声学回声消除电路及骨传导设备的制作方法

1.本实用新型涉及语音通信技术领域，尤其涉及一种声学回声消除电路及骨传导设备。


背景技术：

2.骨导做为一种不同于喇叭的发声方式，其利用振子振动发声，将声音转化为不同频率的机械振动，通过人的颅骨、骨迷路、内耳淋巴液、螺旋器、听觉中枢来传递声波，由于其具备防水、私密性、开放性等特有优点，陆续被用做很多耳机、眼镜、头盔等的设备中，做为其发声模块。然而，带骨传导发声模块的骨导设备的麦克风采集到的声音信号噪音大，通话质量容易受到影响，尤其在通话双讲场景，该问题更为明显。针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例提供了一种声学回声消除电路及骨传导设备，以至少解决相关技术中骨导设备的麦克风采集到的声音信号噪音大的技术问题。
4.根据本实用新型实施例的第一个方面，提供了一种声学回声消除电路，包括：回声消除模块、回声信号采集模块、振动信号采集模块和拾音器；其中，
5.所述回声信号采集模块与所述回声消除模块的第一参考信号输入端电连接，所述回声信号采集模块用于采集骨导发声器的驱动信号并将所述驱动信号传输给所述第一参考信号输入端；
6.所述振动信号采集模块与所述拾音器的安装结构固定连接，以及与所述回声消除模块的第二参考信号输入端电连接，所述振动信号采集模块用于采集所述安装结构的振动信号并将所述振动信号传输给所述第二参考信号输入端；
7.所述拾音器与所述回声消除模块的近端输入端电连接。
8.进一步地，所述振动信号采集模块包括惯性传感器，所述惯性传感器与所述拾音器的安装结构固定连接，以及与所述回声消除模块的第二参考信号输入端电连接。
9.进一步地，所述骨导发声器与所述安装结构固定连接。
10.进一步地，所述骨导发声器与所述安装结构之间设置有缓冲层，和/或，所述安装结构与所述拾音器之间设置有缓冲层。
11.根据本实用新型实施例的第二个方面，还提供了一种骨传导设备，包括：
12.骨导发声器；
13.设备外壳；
14.安装结构，所述安装结构固定在所述设备外壳内，所述骨导发声器与所述安装结构固定连接；
15.声学回声消除电路，所述声学回声消除电路包括：回声消除模块、回声信号采集模块、振动信号采集模块和拾音器；
16.所述回声信号采集模块与所述回声消除模块的第一参考信号输入端电连接，所述回声信号采集模块用于采集所述骨导发声器的驱动信号并将所述驱动信号传输给所述第一参考信号输入端；
17.所述拾音器与所述安装结构固定连接；
18.所述振动信号采集模块与所述安装结构固定连接，以及与所述回声消除模块的第二参考信号输入端电连接，所述振动信号采集模块用于采集所述安装结构的振动信号并将所述振动信号传输给所述第二参考信号输入端；
19.所述拾音器与所述回声消除模块的近端输入端电连接。
20.进一步地，所述骨导发声器与所述安装结构之间设置有缓冲层；和/或，所述安装结构与所述拾音器之间设置有缓冲层。
21.进一步地，所述骨传导设备包括：
22.功率放大器，所述功率放大器的输出端与所述回声信号采集模块(20)的输入端电连接，所述功率放大器用于生成所述驱动信号。
23.进一步地，所述回声信号采集模块还包括：
24.数字功放单元，所述数字功放单元与所述回声消除模块的第一参考信号输入端电连接，所述数字功放单元用于生成所述驱动信号。
25.进一步地，所述回声消除模块包括：
26.主控芯片，所述主控芯片内设置有延时单元及回声消除算法单元；
27.所述回声信号采集模块与所述主控芯片的第一参考信号输入端电连接，所述振动信号采集模块与所述主控芯片的第二参考信号输入端电连接。
28.进一步地，所述回声消除模块还包括：
29.主控芯片；
30.回声消除算法单元，所述回声消除算法单元与所述主控芯片电连接，所述回声消除算法单元内设置有回声消除算法子单元和延时子单元，所述回声信号采集模块与所述回声消除算法单元的第一参考信号输入端电连接，所述振动信号采集模块与所述回声消除算法单元的第二参考信号输入端电连接。
31.本实用新型实施例的有益效果为：
32.本实用新型实施例通过在声学回声消除电路的硬件回路上添加一个振动信号采集模块，并放置在拾音器周边，拾取骨导振动时候整体结构振动施加在拾音器的干扰信号。此部分信号输出给后端，连同其他信号一同做信号处理，可有效地消除掉骨导振动对拾音器(即麦克风)上行信号的振动干扰，提升最终上行信号质量。
