CN211318725U - 一种带有指向性麦克风的声源定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有指向性麦克风的声源定位装置，包括第一、第二麦克风微阵列，第一、第二麦克风微阵列相同且均包括第一、第二心形指向性麦克风以及AD模块，第一、第二心形指向性麦克风分别与所述AD模块相连接；第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风在同一直线上，第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风的端射方向相反且均垂直于所述第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风所在直线。本实用新型采用心形指向性麦克风的微阵列，每个麦克风微阵列可以仅仅使用两个麦克风，利用麦克风本身指向性获取精确波达方向，而以两个心形指向性麦克风微阵列组成的装置，则可以以更少的麦克风数量精确估计声源位置。

Description

一种带有指向性麦克风的声源定位装置

技术领域

本实用新型涉及技术领域，尤其涉及一种带有指向性麦克风的声源定位装置。

背景技术

在人机交互应用场景中，语音作为一种方便快捷的交互方式，受到研究人员的重视。总体而言，语音交互技术可以分为语音前端技术和语音后端技术两个大类。其中，语音后端技术主要包括语音识别，声纹识别，自然语言处理等多项技术。而语音前端技术则主要用于采集语音信号和提升语音信噪比等。

现有的语音前端技术主要有回声消除，波达方向估计，波束形成，盲源分离，降噪，语音增强等等。其中，说话人(声源)的位置估计是一项非常重要的工作。只有在准确判断说话人(声源)位置，进而才能进行较为准确的波束形成，实现较好的空域滤波，为降噪和语音增强提供先验信息。

当前语音前端技术方案在传感器层面以麦克风阵列为主要形式，而在计算模块方面，以ARM架构搭载linux或安卓系统的MCU为主。而麦克风阵列主要以全指向性麦克风微阵列为主。

当前声源定位技术的一种实现方法是使用多个麦克风微阵列，每个微阵列通过波达方向估计计算出波达方向角，而后通过拟合各个微阵列的波达方向估计出声源位置。

而波达方向估计则是语音前端一项非常重要的技术。通过基于时延估计，最小二乘法，特征值计算等方法估计出波达方向或者特征矩阵，进而为后续的波束形成，声源位置估计等算法提供先验信息。

常规的波达方向估计技术主要依托全指向麦克风阵列。对于线阵，例如两麦微阵列，由于全指向麦克风线阵列对于其所在直线指向性完全呈轴对称，故而对于轴对称方向无法进行分辨。采用环阵或其他阵型虽然可以有效解决上述问题，但又不得不增大麦克风数量，麦阵需要至少三个全指向麦克风才能实现最小的环阵，相对于两麦的微阵列，会增大功耗，传感器数量，计算复杂度等等，最终增大实现成本。因此需要提供一种新的微阵列形式来有效解决上述问题。

实用新型内容

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种带有指向性麦克风的声源定位装置，采用两个带有指向性麦克风的麦克风微阵列和信号处理单元，每个带有指向性麦克风的微阵列由两个心形指向性麦克风构成，用以采集外界声波模拟信号，信号处理单元可以计算出声源位置。

本实用新型采用的技术方案是：

一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，包括第一麦克风微阵列、第二麦克风微阵列，所述第一麦克风微阵列、第二麦克风微阵列相同且均包括第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风以及AD模块，所述第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风分别与所述AD模块相连接；所述第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风在同一直线上，所述第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风的端射方向相反且均垂直于所述第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风所在直线。

进一步地，所述的一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，所述第一心形指向性麦克风、第二心形指向性麦克风之间的距离小于10cm。

进一步地，所述的一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，所述第一麦克风微阵列、第二麦克风微阵列的几何中心间距大于50cm。

进一步地，所述的一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，还包括和信号处理单元，所述信号处理单元包括ARM处理器以及与ARM处理器相连接的外围电路、供电装置；所述第一麦克风微阵列、第二麦克风微阵列的AD模块分别通过信号线与所述信号处理单元的ARM处理器相连接。

本实用新型的优点是：

本发明采用心形指向性麦克风的微阵列，每个麦克风微阵列可以仅仅使用两个麦克风，利用麦克风本身指向性获取精确波达方向，而以两个心形指向性麦克风微阵列组成的装置，则可以以更少的麦克风数量精确估计声源位置。

附图说明

图1为本实用新型实施例的麦克风微阵列的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的带有指向性麦克风的声源定位装置的结构图。

图3为带有指向性麦克风的声源定位装置原理流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例。

如图1、2所示，一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，包括第一麦克风微阵列1、第二麦克风微阵列2和信号处理单元3，第一麦克风微阵列1、第二麦克风微阵列2相同且均包括第一心形指向性麦克风4、第二心形指向性麦克风5以及AD模块6，第一心形指向性麦克风4、第二心形指向性麦克风5分别与AD模块6相连接；第一心形指向性麦克风4、第二心形指向性麦克风5在同一直线上，第一心形指向性麦克风4、第二心形指向性麦克风5的端射方向相反且均垂直于第一心形指向性麦克风4、第二心形指向性麦克风5所在直线。

