一种颈环蓝牙耳机的制作方法

文档编号:14478361
研发日期:2018/5/19

本实用新型涉蓝牙降噪耳机技术领域,特别涉及一种颈环蓝牙耳机。



背景技术:

随着社会进步和人民生活水平的提高,耳机已成为人们生活中必不可少的生活用品。人们常常在大街,公共汽车,地铁接听和拨打电话,这类环境中的噪声,会被耳机的通话麦克风所拾取,和近端说话的内容混到一起,被上行发送到远端电话的听筒中,影响远端接听电话的语音质量,因此上行降噪技术是十分有用的。通话中的语音增强一直以来是被大量关注的问题点,在嘈杂环境中,如何让远端通话人能够听清近端讲话人所要表达的信息、抑制噪声,是一个很有价值的研究点。

现在一般手机上使用双麦克降噪方案虽然也可以达到较好的降噪效果,但是蓝牙耳机的便利性使很多用户愿意用耳机通话或者听音乐,所以耳机上的降噪具有很迫切的需求。目前的普通蓝牙耳机基本没有上行降噪功能,上行通话一般使用单麦克降噪功能,降噪能力有限,仅对平稳噪声效果好,抑制环境中其它噪声的效果差。在商场,地铁等环境中打电话,除了环境噪声,远端通话人听到的声音中夹杂着耳机使用者以外的其他讲话人的声音,降噪效果很差。现有技术中,由于对辅麦克风中的有用信号进行滤波会提升音质,然而全频段整体滤波同时会改变辅助麦克风中的背景噪声,以造成辅助麦克风中的背景噪声信号和主麦克风中的背景噪声信号差别过大,影响降噪效果。

因此,为了解决上述问题,需要能够有效消除周围人讲话声音,达到更好的降噪效果,使通话环境更加清洁的一种颈环蓝牙耳机。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于提供一种颈环蓝牙耳机,所述耳机包括带有开口的环形支撑结构和由所述环形支撑结构伸出的耳机线连接的耳机听筒;

在所述环形支撑结构中部设置朝向向外的辅助麦克,以及在所述环形支撑结构开口的一端安装第一主麦克或在所述耳机线上安装第二主麦克。

优选地,所述第一主麦克在所述环形支撑结构开口的一端的端部安装。

优选地,所述第一主麦克在所述环形支撑结构开口的一端朝向向内安装。

优选地,所述环形支撑结构开口的一端还安装朝向向内的第三主麦克。

优选地,所述环形支撑结构两侧分别伸出耳机线。

优选地,所述环形支撑结构内部布置降噪系统。

本实用新型提供的颈环式蓝牙耳机,将主麦克与辅助麦克通过颈环结构呈远距离分开,使主麦克采集的声音信号更加准确,可以有效地进行佩戴者讲话声音的判断,同时本实用新型采用环形支撑结构,使用者能够更加方便的使用耳机,无需在使用过程中对耳机线进行调整。

应当理解,前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释,并不应当用作对本实用新型所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图,本实用新型更多的目的、功能和优点将通过本实用新型实施方式的如下描述得以阐明,其中:

图1示意性示出了本实用新型一个实施例中颈环蓝牙耳机的结构示意图;

图2示出了本实用新型另一个实施例中颈环蓝牙耳机的结构示意图;

图3示出了本实用新型再一个实施例中颈环蓝牙耳机的结构示意图;

图4示出了本实用新型又一个实施例中颈环蓝牙耳机的结构示意图;

图5示出了本实用新型颈环蓝牙耳机的降噪系统的整体结构框图;

图6示出了本实用新型语音数据判断单元判断佩戴者的声音信号的流程示意图;

图7示出了本实用新型滤波单元对噪声信号进行多子带时域滤波的流程示意图;

图8示出了本实用新型声音信号中噪声抑制的流程示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例,本实用新型的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而,本实用新型并不受限于以下所公开的示范性实施例;可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本实用新型的具体细节。下面通过具体的实施例对本实用新型的提供的颈环蓝牙耳机、颈环蓝牙耳机的降噪系统及降噪方法给出详细的实施例,颈环耳机是指将耳机通过套于佩戴者额颈部进行通话或音乐播放的蓝牙耳机。如图1所示本实用新型一个实施例中颈环蓝牙耳机的结构示意图,本实施例中颈环蓝牙耳机包括带有开口的环形支撑结构100和由环形支撑结构100伸出的耳机线102连接的耳机听筒(图中未示出)。在环形支撑结构100中部设置朝向向外(B侧)的辅助麦克103,以及在环形支撑结构100开口的一端(a端)安装朝向向内(A侧)的第一主麦克101。佩戴者将颈环蓝牙耳机佩戴于颈部,通过第一主麦克101采集佩戴者讲话的声音信号,通过辅助麦克103采集环境噪声。根据本实用新型,实施例中将主麦克与辅助麦克通过颈环结构呈远距离分开,使主麦克采集的声音信号更加准确,可以有效地进行佩戴者讲话声音的判断,以及对佩戴者声音信号进行更为有效的降噪。

