一种用于声源定位的电子系统的制作方法

本申请涉及智能设备技术领域，更具体地涉及与声源定位有关的可穿戴式智能设备。

背景技术：

随着科学技术的快速发展，出现了手机、虚拟现实(VR)设备、增强现实(AR)智能眼镜等众多智能数码产品，而且这些产品应用的场景和领域在不断的扩展，针对这些产品的人机交互和环境交互变得越来越重要了。

在真实的世界里，人类能够利用听觉判断出声音源的大致方位，进而能够识别出是哪个物体发出了声响。这里所说的物体和声音源可以指人在说话、动物在叫，汽车经过、或者喇叭在播放等。但目前包括智能眼镜、手机、平板、可穿戴设备等在内的移动终端还无法通过捕捉的音频信息确定声源位置以及发声物体。

技术实现要素：

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于声源定位的电子系统，所述电子系统包括声源定位模块，所述声源定位模块包括多个声源收集单元，所述多个声源收集单元形成阵列并收集声源数据，以此定位声源所处的位置并关联发声物体，声源所处的位置是基于所述多个声源收集单元的几何位置关系而获得的。

根据一个实施例，所述多个声源收集单元为三至七个麦克风，其中每两个麦克风之间的距离范围为3cm到30cm。

根据一个实施例，所述声源定位模块包括设置在智能眼镜上的三个麦克风，所述三个麦克风呈三角形阵列。

根据一个实施例，所述声源定位模块包括设置智能眼镜上的四个麦克风，所述四个麦克风呈矩形阵列。

根据一个实施例，所述声源定位模块包括设置在智能眼镜上的五个麦克风，其中至少一个麦克风设置于智能眼镜镜梁上并且在佩戴者两眼之间。

根据一个实施例，所述声源定位模块包括设置在智能眼镜上的六个麦克风，其中所述六个麦克风呈非对称排列。

根据一个实施例，所述声源定位模块包括设置在智能眼镜上的七个麦克风，其中至少一个麦克风设置于智能眼镜镜梁上并且在佩戴者两眼之间。

根据一个实施例，所述声源定位模块设置在进行信息显示的电子设备上，所述电子设备用于将声源的定位信息与实际应用相关联进行数据处理并显示相关的信息。

根据一个实施例，所述电子设备上包括处理器，所述处理器处理经由所述声源定位模块实时收集到的数据，并且基于所述多个声源收集单元的几何位置关系来定位声源所处的位置。

根据一个实施例，经由所述声源定位模块实时收集到的数据由位于所述电子设备外部的处理器处理而获得声源定位信息，并且所述声源定位信息由所述处理器通过无线或有线的方式传输给所述电子设备。

根据一个实施例，所述声源定位模块的声源收集单元接收人类可感知的声波信号，所述声波信号的频率范围为20-20000HZ。

根据一个实施例，所述声源定位模块的声源收集单元接收超声波信号，所述超声波信号的频率为20000HZ以上。

根据一个实施例，所述声源定位模块的声源收集单元接收带预定义特征的声波或超声波信号，通过控制发声源发出的声波的预定义特征来辨识有效声波并抑制噪音，其中所述预定义特征包括以下各项中的一者或多者：声波的长短、所在的一个或多个频率波段、强弱、间隔时长、以及预定义的连续变化。

根据一个实施例，所述多个声源收集单元收集的超声波数据经由滤波处理。

根据一个实施例，声源所处的位置是基于所述多个声源收集单元中被选出的一个或多个声源收集单元收集的音频信号而获得的。

根据一个实施例，所述电子设备为可以为增强现实(AR)眼镜、虚拟现实(VR)眼镜手机、其它智能眼镜、手机和其它可穿戴设备等。

根据一个实施例，所述声源可以是任何带扬声器的手机、手环、耳环、指环、电子贴片、和其它移动设备等。

本实用新型实施例的有益效果在于，本声源定位系统提供了一种移动电子设备、特别是包括智能眼镜在内的可穿戴设备的声源定位方式。本申请提供的声源定位系统可以定位声源所处的位置，进而将声音和发声物体进行关联。本申请的声源定位系统能够定位任何方位的声音，以此提高人机交互和环境交互的精准性和高效性。此外，本申请有广泛的应用场景，本申请能够定位的声源可以是人类听觉范围内的声音；除传统波段之外，本申请还可以实现超声波定位。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的3个麦克风，其中第一和第三麦克风设置于智能眼镜左腿，第二麦克风设置于智能眼镜右腿；

图2为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的3个麦克风，其中第一麦克风设置于智能眼镜左腿，第二和第三麦克风设置于智能眼镜右腿；

