[发明专利]单端开口声波导管提升语音信号的话筒装置

说明书

单端开口声波导管提升语音信号的话筒装置，用于提升语音信号的宽指向或无指向的话筒装置，可以用于智能语音识别和录音监控系统。

技术领域 属于录音、拾音的话筒或麦克风的改良设计，具体是指用于拾取录制语音或其它特定频段声信号的，具有指定频段信号提升，频段外抑制效果的专用话筒。可以用于各种监控系统中，达到抑制背景噪音，提升语音或特定频段信号的声音拾取话筒，解决目前普通话筒用于监控时录音效果不理想，很难得到理想的语音可懂度，因而目前监控系统普遍是仅有视频而无音频的现状。同时也可以用于语音识别领域，可以有效地提高语言辨识度，在智能语音识别控制上有良好的技术效果。

背景技术 目前视频监控系统已经得到普遍的使用，银行等场所的监控录像系统是必备的设备。但是因为普通话筒的拾音效果不理想，很难在背景噪音下录制可听懂度高的语音信号。而使用高指向话筒的话虽然可以提升语音信号，但是指向太高，偏离指向方向的人声信号就无法拾取，无法有效覆盖监控所需的范围。而且高指向话筒造价高昂，长度很长，体积大，也限制了使用。但目前由于各种需求，监控系统必须同时有视频和音频的趋势日渐强烈，成本低、语音提升、宽指向、抗噪能力强的专用话筒的市场需求很大，但相关技术和产品阙如。造成了目前监控系统大都只有视频而无音频的现状。

而智能语音领域，在远距离语音识别方面，由于在噪音等背景声本底高的情况下，识别度降低，目前是采用多话筒组成矩阵再加上DSP处理来弥补，成本高，体积大，效果有限，仅仅在近场50厘米距离以下满足使用要求，远场识别度仍然无法满足实际需求。

发明内容 为了满足监控系统对拾音话筒的需求，就需要大幅提高语音信号，而对语音以外的频段进行抑制，以获得高语音可懂度的录音效果。根据声学理论，人类的语音的频段为100赫兹到2000赫兹，关键频段在300∼1000赫兹。因而技术上如果提升300∼1000赫兹频段信号，而对频段外信号进行抑制，就可以获得提高语音可懂度的录音效果。常见的语音录制芯片的设计就是建基于此的。但是实际使用时，由于话筒拾取的语音信号湮没在环境噪音中，可懂度很低，经语音芯片处理后，虽然可懂度提升了一些，但人声的可懂度仍然无法满足需要。高指向话筒可以满足这一指标，但高指向带来了覆盖范围小，无法把视频覆盖范围内的人声都有效拾取，而其高的造价也基本否定了加多只高指向话筒来满足覆盖范围的可能。根据监控使用的实际需求，需要宽指向（最好180度指向或者无指向360度）、同时具有语音频段提升而带外抑制的专用话筒。为此本发明提供一个全新的设计方案：在普通话筒前加一个一端开口的声波导管，话筒放置在声波导管内，靠近管的封闭端，话筒与封闭端的距离为声波导管总长度的约1/4~3/4最好，进一步优选为1/4~1/2。声波导管的长度设计为人声语音频段的中心频率的1/4波长或者说，设置管长使得声波导管和话筒的共振频率落在300~1000赫兹之间。如此，声波导管是一个共振选频器，共振频率的信号可以有效地到达话筒处，非共振频率的信号受到抑制。为了展宽共振频段，以尽量覆盖人声语音频段，可以在声波导管的一端沿长度方向设置若干个开口，得到几个共振频率，形成一个宽的共振频段，进而基本覆盖人声语音频段300~1000赫兹，得到高的语音可懂度。为了小型化，同时避免高指向性，声波导管进一步优化设计为曲折的，两端间的距离减小，无明显指向性。实测如此设计的话筒采用同样的驻极体话筒的情况下，加上述的单端多开口曲折声波导管的情况下，人声信号提升约十分贝，而且无指向，语音的可懂度有明显改善。用智能音箱试验，在一米距离，普通房间正常环境噪音下，市售智能音箱（双麦克风降噪）识别“15乘于5”，识别正确回答“75”的比率是1/10~2/10。而在音箱外壳的主mic孔处加上类似附图3的声波导管提升装置后，识别正确回答无误的比率是6/10，改善效果十分明显。与传统的高指向话筒相比，本发明设计采用的是一端开口的声波导管，话筒或咪头设置在波导管的中段避免高指向性，并且优选采用曲折式声波导管，来进一步避免高指向和大尺度。而传统设计的高指向枪式话筒采用的是一端开口一端封闭的声波导管，声波导管是直线形无曲折的；话筒或咪头设置在波导管的封闭的一端。其技术目的是为了达到高指向。传统设计的高指向枪式话筒受限于其体积和高指向特性，是难于用于普通的监控录音或语音识别的场景的。本设计方案的优点或与常见高指向话筒的本质区别，就在于无指向性和体积尺度小。