CN113423033B - 智能音箱及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能音箱及其控制方法，其中的智能音箱包括底座、与底座活动连接的壳体、设置在壳体内的扬声器阵列、麦克风阵列以及处理单元；其中，在扬声器阵列之间设置有规则分布的调节组件；麦克风阵列用于采集环境中的语音信号，并将语音信号传递至处理单元；处理单元用于对语音信号进行信号处理，并基于信号处理的结果控制壳体带动扬声器阵列旋转至声源位置，并根据声源的数量对应调节调节组件的方向；扬声器阵列用于通过调节组件形成向外开口或向内收敛的形状，并向声源发送音源信号。利用上述发明能够提高扬声器阵列的指向性，达到更好的视听效果。

Description

智能音箱及其控制方法

技术领域

本发明涉及声学技术领域，更为具体地，涉及一种智能音箱及智能音箱控制方法。

背景技术

随着人工智能和语音交互等新兴领域的快速发展，智能音箱也也来越多的进入到人们的生活中，成本该领域的热点。智能音箱基于语音交互能力，使得用户可以通过语音来操控智能音箱，还可以通过智能音箱控制基本的智能家居设备。智能音箱相对传统音箱不仅仅可以用来听音乐，还包括音乐APP，听书软件等各种有声资源。

现有的智能音箱大多设置传统方式的扬声器，主要存在以下两个问题：1、环境中用户移动时，音箱不能很好的朝向用户发声；2、音箱中有时会设置反射锥，但反射锥只能发散声音，但环境中用户数量较小时，反射锥的效果不好。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种智能音箱及其控制方法，以解决现有的智能音箱存在的指向性差、容易导致不必要的噪声干扰，影响用户体验效果等问题。

本发明提供的智能音箱，包括底座、与底座活动连接的壳体、设置在壳体内的扬声器阵列、麦克风阵列以及处理单元；其中，在扬声器阵列之间设置有规则分布的调节组件；麦克风阵列用于采集环境中的语音信号，并将语音信号传递至处理单元；处理单元用于对语音信号进行信号处理，并基于信号处理的结果控制壳体带动扬声器阵列旋转至声源位置，并根据声源的数量对应调节调节组件的方向；扬声器阵列用于通过调节组件形成向外开口或向内收敛的形状，并向声源发送音源信号。

此外，可选的技术方案是，在底座内设置有转轴和固定在转轴上的第一驱动轮；在壳体的内表面设置有与齿轮相啮合的轮齿，齿轮通过轮齿带动壳体旋转。

此外，可选的技术方案是，还包括与转轴连接的马达；其中，马达与处理单元连接，通过处理单元控制马达的旋转方向及旋转角度。

此外，可选的技术方案是，调节组件围绕扬声器阵列设置有至少两组，每组调节组件包括至少两个相互平行设置的调节挡板；其中，相邻两组调节组件内的调节挡板的运动方向相反且关于相邻两组调节组件的中心线呈对称分布。

此外，可选的技术方案是，位于同一组调节组件内的所有调节挡板均通过同一驱动结构活动固定在壳体上；其中，驱动结构包括固定板、设置在壳体内且与固定板平行设置的移动板以及驱动移动板运动的第二驱动轮；在调节挡板上设置有第一固定点和第二固定点，调节挡板的一端位于壳体内，另一端通过固定板穿出所述壳体，第一固定点通过第一转轴与移动板转动连接，第二固定点通过第二转轴与固定板转动连接；第二驱动轮用于带动移动板运动，并通过第一转轴和第二转轴调整调节挡板的角度。

此外，可选的技术方案是，在移动板上设置有与第二驱动轮相啮合的直线轮齿；移动板包括固定部、驱动部以及连接固定部和驱动部的连接部，且固定部与驱动部相互平行设置；处理单元还用于控制驱动电机带动第二驱动轮运动，并通过第二驱动轮带动直线轮齿运动。

此外，可选的技术方案是，固定板通过连接件固定在壳体的内侧壁上。

此外，可选的技术方案是，扬声器阵列的每一列的扬声器通过同一调节轴串联连接，在调节轴的端部设置有角度调节齿轮；角度调节齿轮用于通过调节轴带动对应列的扬声器进行旋转。

