拾音装置、电子设备及拾音方法与流程

1.本公开实施例涉及电子产品技术领域，更具体地，本公开实施例涉及一种拾音装置、电子设备及拾音方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，智能设备的应用越来越广泛，在智能设备上使用语音唤醒技术的应用也越来越普遍，相对于近场语音唤醒，远场语音唤醒碰到的困难更多，比如环境噪声、混响、其他人的话语干扰等都会影响智能设备对用户唤醒命令的识别，导致智能设备唤醒率降低。
3.因此，有必要提供一种新的拾音装置的技术方案，以实现远场拾音。


技术实现要素：

4.本公开实施例的目的在于提供一种新的拾音装置的技术方案，以实现远场拾音。
5.根据本公开实施例的第一方面，提供了一种拾音装置，包括：
6.声管，包括管体和开设在所述管体上的多个入声孔，所述管体内部形成传声通道，所述多个入声孔与所述传声通道连通，所述多个入声孔沿所述管体的轴向均匀排列；
7.第一麦克风，所述第一麦克风设置在所述管体的一端，所述第一麦克风的振膜朝向所述管体的内部，以拾取从所述入声孔进入所述传声通道的声音信号；以及，
8.第二麦克风，所述第二麦克风设置在所述管体的另一端，所述第二麦克风的振膜朝向所述管体的外部，以拾取所述管体外部的声音信号。
9.可选地，所述管体的截面形状为圆形。
10.可选地，所述管体的截面面积与所述第一麦克风的振膜的面积相等。
11.可选地，所述第一麦克风的振膜为圆形，所述入声孔为圆形孔，所述入声孔的直径大于所述第一麦克风的振膜的直径，所述入声孔的直径小于所述第一麦克风的振膜的直径的5倍。
12.可选地，相邻两个所述入声孔间的距离大于所述入声孔的直径的0.5倍，相邻两个所述入声孔间的距离小于所述入声孔的直径的2倍。
13.根据本公开实施例的第二方面，提供了一种电子设备，包括如本公开实施例的第一方面提供的拾音装置。
14.根据本公开实施例的第三方面，提供了一种拾音方法，应用于如本公开实施例的第一方面提供的拾音装置，所述方法包括：
15.获取通过第一麦克风拾取的第一环境声音信号；
16.获取通过第二麦克风拾取的第二噪声信号；
17.从所述环境声音信号中去除所述第二噪声信号，得到语音信号。
18.可选地，所述方法还包括：
19.对所述第一环境声音信号进行放大处理；
20.对放大处理后的所述第一环境声音信号进行滤波处理，得到第二环境声音信号。
21.可选地，所述方法还包括：
22.对所述第二噪声信号进行放大处理；
23.对放大处理后的所述第二噪声信号进行滤波处理，得到第三噪声信号。
24.可选地，所述对放大处理后的所述第二噪声信号进行滤波处理，包括：
25.对放大处理后的所述第二噪声信号进行自适应滤波处理。
26.本公开实施例提供的拾音装置，具有强指向性，在噪声环境下使用，可以有效降低指向性角度以为的噪声，抑制其他方向的噪声信号，可以在嘈杂环境中实现高信噪比的远场声音信号的拾取，从而可以提高电子设备的语音识别的准确性，用户体验更好。
27.通过以下参照附图对本公开实施例的示例性实施例的详细描述，本公开实施例的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
28.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本公开的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1是根据一个实施例的拾音装置的结构示意图；
30.图2是根据一个实施例的拾音装置的使用状态侧视图；
31.图3是根据一个实施例的拾音装置的使用状态俯视图；
32.图4是根据一个实施例的拾音装置的工作原理示意图；
33.图5是根据一个实施例的电子设备的结构示意图；
34.图6是根据一个实施例的拾音方法的流程示意图。
具体实施方式
35.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开实施例的范围。
36.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
37.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
38.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
40.<拾音装置>
41.本公开实施例提供了一种拾音装置，如图1所示，该拾音装置10包括声管11、第一麦克风12以及第二麦克风13。
42.该声管11包括管体111和开设在管体111上的多个入声孔112，管体111内部形成传声通道113，多个入声孔112与传声通道113连通，多个入声孔112沿管体111的轴向均匀排列。该第一麦克风12设置在管体111的一端，第一麦克风12的振膜朝向该管体111的内部，以拾取从入声孔112进入传声通道113的声音信号。该第二麦克风13设置在管体111的另一端，第二麦克风13的振膜朝向管体111的外部，以拾取管体111外部的声音信号。
