一種基於傳感器獲取聲音信號的方法及裝置的製作方法
2023-05-21 13:45:41 1
專利名稱：一種基於傳感器獲取聲音信號的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種基於傳感器獲取聲音信號的方法及裝置。
背景技術：
麥克風(MICrophone，MIC)，又叫傳聲器，話筒，微音器等，其是一種將聲音信號轉換為電信號的能量轉換器件。麥克風是能將聲音信號轉換成電信號的工具。目前的麥克風的種類有很多，按照換能原理為電動式(動圈式、鋁帶式)，電容式 (直流極化式)、壓電式(晶體式、陶瓷式)、以及電磁式、碳粒式、半導體式和最近新興的矽微傳聲器，此外還有液體傳聲器和雷射傳聲器等。工作原理大多為，人聲通過空氣使麥克風內的振膜振動，形成微弱的電流即產生電信號；或者是使其電容改變，形成電流阻抗從而產生相應的電信號。聽診器，是最常用的診斷用具，是醫師的標誌，現代醫學即始於聽診器的發明。聽診器自從被應用於臨床以來，外形及傳音方式有不斷的改進，但其基本結構變化不大，主要由拾音部分(胸件)，傳導部分(膠管)及聽音部分(耳件)組成。通過聽診器，可以聽得到心音、呼吸音、腸鳴音等。另外，還存在特殊的聽診器，用於探聽汽車發動機的振動情況，從而方便對汽車發動機進行診斷。但是，對於麥克風而言，由於環境噪音和人說話的聲音均會通過空氣使麥克風內的振膜振動，因此，麥克風在接收人說話的聲音信號的同時，也接收到了環境噪音信號，從而使人說話的聲音混雜了多種環境噪音輸出，讓人聽不清說話的聲音，尤其是在工地、戰場等噪聲特別大的地方根本沒法通話，嚴重影響了用戶使用；同樣，聽診器也容易受空氣中的環境噪音幹擾，使得醫生或者進行汽車發動機診斷的用戶聽到的聲音信號不夠清晰，同時， 也不便於觀看和保存，更不便於進行對比觀察及後續的研究。
發明內容
本發明實施例所要解決的技術問題在於，提供一種基於傳感器獲取聲音信號的方法及裝置，通過傳感器感受第一物體振動獲取聲音信號的方式，由於只接受第一物體的機械振動產生的信號，而不接受從空氣中傳來的聲音信號，就完全避免接收到環境噪音信號， 從而達到去除環境噪聲的目的。為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種基於傳感器獲取聲音信號的方法，包括採用傳感器感測第一物體的振動情況，獲取所述第一物體振動過程中的運動感測數據，所述傳感器包括加速度傳感器和/或陀螺儀；對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號。其中，所述對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號的步驟，包括將所述運動感測數據進行模擬/數字轉換，得到數字振動信號；對所述數字振動信號進行數據融合運算，得到數字聲音信號；對所述數字聲音信號進行數字/模擬轉換，得到模擬聲音信號。其中，所述對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號的步驟，還包括對所述數字聲音信號進行整形、濾波、去噪處理。其中，所述對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號的步驟，還包括存儲所述數字聲音信號。其中，還包括將所述模擬聲音信號轉換為電信號，並將所述電信號傳輸至顯示器上進行顯示。其中，還包括將所述模擬聲音信號傳輸至播放端進行聲音的播放。相應地，本發明實施例還提供了一種基於傳感器獲取聲音信號的裝置，包括傳感器，用於感測第一物體的振動情況，獲取第一物體振動過程中的運動感測數據，所述傳感器包括加速度傳感器和/或陀螺儀；處理單元，用於對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程
