头戴式音频采集装置和头戴式耳机的制作方法

本实用新型涉及音频采集领域，具体而言，涉及头戴式音频采集装置和头戴式耳机。

背景技术：

3D音效，是听众可以感受到从各个方向传来的音乐，音乐有时从左侧传来，有时又到了头顶，或从左向右移动，又有时从下向上徐徐上升，有空间感。3D音效，即音频还原了人耳朵对音频的听觉效果。

人耳的基本声音定位原理是两侧声音强度差别(Interaural Intensity Difference，简称为IID)和两侧声音时间延迟差别(Interaural Time Difference，简称为ITD)。IID指距离音源较近的那一边耳朵，所收到的声音强度比另一侧高，感到声音更大一些。ITD指方位的不同，使声音到达两耳的时间有差别，人们会觉得声音位于到达时间早些的那一边，IID+ITD的结果是把音源定位到以听者两耳这间连线为轴线的锥体范围之内。图1是根据相关技术的3D音效的示意图，如图1所示，声源到达人的左右耳的距离不一样，到达时间不一样，有时间差，就是上面所说的ITD；同时，声源到达左右耳的声音强度也不同，就是我们平常所说的音量大小不同，就是上面所说的IID。这些差异虽然微小，但我们的人耳仍然是可以分辨的，通过分辨这些差异，我们就能定位出声源的位置、大小、远近等信息。

除此之外影响我们判断声音定位的还有头部关联的传递函数(Head Related Transfer Function，简称为HRTF)。HRTF描述了声波从声源到双耳的传输过程。事实上从某一方位的声源发出的声信号在到达听者的耳膜之前经过了复杂的传输过程，声信号与听者的头部、肩部以及躯干，耳廓发生了反射、折射、衍射和散射等声学作用，人体的这些部位对声信号的调制作用可以统一的用一个函数来表示即与头部关联的传递函数HRTF。

如果我们收声、录音时，也能将声音的这些IID、ITD和HRTF信息录入进去，那么播放时，就能给使用者3D空间音效。

现有技术中音频的IID、ITD和HRTF信息通过人头模型来采集的，这种采集方式只适用于固定的场所，无法实现便携式的3D音频采集。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种头戴式音频采集装置和头戴式耳机，以至少解决相关技术中3D音频采集缺乏便携性的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种头戴式音频采集装置，包括第一耳罩、第二耳罩和连接所述第一耳罩和所述第二耳罩的头梁，所述头戴式音频采集装置还包括：音频采集组件，所述音频采集组件包括：第一音频采集组件、第二音频采集组件和音频传输单元，其中，

所述第一音频采集组件设置在所述第一耳罩上的外侧；所述第二音频采集组件设置在所述第二耳罩上的外侧；

所述第一音频采集组件包括：第一拾音通道和设置在所述第一拾音通道内的第一拾音器；所述第二音频采集组件包括：第二拾音通道和设置在所述第二拾音通道内的第二拾音器；

所述音频传输单元与所述第一拾音器和所述第二拾音器电连接，用于将所述第一拾音器和所述第二拾音器采集到的音频信号存储并传输出去。

可选地，所述第一拾音通道和所述第二拾音通道的形状近似于人体外耳道的形状，长度为1.5cm～2.5cm。

可选地，所述第一拾音通道和所述第二拾音通道的形状近似为管状，长度为1.5cm～2.5cm。

可选地，所述第一拾音器设置在所述第一拾音通道的靠近头部的一端；所述第二拾音器设置在所述第二拾音通道的靠近头部的一端。

可选地，所述第一拾音通道和所述第二拾音通道均为硅胶材质。

可选地，所述第一音频采集组件还包括：与所述第一拾音通道的远离头部的一端连接的第一拾音廓；所述第二音频采集组件还包括：与所述第二拾音通道的远离头部的一端连接的第二拾音廓。

可选地，所述第一拾音廓和所述第二拾音廓的外形为柱面、锥面、双曲面、双曲抛物面或不规则曲面中的任意一种。

可选地，所述头戴式音频采集装置还包括：音频处理芯片，用于接收并处理所述第一音频采集组件和所述第二音频采集组件采集到的音频信号。

可选地，所述音频传输单元包括：通过有线传输方式发送音频信号的有线传输单元，和/或，通过无线传输方式发送音频信号的无线传输单元。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种头戴式耳机，包括上述的头戴式音频采集装置。

