移动通讯设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种移动通讯设备，包括机壳、设备主体、受话器以及传声器，所述设备主体内置于所述机壳，所述受话器包括振动膜板及固定在所述振动膜板上的压电陶瓷片，所述振动膜板向外延伸形成所述机壳。本实用新型通过将振动膜板延伸扩展做成移动通讯设备的机壳，用户将耳朵贴近该机壳的任意位置均能接听电话，使用方便；同时机壳上无需开设受话器孔，能够有效防水防尘。
【专利说明】移动通讯设备
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及便携式电子设备，尤其涉及一种移动通讯设备。
【背景技术】
[0002]移动通讯设备包括受话器和传声器，即听筒和麦克风。传声器用于采集声音，并将声波转化为电信号。受话器用于将电信号转化为声波，将电信号转化为声波。现有技术中，开车时只能单手拿手机，急忙中可能会导致手机上下颠倒或反面接听，此时单手难以更改手机的方向，传声器就不能有效收集用户的声音，而用户也难以听清受话器发出的声音。
实用新型内容
[0003]本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中移动通讯设备存在受话器只能在特定位置接听电话的缺陷，提供一种移动通讯设备，能够实现受话器全方位接听电话。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种移动通讯设备，包括机壳、设备主体、受话器以及传声器，所述设备主体内置于所述机壳，所述受话器包括振动膜板及固定在所述振动膜板上的压电陶瓷片，所述振动膜板向外延伸形成所述机壳。
[0005]本实用新型提供一种移动通讯设备，具体地，所述传声器包括声电转换器以及阻抗变换器，所述声电转换器包括麦克风阵列，所述麦克风阵列包括所述振动膜板。
[0006]本实用新型提供一种移动通讯设备，进一步地，所述声电转换器还包括声源分离模块，所述声源分离模块用于分离至少两组不同的声源。
[0007]本实用新型提供一种移动通讯设备，具体地，所述声源分离模块包括:A/D信号转换单元，用于将模拟信号转换成数字信号，所述模拟信号来自至少两个所述麦克风阵列；频带分割单元，用于将所述数字信号进行频带分割，以转换为频域输入；误差最小解计算单元，对于每个频带，所述误差最小解计算单元包括至少两个声源矢量，根据所述声源矢量和预设的导引矢量计算出估计信号，所述误差最小解计算单元输出的解集在所述估计信号与所述频域输入之间具有最小误差；最优模型计算单元，用于为所述解集中的每个频带选择频域解，所述频域解为最小的Ip范数与所述误差的加权和；以及信号合成单元，用于将所述频域解转换到时域。
[0008]本实用新型提供一种移动通讯设备，进一步地，所述声源分离模块还包括声源定位部件，所述弓I导矢量通过所述声源定位部件获取。
[0009]本实用新型提供一种移动通讯设备，进一步地，所述声源分离模块还包括方向功率计算部件和方向搜索部件。
[0010]本实用新型提供一种移动通讯设备，进一步地，所述误差最小解计算单元计算每一个所述声源矢量的最小误差解，所述声源矢量的零值声源数量相等，且零值元素数量相坐寸O
[0011]本实用新型提供一种移动通讯设备，进一步地，所述最优模型计算单元从输出的所述误差最小解集中选择解，所述解为所述误差的滑动平均值与Ip范数的所述滑动平均值的加权和。
[0012]本实用新型提供一种移动通讯设备，进一步地，所述声源分离模块还包括中央处理单元以及存储单元。
[0013]本实用新型提供一种移动通讯设备，优选地，所述压电陶瓷片粘结在所述机壳的内侧。
[0014]本实用新型提供一种移动通讯设备，进一步地，所述受话器还包括语音处理模块。
[0015]本实用新型可达到以下有益效果:通过将振动膜板延伸扩展做成移动通讯设备的机壳，用户将耳朵贴近该机壳的任意位置均能接听电话，使用方便；同时机壳上无需开设受话器孔，能够有效防水防尘。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0017]图1是本实用新型提供的移动通讯设备的结构示意图；
[0018]图2是本实用新型提供的移动通讯设备的声源分离模块的硬件示意图；
[0019]图3是本实用新型提供的移动通讯设备的声源分离模块的原理示意图；
[0020]附图标号说明:
[0021]1、机壳2、设备主体