此外，可选的技术方案是，在固定板上设置有与扬声器阵列中的扬声器相适配的限位槽，扬声器限位在限位槽内；在调节轴的端部设置有间距调节齿轮，间距调节齿轮用于带动扬声器在限位槽内进行移动，以调节扬声器之间的水平间距。

根据本发明的另一方面，提供一种智能音箱控制方法，用于对上述的智能音箱进行控制，方法包括：通过麦克风阵列采集环境中的语音信号，并判断语音信号中是否包含预设的唤醒词；当语音信号中包含唤醒词时，基于语音信号确定声源的位置及个数；基于声源的位置调整扬声器阵列的角度，并基于声源的个数调节对应的调节组件的角度；通过扬声器阵列向声源发送音源信号。

利用上述智能音箱及其控制方法，在扬声器阵列之间设置有规则分布的调节组件，通过麦克风阵列采集环境中的语音信号，并传递至处理单元，以便处理单元对语音信号进行信号处理，并基于信号处理的结果控制壳体带动扬声器阵列旋转至声源位置，并根据声源的数量对应调节调节组件的方向，能够针对声源位置灵活调整扬声器阵列的位置，并配合调整调节组件的方向，实现声音更好的定向传播，减少其对其它方向上的影响，用户体验效果更好。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本发明实施例的智能音箱的侧剖图；

图2为根据本发明实施例的智能音箱的局部结构俯视图；

图3为根据本发明实施例的智能音箱的局部结构主视图；

图4为根据本发明实施例的智能音箱的局部结构立体图；

图5为根据本发明实施例的智能音箱控制方法的流程图；

图6为根据本发明实施例的智能音箱控制方法的详细流程图。

其中的附图标记包括：壳体1、调节组件2、扬声器阵列3、底座4、第二驱动轮7、移动板8、固定板9、限位槽91、角度调节齿轮10、角度调节齿轮11、角度调节齿轮12、角度调节齿轮13、间距调节齿轮14。

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

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为详细描述本发明的智能音箱及其控制方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1示出了根据本发明实施例的智能音箱的侧剖结构；图2和图4分别从不同角度示出了根据本发明实施例的智能音箱的局部示意结构。

结合图1至图4共同所示，根据本发明实施例的智能音箱，包括底座4、与底座4活动连接的壳体1、设置在壳体1内的扬声器阵列3、麦克风阵列以及处理单元；其中，在扬声器阵列3之间设置有规则分布的调节组件2；麦克风阵列可设置在壳体1的上端面或侧面上，用于采集环境中的语音信号，并将语音信号传递至处理单元；处理单元用于对语音信号进行信号处理，以获取与语音信号对应的声源位置及声源数量信息，并基于信号处理的结果(声源位置)控制壳体1带动扬声器阵列3旋转至声源位置，以及根据声源的数量对应调节调节组件2的方向，扬声器阵列3用于待扬声器阵列3和调节组件2的位置确定后，通过调节组件2形成向外开口或向内收敛的形状，并向声源发送音源信号，进而使得音源信号具有更强的指向性。进一步地，为使得壳体1的运动能够带动其上的扬声器阵列3进行位置调整，还可以在底座4内设置转轴和固定在转轴上的齿轮，在壳体1的内表面设置与齿轮相啮合的第一驱动轮，通过转轴的转动能够带动第一驱动轮转动，进而通过第一驱动轮和轮齿的啮合，实现壳体1旋转的效果，并最终达到对扬声器阵列3的大***置调整，使得扬声器阵列整体运动至用户所处于的方向。

此外，本发明实施例的智能音箱，还可包括与转轴连接的马达等驱动装置，马达同时与处理单元连接，通过处理单元控制马达的旋转方向及旋转角度等参数，使得扬声器阵列3旋转至面向目标说话人(声源)的方向。可知，驱动装置并不限于马达，也可采用电缸等多种类型的驱动装置。

在本发明的一个具体实施方式中，调节组件2围绕扬声器阵列3设置有至少两组，调节组件2的设置方式，可以为左右设置、上下设置以及包围式设置，且最优方案可以设置为两组，两组调节组件2分别设置在扬声器阵列3的左右两侧，当多人使用时，多人的分布会在水平方向上具有一定的宽度，因此可设置为左右分布的形式。此外，调节组件2还可设置三组，三组调节组件关于智能音箱的中心呈均匀分布。