附图说明
33.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
34.图1为本实用新型实施例提供的一种声学回声消除电路的示意图(一)；
35.图2为本实用新型实施例提供的一种声学回声消除电路的示意图(二)；
36.图3为本实用新型实施例提供的一种声学回声消除电路的示意图(三)；
37.图4为本实用新型实施例提供的声学回声消除电路的信号处理原理图；
38.图5为本实用新型实施例提供的一种骨传导设备的示意图。
39.其中，上述附图包括以下附图标记：
40.10、回声消除模块；11、主控芯片；111、数字转换单元；112、延时单元；113、回声消除算法单元；131、回声消除算法子单元；132、延时子单元；133、数字转换子单元；20、回声信号采集模块；30、振动信号采集模块；40、骨导发声器；50、拾音器；60、安装结构；70、设备外壳；81、第一缓冲层；82、第二缓冲层；90、功率放大器。
具体实施方式
41.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
42.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。
43.由于骨导本身是基于振动传递的原理发声的，对于带通话功能或智能语音类设备，骨导本身的振动，会带动麦克风周边的结构振动并被麦克风拾取，使麦克风拾取到的声音信号包含了较大的振动噪音，而传统的声学回声消除aec回路，只利用功率放大器pa输出后的信号做aec回路，无法消除骨导振动对麦克风信号造成的振动干扰，导致麦克风(即拾音器)拾取到非必要的振动噪声，从而影响到通话质量。本实用新型第一个实施例提供的一种声学回声消除电路，用以解决由于麦克风拾取到非必要的振动噪声，从而影响到通话质量的问题，如图1所示，该声学回声消除电路包括：回声消除模块10、回声信号采集模块20、振动信号采集模块30和拾音器50。其中，回声信号采集模块20与回声消除模块10的第一参考信号输入端电连接，回声信号采集模块20用于采集骨导发声器40的驱动信号并将驱动信号传输给第一参考信号输入端，即图1中的aec1回路(声学回声消除回路)。
44.振动信号采集模块30与拾音器50的安装结构60固定连接，以及与回声消除模块10的第二参考信号输入端电连接，振动信号采集模块30用于采集安装结构60的振动信号并将振动信号传输给第二参考信号输入端，即图1所示的aec2回路。拾音器50与回声消除模块10的近端输入端电连接。骨导发声器40与安装结构60固定连接。骨导发声器40与安装结构60之间设置有第一缓冲层81，安装结构60与拾音器50之间设置有第二缓冲层82，第一缓冲层81和第二缓冲层82可均为弹性材料制成的具有减振效果的减震层，该弹性材料如橡胶、硅胶、pvc、纸板等。
45.其中，振动信号采集模块30为惯性传感器，惯性传感器的产品类型如加速度计，其中，惯性传感器(如图3中的加速度计)与拾音器50的安装结构60固定连接，以及与回声消除模块10的第二参考信号输入端电连接。惯性传感器包含了三轴加速度计的功能，惯性传感器或者加速度传感器可以抓取x/y/z三个方向的加速度，基于这个加速度，就可以表征所在位置受到的振动大小，由此将振动信号采集模块30采集到的表征振动大小的振动信号，作为第二参考信号发送给回声消除模块10做消除处理。
46.其中，回声消除模块10包括主控芯片11，主控芯片11内设置有延时单元112、数字转换单元111及回声消除算法单元113，针对不同的平台或者算法运算能力需求，回声消除算法单元113也可为独立于主控芯片11之外的控制器或信号处理单元。回声信号采集模块20与主控芯片11的第一参考信号输入端电连接，振动信号采集模块30与主控芯片11的第二参考信号输入端电连接。数字转换单元111输出端与延时单元112的输入端电连接，延时单元112的输出端与回声消除算法单元113电连接，数字转换单元111用于将回声信号采集模块20和振动信号采集模块30采集的参考信号转换为数字信号，延时单元112用于将转换为数字信号的两路回声消除参考信号对齐，回声消除算法单元113接收到对齐后的参考信号后实现对参考信号的回声消除处理。其中，主控芯片11为多核异构soc芯片或带音频处理的蓝牙芯片。