[0022]3、受话器4、传声器
[0023]31、压电陶瓷片41、阻抗变换器
[0024]42、麦克风阵列43、A/D信号转换单元
[0025]44、中央处理单元45、存储单元
[0026]46、存储单兀47、尸源定似部件
[0027]48、方向功率计算部件49、频带分割单元
[0028]50、方向搜索部件51、误差最小解计算单元
[0029]52、Ip范数计算单元53、最优模型计算单元
[0030]54、信号合成单兀55、声源分离模块
【具体实施方式】
[0031]为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0032]如图1所示，本实用新型提供一种移动通讯设备，包括机壳1、设备主体2、受话器3以及传声器4，设备主体2内置于机壳I。受话器3包括振动膜板及固定在振动膜板上的压电陶瓷片31，振动膜板向外延伸形成机壳I。
[0033]此处，压电陶瓷片的材料是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性。压电陶瓷具有高度敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号。
[0034]在上述方案的基础上，进一步地，如图1所示，传声器4包括声电转换器以及阻抗变换器41,声电转换器包括振动膜板。作为优选,声电转换器为振动膜板向外延伸形成的机壳。即:传声器4与受话器3共用振动膜板。用户讲话时对着机壳的任一部位，均能够将进行准确采集声音，使用方便。
[0035]如图2所示，声电转换器包括麦克风阵列42，麦克风阵列42的数量为两组或两组以上。振动膜板为麦克风阵列42的一部件，作为优选，麦克风阵列42为驻极体麦克风。
[0036]为了实现两组以及两组以上的不同声源的分离，使得不同的声源均以分离，从而使得传声器4端的用户声音能够清晰地进行传递，如图2所示，声电转换器还包括声源分离模块55。当声源数量超过麦克风数量时，例如，麦克风为I组，声源数量为3组；或者麦克风数量为2组，声源数量为4组，通过设置声源分离模块55能够分离出每个声源的声音，特别适用于免提情形下对方很容易听到声音进行交谈。同时，如果传声器4端还存在背景噪声、回声或者混响，该声源分离模块55也能够分离出每一个声源的声音。
[0037]在上述技术方案的基础上，如图2所示，具体地，声源分离模块55包括:A/D信号转换单元43，用于将模拟信号转换成数字信号，模拟信号来自至少两个麦克风阵列42 ;频带分割单元49，用于将数字信号进行频带分割，以转换为频域输入；误差最小解计算单元51，对于每个频带，误差最小解计算单元51包括至少两个声源矢量，根据声源矢量和预设的导引矢量计算出估计信号，误差最小解计算单元51输出的解集在估计信号与频域输入之间具有最小误差；最优模型计算单元53，用于为解集中的每个频带选择频域解，频域解为最小的Ip范数与误差的加权和；声源分离模块55还包括信号合成单元54，用于将频域解转换到时域。
[0038]如图2和如图3所示，声源分离模块55还包括声源定位部件47，引导矢量通过声源定位部件47获取。进一步地，声源分离模块55还包括方向功率计算部件48和方向搜索部件50。
[0039]具体地，如图3所示，误差最小解计算单元51计算每一个声源矢量的最小误差解，声源矢量的零值声源数量相等，且零值元素数量相等。最优模型计算单元53从输出的误差最小解集中选择解，解为误差的滑动平均值与Ip范数的滑动平均值的加权和。
[0040]在上述技术方案的基础上，为了方便连接，如图1所示，作为优选，压电陶瓷片31粘结在机壳I的内侧。
[0041]作为优选，受话器3还包括语音处理模块。
[0042]下面结合2和图3，详细阐述本实用新型提供的移动通讯设备的声源分离模块的原理:
[0043]如图2所示，为声源分离模块55的硬件配置，声源分离模块55包括中央处理单元44以及存储装置45、存储装置46。声源分离的处理过程是在中央处理单元44中进行，存储装置45优选为RAM存储器，声源处理过程中使用的数据和程序保存在ROM构成的存储装置46中。麦克风阵列42包括至少两个或者更多的麦克风元件，各个麦克风元件测量模拟声压值，假定麦克风的数量为M个。A/D信号转换单元43将模拟信号转换成数字信号，即采样，并且能够同步地对多个通道的信号进行采样。将麦克风的模拟声压值发送至A/D信号转换单元43。预先设置好需要分离的声音数量，并保存在存储装置46中。需要分离的声音数量表示为N，根据N的大小设置中央处理单元的处理能力值。
