CN113949979A - 声音采集装置、声音处理设备及方法、装置、存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种声音采集装置、声音处理设备及方法、装置、存储介质。该声音采集装置，包括：壳体和位于壳体内的硅基麦克风装置；硅基麦克风装置包括电路板、以及设置在电路板一侧的偶数个硅基麦克风芯片；电路板开设有至少一个进声孔，至少一个进声孔与偶数个硅基麦克风芯片中的部分硅基麦克风芯片的背腔一一对应地连通；壳体中设有与各进声孔一一对应连通的声道；对应连通的背腔、进声孔和声道，形成第一声腔；背腔形成第二声腔；第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同。本申请实施例提供的声音采集装置，可以根据采集的环境声音更容易地仅输出近场音频参考信号，或更容易地在后续信号处理设备的配合下仅输出近场音频参考信号。

Description

声音采集装置、声音处理设备及方法、装置、存储介质
本申请为申请号202010694656.3、申请日2020年7月17日、发明名称“声音采集装置、声音处理设备及方法、装置、存储介质”的分案申请。
技术领域
本申请涉及声电转换技术领域，具体而言，本申请涉及一种声音采集装置、声音处理设备及方法、装置、存储介质。
背景技术
在智能语音交互中，智能设备一般通过拾音麦克风采集声音，并将声音转换成音频信号供智能设备识别，之后智能设备做出对应的交互动作。
但是拾音麦克风采集到的声音通常不仅包括有效语音，还包括无效噪音，该噪音会降低有效语音的识别精度，严重时会导致语音无法识别、阻断智能语音交互。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种声音采集装置、声音处理设备及方法、装置、存储介质，用以解决现有智能语音交互中存在有效语音的识别精度低的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种声音采集装置，包括：壳体和位于壳体内的硅基麦克风装置；
硅基麦克风装置包括电路板、以及设置在电路板一侧的偶数个硅基麦克风芯片；电路板开设有至少一个进声孔，至少一个进声孔与偶数个硅基麦克风芯片中的部分硅基麦克风芯片的背腔一一对应地连通；
壳体中设有与各进声孔一一对应连通的声道；
对应连通的背腔、进声孔和声道，形成第一声腔；背腔形成第二声腔；
第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同。
第二个方面，本申请实施例提供了一种声音处理设备，包括：麦克风、回声处理器、以及如上述第一个方面提供的声音采集装置；
麦克风的输出端与回声处理器的一个输入端电连接，声音采集装置的输出端与回声处理器的另一个输入端电连接，回声处理器的输出端用于输出远场音频信号。
第三个方面，本申请实施例提供了一种声音处理方法，包括：
利用如上述第一个方面提供的声音采集装置，获取实时近场音频参考信号；
获取实时混合音频信号；
根据实时近场音频参考信号去除实时混合音频信号中的实时近场音频信号，得到实时远场音频信号。
第四个方面，本申请实施例提供了声音处理装置，包括：
音频信号获取模块，用于获取实时近场音频参考信号和实时混合音频信号；
音频信号处理模块，用于根据实时近场音频参考信号去除实时混合音频信号中的实时近场音频信号，得到实时远场音频信号。
第五个方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机可读存储介质的特征在于，计算机程序被电子设备执行时实现如第三个方面提供的声音处理方法。
本申请实施例提供的声音采集装置带来的有益技术效果包括：采用偶数个硅基麦克风芯片采集环境声音，并且在用于将环境声音传导至对应硅基麦克风芯片的各声腔中，第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同，这样可有利于环境声音中的近场声音在前述第一声腔与第二声腔中产生路径差，即近场声音作用于对应的两个硅基麦克风芯片时的幅度或相位不同，不可相互抵消；但环境声音中的远场声音在前述第一声腔与第二声腔中不会产生明显的路径差，即可视为远场声音作用于对应的两个硅基麦克风芯片时的幅度或相位相同，可以相互抵消。因此，本申请实施例提供的声音采集装置，可以根据采集的环境声音更容易地仅输出近场音频参考信号，或更容易地经后续信号处理设备的信号处理后仅输出近场音频参考信号。
本申请实施例提供的声音处理设备及方法、装置、计算机可读存储介质带来的有益技术效果包括：利用麦克风采集环境声音并声电转换成混合音频信号；利用本申请实施例提供的声音采集装置获得、或在例如回声处理器的配合下获得近场音频参考信号；将该近场音频参考信号作为噪声参考信号，可以更容易且更精准地去除混合音频信号中的近场音频信号，从而得到远场音频信号，极大地提高了远场音频信号的精准度。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种声音处理设备的结构框架示意图；
