CN210039166U - 学习机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种学习机，包括主控模块、麦克风阵列以及多通道信号转换模块；麦克风阵列中的各麦克风单元分别与多通道信号转换模块的输入通道一一对应连接；多通道信号转换模块的信号输出端与所述主控模块的信号输入端连接；主控模块用于处理多通道信号转换模块输出的电信号。本实用新型能够有效提升学习机对噪声、回声的抑制功能，并实现准确定位目标声源的位置等效果，还可以据此拓展出现有的学习机产品难以实现的诸如远场唤醒等操作，由此便可以大幅改善用户对学习机产品的使用体验及满意度。

Description

学习机

技术领域

本实用新型涉及电子产品领域，尤其涉及一种学习机。

背景技术

学习机是一种比较普及的便携式辅助学习电子设备，随着多年的技术更迭，用户对学习机的输入方式已由传统的单一键盘形式，演变至如今的手写、笔控、触屏以及语音等多种输入形式。

本实用新型主要针对的是至少配置有音频采集的学习机。现有的该类型学习机产品均是通过单个麦克风予以实现，拾音过程主要是由该单个麦克风拾取声波信号，并发至学习机的主控模块进行所需的信号处理，例如滤波降噪等，最终得到可用的音频信号。

但现有学习机产品由于音频单一输入的原因，既不能实现声源定位，而且对周围环境噪声的抑制能力也表现一般，因此无法满足用户的较高需求，使用体验不佳；例如由于音频采集的上述弊端导致唤醒效果较差，更难以实现远场唤醒。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种学习机，以改善拾音型学习机的音频输入能力及效果。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种学习机，包括主控模块，还包括：麦克风阵列以及多通道信号转换模块；

所述麦克风阵列中的各麦克风单元分别与所述多通道信号转换模块的输入通道一一对应连接；

所述多通道信号转换模块的信号输出端与所述主控模块的信号输入端连接；

所述主控模块用于处理所述多通道信号转换模块输出的电信号。

可选地，所述学习机还包括与所述主控模块连接的至少一个用于执行语音操作的实体按键。

可选地，所述学习机还包括扬声器，所述主控模块的信号输出端与所述扬声器的信号输入端连接。

可选地，所述扬声器的信号输入端还与所述多通道信号转换模块的输入通道对应连接。

可选地，所述学习机内还设有用于隔离所述扬声器与所述麦克风阵列的隔音装置。

可选地，所述隔音装置为两个独立且互不相通的腔室，所述扬声器与所述麦克风阵列分别置于不同的腔室内。

可选地，所述隔音装置为套设在所述麦克风阵列中的各麦克风单元上的胶套。

可选地，在学习机的本体的一侧还设有与所述麦克风阵列相应的多个拾音孔，所述拾音孔的间距相应于各麦克风单元之间的间距。

可选地，在学习机的本体远离所述拾音孔的一侧设有与所述扬声器相应的外放通孔。

可选地，所述多通道信号转换模块为具有至少N+M个输入通道的模拟信号转数字信号芯片，其中N为所述麦克风阵列中的麦克风单元的数量，M为所述扬声器的数量。

本实用新型的构思是将麦克风阵列与传统的具有拾音功能的学习机相结合，具体结合手段是通过具有多个输入通道的信号转换模块将麦克风阵列与主控模块相连，由此便能够将麦克风阵列的优势与学习机有机联系在一起，有效提升学习机音频采集的能力及效果，例如但不限于提升对噪声、回声的抑制功能，准确定位目标声源的位置等，还可以据此拓展出现有的学习机产品难以实现的诸如远场唤醒等操作；进一步地，通过在本实用新型提供的学习机上设置实体的语音操控按键，更便于用户快速实现近场唤醒或语音输入等操作。通过上述改进，本实用新型能够大幅改善用户的使用体验及满意度。

附图说明

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步描述，其中：

图1为本实用新型提供的学习机的实施例的方框示意图；

图2为本实用新型提供的学习机的较佳实施例的方框示意图；

图3为本实用新型提供的学习机的具体实施例的示意图。

附图标记说明：

100学习机 1主控模块 2麦克风阵列 3多通道信号转换模块

4实体按键 5扬声器

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

一般来说，具备拾音功能的学习机其音频采集的目的，一方面是用于辅助某些便于语音输入的学科学习，例如语文、外语、声乐等；另一方面则可以用于对学习机各功能的操控，例如语音唤醒、语音指令、语音检索等。当然，具备拾音功能的学习机的功能不限于上述，还可以根据用户更为广泛的使用需求进行拓展，例如基于语音处理技术的解锁功能、专有用户识别功能等，但将学习机的语音输入功能进行丰富拓展的前提是，需要有足以胜任的音频采集处理硬件的支持。现有的具备拾音功能的学习机产品，由于音频采集处理的硬件方案较为陈旧、单一，导致语音功能的延伸和拓展在一定程度上受到限制和阻碍，基于此，本实用新型提供了一种学习机产品的硬件改进方案，能够将当前成熟且先进的语音处理技术与传统的学习机相结合，为市面上的学习机产品开辟出更为广阔的拓展和迭代空间。