[0044]图3中，除了分离声音的时候由11范数最小化方法作为费用函数使用的11范数夕卜，分离出来的声音中包含噪声分量的功率也作为费用值加以考虑。最优模型计算单元53输出的噪音信号功率与11范数的加权和最小的解。
[0045]A/D信号转换单元43为每个通道将模拟声压值转换成数字信号，转换后的数字信号按照预先设置的采样时序进行，转换出来的数字数据为X(t，j)，其中t为时间，j为麦克风编号。当A/D信号转换单元43在t = O时刻开始A/D转换时，每进行一次采样，t加I。例如:将第I个麦克风的第50个米样数据表不为X(50,1)。
[0046]频带分割单兀49是对t = τ X巾贞移(frame_shift)到t = τ X巾贞移(frame_shift) +巾贞长(frame_size)的数据进行傅里叶变换或者小波分析,变换成频带分割信号，将j = I至j = M的每一个麦克风转换成频带分割信号。用下面的表达式(I)描述转换后的频带分割信号作为具有对应麦克风的声源矢量。
[0047]X(f, τ ) (I)
[0048]其中:f表示频带分割号的小标。
[0049]人声和音乐这种声音很少具有较大的幅度值，它们是很多零值的稀疏信号，因此，语音信号能够用零值概率高的拉普拉斯分布。将语音信号近似为拉普拉斯分布时，可以将对数似然看作是正负之间对11范数的符号进行反转。可以将混杂有回声、混响和背景噪声信号近似为高斯分布。因此，可以将输入信号中包含的噪声信号的对数似然看作输入信号和语音信号之间的平方误差符号的反转。从MAP估计的角度看要寻找的最可能的解，即最大似然解，因为将噪声信号的对数似然与语音信号的对数似然之和取最大的解作为最大似然解，因此可以将输入信号与11范数平均误差的加权和最小的信号当做最大似然解。但是，由于很难找到这样的精确解，所以有必要通过一些近似解。例如:在11范数最小化方法中，输入的信号没有误差，找出11范数的加权和最小的信号最为解。
[0050]在输入信号中存在误差的假设下，输入信号与11范数的平均误差的加权和最小值是近似的。如上所述，人声和音乐这种声音是很少有大幅度值得稀疏信号，因此，将它们看作经常具有近似零幅度/零值的信号。因此，对于每个时刻和频率，假设只有比麦克风数量少的生源具有非零的幅度值。11范数随着具有零值得麦克风数量增加而变小，随着具有零值得麦克风数量减少而变大。因此，可以将它看作稀疏度度量。当具有零值得声源的数量等于麦克风数量时，将11范数近似为固定值。如果声源数量为N(具有零值得N维复矢量)时应用这个近似，可以给出相对于输入信号具有最小误差的解。
[0051]误差最小解计算单元根据表达式(2)进行计算。
[0052](/，r) = argmin |Χ(/，τ) — A(/)S(/, r)f
S(/,r}eX-dimens1nal sparse set( 2 )
[0053]为L维稀疏集(L-dimens1nal sparse set)的每一个计算出误差最小解。L维稀疏集是具有L个零值元素的一个N维复矢量。计算出的具有最小误差的解是L维稀疏集之中的每个声源信号的最大似然解。具有最小误差的解是一个N维复矢量。对应元素是对应声源的源信号的估计值。A(f)是MXN复矩阵，在它的列中具有从对应声源位置到麦克风的导引矢量。例如，A(f)的第一列是从第一个声源到麦克风阵列42的引导矢量。A(f)由图3的方向搜索部件计算并输出。图3中的误差最小解计算单元51为L从I到M的每一个L计算误差最小解。当L = M时，计算出多个误差最小解，在这种情况下全部多个解都是L =M的误差最小解输出的。在这个例子中，对于元素数量等于具有零值的声源数量的N维复矢量中的每一个，已经找到误差最小解。由于没有约束到声源的数量，对于元素数量等于具有零值的元件的数量的N维矢量中的每一个，都可以找到一个解。即使不等于具有零度的元件的数量，如果等于声源数量，那么由于可以将11范数近似为固定值，具有零值得声源的数量，也足以找到误差最小解。
[0054]也可以应用表达式(3)，而不用上述表达式(2)。
Sifi (/, r) = arg min |X(/? r) — A(/)S(/； r)f
^rorlsj (/, r) = ||X(/, t) — A(/)S| /，rf
[0055]
Jma = min r(m)errorLfj (/> + m):1K:賺 ir