图2为本申请实施例提供的一种声音处理设备中声音采集装置与扬声器集成布置于声音处理设备外壳内的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种声音采集装置的内部结构的实施方式一的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种声音采集装置的内部结构的实施方式二的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种声音采集装置的内部结构的实施方式三的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置的内部结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置中单个差分式硅基麦克风芯片的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种硅基麦克风装置中两个个差分式硅基麦克风芯片的电连接示意图；
图9为本申请实施例提供的一种声音处理方法的流程示意图；
图10为本申请实施例提供的一种声音处理装置的结构框架示意图。
图中：
1-声音采集装置；2-回声处理器；3-麦克风；4-滤波器；5-扬声器；
6a-驱动音频信号；6b-扬声器播放声音；6c-本地噪声；6d-远场声音；6e-近场音频参考信号；6f-混合音频信号；6g-远场音频信号；
10-硅基麦克风装置；
20-壳体；21-壳体开孔；22-隔声腔；
30-盖板；40-壁板；
50-隔板；51-隔板开孔；
52-隔板沉槽；
100-电路板；110-进声孔；
200-屏蔽罩；210-屏蔽腔；
300-差分式硅基麦克风芯片；300a-第一差分式硅基麦克风芯片；300b-第二差分式硅基麦克风芯片；
301-第一麦克风结构；301a-第一差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构；301b-第二差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构；
302-第二麦克风结构；302a-第一差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构；302b-第二差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构；
303-背腔；303a-第一差分式硅基麦克风芯片的背腔；303b-第二差分式硅基麦克风芯片的背腔；
310-上背极板；310a-第一上背极板；310b-第二上背极板；
311-上气流孔；
312-上背极板电极；312a-第一上背极板的上背极板电极；312b-第二上背极板的上背极板电极；
313-上气隙；
320-下背极板；320a-第一下背极板；320b-第二下背极板；
321-下气流孔；
322-下背极板电极；322a-第一下背极板的下背极板电极；322b-第二下背极板的下背极板电极；
323-下气隙；
330-半导体振膜；330a-第一半导体振膜；330b-第二半导体振膜；
331-半导体振膜电极；331a-第一半导体振膜的半导体振膜电极；331b-第二半导体振膜的半导体振膜电极；
340-硅基板；340a-第一硅基板；340b-第二硅基板；
341-通孔；
350-第一绝缘层；360-第二绝缘层；370-第三绝缘层；
380-导线；400-控制芯片；
500-声音处理装置；510-音频信号获取模块；520-音频信号处理模块。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本申请的发明人进行研究发现，在智能语音交互中，智能终端一般是同时配备有拾音麦克风和扬声器的。拾音麦克风拾取的声音信号经过本地处理后，传递到云端进行语音识别和语义理解，然后按照语义的要求由扬声器播放音乐或进行交互。
此时若不加以控制，拾音麦克风将同时拾取到交互的语音信号和回声信号。这里的回声信号是指由扬声器播放并传递到拾音麦克风的声音信号。当这个声音信号被传递到云端进行识别和语义理解时，因为混杂了扬声器的回声信号，将严重影响语音识别和语义理解。
本领域技术人员习惯的解决思路是，采集声音(包括扬声器播放的声音、远场语音、和本地噪声)，经过声电转换得到混合音频信号(包括扬声器的回声信号、远场语音信号、和本地噪声信号)，利用软件算法降低混合音频信号中的无效音频信号(回声信号以及本地噪声信号)的比重，从而抑制无效音频信号，提高有效音频信号的比重，即提高云端进行语音识别和语义理解的准确性。但是这种方式的算法复杂，智能设备的运算压力大，精度也低。
本申请的发明人还发现，由于扬声器的工作存在非线性效应，如动态范围不足引起的截波非线性，以及高级扬声器配备的动态幅度控制(Dynamic Range Control,DRC)均会出现非线性，混合音频信号中往往会出现与回声参考信号不同的非线性部分。而自适应滤波器是一种线性滤波器，因此不能有效地消除混合音频信号中的非线性部分，使得回声处理器输出的去回声信号仍具有较大的回声，并且，从而使得在云端进行的语音识别和语义理解的准确性下降。
为解决自适应回声消除算法中参考信号经过扬声器产生非线性造成算法性能下降的问题，可以采用如下方式：
方式一：在扬声器驱动电路中设计信号采集电路，采集扬声器工作过程中的电流或电压信号作为自适应回声消除算法的参考信号。但该方式仅能采集扬声器非线性振动反馈回电路***的信号，而不能实现扬声器非线性振动的直接测量。
方式二：在扬声器振膜上贴上加速度传感器采集扬声器工作过程中振膜的加速度信息作为自适应回声消除算法的参考信号。但该方式附加的加速度传感器会影响扬声器振膜的振动，引起新的非线性因素。
并且，以上两种方式均无法采集本地噪声(例如装置振动带来的噪声)的音频信号，仍影响有效音频信号提高比重。这个痛点，在播放着音乐的智能音箱、手机、TWS耳机、扫地机、空调、油烟机等振动大的智能家居产品上表现得尤其明显。