图3为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的3个麦克风，其中第一和第三麦克风设置于智能眼镜左腿，第二麦克风设置于智能眼镜右腿；

图4为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的3个麦克风，其中第一和第二麦克风设置于智能眼镜右腿，第三麦克风设置于智能眼镜左腿；

图5为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的4个麦克风，其中第一和第四麦克风设置于智能眼镜左腿，第二和第三麦克风设置于智能眼镜右腿；

图6为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的5个麦克风，其中第一和第四麦克风设置于智能眼镜左腿，第二和第三麦克风设置于智能眼镜右腿，第五麦克风设置在智能眼镜镜梁上；

图7为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的5个麦克风，其中第一、第四和第五麦克风设置于智能眼镜左腿，第二和第三麦克风设置于智能眼镜右腿；

图8为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的5个麦克风，其中第一和第四麦克风设置于智能眼镜左腿，第二、第三和第五麦克风设置于智能眼镜右腿；

图9为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的6个麦克风，其中第一、第四和第六麦克风设置于智能眼镜左腿，第二和第三麦克风设置于智能眼镜右腿，第五麦克风设置在智能眼镜镜梁上；

图10为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的6个麦克风，其中第一、第四和第五麦克风设置于智能眼镜左腿，第二、第三和第六麦克风设置于智能眼镜右腿；

图11为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的6个麦克风，其中第一和第四麦克风设置于智能眼镜左腿，第二、第三和第六麦克风设置于智能眼镜右腿，第五麦克风设置在智能眼镜镜梁上；以及

图12为根据本实用新型一个实施例的声源定位模块在智能眼镜上的结构示意图，声源定位模块包括位于智能眼镜上的7个麦克风，其中第一、第四和第五麦克风设置于智能眼镜左腿，第二、第三和第七麦克风设置于智能眼镜右腿，第六麦克风设置在智能眼镜镜梁上。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请给出的声源定位系统可以应用于诸多电子设备，为简明起见，附图以声源定位系统应用于AR(增强现实)智能眼镜为例加以说明。图1到图12为本实用新型的定位模块在包含3到7个麦克风时在AR眼镜上的排列方式。声源定位模块可以设置在进行信息显示的电子设备上，作为电子设备的一部分。另选地，声源定位模块可以也可以独立于电子设备。电子设备可以用于将声源的定位信息与实际应用相关联进行数据处理并显示相关的信息。

参见附图1到12，本申请的用于声源定位的电子系统可用在进行信息显示及数据处理的电子设备上，例如手机、VR(虚拟现实)设备、AR智能眼镜等。该电子系统可以包括声源定位模块，声源定位模块包括多个声源收集单元(如麦克风)形成的阵列，多个声源收集单元形成阵列并收集声源数据，声源所处的位置是基于所述多个声源收集单元的几何位置关系而获得的。多个声源收集单元的具体排列详见图1到图12。该电子系统还可以通过处理器对声源定位模块的数据进行采集，算法处理，以及输出数据处理结果，从而定位声源所处的位置。例如，处理器处理经由声源定位模块实时收集到的数据，并且基于多个声源收集单元的几何位置关系来定位声源所处的位置。处理器可以是电子设备中的处理器，也可以是系统外挂的有一定数据处理能力的处理器。在处理器被设置成系统外挂处理器的情况下，经由声源定位模块实时收集到的数据可以由外部处理器处理而获得声源定位信息，并且声源定位信息可以由处理器通过无线或有线的方式传输给所述电子。

下面结合附图1到图12，具体描述本实用新型声源定位模块的麦克风排列方式。

图1到图12为本实用新型在AR智能眼镜上的十二种实施例，这十二种实施例包括了本实用新型所述声源定位模块使用3到7个麦克风时的排列方式。但需要指出上述实施例是为了说明的目的，实际的麦克风数量、位置和排列不局限于此。图示的麦克风数量、位置和排列仅列举了部分的实施例。本实用新型所述的声源定位模块，其实际的数量、位置和排列可以是任何符合本实用新型技术方案和用途的数量、位置和排列。