47.如图2所示，回声消除算法单元113为独立于主控芯片11的控制器或信息处理单元时，回声消除算法单元113与主控芯片11连接，回声消除算法单元113内设置有回声消除算法子单元131、数字转换子单元133和延时子单元132，即在独立于主控芯片11的控制器或信息处理单元内配置回声消除所需的硬件电路，回声信号采集模块20与回声消除算法单元113的第一参考信号输入端电连接。振动信号采集模块30与回声消除算法单元113的第二参考信号输入端电连接(需要说明的是，为表明回声消除算法单元113是接收相应信号采集模块的相应参考信号，此处也对回声消除算法单元113的信号接收端口采用第一、二参考信号输入端的方式来描述，此时并不代表是主控芯片11的信号接收端口)，回声消除算法子单元131的输出端与主控芯片11电连接，输入端连接延时子单元132的输出端，延时子单元132的输入端与数字转换子单元133的输入端连接，这里的数字转换子单元133和图1中的数字转换单元111功能相同，用于将回声信号采集模块20和振动信号采集模块30采集的相应的参考信号转换为数字信号，延时子单元132和延时单元112的功能一样，用于将转换为数字信号的两路回声消除参考信号对齐，回声消除算法子单元131接收到对齐后的参考信号后实现对参考信号的回声消除处理，从而将消除处理后得到的信号发送至主控芯片11。
48.本实用新型实施例在常规的声学回声消除回路的硬件通路上新增了振动信号采集模块30，并放置在拾音器50附近，拾取骨导发声器40振动时对拾音器50(如麦克风)的干扰信号。此信号作为第二参考信号反馈回回声消除模块10的主控芯片11，做为回路aec2。其中，aec1通路包含下行信号的部分，这部分的链路，本身由于规避振子的振动大小、振动幅度等，会对一些频率本身做很大的衰减，导致在aec1回路中基本不体现该部分频带内信号。但由于振子本身特性问题，这部分频段内即便有极微量的信号加载，也会产生极大的振动幅度。由于振子骨导发声器40本身会存在一些机构连接部分，骨导发声器40与安装结构60、电路板pcba等有接触的，这部分振动就会被拾音器50麦克风拾取，且为无意义的干扰信号。基于此，需要将aec1、aec2两路信号做求和，合并成一路完整的回声消除参考信号通过回声消除算法单元113来做回声消除处理。
49.如图4所示，拾音器50(麦克风mic)本身的信号，连同aec1，aec2在主控芯片11的回声消除算法单元113(即图3中的控制器或信号处理单元)中，对3路信号(拾音器50本身的信号、aec1回路的第一参考信号、aec2回路的第二参考信号)做信号处理，如图4所示，即将拾音器50本身的信号x3[n]消除第一参考信号x1[n]和第二参考信号x2[n]后最终输出一个信号，做为回声消除算法单元113处理后的最终信号结果g[n]，最终信号结果g[n]尽最大化的
消除了骨导发声器40振动传递导致结构振动对拾音器50拾音的干扰，可以用作智能语音的唤醒、交互等信号，也可以用于环境降噪enc上行信号，提升语音或者通话质量。尤其是在通话双讲状态下对上下行并发的场景，即图1至图3所示的硬件链路可以有效的消除相关的振动影响。
[0050]
本实用新型第二个实施例，还提供了一种骨传导设备，如图5所示，包括骨导发声器40、设备外壳70、安装结构60及第一实施例提供的声学回声消除电路。本实用新型实施例中，由于设备外壳70和安装结构60的具体外形构造与本实用新型解决问题无关联，因此，图5对设备外壳70和安装结构60仅做示意性的绘制方式，该绘制方式不会影响本发明的清楚完整度，安装结构60固定在设备外壳70内，骨导发声器40与安装结构60固定连接，声学回声消除电路包括：回声消除模块10、回声信号采集模块20、振动信号采集模块30和拾音器50，回声信号采集模块20与回声消除模块10的第一参考信号输入端电连接，回声信号采集模块20用于采集骨导发声器40的驱动信号并将驱动信号传输给第一参考信号输入端。拾音器50固定在安装结构60上，振动信号采集模块30与安装结构60固定连接，以及与回声消除模块10的第二参考信号输入端电连接，振动信号采集模块30用于采集安装结构60的振动信号并将振动信号传输给第二参考信号输入端，拾音器50与回声消除模块10的近端输入端电连接。
[0051]
