CN106344064A - 一种音频信号采集装置及采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种音频信号采集装置及采集方法，包括听诊器主体和设置在听诊器主体上的振膜，所述听诊器主体内置有用于采集振膜产生的振动音频的第一音频采集模块、用于采集环境噪音的第二音频采集模块，以及与主控处理模块，所述主控处理模块接收来自所述第一音频采集模块与第二音频采集模块的音频数据，音频信号经过降噪处理，其中，降噪处理过程通过DSP的函数处理产生声学反相波谱抵消噪音波谱，以获取降噪后的音频信号，在算法上进行积分修约达到降低93%以上环境噪音的干扰，保证了数据的采集不失真，从而使得电子听诊器的音频更清晰、更可靠。

Description

一种音频信号采集装置及采集方法
技术领域
本发明涉及听诊器的技术领域，尤其是一种音频信号采集装置及采集方法。
背景技术
传统物理医用听诊器通过体外获取人体内脏器官活动的声音，采用密闭的管路与人体耳蜗一起佩戴后形成一个密闭腔体，利用共振原理通过采集振膜吸收心肺振动能量，采集振膜与心肺产生同步震动后压缩密闭管道内的空气将该振动传导至耳蜗处的耳膜，使之产生相应的同步振动信号，从而让使用者能够听到心肺音，一些高端的变频物理听诊器，可以通过切换不同口径的腔道，实现一定程度上的音频信号放大。然而，传统听诊器存在由于压管压力问题导致的外耳道不适、音质易受干扰等弊端，同时，仅仅通过切换不同口径的腔道进行信号放大，其放大倍率就极其有限，物理的方式进行音频放大也会将背景噪音同步放大。致使医生无法及时做出诊断，且诊断的依据主要根据医师的经验，准确性较差。从另一角度讲，人耳对声音的敏感是声强与频率的综合效应，因而一些病理特征难以捕捉。这就需要设计出一种新颖的听诊器对听诊音进行定量、准确的分析。
医用电子听诊器一般由装有微型拾音器的探音头、能将电信号转换为声信号的耳塞和一个由电子元件构成的放大器串接而成，它能实时探听人体脏器音，并且可以通过音频信号放大电路将探听到人体脏器音信号放大，使得轻微的生理性和病理性声音较传统物理听诊器音强更强，并能将这些声音存储回放，可供临床诊断分析和病历资料保存之用。但现有的医用电子听诊器均采用单拾音器进行声音的采集，因此噪音会比较大，而且仅仅通过信号放大提高音量，这样目标心音放大的同时，干扰噪音也会随之放大，因此容易在某些情况下一些病理特征难以捕捉甚至会造成误诊，有时其可靠程度甚至不如传统的物理听诊器。
发明内容
为了解决现有听诊器存在的技术缺陷，本发明提供的一种音频信号采集装置及采集方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种音频信号采集装置，包括听诊器主体和设置在听诊器主体上的振膜，所述听诊器主体内置有用于采集振膜产生的振动音频的第一音频采集模块、用于采集环境噪音的第二音频采集模块，以及与主控处理模块，所述主控处理模块接收来自所述第一音频采集模块与第二音频采集模块的音频数据，所述主控处理模块内置有用于处理音频数据的降噪处理电路。
优选的，所述主控处理模块内还设有用于将音频信号还原为振动信号的音频转换电路。
优选的，所述听诊器主体内还设有无线通信模块，所述主控处理模块通过所述无线通信模块发送音频信号至无线终端。
优选的，所述降噪处理电路为ANC降噪电路。
优选的，所述听诊器主体上还设有单导心电采集模块及与单导心电采集模块连接的触点。
一种基于上述的音频信号采集装置的音频信号采集方法，包括以下步骤：
利用两个不同点位的音频采集模块同步采集振膜处产生的心肺脏器振动音频以及环境噪音，通过DSP的函数处理产生声学反相波谱抵消噪音波谱，以获取降噪后的音频信号。
进一步的，降噪后的音频信号再经过CODEC与DSP进行电信号处理形成数字化音频信号。
完成上述步骤后，还包括以下步骤：
对所述音频信号进行函数换算，将声波在空气密度中传播的速率及频率换算为在人体密度中传播的速率及频率，根据声波在人体密度中传播的速率和频率转换为波形信号，以波形信号的频率作为振动频率生成振动信号。
进一步的，通过无线方式将音频信号或振动信号发送至无线终端或上传至云端共享。
本发明的有益效果：音频信号采集装置采用两个不同点位的音频采集模块同步收集振膜处产生的心肺脏器振动音频以及背景环境噪音，音频信号经过降噪处理，其中，降噪处理过程通过DSP的函数处理产生声学反相波谱抵消噪音波谱，以获取降噪后的音频信号，在算法上进行积分修约达到降低93%以上环境噪音的干扰，保证了数据的采集不失真，从而使得电子听诊器的音频更清晰、更可靠。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明中音频信号采集装置的立体结构示意图；
图2是本发明中音频信号采集装置的工作原理框图；
图3是本发明中实施例的具体步骤流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
参见图1和2所示，一种音频信号采集装置，包括听诊器主体1和设置在听诊器主体1上的振膜11，所述听诊器主体1内置有用于采集振膜11产生的振动音频的第一音频采集模块3、用于采集环境噪音的第二音频采集模块4，以及与主控处理模块2，所述主控处理模块2接收来自所述第一音频采集模块3与第二音频采集模块4的音频数据，所述主控处理模块2内置有用于处理音频数据的降噪处理电路21。音频信号经过降噪处理后，保证了数据的采集不失真，从而使得电子听诊器的音频更清晰、更可靠。
