返声功能部件、隔音反馈耳机及其应用和隔音反馈方法技术

本发明专利技术公开了一种返声功能部件、隔音反馈耳机及其应用和隔音反馈方法，所述的声功能部件包括顺次连接的单指向性麦克风接收头(1)、声音放大器(2)、AD转换模块(3)、处理器(4)、DA转换模块(5)和音频运放(6)。本发明专利技术可以实现在嘈杂环境下只返回用户本身的声音；另外，通过将本发明专利技术的返声功能部件装载到普通的耳机中，从而可以实现多个学生在同一间教室内同时练习口语或诵读，避免相互进行干扰，可以同时过滤掉高频、低频噪音，只返回用户本身的声音，不会造成声音失真，且对佩戴方式和耳机的组成材料要求较低；随时可以闹中取静，提高口语学习效率。

【技术实现步骤摘要】
返声功能部件、隔音反馈耳机及其应用和隔音反馈方法
本专利技术涉及一种返声功能部件、隔音反馈耳机及其应用和隔音反馈方法，属于耳机

技术介绍
多个学生在同一间教室内同时练习口语或诵读时，会造成相互干扰而影响学习效果。戴上隔音耳机或耳塞，又会有失真的感觉。在口语自学过程中，与标准读音对照并智能纠正语音的错误，也很关键，但不可能让老师时刻能关注到所有的学生。因此，运用智能耳机解决此类问题，有一定的现实意义。在现有耳机降噪技术中，主要分为主动降噪和物理隔离两种方案。主动降噪的原理是利用信号处理电路，依靠一个小麦克风对环境噪声取样，然后在耳机中产生一个反相的信号以消除噪声。由于利用小麦克风拾音，不可能采样到100％的信号，也就不能输出100％准确的反相信号，会造成一定的失真，同时对用户本身的语音信号也不进行特殊处理，会一并滤去。耳机被动降噪，也就是用物理隔音的方法，把耳机外的声音尽量隔断，只让耳朵听到耳机中的声音。这种方法，要求耳机包围耳朵形成封闭空间，对佩戴方式和耳机的组成材料要求较高，且也只能阻隔高频噪声，对低频噪声效果不明显。目前国内外具有隔音回馈和语音纠错功能的耳机类产品都是采用了传统的滤波方案(如名称为一种能听到自己声音的耳机、申请号为201210116161.8的专利技术专利申请；名称为K歌/唱吧同步监听耳机、申请号为201610522760.8的专利技术专利申请；名称为一种降噪耳机的测量方法、申请号为201810167336.5的专利技术专利申请)，在返声过程中，主要都是利用正确的声音与噪音相抵消或频率域滤波的方案，在嘈杂环境下无法只返回用户本身的声音，且只能播放正确的读音，无法对用户的朗读进行纠错，还没有一个适合于辅助外语口语训练的耳机。另外，现阶段，语音识别技术已经取得了实质性的突破,许多成功的语音识别系统相继问世。然而,这些识别系统性能的评测均是在相对安静环境下实现的,当在噪声环境下使用时,它们的性能会急剧下降,甚至无法识别。目前常用的识别方法主要有动态时间规整(dynamictimewarping,DTW)方法、矢量量化(vectorquantization,VQ)方法和隐马尔可夫模型(hiddenMarkovmodel,HMM)方法。但随着研究的深入,传统语音识别方法的局限性也逐步暴露出来,主要难以解决以下问题：(1)环境噪声问题。当信噪比下降时,识别错误率成倍增长，而当前的各种抗噪算法，主要是依靠一些频率域方面的滤波器,虽然在一定程度上改善了噪音条件下的识别性能,但是却使得高信噪比条件下错误率有所增加。(2)口语语音问题。当说话人离开预先设定的文本时,难免产生不流利现象和不符合语法规范现象,发音通常没有朗读语音清晰饱满。这些现象导致了声学模型和语言模型的双重不匹配,从而导致识别率急剧下降。(3)多说话人问题。当多个说话人同时说话时,传统算法中尚没有一种好的算法可以将重叠部分分离开,也没有一种支持多目标同时解码的语音识别算法。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于，提供一种返声功能部件，其可以实现在嘈杂环境下只返回用户本身的声音；本专利技术的另外一个目的在于，提供一种隔音反馈耳机及其应用和一种隔音反馈方法，用于多个学生在同一间教室内同时练习口语或诵读，避免相互进行干扰，可以同时过滤掉高频、低频噪音，只返回用户本身的声音，不会造成声音失真，且对佩戴方式和耳机的组成材料要求较低；另外；本专利技术的隔音反馈耳机可以对用户的朗读进行纠错。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种返声功能部件，包括顺次连接的单指向性麦克风接收头、声音放大器、AD转换模块、处理器、DA转换模块和音频运放。优选的，所述的单指向性麦克风接收头采用心型指向的单指向型麦克风。本专利技术通过选用心型指向性麦克风接收头获取声音信号，利用心型指向性麦克风所具有的近讲效应，有效去除环境杂音，放大用户的语音信号在接受到的信号中所占的比例，从而获得更多的有用信号，同时心型指向的单指向型麦克风成本低廉，采集到的干扰信号少。优选的，所述的声音放大器采用MAX9812芯片；所述的AD转换模块、处理器、DA转换模块采用MSP430F5244单片机实现；音频运放采用音频运放PAM8406。本专利技术中的声音放大器采用MAX9812芯片，将麦克风的输出信号转化成电信号，这种芯片具有封装尺寸小，内置低噪声麦克风偏置，节能等多种优良特性；同时考虑到耳机应具备便于携带和长时间续航的特性，本专利技术选用MSP430F5244单片机作为主控芯片，因其同时具备AD和DA模块，从而可减少外设电路，同时msp430系列的单片机具有低电压、超低功耗的特性，有利于长时间的续航；因为单片机的电流不足以驱动扬声器，因此本专利技术选用了数字功放芯片PAM8406驱动扬声器，利用其体积小，且有优秀的噪声抑制功能的特点，达到了一个较好的效果。一种隔音反馈耳机，包括：前述的任一项返声功能部件和耳机本体，所述的耳机本体包括扬声器，所述返声功能部件与扬声器连接。前述的隔音反馈耳机的一种隔音反馈方法，包括以下步骤：S1，单指向性麦克风接收头获取声音信号，利用麦克风所具有的近讲效应，有效去除环境杂音；S2，利用声音放大器将所述的声音信号转化为电信号，然后利用AD转换模块进行AD采样获取数据；S3，处理器利用ICA独立成分分析算法消除单指向性麦克风接收头采样过程中的噪音，单独输出用户本身的语音信号，然后将所述语言信号通过DA转换模块转换后输出至音频运放；S4，经过放大后的信号再输出至隔音耳机的扬声器。前述的隔音反馈方法，步骤S3中，处理器利用ICA独立成分分析算法对获取的声音信号进行独立成分分析，获取信号的混合矩阵；利用混合矩阵的逆矩阵求得组成声音信号的各个分量；这些分量中平均振幅最大的即为用户的语音信号。本专利技术中通过利用ICA算法从音频信号中分离出各种信号，专利技术人通过再利用平均振幅选取出音量最大的信号作为用户的声音，使得该处理器具备了一个滤波器的效果。相对于传统的频率域的滤波器，它不但可以滤去频率相差极大的噪音，也可以同时去除其他人的声音的干扰，因为人的声音的频率是相近的，用传统方案无法滤去。上述的隔音反馈耳机的一种应用，利用所述的隔音反馈耳机进行外语口语辅助练习。前述的隔音反馈耳机的应用，包括以下步骤：a，通过蓝牙从隔音反馈耳机获取声音数据；b，将所述的声音数据传给语音识别API，将其转换成对应的文字数据，并根据所述的文字数据，从数据库中获取其对应的标准读音；c，将标准读音声线与用户录制的声线相对比，从而获得用户口语存在的问题，并将其显示到屏幕上，帮助用户更快的提升口语能力。优选的，步骤c包括：根据识别出的单词的正确音标的排布顺序及持续时间将用户的声音切割成各个音标，然后将所述音标与标准的音标做对比(主要比较一些规定好的特征值，如方差之类)；如果相差较大则在该音标上做标记，提醒用户矫正。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、通过利用本专利技术所构建的返声功能部件(包括顺次连接的单指向性麦克风接收头、声音放大器、AD转换模块、处理器、DA转换模块和音频运放)，从而可以实现在嘈杂环境下只返回用户本身的声音；2、通过将本专利技术的返声功能部件装载到普通的耳机中，用于辅助进行外语口语，从而可以实现多个学生在同一间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种返声功能部件，其特征在于，包括顺次连接的单指向性麦克风接收头(1)、声音放大器(2)、AD转换模块(3)、处理器(4)、DA转换模块(5)和音频运放(6)。