中的聲音信號。其中，所述處理單元包括模擬/數字轉換單元，用於將所述傳感器感測到的運動感測數據進行模擬/數字轉換，得到數字振動信號；第一運算子單元，對所述模擬/數字轉換單元得到的數字振動信號進行數據融合運算，得到數字聲音信號；數字/模擬轉換單元，用於對所述數字聲音信號進行數字/模擬轉換，得到模擬聲音信號。其中，所述處理單元還包括第二運算子單元，用於對所述第一運算子單元得到的數字聲音信號進行整形、濾波、去噪處理。其中，還包括存儲單元，用於存儲所述第一運算子單元得到的數字聲音信號。其中，還包括信號傳輸單元，用於將所述數字/模擬轉換單元得到的模擬聲音信號傳輸至顯示器進行顯示。其中，還包括所述信號傳輸單元還用於將所述數字/模擬轉換單元得到的模擬聲音信號傳輸至播放端進行聲音的播放。實施本發明實施例，具有如下有益效果採用傳感器感受第一物體振動來拾音的方式，完全屏蔽掉環境噪聲信號，使得用戶即使處於非常吵鬧的環境下，也能夠獲取並傳送出清晰的用戶所發出聲音的音頻信號，而不受環境噪音的影響，同時，通過傳感器獲取的數據產生的聲音信號方便於保存以及觀看，以及方便進行後續的對比觀察和研究。
圖1為本發明實施例的基於傳感器獲取聲音信號的裝置的結構示意圖；圖2為圖1中的處理單元的實施例結構示意圖；圖3為本發明的基於傳感器獲取聲音信號的方法的第一實施例的流程圖；圖4為本發明的基於傳感器獲取聲音信號的方法的第二實施例的流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。請參見圖1，為本發明實施例的基於傳感器獲取聲音信號的裝置的結構示意圖，所述裝置包括傳感器1和處理單元2。所述傳感器1，用於感測第一物體的振動情況，獲取第一物體振動過程中的運動感測數據，所述傳感器包括加速度傳感器和/或陀螺儀。具體實現中，所述第一物體可以為人的聲帶、心臟等，或者汽車的發動機。所述傳感器1可包括加速度傳感器和/或陀螺儀。所述加速度傳感器內部由三個單軸加速度傳感器組成，可分別感測X軸、Y軸、Z軸方向上的直線加速度值，該感測的即為第一物體振動所形成的X軸、Y軸、Z軸方向上的振動加速度值；所述陀螺儀可分別感測X軸、Y軸、Z軸方向上的角加速度值，該感測的即為第一物體振動所形成的X軸、Y軸、Z軸方向上的振動角加速度值。具體地，所述加速度傳感器作為聲音感測工具，可利用類似機械槓桿原理，將槓桿的一端貼在第一物體振動點附近，所述加速度傳感器置於槓桿的另一端，這樣，槓桿可將輕微的第一物體振動放大，使位於槓桿另一端的加速度傳感器感測到更加明顯的振動，從而得到更精確的運動感測數據；所述陀螺儀作為聲音感測工具，同樣可利用類似機械槓桿原理，將所述陀螺儀置於槓桿的支點位置，利用振動點帶動支點的旋轉，使所述陀螺儀產生相應的旋轉運動，輸出角加速度值。所述處理單元2，用於對所述傳感器1獲取的運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號。具體實現中，所述處理單元2通過對所述運動感測數據進行融合計算，即對所述加速度傳感器所感測的X軸、Y軸、Z軸方向上的直線加速度值進行兩次積分後，可計算出直線位移；所述處理單元2對所述陀螺儀所感測的X軸、Y軸、Z軸方向上的角加速度值進行兩次積分後，可得到角位移，根據直線位移和所述角位移並結合時間值，可計算出第一物體振動過程中的振動幅度和振動頻率等值，得到聲音信號。進一步的，如圖2所示，該裝置的所述處理單元2包括模擬/數字轉換單元21、 第一運算子單元22、第二運算子單元23以及數字/模擬轉換單元24。
所述模擬/數字轉換單元21，用於將所述傳感器1感測到的運動感測數據進行模擬/數字轉換，得到數字振動信號；所述第一運算子單元22，對所述模擬/數字轉換單元21得到的數字振動信號進行數據融合運算，得到數字聲音信號；所述第一運算子單元22通過對感測數據進行融合計算，即可得到第一物體振動過程中的振動幅度和振動頻率等值，得到數字聲音信號；所述第二運算子單元23，用於對所述第一運算子單元22得到的數字聲音信號進行整形、濾波、去噪處理；所述數字/模擬轉換單元M，用於對所述第二運算子單元23得到的數字聲音信號進行數字/模擬轉換，得到模擬聲音信號。具體的，所述模擬/數字轉換單元21和所述數字/模擬轉換單元M可以採用現有的A/D轉換模塊和D/A轉換模塊實現。再請參見圖1，所述麥克風還包括存儲單元3。所述存儲單元3，用於存儲所述第一運算子單元22得到的數字聲音信號。具體的，採用所述存儲單元3存儲所述數字聲音信號可方便用戶進行後續的查看、對比以及研究等應用。再請參見圖1，該裝置還包括信號傳輸單元4。所述信號傳輸單元4，用於將所述數字/模擬轉換單元M得到的模擬聲音信號轉換為電信號，傳輸至顯示器進行顯示；還用於將所述數字/模擬轉換單元M得到的模擬聲音信號傳輸至播放端進行聲音的播放。