此外，每组调节组件2包括至少两个相互平行设置的调节挡板；其中，相邻两组调节组件2内的调节挡板的运动方向相反且关于相邻两组调节组件2的中心线呈对称分布。对相邻两调节组件2内的调节挡板的方向同时进行调节，且使得两组调节挡板的方向配合形成向外开口或相内收敛的形状，达到对音源信号的传播方向的调整，当用户是一人时，可将两组调节挡板的开口内收(如图2所示)，形成更具有指向性的传播，当用户是多人时，可将两组调节挡板的开口打开，形成更大的传播角度(如图3所示)，满足多人使用的场景。具体地，位于同一组调节组件2内的所有调节挡板均通过同一驱动结构活动固定在壳体1上；其中，驱动结构包括固定在壳体的内侧壁上的固定板9、设置在外壳1内并与固定板9平行设置的移动板8以及驱动移动板8运动的第二驱动轮7；在调节挡板上设置有第一固定点和第二固定点，调节挡板的一端位于壳体1内，另一端通过固定板9穿出所述壳体1，第一固定点通过第一转轴与移动板8活动(或转动)连接，第二固定点通过第二转轴与固定板9活动(或转动)连接；第二驱动轮7用于带动移动板8运动，并通过第一转轴和第二转轴调整调节挡板的角度。

需要说明的是，为了使相邻两调节组件2内的调节挡板的方向能够同时且方向相反的运动，两组调节组件2内的移动板8可采用同一第二驱动轮7进行驱动，例如，将移动板8设置为包括固定部、驱动部，以及连接固定部和驱动部的连接部，固定部与驱动部相互平行设置，固定部通过第一转轴与调节挡板的第一固定点连接，驱动部可采用设置在移动板8上且与第二驱动轮7相啮合的直线轮齿结构，相邻两调节组件2内的不同的直线轮齿分别设置在同一第二驱动轮7的两侧，通过同一第二驱动轮7对两个直线轮齿同时进行方向相反的驱动。其中，第二驱动轮7可进一步与处理单元连接，通过处理单元控制驱动电机带动第二驱动轮7运动，通过第二驱动轮7带动直线轮齿移动，并可调节转动的速度和距离等参数。

此外，还可以在相邻两调节组件2内的调节挡板的中间设置一个与壳体1的表面相垂直的中心挡板，该中心挡板用于使得音源信号能够更好的传播出去。另外，可在上述调节挡板上设置反射锥结构，通过改变反射锥之间的距离、角度等参数能够实现对音源信号的传播方向及声音效果的调节等。

在本发明的另一具体实施方式中，还能够实现对扬声器阵列中扬声器的角度以及间距之间的调整，壳体的转动能够实现对扬声器阵列的位置粗调，而扬声器的自转能够进一步实现位置的精调，进而实现两级转动调节，使得扬声器的位置精度更高，声学效果更佳。其中，在扬声器阵列的每一列的扬声器通过同一调节轴串联连接，在调节轴的端部设置角度调节齿轮，例如，当扬声器阵列包括四列扬声器时，可设置四组角度调节齿轮，包括角度调节齿轮10、角度调节齿轮11、角度调节齿轮12和角度调节齿轮13。通过角度调节齿轮的转动能够带动调节轴以及设置在所述调节轴上的一列扬声器进行旋转，进而达到对扬声器的倾斜角度的调整。

此外，还可以在固定板9上设置与扬声器阵列中各扬声器相适配的限位槽91，扬声器限位在对应的限位槽91内，同时在调节轴的端部通过连接件设置间距调节齿轮14，通过间距调节齿轮14带动所述连接件进行移动，能够使得同一列的扬声器能够在对应的限位槽91内进行水平移动，进而达到调节各扬声器之间的水平间距的效果。

另一方面，也可在固定板9上设置一个限位模组，同一列扬声器限位在同一限位模组内，在对扬声器进行倾斜角度以及间距调整时，可通过对应的齿轮及外部驱动等对限位模组进行操作，同样能够达到上述效果。

需要说明的是，上述扬声器阵列的角度调整以及水平间距的调整也可通过其他的结构件或连接件来完成，能够实现对角度参数和水平间距参数的调整即可，并不限于附图中的具体连接结构。