本申请提供的声音采集装置、声音处理设备及方法、装置、存储介质，旨在解决现有技术的如上技术问题。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种声音处理设备，该设备的结构框图如图1所示，包括：麦克风3、回声处理器2、以及声音采集装置1。该声音采集装置1用于采集环境声音，并可以输出近场音频参考信号，声音采集装置1的具体结构将在下文详细说明，在此不赘述。
麦克风3的输出端与回声处理器2的一个输入端电连接，声音采集装置1的输出端与回声处理器2的另一个输入端电连接，回声处理器2的输出端用于输出远场音频信号。
在本实施例中，麦克风3可采集环境声音，并声电转换成混合音频信号送至回声处理器2。声音采集装置1也采集环境声音，并利用自身结构直接获得、或经例如回声处理器2的信号处理后获得近场音频参考信号。回声处理器2将该近场音频参考信号作为噪声参考信号，可以更容易且更精准地去除混合音频信号中的近场音频信号，从而得到远场音频信号，极大地提高了远场音频信号的精准度。
具体地，如图1所示，环境声音包括扬声器播放声音6b、本地噪声6c以及远场声音6d，其中扬声器播放声音6b由扬声器3在驱动音频信号6a的驱动下播放得到。声音采集装置1将采集的环境声音进行声电转换，并将得到的近场音频参考信号6e发送到回声处理器2。与此同时，麦克风3也将采集的环境声音进行声电转换，并将得到的混合音频信号6f发送到回声处理器2。回声处理器2根据近场音频参考信号6e去除混合音频信号6f中的近场音频信号(包括扬声器播放声音6b以及本地噪声6c所对应的音频信号)，从而得到较高精准度的远场音频信号6g。
在一些可能的实施方式中，如图1所示，声音处理设备还包括：滤波器4。滤波器4的输入端与声音采集装置1的输出端电连接，滤波器4的输出端与回声处理器2的另一个输入端电连接。
在本实施例中，滤波器4可以将声音采集装置1经声电转换得到的音频信号中的至少一部分噪音信号滤除，可以有效提高声音采集装置1利用自身结构直接获得、或经例如回声处理器2的信号处理后获得近场音频信号的精度。
可选地，滤波器4是自适应滤波器。自适应滤波器可以根据环境的改变，使用自适应算法来改变滤波器的参数和结构的滤波器。一般情况下，不改变自适应滤波器的结构。而自适应滤波器的系数是由自适应算法更新的时变系数，即其系数可自动连续地适应于给定信号，以获得期望响应。自适应滤波器的最重要的特征就在于它能够在未知环境中有效工作，并能够跟踪输入信号的时变特征。
在一些可能的实施方式中，如图1所示，声音处理设备还包括：扬声器5。扬声器5与回声处理器2的输出端电连接。
在本实施例中，扬声器5可以将回声处理器2输出的远场音频信号通过声电转换进行高清播放。
可选地，扬声器5与麦克风3中的至少一个，可以与声音采集装置1集成布置于声音处理设备外壳内，如图2所示。扬声器5与麦克风3、以及声音采集装置1所在的容置空间之间可以采用隔音板隔开。具体的声音处理设备例如：扩音器、智能音箱等。
具体地，上述各实施例提出的声音处理设备可以是手机、TWS(True WirelessStereo，真正无线立体声)耳机、扫地机器人、智能空调、智能油烟机等内部噪音较大的智能家居产品。
下面针对上述各实施例中的声音采集装置1进行详细说明。
本申请实施例提供了一种声音采集装置1，该声音采集装置1的结构示意图如图3-图5所示，包括：壳体20和位于壳体20内的硅基麦克风装置10。
硅基麦克风装置10包括电路板100、以及设置在电路板100一侧的偶数个硅基麦克风芯片。电路板100开设有至少一个进声孔110，至少一个进声孔110与偶数个硅基麦克风芯片中的部分硅基麦克风芯片的背腔303一一对应地连通。
壳体20中设有与各进声孔110一一对应连通的声道。
对应连通的背腔303a、进声孔110和声道，形成第一声腔；背腔303b形成第二声腔。
第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同。
在本实施例中，声音采集装置1采用偶数个硅基麦克风芯片采集环境声音，并且在用于将环境声音传导至对应硅基麦克风芯片的各声腔中，第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同。
具体地，如图3所示，背腔303a、进声孔110、以及隔板开孔51形成第一声腔，背腔303b形成第二声腔，显然两个声腔的容积和/或形状不同。
如图4所示，背腔303a、进声孔110、隔板开孔51及壳体开孔21形成第一声腔，背腔303b形成第二声腔，显然两个声腔的容积和/或形状不同。
如图5所示，背腔303a、进声孔110、隔板沉槽52及壳体开孔21形成第一声腔，背腔303b形成第二声腔，显然两个声腔的容积和/或形状不同。
两个声腔的容积和/或形状不同，可有利于环境声音中的近场声音在前述第一声腔与第二声腔中产生路径差，即近场声音作用于对应的两个硅基麦克风芯片时的幅度或相位不同，不可相互抵消。但环境声音中的远场声音在前述第一声腔与第二声腔中不会产生明显的路径差，即可视为远场声音作用于对应的两个硅基麦克风芯片时的幅度或相位相同，可以相互抵消。因此，本申请实施例提供的声音采集装置1，可以根据采集的环境声音更容易地仅输出近场音频参考信号，或更容易地在后续信号处理设备的配合下仅输出近场音频参考信号。
本申请的发明人考虑到，壳体20中设有与各进声孔110一一对应连通的声道，并且第一声腔与第二声腔的容积和/或形状不同。为此，本申请为声音采集装置1的壳体20提供如下一种可能的实现方式：
如图3和图4所示，本申请实施例的壳体20包括：盖板30、壁板40和隔板50。
盖板30和壁板40合围形成隔声腔22。
所述隔板50连接于电路板100与盖板30的内壁之间，或，隔板50连接于电路板100与壁板40的内壁之间。