[0056]Ω L，j是L维稀疏集之中相同元素的值是零的一个N维复矢量集。语音功率在时间方向上具有正相关。因此，在给定的τ具有大值的声源，即使在T±k中也可以能具有大值。这意味着可以将误差项τ方向上较小的滑动平均值看作更加接近真解的解。换句话说，对于每一个模型QL，j，通过将误差项的滑动平均值作为新的误差项，能够找到更加接近真解的解。Y (m)是滑动平均值，通过这种结构，容易选择和时间方向有关的解。使用滑动平均找到误差最小解时，对于除零值声源数量之外元件数量相等的每个N维复矢量，必须计算出误差最小解。这是因为即使声源数量是相等的，如果元件数量不同，也由于在时间方向上具有正相关而不能近似。
[0057]图3中的Ip范数计算单元52根据通过每个L维稀疏集计算出来的误差最小解，利用下面的表达式计算Ip范数:
I
/ JV
^^I P I V
_] lPjXf^)= Συ/，.Γ)
Ii=I/(4)
[0059]S r , Γ)
'(5)
Λ
[0060]S j ( f.Γ)
L J J (6)
[0061]表达式(5)是表达式(6)的第i个兀素。
[0062]变量P是预先设置的在O到I之间的参数，Ip范数是表达式(6)稀疏程度的度量，并且在表达式￠)中有较多元素接近零时较小。由于语音是稀疏的，因此当表达式(4)的值较小时，可以认为表达式(6)更接近真解。简言之，选择真解时可以将表达式(4)用作选择标准。
[0063] 表达式(4)的Ip范数的计算值可以由滑动平均值代替，就像误差最小解的计算一样:
*Πp\l
[。。64]=Σ\η_(/，Γ+卿)丨
\ι'=Ι/ (”
[0065]由于语音功率在时间方向上具有正相关，因此通过用滑动平均代替它，能够找到接近真解的解。语音功率在时间方向上只有略有变化。因此，可以将某一帧具有大幅度值得声源看作在与这一帧相邻的帧中也具有大幅度值。图3中的最优模型计算单元53为相应L维稀疏集的每一个找出所找到的误差最小解的最优解；
[0066]
kun = argmm apL(j\τ) — A(/)S(/, r)f.1 L (/,r)
4 (8)
[0067]S(f ^t) = Sl (/,Τ)
(9)
[0068]表达式(8)和表达式(9)输出解，使得误差项与Ip范数项的加权平均值最小。这个解是后验概率最大解。为了找到最优解，同误差最小解和11范数最小解一样，表达式(8)和表达式(9)可以用滑动平均值代替:
^nm = argmin mrrorL(/,τ) + mg -1ihi(j\ τ)
r
[0069]
S(Z^) = Si (/,.Γ)
*"(?ο)
[0070]按照常规方法，在对应于最优模型计算单元53的处理过程中，没有选择从L =
2，......，M的解，而L = I是最优解。这个方法存在产生噪声的问题。在L = I的解中，对于每个f和τ，除一个声源外，所有值均为零。在有些时候，除一个声源外，可能存在所有值都接近零的解。满足这一条件时，L= I的解变成最优解，但不是总能满足条件。如果总是假设L= 1，那么当两个或者更多的声源具有最大值时，就找不到解并会产生音乐噪声。为了从为每个L维稀疏集找到的误差最小解中找到最优解，该最优模型选择部件确定对于L从I到M哪个稀疏集是最优的，并且即使两个或更多声源的值比零大也能够找到解，从而抑制音乐噪声的出现。
[0071]图3中的信号合成单元54为每个频带进行最优解的计算
Λ
[0072]Si / , Γ)
J , (11)
[0073]通过逆傅里叶变换或者逆小波变换返回到时域信号表达式(12)。
[0074]
S(/?r)
(12)
[0075]通过这样做，能够获得每个声源的时域信号估计。图3中的声源定位部件根据表达式(13)计算声源的方向。
*2
[0076]dir(fy τ) = arg max % (/, r)X(/，r)
_ ( 12
[0077]Ω是声源的搜索范数围，是预先在R0M3中设置好的。
[0078]
He (/, Γ)
% J(14)
[0079]表达式(14)是从声源方向Θ到麦克风阵列42的导引矢量，并且它的大小是归一化到I的。当源信号是s(f，τ)时，在麦克风阵列42中观察到来自声源方向Θ的声音，用表达式(15)来表不:
[0080]
= s(/,r)att(/?r)
(15)
[0081]表达式(13)中包含所有声源的Ω预先保存在存储装置46中，图3中的方向功率计算部件用表达式(16)计算每个方向上的声源功率。
