本发明专利技术涉及一种多普勒超声拾音分析处理方法及装置，所述方法包括以下步骤：对准包含声带、随声带产生振动的人体组织或共鸣部位以及非生命发声体在内的发声目标发送一定频率的超声波信号，并接收所述超声波信号自发声目标返回的反射回波信号；将反射回波信号放大后与超声波信号或参考超声波信号比较，得到含有所述发声目标发声特征的多普勒频移信号；对多普勒频移信号分以音频信号、可视谱图输出进行相应的应用或灯光信号输出。本发明专利技术基于多普勒超声原理，通过向发声目标发送超声波信号，接受回波信号分析处理，提取出含有所述发声目标的发声特征的多普勒频移信号后，以音频或可视谱图输出或灯光信号输出，克服了普通麦克风和骨传感麦克风的缺点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及拾音
，具体涉及一种多普勒超声拾音分析处理方法及装置。
技术介绍
到目前为止，将发声物体产生的机械振动转换为电信号的方法大多通过麦克风来完成。早期的麦克风内置碳粉盒，发出的声音引起空气振动，空气的振动使碳粉产生同步振动，造成碳粉电阻变化，从而得到反应声音特征的电信号。现代动圈式麦克风的工作原理是:声音通过空气传播使震膜震动，震膜上的线圈绕组和环绕在动圈头的磁铁形成磁力线切割，从而产生与声音相应的微弱电流信号。另一种驻极体麦克风的工作原理则是:声音通过空气使震膜震动，导致上震膜和下金属铁片的距离产生变化，使其电容改变，形成与声音特征匹配的电流阻抗。常规麦克风有一些明显的不足之处。比如，由于声带或乐器发声总是通过空气的同步振动才能传到麦克风转变为电信号，周围环境的其它声音不可避免也会传送到麦克风后被放大，并通过扬声器或耳机将不需要的电信号转变为环境噪音放出。要想在嘈杂的环境让对方听清楚，就必须放开喉咙不顾隐私。此外，要想得到较好的拾音效果，发声需对准麦克风方向且不能超过一定距离。位置固定的麦克风必然限制演讲和歌唱者的活动范围和面部朝向，随手携带的或固定在头上的无线麦克风既不方便又影响外观。另一个经常发生的问题是:麦克风和扬声器之间很容易产生声音信号的正反馈，而出现烦人的嘯叫声，类似的问题还表现为通讯中严重的重音现象(通话者能听到自己声音的重复)。为解决这些问题，国内外公开了很多专利。如美国专利US7477751采用压力传感器阵列接受声音信号来消除环境噪音。中国专利201210151029.0公开了所谓骨传感助讲器的技术和设备，通过骨传导拾音器与使用者的颈部皮肤保持接触，使用者声带振动引起的头颈部软组织的颤动，可通过皮肤传递到骨传导拾音器上，并转变成电信号。中国专利201110050676.8提出了一种移动电话耳麦装置，具有从使用者外耳道的空气中拾取其声带传导的语音信号功能，以克服现有耳麦装置在高噪声环境下拾音效果差的问题。中国专利201010230464.3公开一种基于传感器获取声音信号的方法及装置,其米用加速度传感器和/或陀螺仪感测物体的振动，获取运动感测数据，通过运算处理，得到声音信号，以屏蔽环境噪声。中国专利200920245210.1利用人体骨络对声振动的传导特性进行声音传导。使用时将其紧贴在面部，讲话者声带的振动引起其颅骨振动，紧贴面部的骨导送话器拾取了颅骨的振动信号，并将振动信号转换成电信号。来自日本的专利申请200810001633.9采用骨传导麦克风并合并到音乐台上的声音收集器中，检查来自骨传导麦克风的振动信号，以查看教师的声带是否振动；当答案为肯定时，将语音信号从近距通话式麦克风传送到传送器模块，使得声音收集器不允许传送器模块传送表示诸如音调的噪声的语音信号；由此，音乐演奏系统防止学生听到从耳机 中再现的音调。中国专利200520034936.2公开了一种骨传导麦克风，在外壳内部安装有至少一个麦克风，麦克风的收音面与固定在外壳顶部的振动面间形成密闭气室结构，振动面与外壳间为柔性连接，当手持机的听筒位于人耳部附近时，骨传导麦克风设置在能够接触到使用者面部的位置，骨传导麦克风与手持机壳体间为柔性连接，以在嘈杂环境中满足对话的需要。