本發(fā)明涉及聲音信號處理技術領域，更具體地，本發(fā)明涉及一種兼具監(jiān)聽和主動降噪功能的處理電路、及一種兼具監(jiān)聽和主動降噪功能的耳機。

背景技術：

隨著電子產(chǎn)品消費市場的不斷發(fā)展，日常生活中越來越多的人們使用耳機聆聽高質量的音樂。然而，城市的噪聲污染越來越嚴重，在室外使用普通耳機耳塞，只能提高音量來蓋過噪聲，這樣一來不但不能享受美妙的音樂，對自己的聽力也有很大的影響，因此，就出現(xiàn)了降噪耳機。

在降噪耳機領域，被動式噪音控制(Passive Noise Control,PNC)及主動式噪音控制(Active Noise Control,ANC)是目前最主要的兩種噪音消除方式。其中，PNC的原理是利用外部硬質材料與內(nèi)部的填充材料，以隔離與吸收噪音，進而阻擋外界的噪音進入耳朵；而ANC的原理是使用一套降噪控制處理電路，進行適應性運算，來輸出與欲消除的噪音相位相反，頻率與能量相同的聲波，以達到消音的目的。

當前的耳機主動降噪技術主要有前饋式和反饋式兩種方式。在前饋式系統(tǒng)中，前饋麥克風位于耳機外部或耳機罩開口處，以直接采集耳機外部的噪聲信號，經(jīng)過ANC處理電路后，推動喇叭輸出反向噪聲以抵消進入耳罩內(nèi)部的噪聲，其最主要的特點是噪音的消除回路是開環(huán)的；而在反饋式系統(tǒng)中，麥克風位于耳機內(nèi)部喇叭的前面或附近，麥克風采集耳罩內(nèi)部的噪聲信號，再經(jīng)過ANC電路組成的閉環(huán)負反饋回路，推動喇叭產(chǎn)生反向噪聲以抵消耳罩內(nèi)部的噪聲。

由此可見，主動降噪是推動喇叭產(chǎn)生反向噪聲進而實現(xiàn)噪音抵消的技術。而監(jiān)聽功能則是推動喇叭輸出與原來的聲音高度相似的重放聲音，以使用戶能夠聽到最為接近真實的、未加任何修飾的音質。由于兩個功能具有不同的要求，因此，要在耳機上同時時間主動降噪功能和監(jiān)聽功能，目前的做法是設置相互獨立的降噪濾波電路和監(jiān)聽濾波電路。由于此兩種濾波電路一般采用由運放構成的有源濾波電路，而有源濾波電路處運算放大器之外，還需要配置電阻、電容等元器件及供電部分，因此，在一款耳機上同時實現(xiàn)主動降噪和監(jiān)聽功能將造成整機元器件成本增加及印制電路板的體積增大，而且增加的元器件還會導致整機可靠性降低，這就限制了兼具此兩種功能的耳機的推廣應用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是提供一種利用主動降噪電路的元器件實現(xiàn)監(jiān)聽電路的新的技術方案。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種兼具監(jiān)聽和主動降噪功能的處理電路，其包括前饋麥克風接線端、揚聲器接線端、有源高通濾波單元、雙T濾波單元、前饋降噪單元、驅動單元和供電控制開關；所述前饋麥克風接線端順次經(jīng)所述有源高通濾波單元、所述雙T濾波單元、所述前饋降噪單元和所述驅動單元與所述揚聲器接線端對應連接；所述前饋降噪單元的每一運算放大器的供電回路上連接有所述供電控制開關，所述處理電路被設置為在每一所述供電控制開關接通對應的供電回路時提供主動降噪功能，并在每一所述供電控制開關斷開對應的供電回路時提供監(jiān)聽功能。

可選的是，所述雙T濾波單元的每一電阻均包括基本電阻和與所述基本電阻并聯(lián)連接的電阻匹配單元，所述電阻匹配單元包括串聯(lián)連接的匹配電阻和電阻匹配控制開關；所述處理電路被設置為在每一所述電阻匹配控制開關斷開時提供主動降噪功能，并在每一所述電阻匹配控制開關接通時提供監(jiān)聽功能。

