CN102340719B - 一种基于传感器获取声音信号的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种基于传感器获取声音信号的方法及装置，该方法包括：采用传感器感测第一物体的振动情况，获取所述第一物体振动过程中的运动感测数据，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪；对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号。采用本发明，可完全屏蔽掉环境噪声信号，使得用户即使处于非常吵闹的环境下，也能够获取到清晰的人的声带、心脏振动或者汽车发动机等振动物体振动过程中所发出的声音信号，可较好的实现麦克风、听诊器的功能，提升了用户的使用体验。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种基于传感器获取声音信号的方法及装置。
背景技术
麦克风(MICrophone，MIC)，又叫传声器，话筒，微音器等，其是一种将声音信号转换为电信号的能量转换器件。麦克风是能将声音信号转换成电信号的工具。
目前的麦克风的种类有很多，按照换能原理为：电动式(动圈式、铝带式)，电容式(直流极化式)、压电式(晶体式、陶瓷式)、以及电磁式、碳粒式、半导体式和最近新兴的硅微传声器，此外还有液体传声器和激光传声器等。工作原理大多为，人声通过空气使麦克风内的振膜振动，形成微弱的电流即产生电信号；或者是使其电容改变，形成电流阻抗从而产生相应的电信号。
听诊器，是最常用的诊断用具，是医师的标志，现代医学即始于听诊器的发明。听诊器自从被应用于临床以来，外形及传音方式有不断的改进，但其基本结构变化不大，主要由拾音部分(胸件)，传导部分(胶管)及听音部分(耳件)组成。通过听诊器，可以听得到心音、呼吸音、肠鸣音等。
另外，还存在特殊的听诊器，用于探听汽车发动机的振动情况，从而方便对汽车发动机进行诊断。
但是，对于麦克风而言，由于环境噪音和人说话的声音均会通过空气使麦克风内的振膜振动，因此，麦克风在接收人说话的声音信号的同时，也接收到了环境噪音信号，从而使人说话的声音混杂了多种环境噪音输出，让人听不清说话的声音，尤其是在工地、战场等噪声特别大的地方根本没法通话，严重影响了用户使用；同样，听诊器也容易受空气中的环境噪音干扰，使得医生或者进行汽车发动机诊断的用户听到的声音信号不够清晰，同时，也不便于观看和保存，更不便于进行对比观察及后续的研究。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于传感器获取声音信号的方法及装置，通过传感器感受第一物体振动获取声音信号的方式，由于只接受第一物体的机械振动产生的信号，而不接受从空气中传来的声音信号，就完全避免接收到环境噪音信号，从而达到去除环境噪声的目的。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于传感器获取声音信号的方法，包括：
采用传感器感测第一物体的振动情况，获取所述第一物体振动过程中的运动感测数据，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪；
对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号。
其中，所述对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号的步骤，包括：
将所述运动感测数据进行模拟/数字转换，得到数字振动信号；
对所述数字振动信号进行数据融合运算，得到数字声音信号；
对所述数字声音信号进行数字/模拟转换，得到模拟声音信号。
其中，所述对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号的步骤，还包括：
对所述数字声音信号进行整形、滤波、去噪处理。
其中，所述对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号的步骤，还包括：
存储所述数字声音信号。
其中，还包括：
将所述模拟声音信号转换为电信号，并将所述电信号传输至显示器上进行显示。
其中，还包括：
将所述模拟声音信号传输至播放端进行声音的播放。
相应地，本发明实施例还提供了一种基于传感器获取声音信号的装置，包括：
传感器，用于感测第一物体的振动情况，获取第一物体振动过程中的运动感测数据，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪；
处理单元，用于对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号。
