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用于智能语音设备的防 风处理方法、防风结构及具有该结构的智能语音设备

阅读：684发布：2020-05-08

专利汇可以提供用于智能语音设备的防风处理方法、防风结构及具有该结构的智能语音设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开一种用于智能语音设备的防风处理方法，包括：在麦克风收音通道内设置高度与麦克风收音通道适配且与外壳收音孔接通的中空主体；将麦克风固定在中空主体的朝向收音方向的端部；在中空主体内部填充防风填充物，使得中空主体在麦克风收音通道内形成密封空间。本发明还公开了一种基于上述方法形成的防风结构和应用其的智能语音设备，根据本发明公开的方案可以实现基于内部结构设计的物理防风效果，保证音频信号和通话质量，且能广泛应用于各种智能便携/穿戴语音设备。，下面是用于智能语音设备的防风处理方法、防风结构及具有该结构的智能语音设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.用于智能语音设备的防风处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
在麦克风收音通道内设置高度与所述麦克风收音通道适配且与外壳收音孔接通的中空主体；
将麦克风固定在所述中空主体的朝向收音方向的端部；
在所述中空主体内部填充防风填充物，使得所述中空主体在麦克风收音通道内形成密封空间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括
将所述中空主体与距离所述麦克风最远的一个或多个外壳收音孔接通。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述防风填充物为防风泡棉、或为防风泡棉与防风膜的组合。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括
选取具有合适插入损失的防风填充物进行填充。
5.用于智能语音设备的防风结构，其特征在于，包括
具有用于密封固定所述智能语音设备的麦克风的第一开口和用于与所述智能语音设备的外壳收音孔对应设置并连通的第二开口的、高度与所述智能语音设备的麦克风收音通道适配的中空主体，其中，所述第一开口设置于所述中空主体的端部；和填充于所述中空主体的内部并将所述中空主体充满的防风填充物。
6.根据权利要求5所述的防风结构，其特征在于，所述中空主体通过具有弹性的密封材料制成。
7.根据权利要求6所述的防风结构，其特征在于，所述防风填充物为厚度与所述中空主体的内部尺寸适配的防风泡棉、或为防风泡棉与防风膜的组合。
8.智能语音设备，其包括有具有麦克风收音通道和收音孔的外壳和设置于麦克风收音通道内的麦克风，其特征在于，所述智能语音设备还包括设置于所述麦克风收音通道内的防风结构，其中，所述防风结构为权利要求5至7任一项所述的防风结构；
所述中空主体的第二开口与所述收音孔对应布置；
所述麦克风设置于所述中空主体的第一开口处，并朝向麦克风收音通道的收音方向布置。
9.根据权利要求8所述的智能语音设备，其特征在于，所述第二开口设置为与距离所述第一开口最远的一个或多个收音孔对应布置。
10.根据权利要求9所述的智能语音设备，其特征在于，所述防风结构中的所述防风填充物具有的插入损失使得所述麦克风接收到的收音频率响应的上扬幅度在预设范围内。