具體的，所述信號傳輸單元4將所述經數字/模擬轉換後得到的模擬聲音信號進行轉換得到可供顯示的電信號，並將所述電信號傳輸給本裝置的或裝置外部的顯示器進行顯示，或者將所述經數字/模擬轉換後得到的模擬聲音信號傳輸給揚聲器等裝置進行聲音的播放。可以理解的是，本發明實施例的所述基於傳感器獲取聲音信號的裝置可以為麥克風或者聽診器等其他的類似拾音裝置，為了更清楚地說明本發明，下面以麥克風和聽診器為例，對所述基於傳感器獲取聲音信號的裝置進行進一步的說明。當基於傳感器獲取聲音信號的裝置為麥克風時，所述傳感器1可置於用戶的腮幫的位置，當用戶發聲時，其聲帶會相應的發生振動，所述傳感器1對用戶聲帶的振動進行感測，從而獲取聲帶振動過程中的運動感測數據。所述處理單元2對所述傳感器1獲取的用戶聲帶振動過程中的運動感測數據進行運算處理，可計算出聲帶振動過程中的振動幅度和振動頻率等值，得到用戶發聲的聲音信號。具體的，所述處理單元2的所述模擬/數字轉換單元21，用於將所述傳感器1感測到的運動感測數據進行模擬/數字轉換，得到數字振動信號；所述第一運算子單元22，對所述模擬/數字轉換單元21得到的數字振動信號進行數據融合運算，得到數字聲音信號； 所述第二運算子單元23，用於對所述第一運算子單元22得到的數字聲音信號進行整形、濾波、去噪處理；所述數字/模擬轉換單元對，用於對所述數字聲音信號進行數字/模擬轉換，得到模擬聲音信號。所述信號傳輸單元4將所述數字/模擬轉換單元M得到的模擬聲音信號發送給揚聲器等裝置進行聲音的播放。當基於傳感器獲取聲音信號的裝置為聽診器時，所述傳感器1置於聽診器的胸件的位置，通過將所述傳感器1與人的心臟等振動物體接觸，用於感測人體心臟跳動過程的運動感測數據。所述處理單元2，用於對所述傳感器1感測到的運動感測數據進行處理，得到心臟等振動物體振動過程中的聲音信號；具體的，所述處理單元2通過對所述傳感器1感測得到的人的心臟等振動物體跳動過程的運動感測數據進行融合運算，可計算出心臟等振動物體振動過程中聲音信號，其包括振動幅度和振動頻率等值。具體的，所述處理單元2的所述模擬/數字轉換單元21，用於將所述傳感器1感測到的運動感測數據進行模擬/數字轉換，得到數字振動信號；所述第一運算子單元22，對所述模擬/數字轉換單元21得到的數字振動信號進行數據融合運算，得到數字聲音信號； 所述第二運算子單元23，用於對所述第一運算子單元22得到的數字聲音信號進行整形、濾波、去噪處理；所述數字/模擬轉換單元對，用於對所述數字聲音信號進行數字/模擬轉換，得到模擬聲音信號。所述存儲單元3，用於存儲所述第一運算子單元22得到的數字聲音信號。存儲所述數字聲音信號可方便於後續的查看、對比以及研究。所述信號傳輸單元4，用於將所述模擬聲音信號傳輸至聽診器耳件即播放端進行聲音的播放；或者用於將由所述模擬聲音信號轉換而成的電信號傳輸至顯示器上進行顯示。所述信號傳輸單元4可將所述聲音信號傳輸至聽診器耳件進行聲音的播放，同時，也可將所述模擬聲音信號轉換為相應的可供顯示的電信號，然後將所述電信號傳輸至本裝置的或裝置外部的顯示器等設備顯示對應的振幅和頻率等數據，以供用戶進行比較、分析等應用。另外，當作為聽診器時，還可將所述傳感器1置於汽車的發動機上，當發動機發動時，所述傳感器1便可對所述發動機的振動進行感測，從而獲取到發動機振動過程中相應的運動感測數據。所述處理單元2對所述傳感器1感測到的運動感測數據進行處理，得到所述汽車發動機振動過程中的聲音信號。所述存儲單元3存儲所述處理單元2中的所述第一運算子單元22得到的數字聲音信號，以便於用戶進行後續的查看、對比以及研究。所述信號傳輸單元4，用於將所述聲音信號傳輸至聽診器耳件進行聲音的播放；或者用於將由所述模擬聲音信號轉換而成的電信號傳輸至顯示器上進行顯示。本發明實施例中，採用傳感器感受用戶的聲帶、心臟以及汽車發動機等物體的振動來拾音的方式，可完全屏蔽掉環境噪聲信號，使得用戶即使處於非常吵鬧的環境下，也能夠獲取並傳送出清晰的音頻信號而不受環境噪音的影響，同時，通過傳感器獲取的數據產生的聲音信號方便於保存以及觀看，以及方便進行後續的對比觀察和研究，提升了用戶的使用體驗。為了更清楚的說明本發明，下面將對由上述的基於傳感器獲取聲音信號的裝置所執行的聲音信號獲取方法進行詳細介紹。請參見圖3，為本發明的基於傳感器獲取聲音信號的方法的第一實施例的流程圖， 所述方法包括
