CN111510807A - 耳机和语音信号的获取方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种耳机和语音信号的获取方法，属于音频设备领域。该耳机包括壳体、扬声器和麦克风组件，所述扬声器和所述麦克风组件均位于所述壳体内，所述壳体包括具有相对的第一端和第二端的入耳部和连接在所述入耳部的第一端的主体部，所述扬声器位于所述主体部内，所述麦克风组件位于所述入耳部的第二端内。通过将麦克风组件安装在入耳部的第二端，使用者在说话时产生的人声直接经由使用者的身体传播到耳道并由耳道深处向耳外传播，由麦克风组件从使用者的耳内采集使用者的说话声而不从外界采集，这样可以减小外部环境对人声的影响，使收听方能够更清楚地听到使用者的声音，提高使用耳机时的通话质量。

Description

耳机和语音信号的获取方法

技术领域

本公开涉及音频设备领域，特别涉及一种耳机和语音信号的获取方法。

背景技术

随着科技不断进步，电子产品，如手机、电子阅读器、以及计算机等，已经成为人们生活的必需品。在使用电子产品听音乐、看视频或通电话时，为了不影响周围的人，使用者通常会使用耳机。

传统的有线耳机，通常在线控盒上设置有麦克风，可以方便使用者进行通话。但由于有线耳机使用不方便，因此已经逐渐被无线耳机所代替，例如TWS(True WirelessStereo，真正无线立体声)蓝牙耳机。无线耳机由于无法设置线控盒，因此麦克风通常直接设置在耳机的本体部分。例如部分耳机通常包括位于耳内的部分和位于耳外的部分，其中位于耳外的部分通常呈柄状，在佩戴时，位于耳外的部分大致朝向使用者的嘴部，麦克风则位于该部分的端部，用来收集使用者说话的声音。

这种耳机在佩戴时，麦克风离使用者的嘴比较远，因此通话时人声到达麦克风时声压很小，接近环境中的声音，导致人声常常和环境声音混合，使得通话时的接听方难以听清。

发明内容

本公开实施例提供了一种耳机和语音信号的获取方法，能够提高使用耳机通话时的通话质量。所述技术方案如下：

一方面，本公开实施例提供了一种耳机，所述耳机包括壳体、扬声器和麦克风组件，所述扬声器和所述麦克风组件均位于所述壳体内，所述壳体包括具有相对的第一端和第二端的入耳部、连接在所述入耳部的第一端的主体部，所述扬声器位于所述主体部内，所述麦克风组件位于所述入耳部的第二端内。

可选地，所述麦克风组件包括麦克风和麦克风安装管，所述麦克风安装管连接在所述入耳部内，所述麦克风位于所述麦克风安装管中。

可选地，所述入耳部呈管状，所述麦克风安装管连接在所述入耳部的内壁上，所述麦克风安装管的外壁与所述入耳部的内壁之间具有出音通道。

可选地，所述出音通道呈环状。

可选地，所述麦克风安装管一端的端面与所述入耳部的第二端的端面平齐。

可选地，所述麦克风安装管的外侧壁上具有连接臂，所述连接臂与所述入耳部的内壁连接。

可选地，所述麦克风安装管的内壁具有环状的轴向定位台阶，所述麦克风位于所述轴向定位台阶上。

可选地，所述主体部内设置有安装板，所述安装板与所述壳体的内壁形成两个腔体，所述安装板上具有连通所述两个腔体的传声孔，所述扬声器位于所述安装板上，所述扬声器和所述麦克风组件分别位于所述两个腔体中。

可选地，所述耳机还包括耳帽，所述耳帽套设在所述入耳部上。

另一方面，本公开实施例还提供了一种语音信号的获取方法，所述方法适用于如前一方面所述的耳机，所述方法包括：

获取耳道内的声信号，所述声信号为所述耳机的麦克风组件从耳道内采集的语音信号与扬声器信号的混合信号；

从所述声信号中提取所述语音信号。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过在耳机的壳体内设置扬声器和麦克风组件，壳体包括入耳部和主体部，入耳部具有相对的第一端和第二端，在佩戴时入耳部可以伸入使用者的耳道中。入耳部的第一端与主体部相连，而扬声器位于主体部中，这样扬声器发出的声音可以经由入耳部传到使用者耳内。通过将麦克风组件安装在入耳部的第二端，使用者在说话时产生的人声就可以直接经由使用者的身体传播到耳道，并由耳道深处向耳外传播，由麦克风组件从使用者的耳道内采集使用者的说话声，而不从外界采集，这样可以减小外部环境对人声的影响，使收听方能够更清楚地听到使用者的声音，提高使用耳机进行通话时的通话质量。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术中的一种耳机的使用状态示意图；

