[發明專利]一種基于耳廓傳導特性的單耳聲源定位方法及系統

在審

• 申請號: 202011459187.3
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112526495A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 童峰;毛連華;郭秋涵;吳燕藝;傅榮杰
• 申請（專利權）人: 廈門大學;廈門市派美特科技有限公司
• 主分類號: G01S11/14
• 分類號: G01S11/14
• 代理公司: 廈門福貝知識產權代理事務所(普通合伙) 35235
• 代理人: 陳遠洋

本發明給出了一種基于耳廓傳導特性的單耳聲源定位方法及系統，包括在理想測試環境下分別設置多個測試聲源位于不同方位角或俯仰角位置播放測試聲源信號，將利用所述噪聲傳聲器采集到的信號記為第一接收信號，利用離散傅里葉變換將所述第一接收信號和所述測試聲源信號轉換到頻域，針對各個所述測試聲源計算耳廓傳導特性響應；在實際定位時，利用所述噪聲傳聲器接收待測聲源發出的信號，記為第二接收信號；最后利用離散傅里葉變換將所述第二接收信號和所述耳廓傳導特性響應轉換到頻域，利用稀疏恢復算法進行聲源方位估計。實現了單耳機聲源定位，從而避免了傳統的雙耳聲源定位方法需要雙耳耳機麥克風采集導致的額外雙耳耳機間通信、控制及硬件開銷。

技術領域

本發明涉及聲源定位技術領域，尤其是一種基于耳廓傳導特性的單耳聲源定位方法及系統。

背景技術

對于無線耳機產品，聲源定位可通過估計聲源方位為耳機降噪算法提供方向指向信息、接近聲預警等功能，對改善耳機降噪性能、提高用戶體驗具有重要的作用。目前耳機聲源定位大多采用受生物啟發的定位算法，如耳譜線索和種雙耳線索:耳間時間差(interaural time difference，ITD)和耳間電平差；或直接利用與頭相關脈沖響應。

但是，上述算法均需使用2個麥克風來實現雙耳聲源定位功能，對于無線耳機產品而言意味著需要在雙耳間采用無線方式傳輸定位所需信號、特征信息，造成額外的無線通信、功耗開銷。

具有獨特外形的外耳耳廓是聽覺器官的前沿部件，耳翼有定向接收作用,包括外耳道在內的耳腔,有共振、混響與緩沖作用。部分研究也指出了外耳對耳機形成的聲負載,并測量了隨頻率的不同對耳機的輸出性能的影響。

對于入耳式耳機而言，以佩戴后外露于耳道出口位置的麥克風為例，考慮到耳廓不規則外形的對不同方向入射聲具有不同的反射、混響等傳導特性，本發明提出通過事先利用人工耳測量聲信號不同方向入射的不同特性并存儲，構造測量矩陣，將單耳聲源方位估計問題轉化為稀疏恢復問題，進而提出一種基于耳廓傳導特性的單耳聲源定位方法及系統。通過本發明公開的技術方案可實現無線耳機單耳聲源方位估計，從而可大大減少無線耳機產品的無線通信、功耗開銷。

發明內容

本發明提出了一種基于耳廓傳導特性的單耳聲源定位方法及系統，以解決上文提到的現有技術的缺陷。

在一個方面，本發明提出了一種基于耳廓傳導特性的單耳聲源定位方法，該方法包括以下步驟：

S1：將噪聲傳聲器設置于單個的人工耳耳道出口位置，在理想測試環境下分別設置多個測試聲源位于不同方位角或俯仰角位置播放測試聲源信號，將利用所述噪聲傳聲器采集到的信號記為第一接收信號，利用離散傅里葉變換將所述第一接收信號和所述測試聲源信號轉換到頻域，基于所述第一接收信號和所述測試聲源信號的頻域關系針對各個所述測試聲源計算耳廓傳導特性響應；

S2：在實際定位時，利用所述噪聲傳聲器接收待測聲源發出的信號，記為第二接收信號；以及

S3：利用離散傅里葉變換將所述第二接收信號和所述耳廓傳導特性響應轉換到頻域，基于所述第二接收信號和所述耳廓傳導特性響應的頻域關系利用稀疏恢復算法進行聲源方位估計，獲得所述待測聲源的方位。

以上方法針對當前無線耳機采用的聲源定位算法普遍需要雙耳機，從而造成額外的雙耳機間無線通信、供電開銷的問題，提出了充分利用耳廓獨特形狀對不同方位入射聲的傳導特性來實現單耳聲源定位，從而顯著降低無線耳機產品實現聲源定位功能的系統開銷。

在具體的實施例中，所述噪聲傳聲器的設置位置位于耳廓內并且位于耳道出口外側。

在具體的實施例中，所述噪聲傳聲器通過一片音頻編解碼芯片與所述聲源方位估計模塊連接。

在具體的實施例中，所述聲源方位估計模塊包括一片用于控制音頻編解碼芯片和麥克風的微處理器。