CN111163411B - 减少干扰音影响的方法及声音播放装置 - Google Patents

Abstract

一种减少干扰音影响的方法及声音播放装置，其中该声音播放装置包括第一麦克风及第二麦克风，该方法包括下列步骤：通过第一麦克风及第二麦克风接收输入声音，以分别取得第一声音信号及第二声音信号；根据第一声音信号的至少一定位用低频声音信号的多个声音段与第二声音信号的至少一定位用低频声音信号的多个声音段间的相位差，以分析取得多个声源定位数据；根据各声源定位数据计算输入声音的主要方向来源符合目标方位的机率；根据该机率，以调整第一声音信号的低频声音信号与第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量。

Description

减少干扰音影响的方法及声音播放装置

技术领域

本发明是关于一种减少干扰音影响的方法，特别是一种借由消除干扰音来减少干扰音影响的方法及声音播放装置。

背景技术

早期的助听器仅有单一麦克风进行收音，因此，听障者不论是通过第一扬声器抑或第二扬声器，所听到的声音都是相同的。为使听障者在使用助听器时，可以有更为接近真实的听觉感受，现有助听器的麦克风多为两个，且于听障者使用时，麦克风会分别位在左耳及右耳上。

此外，现有部分的智能型手机或平板计算机等手持装置也会配备有两个麦克风，通常会分别设置在装置的顶端和底端，间隔有一定距离。

又双麦克风的设置固然可大大提升收音的范围及效果，但相对地常常也会收集到环境中的干扰音，导致语音内容会听不清楚。故思考应如何消除或减少干扰音的音量，实为助听器研发上的重要课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种减少干扰音影响的方法及执行该方法的声音播放装置。

为达成上述的目的，本发明的减少干扰音影响的方法适用于一声音播放装置，其中该声音播放装置包括第一麦克风及第二麦克风。本发明的减少干扰音影响的方法包括下列步骤：通过第一麦克风及第二麦克风接收输入声音，以分别取得第一声音信号及第二声音信号，该第一声音信号包含至少一第一定位用判断信号及该第二声音信号包含至少一第二定位用判断信号，及该至少一第一定位用判断信号与该至少一定位用判断信号皆具有多个声音段，其中该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号皆具有一选定频率，该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号的波长大于该第一麦克风与该第二麦克风之间的一距离；判断该第一定位用判断信号与该第二定位用判断信号中在一预定帧数中具有相同的该选定频率的各该些同一声音段的多个相位差；根据各该些相位差，以分析取得多个声源定位数据；根据各声源定位数据计算输入声音的主要方向来源符合目标方位的机率；根据输入声音的主要方向来源符合目标方位的机率，以调整第一声音信号的低频声音信号与第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量。

本发明的声音播放装置包括第一麦克风、第二麦克风及微控制器。第一麦克风用以接收输入声，以取得第一声音信号，该第一声音信号包含至少一第一定位用判断信号。第二麦克风用以接收同一输入声音，以取得第二声音信号，该第二声音信号包含至少一第二定位用判断信号。该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号皆具有一选定频率，该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号的波长大于该第一麦克风与该第二麦克风之间的一距离。该至少一第一定位用判断信号与该至少一定位用判断信号皆具有多个声音段。微控制器与第一麦克风及第二麦克风电性连接，所述微控制器包括低频音频分析模块、计算模块及低频音频处理模块。低频音频分析模块用以判断该第一定位用判断信号与该第二定位用判断信号中在一预定帧数中具有相同的该选定频率的各该些同一声音段的多个相位差，及根据各该些相位差，以分析取得多个声源定位数据。计算模块用以根据各声源定位数据计算输入声音的主要方向来源符合目标方位的机率。低频音频处理模块用以根据输入声音的主要方向来源符合目标方位的机率，以调整第一声音信号的低频声音信号与第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量。