参见图2，实施例中，主控处理模块2内还设有用于将音频信号还原为振动信号的音频转换电路22，通过音频转换电路22将采集的振动音频从数字化信号经转换回归为更为清晰的振动信号，这样，让使用者能够得到与传统物理医用听诊器使用感受最为接近的振动效果。
参见图2，实施例中，听诊器主体1内还设有无线通信模块5，所述主控处理模块2通过所述无线通信模块5发送音频信号至无线终端。该实施例中采用的无线通信模块5为蓝牙模块及WIFI模块，音频信号可以采用音频播放或振动还原形式还原出来，也便于保存，可以回放、放大及重现，例如：可通过电子邮件、APP或远程交互软件将其发送给心脏病专家来实现远程诊断，确认诊断结果。
另外，听诊器主体1上还设有单导心电采集模块6及与单导心电采集模块6连接的触点12，参见图2所示，通过单导心电采集模块6采集ECG波形，能够实时查看病人的实时心率。
实施例中，降噪处理电路21为ANC降噪电路，具体的，采用松下喇叭频响专用咪头WM-64AT, 灵敏度可达-45dB，典型频率响应较为稳定。
一种基于上述的音频信号采集装置的音频信号采集方法，包括以下步骤：
利用两个不同点位的音频采集模块同步采集振膜11处产生的心肺脏器振动音频以及环境噪音，通过DSP的函数处理产生声学反相波谱抵消噪音波谱，以获取降噪后的音频信号，这样在算法上进行积分修约达到降低93%以上的环境噪音的干扰。还有，利用基频缺失(missing fundamental)的音质换算原理改善低音目标频率的重现效率。
降噪后的音频信号再经过CODEC与DSP进行电信号处理形成数字化音频信号，进一步降低音频信号的失真度。
完成上述步骤后，还包括以下步骤：
对所述音频信号进行函数换算，将声波在空气密度中传播的速率及频率换算为在人体密度中传播的速率及频率，根据声波在人体密度中传播的速率和频率转换为波形信号，以波形信号的频率作为振动频率生成振动信号。
进一步的，通过无线方式将音频信号或振动信号发送至无线终端或上传至云端共享，这样，可以采用音频播放或振动还原形式还原出来，也便于保存，可以回放、放大及重现，通过网络技术可以实现数据的远程实时的云端共享，在本地及远程的多个终端上同步重现出来，可以实现真正意义上的远程诊断功能。
参见图3所示，以下通过实施例的具体步骤对本发明作进一步说明：
步骤1，利用两个不同点位的音频采集模块同步收集听诊器振膜11处产生的心肺脏器振动音频以及环境噪音，通过DSP的函数处理产生声学反相波谱抵消噪音波谱，以获取降噪后的音频信号；
步骤2，降噪后的音频信号再经过CODEC与DSP进行电信号处理形成数字化音频信号；
步骤3，对所述音频信号进行函数换算，将声波在空气密度中传播的速率及频率换算为在人体密度中传播的速率及频率，根据声波在人体密度中传播的速率和频率转换为波形信号，以波形信号的频率作为振动频率生成振动信号；
步骤4，通过无线方式将音频信号或振动信号发送至无线终端或上传至云端共享。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式的结构，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种音频信号采集装置，其特征在于：包括听诊器主体和设置在听诊器主体上的振膜，所述听诊器主体内置有用于采集振膜产生的振动音频的第一音频采集模块、用于采集环境噪音的第二音频采集模块，以及与主控处理模块，所述主控处理模块接收来自所述第一音频采集模块与第二音频采集模块的音频数据，所述主控处理模块内置有用于处理音频数据的降噪处理电路。
2.根据权利要求1所述的音频信号采集装置，其特征在于：所述主控处理模块内还设有用于将音频信号还原为振动信号的音频转换电路。
3.根据权利要求2所述的音频信号采集装置，其特征在于：所述听诊器主体内还设有无线通信模块，所述主控处理模块通过所述无线通信模块发送音频信号至无线终端。
4.根据权利要求1-3任一所述的音频信号采集装置，其特征在于：所述降噪处理电路为ANC降噪电路。
5.根据权利要求1-3任一所述的音频信号采集装置，其特征在于：所述听诊器主体上还设有单导心电采集模块及与单导心电采集模块连接的触点。
6.一种基于权利要求1-5任一所述的音频信号采集装置的音频信号采集方法，其特征在于：包括以下步骤：
利用两个不同点位的音频采集模块同步采集振膜处产生的心肺脏器振动音频以及环境噪音，通过DSP的函数处理产生声学反相波谱抵消噪音波谱，以获取降噪后的音频信号。
7.根据权利要求6所述的音频信号采集方法，其特征在于：降噪后的音频信号再经过CODEC与DSP进行电信号处理形成数字化音频信号。
8.根据权利要求7所述的音频信号采集方法，其特征在于：还包括以下步骤：
对所述音频信号进行函数换算，将声波在空气密度中传播的速率及频率换算为在人体密度中传播的速率及频率，根据声波在人体密度中传播的速率和频率转换为波形信号，以波形信号的频率作为振动频率生成振动信号。
9.根据权利要求8所述的音频信号采集方法，其特征在于：通过无线方式将音频信号或振动信号发送至无线终端或上传至云端共享。
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