说明书全文

用于智能语音设备的防 风处理方法、防风结构及具有该结构

的智能语音设备

技术领域

[0001] 本发明涉及语音去噪技术领域，特别是一种用于智能语音设备的防风处理方法、以及用于智能语音设备的防风处理结构和具有该结构的智能语音设备。

背景技术

[0002] 如今，便携式及穿戴式设备，如手表、耳机、手机、平板等具有语音功能的智能设备日益普及。而随着语音技术的快速发展，这些智能设备对语音功能的需求也越来越大。然而，在智能语音的应用过程中，采集的噪声会严重影响语音功能的效果和用户体验。在众多噪音中，风噪是户外场景非常典型和常见的噪声干扰。因此，为了减少风噪对采集的语音质量的干扰，目前通常采用防风套/罩、防风膜、前端算法等方法进行去噪处理，但这些现有的方法在应用过程中都存在各自的缺陷：防风套/罩由于其结构特点，其仅能适用于细长结构的语音设备上，如耳机麦板，对于手表、平板等非细长结构的语音设备，将无法安装适用或者严重影响工业设计的美观；防风膜虽然安装在结构内部不影响美观，但其防风性能较差，低风速如5～10km/h的情况下仅有1～2dB衰减，稍高风速下基本失去防风效果；而前端算法是在麦克风采集到的信号层面进行高通滤波、降噪等抑制低频风噪的处理，无法解决风噪引起的信号截幅、负信噪比等问题，并且在这种处理方式下，低频频率响应会衰减很多分贝，使得采集到的说话人语音信号存在明显失真，从而影响语音功能的效果。

发明内容

[0003] 为了能够不局限于特定结构的智能语音设备，提供一种普遍适用且能够从物理层面达到良好的防风效果的解决方案，发明人通过多方研究和实验，想到了一种基于麦克风收音原理的内部结构来进行防风处理方案。

[0004] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于智能语音设备的防风处理方法，包括如下步骤：

[0005] 在麦克风收音通道内设置高度与所述麦克风收音通道适配且与外壳收音孔接通的中空主体；

[0006] 将麦克风固定在所述中空主体的朝向收音方向的端部；

[0007] 在所述中空主体内部填充防风填充物，使得所述中空主体在麦克风收音通道内形成密封空间。

[0008] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于智能语音设备的防风结构，其包括：

[0009] 具有用于密封固定所述智能语音设备的麦克风的第一开口和用于与所述智能语音设备的外壳收音孔对应设置并连通的第二开口的、高度与所述智能语音设备的麦克风收音通道适配的中空主体，其中，所述第一开口设置于所述中空主体的端部；和

[0010] 填充于所述中空主体的内部并将所述中空主体充满的防风填充物。

[0011] 根据本发明的又一个方面，提供了一种智能语音设备，其包括有具有麦克风收音通道和收音孔的外壳和设置于麦克风收音通道内的麦克风，且还包括：

[0012] 设置于所述麦克风收音通道内的防风结构，其中，所述防风结构为上述的防风结构；

[0013] 所述中空主体的第二开口与所述收音孔对应布置；

[0014] 所述麦克风设置于所述中空主体的第一开口处，并朝向麦克风收音通道的收音方向布置。

[0015] 本发明实施例的方案，通过对麦克风收音通道的内部结构设计的改造来实现物理防风，以克服现有防风方式的诸多缺陷，提高音频信号和通话质量。并且上述方案无需在智能结构件的外部结构上设计物理防风结构，不会影响产品的外观设计，保证效果的同时还能保证外观设计的随意性和美感。另外，由于上述防风结构的体积尺寸能够设计在毫米级别，因而能够应用在任何的智能便携/穿戴设备中，适用范围广泛，满足绝大多数语音设备需求。附图说明

[0016] 图1为现有技术中的耳机的麦克风收音通道内部结构设计示意图；

[0017] 图2为现有技术中的手表、手机或平板的麦克风收音通道内部结构设计示意图；

[0018] 图3为本发明一实施方式的用于智能语音设备的防风处理方法的方法流程图；

[0019] 图4为本发明一实施方式的利用图3所示的方法在耳机的麦克风收音通道中形成防风效果的示意图；

[0020] 图5为本发明一实施方式的利用图3所示的方法在手表、手机或平板的麦克风收音通道中形成防风效果的示意图；

[0021] 图6为音腔频率响应与防风填充物的插入损失的曲线关系示意图。

具体实施方式

[0022] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0024] 本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

