CN1183018A - 减少背景噪声的送话器装置 - Google Patents

Abstract

用于从电话手机或自由伸缩送话器等装置中减少背景噪声的装置。该装置包括第一和第二送话器,其中第一送话器接收所要的话音输入和在该话音附近出现的背景噪声,第二送话器基本上仅接收背景噪声。把第二送话器中的背景噪声变换成相应的电信号,并将该电信号从与在第一送话器上获得的话音和背景噪声相对应的信号中减去,以得到基本代表话音的信号。

Description

减少背景噪声的送话器装置

本发明涉及消噪装置，更具体讲，涉及一种减少或消除自由伸缩送话器等装置中背景噪声的装置。

如所见到的，在多种场合下，背景噪声的出现是不希望的。例如在这种场合下，即话务员努力将电话谈话从处在噪声区中的电话或类似装置中接通。在这种情况下，由在电话手机中的送话器接受响亮的背景噪声，并转换成一电信号，该电信号加到与话务员通话的通话者的电话上，并将其上的电信号转换为声信号。结果，与通话者不断通信的话务员将听到响亮的背景噪声。此外，通话者讲话时，其话音与背景噪声结合，使其它通话者难于听清。结果，话务员需对着送话器大喊。此外，代表背景噪声的信号也从通话者手机的送话器中加到话务员手机的扬声器中。这样，话务员还需不断聆听来自讲话人的背景噪声，并且，当其他发话人讲话时，可能会有碍其理解。

另一种情况是，操作直升机等的领航员希望通过射频通信与另一人通信。在这种情况下，通常领航员需对着耦合到无线发收装置上的自由伸缩送话器讲话，话音转换成射频信号，再发到第二收/发装置并在该装置中将该射频信号转换成话音，以能让其它人听到。当在上述情况下电话处在噪声区的情况时，来自直升机的响亮的背景噪声由自由伸缩送话器装置接收并转换成电信号，随后加到接收装置上。结果，与领航员通话的人将听到很大的背景噪声。当领航员将无线发/收装置放在“开”的位置且直升机工作时，这种现象特别令人心烦。

在对处在噪声等环境下的电话或伸缩送话器的工作特性上减少背景噪声的改进中，可以采用压差送话器。压差送话器基本上响应于紧密相隔的两点间的压差。当用在其中背景噪声的压差是各向同性(迷向)的场合下，则由于这种背景噪声而由该压差送话器产生的电信号实际为零。但是，在大多数实际场合，背景噪声的压差并非各向同性，结果，在这些情况下，压差送话器的特性受到有害影响。此外，由于话音或声音在多于一个方向上传播，故对其响应的送话器所产生的电信号通常会减弱。这样，甚至将压差送话器用于电话手机或自由伸缩送话器时，所需的背景噪声消除量还是不够的，且特性还不能满足要求。

此外，由于压差送话器的相反两侧响应于声压，如上面所提到的，现存电话的手机将不得不改形以使送话器的这两侧能去响应声压。除此之外，在电话手机中使用这种送话器的结果，将须对由其产生的电信号放大。这样，以压差送话器替代在现存电话机手机中的传统送话器，将通常要以新手机替代现有手机，这样，成本将较贵。

另一种使用压差送话器的方案是可采用声反馈型系统。这种系统通常包括用来均衡扬声器传输函数的补偿滤波器。由于扬声器的特性是受这些滤波器严密控制的，故滤波器的成本较高。结果，这种声反馈系统通常较昂贵。

由此看来，已有技术的装置不能提供费用较低的装置来将电话和/或自由伸缩送话器装置等的背景噪声减至可接受的水平，也不能提供费用合算的装置以将现存电话机的背景噪声减至可接受的水平。

