语音增强装置及头戴式降噪通信耳机制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种语音增强装置及头戴式降噪通信耳机。在本方案中，声学语音增强单元利用具有特定相对位置关系的主振动传声器和辅振动传声器，分别拾取通过耦合振动方式传过来的语音信号和从空气中传播进来的外界环境噪声信号的第一声音信号，和拾取主要从空气中传播进来的外界环境噪声信号的第二声音信号，且两振动传声器拾取的外界环境噪声信号具有相关性；电子语音增强单元根据第一和第二声音信号确定控制自适应滤波器更新速度的控制参数，根据第二声音信号和控制参数对第一声音信号进行降噪滤波，对降噪滤波后的语音信号做进一步的降噪和语音高频增强处理。本实用新型专利技术的技术方案，能够有效提升高强度噪声环境下的语音信噪比和语音质量。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及语音信号处理
，更为具体地，涉及一种送话端的语音增强装置和头戴式降噪通信耳机。
技术介绍
随着技术的进步和社会信息化程度的提高，人与人之间的通信交流方式也越来越快捷和方便，各种各样的通信设备和技术的广泛应用极大地方便了人们的生活和提高了工作效率。但是，伴随社会的发展而随之产生的噪声问题也严重影响到通信语音的清晰度和可懂度，当噪声高到一定程度时，不但通信根本就无法进行，而且会伤害到人的听力和身心健康。尤其是在一些特殊的地方，如机场、车站、大型工业工厂车间等场合，对通信的实时性和通信语音的清晰度和可懂度要求非常高，然而在这些特殊场合，外界噪声的强度往往都会达到100分贝以上，在这种极限噪声情况下进行送话，远端用户接受到的语音信号会完 全被环境噪声淹没，根本得不到任何有用的信息。因此有必要在通信设备的送话端采取有效的语音增强方法来提高送话端语音的信噪比。目前常用的通信设备送话端的语音增强方法包括两大类，一类是采用单个或多个普通麦克风拾取信号，然后采用声学信号处理方法来达到语音增强的目的；另一类是采用特殊声学传声器，如近讲麦克风和振动传声器来达到有效拾取语音信号和抑制噪声的目的。单个麦克风语音增强一般称之为单通道谱减语音增强技术(参见中国专利技术专利申请公开说明书CN1684143A，CN101477800A)，这种技术一般通过对历史数据的分析来估计当前语音中噪声的能量，然后通过频谱相减的方法消除语音中的噪声来达到语音增强的目的。采用两个或多个麦克风组成的麦克风阵列语音增强技术(参见中国专利技术专利申请公开说明书CN101466055A，CN1967158A)则通常是用一个麦克风接收到的信号作为参考信号，通过自适应滤波的方法实时的估计并抵消另外一个麦克风拾取信号中的噪声成分，保留语音成分，从而达到语音增强的目的。采用单个或多个普通麦克风的语音增强方法，其性能很大程度上依赖于对语音状态的检测和判断，否则不但不能很好的消除噪声，而且还会给语音信号带来较大的损伤。在低噪声环境中，对语音状态的检测和判断是可行和准确的，但在强噪声环境中，语音信号将会完全被噪声所淹没，在这种极低信噪比情况下，采用普通麦克风的语音增强技术将得不到较好效果或者根本无法适用。另一类是采用一些特殊的声学传声器，如近讲麦克风、振动传声器等，以在噪声环境下提高拾取语音信噪比，从而达到语音增强的目的。近讲麦克风又称之为降噪麦克风，是采用压差原理进行设计的麦克风，具有指向性和“近讲效应”，对噪声尤其是远场低频噪声有大约15dB左右的降噪效果，现在一般的话务耳机和一些专业通信领域的耳机较多采用近讲麦克风。振动传声器需要与振动面有较好耦合来拾取有用信号，对空气传导过来的噪声信号则有20 30dB的降噪效果。但近讲麦克风的降噪量有限并且不能有效抑制风噪声；振动传声器(参见中国技术专利说明书CN2810077Y)虽然对噪声(包括风噪声)在全频带有20 30dB的降噪量，但其频响特性差，不能有效拾取语音的高频信息，通话语音的自然度和可懂度不能保证，因此这两类特殊的声学传声器都不能较好应用于高强度噪声环境下的通信耳机。
技术实现思路