图2是本公开实施例提供的一种耳机的结构图；

图3是本公开实施例提供的耳机的佩戴示意图；

图4是图2中的局部结构示意图；

图5是图4中的C-C截面图；

图6是本公开实施例提供的一种麦克风组件的结构示意图；

图7是本公开实施例提供的一种耳机的结构示意图；

图8是本公开实施例提供的一种耳机的局部结构示意图；

图9是本公开实施例提供的壳体的入耳部的端面示意图；

图10是本公开实施例提供的一种语音信号的获取方法流程图；

图11是本公开实施例提供的一种从声信号中提取语音信号的原理图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1是相关技术中的一种耳机的使用状态示意图。如图1所示，该耳机包括主体1和一个呈柄状的部分2，麦克风4位于该部分2的末端，不同的耳机呈柄状的部分2长度可能不同。佩戴后呈柄状的部分2位于使用者的耳廓3外，并大致向嘴巴的方向延伸。在通话时，使用者的声音经由空气传播到麦克风4。由于距离较远，因此麦克风4采集到的人声即使用者说话发出的声音，很容易受到环境声音的干扰，尤其在比较嘈杂的环境中。因此使用者在使用耳机与他人通话时，对方会难以听清使用者的声音。

图2是本公开实施例提供的一种耳机的结构图。该耳机可以是有线耳机也可以是无线耳机。其中无线耳机可以包括TWS耳机、红外线耳机、2.4G耳机。无线耳机可以作为终端设备的配件用于通话，通话场景包括但不限于室内通话场景、户外通话场景、车载通话场景。通话场景可以包括安静通话场景、嘈杂通话场景(例如街道、商场、机场、车站、工地、在雨中、看比赛、音乐会等场景)、骑行通话场景、户外有风通话场景、单耳通话场景、双耳通话场景。终端设备包括但不限于手持设备、车载设备、可穿戴设备、计算设备。终端设备可以包括蜂窝电话(cellular phone)、智能手机(smart phone)、个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)电脑、平板型电脑、车载电脑、智能手表(smart watch)、智能手环(smart wristband)、计步器(pedometer)以及其他具有通话功能的终端设备。下面将以TWS耳机为例进行说明。

如图2所示，该耳机包括壳体10、扬声器20和麦克风组件30。扬声器20和麦克风组件30均位于壳体10内。

壳体10包括具有相对的第一端和第二端的入耳部101和连接在入耳部101的第一端的主体部102。扬声器20位于主体部102内，麦克风组件30位于入耳部101的第二端内。

图3是本公开实施例提供的耳机的佩戴示意图。如图3所示，图3中示出了麦克风组件30从耳道内采集声音的过程。使用者在说话时产生的人声直接经由使用者的身体传播到耳道，并从耳道深处向耳外传播，最终由麦克风组件30采集。

通过在耳机的壳体内设置扬声器和麦克风组件，壳体包括入耳部和主体部，入耳部具有相对的第一端和第二端，在佩戴时入耳部可以伸入使用者的耳道中。入耳部的第一端与主体部相连，而扬声器位于主体部中，这样扬声器发出的声音可以经由入耳部传到使用者耳内。通过将麦克风组件安装在入耳部的第二端，使用者在说话时产生的人声就可以直接经由使用者的身体传播到耳道，并由耳道深处向耳外传播，由麦克风组件从使用者的耳道内采集使用者的说话声，而不从外界采集，这样可以减小外部环境对人声的影响，使收听方能够更清楚地听到使用者的声音，提高使用耳机进行通话时的通话质量。

图4是图2中的局部结构示意图。如图4所示，麦克风组件30可以包括麦克风301和麦克风安装管302。麦克风安装管302连接在入耳部101内，麦克风301位于麦克风安装管302中。通过麦克风安装管302安装麦克风301，麦克风安装管302的管腔可以作为拾音通道B，由耳道深处传播而来的人声可以进入拾音通道B被麦克风301采集。

可选地，入耳部101可以呈管状，麦克风安装管302可以连接在入耳部101的内壁上，麦克风安装管302的外壁与入耳部101的内壁之间具有出音通道A。麦克风安装管302的外壁与入耳部101的内壁之间的间隙构成了耳机的出音通道A，扬声器20发出的声音可以通过出音通道A向耳机外传播。通过在呈管状的入耳部101的内壁上设置麦克风安装管302，可以方便麦克风组件30的固定安装。