可選的是，所述雙T濾波單元的每一電阻和每一電容被設置為在主動降噪功能下和監(jiān)聽功能下均構成對稱雙T濾波結構。

可選的是，所述雙T濾波單元被設置為在監(jiān)聽功能下選擇的頻率為10KHZ。

可選的是，所述雙T濾波單元的每一電容均包括基本電容和與所述基本電容串聯(lián)連接的電容匹配單元，所述電容匹配單元包括并聯(lián)連接的匹配電容和電容匹配控制開關，所述處理電路被設置為在每一所述電容匹配控制開關接通時提供主動降噪功能，并在每一所述電容匹配控制開關斷開時提供監(jiān)聽功能。

可選的是，所述前饋降噪單元包括第一運算放大器、第二運算放大器、第一電容、第五電容、第六電容、第一電阻、第四電阻、第七電阻、第八電阻和第九電阻；

所述第一運算放大器的反相輸入端經(jīng)由所述第八電阻與所述雙T濾波單元的輸出端連接、同相輸入端接地；所述第二運算放大器的反相輸入端經(jīng)所述第九電阻與所述第一運算放大器的輸出端連接、同相輸入端接地；所述第二運算放大器的輸出端與所述驅動單元的輸入端連接；

所述第一電阻和所述第一電容的串聯(lián)結構、所述第四電阻、及所述第五電容并聯(lián)連接在所述第一運算放大器的反相輸入端與所述第一運算放大器的輸出端之間；

所述第七電阻與所述第六電容并聯(lián)連接在所述第二運算放大器的反相輸入端與所述第二運算放大器的輸出端之間。

可選的是，所述驅動單元為反相比例放大器。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種兼具監(jiān)聽和主動降噪功能的耳機，其包括：

前饋麥克風，用于采集耳機外部的聲音信號；

根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的處理電路，經(jīng)由前饋麥克風接線端接收所述聲音信號，并經(jīng)由揚聲器接線端輸出經(jīng)處理的聲音信號；以及，

揚聲器，用于根據(jù)所述聲音信號發(fā)聲。

可選的是，所述耳機設置有模式切換開關和控制器，所述模式切換開關被設置為通過自身的兩種開關狀態(tài)分別向所述控制器輸出降噪使能信號和監(jiān)聽使能信號；

所述控制器被設置為根據(jù)所述降噪使能信號控制所有控制開關的開關狀態(tài)，以使所述處理電路提供降噪功能；

所述控制器還被設置為根據(jù)所述監(jiān)聽使能信號控制所有控制開關的開關狀態(tài)，以使所述處理電路提供監(jiān)聽功能。

可選的是，所述處理電路通過單刀單擲模擬開關芯片提供所有的控制開關。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有技術中，如果希望一款耳機即具有主動降噪功能，又具有監(jiān)聽功能，則需要分別設置相互獨立的主動降噪電路和監(jiān)聽電路，進而出現(xiàn)成本增加、印制電路板體積增大及整機可靠性降低的問題。因此，本發(fā)明所要實現(xiàn)的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本發(fā)明是一種新的技術方案。

本發(fā)明的一個有益效果在于，本發(fā)明處理電路是利用主動降噪電路的部分元器件(即除去前饋降噪單元的運算放大器之外的元器件)實現(xiàn)了監(jiān)聽電路，因此，能夠有效減少元器件的使用，進而可以有效控制成本和印制電路板的體積，并減少潛在故障點，提高整機可靠性。

通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。

附圖說明

被結合在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1為根據(jù)本發(fā)明處理電路的一種實施方式的方框原理圖；

圖2為圖1所示處理電路的一種實施例的電路原理圖；

圖3為圖2中雙T濾波單元的另一種實施例的電路原理圖；

圖4為圖2中雙T濾波單元的第三種實施例的電路原理圖。

附圖標記說明：

100：處理電路； MIC：前饋麥克風；

SPK：揚聲器； U1：有源高通濾波單元；

U2：雙T濾波單元； U3：前饋降噪單元；

U4：驅動單元； U301：第一運算放大器；

U302：第二運算放大器； R8：第八電阻；

R1：第一電阻； R4：第四電阻；

R2：第二電阻； R9：第九電阻；

C1：第一電容； C5：第五電容；

C6：第六電容； VPOS：正電源接線端；

VNEG：負電源接線端； K3：供電控制開關；

R3、R5-R7、R10-R13：電阻； C2-C4、C7：電容；

U101、U401：運算放大器； R31、R61、R71：基本電阻；

R32、R62、R72：匹配電阻； KR2：電阻匹配控制開關；

C31、C41、C71：基本電容； C32、C42、C72：匹配電容；

KC2：電容匹配控制開關。

具體實施方式

現(xiàn)在將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的各種示例性實施例。應注意到：除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應用或使用的任何限制。