隔板50开设有至少一个属于声道的隔板开孔51。隔板开孔51与至少一个进声孔110连通。
在本实施例中，壳体20中的盖板30和壁板40合围形成隔声腔22，该隔声腔22可用来容纳硅基麦克风装置10。
壳体20中的隔板50可以为硅基麦克风装置10提供安装场地，隔板50开设的隔板开孔51可以属于壳体20的与各进声孔110一一对应连通的声道，即隔板开孔51可以构成声道的至少一部分。并且，隔板开孔51与至少一个进声孔110连通，以便于第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状出现差异，即不同。
具体地，第一声腔包括对应连通的背腔303和进声孔110和声道(该声道至少包括隔板开孔51)，第二声腔包括对应连通的背腔303。这样，两个声腔的容积和/或形状就容易出现差异。
在上述方案的基础上，在一些可能的实施方式中，盖板30或壁板40开设有至少一个壳体开孔21；壳体开孔21与至少一个隔板开孔51连通。
在本实施例中，壳体20的盖板30或壁板40开设了壳体开孔21，并且该壳体开孔21可与隔板开孔51连通，即壳体开孔21也可以构成声道的一部分，一方面可便于第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状出现差异，即不同，另一方面可有利于环境声音通过空气传播直接进入声腔，并最终作用于硅基麦克风芯片。
具体地，第一声腔包括对应连通的背腔303a和进声孔110，或包括对应连通的背腔303a、进声孔110和声道(该声道包括隔板开孔51)，或包括对应连通的背腔303a、进声孔110和声道(该声道包括隔板开孔51和壳体开孔21)；第二声腔包括背腔303b。这样，两个声腔的容积和/或形状就容易出现差异。
本申请的发明人考虑到，壳体20中设有与各进声孔110一一对应连通的声道。为此，本申请为声音采集装置1的壳体20提供如下另一种可能的实现方式：
如图5所示，本申请实施例的壳体20包括：盖板30、壁板40和隔板50。
盖板30和壁板40合围形成隔声腔22。
所述隔板50连接于盖板30的内壁与部分电路板100之间，或，隔板50连接于壁板40的内壁与部分电路板100之间。
隔板50开设有至少一个属于声道的隔板沉槽52。
隔板沉槽52的一端与至少一个进声孔110连通。隔板沉槽52的另一端与隔声腔22连通。
在本实施例中，壳体20中的盖板30和壁板40合围形成隔声腔22，该隔声腔22可用来容纳硅基麦克风装置10。
壳体20中的隔板50可以为硅基麦克风装置10提供安装场地，隔板50开设的隔板沉槽52可以属于壳体20的与各进声孔110一一对应连通的声道，隔板沉槽52的另一端与隔声腔22连通，即隔板沉槽52与隔声腔22均可以构成声道的至少一部分。并且，隔板沉槽52与至少一个进声孔110连通，以便于第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状出现差异，即不同。
具体地，第一声腔包括对应连通的背腔303a、进声孔110和声道(该声道至少包括隔板沉槽52和隔声腔22)，第二声腔包括对应连通的背腔303b。这样，两个声腔的容积和/或形状就容易出现差异。
在上述方案的基础上，在一些可能的实施方式中，盖板30或壁板40开设有至少一个壳体开孔21；壳体开孔21与隔声腔22连通。
在本实施例中，壳体20的盖板30或壁板40开设了壳体开孔21，并且该壳体开孔21可与隔声腔22连通，即壳体开孔21也可以构成声道的一部分，一方面通过选择壳体开孔21的开设部位(即，选择壳体开孔21到隔板沉槽52的另一端的距离)，可便于第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状出现差异，即不同，另一方面可有利于环境声音通过空气传播直接进入声腔，并最终作用于硅基麦克风芯片。
本申请的发明人考虑到，壳体20中对应连通的背腔303、进声孔110和声道，可形成第一声腔；背腔303可形成第二声腔；并且第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同。为此，本申请为声音采集装置1的壳体20提供如下一种可能的实现方式：
本申请实施例的进声孔110的孔径、隔板开孔51的孔径和壳体开孔21的孔径中，至少两种孔径的尺寸不同。
在本实施例中，通过改变属于声道的各开孔的孔径尺寸，利于实现第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同。
本申请的发明人考虑到，声音采集装置1采集环境声音，若能利用自身结构直接获得近场音频参考信号，则可以减轻例如回声处理器2等后续信号处理设备的工作压力。为此，本申请为声音采集装置1中的硅基麦克风装置10提供如下一种可能的实现方式：
本申请实施例的硅基麦克风芯片为差分式硅基麦克风芯片300。
每两个差分式硅基麦克风芯片300中，一个差分式硅基麦克风芯片300的第一麦克风结构，与另一个差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构电连接，一个差分式硅基麦克风芯片300的第二麦克风结构，与另一个差分式硅基麦克风芯片300的第一麦克风结构电连接。
在本实施例中，采用偶数个差分式硅基麦克风芯片300进行声电转换，需要说明的是，图6中的硅基麦克风装置仅示例为两个差分式硅基麦克风芯片300。
