理音樂補償之訊號，輸出至該主動降噪處理器予以相位處理成降噪所需訊號輸出至該放大器，放大訊號後由該第一揚聲器播放出一第二道音聲； 該第二道音聲被該麥克風接收後，輸入至該第二濾波器，經該第二加法器輸入至該第三濾波器處理後再由該第二揚聲器播放出一第三道音聲，該第三道音聲與該音源訊號及該環境噪音訊號相位相反，具提高降噪效果並輔助降噪訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機，其中該第一濾波器、該第二濾波器和該第三濾波器係擇自低通濾波器、高通濾波器及帶通濾波器所組成之群組。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機，其中更包括一與該麥克風和該音源訊號連接的第三加法器以及一連接該第三加法器的第三揚聲器。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機，其中更包括一連接於該麥克風和該第三加法器之間的第四濾波器以及一連接於該第三加法器和該第三揚聲器之間的第五濾波器。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具立體效果及對環境噪音提升降噪效果之多揚聲器主動式降噪耳機，其中該第四濾波器和該第五濾波器係擇自低通濾波器、高通濾波器及帶通濾波器所組成之群組。