如图4所示，麦克风安装管302一端的端面可以与入耳部101的第二端的端面平齐。将麦克风安装管302安装在入耳部101内，并且使麦克风安装管302一端的端面与入耳部101的第二端的端面平齐，可以在麦克风组件30不伸出入耳部101的情况下使得耳机在佩戴时，麦克风301更接近耳道深处，有利于麦克风301从耳道深处采集人声。

图5是图4中的C-C截面图。如图5所示，麦克风安装管302的外侧壁上可以具有连接臂3023。连接臂3023可以与入耳部101的内壁连接。利用连接臂3023连接麦克风安装管302的外壁和入耳部101的内壁，有利于减小麦克风组件30与壳体10的接触面积，使得只有很少的声音可以通过壳体10、麦克风安装管302传播到麦克风301，大部分声音只能通过空气传播到麦克风301，而声音在气体中传播时的能量损耗比声音在固体中传播时的能量损耗要大得多，因此可以有利于减小扬声器20对麦克风301的影响。

麦克风安装管302的外侧壁上可以具有1～4个连接臂3023。连接臂3023的数量过少会导致麦克风安装管302安装不稳固，容易产生振动，数量过多则会增大麦克风组件30与壳体10的接触面积，并且还会对声音在出音通道A中的传播产生一定影响。

示例性地，麦克风安装管302的外侧壁上可以具有3个连接臂3023，3个连接臂3023可以绕麦克风安装管302周向间隔分布，3个连接臂3023可以较好地支撑麦克风安装管302，使麦克风安装管302稳固地安装到入耳部101内。3个连接臂3023可以等角度间隔分布，有利于进一步提高麦克风安装管302的稳固程度。

如图5所示，麦克风安装管302可以与入耳部101同轴布置。这样可以使麦克风安装管302的外壁与入耳部101的内壁之间的间隙，即出音通道A呈环状，扬声器20发出的声音可以更加均匀的从出音通道A传入耳内。

在其他可能的实现方式中，麦克风安装管302的外侧壁也可以直接与入耳部101的内壁接触相连，这样不需要在麦克风安装管302的外侧壁设置连接臂3023。

图6是本公开实施例提供的一种麦克风组件的结构示意图。如图6所示，麦克风安装管302的内壁可以具有环状的轴向定位台阶302a，麦克风301位于轴向定位台阶302a上。

轴向定位台阶302a可以为麦克风301提供轴向的安装定位，方便将麦克风301设置到麦克风安装管302内。

示例性地，麦克风安装管302可以包括同轴的第一管体3021和第二管体3022，其中，第一管体3021的一端可以与入耳部101的第二端的端面平齐，第一管体3021的另一端与第二管体3022连接，第二管体3022的内径可以大于第一管体3021的内径，这样在第一管体3021和第二管体3022的连接处就形成了呈环形的轴向定位台阶302a。麦克风301可以安装在第二管体3022中，第一管体3021则提供采集声音的拾音通道B。

第二管体3022的外径与第一管体3021的外径可以相同也可以不同，例如图6中所示，第二管体3022的外径可以大于第一管体3021的外径。由于第二管体3022的内径大于第一管体3021的内径，因此将第二管体3022的外径也设置的大于第一管体3021的外径，使第二管体3022的管壁不会过薄，能提高第二管体3022的结构强度。在加工制作时，麦克风安装管302的第一管体3021的壁厚和第二管体3022的壁厚可以相同。

麦克风301与第二管体3022可以过盈配合，以将麦克风301固定在第二管体3022中，或者麦克风301也可以通过粘合剂粘接到第二管体3022中，以避免麦克风301松动。

前述的连接臂3023可以位于第一管体3021也可以位于第二管体3022，作为一种示例，图5中所示的连接臂3023位于第二管体3022的外壁上。由于麦克风301安装在第二管体3022，这使得麦克风组件30的大部分质量集中在第二管体3022，将连接臂3023布置在第二管体3022的外壁上可以使麦克风组件30更稳固，降低耳机使用过程中，麦克风组件30产生的震动。

再次参照图4，主体部102内设置有安装板103，安装板103与壳体10的内壁形成两个腔体，安装板103上具有连通两个腔体的传声孔103a，扬声器20位于安装板103上，扬声器20和麦克风组件30分别位于两个腔体中。通过设置安装板103可以方便扬声器20的固定。

扬声器20发出的声音可以通过传声孔103a穿过安装板103。安装板103将主体部102内分隔为前腔体和后腔体两部分，其中前腔体与入耳部101连通。扬声器20位于后腔体中。

安装板103上可以具有一个或一个以上的传声孔103a。作为示例，图4中所示的安装板103具有一个传声孔103a。传声孔103a可以正对扬声器20上用于振动发声的部位，以利于扬声器20发出的声音向入耳部101传播。

