TWI656525B - 高保真語音裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種語音保真裝置，包括主麥克風、聲源麥克風及處理電 路，主麥克風用以接收語音並產生主訊號；聲源麥克風用以接收來自使用者聲源的振動並產生聲源訊號；處理電路用以接收該主訊號及該聲源訊號，將兩者相加並進行衰變後得到一保真訊號，藉此實現高傳真的語音播放。

Description

高保真語音裝置
本發明是關於一種語音裝置(Audio Device)，特別係關於一種確保語音保真度(Acoustic Fidelity)的語音裝置。
語音裝置是一種將聲音轉換成電子訊號後進行傳播的電子裝置，一般是利用麥克風進行收音(sound collection)，但是在收音的同時經常將周遭的環境噪音一併收入。為了降低環境噪音，現有技術通常採用主動式噪音消除(Active Noise Reduction)技術，利用波形合成原理，設法產生一個與環境噪音波形相同、大小相等、相位差180度的反噪音聲波，藉以消除環境噪音。
然而，實務上這種主動式噪音消除技術不易做到準確的反噪音處理，而且所收集的聲音訊號經過多次的合成處理後，會顯著降低保真度，難以實現高傳真(high definition)。此外，前述的反噪音合成處理需要利用數位訊號處理器(DSP)來進行，將會提高麥克風的硬體成本。
有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種高保真度(High-fidelity)的語音裝置。
為了達成上述及其他目的，本發明提供一種語音裝置，包括主麥克風、聲源麥克風及處理電路，主麥克風用以接收語音並產生主訊號；聲源麥克風用以接收來自使用者聲源的振動並產生聲源訊號；處理電路用以接收該主訊號及該聲源訊號，並將兩者相加後進行衰變，輸出一保真訊號。
為了達成上述及其他目的，本發明所提供語音裝置的語音訊號處理方法，包括：接收嘴巴所發出之語音並產生一主訊號；接收來自聲源的聲音並產生一聲源訊號；以及將該主訊號及聲源訊號相加並進行衰變後得到一保真訊號。
藉由上述設計，本發明的語音裝置能凸顯使用者聲源的語音特徵，不需要複雜的數位處理就能得到具有高保真度的保真訊號，以實現高傳真的語音播放。
10‧‧‧主麥克風
20‧‧‧聲源麥克風
30‧‧‧處理電路
40‧‧‧數位訊號處理單元
R1、R2‧‧‧電阻
C1‧‧‧電容
P1‧‧‧語音訊號
P2‧‧‧噪音訊號
第1圖為本發明第一實施例的示意圖。
第2圖為本發明第一實施例的系統方塊圖。
第3圖為本發明第一實施例主訊號的頻譜圖。
第4圖為本發明第一實施例聲源訊號的頻譜圖。
第5圖為本發明第一實施例疊加訊號的頻譜圖，其表示主訊號與聲源訊號相加之態樣。
第6圖為本發明第一實施例保真訊號的頻譜圖，其表示疊加訊號進行衰變後之態樣。
第7圖為本發明第二實施例的方塊圖。
第8圖為本發明第二實施例的流程圖。
第9圖為本發明第二實施例主訊號的頻譜圖。
第10圖為本發明第二實施例聲源訊號的頻譜圖。
第11圖為本發明第二實施例聲源訊號的頻譜圖，其表示聲源訊號提升一預定強度之態樣。
第12圖為本發明第二實施例疊加訊號的頻譜圖，其表示主訊號與已提升強度之聲源訊號相加之態樣。
第13圖為本發明第二實施例保真訊號的頻譜圖，其表示疊加訊號進行衰變後之態樣。
請參考第1、2圖為用以說明本發明所提供第一實施例的示意圖，本實施例的語音裝置是以頸掛式耳機為例，惟不以此為限。語音裝置包括主麥克風10、聲源麥克風20及處理電路30，其中處理電路30分別與主麥克風10及聲源麥克風20訊號連接。
主麥克風10接收使用者嘴巴所發出之語音並產生一主訊號。在可能的實施方式中，主麥克風可為全向性麥克風或單一指向性麥克風。
為了更準確的收集使用者的語音特徵，聲源麥克風20可設置於距離使用者聲源(聲帶)較近的位置，例如耳內或頸部，讓聲源麥克風20接收來自聲源的振動並產生一聲源訊號。在可能的實施方式中，聲源麥克風20可為但不限於單一指向性麥克風，用以指向並接收特定方向的聲源，有效降低聲源麥克風20接收到聲源以外的環境噪音之機會；惟聲源麥克風20也可以是其他種類的聲音或振動感測元件。
處理電路30包括一可降低訊號強度的電阻R1及一可降低雜訊的電容C1，主麥克風10及聲源麥克風20以並聯(即平行兩路輸入)的方式與電阻R1的一端相連，使處理電路30可接收主訊號及聲源訊號，在另一可能的實施方式中，如主麥克風10及聲源麥克風20不同電壓時，則須先進行直流轉交流再進行並聯的疊加使用，而電阻R1的另一端與電容C1相連，電源及其相串聯之電阻R2與電容 C1及電阻R1之間的節點相連。由於主麥克風10與聲源麥克風20並聯，因此主訊號及聲源訊號匯流後可相加成疊加訊號，接著，疊加訊號傳遞至電阻R1進行衰變得到保真訊號，而後藉由電容C1濾除雜訊。於本實施例中，該保真訊號為類比訊號。
以下說明本實施例之工作方式。
首先，利用主麥克風10收取使用者嘴部所發出的語音，產生一主訊號，其頻譜圖如第3圖所示，對應於實際語音頻率的語音訊號P1及對應於環境音頻率之噪音訊號P2分貝值較高，亦即兩者訊號較為明顯。於此同時，聲源麥克風20收取來自使用者耳內或頸部的聲音，產生一聲源訊號，其頻譜圖如第4圖所示，其中實際語音頻率的語音訊號P1仍具有較高的分貝值，其他頻率範圍(包含對應噪音訊號P2的頻率)的分貝值均遠低於語音訊號P1，顯示聲源訊號幾乎沒有受到環境噪音的影響，在本實施例中，雖然主麥克風10及聲源麥克風20能同時接收到一語音訊號P1，但由於聲源麥克風20是設置於距離使用者聲源(聲帶)較近的位置，所以聲源麥克風20所收取到對應於實際語音頻率的語音訊號是相較於主麥克風10所收取到對應於實際語音頻率的語音訊號之分貝值高。
接著，由於主麥克風10與聲源麥克風20並聯，兩者的訊號會被相加成疊加訊號，如第5圖所示的頻譜圖，所述「相加」是指各頻率的分貝值以下列公式相加：，其中X代表主訊號的分貝值，Y代表聲源訊號的分貝值。由於主訊號及聲源訊號在對應實際語音頻率的分貝值均較高，因此訊號疊加(相加)後，語音訊號P1處的分貝值仍會較高，其餘噪音訊號經疊加後的升幅較不明顯，使得語音訊號P1與噪音訊號之間的差值增加。
最後，將疊加訊號進行衰變(Decay)，也就是減去一預設強度(分貝值)，例如將各頻率的分貝值統一減去10分貝，得到保真訊號，其頻譜圖如第6圖所示。經過本發明第一實施例的訊號處理後，保真訊號中的語音訊號P1強度與主訊號中的語音訊號P1強度可以保持不變或更強，但其餘噪音訊號強度均顯著降低，使得語音訊號P1被更加凸顯，因而同時保有高傳真、低失真的技術效果。此外，本實施例的好處在於，不需要額外的數位訊號處理器(DSP)即可實現訊號的疊加與降低，硬體成本因而可以下降，耗電量也較低。
請參考第7、8圖，所繪示者為本發明所提供第二實施例語音裝置之方塊圖及流程圖，第二實施例與第一實施例的差異在於第二實施例更包括一數位訊號處理單元40，數位訊號處理單元40分別接收來自主麥克風10及聲源麥克風20的主訊號及聲源訊號，主訊號及聲源訊號輸入數位訊號處理單元40之前可先透過電容濾除雜訊，數位訊號處理單元40分別將主訊號及聲源訊號由類比訊號轉換為數位訊號，轉換處理後的數位聲源訊號依序經過放大、濾波處理後，再與經轉換處理的主訊號疊加，並緊接著對疊加訊號進行衰變後輸出保真訊號。
工作時，主麥克風10產生如第9圖所示的主訊號，聲源麥克風20產生如第10圖所示的聲源訊號，首先，數位訊號處理單元將主訊號及聲源訊號的類比訊號轉換成數位訊號，接著，該聲源訊號經過數位訊號處理單元統一放大後，其頻譜圖如第11圖所示，隨後將放大後的聲源訊號與主訊號疊加，其頻譜圖如第12圖所示，最後再進行衰變(整體減去一預定強度)，得到一保真訊號，其頻譜圖如第13圖所示。與第一實施例相比較，第二實施例在訊號疊加前先將聲源訊號整體放大，其好處在於，能夠使得主訊號中的噪音訊號更不明顯，從而使語音訊號更為凸顯，維持較好的保真度與高傳真性能。此外，數位訊號處 理單元還可以提供額外的語音處理功能。