在同源声波的作用下，每一差分式硅基麦克风芯片300中的第一麦克风结构301与第二麦克风结构302会分别产生变化量幅度相同、符号相反的电信号。因此本申请实施例将第一差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构301a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二麦克风结构302b电连接，第一差分式硅基麦克风芯片300a的第二麦克风结构302a，与第二差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构301b电连接，可以将第一差分式硅基麦克风芯片300a生成的第一声波电信号与第二差分式硅基麦克风芯片300b生成的第二声波电信号进行叠加，能够将第一声波电信号和第二声波电信号中变化量幅度相同、符号相反的同源声波信号部分相互削弱或抵消。
基于上述差分式硅基麦克风芯片的信号叠加原理，在本申请实施例中，每两个差分式硅基麦克风芯片300中，一个差分式硅基麦克风芯片300通过一个对应的声腔(该声腔包括一个差分式硅基麦克风芯片300自身的背腔303、电路板100上的一个对应的进声孔110、以及壳体20中的一个对应的声道)获取环境声波；另一个差分式硅基麦克风芯片300通过另一个对应的声腔(该声腔包括另一个差分式硅基麦克风芯片300自身的背腔303)获取环境声波。
由于第一声腔与第二声腔的容积和/或形状不同，这样可有利于环境声音中的近场声音在前述第一声腔与第二声腔中产生路径差，即近场声音作用于对应的两个硅基麦克风芯片时的幅度或相位不同，此时两个硅基麦克风芯片产生的近场音频信号叠加后会发生相互削弱，但不会完全抵消。与此同时，环境声音中的远场声音在前述第一声腔与第二声腔中不会产生明显的路径差，即可视为远场声音作用于对应的两个硅基麦克风芯片时的幅度或相位相同，此时两个硅基麦克风芯片产生的远场音频信号叠加后会发生完全相互抵消。
因此，本申请实施例提供的硅基麦克风装置，采用偶数个差分式硅基麦克风芯片，可以根据采集的环境声音通过自身结构直接仅输出近场音频参考信号。
可选地，差分式硅基麦克风芯片300通过硅胶与电路板100固定连接。
在一些可能的实施方式中，如图7所示，差分式硅基麦克风芯片300还包括层叠并间隔设置的上背极板310、半导体振膜330和下背极板320。具体地，上背极板310和半导体振膜330之间、以及半导体振膜330和下背极板320之间均具有间隙，例如气隙。
上背极板310和半导体振膜330构成第一麦克风结构301的主体。半导体振膜330和下背极板320构成第二麦克风结构302的主体。
上背极板310和下背极板320分别与进声孔对应的部分均设有若干气流孔。
为便于描述，本文将差分式硅基麦克风芯片300中远离电路板100的一侧的一个背极板为上背极板310，将差分式硅基麦克风芯片300中靠近电路板100的一侧的一个背极板定义为下背极板320。
在本实施例中，半导体振膜330被第一麦克风结构301和第二麦克风结构302共享。半导体振膜330可采用较薄、韧性较好的结构，可以在声波的作用下发生弯曲形变；上背极板310和下背极板320均可采用比半导体振膜330的厚度大许多、且刚性较强的结构，不易发生形变。
具体地，半导体振膜330可以与上背极板310平行布置并由上气隙313隔开，从而形成第一麦克风结构301的主体；半导体振膜330可以与下背极板320平行布置并由下气隙323隔开，从而形成第二麦克风结构302的主体。可以理解的是，半导体振膜330与上背极板310之间、以及半导体振膜330与下背极板320之间均用于形成电场(不导通)。由进声孔进入的声波可以通过背腔303、下背极板320上的下气流孔321与半导体振膜330接触。
当声波进入差分式硅基麦克风芯片300的背腔303，半导体振膜330受声波的作用会发生形变，该形变会引起的半导体振膜330与上背极板310、下背极板320之间的间隙发生变化，会带来半导体振膜330与上背极板310之间电容的变化，以及半导体振膜330与下背极板320之间电容的变化，即实现了将声波转换为电信号。
对于单个差分式硅基麦克风芯片300而言，通过在半导体振膜330与上背极板310之间施加偏压后，在半导体振膜330与上背极板310之间的间隙内就会形成上电场。同样的，通过在半导体振膜330与下背极板320之间施加偏压后，在半导体振膜330与下背极板320的间隙内就会形成下电场。由于上电场和下电场的极性正好相反，当半导体振膜330受声波作用而上、下弯曲时，第一麦克风结构301的电容变化量与第二麦克风结构302的电容变化量幅度相同、符号相反。
可选地，半导体振膜330可采用多晶硅材料，半导体振膜330的厚度不大于1微米，在较小的声波作用下也会产生变形，灵敏度较高；上背极板310和下背极板320均可采用刚性比较强、且厚度为几微米的材料制造，并在上背极板310上刻蚀有多个上气流孔311、在下背极板320上刻蚀有多个下气流孔321。因此，当半导体振膜330受声波作用产生形变时，上背极板310、下背极板320都不会受到影响而产生形变。
可选地，半导体振膜330与上背极板310或下背极板320之间的间隙分别为几微米，即微米级。
在一些可能的实施方式中，如图8所示，每两个差分式硅基麦克风芯片300包括的第一差分式硅基麦克风芯片300a和第二差分式硅基麦克风芯片300b。
第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一上背极板310a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二下背极板320b电连接，用于形成第一路信号。
第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一下背极板320a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二上背极板310b电连接，用于形成第二路信号。