附图说明

图1为本发明的声音播放装置的装置架构图。

图2为本发明的声音播放装置的一实施例的示意图。

图3为本发明的声音播放装置的另一实施例的示意图。

图4为本发明的减少干扰音影响的方法的步骤流程图。

其中附图标记为：

声音播放装置1 第一麦克风10

第二麦克风20 微控制器30

低频音频分析模块31 计算模块33

低频音频处理模块35 滤波模块37

第一扬声器40 第二扬声器50

左输出声音信号81 右输出声音信号82

输入声音90A、90B 第一声音信号91

第二声音信号92

具体实施方式

为能让贵审查委员能更了解本发明的技术内容，特举较佳具体实施例说明如下。

请先参考图1为关于本发明的声音播放装置的装置架构图。

如图1所示，本发明的声音播放装置1包括有第一麦克风10、第二麦克风20、微控制器30、第一扬声器40及第二扬声器50。如图2所示，在本发明的一具体实施例中，声音播放装置1为一助听器；当使用者配戴使用本发明的助听器时，第一麦克风10与第二麦克风20会分别位于用户的左耳及右耳上。此时，第一麦克风10与第二麦克风20间的距离D约10-30厘米，即大约相当于人脸宽度大小。如图3所示，在本发明的另一具体实施例中，声音播放装置1为一智能型手机，且第一麦克风10与第二麦克风20分别位于该智能型手机相对应的两端处，两者间的距离D约7-15厘米，视手机长度而定。惟本发明的声音播放装置1并不以前揭助听器或智能型手机为限，其也可为平板计算机或其他设有双麦克风的电子装置，当声音播放装置1为平板计算机时，第一麦克风10与第二麦克风20间的距离大约为20-40厘米。

在本发明的一实施例中，第一麦克风10及第二麦克风20可接收来自外界的输入声音90A或90B。当第一麦克风10接收输入声音90A或90B后，会产生取得一第一声音信号91，第一声音信号91包含多个第一定位用判断信号。当第二麦克风20接收输入声音90A或90B后，会产生取得第二声音信号92，第二声音信号92包含多个第二定位用判断信号。各该些第一定位用判断信号具有一选定频率，且各该些第二定位用判断信号也具有相对应的选定频率。各该些第一定位用判断信号的波长与各该些第二定位用判断信号的波长大于第一麦克风10与第二麦克风20之间的一距离。第一定位用判断信号的选定频率是变化的，并选自500赫兹至1500赫兹之间，第二定位用判断信号的选定频率也是变化的，并选自500赫兹至1500赫兹之间。在本发明的一具体实施例中，第一定位用判断信号与第二定位用判断信号的选定频率皆选自500赫兹至1500赫兹之间，但本发明不以此为限。各该些第一定位用判断信号与各该些第二定位用判断信号皆具有多个声音段。

在本发明的一实施例中，微控制器30与第一麦克风10及第二麦克风20电性连接。微控制器30包括有低频音频分析模块31、计算模块33、低频音频处理模块35及滤波模块37。需注意的是，上述各个模块除可配置为硬件装置、软件程序、韧体或其组合外，亦可借电路回路或其他适当型式配置；并且，各个模块除可以单独的型式配置外，亦可以结合的型式配置。一个较佳实施例是各模块皆为软件程序储存于微控制器30的内存(图未示)上，借由微控制器30中的处理器(图未示)执行各模块以达成本发明的功能。此外，本实施方式仅例示本发明的较佳实施例，为避免赘述，并未详加记载所有可能的变化组合。然而，本领域的通常知识者应可理解，上述各模块未必皆为必要。且为实施本发明，亦可能包含其他较细节的习知模块或组件。各模块或组件皆可能视需求加以省略或修改，且任两模块间未必不存在其他模块或组件。

在本发明的一实施例中，低频音频分析模块31用以判断第一定位用判断信号与第二定位用判断信号中在一预定帧数中具有相同的选定频率的各该些同一声音段的多个相位差，接着根据各该些相位差，以分析取得多个声源定位数据。在本发明的具体实施例中，定位用低频声音信号的频率介于500赫兹(Hz)至1500赫兹(Hz)之间，但本发明不以此为限。关于低频音频分析模块51如何分析取得声源定位数据，在以下会有详细的说明，在此暂不予赘述。

在本发明的一实施例中，计算模块33用以根据各声源定位数据计算输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率。关于计算模块33如何计算输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率，以下会有详细的说明，在此暂不予赘述。

在本发明的一实施例中，低频音频处理模块35用以根据输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率，以调整第一声音信号91的低频声音信号与第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量，其中符合目标方位的机率越高，第一声音信号的低频声音信号与第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量就会被调降的越少。在本发明的具体实施例中，所称低频声音信号是指频率在4000赫兹以下的声音信号，但本发明不以此为限。关于如何根据计算取得的机率来调整低频声音信号的声音音量，以下会有详细的说明，在此暂不予赘述。

