CN109788399A - 一种音箱的回声消除方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音箱的回声消除方法及系统，方法包括：通过麦克风阵列采集由音箱输出的音频信号；在采集音频信号中分析出频率对应的幅度特征；将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线；将频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准。通过本发明所提供的方法，可以灵活的进行测试，不同的音箱摆放位置，不同的空间布局都会得到不同的测试结果，并且该测试结果是对应实际的应用场景，从而保证了测试结果可以准确还原标准音频信号，进而解决了在不同场景下外部音箱的回声消除难题，降低了音频信号的失真。

Description

一种音箱的回声消除方法及系统

技术领域

本申请涉及音频信号处理技术领域，尤其涉及一种音箱的回声消除方法及系统。

背景技术

随着智能音箱等产品的逐渐普及，智慧家庭给人们带来越来越便利的生活体验。在其中主要的人机交互方式就是通过语音，语音识别的应用场景非常广泛，但目前的技术还无法实现100％的语音识别，尤其是远场场景。这里面最主要的技术难点就是噪音无法完全滤除，声音的噪音构成非常复杂，有各种反射路径的回声，其它音源发出的干扰声音以及背景噪音等。尤其回声消除难度最大，目前主流的回声技术有两大类，一类是设备内部回声消除技术，即设备很清楚自身输出的音频信号是什么样的，这样麦克风等声音拾取设备得到的音频信号传送到处理设备中时，设备可以将自己产生的部分声音滤除。另外一种回声消除技术就是外部消除，当设备自身发出的音频信号经过音箱发出声音后，由于音箱频率响应的非线性特征，会导致声音的失真，此时拾音设备是无法准确的提取到其接收到的声音与设备发出的声音之间的关系，也就无法准确的滤除掉这类噪声。

目前针对音箱的频率响应测试，主要是由音箱的生产厂商利用专业的频率响应测试设备，按照国际通用标准进行测试的，这也是各音箱厂家标称的频率响应参数的依据。这种测试设备价格昂贵，测试方法也比较复杂，对测试环境的要求也比较高，对于普通用户来说，甚至对音箱的频率响应是什么都不清楚，更不可能由普通用户来完成该测试了。

在当前智能音箱等产品的回声消除技术中，第一种内部回声消除的方法，只适用于整个测试环境的声音延迟特性已知的情况下，才可以准确的预估并消除回声；第二种外部回声消除方法只有在音箱频率响应曲线很好，没有太多失真的情况下比较准确，当音箱产生了比较大的失真时，即便人耳听不出来，麦克风检测到的信号也和原始发出的信号不同了，再加上复杂的空间反射导致的回声叠加影响，失真会更大。

发明内容

本发明提供了一种音箱的回声消除方法及系统，用以解决现有技术中对音箱回声的消除存在准确性较低，失真较大的问题。

其具体的技术方案如下：

一种音箱的回声消除方法，所述方法包括：

通过麦克风阵列采集由音箱输出的音频信号，其中，所述采集音频信号由扬声器输出的标准音频信号产生；

在所述采集音频信号中分析出频率对应的幅度特征；

将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线；

将所述频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准。

可选的，在通过麦克风阵列采集由音箱输出的采集音频信号之前，所述方法还包括：

生成标准音频信号，其中，所述标准音频信号为固定频率以及幅度；

通过音箱输出所述标准音频信号。

可选的，将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线，包括：

对所述采集音频信号进行模数转换处理，得到所述采集音频信号对应的数字信号；

对所述数字信号进行离散傅里叶变换处理，得到处理后的数字信号，并将处理后的数字信号发送至主控器，得到所述频率响应曲线。

可选的，在将所述频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准之后，所述方法还包括：

根据所述频率响应曲线，确定所述麦克风阵列接收到的音频信号的范围；

根据确定出的音频信号的范围，对接收到的音频信号进行回声外部消除处理。

一种音箱的回声消除系统，所述系统包括：

采集模块，用于通过麦克风阵列采集由音箱输出的采集音频信号，其中，所述采集音频信号由扬声器输出的标准音频信号产生；

处理器模块，用于在所述采集音频信号中分析出频率对应的幅度特征；将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线；将所述频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准。