鉴于上述问题，本技术的目的是提供一种能够有效结合振动传声器和声学信号处理技术的语音增强方案，用来提升高强度噪声环境下通信送话端的语音信噪比和语音质量。本技术公开了一种语音增强装置，该装置包括声学语音增强单元和电子语音增强单元；其中，声学语音增强单元包括具有特定相对位置关系的主振动传声器和辅振动传声器；所述特定相对位置关系使得主振动传声器拾取通过耦合振动方式传过来的使用者的语音信号和从空气中传播进来的外界环境噪声信号，辅振动传声器主要拾取从空气中传播进来的外界环境噪声信号，并且主振动传声器和辅振动传声器所拾取的从空气中传播进来的外界环境噪声信号具有相关性；电子语音增强单元包括语音检测模块、自适应滤波模块和后处理模块；其中，语音检测模块，用于根据所述主振动传声器和辅振动传声器输出的声音信号确定所述自适应滤波模块的更新速度并输出控制参数；自适应滤波模块,用于根据所述辅振动传声器输出的声音信号和所述语音检测模块输出的控制参数对所述主振动传声器输出的声音信号进行降噪滤波，并输出降噪滤波后的语音信号；后处理模块，用于对所述自适应滤波模块输出的降噪滤波后的语音信号做进一步的降噪和语音高频增强处理。本技术还公开了一种头戴式降噪通信耳机，该通信耳机包括语音信号传送端口和如上所述的语音增强装置；所述语音信号传送端口，用于接收所述语音增强装置降噪后的语音信号，并传送给远端用户。由上述可见，在本技术的技术方案中，对送话端的语音在声学层面和电子层面分别进行了语音增强。具体来说在声学层面上，声学语音增强单元利用具有特定相对位置关系的主振动传声器和辅振动传声器，分别拾取包括使用者的语音信号和外界环境噪声信号的第一语音信号和以外界环境噪声信号为主的第二声音信号，由于米用了振动传声器结构，因此在拾取时就能将外界噪声衰减20 30dB,并且第一声音信号和第二声音信号的外界环境噪声具有高度的相关性，这为电子层面上的语音增强算法提供了较好的噪声参考信号；在电子层面上，电子语音增强单元中语音检测模块首先根据第一声音信号和第二声音信号，确定控制自适应滤波器更新速度的控制参数，然后自适应滤波模块根据第二声音信号和所述控制参数对所述第一声音信号进行降噪滤波得到信噪比较高的语音信号，最后由后处理模块对降噪滤波后的语音信号做进一步的降噪和语音高频增强处理，从而大大改善了送话端语音的可懂度和清晰度。可见通过上述的声学层面和电子层面的语音增强处理，最终能够在通信的送话端提供高达40 50dB的降噪量，极大地提高通信送话端的语音信噪比，并较好地改善了送话端语音的自然度和可懂度，极大提高了高强度噪声环境下的语音信噪比和语音质量。附图说明图I为带有胶套的麦克风构成的振动传声器的结构不意图；图2a为根据本技术的语音增强装置中装配在支杆上的主振动传声器的结构示意图；图2b为根据本技术的语音增强装置中装配在支杆上的辅振动传声器的结构示意图；图3A为主振动传声器与耳机佩戴者头部耦合位置的正面示意图；图3B为主振动传声器与耳机佩戴者头部耦合位置的侧面示意图； 图3C为应用本技术的带有传声器支杆的耳机与佩戴者腮部耦合的效果示意图；图4为本技术中电子层面语音增强的系统方框图；图5为本方案的语音增强方法的具体流程示意图；图6为本技术的语音增强装置的方框图；图7为本技术的头戴式降噪通信耳机的方框图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。具体实施方式以下将结合附图对本技术的具体实施例进行详细描述。本技术的语音增强方案包括两大部分，第一部分是声学层面上进行语音增强，并为电子层面上的语音增强算法提供较好信噪比的主信号和与主信号具有高度相关性的噪声参考信号；第二部分是采用声学信号处理技术，进一步对信号进行语音增强处理，提高语音的信噪比，改善送话端语音的可懂度和舒适度。下面将对声学层面和电子层面上的语音增强技术方案分别进行阐述。在声学层面上,本技术米用双振动传声器结构，主振动传声器和辅振动传声器具有相似的结构并且在空间位置上相互本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种语音增强装置，其特征在于，该装置包括：声学语音增强单元和电子语音增强单元；其中，声学语音增强单元包括：具有特定相对位置关系的主振动传声器和辅振动传声器；所述特定相对位置关系使得主振动传声器拾取通过耦合振动方式传过来的使用者的语音信号和从空气中传播进来的外界环境噪声信号，辅振动传声器主要拾取从空气中传播进来的外界环境噪声信号，并且主振动传声器和辅振动传声器所拾取的从空气中传播进来的外界环境噪声信号具有相关性；电子语音增强单元包括：语音检测模块、自适应滤波模块和后处理模块；其中，语音检测模块，用于根据所述主振动传声器和辅振动传声器输出的声音信号确定所述自适应滤波模块的更新速度并输出控制参数；自适应滤波模块，用于根据所述辅振动传声器输出的声音信号和所述语音检测模块输出的控制参数对所述主振动传声器输出的声音信号进行降噪滤波，并输出降噪滤波后的语音信号；后处理模块，用于对所述自适应滤波模块输出的降噪滤波后的语音信号做进一步的降噪和语音高频增强处理。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑，刘崧，李波，华洋，
申请(专利权)人：歌尔声学股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：