[0025] 在本发明中，“模块”、“装置”、“系统”等指应用于计算机的相关实体，如硬件、硬件和软件的组合、软件或执行中的软件等。详细地说，例如，元件可以、但不限于是运行于处理器的过程、处理器、对象、可执行元件、执行线程、程序和/或计算机。还有，运行于服务器上的应用程序或脚本程序、服务器都可以是元件。一个或多个元件可在执行的过程和/或线程中，并且元件可以在一台计算机上本地化和/或分布在两台或多台计算机之间，并可以由各种计算机可读介质运行。元件还可以根据具有一个或多个数据包的信号，例如，来自一个与本地系统、分布式系统中另一元件交互的，和/或在因特网的网络通过信号与其它系统交互的数据的信号通过本地和/或远程过程来进行通信。

[0026] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0027] 由于本发明实施例涉及的防风处理方法的实现方案可以应用于任何具有语音功能的智能设备上，实现对语音采集过程中的防风处理，例如手机、手表、耳机、个人PC电脑等，但是本发明的适用范围并不局限于此。通过本发明实施例提供的方案，能够不局限于外部结构形成，通过内部结构设计实现对音频采集时的物理防风处理，保证防风效果，提高语音信号和通话质量。

[0028] 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

[0029] 虽然智能语音设备的结构件的外观造型各异，这局限了防风套/罩的适用范围，且由于防风套/罩是设置在结构件外部的，会影响工业设计的美观，但发明人经过研究找到了智能语音设备的结构设计的共同点：在内部结构设计上都具有麦克风收音通道，如图1和图2所示，其中，图1为耳机的麦克风收音通道设计，图2为平板、手表、手机等智能设备的麦克风收音通道设计，其共同点在于都是基于在外壳1上设计收音孔11和将麦克风2通过定位结构3设置在麦克风收音通道内来实现语音信号采集的。基于此，发明人想到通过对麦克风收音通道的内部结构设计的改造来实现物理防风，以克服现有防风方式的诸多缺陷。其实现思路为：在麦克风收音通道内设置一个密封空间，并使得该密封空间一方面仅仅与外壳收音孔接通，以接收外部声音和气流，另一方面与麦克风接通以传输音频和气流，而剩余部分都密封并设置防风填充物，这样，气流在通过收音孔传输至麦克风时，就能被防风填充物快速降速和能量衰减，从而起到很好的防风效果，保证麦克风接收到的音频信号的质量。基于该实现构思，图3示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的用于智能语音设备的防风处理方法的方法流程，如图3所示，本实施例的方法包括如下步骤：

[0030] 步骤S101：在麦克风收音通道内设置高度与麦克风收音通道适配且与外壳收音孔接通的中空主体。

[0031] 步骤S102：将麦克风固定在中空主体的朝向收音方向的端部；

[0032] 步骤S103：在中空主体内部填充防风填充物，使得中空主体在麦克风收音通道内形成密封空间。

[0033] 图4和5示意性地显示了基于图3所示的方法步骤形成的防风结构的效果示意图，其中，图4为在耳机的麦克风收音通道中通过步骤S101～S03形成防风效果的示意图，图5为在手机、平板和手表的麦克风收音通道中通过步骤S101～S03形成防风效果的示意图。如图4和5所示，经过上述步骤，在智能语音设备中形成了防风结构，该结构包括

[0034] 具有用于密封固定智能语音设备的麦克风2的第一开口20和与智能语音设备的外壳收音孔11对应设置并连通以用于收音的第二开口10的、高度与智能语音设备的麦克风收音通道适配的中空主体4，其中，第一开口20设置于中空主体4的端部；和

[0035] 填充于中空主体4的内部并将中空主体充满的防风填充物5。

[0036] 通过以上的方法和步骤，防风填充物除了在第二开口处通过连通的外壳收音孔11与空气接触外，其余部分完全被密封包裹，气流在经由外壳收音孔11进入麦克风收音通道时，就会首先进入中空主体4的内部，然后经由防风填充物的气流快速减速和能量衰减，最终到达麦克风2处，以达到物理防风的作用。