在实际操作中，可参考图1所示的新型的学习机的电气连接示意，需说明的是在该实施例中，主要旨在体现出本实用新型的设计构思，并未对学习机的其他部件进行限定，对于学习机的其他硬件部件结构的说明将在下文中阐述。图1所示的学习机100主要包括主控模块1、麦克风阵列2以及多通道信号转换模块3。其中，麦克风阵列2中的各麦克风单元分别与多通道信号转换模块3的输入通道一一对应地连接；而多通道信号转换模块3的信号输出端则与主控模块1的信号输入端连接；主控模块1的主要作用是处理由多通道信号转换模块3输出的电信号。

具体来说，关于所述麦克风阵列，是针对前文提及的单麦克风系统的缺陷所设计的由一定数目的声学传感器(通常是麦克风单元，如硅麦等)组成并用来对声场的空间特性进行采样并处理的系统。虽然单麦克风可以在低噪声、无混响、距离声源很近的情况下满足基本的语音识别需求，但是结合单麦克风产品的实际应用场景以及用户反馈，若声源距离麦克风距离较远，并且真实环境存在大量的噪声、多径反射和混响时，容易导致拾取的信号的质量会大幅下降，这会严重影响相应产品的音频输入效果；再者，单麦克风接收的信号，是由多个声源和环境噪声叠加的，很难实现各个声源的分离，这样就无法实现声源定位和分离，难以提供具有用户针对性的功能服务。为了解决单麦克风的这些局限，利用麦克风阵列进行语音处理的方法应时而生，麦克风阵列是由一组按一定几何结构排列的麦克风单元组成，例如但不限于一字、十字、平面等排列方式，其能够对采集的不同空间方向的声音信号进行空时处理，即麦克风阵列的空域滤波特性，实现噪声抑制、混响去除、人声干扰抑制、声源测向、声源跟踪、阵列增益等功能，进而提高语音信号处理质量，以此提升实际应用环境下的语音识别准确率。本实施例的目的即是将麦克风阵列与学习机产品相结合，在实施时，可以选用现已成熟的麦克风阵列方案，当然，本领域技术人员可以理解的是，单纯的以多个麦克风单元排成的阵列，仅是一种物理接口，但在本领域中当提及麦克风阵列方案时，都是将与该物理接口匹配的处理算法视为整体而言的，也即是本实用新型提及麦克风阵列时，是指配置有相应算法的完整的麦克风硬件解决方案，例如科大讯飞推出的双麦、四麦或六麦等麦克风阵列产品，这其中涉及的麦克风阵列算法则可以集成在前述主控模块1之中，由此在实施阶段，本领域技术人员无需对软件程序进行改进，只需根据不同的学习机产品对于成本、结构、用途的需求，采用两颗硅麦的麦克风阵列方案，以实现远场3米拾音距离；或四颗硅麦、六颗硅麦等麦克风阵列方案，以实现远场5米以上的拾音距离。结合麦克风阵列自带的算法，通过检测声波的相位差，可实现平面180°范围内的声源定位，确定目标发音人方向，选择麦克风阵列中的一颗或多颗麦克风单元形成拾音波束，由此便可以实现诸如远场唤醒等语音操作。

在上述基础上，本实施例还提供了具体的将麦克风阵列2与主控模块1结合的方式，即通过多通道信号转换模块3，将麦克风阵列2中的各麦克风单元分别与各输入通道一一对应地连接，即一个麦克风单元与一个输入通道对应连接，因此可以想到的是，本实用新型能够实现的功能最为基础的学习机产品中，多通道信号转换模块3应至少具备两个输入通道，分别对应双麦麦克风阵列的两个麦克风单元，在实际操作中则可以根据麦克风阵列的麦克风单元数量选择具有不同通道数目的多通道信号转换模块3；关于此处涉及的信号转换模块，在某些实施方案中也可称其为A/D采样模块，主要是将麦克风单元发送的模拟信号转换为标准接口格式的数字信号，因此所述多通道信号转换模块3可以采用具备多通道的音频ADC芯片，ADC芯片将各输入通道的输入信号经模数转换后由ADC芯片的信号输出端传递至主控模块1的信号输入端，之后再由主控模块1对从所述多通道信号转换模块3输出的电信号进行常规的处理，例如降噪等，而处理后的音频则可以结合学习机预设的功能进行后续操作，或者向外部设备输出等，对此本实施例不做限定。