其中，所述处理单元包括：
模拟/数字转换单元，用于将所述传感器感测到的运动感测数据进行模拟/数字转换，得到数字振动信号；
第一运算子单元，对所述模拟/数字转换单元得到的数字振动信号进行数据融合运算，得到数字声音信号；
数字/模拟转换单元，用于对所述数字声音信号进行数字/模拟转换，得到模拟声音信号。
其中，所述处理单元还包括：
第二运算子单元，用于对所述第一运算子单元得到的数字声音信号进行整形、滤波、去噪处理。
其中，还包括：
存储单元，用于存储所述第一运算子单元得到的数字声音信号。
其中，还包括：
信号传输单元，用于将所述数字/模拟转换单元得到的模拟声音信号传输至显示器进行显示。
其中，还包括：
所述信号传输单元还用于将所述数字/模拟转换单元得到的模拟声音信号传输至播放端进行声音的播放。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：采用传感器感受第一物体振动来拾音的方式，完全屏蔽掉环境噪声信号，使得用户即使处于非常吵闹的环境下，也能够获取并传送出清晰的用户所发出声音的音频信号，而不受环境噪音的影响，同时，通过传感器获取的数据产生的声音信号方便于保存以及观看，以及方便进行后续的对比观察和研究。
附图说明
图1为本发明实施例的基于传感器获取声音信号的装置的结构示意图；
图2为图1中的处理单元的实施例结构示意图；
图3为本发明的基于传感器获取声音信号的方法的第一实施例的流程图；
图4为本发明的基于传感器获取声音信号的方法的第二实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，为本发明实施例的基于传感器获取声音信号的装置的结构示意图，所述装置包括：传感器1和处理单元2。
所述传感器1，用于感测第一物体的振动情况，获取第一物体振动过程中的运动感测数据，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪。
具体实现中，所述第一物体可以为人的声带、心脏等，或者汽车的发动机。所述传感器1可包括加速度传感器和/或陀螺仪。所述加速度传感器内部由三个单轴加速度传感器组成，可分别感测X轴、Y轴、Z轴方向上的直线加速度值，该感测的即为第一物体振动所形成的X轴、Y轴、Z轴方向上的振动加速度值；所述陀螺仪可分别感测X轴、Y轴、Z轴方向上的角加速度值，该感测的即为第一物体振动所形成的X轴、Y轴、Z轴方向上的振动角加速度值。
具体地，所述加速度传感器作为声音感测工具，可利用类似机械杠杆原理，将杠杆的一端贴在第一物体振动点附近，所述加速度传感器置于杠杆的另一端，这样，杠杆可将轻微的第一物体振动放大，使位于杠杆另一端的加速度传感器感测到更加明显的振动，从而得到更精确的运动感测数据；所述陀螺仪作为声音感测工具，同样可利用类似机械杠杆原理，将所述陀螺仪置于杠杆的支点位置，利用振动点带动支点的旋转，使所述陀螺仪产生相应的旋转运动，输出角加速度值。
所述处理单元2，用于对所述传感器1获取的运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号。
具体实现中，所述处理单元2通过对所述运动感测数据进行融合计算，即对所述加速度传感器所感测的X轴、Y轴、Z轴方向上的直线加速度值进行两次积分后，可计算出直线位移；所述处理单元2对所述陀螺仪所感测的X轴、Y轴、Z轴方向上的角加速度值进行两次积分后，可得到角位移，根据直线位移和所述角位移并结合时间值，可计算出第一物体振动过程中的振动幅度和振动频率等值，得到声音信号。
进一步的，如图2所示，该装置的所述处理单元2包括：模拟/数字转换单元21、第一运算子单元22、第二运算子单元23以及数字/模拟转换单元24。
所述模拟/数字转换单元21，用于将所述传感器1感测到的运动感测数据进行模拟/数字转换，得到数字振动信号；
所述第一运算子单元22，对所述模拟/数字转换单元21得到的数字振动信号进行数据融合运算，得到数字声音信号；所述第一运算子单元22通过对感测数据进行融合计算，即可得到第一物体振动过程中的振动幅度和振动频率等值，得到数字声音信号；
所述第二运算子单元23，用于对所述第一运算子单元22得到的数字声音信号进行整形、滤波、去噪处理；
所述数字/模拟转换单元24，用于对所述第二运算子单元23得到的数字声音信号进行数字/模拟转换，得到模拟声音信号。
具体的，所述模拟/数字转换单元21和所述数字/模拟转换单元24可以采用现有的A/D转换模块和D/A转换模块实现。
再请参见图1，所述麦克风还包括：存储单元3。
所述存储单元3，用于存储所述第一运算子单元22得到的数字声音信号。
具体的，采用所述存储单元3存储所述数字声音信号可方便用户进行后续的查看、对比以及研究等应用。