在本发明的智能音箱中，定向性的扬声器阵列3的基本工作原理可以是将可听声音信号调制到超声载波信号之上，并由超声换能器发射到空气中，不同频率的超声波在空气中传播的时候，由于空气的非线性声学效应，这些信号会发生交互作用和自解调，进而产生频率为原超声频率之和(和频)与频率之差(差频)的可听声波，能够借助超声波本身的强指向性，实现声音定向传播，同时也减小了对其它方向的影响。可知，上述扬声器阵列3也可采用普通的多种类型的扬声器结构，并不具体限制扬声器的类型。

在本发明的另一具体实施方式中，麦克风阵列可均匀设置在壳体1的上端面上或侧面上，麦克风阵列中的麦克风的设置个数及位置均可根据产品的尺寸及要求进行设置及调整。

此外，扬声器阵列3中的扬声器的设置个数也可根据产品的尺寸及要求进行设置及调整，调节挡板可设置在相邻两列扬声器之间，即调节挡板与扬声器阵列3中的列之间相互交叉分布。

与上述智能音箱相对应地，本发明还提供一种智能音箱控制方法。

具体地，图5示出了根据本发明实施例的智能音箱控制方法的流程。

如图5所示，在本发明的一个具体实施方式中，智能音箱控制方法，主要包括以下步骤：

S110：通过麦克风阵列采集环境中的语音信号，并判断语音信号中是否包含预设的唤醒词；

S120：当语音信号中包含唤醒词时，基于所述语音信号确定声源的位置及个数；

S130：基于声源的位置调整扬声器阵列的角度，并基于声源的个数调节对应的调节组件的角度；

S140：通过扬声器阵列向声源发送音源信号。

其中，判断语音信号中是否包含预设的唤醒词的过程包括：对语音信号进行语音活动检测，确定语音信号的起始位置，并分离出目标语音和非目标语音；其中，非目标语音包括静音和噪声；将目标语音与唤醒词进行比对，以确定语音信号中是否包含唤醒词。

此外，基于语音信号确定声源的位置及个数的过程包括：通过麦克风阵列在声源方向的预设角度范围内进行语音活动检测，基于波束形成算法、TDOA或谱估计方法等多种方法确定声源的位置及个数。

进一步地，基于声源的个数调节对应的调节组件的角度的过程包括：当声源的个数为单人或两人时，控制调节组件向声源的方向进行内收；当声源的个数大于两人时，控制调节组件向声源的方向进行外扩。

作为具体示例，图6示出了根据本发明实施的智能音箱控制方法的详细示意流程。

如图6所示，在该实施例中，智能音箱控制方法包括：

1、当智能音箱周围有语音输入时，麦克风阵列会实时检测到该语音信号，并对语音信号进行识别，判断语音信号中是否有唤醒词；

2、当所述语音信号中存在唤醒词时，智能音箱进入工作状态，并根据说话人的指令，对说话人进行定位及后续语音的定向拾取。

3、在对语音信号进行识别及定位后，将扬声器阵列旋转至说话人方向，并判定使用者人数，此时可向使用者进行人数确定，或直接根据判断的结果进行默认操作均可。

例如，智能音箱可将识别到的使用者人数与目标说话者进行确认，询问使用者是否是音箱识别到的人数，如果是，则继续执行下一个动作；如果否，与目标说话人进行确认，是单人，两人还是多人等。

4、智能音箱在于说话人进行语音交互时，会对当前环境进行判别，判断使用者是单人、两人还是多人，这一判别过程可以通过麦克风阵列对目标说话人方向45°角范围内进行语音活动检测，利用波束形成等算法进行识别。

5、根据使用者的人数，对调节挡板进行调节，当使用者是单人或两人时，调节挡板可向中间调节，使得该声场具有更强的指向性，减少对其它方向的影响；当使用者是多人时，调节挡板可向两侧调节，使得该声场更宽阔。