结合图1所示，在该实施例中还包括了一种可选的部件——与主控模块1连接的实体按键4，实体按键4的作用主要是用来执行近场的语音操作，例如用户按下按键可以快速唤醒学习机，当然，本领域技术人员可以理解的是通过物理按键触发语音功能开启，并依据需求从麦克风阵列中调用一个或多个麦克风单元拾取音频输入，已有大量的成熟方案作为参考，因此在本实施例中不对实体按键4操控语音输入的过程作过多赘述，只是在此强调两个方面：其一、实体按键4的数量可以是一个也可以是多个，当采用多个实体按键4时可以与学习机的应用场景结合进行拓展，例如在具备两个实体按键4的学习机产品中，按键的作用不仅仅是唤醒学习机以及进行常规语音录入操作，还可以用于外语翻译时一个实体按键4用于接收汉语输入，另一个实体按键4用于接收外语输入，但需知此处所述只是一种功能拓展的示例，本实用新型不对应用拓展和实现手段作限定。其二、实体按键4可以根据需求放置在学习机本体的特定位置上，例如在一种实施方案中，考虑到用户操作的便利性以及人体工程学的要求，可将实体按键4设置在学习机的本体的右/左上角，以符合用户的持握习惯，进而便于用户快捷地通过拇指接触、按压该实体按键4；或者设置在学习机的本体的上部侧边位置，以便用户通过食指触动该实体按键4，以上设置仅为示例性说明，在实际实施过程中可以由此进行拓展。

本实用新型的构思是针对学习机产品，将麦克风阵列与传统的具有拾音功能的学习机相结合，提供一种新型的学习机产品示例。具体结合手段是通过具有多个输入通道的信号转换模块将麦克风阵列与主控模块相连，由此便能够将麦克风阵列的优势与学习机有机联系在一起，有效提升学习机音频采集的能力及效果，例如但不限于提升对噪声、回声的抑制功能，准确定位目标声源的位置等，还可以据此拓展出现有的学习机产品难以实现的诸如远场唤醒等操作；进一步地，通过在本实用新型提供的学习机上设置实体的语音操控按键，更便于用户快速实现近场唤醒或语音输入等操作。通过上述改进，本实用新型能够大幅改善用户的使用体验及满意度。

基于上述实施例的说明，本实用新型还提供了一个更为优选的实施示例，如图2所示，在该优选实施例中学习机100还包括扬声器5，例如大声场高保真扬声器，可以出色地应对嘈杂环境下的学习机使用；具体地，主控模块1的信号输出端与该扬声器5的信号输入端连接。顾名思义，扬声器5的作用是将主控模块1输出的音频信号向学习机本体外界播放，这里的音频信号可以是指经由降噪处理后的由前述麦克风阵列2采集的输入音频，也可以是指学习机内置各功能组件的音频输出。但无论输出的具体内容，本实施例需强调的是，为了保证前述麦克风阵列2的拾音效果，可以从硬件结构角度将该扬声器5与麦克风阵列2进行物理分离，具体手段可以是：

(1)在学习机的内部以不同腔室的形式设置隔音装置，即可以将扬声器5与麦克风阵列2分别安置于学习机内部的两个独立且互不相通的腔室之中，更为优选地可以在腔室的四周加设EVA减震绵等提升隔音、密封效果的装置。

(2)在学习机的内部对扬声器5或麦克风阵列2进行独立的隔音处理，例如在所述麦克风阵列中的各麦克风单元上的套设用于隔音的胶套。

上述方式可择一实施或者结合实施，其目的皆是防止在学习机内部由于漏音等，导致扬声器5对麦克风阵列2拾音产生影响，换言之，只允许扬声器5播放的声音通过学习机的本体结构之外的空气传播到麦克风阵列2，而不能从学习机内部直接泄露到麦克风阵列2。基于此，对学习机的本体结构还可以进一步采取物理隔离，以充分减小扬声器5对麦克风阵列2的影响，参考如下：