43.在本实施例中，管体111上开设多个入声孔112，多个入声孔112沿直线排列，且相邻两个入声孔112之间的距离相等。参见图2和3所示，在使用时，声管11指向目标收声方向，即多个入声孔112沿目标收声方向排列。例如，声管11可以指向发出语音指令的用户。
44.由于声波从这些入声孔112经传声通道113到达麦克风的振膜的距离不同，声波之间产生干涉，从而可以获取信噪比较高的指向性角度的声音信号。在该拾音装置的工作过程中，声管11外部的声音信号从入声孔112进入并经传声通道113到达第一麦克风12的振膜，作用在第一麦克风12的振膜上的声压与声波入射角度的关系可以表示为以下公式：
[0045][0046]
其中，d(θ)为该拾音装置的指向特性，θ为声波的入射角度，λ为声波的波长，b为第一个入声孔到最后一个入声孔的距离。
[0047]
根据上述公式可知，当时，d(θ)≈1，此时指向性均匀。随着声波的频率升高，声波的波长λ减小，该拾音装置的指向性越来越明显。当声波的波长λ减小到与b相等时，该拾音装置具备单指向特性。此时，随着声波的频率升高的继续升高，即声波的波长λ的继续减小，指向性越来越尖锐。并且，当第一个入声孔到最后一个入声孔的距离b越大，即该拾音装置的整体结构越长时，指向性的截止频率越低，有效频宽越宽。
[0048]
基于此，针对环境中的语音信号和噪声信号叠加传播的情况，第一麦克风12的振膜朝向管体111的内部，即该第一麦克风12的拾音孔朝向管体111的内部，第一麦克风12仅可以拾取经入声孔112进入传声通道113的声音信号。第二麦克风13的振膜朝向管体111的外部，即该第二麦克风13的拾音孔朝向管体111的外部，第二麦克风13仅可以直接拾取外部环境的声音信号。也就是说，第一麦克风12具有强指向性，拾取的信号信噪比较高，第二麦克风13为全指向麦克风，拾取的信号中包含大量的环境噪声。从而，对第二麦克风13拾取的声音信号进行处理，可以得到噪声信号，将第一麦克风12拾取的声音信号去除该噪声信号，可以获得更纯净的语音信号。
[0049]
本公开实施例提供的拾音装置，具有强指向性，在噪声环境下使用，可以有效降低指向性角度以为的噪声，抑制其他方向的噪声信号，可以在嘈杂环境中实现高信噪比的远场声音信号的拾取，从而可以提高电子设备的语音识别的准确性，用户体验更好。此外，本公开实施例提供的拾音装置，结构简单，安装方便，可以降低电子设备的制造成本。
[0050]
在本实施例中，声管的长度越长，指向性越好，即入声孔112的数量越多，指向性越好。入声孔112的数量可以由本领域技术人员根据实际应用场景进行设置，例如，入声孔112可以是12个，本公开实施例对入声孔112的数量不做具体限定。根据本公开实施例，在保证
拾取高信噪比的声音信号的同时，可以避免拾音装置过长，避免电子设备的尺寸过大，使电子设备更便携。
[0051]
在本公开的一个实施例中，管体111的截面形状为圆形。管体111的截面形状为圆形，能够减少声音信号在管体内的的反射，降低衰减，提高拾音效果。
[0052]
在本公开的一个实施例中，管体111的截面面积与第一麦克风12的振膜的面积相等。
[0053]
在该实施例中，如果管体111的截面面积过大，即管体111的截面面积与第一麦克风12的振膜的面积相差较大，到达第一麦克风12的声音信号存在一定的衰减，影响拾音效果。如果管体111的截面面积过小，即管体111的截面面积远小于第一麦克风12的振膜的面积，则振膜的有效接触面积减小，拾音装置的灵敏度降低。基于此，本申请实施例中，管体111的截面面积与第一麦克风12的振膜的面积相等，可以提高拾音装置的灵敏度和拾音效果。
[0054]
可以理解的是，管体111的截面面积与第一麦克风12的振膜的面积相等，即管体111的截面面积与第一麦克风12的振膜的面积近似相等。
[0055]
在本公开的一个实施例中，管体111的直径等于第一麦克风12的振膜的直径。
[0056]
在该实施例中，如果管体111的直径过大，即管体111的直径大于第一麦克风12的振膜的直径，且管体111的直径与第一麦克风12的振膜的直径相差较大，则到达第一麦克风12的声音信号存在一定的衰减，影响拾音效果。基于此，本申请实施例中，管体111的直径等于第一麦克风12的振膜的直径，可以提高拾音装置的灵敏度。
[0057]
可以理解的是，管体111的直径与第一麦克风12的振膜的直径相等，即管体111的直径与第一麦克风12的振膜的直径近似相等。
[0058]
在本公开的一个实施例中，入声孔112为圆形，采用圆形的入声孔112，可以减少声音信号在声管内的反射，降低衰减，可以进一步提高该拾音装置的拾音效果。需要说明的是，入声孔112也可以为其他形状，例如方形、长方形等，本公开实施例对此不作具体限定。
[0059]