如图2所示本实用新型另一个实施例中颈环蓝牙耳机的结构示意图,本实施例中颈环蓝牙耳机包括带有开口的环形支撑结构100和由环形支撑结构100伸出的耳机线102连接的耳机听筒(图中未示出)。在环形支撑结构100中部设置朝向向外(B侧)的辅助麦克103,以及在耳机线102上安装第二主麦克104。佩戴者将颈环蓝牙耳机佩戴于颈部,通过第二主麦克104采集佩戴者讲话的声音信号,通过辅助麦克103采集环境噪声。根据本实用新型,实施例中将主麦克与辅助麦克通过颈环结构呈远距离分开,使主麦克采集的声音信号更加准确,可以有效地进行佩戴者讲话声音的判断,以及对佩戴者声音信号进行更为有效的降噪。

如图3所示本实用新型再一个实施例中颈环蓝牙耳机的结构示意图;第一主麦克101在环形支撑结构开口的一端(a端)的端部安装。

如图4所示本实用新型又一个实施例中颈环蓝牙耳机的结构示意图,本实施例中颈环蓝牙耳机包括带有开口的环形支撑结构100和由环形支撑结构100伸出的耳机线102连接的耳机听筒(图中未示出)。在环形支撑结构100中部设置朝向向外(B侧)的辅助麦克103,以及在环形支撑结构100开口的一端(a端)安装朝向向内(A侧)的第一主麦克101。本实施例中,环形支撑结构100开口的一端(a端)还安装朝向向内(A侧)的第三主麦克105,通过第一主麦克101和第三主麦克105分别采集佩戴者讲话的声音信号,将声音信号分为两路进行降噪处理,具体降噪过程将在下文中给出详细说明。进行佩戴者将颈环蓝牙耳机佩戴于颈部,通过第一主麦克101采集佩戴者讲话的声音信号,通过辅助麦克103采集环境噪声。根据本实用新型,实施例中将主麦克与辅助麦克通过颈环结构呈远距离分开,使主麦克采集的声音信号更加准确,可以有效地进行佩戴者讲话声音的判断,以及对佩戴者声音信号进行更为有效的降噪。

在一些实施例中,环形支撑结构两侧分别伸出耳机线,为佩戴者左右耳朵使用听筒。本实用新型提供的颈环蓝牙耳机,在环形支撑结构内部布置降噪系统。

下面对上述实施例中的颈环蓝牙耳机佩戴者讲话声音的判断,及声音信号的降噪过程进行详细说明,由于主麦克(第一主麦克、第二主麦克或者第一主麦克和第三主麦克)采集佩戴者讲话的声音信号时,不可避免地采集到周围环境噪声,以及周围其他人员讲话的声音,同时辅助麦克不可避免地采集到佩戴者讲话的声音信号。根据本实用新型对上述噪声以及佩戴者周围人员讲话的声音信号进行抑制,以达到对佩戴者讲话的声音信号的降噪。首先对本实用新型用于颈环蓝牙耳机的降噪系统进行阐释,如图5所示本实用新型颈环蓝牙耳机的降噪系统的整体结构框图,实施例中一种适用于颈环蓝牙耳机的降噪系统,包括:

语音数据输入单元201,用于输入主麦克(第一主麦克、第二主麦克或者第一主麦克和第三主麦克)采集的声音信号,噪声数据输入单元202,用于输入辅助麦克采集的噪声信号。

语音活动检测单元203,用于检测语音数据输入单元201输入的声音信号是否来自人的语音,语音数据判断单元204,用于判断声音信号是否来自耳机佩戴者。

滤波单元205,用于利用语音数据判单元204判断为佩戴者的声音信号对噪声数据输入单元202输入的噪声信号进行多子带时域滤波。

颈环蓝牙耳机的降噪系统还包括噪声抑制参数计算单元206,主麦克采集的声音信号以及滤波单元205滤波后的噪声信号首先进入到噪声抑制参数计算单元206,通过滤波单元多子带时域滤波后的噪声信号更新噪声抑制参数。

噪声抑制单元207,用于通过滤波单元多子带时域滤波后的噪声信号对主麦克采集的声音信号进行噪声抑制。

本实用新型提供的颈环蓝牙耳机的降噪系统通过如下方法进行降噪处理,具体地一种颈环蓝牙耳机的降噪方法,所述方法包括:

主麦克采集声音信号,并通过语音数据输入单元201将声音信号分别输入至语音活动检测单元203和噪声抑制单元207。

辅助麦克采集噪声信号,并通过噪声数据输入单元202将噪声信号分别传输至语音数据判断单元204和滤波单元205。

语音活动检测单元203检测语音数据输入单元201输入的声音信号是否来自人的语音,若是

则将声音信号输入至语音数据判断单元204,语音数据判断单元204通过声音信号和噪声信号判断声音信号是否来自耳机佩戴者,若是

则将声音信号传输至滤波单元205对噪声信号进行多子带时域滤波;

若判断声音信号是非自耳机佩戴者,则该段声音信号作为背景噪声。

噪声抑制单元207通过滤波单元多子带时域滤波后的噪声信号对主麦克采集的声音信号进行噪声抑制。

判断声音信号是否来自佩戴者

如图6所示本实用新型语音数据判断单元判断佩戴者的声音信号的流程示意图,本实用新型语音活动检测单元203检测到主麦克输入的语音信号具有来自人讲话的声音时,语音数据判断单元204通过如下方法判断声音信号是否来自耳机佩戴者:

对噪声信号进行延时处理,将处理后的噪声信号与声音信号进行第一次相关处理,得到第一相关结果,实施例中通过如下方式计算得到第一相关结果:

将声音信号和噪声信号进行第二次相关处理,得到第二相关结果,实施例中通过如下方式计算得到相关结果:

其中

x1(k)为噪声信号,x2(k)为声音信号,coeff1为第一相关结果,coeff2为第二相关结果,τ为第一相关结果处理过程声音信号的延时时长。

将第一相关结果和第二相关结果进行比较,若第一相关结果大于第二相关结果,并且二者差值处于预设阈值内,则判定该声音信号来自耳机佩戴者。

本实用新型通过语音数据判断单元相关结果处理,有效地对主麦克采集的声音进行判断,当判定主麦克采集的声音信号非来自佩戴者,则将该段声音信号作为背景噪声。

来自佩戴者的声音信号对噪声信号滤波

通过来自佩戴者的声音信号对噪声信号进行多子带时域滤波,如图7所示本实用新型滤波单元对噪声信号进行多子带时域滤波的流程示意图,根据本实用新型,滤波单元205包括第一时域滤波分子带模块301、第二时域滤波分子带模块302、多个时域滤波器(时域滤波器1、时域滤波器2、…、时域滤波器N)以及加法器303,其中

第一滤波分子带模块301,用于将噪声信号划分为多个子带;

第二滤波分子带模块302,用于将语音数据判单元204判断为佩戴者的声音信号划分为多个子带。

多个时域滤波器,用于语音数据判单元判断为佩戴者的声音信号划分的多个子带分别对所述噪声信号划分的多个子带进行时域滤波。

合成器,用于将多个时域滤波器中每一个时域滤波器滤波后的子信号进行叠加。

具体来说,实施例中第一滤波分子带模块301将输入的噪声信号x1划分为x11,x12,…,x1N多个子带,第二滤波分子带模块302将语音数据判单元204判断为佩戴者的声音信号x2划分为x21,x22,…,x2N多个子带。声音信号x2的多个子带x21,x22,…,x2N分别对噪声信号x1的多个子带x11,x12,…,x1N在时域滤波器中进行滤波,即:

在时域滤波器1中x21对x11进行时域滤波;

在时域滤波器2中x22对x12进行时域滤波;

在时域滤波器N中x2N对x1N进行时域滤波。

需要说明的是,上述时域滤波过程,语音数据判单元判断为佩戴者的声音信号划分的多个子带中,频率范围处于300Hz~3.4KHz内的每一个子带对噪声信号划分的多个子带中相应平率范围内的子带进行时域滤波。

每个时域滤波器分别输出滤波后噪声信号的子信号,多个子信号z11,z12,…,z1N通过合成器器进行叠加,得到滤波单元滤波后的噪声信号X1。优选地,本实施例中时域多个时域滤波器采用归一化最小均方误差滤波器(NLMS),通过如下方法计算:z1n=NLMS(x1n,x2n),其中,n表示子带的个数。

滤波后的噪声信号通过合成器进行合成,具体地按照如下方法计算得到滤波后的噪声信号:X1=z11+z12+…+z1N。

由于声音信号主要在300Hz~3.4KHz范围内,本实用新型通过分子带滤波,对辅麦克风采集的噪声信号中一定频率范围内的声音信号进行自适应人声滤波,去除辅助麦克风采集的噪声中佩戴者的声音信号,保留非佩戴者的声音信号以提升音质,对于高于一定频率的信号不滤波以保证降噪效果。