S301 採用傳感器感測第一物體的振動情況，獲取第一物體振動過程中的運動感測數據，所述傳感器包括加速度傳感器和/或陀螺儀；具體實現中，所述第一物體可以為用戶的聲帶、心臟以及汽車的發動機等振動物體，所述S301可利用加速度傳感器和/或陀螺儀來進行運動感測數據的獲取。其中，所述加速度傳感器內部由三個單軸加速度傳感器組成，可分別感測X軸、Y軸、Z軸方向上的直線加速度值，該感測的即為第一物體振動所形成的X軸、Y軸、Z軸方向上的振動加速度值；所述陀螺儀可分別感測X軸、Y軸、Z軸方向上的角加速度值，該感測的即為第一物體振動所形成的X軸、Y軸、Z軸方向上的振動角加速度值。具體地，所述加速度傳感器作為聲音感測工具，可利用類似機械槓桿原理，將槓桿的一端貼在第一物體振動點附近，所述加速度傳感器置於槓桿的另一端，這樣，槓桿可將輕微的第一物體振動放大，使位於槓桿另一端的加速度傳感器感測到更加明顯的振動，從而得到更精確的運動感測數據；所述陀螺儀作為聲音感測工具，同樣可利用類似機械槓桿原理，將所述陀螺儀置於槓桿的支點位置，利用振動點帶動支點的旋轉，使所述陀螺儀產生相應的旋轉運動，輸出角加速度值。S302:對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音
信號；具體實現中，所述S302對所述加速度傳感器所感測的X軸、Y軸、Z軸方向上的直線加速度值進行兩次積分運算，可計算出直線位移；所述S302對所述陀螺儀所感測的X軸、 Y軸、Z軸方向上的角加速度值進行兩次積分運算後，可得到角位移，根據直線位移和所述角位移並結合時間值，可計算出第一物體振動過程中的振幅和頻率，得到聲音信號。本發明實施例中，採用傳感器感受用戶的聲帶、心臟以及汽車發動機等物體的振動來拾音的方式，可完全屏蔽掉環境噪聲信號，使得用戶即使處於非常吵鬧的環境下，也能夠獲取並傳送出清晰的用戶所發出的音頻信號而不受環境噪音的影響，同時，通過傳感器獲取的數據產生的聲音信號方便於保存以及觀看，以及方便進行後續的對比觀察和研究， 提升了用戶的使用體驗。請參見圖4，為本發明的基於傳感器獲取聲音信號的方法的第二實施例的流程圖； 所述方法包括S401 採用傳感器感測第一物體的振動情況，獲取第一物體振動過程中的運動感測數據，所述傳感器包括加速度傳感器和/或陀螺儀；所述第一物體包括用戶的聲帶或者心臟等部位，或者為汽車發動機等振動物體， 具體的，將所述傳感器置於用戶的腮幫、喉部等位置，用於感測用戶發聲時，聲帶的振動情況，獲取用戶聲帶振動時的運動感測數據，實現麥克風的拾音功能；或者將所述傳感器作為聽診器的胸件，貼於用戶的心臟位置，或者汽車的發動機等振動物體上，用於對用戶的心臟或者汽車的發動機等振動物體的振動情況進行感測，實現聽診器拾音功能。S402 將所述運動感測數據進行模擬/數字轉換，得到數字振動信號；具體的，可採用目前的各種模擬/數字轉換模塊對得到的所述運動感測數據進行相應的模擬數據到數字數據的轉換，得到數字振動信號。S403 對所述數字振動信號進行數據融合運算得到數字聲音信號；具體的，通過對傳感器感測到的三維直線加速度值以及三維角加速度值進行融合計算，得到第一物體振動過程中的振幅和頻率等數據，從而得到相應的數字聲音信號。S404 對所述數字聲音信號進行整形、濾波、去噪處理；S405 對所述數字聲音信號進行數字/模擬轉換，得到模擬聲音信號；S406 將所述模擬聲音信號傳輸至播放端進行聲音的播放；具體的，將S405得到的模擬聲音信號發送給本裝置的或者本裝置外部的揚聲器等設備，以進行聲音的播放。S407:將所述模擬聲音信號轉換為電信號，並將所述電信號傳輸至顯示器上進行顯不。具體的，先將S405得到的模擬聲音信號轉換為可供顯示的電信號，然後將所述電信號傳輸給顯示器進行包括振幅、頻率等數據的顯示。本發明實施例中，採用傳感器感受用戶的聲帶、心臟以及汽車發動機等物體的振動來拾音的方式，可完全屏蔽掉環境噪聲信號，使得用戶即使處於非常吵鬧的環境下，也能夠獲取並傳送出清晰的用戶所發出的音頻信號而不受環境噪音的影響，同時，通過傳感器獲取的數據產生的聲音信號方便於保存以及觀看，以及方便進行後續的對比觀察和研究， 提升了用戶的使用體驗。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過電腦程式來指令相關的硬體來完成，所述的程序可存儲於一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光碟、只讀存儲記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機存儲記憶體(Random Access Memory, RAM)等。以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例的全部或部分流程，並依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬於發明所涵蓋的範圍。