(3)在学习机的本体上还设有与麦克风阵列2相应的多个拾音孔，而在学习机的本体远离这些拾音孔的位置则可以设置与扬声器5相应的外放通孔。这样，从学习机的结构角度使扬声器5的输出声波远离麦克风阵列2的拾音孔；具体来说，拾音孔可以根据麦克风阵列的选型在学习机本体的一个侧边设置为线性一排，例如当学习机本体呈矩形时，该拾音孔可以在学习机本体的长边上线性放置，那么扬声器5的外放通孔则可以设置在另一长边上；或者在某实施方式中，拾音孔以一字排列或均匀对称分布或密布等形式设置在学习机本体的上端面，那么扬声器5的外放通孔则可以设置在侧边或者设置在底端面(该实施方式中还可考虑在学习机的底端面设置支脚，以使底端面上的外放通孔具备足够的传播空间)；或者在某实施方式中，当学习机本体呈弧形结构或圆形、椭圆形结构时，拾音孔以均匀分布的方式环布在学习机本体的侧边，那么扬声器5的外放通孔则可以设置在学习机本体的上端面/底端面的中心位置。

上述第(3)项关于拾音孔与外放通孔的布局仅为示例性质，实际操作时并不限定上述方式，可以结合学习机本体的实际结构进行等效设置。另需额外指出的是，本实用新型不对拾音孔和外放通孔的具体数量进行限定，可以根据麦克风阵列2及扬声器5的选型作出适应性调整。关于拾音孔或外放通孔各自之间的间距同样也不做出限定，但需在此说明的是，尤其对麦克风阵列2而言，因为麦克风阵列2包含了多个麦克风单元，而通常为了保证麦克风阵列的拾音效果，会对各麦克风单元的布局配置有一定的要求，举例来说，双麦阵列一般要求各麦克风单元的间距在20mm到80mm之间，四麦阵列和六麦阵列一般要求各麦克风单元的间距在25mm到40mm之间。基于此，在设置拾音孔时，一种优选方案可以是相应于各麦克风单元之间的间距设置拾音孔的间距，即一个麦克风单元对应着与其相关的一个或多个拾音孔，而间隔一定距离则设有另外的一个或多个拾音孔与另一个麦克风单元相对应。

上述(1)～(3)项是从与学习机本体相关的结构角度提供的隔音或抗干扰思路，本实用新型进一步地还提供了从电气连接配置角度的辅助优化降噪效果的方案，结合图2所示，在实施时可将扬声器5的信号输入端与多通道信号转换模块3的输入通道对应连接，当然，从电气角度等同于由主控模块1输出同样(是指与输出至扬声器5相同)的音频信号至前述多通道信号转换模块3的输入通道，这是考虑将扬声器5的输出音频作为输入参考，这样，当主控模块1在处理过程中可以有效分辨出扬声器5输出的音频信号，由此便可以增加对麦克风阵列2所拾取的目标音频的降噪量或实现精准的回声抵消，提升语音分离、识别的效果。当然，本领域技术人员均知，对作为参考的自噪声的具体处理过程已有成熟的现有麦克风阵列算法可以实现，本实用新型不对此进行限定，而只是提供电气连接、配置的说明。尤其需指出，前文中虽然提及多通道信号转换模块3的通道数目至少两个，然而在此优选方案中，则需进一步限定多通道信号转换模块3的通道数目至少为三个，这是因为在该优选方案中，学习机至少采用的是双麦阵列以及一个扬声器，三个输入通道中的两个用于与双麦阵列的麦克风连接，另一个则用于与一个扬声器连接。当然，通道的数目随着麦克风阵列2的选型不同以及扬声器5的数量不同进行调整，如果以N+M表示本优选实施例中最少通道数目，则N代表麦克风单元数目，M代表扬声器数目。

基于上述各学习机实施例及优选方案，本实用新型还提供了一种相对完备的学习机实施方式，所称相对完备是指本领域技术人员均知一个完整的学习机产品不仅仅包含上述部件，必然还会有其他硬件配置：以本体上可见的设备而言，例如但不限于常规显示屏、大尺寸触摸屏、键盘、开关、手写笔(及相应插槽)、摄像头、电源接口、指示灯、耳机接口、手写板(屏)以及数据传输接口(或存储卡插接口)等；以学习机内部的电气模块而言，例如但不限于无线通讯模块、内置电池模块、内存模块、存储器模块等。