其中，骨导发声器40与安装结构60之间设置有第一缓冲层81，安装结构60与拾音器50之间设置有第二缓冲层82，第一缓冲层81和第二缓冲层82可均为弹性材料制成的具有减振效果的减震层，以降低振动对上行信号的影响，该弹性材料如橡胶、硅胶、pvc、纸板等。上述的骨传导设备可以是骨传导耳机、眼镜、头盔等可穿戴设备，通过骨传导的方式将声音传导到人耳中。
[0052]
骨传导设备包括功率放大器90，功率放大器90的输出端与回声信号采集模块20的输入端电连接，功率放大器90用于生成驱动信号。
[0053]
回声信号采集模块20包括带均衡调试器eq的数字功放单元，数字功放单元与回声消除模块10的第一参考信号输入端电连接，数字功放单元用于生成驱动信号。其中，回声消除模块10包括主控芯片11，主控芯片11内设置有延时单元112、数字转换单元111及回声消除算法单元113，针对不同的平台或者算法运算能力需求，回声消除算法单元113也可为独立于主控芯片11之外的控制器或信号处理单元，如图2所示。回声信号采集模块20与主控芯片11的第一参考信号输入端电连接，振动信号采集模块30与主控芯片11的第二参考信号输入端电连接。数字转换单元111输出端与延时单元112的输入端电连接，延时单元112的输出端与回声消除算法单元113电连接，数字转换单元111用于将回声信号采集模块20和振动信号采集模块30采集的参考信号转换为数字信号，延时单元112用于将转换为数字信号的两路回声消除参考信号对齐，回声消除算法单元113接收到对齐后的参考信号后实现对参考信号的回声消除处理。其中，主控芯片11为多核异构soc芯片或带音频处理的蓝牙芯片。
[0054]
图3中选取了采用常规功放输出的信号回路模拟声学回声消除aec回传的例子，针对不同的硬件电路，如回声信号采集模块20使用数字功放单元时，数字功放单元内设置有均衡调试器eq，在均衡调试器eq对下行信号做完eq算法处理后，将数字转换单元111(简称adc)前的信号重新拉取一路出来，并返回给主控芯片11的回声消除算法单元113，作为aec1回路。
[0055]
当骨导发声器40振动时，附加在拾音器50附近的振动信号采集模块30，就能拾取由于骨导振动而导致的拾音器50麦克风周边或安装结构60的额外振动信号大小。另外保留了常规的功放输出的信号回路做为另外一个声学回声消除aec回路，两路信号再结合由回声消除模块10做消除处理后，达到更优的声学回声消除效果，为智能语音、通话enc等提供更好的上行信号质量。
[0056]
因此，本实用新型实施例通过在声学回声消除电路的硬件回路上添加一个振动信号采集模块30，并放置在拾音器50周边，拾取骨导振动时候整体结构振动施加在拾音器50的干扰信号。此部分信号输出给后端，连同其他信号一同做信号处理，可有效地消除掉骨导振动对上行信号的干扰，提升最终上行通路的信号质量。
[0057]
上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。而且，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0058]
在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
[0059]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
[0060]
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0061]
另外，在本实用新型各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0062]
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0063]
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种声学回声消除电路，包括：回声消除模块(10)、回声信号采集模块(20)、振动信号采集模块(30)和拾音器(50)；其特征在于，所述回声信号采集模块(20)与所述回声消除模块(10)的第一参考信号输入端电连接，所述回声信号采集模块(20)用于采集骨导发声器(40)的驱动信号并将所述驱动信号传输给所述第一参考信号输入端；所述振动信号采集模块(30)与所述拾音器(50)的安装结构(60)固定连接，以及与所述回声消除模块(10)的第二参考信号输入端电连接，所述振动信号采集模块(30)用于采集所述安装结构(60)的振动信号并将所述振动信号传输给所述第二参考信号输入端；所述拾音器(50)与所述回声消除模块(10)的近端输入端电连接。