本发明的第一个目的在于提供减噪装置，这些装置克服了已有技术中的问题。

更具体讲，本发明的第一目的在于提供将背景噪声减至可接受水平的减噪装置。

本发明有第二个目的在于提供如前文提及的用于电话或自由伸缩送话器之类装置中的噪声装置。

根据本发明的一个方面，提供一种用于减少背景噪声的送话器装置，其特征在于所述装置包括：

外壳；

具有第一压敏表面、配置在所述外壳中的第一驻极体送话器装置，第一驻极体送话器装置用于接收借助所述送话器装置由话务员所发出的话音和背景噪声组成的第一声音，用以将所述第一声音转换为第一信号，以及所述外壳内具有第二压敏表面的第二驻极体送话器安置成与所述第一驻极体送话器装置相夹预定的角φ，用于接收基本上由所述背景噪声组成的第二声音，并将所述第二声音转换成第二信号；以及

用于将所述第二信号从所述第一信号中减除，以获得基本上代表所述话音的信号的装置；

其中所述第一和第二驻极体送话器装置彼此紧靠地配置在支承件内。

本发明的其它目的、特性和优点，当在与附图结合参阅时，会从对所示实施例的详细描述中了解到，其中，对应的元件由相同的标号标出。

图1示出具有根据本发明实施例的减噪装置的电话机；

图2是图1中电话机所用的减噪装置的方框图；

图3A为图1电话机的接收器部分的正面视图；

图3B为图1去掉顶盖的电话机接收器部分的剖面侧视图；

图4为图2方框图的具体示意图；

图5为图2所示减噪装置的另一示意图；

图6A、6B和6C示出采用根据本发明的实施例的减噪装置的自由伸缩送话器装置。

图1示出采用根据本发明一个实施例的减噪装置的电话机8。如图中所示，电话机8大体包括具有扬声器部分41和接收器部分42的手机10以及可通过电话线30耦合的电话单元18。此外，电话机8也可以是无绳型的电话机，这样，手机10是通过射频电波耦合到电话单元18上的。接收器部分42分别包括第一和第二送话器12和14(图2)，用来调节加到扬声器部分41上音量的开关40和具有凹入部分44和栅网部分46的盒盖48。

图2示出方框图形式的电话机8。如该图所示，手机10大体上包括：第一和第二送话器12和14；在优选实施例中为一运算放大器(运放)的减法器装置16；最好是运算放大器的放大器20以及扬声器2 2。最好分别将第一和第二送话器12和14、运放16和放大器20包容在接收器部分42(图1)中。

由话音之类和背景噪声组成的声信号加到第一送话器12上，并在该送话器12上转变为对应的电信号，该电信号随后加到运放16的正端子上。背景噪声加到第二送话器14，并在其上转换成对应的电信号，该电信号随后加到运放16的负端子上。采用运放16将来自第二送话器14的噪声信号从来自第一送话器12的话音和噪声信号中减去，并将运放16的基本上代表话音的电信号加到电话单元18上，在该电话单元18上通过电话线将话音信号发到所要到达的电话上。来自运放16输出的信号在电话单元18中也与来自电话线的所接收信号相结合，并加到放大器20上。运放16和17最好为功耗较低的集成电路，如互补型金属氧化物半导体(CMOS)型集成电路，也可由一片或多片CMOS芯片构成。虽然图2未示出，但放大器20仍可由话务员通过开关40(图1)有选择地设置，以将所接收的信号的放大量调节到所要的水平。来自放大器20的已放大的信号被加到扬声器22，在扬声器上，已放大的信号被转换为声信号，以使话务员能听到。

图3A和3B示出接收器部分42的两个示图，在图3A中盒盖48己打开。如在图中所示，接收器部分42大体上包括外壳74、电路板组件78、第一和第二送话器12和14以及盒盖48。第一和第二送话器12和14(最好是驻极送话器或类似的送话器)的安置和定位如下所述。这些送话器由支承件76(例如由发泡材料制成)固牢，随后再缚到外壳74上。来自第一和第二送话器12和14的各输出经各导线(未示出)加到运放16上该运放16含在电路板组件78上并随之缚到外壳74上。以下将再全面地描述：电路板78可含附加的电路元件以处理来自第一和第二送话器的信号并将加到扬声器22(图2)上的信号放大。可采用通过粘合或超声焊接而将其附到外壳74上的盖72。盖72和电路板组件78的外壳74、支承件76以及第一和第二送话器12和14形成一个组件71。