[0037] 示例性地，防风填充物为防风泡棉、防风膜等一种或多种多孔材料的组合，中空主体通过硅胶或橡胶等具有弹性的密封材料制成。

[0038] 为了达到更优的防风效果，作为一种优选实施例，将中空主体4与距离麦克风2最远的一个或多个外壳收音孔11接通，即如图4所示。通过将第二开口10设置在中空主体4的远端，将麦克风2到外壳收音孔11的爬行距离L设计为最大。由于防风填充物是多孔材料，爬行距离L越大，空气气流经过防风填充物5到达麦克风2时，传播的距离也越远，这样通过增加气流传输路径，就能使得风速降幅增大，以达到在采用同等性能的防风填充物实现时，提高防风效果的目的。其中，通常爬行距离L在5mm以上即可得到10dB以上的风噪衰减效果，而在爬行距离L相同的条件下，所选用的防风填充物，如泡棉，材料越好，风噪衰减就越多。需要说明的是，对于不同结构设计的麦克风收音通道，其可能是单侧收音的(如图5所示的)，也可能是双侧收音的(如图4所示的)，因而在设计第二开口10时，会根据外壳收音孔的设计方式，将第二开口10与对应的外壳收音孔11均接通(即在仅单侧时，设置一个第二开口10，在双侧时，设置两个上下均对应的第二开口10)。

[0039] 基于实践和研究，发明人还发现：随着爬行距离L的增大，会导致中空主体4内部音腔体积变大，这样会导致中空主体内部的音腔的频率响应在中高频时出现明显上扬的现象，进而造成语音失真。基于实践数据和该发现，绘制出音腔响应频率如图6中的线条60所示，可以看出其在中高频出现明显上扬。为了解决该问题，发明人经过大量实践和研究，想到通过选取合适插入损失的防风填充物来解决。其中，插入损失是声学材料的一个参数，表示的是存在与不存在该材料的两种情况下声传递损失的差值，它与材料孔隙率、流阻、厚度等物理参数相关。发明人经过大量实验，发现实际麦克风收音频率响应即为音腔频率响应与防风填充物插入损失的差值，因而想到针对图6中的音腔频率响应，如若选取一种厚度与中空主体4内部尺寸相当、插入损失曲线如图6中线条61所示的防风填充物，那么最终就可以得到全频段较为平坦的麦克风收音频率响应，即如图6线条62所示。由图6所示可知，通过选取具有合适插入损失的防风填充物，基于音腔频率响应与防风填充物插入损失的差值抵消，最终就会得到全频段较为平坦的频率响应。

[0040] 本发明实施例提供的上述方案，通过物理方式实现了防风效果，而且能够通过设定最远的爬行距离L和选取合适插入损失的防风填充物来保证得到全频段较为平坦的频率响应，在消除风噪影响的同时，不会引入谐波失真、本底噪声、相位变化等问题，保证了语音信号质量，有助于前端通话、降噪算法，提升通话质量、唤醒/识别成功率。

[0041] 上述方案的中空主体和防风填充物的体积尺寸均可以设计在毫米级别，因而可适配在几乎所有智能便携/穿戴设备，如手表、耳机、手机、平板等结构内部。在具体应用中，可以将上述防风结构应用在具有麦克风收音通道、收音孔的外壳和设置于麦克风收音通道内的麦克风的任何智能语音设备中，以通过将上述防风结构设置于麦克风收音通道内，并将中空主体4的第二开口10与外壳收音孔对应布置，将麦克风设置于中空主体4的第一开口20处，并朝向麦克风收音通道的收音方向布置，就可以对智能语音设备达到上述防风效果。

[0042] 另外，在优选实施例中，通过将第二开口设置为与距离第一开口最远的一个或多个收音孔对应布置，以及通过选取具有合适插入损失的防风填充物，就能够使得麦克风接收到的收音频率响应的上扬幅度控制在预设范围内，进而得到全频段都较为平坦的频率响应，保证智能语音设备的语音信号质量和通话质量。

[0043] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0044] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围

[0045] 以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

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