可选的，所述处理器模块，具体用于生成标准音频信号；通过音箱输出所述标准音频信号，其中，所述标准音频信号为固定频率以及幅度。

可选的，所述处理器模块，具体用于对所述采集音频信号进行模数转换处理，得到所述采集音频信号对应的数字信号；对所述数字信号进行离散傅里叶变换处理，得到处理后的数字信号，并将处理后的数字信号发送至主控器，得到所述频率响应曲线。

可选的，所述处理器模块，具体用于根据所述频率响应曲线，确定所述麦克风阵列接收到的音频信号的范围；根据确定出的音频信号的范围，对接收到的音频信号进行回声外部消除处理。

通过本发明实施例所提供的方法，可以灵活的进行测试，不同的音箱摆放位置，不同的空间布局都会得到不同的测试结果，并且该测试结果是对应实际的应用场景，从而保证了测试结果可以准确还原标准音频信号，进而解决了在不同场景下外部音箱的回声消除难题，降低了音频信号的失真。

附图说明

图1为本发明实施例中一种音箱的回声消除方法的流程图；

图2为本发明实施例中回声消除系统的示意图；

图3为本发明实施例中一种音箱的回声消除系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征只是对本发明技术方案的说明，而不是限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的具体技术特征可以相互组合。

如图1所示为本发明实施例中一种音箱的回声消除方法的流程图，该方法包括：

S1，通过麦克风阵列采集由音箱输出的采集音频信号；

首先来讲，该方法应用到图2所示处理器模块中，在主控器中可以产生标准音频信号。在图2中麦克风阵列作为声音获取模块，将采集到的声音信号送到处理器模块中，音箱为待测设备，主要用于将处理器模块发出的音频信号输出，使得该音频信号可以在空间中传播。

在处理器模块生成标准音频信号，并通过音箱输出之后，麦克风阵列就采集到该标准音频信号对应的采集音频信号。这里需要说明是，该标准音频信号的频率以及幅度固定。

S2，在采集音频信号中分析出频率对应的幅度特征；

S3，将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线；

S4，将频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准。

在采集到音频信号之后，首先将该采集音频信号输入到处理器模块，通过处理器模块中的模数转换模块ADC进行模数转换，得到采集音频信号对应的数字信号，通过离散傅里叶变换DFT模块对该数字信号进行离散傅里叶变换处理，得到处理后的数字信号，将该处理后的数字信号输入到主控器进行处理。

具体来讲，在处理器模块产生的标准音频信号的特征是已知的，频率和幅度等参数都是固定值，主控器将麦克风阵列采集到的音频信号进行一系列处理之后可以得到采集音频信号的频率以及幅度特征。当标准音频信号发生器产生从低频到高频范围的音频信号后，主控器可以得到麦克风阵列采集到的对应整个频率范围的幅度值，将各个频率点的信号结合起来就可以得到该音箱在当前环境下的频率响应曲线。

根据频率响应曲线，确定麦克风阵列接收到的音频信号的范围，根据确定出的音频信号的范围，对接收到的音频信号进行回声外部消除处理。

也就是说，因为主控器发出的声音信号是标准的，幅度已知的信号，通过对比其采集到的音频信号的幅度特征，就可以得到该音箱对不同频率信号的响应曲线。在音箱和外部环境没有大变动的情况下，一般认为该环境下音箱的频率响应曲线也是固定的。得到了这种特定环境下的音箱频率响应曲线之后，主控就可以预估其发出的各种音频信号所对应的由麦克风接收到的应该是多大的音频信号了。这就为后续由主控设备自身发出的信号的回声外部消除提供了参考基准。