可由诸如聚碳酸酯的塑料材料制成的盒盖48包括一园环形侧边件43和一耦合在侧边件43上厚度为T的部分45，并使其低于侧边件上部一极小的量0.02英寸，由此而形成凹入部分44。部分45包括具有小于厚度T的厚度T′的部分46，且其上有多个过孔，以形成栅网状的部分。在优选实施例中，部分46的厚度T′低于0.030英寸。由于部分46只占部分45较小的部分，减少其厚度不至于影响盒盖48的整体结构强度。另外，部分46也可由硬材料制成，例如不锈钢或类似材料并与部分45结合。如所见到的，通过将部分45和46安置得低于侧边件43的上部，甚至当接收器部分42放在一表面上时，侧边件43而不是部分45或46才会与这一表面接触。结果，任何负载也不能直接压紧到部分45和/或部分46，而可通过递接到达侧边件43。

盒盖48放在组件71上，这样，通过使第一送话器安置得较靠紧于部分46的下侧，而将第一和第二送话器12和14分别放在部分46之下。这样，通过部分46即可到达第一送话器，话务员的话音传输距离较短，话务员对着接收器部分42的讲话距离最好少于1英寸。这样，声音失真减至最小。

图3A和3B分别示出第一第二送话器12和14在接收器部分42内的安置情况。更详细讲，如图3B所示，第一和第二送话器最好安置成相夹φ角，该角最好在30°至60°之间。第一和第二送话器还进一步相对安置，使其具有如图3B所示的角度θ和[(90-θ)+φ]，角φ为平行于第一送话器12的接收或“感应”表面的平面与话务员话音走向间的夹角，角[(90-φ)+φ]为第二送活器14“感应”表面的轴法向与话音走向的夹角；以及如图3A所示话音走向与第二送话器之间的夹角Ψ。在优选实施例中，角度θ的值约小于35°、角度Ψ的值约小于180°。如此安置第一和第二送话器的结果，使第一送话器12可接收来自话务员的话音和在其附近的背景噪声，且使第二送话器14基本上仅接收由第一送话器所接收的同一背景噪声。

如前所述，虽然角φ的值最好在30°至60°之间，但是，第一和第二送话器12和14甚至其角度φ超出这一范围，仍能令人满意地工作。然而，由于角φ变为基本上小于30°或大于60°，则特性会受损害。即，当角φ变为基本上小于30°时，第二送话器14会接收话音和背景噪声。结果，当将第二送话器14的输出信号从第一送话器12的输出信号中减除时，会消除部分或全部话音。另一方面，当角度φ基本大于60°时，由第二送话器14接收的背景噪声可能与由第一送话器12接收的噪声不相近似。结果，将第二送话器14的输出信号从第一送话器12的输出信号的减除，不能适当地消除由第一送话器接收的背景噪声。

与此相似，虽然角度θ和Ψ的优选值如前所述分别低于35°和约等于180°，但第一和第二送话器甚至在具有不同于这些角度的值时，仍能令人满意地工作。但是，由于角度θ和Ψ的值大体不同于各优选值，则特性可能会受影响。即，当角θ变为基本上大于35°时，第二送话器14会接收话音和背景噪声。与此类似，当角度Ψ大体小于或大于180°时，第二送话器14会接收话音和背景噪声。结果，在这些情况下，当将第二送话器14的输出信号从第一送话器12的输出信号中减除时，可能会消除部分或全部的话音。

如所见互的，通过将上述器件和材料用作接收部分42的元件，则构造这种接收器部分的费用较低。此外，如前所述，通过使用CMOS芯片，则接收器部分的能耗较低。结果，接收器部分可由手机中现用的标准电源供电，这样，不需要附加电源或变压器等。此外，虽然已经描述了接收器部分42是用于装在一个新型电话机的电话8的手机10中，但这种接收器部分或其轻微改动的变种可用于现存的电话的手机中。即，在后一种情况下，包含在现存电话手机中的盒盖和送话器仅以接收器部分42代替之。这样，对接收器42的使用即提供了一种将现存电话的手机改装成包括现在的减噪装置的较易和低廉的手段。