前文已经详细说明，单个差分式硅基麦克风芯片300中，第一麦克风结构301的电容变化量与第二麦克风结构302的电容变化量幅度相同、符号相反，同理，在每两个差分式硅基麦克风芯片300中，一个差分式硅基麦克风芯片300的上背极板310和另一个差分式硅基麦克风芯片300的下背极板320处的电容变化量幅度相同、符号相反。
因此，在本实施例中，由第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一上背极板310a处生成的第一上声波电信号，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二下背极板320b处生成的第二下声波电信号相叠加得到的第一路信号，可以削弱或抵消第一上声波电信号与第二下声波电信号中的同源音频信号。
同样地，由第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一下背极板320a处生成的第一下声波电信号，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二上背极板310b处生成的第二上声波电信号相叠加得到的第二路信号，可以削弱或抵消第一下声波电信号与第二下声波电信号中的同源音频信号。
具体地，可通过导线380将第一上背极板310a的上背极板电极312a，与第二下背极板320b的下背极板电极322b电连接，用于形成第一路信号；可通过导线380将第一下背极板320a的下背极板电极322a，与第二上背极板310b的上背极板电极312b电连接，用于形成第二路信号。
在一些可能的实施方式中，如图8所示，第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一半导体振膜330a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二半导体振膜330b电连接，且第一半导体振膜330a与第二半导体振膜330b中的至少一个用于与恒压源电连接。
在本实施例中，第一差分式硅基麦克风芯片300a的第一半导体振膜330a，与第二差分式硅基麦克风芯片300b的第二半导体振膜330b电连接，可以使两个差分式硅基麦克风芯片300的半导体振膜330具有相同的电位，即可以统一两个差分式硅基麦克风芯片300产生电信号的基准。
具体地，可通过导线380分别与第一半导体振膜的半导体振膜电极331a，以及第二半导体振膜的半导体振膜电极331b电连接。
可选地，可将所有差分式硅基麦克风芯片300的半导体振膜330电连接，以使各差分式硅基麦克风芯片300产生电信号的基准一致。
在一些可能的实施方式中，如图6所示，硅基麦克风装置还包括控制芯片400。控制芯片400位于屏蔽腔210内，与电路板100电连接。
第一上背极板310a与第二下背极板320b中的一个，与控制芯片400的一个信号输入端电连接。第一下背极板320a与第二上背极板310b中的一个，与控制芯片400的另一个信号输入端电连接。
在本实施例中，控制芯片400用于接收前述各差分式硅基麦克风芯片300输出的已完成物理除噪的两路信号，可以对该两路信号进行二级除噪等处理，再向下一级设备或元器件输出。
可选地，控制芯片400通过硅胶或红胶与电路板100固定连接。
可选地，控制芯片400包括专用集成电路(ASIC，Application SpecificIntegrated Circuit)芯片。专用集成电路芯片可采用具备两路输入的差分放大器。针对不同的应用场景，专用集成电路芯片的输出信号可能是单端的，也可能是差分输出。
在一些可能的实施方式中，如图7所示，差分式硅基麦克风芯片300包括硅基板340。
第一麦克风结构301和第二麦克风结构302层叠设置于硅基板340的一侧。
硅基板340上具有用于形成背腔303的通孔341，通孔341与第一麦克风结构301、以及第二麦克风结构302均对应。硅基板340远离第一麦克风结构301和第二麦克风结构302的一侧，与电路板100固连，通孔341与进声孔连通。
在本实施例中，硅基板340为第一麦克风结构301和第二麦克风结构302提供承载，硅基板340上具有用于形成背腔303的通孔341，可利于声波进入差分式硅基麦克风芯片300，并可以分别作用于第一麦克风结构301和第二麦克风结构302，使得第一麦克风结构301和第二麦克风结构302生成差分电信号。
在一些可能的实施方式中，如图7所示，差分式硅基麦克风芯片300还包括图案化的：第一绝缘层350，第二绝缘层360和第三绝缘层370。
基板、第一绝缘层350、下背极板320、第二绝缘层360、半导体振膜330、第三绝缘层370以及上背极板310，依次层叠设置。
在本实施例中，下背极板320与硅基板340之间通过图案化的第一绝缘层350隔开，半导体振膜330与上背极板310之间通过图案化的第二绝缘层360隔开，上背极板310与半导体振膜330之间通过图案化的第三绝缘层370隔开，形成各导电层之间的电隔离，避免各导电层发生短路、降低信号精度。
可选地，第一绝缘层350、第二绝缘层360以及第三绝缘层370均可在全面成膜后通过刻蚀工艺实现图案化，去除对应通孔341区域的绝缘层部分以及用于制备电极的区域的绝缘层部分。
在上述方案的基础上，在一些可能的实施方式中，硅基麦克风装置还包括：屏蔽罩200。屏蔽罩200罩合于电路板100的一侧，与电路板100形成屏蔽腔210；偶数个差分式硅基麦克风芯片均位于屏蔽腔210内。