图7是本公开实施例提供的一种耳机的结构示意图。如图7所示，壳体10可以包括第一壳体11和第二壳体12，第一壳体11和第二壳体12可以可拆卸连接，也可以固定连接。入耳部101可以由第一壳体11的一部分形成。安装板103可以位于第一壳体11上。

在组装耳机时，可以先将扬声器20固定到位于第一壳体11的安装板103上，然后再将第一壳体11连接到第二壳体12上。第一壳体11和第二壳体12可以通过螺纹连接，或者也可以通过粘合剂粘接。

如图7所示，主体部102由第一壳体11上除入耳部101以外的部分以及第二壳体12形成。主体部102可以呈球形、椭球形等。主体部102只需要可以容纳扬声器20即可。

示例性地，主体部102还可以是圆柱形或是其他不规则的形状。以主体部102呈球形为例，第一壳体11上除入耳部101以外的部分可以呈球冠形，第二壳体12也可以呈球冠形。入耳部101可以呈圆柱形，以方便佩戴时将入耳部101放入耳道内。

可选地，壳体10可以采用金属或塑料制作。

示例性地，壳体10可以采用不锈钢、铜等金属制作。

如图7所示，该耳机还可以包括电池模块40，电池模块40可以连接在壳体10的主体部102上。电池模块40可以用于为麦克风301、扬声器20供电。

电池模块40可以包括外壳41和位于外壳41内的电池42。电池模块40的外壳41可以与主体部102可拆卸连接，这样可以方便对电池模块40整体进行更换。

可选地，电池模块40的外壳41可以与主体部102固定连接，电池模块40的外壳41上可以具有可启闭的电池盖43，这样可以通过开启电池盖43，对电池42进行更换。电池模块40的外壳41上还可以具有充电接口，这样就可以通过充电设备对电池42进行充电。

示例性地，充电接口可以位于电池模块40远离主体部102一端的端部。

图8是本公开实施例提供的一种耳机的局部结构示意图。如图8所示，该耳机还可以包括耳帽50，耳帽50套设在入耳部101上。通过设置耳帽50，可以使耳机佩戴起来更加舒适。

可选地，耳帽50可以由硅胶或海绵等柔性材料制成。硅胶和海绵均质地柔软，能进一步提高舒适度。

入耳部101与耳帽50之间可以具有限位结构，该限位结构可以用于防止耳帽50从入耳部101上松脱。例如如图8所示，入耳部101的外壁上可以具有外凸缘1011，耳帽50上可以对应设置有环状凹槽，在将耳帽50安装到入耳部101上时，外凸缘1011可以位于耳帽50的环状凹槽中，通过外凸缘1011与环状凹槽的配合，可以防止耳帽50松脱。

图9是本公开实施例提供的壳体的入耳部的端面示意图。如图9所示，入耳部101的第二端的端部可以设置有防尘网60，防尘网60可以防止尘土等颗粒进入耳机内部，污染耳机，影响耳机正常工作，从而在一定程度上保证了耳机的清洁，保证了耳机的音质。

如图9所示，防尘网60可以同时对出音通道A和拾音通道B提供遮挡，避免尘土等杂质进入麦克风安装管302或壳体10。

示例性地，防尘网60可以是尼龙防尘网或金属防尘网。

该耳机内还可以设置有数模转换电路和模数转换电路，数模转换电路可以与扬声器20连接，模数转换电路可以与麦克风301连接。通过数模转换电路可以将由与耳机连接的设备提供的数字信号转换为模拟信号，并将得到的模拟信号输出到扬声器20，使扬声器20发声。通过模数转换电路可以将麦克风301输出的模拟信号转换为数字信号，并将得到的数字信号输出到与耳机连接的设备。示例性地，与耳机连接的设备可以是手机、笔记本电脑等。耳机与电子设备之间的连接可以是有线连接也可以是无线连接。

图10是本公开实施例提供的一种语音信号的获取方法流程图。该方法适用于图2～图9所示的任一种耳机。如图10所示，该方法包括：

S11：获取耳道内的声信号。

其中，声信号为耳机的麦克风组件30从耳道内采集的语音信号与扬声器信号的混合信号。

S12：从声信号中提取语音信号。

语音信号为记录使用者的人声的信号。

通过在耳机的壳体内设置扬声器和麦克风组件，壳体包括入耳部和主体部，入耳部具有相对的第一端和第二端，在佩戴时入耳部可以伸入使用者的耳道中。入耳部的第一端与主体部相连，而扬声器位于主体部中，这样扬声器发出的声音可以经由入耳部传到使用者耳内。通过将麦克风组件安装在入耳部的第二端，使用者在说话时产生的人声就可以直接经由使用者的身体传播到耳道，并由耳道深处向耳外传播，由麦克风组件从使用者的耳道内采集使用者的说话声，而不从外界采集，这样可以减小外部环境对人声的影响，使收听方能够更清楚地听到使用者的声音，提高使用耳机进行通话时的通话质量。