来自日本的专利申请2003820167.4公开了一种听诊器式传声器，它安装在人体皮肤表面以获取由交谈活动(口腔运动)但却没有使用规则声带振动来表达的不可听杂音的经人体传播的振动音。振动音可以用于蜂窝电话的通信。此外，通过将由人体传送的不可听杂音的振动音作为分析和参数化的目标，可以实现一种作为个人移动信息终端的新的输入方法的无声识别。上述专利公开的骨传导麦克风(拾音器)与常规麦克风的主要区别在于不需要或较少通过空气的中介直接将来自皮肤或骨骼的振动转换为电信号。声带的振动一方面会造成喉管，口腔，鼻腔，头腔和胸腔空气的共振传出口外，另一方面也会引起与声带连接的肌肉，骨骼，脂肪和皮肤组织的振动向外传播。前一种方式受到的阻力小，声带发出的声音因共鸣而增大。后一方式则完全不同。因非弹性体的人体组织，如肌肉，脂肪和结缔组织，对声音的传播有很大的阻尼作用，传到皮肤的振动会十分微弱，且声音特征也有明显改变。所以骨传感麦克风最好通过弹性较好，阻尼较小的骨骼来传导声音，麦克风就需要贴近骨头(如颧骨，额骨和颈椎骨)，但离声带越远，传音效果越差，可选择的合适骨骼面有限，不方便也不美观。总之，骨传导麦克风局限性也很大。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的上述缺点而提供一种针对声带、随声带产生振动的人体组织或共鸣部位以及非生命发声体的多普勒超声拾音分析处理方法及装置。本专利技术是这样实现的，一种多普勒超声拾音分析处理方法，包括以下步骤: 对准包含声带、随声带产生振动的人体组织或共鸣部位以及非生命发声体在内的发声目标发送一定频率的超声波信号，并接收所述超声波信号自所述发声目标返回的包含多普勒频移信号的反射回波信号； 将所述反射回波信号放大后与所述超声波信号或参考超声波信号进行比较，得到含有所述发声目标的发声特征的多普勒频移信号； 对所述多普勒频移信号分三路输出: 一路信号经音频放大处理后以音频信号输出； 一路信号经处理得到所述发声目标的发声振动的特征参数后转换成可反映所述发声目标的发声特性和发声品质指标的可视谱图输出进行相应的运用； 一路信号处理后作为反映所述发声目标的发声状况的灯光信号输出。所述随声带产生振动的人体组织包括人体的骨骼和皮肤；所述共鸣部位是指人体内的腔体，包括额窦、筛窦、蝶窦、上颌窦、鼻窦、气管、食管、口腔、咽腔、喉腔、胃和胸腔；所述非生命发声体包括乐器的振动部件或共鸣腔体，运转中的设备、机器或工具以及因承受载荷而发声的人工或天然材料； 所述发声特性和发声品质指标包括: 可用于声带、咽腔和相关肌肉群病变诊 断使用的声带振动频率异常、振动强度异常、时间异常、频谱分布异常、频谱离散度异常和频谱包络异常； 可用于辅助声乐教学和发声训练使用的歌唱者的音准、音色、音强、语音、共鸣位置准确度和共鸣强度； 可用于进行声纹确认使用的人的声带振动频率特征、振动强度特征、语音时值特征、频谱分布特征、频谱离散度特征、频谱包络特征、发特定语音时的共鸣峰值特征，共鸣位置特征、不同共鸣位置的共鸣强度、频谱分布特征； 可用于乐器演奏训练、乐器质量鉴定或乐器生产工艺改进时参考使用的乐器的音准，音质，共鸣位置准确度和共鸣强度； 可用于生产设备、机器或工具的缺陷探测、设计优化或降噪措施辅助使用的运转设备、机器或工具产生噪音的振幅-频率谱图中共振峰分布和不同部位振幅值差异。所述超声波信号的频率不低于0.02MHzO所述超声波信号的发送与所述反射回波信号的接受包括用不同的超声波换能器发射和接受的连续发射和接受模式以及用同一个超声波换能器轮换发射和接受的脉冲式发射和接收模式。所述发声目标的发声振动的特征参数包括声音主频和谐振频率、共振峰值、频谱分布、各频率对应振幅、频谱离散度、频谱包络、振动位相、实时频率、实时振幅。所述可视谱图包括频谱分布图、频移-时间谱图、振幅-时间谱图、振幅-频率谱图、功率谱图和频移_振幅_时间3D谱图。