图1至图4中，声源定位模块包括位于智能眼镜上的3个麦克风：第一麦克风mic1、第二麦克风mic2、以及第三麦克风mic3。

如图1所示，第一麦克风和第三麦克风可以分别位于智能眼镜左腿的前部和后部，第二麦克风可以位于智能眼镜右腿前部，三者呈三角形排列。

如图2所示，第二麦克风和第三麦克风可以分别位于智能眼镜右腿的前部和后部，第一麦克风位于智能眼镜左腿前部，三者呈三角形排列。

如图3所示，第一麦克风和第三麦克风可以分别位于智能眼镜左腿的前部和后部，第二麦克风可以位于智能眼镜右腿后部，三者呈三角形排列。

如图4所示，第一麦克风和第二麦克风可以分别位于智能眼镜左腿的前部和后部，第三麦克风可以位于智能眼镜右腿后部，三者呈三角形排列。

图5中，声源定位模块包括位于智能眼镜上的4个麦克风：第一麦克风mic1、第二麦克风mic2、第三麦克风mic3、以及第四麦克风mic4。其中第一和第四麦克风分别设置于智能眼镜左腿的前部和后部，第二和第三麦克风分别设置于智能眼镜右腿的前部和后部。第一麦克风、第二麦克风、第三麦克风、以及第四麦克风中至少三者呈三角形排列。

图6至图8中，声源定位模块包括位于智能眼镜上的5个麦克风：第一麦克风mic1、第二麦克风mic2、第三麦克风mic3、第四麦克风mic4、以及第五麦克风mic5。

如图6所示，第一和第四麦克风分别设置于智能眼镜左腿的前部和后部，第二和第三麦克风分别设置于智能眼镜右腿的前部和后部，第五麦克风设置在智能眼镜镜梁上。作为示例，第五麦克风可以设置在佩戴者两眼之间，如智能眼镜镜梁中间。

如图7所示，第一、第五和第四麦克风分别设置于智能眼镜左腿的前部、中部和后部，第二和第三麦克风分别设置于智能眼镜右腿的前部和后部。

如图8所示，第一和第四麦克风设置于智能眼镜左腿的前部和后部，第二、第五和第三麦克风分别设置于智能眼镜右腿的前部、中部和后部。

图9至图11中，声源定位模块包括位于智能眼镜上的6个麦克风：第一麦克风mic1、第二麦克风mic2、第三麦克风mic3、第四麦克风mic4、第五麦克风mic5、以及第六麦克风mic6。

图9中，第一、第六和第四麦克风分别设置于智能眼镜左腿的前部、中部和后部，第二和第三麦克风分别设置于智能眼镜右腿的前部和后部，第五麦克风设置在智能眼镜镜梁上。作为示例，第五麦克风可以设置在佩戴者两眼之间，如智能眼镜镜梁中间。

图10中，第一、第五和第四麦克风分别设置于智能眼镜左腿的前部、中部和后部，第二、第六和第三麦克风分别设置于智能眼镜右腿的前部、中部和后部。作为示例，第一、第五和第四麦克风与第二、第六和第三麦克对称设置。可以理解，多个麦克风也可以呈非对称排列

图11中，第一和第四麦克风分别设置于智能眼镜左腿的前部和后部，第二、第六和第三麦克风分别设置于智能眼镜右腿的前部、中部和后部，第五麦克风设置在智能眼镜镜梁上。作为示例，第五麦克风可以设置在佩戴者两眼之间，如智能眼镜镜梁中间。

图12中，声源定位模块包括位于智能眼镜上的7个麦克风：第一麦克风mic1、第二麦克风mic2、第三麦克风mic3、第四麦克风mic4、第五麦克风mic5、第六麦克风mic6以及第七麦克风mic7。如图12所示，第一、第五和第四麦克风分别设置于智能眼镜左腿的前部、中部和后部，第二、第七和第三麦克风分别设置于智能眼镜右腿的前部、中部和后部，第六麦克风设置在智能眼镜镜梁上。作为示例，第六麦克风可以设置在佩戴者两眼之间，如智能眼镜镜梁中间。

可任选地，上述十二种实施方式中每两个麦克风之间的距离范围可以为3cm到30cm。

可任选地，多个麦克风可以呈三角形排列或矩形方式排列。以四个麦克风为例，矩形排列时四个麦克风分别分布在矩形的四个角上，三角形排列时其中两个麦克风共同分布在三角形的直角上，其他两个麦克风分别分布在三角形的另外两个角上。四个麦克风的三角形排列方式中，三角形的直角可以处于电子设备的不同位置。可以理解，三角形或矩形排列方式仅出于示例，还可以采用其他形状的排列方式(包括但不限于直线、平行四边形、梯形等)，这些排列方式均纳入本申请保护范围。

本申请中的声源可以是人类听觉范围内的声音，即频率为20-20000HZ的声音，也可以是超声波，即频率为20000HZ以上的声音。

使用超声波技术定位，可以在不影响人类听觉的情况下，快速确定超声波发声源的位置，并关联发声物体。其中一个典型的应用为手机发出超声波信号，增强现实智能眼镜可以根据这个信号判断出手机位置，从而实现手机一键报警、手机跟踪、手机持有人信息发布等应用功能和场景。在这些应用场景中，因为采用了超声波定位技术，手机持有人、特别是周边的人不会被声音所打扰。