示例性地，可以采用LMS-AWVM(Least Mean Square-Adaptive Weight VectorMethod；最小均方误差自适应权向量算法)从声信号中提取语音信号。

图11是本公开实施例提供的一种从声信号中提取语音信号的原理图。如图11所示，以耳机的麦克风301输出的声信号作为输入信号M1，由设备4(例如手机)输入到耳机的扬声器20的信号作为参考信号M2，输入信号M1和参考信号M2均为数字信号。

麦克风301输出的信号可以通过数模转换得到数字信号。麦克风301输出的声信号为耳道内的语音信号与扬声器信号的混合信号。由于扬声器信号记录的是扬声器发出的声音，而参考信号M2是控制扬声器发声的，因此扬声器信号与参考信号M2相同。

以下结合图11简单说明简单从声信号中提取语音信号的过程：

输入信号M1可以通过横向滤波器得到信号M3，信号M3与参考信号M2通过减法器处理后，得到误差信号M4，经过自适应算法的处理，使信号M3向参考信号M2逼近，得到当前的权向量，当前权向量与初始权向量的偏差即为偏置权向量，该偏置权向量可以反应语音信号。最终通过低通滤波器输出信号M5，该信号M5可以反应出信号M3与参考信号M2的差异，同时也是输入信号M1与参考信号M2的差异，因此低通滤波器输出的信号M5就是提取到的语音信号，通过该语音信号就可以还原出使用者的人声。其中，初始权向量是在输入信号M1不包括语音信号时，即输入信号M1只包括参考信号M2时的权向量收敛得到的最佳权向量。

需要说明的是，权收敛除了可以采用横向滤波的LMS算法之外，还可以采用RLS算法等，本公开对此不作限制。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耳机，其特征在于，所述耳机包括壳体(10)、扬声器(20)和麦克风组件(30)，所述扬声器(20)和所述麦克风组件(30)均位于所述壳体(10)内，所述壳体(10)包括具有相对的第一端和第二端的入耳部(101)、连接在所述入耳部(101)的第一端的主体部(102)，所述扬声器(20)位于所述主体部(102)内，所述麦克风组件(30)位于所述入耳部(101)的第二端内。

2.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述麦克风组件(30)包括麦克风(301)和麦克风安装管(302)，所述麦克风安装管(302)连接在所述入耳部(101)内，所述麦克风(301)位于所述麦克风安装管(302)中。

3.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述入耳部(101)呈管状，所述麦克风安装管(302)连接在所述入耳部(101)的内壁上，所述麦克风安装管(302)的外壁与所述入耳部(101)的内壁之间具有出音通道(A)。

4.根据权利要求3所述的耳机，其特征在于，所述出音通道(A)呈环状。

5.根据权利要求3所述的耳机，其特征在于，所述麦克风安装管(302)一端的端面与所述入耳部(101)的第二端的端面平齐。

6.根据权利要求3所述的耳机，其特征在于，所述麦克风安装管(302)的外侧壁上具有连接臂(3023)，所述连接臂(3023)与所述入耳部(101)的内壁连接。

7.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述麦克风安装管(302)的内壁具有环状的轴向定位台阶(302a)，所述麦克风(301)位于所述轴向定位台阶(302a)上。

8.根据权利要求1～7任一项所述的耳机，其特征在于，所述主体部(102)内设置有安装板(103)，所述安装板(103)与所述壳体(10)的内壁形成两个腔体，所述安装板(103)上具有连通所述两个腔体的传声孔(103a)，所述扬声器(20)位于所述安装板(103)上，所述扬声器(20)和所述麦克风组件(30)分别位于所述两个腔体中。

9.根据权利要求1～7任一项所述的耳机，其特征在于，所述耳机还包括耳帽(50)，所述耳帽(50)套设在所述入耳部(101)上。

10.一种语音信号的获取方法，其特征在于，所述方法适用于如权利要求1～9任一项所述的耳机，所述方法包括：

获取耳道内的声信号，所述声信号为所述耳机的麦克风组件(30)从耳道内采集的语音信号与扬声器信号的混合信号；

从所述声信号中提取所述语音信号。

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