图4为图1和2的电话机8的一种电路配置的示意图。如图4所示，第一送话器12经电阻202耦合到输入端200，该电阻202用作限流电阻以较正第一送话器输出的偏压。第一送话器12还经电阻210耦合到运放16的正端子上，并经电阻212到可变电阻214上。第二送话器14经可变电阻208耦合到输入端201，还耦合到运放16的负端子上，可变电阻208用作限流电阻以校正第二送话器的输出偏压。限流电阻208最好是可变电流限制电阻，它能使第二送话器14输出信号的电平与第一送话器12输出信号的电平在预定值内相匹配。具体讲，限流电阻208使第二送话器14输出信号加权，这样，当从第一送话器12输出具有类似电平的信号时，其间幅度差最小。限流电阻208的值根据最小规准选择。输入端子198联到电阻204和206以及运放16的负端子上，该电阻204和206用于对输入端198上的电压分压。运放16的输出耦合到电容器220、222和226以及电阻224和228，随后联到电话单元18的“送话器输入”端上。运放16的输出进一步经可变电阻214、电阻216和电容218耦合到地。电阻210、212和216以及可变电阻214提供诸如1比20放大的可变增益给运放16的输出。电容器218、220和222用来消除可在运放16输出信号中存在的剩余直流电平。电阻224和228以及电容226用作低通滤波器，在预定值，例如3.7KHZ上有一断点。

电话单元18还联到电话线上，并通过送话器输入端子接收信号，通过电话线，再将这些信号加到所要的电话上。电话单元18还用于通过电话线接收来自另一电话或其它电话在上的信号，并将这些信号与那些通过送话器输入端接收的信号结合，如前文所述，将这些结合后的信号加到扬声器输入端子231上。输入端子231经电容230和电阻232联到运放17的负端子上，并经电阻234联到可变电阻240上，电容230用于隔直信号。输入端子199联到运放17的正端子上。运放17的输出经电容器242和244以及电阻246联到扬声器22上。该运放的输出再经可变电阻240、电阻238和电容236到地。

图4所示电话8的工作描述如下：

当启用手机10时，通过将手机10从又簧(未示出)上摘下，标准电话在线电压即加到输入端198、199、200和201上。来自第一送话器12的信号经电阻210加到运放16的正端子上，其中第一送话器12是由限流电阻202偏压校正过的。来自第二送话器14的输出信号加到运放16的负端子上，其中第二送话器14是由限流电阻208偏压校正过的。运放16将来自第二送话器14的信号从来自第一送话器12中的信号中减除，并将减除后的信号输出。可能在输出信号中存在的直流电平被消除，且信号被放大。诸如高于3.7KHZ的高频信号随后从放大后的输出信号中除去，并将所产生的信号加到电话单元18上。这样，加到电话单元18的电压信号正比于分别由第一和第二送话器12和14产生的电压差。

来自电话单元18的输出信号加到放大器20的输入端子231上，该输出信号是通过送话器输入端和电话线接收的信号的组合信号。来自输入端231的信号加到电容230上、以消除可能存在的任何直流信号。电容230的输出经电阻232加到运放17的负端子上。运放17将来自电话单元18的信号从来自输入端199的信号中减除，并得到一个相减后的信号。该信号通过使用电阻232、234和238以及可变电阻240，由借助使用开关40(图1)的话务员有选择地放大。可能在放大后的信号中存在的任何直流信号随之由电容242、2 44和236所除去。来自电容244的输出信号是由电阻246限流的，并且该输出信号被加到扬声器22以将其转换成声信号。