通过本实用新型，采用的头戴式音频采集装置包括音频采集组件，该音频采集组件的第一音频采集组件设置在第一耳罩上的外侧，第二音频采集组件设置在第二耳罩上的外侧；第一音频采集组件包括：第一拾音通道和设置在第一拾音通道内的第一拾音器；第二音频采集组件包括：第二拾音通道和设置在第二拾音通道内的第二拾音器；音频传输单元与第一拾音器和第二拾音器电连接，用于将第一拾音器和第二拾音器采集到的音频信号存储并传输出去。本实用新型通过第一拾音器在第一拾音通道内采集音频信号，通过第二拾音器在第二拾音通道内采集音频信号的方式，从而模拟了人耳收声环境；并且头戴式音频采集装置不必使用人头模型而可以直接佩戴在真实的人头上使用，从而解决了相关技术中3D音频采集缺乏便携性的问题，在实现3D音频采集的同时提高了采集装置的便携性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据现有技术的3D音效的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的头戴式音频采集装置的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本实施例中提供了一种头戴式音频采集装置。图2是根据本实用新型实施例的头戴式音频采集装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括：第一耳罩10、第二耳罩20、以及连接第一耳罩10和第二耳罩20的头梁30；第一耳罩10和第二耳罩20互为对称设置在头梁30两边。

该头戴式音频采集装置还包括：设置在第一耳罩10外侧的第一音频采集组件40；设置在第二耳罩20外侧的第二音频采集组件50；以及用于存储并传输第一音频采集组件40和第二音频采集组件50所采集到的音频信号的音频传输单元60。

音频传输单元60可以设置在第一耳罩10内部、第二耳罩20内部或者头梁30内部的任意位置，并通过贯穿头梁30内部的导线分别与第一音频采集组件40和第二音频采集组件50电连接。

上述头戴式音频采集装置可以佩戴在人头模型上使用，也可以佩戴在真实的人头上使用。为了模拟人耳收声的效果，收集音频的IID、ITD和HRTF信息，在本实施例中，采用了特殊结构的第一音频采集组件40和第二音频采集组件50。

下面将以第一音频采集组件40为例对其结构进行描述和说明，第二音频采集组件50与第一音频采集组件40对称设置在头戴式音频采集装置的两个耳罩上；第二音频采集组件50与第一音频采集组件40的结构相同，因此，将不再赘述第二音频采集组件40的结构。

参照图2，第一音频采集组件40包括：第一拾音通道41和设置在该第一拾音通道41内的第一拾音器42。该第一拾音通道41的作用是模拟人耳收声环境，第一拾音器42置于第一拾音通道41中模拟的人耳收声环境中，即可以采集到类似人耳收听到的音频信号，这些音频信号携带有音频的IID、ITD和HRTF信息。

正是由于本实施例中的头戴式音频采集装置在采集音频时，不必再使用人耳模型而可以直接佩戴在真实的人头上使用，或者安放在与真实人头尺寸相当的支架上，从而在进行收集3D音频采集的同时，增强了装置的便携性。该装置便携性的增强，有助于将该装置与传统的头戴式设备相结合，从而实现更多场景的应用。例如，该头戴式音频采集装置与现有的头机相结合，使头机具备3D音频采集和3D音频回放功能，增强了录音效果和音频收听体验。

可选地，第一拾音通道41和第二拾音通道51的形状近似于人体外耳道的形状，可以采用真实人体外耳道的倒膜制成，材质优选为硅胶，其长度也模拟真实人体外耳道的长度，为1.5cm～2.5cm长。第一拾音通道41和第二拾音通道51之外的耳罩的其他部分使用隔音材料或者海绵或者胶体填充。

为了降低设计和制造难度，第一拾音通道41和第二拾音通道51的形状可以简化为近似管状的形状，以易于加工。其长度模拟真实人体外耳道的长度，为1.5cm～2.5cm长。

可选地，第一拾音器42设置在第一拾音通道41的靠近头部的一端，即第一拾音通道41的底部；第二拾音器52设置在第二拾音通道51的靠近头部的一端，即第二拾音通道51的底部。