2.根据权利要求1所述的声学回声消除电路，其特征在于，所述振动信号采集模块(30)包括惯性传感器，所述惯性传感器与所述拾音器(50)的安装结构(60)固定连接，以及与所述回声消除模块(10)的第二参考信号输入端电连接。3.根据权利要求1所述的声学回声消除电路，其特征在于，所述骨导发声器(40)与所述安装结构(60)固定连接。4.根据权利要求3所述的声学回声消除电路，其特征在于，所述骨导发声器(40)与所述安装结构(60)之间设置有缓冲层，和/或，所述安装结构(60)与所述拾音器(50)之间设置有缓冲层。5.一种骨传导设备，其特征在于，包括：骨导发声器(40)；设备外壳(70)；安装结构(60)，所述安装结构(60)固定在所述设备外壳(70)内，所述骨导发声器(40)与所述安装结构固定连接；声学回声消除电路，所述声学回声消除电路包括：回声消除模块(10)、回声信号采集模块(20)、振动信号采集模块(30)和拾音器(50)；所述回声信号采集模块(20)与所述回声消除模块(10)的第一参考信号输入端电连接，所述回声信号采集模块(20)用于采集所述骨导发声器(40)的驱动信号并将所述驱动信号传输给所述第一参考信号输入端；所述拾音器(50)与所述安装结构(60)固定连接；所述振动信号采集模块(30)与所述安装结构(60)固定连接，以及与所述回声消除模块(10)的第二参考信号输入端电连接，所述振动信号采集模块(30)用于采集所述安装结构(60)的振动信号并将所述振动信号传输给所述第二参考信号输入端；所述拾音器(50)与所述回声消除模块(10)的近端输入端电连接。6.根据权利要求5所述的骨传导设备，其特征在于，所述骨导发声器(40)与所述安装结构(60)之间设置有缓冲层；和/或，所述安装结构(60)与所述拾音器(50)之间设置有缓冲层。7.根据权利要求5所述的骨传导设备，其特征在于，所述骨传导设备包括：功率放大器(90)，所述功率放大器(90)的输出端与所述回声信号采集模块(20)的输入端电连接，所述功率放大器(90)用于生成所述驱动信号。8.根据权利要求5所述的骨传导设备，其特征在于，所述回声信号采集模块(20)包括：
数字功放单元，所述数字功放单元与所述回声消除模块(10)的第一参考信号输入端电连接，所述数字功放单元用于生成所述驱动信号。9.根据权利要求5所述的骨传导设备，其特征在于，所述回声消除模块(10)包括：主控芯片(11)，所述主控芯片(11)内设置有延时单元(112)及回声消除算法单元(113)；所述回声信号采集模块(20)与所述主控芯片(11)的第一参考信号输入端电连接，所述振动信号采集模块(30)与所述主控芯片(11)的第二参考信号输入端电连接。10.根据权利要求5所述的骨传导设备，其特征在于，所述回声消除模块(10)还包括：主控芯片(11)；回声消除算法单元(113)，所述回声消除算法单元(113)与所述主控芯片(11)电连接，所述回声消除算法单元(113)内设置有回声消除算法子单元(131)和延时子单元(132)；所述回声信号采集模块(20)与所述回声消除算法单元(113)的第一参考信号输入端电连接，所述振动信号采集模块(30)与所述回声消除算法单元(113)的第二参考信号输入端电连接。

技术总结
本实用新型实施例公开了一种声学回声消除电路及骨传导设备。该声学回声消除电路包括：回声消除模块、回声信号采集模块、振动信号采集模块和拾音器；其中，回声信号采集模块与回声消除模块的第一参考信号输入端电连接，回声信号采集模块用于采集骨导发声器的驱动信号并将驱动信号传输给第一参考信号输入端；振动信号采集模块与拾音器的安装结构固定连接，以及与回声消除模块的第二参考信号输入端电连接；拾音器与回声消除模块的近端输入端电连接。通过本实用新型，解决了相关技术中骨导设备的麦克风采集到的声音信号噪音大的问题，达到了有效地消除掉骨导振动对麦克风上行信号的振动干扰，提升最终上行信号质量的技术效果。果。果。


技术研发人员：郭锦培
受保护的技术使用者：浙江艾克斯精灵人工智能科技有限公司
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/10/20