在本发明的一实施例中，滤波模块37用以记录第一声音信号91的低频声音信号与第二声音信号92的低频声音信号的音量变化，并进行平滑化处理。关于如何对低频声音信号为平滑化处理，在以下会有详细的说明，在此暂不予赘述。

在本发明的一实施例中，第一扬声器40用以根据接收到的左输出声音信号81播放声音，其中左输出声音信号81是第一声音信号91经由微控制器30处理后所产生。第二扬声器50用以根据接收到的右输出声音信号82播放声音，其中右输出声音信号82是第二声音信号92经由微控制器50处理后所产生。

接着，请参考图4关于本发明的减少干扰音影响的方法的步骤流程图。惟需注意的是，以下虽是以前揭所述的声音播放装置1为例，说明本发明的减少干扰音影响的方法，但本发明揭示的方法并不以应用于该声音播放装置1为限。

首先，执行步骤S1：通过第一麦克风10及第二麦克风20接收输入声音90A或90B，以分别取得第一声音信号91及第二声音信号92。

当用户使用本发明的声音播放装置1时，可通过第一麦克风10及第二麦克风20接收由外界传来的输入声音90A或90B。当第一麦克风10接收输入声音90A或90B后会产生取得第一声音信号91，第一声音信号91包含多个第一定位用判断信号。当第二麦克风20接收输入声音90A或90B后会产生取得第二声音信号92，第二声音信号92包含多个第二定位用判断信号。各该些第一定位用判断信号具有一选定频率，且各该些第二定位用判断信号也具有相对应的选定频率。各该些第一定位用判断信号的波长与各该些第二定位用判断信号的波长大于第一麦克风10与第二麦克风20之间的一距离。第一定位用判断信号的选定频率是变化的，及第二定位用判断信号的选定频率也是变化的。在本发明的一具体实施例中，第一定位用判断信号与第二定位用判断信号的选定频率皆选自500赫兹至1500赫兹之间，但本发明不以此为限。各该些第一定位用判断信号与各该些第二定位用判断信号皆具有多个声音段。第一声音信号91及第二声音信号92均会被传送到微控制器30。

执行步骤S2：判断该第一定位用判断信号与该第二定位用判断信号中在一预定帧数中具有相同的该选定频率的各该些同一声音段的多个相位差，接着根据各该些相位差，以分析取得多个声源定位数据。

当用户使用本发明的声音播放装置1时，第一麦克风10与第二麦克风20会分别位于相对应的两端处且两者间的距离为L厘米，其中7≦L≦40。由于声波传递至第一麦克风10和第二麦克风20的时间会有所落差，故借由比较第一声音信号91与第二声音信号92的相位差，可分析判断出输入声音90A或90B的主要方向来源。

由于声音信号的波长若小于第一麦克风10与第二麦克风20间隔的距离时，会导致欲比较的信号判别上的困难，因此，在具体实施上，本发明的微控制器30的低频音频分析模块31仅会撷取第一声音信号91及第二声音信号92中，频率在特定范围的声音信号作为定位判断之用(即第一定位用判断信号及第二定位用判断信号)。在本发明的具体实施例中，第一定位用判断信号及第二定位用判断信号分别包含频率为500、700、900、1100、1300及1500赫兹的声音信号，但本发明不以此为限。

除此之外，为求更精准判断输入声音90A或90B的来源方位，本发明的本发明的微控制器30的低频音频分析模块31进一步地会对于各第一定位用判断信号及各第二定位用判断信号做多个声音段的取样。也就是，各第一定位用判断信号与各第二定位用判断信号皆具有多个声音段。举例来说，对第一声音信号91及第二声音信号92中，各定位用低频声音信号取前10帧(frame)的声音段作为判断数据。

据此，本发明的微控制器30的低频音频分析模块31是根据第一声音信号91和第二声音信号92中，频率相同的第一定位用判断信号及第二定位用判断信号的同一声音段的相位差，分析判断输入声音90A或90B是否来自目标方位，并由各判断结果取得多个声源定位数据。在本发明的具体实施例中，假设根据第一声音信号91和第二声音信号92中，频率为500赫兹的第一定位用判断信号及第二定位用判断信号的第1帧的声音段，判断出输入声音90A是来自目标方位，此时取得代号「1」的声源定位数据；又假设根据第一声音信号91和第二声音信号92中，频率为500赫兹的第一定位用判断信号及第二定位用判断信号的第2帧的声音段，判断出输入声音90B并非来自目标方位，则取得代号「0」的声源定位数据，其余声音段亦依照判断结果取得对应的声源定位数据。同理，第一声音信号91和第二声音信号92中，其他频段的第一定位用判断信号及第二定位用判断信号亦可依照相同方式取得对应的声源定位数据。