再请参见图1，该装置还包括：信号传输单元4。
所述信号传输单元4，用于将所述数字/模拟转换单元24得到的模拟声音信号转换为电信号，传输至显示器进行显示；还用于将所述数字/模拟转换单元24得到的模拟声音信号传输至播放端进行声音的播放。
具体的，所述信号传输单元4将所述经数字/模拟转换后得到的模拟声音信号进行转换得到可供显示的电信号，并将所述电信号传输给本装置的或装置外部的显示器进行显示，或者将所述经数字/模拟转换后得到的模拟声音信号传输给扬声器等装置进行声音的播放。
可以理解的是，本发明实施例的所述基于传感器获取声音信号的装置可以为麦克风或者听诊器等其他的类似拾音装置，为了更清楚地说明本发明，下面以麦克风和听诊器为例，对所述基于传感器获取声音信号的装置进行进一步的说明。
当基于传感器获取声音信号的装置为麦克风时，所述传感器1可置于用户的腮帮的位置，当用户发声时，其声带会相应的发生振动，所述传感器1对用户声带的振动进行感测，从而获取声带振动过程中的运动感测数据。
所述处理单元2对所述传感器1获取的用户声带振动过程中的运动感测数据进行运算处理，可计算出声带振动过程中的振动幅度和振动频率等值，得到用户发声的声音信号。
具体的，所述处理单元2的所述模拟/数字转换单元21，用于将所述传感器1感测到的运动感测数据进行模拟/数字转换，得到数字振动信号；所述第一运算子单元22，对所述模拟/数字转换单元21得到的数字振动信号进行数据融合运算，得到数字声音信号；所述第二运算子单元23，用于对所述第一运算子单元22得到的数字声音信号进行整形、滤波、去噪处理；所述数字/模拟转换单元24，用于对所述数字声音信号进行数字/模拟转换，得到模拟声音信号。
所述信号传输单元4将所述数字/模拟转换单元24得到的模拟声音信号发送给扬声器等装置进行声音的播放。
当基于传感器获取声音信号的装置为听诊器时，所述传感器1置于听诊器的胸件的位置，通过将所述传感器1与人的心脏等振动物体接触，用于感测人体心脏跳动过程的运动感测数据。
所述处理单元2，用于对所述传感器1感测到的运动感测数据进行处理，得到心脏等振动物体振动过程中的声音信号；
具体的，所述处理单元2通过对所述传感器1感测得到的人的心脏等振动物体跳动过程的运动感测数据进行融合运算，可计算出心脏等振动物体振动过程中声音信号，其包括振动幅度和振动频率等值。
具体的，所述处理单元2的所述模拟/数字转换单元21，用于将所述传感器1感测到的运动感测数据进行模拟/数字转换，得到数字振动信号；所述第一运算子单元22，对所述模拟/数字转换单元21得到的数字振动信号进行数据融合运算，得到数字声音信号；所述第二运算子单元23，用于对所述第一运算子单元22得到的数字声音信号进行整形、滤波、去噪处理；所述数字/模拟转换单元24，用于对所述数字声音信号进行数字/模拟转换，得到模拟声音信号。
所述存储单元3，用于存储所述第一运算子单元22得到的数字声音信号。存储所述数字声音信号可方便于后续的查看、对比以及研究。
所述信号传输单元4，用于将所述模拟声音信号传输至听诊器耳件即播放端进行声音的播放；或者用于将由所述模拟声音信号转换而成的电信号传输至显示器上进行显示。所述信号传输单元4可将所述声音信号传输至听诊器耳件进行声音的播放，同时，也可将所述模拟声音信号转换为相应的可供显示的电信号，然后将所述电信号传输至本装置的或装置外部的显示器等设备显示对应的振幅和频率等数据，以供用户进行比较、分析等应用。
另外，当作为听诊器时，还可将所述传感器1置于汽车的发动机上，当发动机发动时，所述传感器1便可对所述发动机的振动进行感测，从而获取到发动机振动过程中相应的运动感测数据。所述处理单元2对所述传感器1感测到的运动感测数据进行处理，得到所述汽车发动机振动过程中的声音信号。所述存储单元3存储所述处理单元2中的所述第一运算子单元22得到的数字声音信号，以便于用户进行后续的查看、对比以及研究。所述信号传输单元4，用于将所述声音信号传输至听诊器耳件进行声音的播放；或者用于将由所述模拟声音信号转换而成的电信号传输至显示器上进行显示。
本发明实施例中，采用传感器感受用户的声带、心脏以及汽车发动机等物体的振动来拾音的方式，可完全屏蔽掉环境噪声信号，使得用户即使处于非常吵闹的环境下，也能够获取并传送出清晰的音频信号而不受环境噪音的影响，同时，通过传感器获取的数据产生的声音信号方便于保存以及观看，以及方便进行后续的对比观察和研究，提升了用户的使用体验。
为了更清楚的说明本发明，下面将对由上述的基于传感器获取声音信号的装置所执行的声音信号获取方法进行详细介绍。
请参见图3，为本发明的基于传感器获取声音信号的方法的第一实施例的流程图，所述方法包括：