举例来讲，为了方便用户完成上述测试，可以将整个测试过程做成一个测试模块，比如设定为开机默认就需要进行音箱频率响应测试，用户只需要连接好设备，然后通电开启设备，然后通过遥控器或智能音箱等控制终端进行开启测试的指令，整个测试过程自动进行，用户不需要任何操作，在测试过程中保持安静，尽量减少外部干扰即可。测试完成后设备自动将测试结果保存起来，供后续的回声消除等运算操作时使用。如果用户需要查看测到的音箱频率响应曲线，主控制器也可以通过视频接口将测到的曲线图显示出来。

通过本发明实施例所提供的方法，可以灵活的进行测试，不同的音箱摆放位置，不同的空间布局都会得到不同的测试结果，并且该测试结果是对应实际的应用场景，从而保证了测试结果可以准确还原标准音频信号，进而解决了在不同场景下外部音箱的回声消除难题，降低了音频信号的失真。

对应本发明所提供的方法，本发明实施例中还提供了一种音箱的回声消除系统，如图3所示为本发明实施例中一种音箱的回声消除系统的结构示意图，该系统包括：

采集模块301，用于通过麦克风阵列采集由音箱输出的采集音频信号，其中，所述采集音频信号由扬声器输出的标准音频信号产生；

处理器模块302，用于在所述采集音频信号中分析出频率对应的幅度特征；将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线；将所述频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准。

进一步，在本发明实施例中，所述处理器模块302，具体用于生成标准音频信号；通过音箱输出所述标准音频信号，其中，所述标准音频信号为固定频率以及幅度。

进一步，在本发明实施例中，所述处理器模块302，具体用于对所述采集音频信号进行模数转换处理，得到所述采集音频信号对应的数字信号；对所述数字信号进行离散傅里叶变换处理，得到处理后的数字信号，并将处理后的数字信号发送至主控器，得到所述频率响应曲线。

进一步，在本发明实施例中，所述处理器模块302，具体用于根据所述频率响应曲线，确定所述麦克风阵列接收到的音频信号的范围；根据确定出的音频信号的范围，对接收到的音频信号进行回声外部消除处理。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改，包括采用特定符号、标记确定顶点等变更方式。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种音箱的回声消除方法，其特征在于，所述方法包括：

通过麦克风阵列采集由音箱输出的音频信号，其中，所述采集音频信号由扬声器输出的标准音频信号产生；

在所述采集音频信号中分析出频率对应的幅度特征；

将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线；

将所述频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过麦克风阵列采集由音箱输出的采集音频信号之前，所述方法还包括：

生成标准音频信号，其中，所述标准音频信号为固定频率以及幅度；

通过音箱输出所述标准音频信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线，包括：

对所述采集音频信号进行模数转换处理，得到所述采集音频信号对应的数字信号；

对所述数字信号进行离散傅里叶变换处理，得到处理后的数字信号，并将处理后的数字信号发送至主控器，得到所述频率响应曲线。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准之后，所述方法还包括：

根据所述频率响应曲线，确定所述麦克风阵列接收到的音频信号的范围；

根据确定出的音频信号的范围，对接收到的音频信号进行回声外部消除处理。

5.一种音箱的回声消除系统，其特征在于，所述系统包括：

采集模块，用于通过麦克风阵列采集由音箱输出的音频信号，其中，所述采集音频信号由扬声器输出的标准音频信号产生；

处理器模块，用于在所述采集音频信号中分析出频率对应的幅度特征；将各个频率点对应的信号相加得到音箱在当前环境下的频率响应曲线；将所述频率响应曲线作为回声外部消除的参考基准。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器模块，具体用于生成标准音频信号；通过音箱输出所述标准音频信号，其中，所述标准音频信号为固定频率以及幅度。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器模块，具体用于对所述采集音频信号进行模数转换处理，得到所述采集音频信号对应的数字信号；对所述数字信号进行离散傅里叶变换处理，得到处理后的数字信号，并将处理后的数字信号发送至主控器，得到所述频率响应曲线。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器模块，具体用于根据所述频率响应曲线，确定所述麦克风阵列接收到的音频信号的范围；根据确定出的音频信号的范围，对接收到的音频信号进行回声外部消除处理。