第一心形指向性麦克风4、第二心形指向性麦克风5之间的距离小于10cm，第一麦克风微阵列1、第二麦克风微阵列2的几何中心间距大于50cm。

信号处理单元3包括ARM处理器7以及与ARM处理器7相连接的外围电路8、供电装置9；第一麦克风微阵列1、第二麦克风微阵列2的AD模块6分别通过信号线10、11与信号处理单元3的ARM处理器7相连接。

具体地，本实用新型采用带有指向性麦克风的声源定位装置进行声源定位，由两个带有指向性麦克风的麦克风微阵列组成，以及一个信号处理单元构成，之间通过信号线相连；麦克风微阵列的个数也可以为两个以上，本实施例中采用两个，每个麦克风微阵列中有两个带有指向性的麦克风获取模拟声波信号，再通过麦克风微阵列所带的AD模块进行处理，转化为数字音频信号；声源定位装置有信号处理模块，可以利用现有信号处理方式对数字音频信号进行处理，转化为纯净音频信号，并估计声源位置。

以下将结合附图对声源定位装置的工作过程进行详细解释说明，

声源定位装置中的带有指向性麦克风的微阵列，由两个心形指向性麦克风组成，如图1所示，定义两个心形指向性麦克风所在直线为x轴，两个心形指向性麦克风的中点为坐标系原点，则x轴负半轴为第一心形指向性麦克风，x轴正半轴为第二心形指向性麦克风，第一心形指向性麦克风与第二心形指向性麦克风间距定义为d₀，d₀应小于10cm。定义过原点且垂直于x轴有坐标轴y，则第一心形指向性麦克风坐标为(-d₀/2，0)，第二心形指向性麦克风坐标为(d₀/2，0)，第一心形指向性麦克风的端射方向朝向y轴负向，第二心形指向性麦克风端射方向朝向y轴正向。

如图2所示，定义两个麦克风微阵列几何中心的距离为d₁大于50cm，即声源定位装置中两个微阵列间距远远大于麦克风微阵列中每个指向性麦克风的间距。也就是声源对于单一微阵列满足远场条件，而对于整个分布式阵列，可能不满足远场条件。

麦克风微阵列中的AD模块可实现数模转化，将各通道模拟信号转化为数字音频信号，并通过信号线传输给信号处理单元。

信号处理单元由一个ARM处理器和外围电路组成，可以对每个微阵列所获取的上述数字化音频信号进行降噪和信号增强处理，获取纯净数字音频信号。如图3所示，这个过程具体包括采用时域或频域VAD技术进行信号检测；采用包括但不限于谱减法，中心削波，同态滤波，自适应滤波等技术进行降噪和信号增强；采用包括但不限于相位恢复技术进行信号复原。

如图3所示，信号处理模块可以利用上述纯净数字音频信号针对每个麦克风微阵列进行波达方向估计。这个过程包括但不限于采用基于能量比的波达方向粗估计；采用基于广义互相关估计的时延估计和波达方向角计算。

信号处理单元还可以根据波达方向和麦克风微阵列所处的位置进行声源位置估计。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，包括第一麦克风微阵列(1)、第二麦克风微阵列(2)，所述第一麦克风微阵列(1)、第二麦克风微阵列(2)相同且均包括第一心形指向性麦克风(4)、第二心形指向性麦克风(5)以及AD模块(6)，所述第一心形指向性麦克风(4)、第二心形指向性麦克风(5)分别与所述AD模块(6)相连接；所述第一心形指向性麦克风(4)、第二心形指向性麦克风(5)在同一直线上，所述第一心形指向性麦克风(4)、第二心形指向性麦克风(5)的端射方向相反且均垂直于所述第一心形指向性麦克风(4)、第二心形指向性麦克风(5)所在直线。

2.根据权利要求1所述的一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，所述第一心形指向性麦克风(4)、第二心形指向性麦克风(5)之间的距离小于10cm。

3.根据权利要求1或2所述的一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，所述第一麦克风微阵列(1)、第二麦克风微阵列(2)的几何中心间距大于50cm。

4.根据权利要求3所述的一种带有指向性麦克风的声源定位装置，其特征在于，还包括信号处理单元(3)，所述信号处理单元(3)包括ARM处理器(7)以及与ARM处理器(7)相连接的外围电路(8)、供电装置(9)；所述第一麦克风微阵列(1)、第二麦克风微阵列(2)的AD模块(6)分别通过信号线(10)、(11)与所述信号处理单元(3)的ARM处理器(7)相连接。

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