本专利技术的目的还在于提供一种多普勒超声本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多普勒超声拾音分析处理方法，其特征在于，包括以下步骤：对准包含声带、随声带产生振动的人体组织或共鸣部位以及非生命发声体在内的发声目标发送一定频率的超声波信号，并接收所述超声波信号自所述发声目标返回的包含多普勒频移信号的反射回波信号；将所述反射回波信号放大后与所述超声波信号或参考超声波信号进行比较，得到含有所述发声目标的发声特征的多普勒频移信号；对所述多普勒频移信号分三路输出：一路信号经音频放大处理后以音频信号输出；一路信号经处理得到所述发声目标的发声振动的特征参数后转换成可反映所述发声目标的发声特性和发声品质指标的可视谱图输出进行相应的运用；一路信号处理后作为反映所述发声目标的发声状况的灯光信号输出。
【技术特征摘要】
1.一种多普勒超声拾音分析处理方法，其特征在于，包括以下步骤: 对准包含声带、随声带产生振动的人体组织或共鸣部位以及非生命发声体在内的发声目标发送一定频率的超声波信号，并接收所述超声波信号自所述发声目标返回的包含多普勒频移信号的反射回波信号； 将所述反射回波信号放大后与所述超声波信号或参考超声波信号进行比较，得到含有所述发声目标的发声特征的多普勒频移信号； 对所述多普勒频移信号分三路输出: 一路信号经音频放大处理后以音频信号输出； 一路信号经处理得到所述发声目标的发声振动的特征参数后转换成可反映所述发声目标的发声特性和发声品质指标的可视谱图输出进行相应的运用； 一路信号处理后作为反映所述发声目标的发声状况的灯光信号输出。2.根据权利要求1所述多普勒超声拾音分析处理方法，其特征在于，所述随声带产生振动的人体组织包括人体的骨骼和皮肤；所述共鸣部位是指人体内的腔体，包括额窦、筛窦、蝶窦、上颌窦、鼻窦、气管、食管、口腔、咽腔、喉腔、胃和胸腔；所述非生命发声体包括乐器的振动部件或共鸣腔体，运转中的设备、机器或工具以及因承受载荷而发声的人工或天然材料； 所述发声特性和发声品质指标包括: 可用于声带、咽腔和相关肌肉群病变诊断使用的声带振动频率异常、振动强度异常、时间异常、频谱分布异常、频谱离散度异常和频谱包络异常； 可用于辅助声乐教学和发声训练使用的歌唱者的音准、音色、音强、语音、共鸣位置准确度和共鸣强度； 可用于进行声纹确认使用的人的声带振动频率特征、振动强度特征、语音时值特征、频谱分布特征、频谱离散度特征、频谱包络特征、发特定语音时的共鸣峰值特征，共鸣位置特征、不同共鸣位置的共鸣强度、频谱分布特征； 可用于乐器演奏训练、乐器质量鉴定或乐器生产工艺改进时参考使用的乐器的音准，音质，共鸣位置准确度和共鸣强度； 可用于生产设备、机器或工具的缺陷探测、设计优化或降噪措施辅助使用的运转设备、机器或工具产生噪音的振幅-频率谱图中共振峰分布和不同部位振幅值差异。3.根据权利要求1所述多普勒超声拾音分析处理方法，其特征在于，所述超声波信号的频率不低于0.02MHzο4.根据权利要求1所述多普勒超声拾音分析处理方法，其特征在于，所述超声波信号的发送与所述反射回波信号的接受包括用不同的超声波换能器发射和接受的连续发射和接受模式以及用同一个超声波换能器轮换发射和接受的脉冲式发射和接收模式。5.根据权利要求1所述多普勒超声拾音分析处理方法，其特征在于，所述发声目标的发声振动的特征参数包括声音主频和谐振频率、共振峰值、频谱分布、各频率对应振幅、频谱离散度、频谱包络、振动位相、实时频率、实时振幅。6.根据权利要求1所述多普勒超声拾音分析处理方法，其特征在于，所述可视谱图包括频谱分布图、频移_时间谱图、 振幅_时间谱图、振幅_频率谱图、功率谱图和频移_振幅-时间3D谱图。7.一种多普勒超声拾音分析处...
【专利技术属性】
技术研发人员：何宗彦，
申请(专利权)人：何宗彦，
类型：发明
国别省市：
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