Claims (11)

  1. 一種語音裝置，包含有：一主麥克風，用以接收語音並產生一主訊號；一聲源麥克風，用以接收來自使用者聲源的振動並產生一聲源訊號；以及一處理電路，用以接收該主訊號及該聲源訊號，並將兩者相加並進行衰變後得到一保真訊號。
  2. 如請求項1所述的語音裝置，其中該聲源麥克風係為一指向性麥克風並指向使用者。
  3. 如請求項1所述的語音裝置，其中該聲源麥克風為一振動感測器。
  4. 如請求項1或3所述的語音裝置，其中該聲源麥克風係設置鄰近於使用者耳內或頸部。
  5. 如請求項1所述的語音裝置，其中該主訊號及該聲源訊號以平行兩路的輸入方式輸入該處理電路。
  6. 如請求項1所述的語音裝置，其中該處理電路具有至少一可降低訊號強度的電阻，且該主訊號及該聲源訊號之訊號疊加後傳遞至該電阻進行衰變。
  7. 如請求項1所述的語音裝置，其中該處理電路更包括一數位訊號處理單元，用以放大該聲源訊號的強度，放大強度後的該聲源訊號再與該主訊號相加並進行衰變。
  8. 如請求項1或6所述的語音裝置，其中該保真訊號為類比訊號。
  9. 如請求項1所述的語音裝置，其中該保真訊號中對應於實際語音頻率的語音訊號強度不低於該主訊號中對應於實際語音頻率的語音訊號強度。
  10. 如請求項1所述的語音裝置，其中該主訊號與聲源訊號為類比訊號。
  11. 如請求項1所述的語音裝置，其中該主訊號包含一對應於實際語音頻率之語音訊號以及一對應於環境音頻率之噪音訊號，且該聲源訊號包含一對應於實際語音頻率之語音訊號，其中該聲源訊號的語音訊號之分貝值是較該主訊號的語音訊號之分貝值高。
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