噪声信号对声音信号降噪

本实用新型通过滤波后的噪声信号通过本实用新型上述实施例的处理,噪声信号已经处于清洁的噪声信号(包括环境噪声信号和非佩戴者讲话的声音信号),下面通过滤波后的噪声信号对声音信号进行降噪处理,如图8所示本实用新型声音信号中噪声抑制的流程示意图,实施例中滤波后的噪声信号X1(k)和主麦克采集声音信号x2(k)分别经过加窗并进行快速傅里叶变换(FFT),得到频域数据:

其中m是频域下标,n是时域帧数,L表示相邻帧之间存在重叠时的帧步长,w是长度为K的分析窗函数(例如汉宁窗),X1(m,n),X2(m,n)是X1(k)和X2(k)短时傅里叶变换后对应的频域数据,g为声音信号X2的增益校正因子。

增益校正因子g通过对两路静音状态下接收到的底噪信号的标准差的比值计算得到:

其中输入信号的标准差可以通过

计算得到,其中NN表示计算标准差所用到的信号的帧数,u是x(k)的均值。

根据语音间隔间的静音段计算噪声的特性,通过下列的迭代算法计算噪声功率谱密度Pw(m,n)得到

PW(m,n)=λW·PW(m,n-1)+(1-λW)·|X(m,n)|2if n<Nmax (4)

其中Nmax表示求取噪声功率谱密需要的帧数最大值,λW是遗忘因子。谱增益G(m,n)为

其中麦克接收信号的功率谱密度通过下式计算得到

PX(m,n)=λX·PX(m,n-1)+(1-λX)·|X(m,n)|2 (6)

H12(m,n)表示声音信号和噪声信号之间的冲击响应比值的傅里叶变换,其满足下列等式

其中表示噪声被辅助麦克接收后的功率,和分别表示辅助麦克和主麦克接收到的噪声信号的功率,和分别为辅助麦克和主麦克接收到的声音信号的功率,其中实施例中假设声音信号和噪声信号是独立的。根据实际场景,靠近声源的麦克风收到的声音信号功率比另外一个麦克风接收到的声音信号功率更强,通过公式(4)计算得到|H12(m,n)|,应用于式(5)计算得到谱增益G(m,n),G(m,n)表示干净的声音信号功率谱密度和麦克接收到的声音信号的功率谱的比值。所以可以得到最终去除噪声后的频域信号

S(m,n)=G(m,n)·X2(m,n) (8)

S(m,n)经过傅里叶反变换以及与帧步长L相对应的叠加,得到输出的声音信号:

y(k)=ovlp(IFFT[S(m,n)])

上述实施例通过噪声抑制单元对声音信号中的噪声进行抑制,使输出的直播放喇叭的声音更加清洁。

当本实用新型所采用的颈环蓝牙耳机结构为图3所示实施例中具有第一主麦克101和第三主麦克105时,颈环蓝牙耳机的降噪系统中还包括波束成形单元,第一主麦克101采集的声音信号通过辅助麦克103采集的噪声信号进行噪声抑制生成第一路输出信号。

第三主麦克105采集的声音信号通过辅助麦克103采集的噪声信号进行噪声抑制生成第二路输出信号。

波束成形单元对第一路输出信号和第二路输出信号进行波束成形处理,得到最终输出的声音信号;

或第一主麦克采集的声音信号和第三主麦克采集的声音信号进行波束形成处理后,通过辅助麦克采集的噪声信号进行噪声抑制

本实用新型提供的颈环式蓝牙耳机,对颈环式蓝牙耳机麦克风进行布局,将主麦克与辅助麦克通过颈环结构呈远距离分开,两个麦克风距离较大,两路麦克风采集的数据增益差较大,对于采用的双麦克降噪算法,能够得到较好的降噪效果。同时使主麦克采集的声音信号更加准确,可以有效地进行佩戴者讲话声音的判断。

本实用新型提供的颈环蓝牙耳机的降噪系统,通过设置语音判断单元判断佩戴者的声音信号,区分通话周围的其他人在讲话声音,利用相关结果判断语音是否为佩戴人所讲,以消除周围其他单个或者多个人讲话形成的背景噪声。在佩戴人不讲话,而距离佩戴人很近的范围内有一个或者多个其他讲话者讲话,语音检测将无法判断该语音是佩戴人所讲还是周围的背景噪声,这将影响双麦克降噪效果。采用相关结果来判断该段信号是有用语音信号还是背景噪声,将会提升双麦克降噪效果,有效抑制周围人声形成的背景噪声。

本实用新型提供的颈环蓝牙耳机的降噪系统,通过滤波单元对噪声信号进行多子带时域滤波,从而平衡音质和降噪效果。通过对一定频段范围内的声音信号分子带对辅助麦克风采集到的噪声信号进行自适应时域滤波,在得到较好的降噪效果的同时提升音质。

结合这里披露的本实用新型的说明和实践,本实用新型的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的,本实用新型的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

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