屏蔽罩200与电路板100之间围合成相对封闭的屏蔽腔210。为了起到对屏蔽腔210内的各差分式硅基麦克风芯片300等器件屏蔽电磁干扰的作用，可选地，屏蔽罩200包括金属外壳，金属外壳与电路板100电连接。
可选地，屏蔽罩200通过锡膏或导电胶与电路板100的一侧固连。
可选地，电路板100包括PCB(Printed Circuit Board，印制电路板100)板。
需要说明的是，本申请上述各实施例中的硅基麦克风装置，可以采用单振膜、单背极的硅基麦克风芯片结构，也可采用单振膜(如：半导体振膜)、双背极(如：上背极板和下背极板)的差分式结构，还可以采用双振膜、单背极的差分式结构，或者是其他的差分式结构。
基于同一发明构思，本申请实施例提供的一种声音处理方法，该方法的流程示意图如图9所示，包括步骤S101-S103：
S101：利用如上述各实施例提供的任一种声音采集装置1，获取实时近场音频参考信号，之后执行步骤S103。
在本步骤中，声音采集装置1可采集环境声音，并将环境声音进行声电转换。之后，可以利用声音采集装置1的自身结构直接获得实时近场音频参考信号，或将声音采集装置1声电转换后的音频信号经例如回声处理器2的信号处理后获得实时近场音频参考信号。
S102：获取实时混合音频信号。
在本步骤中，可以通过常规麦克风采集环境声音，并将环境声音经声电转换成混合音频信号。
S103：根据实时近场音频参考信号去除实时混合音频信号中的实时近场音频信号，得到实时远场音频信号。
在本步骤中，可以通过回声处理器2将步骤S101获得的实时近场音频参考信号作为噪声参考信号，可以更容易且更精准地去除混合音频信号中的实时近场音频信号，从而得到远场音频信号，极大地提高了远场音频信号的精准度。
基于同一发明构思，本申请实施例提供的一种声音处理装置500，该装置的结构框架示意图如图10所示，包括：音频信号获取模块510和音频信号处理模块520。
音频信号获取模块510，用于获取实时近场音频参考信号和实时混合音频信号。
音频信号处理模块520，用于根据实时近场音频参考信号去除实时混合音频信号中的实时近场音频信号，得到实时远场音频信号。
本实施例的声音处理装置可执行本申请实施例所提供的任一种声音处理方法，其实现原理相类似，此处不再赘述。
基于同一的发明构思，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机可读存储介质的特征在于，计算机程序被电子设备执行时实现如上述实施例提供的声音处理方法。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，与现有技术相比，存储有计算机程序被电子设备执行时可以更容易且更精准地去除混合音频信号中的近场音频信号，从而得到远场音频信号，极大地提高了远场音频信号的精准度。
本技术领域技术人员可以理解，本实施例提供的计算机可读存储介质可以是任何能够被电子设备访问的可用介质，包括易失性介质和非易失性介质、可移动介质或不可移动介质。计算机可读存储介质包括但不限于任何类型的盘(包括软盘、硬盘、光盘、CD-ROM、和磁光盘)、ROM、RAM、EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory，可擦写可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存、磁性卡片或光线卡片。也就是，计算机可读存储介质包括由设备(例如，计算机)以能够读的形式存储或传输信息的任何介质。
本实施例中的电子设备可以包括收发器。收发器可用于信号的接收和发送。收发器可以允许电子设备与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。需要说明的是，实际应用中收发器不限于一个。
可选地，电子设备还可以包括输入单元。输入单元可用于接收输入的数字、字符、图像和/或声音信息，或者产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输入单元可以包括但不限于触摸屏、物理键盘、功能键(比如音量控制按键、开关按键等)、轨迹球、鼠标、操作杆、拍摄装置、拾音器等中的一种或多种。
可选地，电子设备还可以包括输出单元。输出单元可用于输出或展示经过处理器处理的信息。输出单元可以包括但不限于显示装置、扬声器5、振动装置等中的一种或多种。
本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质适用于上述任一声音处理方法的各种可选实施方式。在此不再赘述。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
1、声音采集装置1采用偶数个硅基麦克风芯片采集环境声音，并且在用于将环境声音传导至对应硅基麦克风芯片的各声腔中，第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同，这样可有利于环境声音中的近场声音在前述第一声腔与第二声腔中产生路径差，即近场声音作用于对应的两个硅基麦克风芯片时的幅度或相位不同，不可相互抵消。但环境声音中的远场声音在前述第一声腔与第二声腔中不会产生明显的路径差，即可视为远场声音作用于对应的两个硅基麦克风芯片时的幅度或相位相同，可以相互抵消。因此，本申请实施例提供的声音采集装置1，可以根据采集的环境声音更容易地仅输出近场音频参考信号，或更容易地在后续信号处理设备的配合下仅输出近场音频参考信号。