S301：采用传感器感测第一物体的振动情况，获取第一物体振动过程中的运动感测数据，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪；
具体实现中，所述第一物体可以为用户的声带、心脏以及汽车的发动机等振动物体，所述S301可利用加速度传感器和/或陀螺仪来进行运动感测数据的获取。其中，所述加速度传感器内部由三个单轴加速度传感器组成，可分别感测X轴、Y轴、Z轴方向上的直线加速度值，该感测的即为第一物体振动所形成的X轴、Y轴、Z轴方向上的振动加速度值；所述陀螺仪可分别感测X轴、Y轴、Z轴方向上的角加速度值，该感测的即为第一物体振动所形成的X轴、Y轴、Z轴方向上的振动角加速度值。
具体地，所述加速度传感器作为声音感测工具，可利用类似机械杠杆原理，将杠杆的一端贴在第一物体振动点附近，所述加速度传感器置于杠杆的另一端，这样，杠杆可将轻微的第一物体振动放大，使位于杠杆另一端的加速度传感器感测到更加明显的振动，从而得到更精确的运动感测数据；所述陀螺仪作为声音感测工具，同样可利用类似机械杠杆原理，将所述陀螺仪置于杠杆的支点位置，利用振动点带动支点的旋转，使所述陀螺仪产生相应的旋转运动，输出角加速度值。
S302：对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号；
具体实现中，所述S302对所述加速度传感器所感测的X轴、Y轴、Z轴方向上的直线加速度值进行两次积分运算，可计算出直线位移；所述S302对所述陀螺仪所感测的X轴、Y轴、Z轴方向上的角加速度值进行两次积分运算后，可得到角位移，根据直线位移和所述角位移并结合时间值，可计算出第一物体振动过程中的振幅和频率，得到声音信号。
本发明实施例中，采用传感器感受用户的声带、心脏以及汽车发动机等物体的振动来拾音的方式，可完全屏蔽掉环境噪声信号，使得用户即使处于非常吵闹的环境下，也能够获取并传送出清晰的用户所发出的音频信号而不受环境噪音的影响，同时，通过传感器获取的数据产生的声音信号方便于保存以及观看，以及方便进行后续的对比观察和研究，提升了用户的使用体验。
请参见图4，为本发明的基于传感器获取声音信号的方法的第二实施例的流程图；所述方法包括：
S401：采用传感器感测第一物体的振动情况，获取第一物体振动过程中的运动感测数据，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪；
所述第一物体包括用户的声带或者心脏等部位，或者为汽车发动机等振动物体，具体的，将所述传感器置于用户的腮帮、喉部等位置，用于感测用户发声时，声带的振动情况，获取用户声带振动时的运动感测数据，实现麦克风的拾音功能；或者将所述传感器作为听诊器的胸件，贴于用户的心脏位置，或者汽车的发动机等振动物体上，用于对用户的心脏或者汽车的发动机等振动物体的振动情况进行感测，实现听诊器拾音功能。
S402：将所述运动感测数据进行模拟/数字转换，得到数字振动信号；
具体的，可采用目前的各种模拟/数字转换模块对得到的所述运动感测数据进行相应的模拟数据到数字数据的转换，得到数字振动信号。
S403：对所述数字振动信号进行数据融合运算得到数字声音信号；
具体的，通过对传感器感测到的三维直线加速度值以及三维角加速度值进行融合计算，得到第一物体振动过程中的振幅和频率等数据，从而得到相应的数字声音信号。
S404：对所述数字声音信号进行整形、滤波、去噪处理；
S405：对所述数字声音信号进行数字/模拟转换，得到模拟声音信号；
S406：将所述模拟声音信号传输至播放端进行声音的播放；
具体的，将S405得到的模拟声音信号发送给本装置的或者本装置外部的扬声器等设备，以进行声音的播放。
S407：将所述模拟声音信号转换为电信号，并将所述电信号传输至显示器上进行显示。
具体的，先将S405得到的模拟声音信号转换为可供显示的电信号，然后将所述电信号传输给显示器进行包括振幅、频率等数据的显示。
本发明实施例中，采用传感器感受用户的声带、心脏以及汽车发动机等物体的振动来拾音的方式，可完全屏蔽掉环境噪声信号，使得用户即使处于非常吵闹的环境下，也能够获取并传送出清晰的用户所发出的音频信号而不受环境噪音的影响，同时，通过传感器获取的数据产生的声音信号方便于保存以及观看，以及方便进行后续的对比观察和研究，提升了用户的使用体验。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (12)
1.一种基于传感器获取声音信号的方法，其特征在于，包括：
采用传感器感测第一物体的振动情况，获取所述第一物体振动过程中的运动感测数据，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪；
对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号；