图5示出用于处理分别从第一和第二送话器12和14上获得的信号的另一种电路配置，以此为电话单元18提供正比于由第一和第二送话器产生的电压差的电流输出。

具体讲，图5的电路装置包括具有多个输入端子300、301和390的手机10′，其中上述每个端子均用来接受标准资用在线电源。第一送话器12经限流电阻302耦合到输入端子300，再耦合到最好为CMOS运放的减法装置316的正端子上。第二送话器14的输出经可变限流电阻308耦合到输入端301并再耦合到运放316的负端子上。从运放316上输出的信号经滤波级350加到最好为CMOS运放的减法装置351的负端子上。滤波级350用于提供诸如在预定频率信号滚降的预定频响特性。如所见到的，虽然图5仅示出两个滤波级，实际上可用任何数量个数的滤波级。输入端子390被耦合到电阻392和394，以及运放351的正端子，电阻392和394用于降减加到其上的信号。运放351的输出信号加到晶体管366的基极。输入端子391联到齐纳二极管360、电容器362和电阻364，随后联到晶体管366的集电极和电话单元18的送话器输入端子。晶体管366的发射极经电阻367和368耦合到运放351的负端子，以提供其反馈回路。运放351和相关元件在滤波级350和晶体管366之间提供电隔离。晶体管366用于放大加到电话单元18上的信号。

电话单元18的输出耦合到输入端231(图4)，随后以参考图4手机10所描述的方式被处理，以从扬声器22上提供声信号。

电话8′的工作描述如下：

通过将手机从叉簧等(未示出)上摘下，使电源加到手机10′上，标准电话在线电压被加到输入端300，301，370，390和391上。来自第一送话器12的信号被加到运放316的正端子上，第一送话器12是由限流电阻302偏压校正过的。第二送话器14的输出信号加到运放316的负端子上，第二送话器14是由限流电阻308偏压校正过的。电阻308最好是可变限流电阻，它使得第二送话器14的输出信号电平在第一送话器12的输出信号电平的预定值内相匹配，并与前述电阻208相类似。运放316的输出差信号经滤波级350而提供，以将输出信号的上端频率限制到诸如3.7KHZ的预定值上。滤波级350的输出信号加到运放351的负端子，来自输入端390的电压信号加到运放351的正端子上，随后，计算其间的差值，并将对应的输出信号加到晶体管366的基极，其中来自输入端390的电压信号已被分压为其原值一半。来自输入端391的电压经电阻364被加到晶体管366的集电极。结果，放大后的信号从手机10′加到电话单元18，再从电话单元18经电话线加到所要的电话上，以与从电话机上接收的信号相结合，以类似于参考图4描述的方式的方式加到端入端231上。

图4和5中未指定标号的各个电路元件如图中所示方式联接，并且由于其联接和取值对于本领域技术人员来说是明显的，且对理解本发明没有用处，而不再详述。

图6A、6B、6C示出采用根据本发明实施例的消噪装置的自由伸缩送话器100。具体讲，自由伸缩送话器100大体上包括：外壳174、电路板组件178、第一和第二送话器112和114，以及部分147。外壳174包括环形部分108，它具一个过孔，以使轴106能插入，外壳174可由塑料类或金属型材料制成。结果，自由伸缩送话器100可如图6A所示绕轴106转动。

第一和第二送话器112和114分别经导线102和104耦合到电路板组件178上。电路板组件178包含的电路与先前所述的电路板组件78上的电路相似，用来处理分别来自第一第二送语器12和14的信号，以加到电话单元18上，为简洁起见，不再赘述。这样，电路板组件178用来接收来自第一送话器112的话音和背景噪声信号并从其中将来自第二送话器114的背景噪声信号减除，以产生基本上代表话音的信号。这一信号被加到发送装置(未示出)上，以转换成RF信号并发送到远处的接收装置(未示出)上。第一和第二送话器112和114分别由诸如泡沫材料制成的支承件176固定在其位置上。诸如由塑料或金属材料编成的栅网屏146罩到缺口部分147上以保护第一和第二送话器。栅网146具有预定厚度，例如约为0.030英寸或更薄。

可能为驻极送话器的第一和第二送话器112和114以类似于前述的第一和第二送话器12和14的方式安置在手机10中。如图5A所示，也就是说，第一和第二送话器112和114分别安置成相夹θ′角和[(90-θ′)+φ′]角，角θ′为平行于第一送话器的接收或感应表面的平面与话务员话音传播方向的夹角；角[(90-θ′)+φ′]为第二传话器的感应表面的轴法向与话音传播方向间的夹角。此外，第一和第二送话器112和114分别安置成相夹φ′角，其优选值范围在30°至60°。第一和第二送话器112和114分别靠近栅网146和外壳174的缺口部分147处放置，以不接收已被不可接受地干扰了的声音。