【技术特征摘要】
1.一种返声功能部件，其特征在于，包括顺次连接的单指向性麦克风接收头(1)、声音放大器(2)、AD转换模块(3)、处理器(4)、DA转换模块(5)和音频运放(6)。2.根据权利要求1所述的返声功能部件，其特征在于，所述的单指向性麦克风接收头(1)采用心型指向的单指向型麦克风。3.根据权利要求1或2所述的返声功能部件，其特征在于，所述的声音放大器(2)采用MAX9812芯片；所述的AD转换模块(3)、处理器(4)、DA转换模块(5)采用MSP430F5244单片机实现；音频运放(6)采用音频运放PAM8406。4.一种隔音反馈耳机，其特征在于，包括：权利要求1至3任一项所述的返声功能部件和耳机本体(7)，所述的耳机本体(7)包括扬声器(8)，所述返声功能部件与扬声器(8)连接。5.权利要求4所述的隔音反馈耳机的一种隔音反馈方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，单指向性麦克风接收头(1)获取声音信号，利用麦克风所具有的近讲效应，有效去除环境杂音；S2，利用声音放大器(2)将所述的声音信号转化为电信号，然后利用AD转换模块(3)进行AD采样获取数据；S3，处理器(4)利用ICA独立成分分析算法消除单指向性麦克风接收头(1)采样过程中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娟霞，史文策，杭锦泉，王楚楚，张敏，郝荣，陈犇，郭献章，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13