高深度混合主动降噪、数字对讲立体声耳机系统的设计研究

1、    高深度混合主动降噪、数字对讲立体声耳机系统的设计研究    【摘 要】传统的模拟对讲机在高噪声的环境下无法正常的送话和受话，噪声将人声覆盖，以至于产品无法正常使用。本设计研究采用主动降噪技术，通过降噪mic接收罩框系统没有滤掉的噪音信号，或者前腔因腔体因素产生的噪音，通过降噪模块产生反向的信号驱动喇叭发出反向的声波抵消噪声；同时将数字对讲技术与主动降噪技术相结合，利用数字对讲功耗低，通讯距离远，抗干扰能力强，可跳频工作的优势，外置3db的天线就可以在1公里内的范围内实时对讲，本产品可在强噪声的环境下，戴上耳机保护听力，解放双手，实时全双工对讲，给

2、特定场合（飞机地勤、开大车、炮兵、建筑施工等）的作业人员带来极大的便利【关键词】主动降噪；数字对讲一、项目简介本项目的核心为主动降噪技术和数字对讲技术，主动降噪技术包括上行降噪和下行降噪，通常说的手机通话降噪是指对mic拾声的降噪，就属于上行降噪的一种；上行降噪是指对mic拾声的降噪处理，而下行降噪就是指对在声音输出端spk的降噪处理，下行降噪实现方式有很多种，目前在市场上卖的降噪耳机有前馈降噪，反馈降噪，前馈和反馈同时工作的混合降噪。本项目有上行降噪也有下行降噪，下行降噪采用混合降噪。数字对讲技术相比较传统的模拟对讲机，在功耗上有明显的优势，功耗只有模拟的5分之一，可以让电池续航能力大大提升

3、，并且在433mhz到2.4g的频段内可以灵活设置工作频率，抗干扰能力大大强于模拟对讲，另外在通信距离上有着更远的应用，外置3db的天线就可以在1公里内的范围内实时对讲，本产品可在强噪声的环境下，戴上耳机保护听力，解放双手，实时全双工对讲，给特定场合（飞机地勤、开大车、炮兵、建筑施工等）的作业人员带来极大的便利。二、项目主要研究内容1、混合主动降噪技术的研究；2、全双工数字对讲技术的研究；3、模拟的混合降噪音频和数字对讲音频相结合的音频系统的技术研究；三、系统设计1、系统组成无线收发主机主要由无线收发模块组成：mic和spk信号通过屏蔽线缆接入地勤接口，实现机内的通信受话传输至无线收发主机中；

4、无线收发主机采用1500mah电池组供电；无线收发模块内部包括片上处理系统、dsp、功放以及射频天线单元；片上系统主要处理外部io接口动作的输入输出，开关机按键，音量配对按键，电池的电压监测，功放的开关等；dsp则实时处理通话mic拾取的信号，通过采用低灵敏度消噪型mic，在dsp上运行mic降噪算法实现高达18db的上行通话降噪，来保证在高噪环境下的正常清晰通话；射频天线单元收发的数字信号通过dsp音频解码转换成语音信号，无线收发模块内置2瓦的功放，可驅动150欧姆直径40mm的动圈式喇叭。无线收发受话器组主要由无线收发模组（从机）和降噪处理单元组成：受话器组采用1500mah电池组供电；无

5、线收发模组包括片上处理系统、音频处理芯片、dsp、功放以及射频天线单元；片上系统主要处理外部io接口动作的输入输出，开关机按键，音量配对按键，电池的电压监测，降噪芯片的开启关闭，功放的开关等；dsp则实时处理通话mic拾取的信号，通过采用低灵敏度的消噪型mic，在dsp上运行mic降噪算法实现实现高达18db的上行通话降噪，来保证在高噪环境下的正常清晰通话；射频天线单元收发的数据通过dsp音频解码转换成语音信号，无线收发模块内置2瓦的功放，可驱动150欧姆直径40mm的动圈式喇叭；无线收发模组还内置了一颗音频处理芯片，实时处理通话mic对环境声音拾取的信号，经由dsp输出至spk，无线收发模组

6、音频输出进入降噪处理单元的有线音频输入通道。降噪处理单元包括两颗ams3435芯片和滤波电路和负压的电路，通过混合降噪技术产生反向的频响曲线将原环境噪声部分抵消，将中低频的噪声消减26-30db2、混合主动降噪声学系统设计主动降噪的原理：通过降噪mic接收罩框系统没有滤掉的噪音信号，或者前腔因腔体因素产生的噪音，然后通过降噪模块产生反向的信号，再通过喇叭发出反向的声波抵消噪声；接收信号反馈到从喇叭发声的时间延迟必须控制非常好，才能让发出的声音和噪声抵消，如果延迟过大，相位不一致往往会有相反效果。主动降噪又分为前馈（ff）和后馈（fb）、混合降噪（ff 和fb），降噪mic在罩框表面的叫ff，而

7、mic在前腔里面的叫fb，其实ff就是被动没整完的ff过滤一轮，fb的 mic 采集了正常播放的音乐信号与残留噪音混合的信号，把正常播放的音乐信号减去后，就得到残留的噪音。通过恰当的反馈电路，让残留的噪音信号尽可能的小，可理解为噪声的再过滤。本设计采用混合降噪，通过声学测试设备（ap，b&k仿真人头）可以测得声音在各个途径的频响曲线和相位曲线，进行叠加仿真计算得到降噪的滤波器电路模型，再运用仿真工具得到滤波器电路的框架和具体参数。混合降噪将前馈和反馈降噪技术相结合，汲取了前馈降噪频带宽、反馈降噪幅度深的优点。3、项目解决关键技术：1、通话mic的降噪技术对mic的降噪算法不断的深入研究

8、和开发，在高噪环境下，在低功耗的dsp上运行降噪算法，实现18bb的降噪来保证对讲时的清晰通话2、环境监听（侧音）技术增加音频处理芯片对通话mic实时拾音处理，经dsp音频解码输出至spk，保证在开启降噪功能时，还能听到环境声音，保持使用者环境感知能力，能够辨别机器、车辆、警报等各种声音的特征、距离和方向。同时还能在高噪环境时在spk中听到自己所说的话；本人有实测140bb环境噪声下，普通耳机完全听不到自己说了什么3、混合降噪（主动下行降噪）技术采用ams模拟降噪芯片（两颗ams3435芯片组）实现混合降噪技术，在不同场景高噪环境下，在50-1k hz 的频段内实现28-36db的主动降噪，给

9、使用者提供极佳的听力保护4、对讲语音增强技术混合降噪技术将对讲通话语音和环境噪声都减弱了23-30db，我们特定研发了对讲语音补偿电路，且定制开发专用spk，在开启降噪和对讲模式时，将人声部分的频响曲线抬高，在保证不失真的情况下，做到人声饱满5、物理降噪技术对于1khz以后的高频噪声，主要通过物理降噪来实现，通过对耳套材料深入研究，在耳套上形成独立腔体，在耳机腔体表面以蛋白真皮包高密度吸音棉来吸收高频能量，在高频段也实现了高达25db的降噪6、抗电磁干扰技术在软件算法上实现跳频技术，在10个信道上任意切换，有检测其它的电磁波占用信道时，立即切换到另外一个信道上通信，并且软件算法上传输数据有进行算法加密，保证数据的完整性。7、低功耗技术通过软件算法的优化，最大程度的开启和关闭产品的功能，让软件控制硬件的正常运转来做到省电。四、与同类技术产品相比的优势目前国内市场