在某些应用场景中，使用本实用新型的应用可以控制发声源发出的声波及其特征。声源可以发出带预定义特征的声波或超声波音频信号。这些声波特征包括但不限于声波的长短、所在的一个或多个频率波段、强弱、间隔时长、及上述特征的组合和预定义的连续变化。其中一个实施例是在21000HZ和30000HZ间隔播放一长两短的音频信号。这样的设计可以降低超声波受所应用环境中噪声的影响，提高定位的精度。

本申请所指的声源，可以是任何带扬声器的手机、手环、耳环、指环、电子贴片、和其它移动设备等。这些移动设备可以和本申请提供的电子设备通过预定义的协议和上层应用联动，从而实现设备和设备，以及拥有设备的人和人之间的基于位置的沟通交流，特别是处于同一个室内或室外空间内的设备和设备，人和人之间的沟通交流。一个典型的实施例是角色扮演类实战游戏。在这个场景中，一个佩戴增强现实眼镜的年轻人可以在某一个咖啡馆通过眼镜的屏幕看见一个佩戴手环的陌生人所扮演的游戏角色等信息，并通过定位将信息和对方关联。

此外，声源所处的位置可以与实际应用相关联地进行显示。例如，电子设备可以将声源所处的位置与实际应用相关联进行数据处理并显示相关的信息。在一个示例情形中，当佩戴AR智能眼镜的用户定位到一个游戏角色的扮演者在附近，则该AR智能眼镜可以获得那个游戏角色的扮演者所处的位置，并且将获得的关于该游戏角色的扮演者的位置信息与实际应用(包括但不限于相对应的游戏)相关联，进行数据处理并在该AR智能眼镜上显示相关信息。显示的相关信息包括但不限于该游戏角色的扮演者的声源定位信息、和/或对应游戏等实际应用上与其相关的信息，如该游戏角色近期更新的武器、其它游戏角色扮演者与其的聊天记录等。

对于麦克风阵列采集到的声源数据，处理器可以进行数据处理，以实现声源定位。例如，处理器可以实时采集麦克风阵列中所有麦克风的音频数据，对于采集到的音频数据，处理器可以采用到达时间差TDOA的算法计算出声源的位置。

可任选地，根据本申请，声源所处的位置可以基于所述多个声源收集单元中被选出的一个或多个声源收集单元收集的音频信号来获得。在计算声源位置时，处理器在采集到麦克风阵列中所有麦克风音频数据后，除了会对采集到的音频数据进行滤波处理外，还会在麦克风阵列的音频数据中挑选出三个音频信号比较强的麦克风音频数据，然后利用这三个音频数据进行TDOA算法，从而计算出声源的位置。以此使得每次参与计算的音频数据均是受外界干扰最小的数据，提高了定位精度。相比于传统TDOA算法，最终参与计算的麦克风是固定的，阵列的排列方式是固定的，而本申请通过对多个音频信号的挑选，每次参与TDOA算法计算的麦克风和阵列的排列方式会随着环境噪音的变化而变化。

例如图5示出的实施例，对于传统的TDOA的算法，最终参与计算的麦克风音频数据只能是四个麦克风中固定的三个(例如mic1、mic2、mic3)，一直不会再变化，这样定位出的结果受环境影响很大。而本申请对音频数据挑选处理后，可能当前环境下参与计算的音频数据是mic1、mic2和mic3的，当AR眼镜移动或外界环境变化之后，参与计算的音频数据可能就是mic2、mic3和mic4的，这样的处理使得每次参与计算的音频数据始终是当前受外界影响最小的音频数据，这样的定位精度也会大幅提高。

可任选地，本申请中，在对声波进行定位时，处理器已经知道需要定位的是声波波源特征时，所以处理器会针对声波声源的特征进行滤波和放大，使得挑选出的三个声波信号更精准，更快速的完成定位。

根据本申请的声源定位系统可以定位声源所处的位置，进而将声音和发声物体进行关联。本申请能够定位任何方位的声音，包括定位不在视觉范围内的声音目标，如由物体遮挡或拐角处的目标。此外，本申请能够定位的声源可以是人类听觉范围内的声音，除传统波段之外，本申请还可以实现超声波定位。

以上参考图1到图12所描述的本实用新型的示意性实施例针对AR智能眼镜，但上述实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请所述的用于声源定位的电子系统，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，将本申请所述的实施方式用于其他任何电子设备，都属于本申请保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

本实用新型是参照根据本实用新型实施例的方法、设备(系统)来描述的。

本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。