在该实施例中，第一麦克风12的振膜为圆形，入声孔112的直径可以根据第一麦克风12的振膜的直径的大小进行设置。入声孔112的直径的大小可以由本领域技术人员根据试验仿真结果进行设置。具体地，入声孔112的直径大于第一麦克风12的振膜的直径，入声孔112的直径小于第一麦克风12的振膜的直径的5倍。相邻两个入声孔112间的距离大于入声孔112的直径的0.5倍，相邻两个入声孔112间的距离小于入声孔112的直径的2倍。
[0060]
根据本公开实施例，限定入声孔的直径的大小和相邻两个入声孔之间的距离，可以进一步使该拾音装置具有更好的指向性，从而进一步提高远场拾音的效果。
[0061]
下面以一个具体的例子说明该拾音装置的工作过程。
[0062]
参见图4，针对环境中的语音信号及噪声信号叠加传播，第一麦克风12拾取的声音信号包括语音信号s(n)与第一噪声信号d0(n)，第二麦克风13拾取的声音信号为第二噪声信号。
[0063]
获取第一麦克风12拾取的第一环境声音信号x0(n)，并将第一环境声音信号输入放大器进行放大处理，再通过抗混叠滤波器进行滤波处理，滤波后输入数模转换模块进行数模转换，得到第二环境声音信号x(n)，第二环境声音信号x(n)包括语音信号与第一噪声信号d0(n)；获取第二麦克风拾取的第二噪声信号，并将第二噪声信号输入放大器进行放大
处理，再通过抗混叠滤波器进行滤波处理，滤波后输入数模转换模块进行数模转换，得到第三噪声信号d1(n)；并且，第三噪声信号d1(n)经自适应滤波处理，得到自适应滤波处理后的第四噪声信号d'0(n)。由于第一麦克风12和第二麦克风13处于同一环境中，处理后的第四噪声信号d'0(n)可以认为是第一噪声信号d0(n)。之后，从第二环境声音信号x(n)中去除第四噪声信号d'0(n)，得到语音信号s'(n)。根据该例子，由于拾音装置具有强指向性，获得的语音信号s'(n)相对于第一环境声音信号更纯净，拾音效果更好。
[0064]
<电子设备>
[0065]
参见图5所示，本公开实施例还提供了一种电子设备500。该电子设备500包括拾音装置510。该拾音装置510例如可以是如图1所示的拾音装置10。
[0066]
在一个实施例中，该电子设备500例如可以是智能家电、智能音箱、会议系统、门铃等。
[0067]
在一个实施例中，该电子设备500的应用场景例如可以是现场演出收音，该电子设备500的应用场景还例如可以是普通货架或者智能无人自助超市、商场等的客户语音交互。
[0068]
本公开实施例提供的电子设备，通过在电子设备内设置具有强指向性的拾音装置，在噪声环境下使用，可以有效降低指向性角度以为的噪声，抑制其他方向的噪声信号，可以在嘈杂环境中实现高信噪比的远场声音信号的拾取，从而可以提高电子设备的语音识别的准确性，用户体验更好。
[0069]
<拾音方法>
[0070]
图6示出了本公开的一个实施例的拾音方法，该拾音方法例如可以由如图1所示的拾音装置实施。该拾音方法例如也可以由如图5所示的电子设备500实施。
[0071]
该实施例提供的拾音方法可以包括以下步骤s1100～s1300。
[0072]
步骤s1100，获取通过第一麦克风拾取的第一环境声音信号。
[0073]
第一麦克风的振膜朝向管体的内部，即该第一麦克风的拾音孔朝向管体的内部，第一麦克风仅可以拾取经入声孔进入传声通道的声音信号。也就是说，第一麦克风具有强指向性，拾取的信号信噪比较高。
[0074]
第一环境声音信号可以包括叠加的语音信号和第一噪声信号。
[0075]
在本公开的一个实施例中，在获取通过第一麦克风拾取的第一环境声音信号之后，该拾音方法还可以进一步包括：步骤s2100～s2200。
[0076]
步骤s2100，对第一环境声音信号进行放大处理。
[0077]
在具体实施时，可以采用放大器对环境声音信号进行放大处理。根据本公开实施例，对经放大处理后的环境声音信号进行处理，可以提高声音处理的准确性，以提高远场拾音的效果。
[0078]
步骤s2200，对放大处理后的第一环境声音信号进行滤波处理，得到第二环境声音信号。
[0079]
在具体实施时，可以采用抗混叠滤波器对放大处理后的第一环境声音信号进行滤波处理，以去除由于空气的调制作用等所引入的谐波成份，可以提高声音处理的准确性，从而提高远场拾音的效果。
[0080]
步骤s1200，获取通过第二麦克风拾取的第二噪声信号。
[0081]
第二麦克风的振膜朝向管体的外部，即该第二麦克风的拾音孔朝向管体的外部，
第二麦克风仅可以直接拾取外部环境的声音信号。第二麦克风为全指向麦克风，拾取的信号中包含大量的环境噪声。也就是说，第二麦克风拾取的声音信号为第二噪声信号。
[0082]
在本公开的一个实施例中，在获取通过第二麦克风拾取的第二噪声信号之后，该拾音方法还可以进一步包括：步骤s3100～s3200。
[0083]
步骤s3100，对第二噪声信号进行放大处理。
[0084]