采用本实施例的具有第一拾音通道41和第二拾音通道51的头戴式音频采集装置，能够模拟人耳外耳道的收声环境；在真实的人耳收声中，声音还会受到耳廓的增强、反射、阻挡等影响。为了进一步模拟耳廓对声音的影响，还可以在第一拾音通道41远离头部的一端，即第一拾音通道41的外部连接第一拾音廓，在第二拾音通道51远离头部的一端，即第二拾音通道51的外部连接第二拾音廓。其中，第一拾音廓和第二拾音廓的外形为柱面、锥面、双曲面、双曲抛物面或不规则曲面中的任意一种。第一拾音廓和第二拾音廓可以凸出耳罩，也可以通过将耳罩的外壳凹陷成相应的曲面而形成。

可选地，本实施例中的头戴式音频采集装置还包括：音频处理芯片，该音频处理芯片与音频传输单元连接，用于接收并处理第一音频采集组件和第二音频采集组件采集到的两路音频信号。音频处理芯片采用现有技术中公知的3D音频处理芯片，对音频信号的处理包括但不限于采用公知技术进行的编码、压缩、存储，以及对3D音频文件的解码、解压缩等处理。

可选地，音频传输单元可以采用有线或者无线方式将采集到的音频信号传送给音频处理芯片。例如，可以采用无线保真(WIFI)模块或者蓝牙模块实现音频信号的无线传送。

在本实施例中还提供了一种头戴式耳机，该头戴式耳机包括上述的头戴式音频采集装置。其中，头戴式耳机的左耳机的耳罩为上述的第一耳罩，头戴式耳机的右耳机的耳罩为上述的第二耳罩。通过上述结构，在头戴式耳机中增加了3D音频采集功能。

为了使本实用新型实施例的描述更加清楚，下面结合优选实施例进行描述和说明。

人有两个耳朵，却能定位来自三维空间的声音，这得益于人耳对声音信号的分析系统，即HRTF。从空间任意一点传到人耳(鼓膜前)的信号都可以用一个滤波系统来描述，音源+滤波器得到的就是两耳鼓膜前的声音信号。这个传输系统是一个黑盒子，我们不必关心声音是如何传递到双耳的，而只需关心音源和双耳信号的差别。如果我们得到这组描述空间信息的滤波器(传递函数)，即HRTF，就能还原来自空间这个方位的声音信号(如通过双声道耳机)。我们知道HRTF一个很重要的因素，除了IID和ITD作用，就是耳廓发生了反射、折射、衍射和散射等声学作用。声波遇到物体的时候会反弹。

我们的耳朵是内空的卵圆型；因此，不同波长的声波相应的在外耳产生不同的效应。鼓膜和耳廓之间是一段2厘米的通道，中空的结构造成的谐振会极大的增益5kHz的讯号，正好是人听觉的最敏感频段。外耳道是对声音信号最敏感的部位。外耳道的另一端为鼓膜所封闭，形成一端密闭的管腔，任何密闭或开放的管腔都有固定的谐振频率，耳道也不例外。这使得进入人耳的声音会增强。利用这一人耳构造原理，可以用来更好的收集声音。

在本优选实施例中，在左右耳机的外侧分别放置两个仿真外耳道(分别相当于上述的第一拾音通道41和第二拾音通道51)。长度可以与人耳外耳道长度相似，即1.5cm～2.5cm。模型结构、形状与人体外耳道相同。然后在分别在左右仿真外耳道模型的最里侧放置麦克风(即拾音器)，即左右各一个，共两个。这样仿真外耳道模型不仅能增强麦克风要收集的声音，还能更真实的模拟人耳所接收到的声音信息。

这样3D收声技术，就是在收音时，就包含了IID/ITD这些影响因素。因为采集音频时，两个麦克风正好在左右耳两侧，它们到声源的位置，感受到声源的强度，以及HRTF对音频的作用(因为设置仿真外耳道)，跟我们人耳感受的音频数据是大致一样的。这样就可以充分记录当时的环境数据和音源方位，形成3D音频数据。

音频数据输送到智能耳机或者外部的音频处理系统，通过特定的算法，从而合成一个双声道的音频，存储下来。在播放的时候，因为收声时我们记录了各种音频数据，所以播放时，就会给使用者3D音效的体验感。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。