一般而言，在与人交谈时，说话者和受话者通常会是面对面的，故一旦第一麦克风10与第二麦克风20所接收到的输入声音90A的主要来源方向是来自使用者正前方时，可将该输入声音90A认定为非干扰音。反之，如果输入声音90B的主要来源方向并非来自正前方时，则认定该输入声音90B为干扰音。同样地，当使用者手持智能型手机或平板计算机通过网络来与其他人联机游戏时，如欲和其他游戏参与者语音通话时，亦会以脸正向智能型手机或平板计算机屏幕说话。因此，在本发明的实施例中，前揭所称「目标方位」是指第一麦克风10及第二麦克风20分别位于相对应的两侧时，由第一麦克风10至第二麦克风20的直线中点，以扇形方式向使用者正前方延伸出去的范围，其中扇形夹角θ为40度(参图1虚线标示)，但本发明不以此为限。由于利用同一声源所产生的不同声音信号的相位差以分析该声源的方位为现有的习用技术，已为熟悉声音处理技术领域中具有通常知识者所熟知，故在此即不再多做赘述。

执行步骤S3：根据各声源定位数据计算输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率。

于步骤S2中取得多个声源定位数据后，本发明的微控制器30的计算模块33会根据各声源定位数据计算输入声音90A、90B的主要方向来源符合目标方位的机率。在本发明具体实施中，如上所述，假设根据第一声音信号91和第二声音信号92中，频率为500赫兹的第一定位用判断信号及第二定位用判断信号的前10帧的声音段所取得的多个声源定位数据分别为﹝1,0,1,1,1,1,0,1,0,1﹞，则计算输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率为70％(计算式：7/10*100％)。同理，根据其他频段之前10帧的声音段取得的多个声源定位数据，也可各自计算出输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率，假设分别为80％、80％、80％、70％及70％。最后，计算模块33会以此6个机率的平均机率，即75％(计算式：(70+80+80+80+70+70)/6*％)，作为输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率。

执行步骤S4：根据输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率，以调整第一声音信号91的低频声音信号与第二声音信号92的低频声音信号被输出时的声音音量。

在本发明具体实施例中，假设计算出输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率为75％，则微控制器30的低频音频处理模块35会将第一声音信号91的低频声音信号与第二声音信号92的低频声音信号被输出时的声音音量减少25％，亦即低频音频处理模块35会将第一声音信号91的低频声音信号与第二声音信号92的低频声音信号原本被输出时的音量乘上计算取得的机率的数值，作为第一声音信号91的低频声音信号与第二声音信号92的低频声音信号调整后被输出的音量。换句话说，如果输入声音90A或90B的主要方向来源符合目标方位的机率越高，则第一声音信号91的低频声音信号与第二声音信号92的低频声音信号被输出的音量就会被调降越少。在本发明的具体实施例中，此处所称的低频声音信号是指频率在4000赫兹(Hz)以下的声音信号，也就是说，只有频率在4000赫兹(Hz)以下的声音音量会被调整。惟需注意的是，本发明的音量调整方式并不以前揭所述方式为限，也可根据计算出的不同机率值各自定义需要调整的音量大小，并不以原先输出的音量乘上机率数值的方式为限。

执行步骤S5：记录第一声音信号的低频声音信号与第二声音信号的低频声音信号的音量变化，并进行平滑化处理。

由于各低频段的声音信号突然地骤降会导致声音变得很不自然，因此，在执行步骤S4后，本发明的微控制器30的滤波模块37会记录第一声音信号91的低频声音信号与第二声音信号92的低频声音信号的音量变化，并进行平滑化处理。具体实施例中，滤波模块37可依据公式：Y(n)＝Y(n)*α+Y(n-1)*(1-α)对低频声音信号做平滑化处理，其中0＜α＜1，具体实施例可为0.9；Y(n)表示当前的低频声音信号，Y(n-1)表示前一帧的低频声音信号。由于平滑化处理为信号处理领域常见的技术，其相关技术及原理已散见在许多文献上，且本发明并不限定以特定方式实施，故在此不再多做赘述。