在具体实施时，可以采用放大器对噪声信号进行放大处理。根据本公开实施例，对经放大处理后的噪声信号进行处理，可以提高声音处理的准确性，以提高远场拾音的效果。
[0085]
步骤s3200，对放大处理后的第二噪声信号进行滤波处理，得到第三噪声信号。
[0086]
在该实施例中，可以采用抗混叠滤波器进行滤波处理，也可以采用自适应滤波器进行滤波处理。
[0087]
在具体实施例时，可以采用抗混叠滤波器对放大处理后的第二噪声信号进行滤波处理，得到第三噪声信号。在本申请实施例中，通过对第二噪声信号进行滤波处理，可以去除由于空气的调制作用等所引入的谐波成份，可以提高声音处理的准确性，从而提高远场拾音的效果。
[0088]
在得到第三噪声信号之后，进一步采用自适应滤波器对第三噪声信号进行自适应滤波处理，得到第四噪声信号。在本实施例中，对噪声信号进行自适应滤波处理，可以根据输出的信号对噪声信号进行处理，从而可以提高声音处理的准确性，从而提高远场拾音的效果。
[0089]
步骤s1300，从第一环境声音信号中去除第二噪声信号，得到语音信号。
[0090]
在执行该步骤时，从第一环境声音信号中去除第二噪声信号，也就是从第二环境声音信号中去除第四噪声信号，得到语音信号。
[0091]
下面以一个具体的例子说明该拾音方法。
[0092]
在使用者发出语音时，声波通过空气介质传播到第一麦克风和第二麦克风，从而分别被第一麦克风和第二麦克风拾取。
[0093]
获取第一麦克风拾取的第一环境声音信号x0(n)，并将第一环境声音信号输入放大器进行放大处理，再通过抗混叠滤波器进行滤波处理，滤波后输入数模转换模块进行数模转换，得到第二环境声音信号x(n)，第二环境声音信号x(n)包括语音信号s(n)与第一噪声信号d0(n)。
[0094]
获取第二麦克风拾取的第二噪声信号，并将第二噪声信号输入放大器进行放大处理，再通过抗混叠滤波器进行滤波处理，滤波后输入数模转换模块进行数模转换，得到第三噪声信号d1(n)。
[0095]
将第二环境声音信号x(n)和第三噪声信号d1(n)输入信号处理模块，其中，第三噪声信号d1(n)经自适应滤波处理，得到自适应滤波处理后的第四噪声信号d'0(n)。
[0096]
从第一麦克风拾取的第二环境声音信号x(n)中去除经自适应滤波处理得到的第四噪声信号d'0(n)，得到语音信号s'(n)。
[0097]
本公开实施例提供的拾音方法，在噪声环境下使用，可以有效降低指向性角度以为的噪声，抑制其他方向的噪声信号，可以在嘈杂环境中实现高信噪比的远场声音信号的拾取，从而可以提高电子设备的语音识别的准确性，用户体验更好。此外，由于拾音装置具有强指向性，获得的语音信号相对于第一环境声音信号更纯净，拾音效果更好。
[0098]
<计算机可读存储介质>
[0099]
本公开实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时执行本公开实施例提供的拾音方法。
[0100]
本公开实施例可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开实施例的各个方面的计算机可读程序指令。
[0101]
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
[0102]
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
[0103]
用于执行本公开实施例操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开实施例的各个方面。
[0104]
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开实施例的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
[0105]
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据
处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
[0106]
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
[0107]
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人物来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
[0108]
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人物来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人物能理解本文披露的各实施例。本公开实施例的范围由所附权利要求来限定。