對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它例子可以具有不同的值。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。

本發(fā)明為了解決設置相互獨立的主動降噪電路和監(jiān)聽電路導致成本增加、印制電路板體積增大、及整機可靠性降低的問題，提供了一種兼具監(jiān)聽和主動降噪功能的處理電路，該處理電路具體是利用主動降噪電路的元器件實現(xiàn)監(jiān)聽電路，進而有效解決上述問題。

圖1是根據(jù)本發(fā)明處理電路的一種實施方式的方框原理圖。

根據(jù)圖1所示，該處理電路的主體結構為前饋式主動降噪電路，前饋式主動降噪電路基本包括前饋麥克風接線端Jin+、Jin-，揚聲器接線端Jout+、Jout-，有源高通濾波單元U1，雙T濾波單元U2，前饋降噪單元U3，及驅動單元U4，前饋麥克風接線端Jin+、Jin-順次經(jīng)有源高通濾波單元U1、雙T濾波單元U2、前饋降噪單元U3和驅動單元U4與揚聲器接線端Jout+、Jout-對應連接，其中，該前饋麥克風接線端Jin-和揚聲器接線端Jout-接地，因此，有源高通濾波單元U1、雙T濾波單元U2、前饋降噪單元U3和驅動單元U4的接地點即成為對應單元的一個信號輸入輸出端，以下說明的各單元的輸入端、輸出端具體指非接地的一端。

上述有源高通濾波單元U1可以采用一階高通濾波，也可以采用更高階的高通濾波，用于對前饋麥克風MIC采集到的聲音信號進行高通濾波處理，另外，其通常還具有前置放大作用，以對通過的信號進行放大處理。

上述雙T濾波單元U2用于實現(xiàn)選頻及相位補償。

上述前饋降噪單元U3用于進行前饋式降噪處理，其基本由運算放大器、電容和電阻組成。

上述驅動單元U4用于驅動揚聲器SPK發(fā)聲。

本發(fā)明處理電路是在上述前饋式主動降噪電路的基礎上通過增加供電控制開關K3實現(xiàn)監(jiān)聽電路，具體為：在前饋降噪單元U3的每一運算放大器的供電回路上連接供電控制開關K3，以在供電控制開關K3斷開時關閉前饋降噪單元U3的運算放大器，進而僅通過前饋降噪單元U3的由電阻、電容構成的無源濾波電路提供信號通路，實現(xiàn)監(jiān)聽功能，即本發(fā)明處理電路被設置為在每一供電控制開關K3接通對應的供電回路時提供主動降噪功能，并在每一供電控制開關K3斷開對應的供電回路時提供監(jiān)聽功能，這就實現(xiàn)了利用前饋式主動降噪電路的元器件實現(xiàn)監(jiān)聽電路的目的。

上述供電控制開關K3可以是手動控制的撥動開關，以使用戶通過撥動開關在主動降噪模式與監(jiān)聽模式之間切換。上述供電控制開關K3也可以是電子開關，以使用戶通過模式切換開關觸發(fā)控制供電控制開關K3的開關狀態(tài)的信號。

圖2是圖1所示處理電路的一種實施例的電路原理圖。

根據(jù)圖2所示，上述前饋降噪單元U3可以包括第一運算放大器U301、第二運算放大器U302、第一電容C1、第五電容C5、第六電容C6、第一電阻R1、第四電阻R4、第七電阻R7、第八電阻R8和第九電阻R9。第一運算放大器U301的反相輸入端經(jīng)第八電阻R8與雙T濾波單元U2的輸出端連接、同相輸入端接地；第二運算放大器U302的反相輸入端經(jīng)第九電阻R9與第一運算放大器U301的輸出端連接、同相輸入端接地；第二運算放大器U302的輸出端與驅動單元U4的輸入端連接。第一電阻R1和第一電容C1的串聯(lián)結構、第四電阻R4、及第五電容C5并聯(lián)連接在第一運算放大器U301的反相輸入端與第一運算放大器U301的輸出端之間。第七電阻R7與第六電容C6并聯(lián)連接在第二運算放大器U302的反相輸入端與第二運算放大器U302的輸出端之間。

對于圖2所示的前饋降噪單元U3的結構，應該在第一運算放大器U301的供電回路上連接供電控制開關K3，及在第二運算放大器U302的供電回路上連接供電控制開關K3。

對于圖2所示的第一運算放大器U301采用雙電源供電的結構，可以在正電源接線端VPOS與第一運算放大器U301的正電源輸入端之間，及在負電源接線端VNEG與第一運算放大器U301的負電源輸入端之間各連接一個供電控制開關K3，進而實現(xiàn)對第一運算放大器U301的供電控制。