權利要求
1.一種基於傳感器獲取聲音信號的方法，其特徵在於，包括採用傳感器感測第一物體的振動情況，獲取所述第一物體振動過程中的運動感測數據，所述傳感器包括加速度傳感器和/或陀螺儀；對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號的步驟，包括將所述運動感測數據進行模擬/數字轉換，得到數字振動信號； 對所述數字振動信號進行數據融合運算，得到數字聲音信號； 對所述數字聲音信號進行數字/模擬轉換，得到模擬聲音信號。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號的步驟，還包括對所述數字聲音信號進行整形、濾波、去噪處理。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號的步驟，還包括存儲所述數字聲音信號。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，還包括將所述模擬聲音信號轉換為電信號，並將所述電信號傳輸至顯示器上進行顯示。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，還包括 將所述模擬聲音信號傳輸至播放端進行聲音的播放。
7.一種基於傳感器獲取聲音信號的裝置，其特徵在於，包括傳感器，用於感測第一物體的振動情況，獲取第一物體振動過程中的運動感測數據，所述傳感器包括加速度傳感器和/或陀螺儀；處理單元，用於對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號。
8.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元包括模擬/數字轉換單元，用於將所述傳感器感測到的運動感測數據進行模擬/數字轉換， 得到數字振動信號；第一運算子單元，對所述模擬/數字轉換單元得到的數字振動信號進行數據融合運算，得到數字聲音信號；數字/模擬轉換單元，用於對所述數字聲音信號進行數字/模擬轉換，得到模擬聲音信號。
9.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述處理單元還包括第二運算子單元，用於對所述第一運算子單元得到的數字聲音信號進行整形、濾波、去噪處理。
10.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於，還包括存儲單元，用於存儲所述第一運算子單元得到的數字聲音信號。
11.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，還包括信號傳輸單元，用於將所述數字/模擬轉換單元得到的模擬聲音信號轉換為電信號， 傳輸至顯示器進行顯示。
12.如權利要求11所述的麥克風，其特徵在於，還包括所述信號傳輸單元還用於將所述數字/模擬轉換單元得到的模擬聲音信號傳輸至播放端進行聲音的播放。
全文摘要
本發明實施例公開一種基於傳感器獲取聲音信號的方法及裝置，該方法包括採用傳感器感測第一物體的振動情況，獲取所述第一物體振動過程中的運動感測數據，所述傳感器包括加速度傳感器和/或陀螺儀；對所述運動感測數據進行運算處理，得到所述第一物體振動過程中的聲音信號。採用本發明，可完全屏蔽掉環境噪聲信號，使得用戶即使處於非常吵鬧的環境下，也能夠獲取到清晰的人的聲帶、心臟振動或者汽車發動機等振動物體振動過程中所發出的聲音信號，可較好的實現麥克風、聽診器的功能，提升了用戶的使用體驗。
文檔編號G10K9/10GK102340719SQ20101023046
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月19日 優先權日2010年7月19日
發明者廖明忠 申請人:廖明忠