虽然已经描述的上述实施例只有一个第一送话器12(112)和一个第二传话器14(114)，但本发明并不受此限制，在第一送语器和/或第二送话器位置上可采用任意数量的送话器。例如，接收器部分42′(未示出)可由两个或多个送话器当作第一送话器12′(未示出)，两个或多个送话器当作第二送话器14′(未示出)。在这种结构中，当使用多个送话器作第一和/或第二送话器时，各可变限流电阻最好不只用于第一送话器12′中的一个送话器而是各个送话器，可变限流电阻也最好不只用于第二送话器14′的一个送话器而是各个送话器。这样，第一和第二送话器12′和14′的输出将各包括几个这种送话器加权求和的输出电压。各限流电阻最好设置成各相关值，以分别减少第一与第二送话器12′和14′相差的作用。对限流电阻值或每个送话器同等的加权函数的选择规准可根据已知的梯度搜索算法来选择，以减小其作用。

此外，虽然已描述的本发明上述实施例是用于电话手机和自由伸缩送话器等中的，但本发明并不受限于此，它可用于诸如电信系统等类的多种其它装置中。另外，本发明也可用于根据预定处理算法工作的处理装置中，它在转让给本发明共同受让人、并引作本文参考的1992年5月22日提交的申请号为07/887,500的美国专利申请中作了描述。

Claims (14)

1.用于减少背景噪声的送话器装置，其特征在于所述装置包括：

外壳；

具有第一压敏表面、配置在所述外壳中的第一驻极体送话器装置，第一驻极体送话器装置用于接收借助所述送话器装置由话务员所发出的话音和背景噪声组成的第一声音，用以将所述第一声音转换为第一信号，以及所述外壳内具有第二压敏表面的第二驻极体送话器装置安置成与所述第一驻极体送话器装置相夹预定的角φ，用于接收基本上由所述背景噪声组成的第二声音，并将所述第二声音转换成第二信号；以及

用于将所述第二信号从所述第一信号中减除，以获得基本上代表所述话音的信号的装置；

其中所述第一和第二驻极体送话器装置彼此紧靠地配置在支承件内。

2、如权利要求1的装置，其特征在于：所述预定角φ处在约30°至约60°的范围内。

3、如权利要求2的装置，其特征在于：所述第一驻极体送话器装置安置在所述外壳中，在穿过接收所述第一声音的所述第一驻极体送话器装置一部分的平面与所述话音的输入方向之间相夹的角θ约小于35°。

4、如权利要求3的装置，其特征在于：所述第二驻极体送话器装置安置在所述外壳中，在所述第二驻极体送话器装置接收部分的法向轴和所述话音的所述输入方向相夹的角β约等于[(90-θ)+φ]度。

5、如权利要求1的装置，其特征在于：所述第一和第二送话器装置至少其一包括多个送话器。

6、如权利要求1的装置，其特征在于还包括放大器装置，用于有选择地放大从另一个话务员接收的信号，以产生放大的信号。

7、如权利要求6的装置，其特征在于：所述第一和第二驻极体送话器装置、所述减法装置和所述放大装置是由提供给所述电话手机的标准电源供电的。

8、如权利要求7的装置，其特征在于：所述减法装置和所述放大器装置由低功耗集成电路芯片构成。

9、如权利要求8的装置，其特征在于：所述低功耗集成电路芯片是互补型金属氧化物半导体(CMOS)芯片。

10、如权利要求7的装置，其特征在于：还包括用于保护所述外壳的保护装置，所述保护装置包括具有预定厚度和多个孔的部分，并且处在靠近所述第一驻极体送话器装置的位置上。

11、如权利要求10的装置，其特征在于：所述的预定厚度约小于0.030英寸。

12、如权利要求10的装置，其特征在于：所述保护装置还包括一个侧边部分，且其中具有所述预定厚度的所述部份低于所述侧边部分的上部。

13、如权利要求12的装置，其特征在于：所述保护装置由塑料材料构成。

14、如权利要求1的装置，其特征在于：所述第一和第二驻极体送话器装置彼此匹配。

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