经由前揭说明可知，当本发明的减少干扰音影响的方法应用于助听器时，可消除目标方位以外的声音，或降低目标方位以外声音的音量，让助听器的使用者可以把说话者说的话听得更清楚。又当本发明的减少干扰音影响的方法应用于智能型手机或平板计算机时，可在以智能型手机进行网络联机游戏时，借由消除目标方位以外的声音，或降低目标方位以外声音的音量，来使联机游戏的其他参与者把说话者的声音听得更清楚。

Claims (14)

1.一种减少干扰音影响的方法，用于一声音播放装置，其特征在于，该声音播放装置包括一第一麦克风及一第二麦克风，该方法包括下列步骤：

通过该第一麦克风及该第二麦克风接收一输入声音，以分别取得一第一声音信号及一第二声音信号，该第一声音信号包含至少一第一定位用判断信号及该第二声音信号包含至少一第二定位用判断信号，及该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号皆具有多个声音段；

其中该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号皆具有一选定频率，该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号的波长大于该第一麦克风与该第二麦克风之间的一距离，其中，该至少一第一定位用判断信号及该至少一第二定位用判断信号的数量为多个皆具有多个声音段，该选定频率是变化的；

判断该第一定位用判断信号与该第二定位用判断信号中在一预定帧数中具有相同的该选定频率的每个同一声音段的多个相位差；

根据各该些相位差，以分析取得多个声源定位数据；

根据各该声源定位数据计算该输入声音的一主要方向来源符合一目标方位的一机率；以及

根据该机率，以调整该第一声音信号的低频声音信号与该第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该机率越高，该第一声音信号的低频声音信号与该第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量被调降的越少。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该选定频率选自500赫兹至1500赫兹之间。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一声音信号的低频声音信号及该第二声音信号的低频声音信号的频率在4000赫兹以下。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，更包括下列步骤：

记录该第一声音信号的低频声音信号与该第二声音信号的低频声音信号的音量变化，并进行平滑化处理。

6.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，该第一麦克风与该第二麦克风间的距离为L厘米，7≦L≦40。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，该声音播放装置为一助听器、一智能型手机或一平板计算机。

8.一种声音播放装置，其特征在于，包括：

一第一麦克风，用以接收一输入声音，以取得一第一声音信号，该第一声音信号包含至少一第一定位用判断信号；

一第二麦克风，用以接收该输入声音，以取得一第二声音信号，该第二声音信号包含至少一第二定位用判断信号，及该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号皆具有多个声音段；

其中该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号皆具有一选定频率，该至少一第一定位用判断信号与该至少一第二定位用判断信号的波长大于该第一麦克风与该第二麦克风之间的一距离，其中，该至少一第一定位用判断信号及该至少一第二定位用判断信号的数量为多个皆具有多个声音段，该选定频率是变化的；以及

一微控制器，与该第一麦克风及该第二麦克风电性连接，该微控制器包括：

一低频音频分析模块，用以判断该第一定位用判断信号与该第二定位用判断信号中在一预定帧数中具有相同的该选定频率的每个同一声音段的多个相位差，及根据各该些相位差，以分析取得多个声源定位数据；

一计算模块，用以根据各该声源定位数据计算该输入声音的一主要方向来源符合一目标方位的一机率；以及

一低频音频处理模块，用以根据该机率，以调整该第一声音信号的低频声音信号与该第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量。

9.如权利要求8所述的声音播放装置，其特征在于，该机率越高，该第一声音信号的低频声音信号与该第二声音信号的低频声音信号被输出时的声音音量被调降的越少。

10.如权利要求8所述的声音播放装置，其特征在于，该选定频率选自500赫兹至1500赫兹之间。

11.如权利要求8所述的声音播放装置，其特征在于，该第一声音信号的低频声音信号及该第二声音信号的低频声音信号的频率在4000赫兹以下。

12.如权利要求8至10任一项所述的声音播放装置，其特征在于，该微控制器更包括一滤波模块，该滤波模块用以记录该第一声音信号的低频声音信号与该第二声音信号的低频声音信号的音量变化，并进行平滑化处理。

13.如权利要求8至10任一项所述的声音播放装置，其特征在于，该第一麦克风与该第二麦克风间的距离为L厘米，7≦L≦40。

14.如权利要求13所述的声音播放装置，其特征在于，该声音播放装置为一助听器、一智能型手机或一平板计算机。

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