其中，当所述传感器包括加速度传感器时，所述运动感测数据包括X轴、Y轴、Z轴方向上的直线加速度值，当所述传感器包括陀螺仪时，所述感测数据包括X轴、Y轴、Z轴方向上的角加速度值；
所述对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号，包括：
对所述运动感测数据进行运算后得到对应的直线位移和/或角位移，根据直线位移和/或角位移并结合时间值计算出所述第一物体振动过程中的振幅和频率，得到声音信号；
其中，当所述传感器包括加速度传感器时，基于类似机械杠杆原理，将杠杆的一端贴在第一物体振动点附近，所述加速度传感器置于杠杆的另一端，这样，杠杆可将轻微的第一物体振动放大，使位于杠杆另一端的加速度传感器感测到更加明显的振动，得到直线加速度值；当所述传感器包括陀螺仪时，基于类似机械杠杆原理，将所述陀螺仪置于杠杆的支点位置，利用振动点带动支点的旋转，使所述陀螺仪产生相应的旋转运动，得到角加速度值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号的步骤，包括：
将所述运动感测数据进行模拟/数字转换，得到数字振动信号；
对所述数字振动信号进行数据融合运算，得到数字声音信号；
对所述数字声音信号进行数字/模拟转换，得到模拟声音信号。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号的步骤，还包括：
对所述数字声音信号进行整形、滤波、去噪处理。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号的步骤，还包括：
存储所述数字声音信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述模拟声音信号转换为电信号，并将所述电信号传输至显示器上进行显示。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述模拟声音信号传输至播放端进行声音的播放。
7.一种基于传感器获取声音信号的装置，其特征在于，包括：
传感器，用于感测第一物体的振动情况，获取第一物体振动过程中的运动感测数据，所述传感器包括加速度传感器和/或陀螺仪；
处理单元，用于对所述运动感测数据进行运算处理，得到所述第一物体振动过程中的声音信号；
其中，当所述传感器包括加速度传感器时，所述运动感测数据包括X轴、Y轴、Z轴方向上的直线加速度值，当所述传感器包括陀螺仪时，所述感测数据包括X轴、Y轴、Z轴方向上的角加速度值；
所述处理单元具体用于对所述运动感测数据进行运算后得到对应的直线位移和/或角位移，根据直线位移和/或角位移并结合时间值计算出所述第一物体振动过程中的振幅和频率，得到声音信号；
其中，当所述传感器包括加速度传感器时，基于类似机械杠杆原理，将杠杆的一端贴在第一物体振动点附近，所述加速度传感器置于杠杆的另一端，这样，杠杆可将轻微的第一物体振动放大，使位于杠杆另一端的加速度传感器感测到更加明显的振动，得到直线加速度值；当所述传感器包括陀螺仪时，基于类似机械杠杆原理，将所述陀螺仪置于杠杆的支点位置，利用振动点带动支点的旋转，使所述陀螺仪产生相应的旋转运动，得到角加速度值。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理单元包括：
模拟/数字转换单元，用于将所述传感器感测到的运动感测数据进行模拟/数字转换，得到数字振动信号；
第一运算子单元，对所述模拟/数字转换单元得到的数字振动信号进行数据融合运算，得到数字声音信号；
数字/模拟转换单元，用于对所述数字声音信号进行数字/模拟转换，得到模拟声音信号。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理单元还包括：
第二运算子单元，用于对所述第一运算子单元得到的数字声音信号进行整形、滤波、去噪处理。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
存储单元，用于存储所述第一运算子单元得到的数字声音信号。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：
信号传输单元，用于将所述数字/模拟转换单元得到的模拟声音信号转换为电信号，传输至显示器进行显示。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：
所述信号传输单元还用于将所述数字/模拟转换单元得到的模拟声音信号传输至播放端进行声音的播放。
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