据此，在图3实施例中，该相对完备的学习机具体包括如下：

主控模块为高通的微处理器SDA450，多通道信号转换模块选用高通的音频采集ADC芯片WDC9335，基于图中四麦阵列的应用场景，WDC9335可支持六条输入通道，其中四路连接麦克风单元(MIC1～MIC4)，另两路连接到主控模块的输出音频信号上作为参考信号，该音频输出信号也即是主控模块输出至左右声道扬声器的音频信号，在该具体实施例中选用的扬声器包括AW87318功放模块及相连的喇叭；该六路通道的输入信号经由主控模块与多通道信号转换模块之间的媒体总线SLIMbus，发送至主控模块进行常规的音频算法处理，如降噪、声源定位或唤醒等。

与此同时，图3实施例中还示出了，该学习机的主控模块还分别与数据存储模块连接——DDR3(如具备3G内存)+eMMC(如32G的存储空间)；与LCD触控屏幕连接——如集成10.1寸的高清触控屏幕；与触控面板连接——例如智能手机上的主页\返回\菜单等触摸式按键；与拍摄模块连接——如前置200万和后置800万的双摄像头；与无线通讯模块连接——如WIFI&BT WCN3680B，从而支持2.4G和5G双频的联网功能；与电源模块连接——电源模块可以包括电池及电源管理电路，例如采用6000mAh的锂电池与高通的PMIC PMI892组合，以此保证学习机的运行时间。除此之外，该实施例中学习机还可以集成有USB接口、陀螺仪、感光芯片和手写笔的输入，以多种现有的硬件配置支持更多功能的拓展。

但需指出，上述示例仅为一种实施参考，可以在此基础上增减硬件配置并调整所选硬件的型号，以多通道信号转换模块为例，针对麦克风阵列中麦克风单元数量的不同，可以选择输入通道数量不同的ADC芯片，例如四路ADC芯片(可针对双麦阵列)：芯智慧AC108；或者八路ADC芯片(可针对六麦阵列)：炬芯ATT3008等。

综上所述，本实用新型的构思是将麦克风阵列与传统的具有拾音功能的学习机相结合，具体结合手段是通过具有多个输入通道的信号转换模块将麦克风阵列与主控模块相连，由此便能够将麦克风阵列的优势与学习机有机联系在一起，有效提升学习机音频采集的能力及效果，例如但不限于提升对噪声、回声的抑制功能，准确定位目标声源的位置等，还可以据此拓展出现有的学习机产品难以实现的诸如远场唤醒等操作；进一步地，通过在本实用新型提供的学习机上设置实体的语音操控按键，更便于用户快速实现近场唤醒或语音输入等操作。通过上述改进，本实用新型能够大幅改善用户的使用体验及满意度。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，但以上仅为本实用新型的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本实用新型的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种学习机，包括主控模块，其特征在于，还包括：麦克风阵列以及多通道信号转换模块；

所述麦克风阵列中的各麦克风单元分别与所述多通道信号转换模块的输入通道一一对应连接；

所述多通道信号转换模块的信号输出端与所述主控模块的信号输入端连接；

所述主控模块用于处理所述多通道信号转换模块输出的电信号。

2.根据权利要求1所述的学习机，其特征在于，所述学习机还包括与所述主控模块连接的至少一个用于执行语音操作的实体按键。

3.根据权利要求1所述的学习机，其特征在于，所述学习机还包括扬声器，所述主控模块的信号输出端与所述扬声器的信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的学习机，其特征在于，所述扬声器的信号输入端还与所述多通道信号转换模块的输入通道对应连接。

5.根据权利要求3所述的学习机，其特征在于，所述学习机内还设有用于隔离所述扬声器与所述麦克风阵列的隔音装置。

6.根据权利要求5所述的学习机，其特征在于，所述隔音装置为两个独立且互不相通的腔室，所述扬声器与所述麦克风阵列分别置于不同的腔室内。

7.根据权利要求5所述的学习机，其特征在于，所述隔音装置为套设在所述麦克风阵列中的各麦克风单元上的胶套。

8.根据权利要求3所述的学习机，其特征在于，在学习机的本体的一侧还设有与所述麦克风阵列相应的多个拾音孔，所述拾音孔的间距相应于各麦克风单元之间的间距。

9.根据权利要求8所述的学习机，其特征在于，在学习机的本体远离所述拾音孔的一侧设有与所述扬声器相应的外放通孔。

10.根据权利要求3～9任一项所述的学习机，其特征在于，所述多通道信号转换模块为具有至少N+M个输入通道的模拟信号转数字信号芯片，其中N为所述麦克风阵列中的麦克风单元的数量，M为所述扬声器的数量。

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