對于圖2所示的第二運算放大器U302采用雙電源供電的結構，可以在正電源接線端VPOS與第二運算放大器U302的正電源輸入端之間，及在負電源接線端VNEG與第二運算放大器U302的負電源輸入端之間各連接一個供電控制開關K3，進而實現(xiàn)對第二運算放大器U302的供電控制。

而在前饋降噪單元U3的運算放大器采用單電源供電的結構時，可以在正電源接線端與此運算放大器的正電源輸入端之間，和/或地線與此運算放大器的接地端之間連接一個供電控制開關K3，進而實現(xiàn)對該此運算放大器的供電控制。

這樣，在供電控制開關K3斷開對應的供電回路上，前饋麥克風MIC采集到的耳機外部的聲音信號將順次經(jīng)過有源高通濾波單元U1、雙T濾波單元U2、前饋降噪單元U3的由電阻和電容組成的無源濾波電路、及驅動單元U4的處理后驅動揚聲器SPK發(fā)聲，進而輸出與耳機外部的聲音高度相似的重放聲音，實現(xiàn)監(jiān)聽功能。

根據(jù)圖2所示，上述有源高通濾波單元U1可包括運算放大器U101、電容C2、電阻R5、電阻R12和電阻R13，其中，前饋麥克風接線端Jin+經(jīng)電容C2與運算放大器U101的同相輸入端連接，且運算放大器U101的同相輸入端經(jīng)電阻R5接地；運算放大器U101的輸出端經(jīng)電阻R12和電阻R13的串聯(lián)結構接地，且電阻R12與電阻R13之間的電位點連接至運算放大器U101的反相輸入端，以在濾波的同時實現(xiàn)信號放大。

根據(jù)圖2所示，上述雙T濾波單元U2包括電阻R3、電阻R6、電阻R7、電容C3、電容C4和電容C7，其中，電容C3連接在有源高通濾波單元U1的輸出端與電阻R3的第一端之間，電容C4連接在前饋降噪單元U3的輸入端與電阻R3的第一端之間，而電阻R3的第二端接地；電阻R6連接在有源高通濾波單元U1的輸出端與電容C7的第一端之間，電阻R7連接在前饋降噪單元U3的輸入端與電容C7的第一端之間，而電容C7的第二端接地。

上述驅動單元U4可以采用反相比例放大器，具體地，根據(jù)圖2所示，反相比例放大器包括運算放大器U401、電阻R10和電阻R11，其中，運算放大器U401的反相輸入端經(jīng)電阻R10與前饋降噪單元U3的輸出端連接、同相輸入端接地，運算放大器U401的反相輸入端還經(jīng)電阻R11與運算放大器U401的輸出端連接，而該運算放大器U401的輸出端即為驅動單元U4的輸出端，進而與揚聲器接線端Jout+連接。

由于監(jiān)聽功能相對主動降噪功能而言，為了實現(xiàn)聲音的更加高度相似的重放，可以設置監(jiān)聽電路具有相對寬的通頻帶，為此，可使雙T濾波單元U2在監(jiān)聽功能下選擇的頻率(陷波對應的頻率點)更大，例如使得雙T濾波單元U2在監(jiān)聽功能下選擇的頻率為10KHZ，此處應理解為具有±1KHz以內(nèi)的誤差允許范圍。

為了實現(xiàn)上述的擴展監(jiān)聽電路通頻帶的目的，圖3示出了雙T濾波單元U2的一種實施例的電路原理圖，該實施例具體通過減小雙T濾波單元U2的電阻R3、R6、R7的阻值實現(xiàn)監(jiān)聽電路同頻帶的擴展。

根據(jù)圖3所示，該雙T濾波單元U2的每一電阻R3、R6、R7均包括基本電阻和與基本電阻并聯(lián)連接的電阻匹配單元，而電阻匹配單元進一步包括串聯(lián)連接的匹配電阻和電阻匹配控制開關。具體地，電阻R3包括基本電阻R31，電阻R3的電阻匹配單元包括串聯(lián)連接的匹配電阻R32和電阻匹配控制開關KR2；電阻R6包括基本電阻R61，電阻R6的電阻匹配單元包括串聯(lián)連接的匹配電阻R62和電阻匹配控制開關KR2；電阻R7包括基本電阻R71，電阻R7的電阻匹配單元包括串聯(lián)連接的匹配電阻R72和電阻匹配控制開關KR2。在此基礎上，本發(fā)明處理電路被設置為在每一電阻匹配控制開關KR2斷開時提供主動降噪功能，并在每一電阻匹配控制開關KR2接通時提供監(jiān)聽功能。