[0082]
C2
=身(/，r))logr)X(/, r)
/ r-Ο1
(16)
[0083]δ是这样的一个函数，只有当变量的等式成立时才为1，不成立时为零。图3中的方向搜索部件搜索峰值ρ(θ)来计算声源方向，输出MXN导引矢量矩阵A(f)，该矩阵的列中具有声源方向的导引矢量。峰值搜索按降序排列Ρ(θ)，可以计算N个高阶生源方向，或者当Ρ(θ)超出前后方向时(当它变成最大值时)，计算N个高阶声源方向。误差最小解计算单元在表达式(2)中将该信息用作A(f)，来寻找误差最小解。方向搜索部件搜索A(f)来自动估计声音方向，即使声音方向是未知的，从而能够使得声源分离。
[0084]图3示出了这个实施例的处理流程，输入的语音是各个麦克风元件中以声压值接收的。将各个麦克风元件的声压值转换成数字信号，帧长的频带分割处理是在对每个帧移的数据进行偏移的时候进行的。获得的频带分割信号中只有τ =1，……，k被用来估计声源方向，并计算导弓I矢量矩阵A (f)。
[0085]将A(f)用于搜索τ = 1，……的频带分割信号的真解。所得最优解是合成的，以获得每个声源的信号估计。合成的每个声源的信号估计是输出信号。这个输出信号是为每个声源分离出声音的信号，并且产生容易理解每个声源的说话内容的声音。
[0086]上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范数围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
【权利要求】
1.一种移动通讯设备，包括机壳(I)、设备主体(2)、受话器(3)以及传声器(4)，所述设备主体(2)内置于所述机壳(I)，其特征在于:所述受话器(3)包括振动膜板及固定在所述振动膜板上的压电陶瓷片(31)，所述振动膜板向外延伸形成所述机壳(I)。
2.根据权利要求1所述的移动通讯设备，其特征在于，所述传声器(4)包括声电转换器以及阻抗变换器(41)，所述声电转换器包括麦克风阵列(42)，所述麦克风阵列(42)包括所述振动膜板。
3.根据权利要求2所述的移动通讯设备，其特征在于，所述声电转换器还包括声源分离模块(55)，所述声源分离模块(55)用于分离至少两组不同的声源。
4.根据权利要求3所述的移动通讯设备，其特征在于，所述声源分离模块(55)包括: A/D信号转换单元(43)，用于将模拟信号转换成数字信号，所述模拟信号来自至少两个所述麦克风阵列(42)； 频带分割单元(49)，用于将所述数字信号进行频带分割，以转换为频域输入； 误差最小解计算单元(51)，对于每个频带，所述误差最小解计算单元(51)包括至少两个声源矢量，根据所述声源矢量和预设的导引矢量计算出估计信号，所述误差最小解计算单元(51)输出的解集在所述估计信号与所述频域输入之间具有最小误差； 最优模型计算单元(53)，用于为所述解集中的每个频带选择频域解，所述频域解为最小的Ip范数与所述误差的加权和； 以及信号合成单元(54)，用于将所述频域解转换到时域。
5.根据权利要求4所述的移动通讯设备，其特征在于，所述声源分离模块(55)还包括声源定位部件(47)，所述引导矢量通过所述声源定位部件(47)获取。
6.根据权利要求5所述的移动通讯设备，其特征在于，所述声源分离模块(55)还包括方向功率计算部件(48)和方向搜索部件(50)。
7.根据权利要求6所述的移动通讯设备，其特征在于，所述误差最小解计算单元(51)计算每一个所述声源矢量的最小误差解，所述声源矢量的零值声源数量相等，且零值元素数量相等。
8.根据权利要求7所述的移动通讯设备，其特征在于，所述最优模型计算单元(53)从输出的所述误差最小解集中选择解，所述解为所述误差的滑动平均值与Ip范数的所述滑动平均值的加权和。
9.根据权利要求8所述的移动通讯设备，其特征在于，所述声源分离模块(55)还包括中央处理单元(44)以及存储单元(45，46)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的移动通讯设备，其特征在于，所述压电陶瓷片(31)粘结在所述机壳(I)的内侧。
【文档编号】H04M1/03GK203968188SQ201420333724
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】夏小聪, 孙丽 申请人:深圳市中兴移动通信有限公司