6、最终通过扬声器阵列播放音源，可根据目标说话人的指令播放目标音源或其它设备控制等。

根据上述本发明提供的智能音箱及其控制方法，能够通过麦克风阵列对用户进行定位及识别，然后通过旋转扬声器阵列、调整调节挡板、调节扬声器倾斜角度、调节扬声器之间的间距等多种方式配合对扬声器阵列的指向性进行调节，以使音箱能够在达到更好的指向性的同时减少对其它方向的影响。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的智能音箱及其控制方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的智能音箱及其控制方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种智能音箱，其特征在于，包括底座、与所述底座活动连接的壳体、设置在所述壳体内的扬声器阵列、麦克风阵列以及处理单元；其中，

在所述扬声器阵列之间设置有规则分布的调节组件；

所述麦克风阵列用于采集环境中的语音信号，并将所述语音信号传递至所述处理单元；

所述处理单元用于对所述语音信号进行信号处理，并基于所述信号处理的结果控制所述壳体带动所述扬声器阵列旋转至声源位置，并根据所述声源的数量对应调节所述调节组件的方向；

所述调节组件围绕所述扬声器阵列设置有至少两组，每组调节组件包括至少两个相互平行设置的调节挡板；其中，

相邻两组调节组件内的调节挡板的运动方向相反且关于所述相邻两组调节组件的中心线呈对称分布，且相邻两组调节组件内的调节挡板通过一个驱动结构进行同时调节；所述扬声器阵列用于通过所述调节组件形成向外开口或向内收敛的形状，并向所述声源发送音源信号。

2.如权利要求1所述的智能音箱，其特征在于，

在所述底座内设置有转轴和固定在所述转轴上的齿轮；

在所述壳体的内表面设置有与所述齿轮相啮合的第一驱动轮，所述齿轮通过所述第一驱动轮带动所述壳体旋转。

3.如权利要求2所述的智能音箱，其特征在于，还包括与所述转轴连接的马达；其中，

所述马达与所述处理单元连接，通过所述处理单元控制所述马达的旋转方向及旋转角度。

4.如权利要求1所述的智能音箱，其特征在于，位于同一组调节组件内的所有调节挡板均通过同一驱动结构活动固定在所述壳体上；其中，

所述驱动结构包括固定板、设置在所述壳体内且与所述固定板平行设置的移动板以及驱动所述移动板运动的第二驱动轮；

在所述调节挡板上设置有第一固定点和第二固定点，所述调节挡板的一端位于所述壳体内，另一端通过所述固定板穿出所述壳体，所述第一固定点通过第一转轴与所述移动板转动连接，所述第二固定点通过第二转轴与所述固定板转动连接；

所述第二驱动轮用于带动所述移动板运动，并通过所述第一转轴和所述第二转轴调整所述调节挡板的角度。

5.如权利要求4所述的智能音箱，其特征在于，

在所述移动板上设置有与所述第二驱动轮相啮合的直线轮齿；

所述移动板包括固定部、驱动部以及连接所述固定部和所述驱动部的连接部，且所述固定部与所述驱动部相互平行设置；

所述处理单元还用于控制驱动电机带动所述第二驱动轮运动，并通过所述第二驱动轮带动所述直线轮齿运动。

6.如权利要求4所述的智能音箱，其特征在于，

所述固定板通过连接件固定在所述壳体的内侧壁上。

7.如权利要求4所述的智能音箱，其特征在于，

所述扬声器阵列的每一列的扬声器通过同一调节轴串联连接，在所述调节轴的端部设置有角度调节齿轮；

所述角度调节齿轮用于通过所述调节轴带动对应列的扬声器进行旋转。

8.如权利要求7所述的智能音箱，其特征在于，

在所述固定板上设置有与所述扬声器阵列中的扬声器相适配的限位槽，所述扬声器限位在所述限位槽内；

在所述调节轴的端部设置有间距调节齿轮，所述间距调节齿轮用于带动所述扬声器在所述限位槽内进行移动，以调节所述扬声器之间的水平间距。

9.一种智能音箱控制方法，其特征在于，用于对如权利要求1至8任一项所述的智能音箱进行控制，所述方法包括：

通过麦克风阵列采集环境中的语音信号，并判断所述语音信号中是否包含预设的唤醒词；

当所述语音信号中包含所述唤醒词时，基于所述语音信号确定声源的位置及个数；

基于所述声源的位置调整扬声器阵列的角度，并基于所述声源的个数调节对应的调节组件的角度；

通过所述扬声器阵列向所述声源发送音源信号。

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