上述電阻匹配控制開關KR2可以是手動控制的撥動開關，也可以是受開關控制信號控制的電子開關。

圖4示出了雙T濾波單元U2的另一種實施例的電路原理圖，該實施例具體通過減小雙T濾波單元U2的電容C3、C4、C7的電容值實現(xiàn)監(jiān)聽電路同頻帶的擴展。

根據(jù)圖4所示，該雙T濾波單元的每一電容C3、C4、C7均包括基本電容和與基本電容串聯(lián)連接的電容匹配單元，而該電容匹配單元進一步包括并聯(lián)連接的匹配電容和電容匹配控制開關KC2。具體地，電容C3包括基本電容C31，電容C3的電容匹配單元包括并聯(lián)連接的匹配電容C32和電容匹配控制開關KC2；電容C4包括基本電容C41，電容C4的電容匹配單元包括并聯(lián)連接的匹配電容C42和電容匹配控制開關KC2；電容C7包括基本電容C71，電容C7的電容匹配單元包括并聯(lián)連接的匹配電容C72和電容匹配控制開關KC2。在此基礎上，本發(fā)明處理電路被設置為在每一電容匹配控制開關KC2接通時提供主動降噪功能，并在每一電容匹配控制開關KC2斷開時提供監(jiān)聽功能。

上述電容匹配控制開關KC2可以是手動控制的撥動開關，也可以是受開關控制信號控制的電子開關。

另外，也可以通過同時減小雙T濾波單元的每一電阻R3、R6、R7的阻值及每一電容C3、C4、C7的電容值的方式實現(xiàn)監(jiān)聽電路同頻帶的擴展，即結合圖3和圖4所示實施例，在此不再贅述。

上述雙T濾波單元U2的每一電阻R3、R6、R7和每一電容C3、C4、C7被設置為在主動降噪功能和監(jiān)聽功能下均構成對稱雙T濾波結構。也可以是上述雙T濾波單元U2的每一電阻R3、R6、R7和每一電容C3、C4、C7被設置為在主動降噪功能下構成對稱雙T濾波結構，而在監(jiān)聽功能下構成非對稱雙T濾波結構，且頻率大于所選擇的頻率的信號也被明顯衰減。

在上述處理電路100的基礎上，本發(fā)明還提供了一種兼具監(jiān)聽和主動降噪功能的耳機，參照圖2所示，該耳機包括前饋麥克風MIC、處理電路100和揚聲器SPK，其中，該前饋麥克風MIC用于采集耳機外部的聲音信號，其可以設置在耳機外部或耳機罩開口處；該處理電路100經(jīng)由前饋麥克風接線端Jin+、Jin-接收采集到的聲音信號，并經(jīng)由揚聲器接線端Jout+、Jout-輸出經(jīng)處理的聲音信號；該揚聲器SPK用于根據(jù)聲音信號發(fā)聲，以在主動降噪功能下輸出用于抵消耳罩內(nèi)部的噪聲的反向噪聲，及在監(jiān)聽功能下輸出監(jiān)聽到的聲音。

為了便于用戶通過統(tǒng)一的模式切換開關進行主動降噪功能與監(jiān)聽功能之間的切換，該耳機還可以設置有模式切換開關和控制器，模式切換開關被設置為通過自身的兩種開關狀態(tài)(即接通狀態(tài)和斷開狀態(tài))分別向控制器輸出降噪使能信號和監(jiān)聽使能信號?？刂破鲃t被設置為根據(jù)降噪使能信號控制所有控制開關(包括供電控制開關K3、及可能設置的電阻匹配控制開關KR2和/或電容匹配控制開關KC2)的開關狀態(tài)，以使處理電路100提供降噪功能，及被設置為根據(jù)監(jiān)聽使能信號控制所有控制開關的開關狀態(tài)，以使處理電路100提供監(jiān)聽功能。

該處理電路100可以通過一個或者多個單刀單擲模擬開關芯片提供所有的控制開關，以提高處理電路100的集成程度。

上述各實施例主要重點描述與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分相互參見即可。

雖然已經(jīng)通過例子對本發(fā)明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上例子僅是為了進行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發(fā)明的范圍由所附權利要求來限定。