2、壳体20中的隔板50可以为硅基麦克风装置10提供安装场地，隔板50开设的隔板开孔51可以属于壳体20的与各进声孔110一一对应连通的声道，即隔板开孔51可以构成声道的至少一部分。并且，隔板开孔51与至少一个进声孔110连通，以便于第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状出现差异。
3、壳体20的盖板30或壁板40开设了壳体开孔21，并且该壳体开孔21可与隔板开孔51连通，即壳体开孔21也可以构成声道的一部分，一方面可便于第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状出现差异，另一方面可有利于环境声音通过空气传播直接进入声腔，并最终作用于硅基麦克风芯片。
4、壳体20中的隔板50可以为硅基麦克风装置10提供安装场地，隔板50开设的隔板沉槽52可以属于壳体20的与各进声孔110一一对应连通的声道，隔板沉槽52的另一端与隔声腔22连通，即隔板沉槽52与隔声腔22均可以构成声道的至少一部分。并且，隔板沉槽52与至少一个进声孔110连通，以便于第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状出现差异。
5、通过改变属于声道的各开孔的孔径尺寸，利于实现第一声腔与第二声腔之间的容积和/或形状不同。
6、硅基麦克风装置10，采用偶数个差分式硅基麦克风芯片300，可以根据采集的环境声音通过自身结构直接仅输出近场音频参考信号。
7、利用麦克风3采集环境声音并声电转换成混合音频信号；利用本申请实施例提供的声音采集装置1获得、或在例如回声处理器2的配合下获得近场音频参考信号；将该近场音频参考信号作为噪声参考信号，可以更容易且更精准地去除混合音频信号中的近场音频信号，从而得到远场音频信号，极大地提高了远场音频信号的精准度。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种声音采集装置，其特征在于，包括：壳体和位于所述壳体内的硅基麦克风装置；
所述硅基麦克风装置包括偶数个硅基麦克风芯片，每两个所述硅基麦克风芯片产生的电信号至少部分符号相反；
所述壳体具有至少一个声道，所述声道与部分所述硅基麦克风芯片的背腔连通，用于将环境声音传导至对应的所述硅基麦克风芯片；
对应连通的所述背腔和所述声道形成声腔，至少两个所述声腔的容积和/或形状不同。
2.根据权利要求1所述的声音采集装置，其特征在于，所述硅基麦克风芯片包括：层叠并间隔设置的背极板和半导体振膜，所述背极板与所述背腔对应的部分设有若干气流孔；
每两个所述硅基麦克风芯片中，一个所述硅基麦克风芯片的所述半导体振膜位于所述背极板靠近所述背腔的一侧，另一个所述硅基麦克风芯片的所述半导体振膜位于所述背极板远离所述背腔的一侧。
3.根据权利要求1所述的声音采集装置，其特征在于，所述硅基麦克风芯片为差分式硅基麦克风芯片；
每两个所述差分式硅基麦克风芯片中，一个所述差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构，与另一个所述差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构电连接，一个所述差分式硅基麦克风芯片的第二麦克风结构，与另一个所述差分式硅基麦克风芯片的第一麦克风结构电连接。
4.根据权利要求3所述的声音采集装置，其特征在于，所述差分式硅基麦克风芯片包括层叠并间隔设置的上背极板、半导体振膜和下背极板；
所述上背极板和所述半导体振膜构成所述第一麦克风结构的主体；所述半导体振膜和所述下背极板构成所述第二麦克风结构的主体；
所述上背极板和所述下背极板分别与所述背腔对应的部分均设有若干气流孔。
5.根据权利要求3所述的声音采集装置，其特征在于，所述硅基麦克风芯片包括：层叠并间隔设置的上半导体振膜、背极板和下半导体振膜，所述背极板与所述背腔对应的部分设有若干气流孔；
所述上半导体振膜和所述背极板构成所述第一麦克风结构的主体；所述背极板和所述下半导体振膜构成所述第二麦克风结构的主体。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的声音采集装置，其特征在于，所述硅基麦克风装置包括：电路板；
所述电路板一侧与所述硅基麦克风芯片连接；
所述电路板开设有至少一个属于所述声腔的进声孔，所述进声孔分别连通对应的所述声道和所述硅基麦克风芯片的背腔。
7.根据权利要求6所述的声音采集装置，其特征在于，所述壳体包括：盖板、壁板和隔板；
所述盖板和所述壁板合围形成隔声腔；
所述隔板连接于所述电路板与所述盖板的内壁之间，或，所述隔板连接于所述电路板与所述壁板的内壁之间；
所述隔板开设有至少一个属于所述声道的隔板开孔；所述隔板开孔与至少一个所述进声孔连通。
8.根据权利要求7所述的声音采集装置，其特征在于，所述盖板或所述壁板开设有至少一个壳体开孔；
所述壳体开孔与至少一个所述隔板开孔连通。
9.根据权利要求6所述的声音采集装置，其特征在于，所述壳体包括：盖板、壁板和隔板；
所述盖板和所述壁板合围形成隔声腔；
所述隔板连接于所述盖板的内壁与部分所述电路板之间，或，所述隔板连接于所述壁板的内壁与部分所述电路板之间；
所述隔板开设有至少一个属于所述声道的隔板沉槽；
所述隔板沉槽的一端与至少一个所述进声孔连通；所述隔板沉槽的另一端与所述隔声腔连通。
10.根据权利要求9所述的声音采集装置，其特征在于，所述盖板或所述壁板开设有至少一个壳体开孔；
所述壳体开孔与所述隔声腔连通。
11.根据权利要求9-10中任一项所述的声音采集装置，其特征在于：所述进声孔的孔径、所述隔板开孔的孔径和所述壳体开孔的孔径中，至少两种所述孔径的尺寸不同。
12.一种声音处理方法，其特征在于，包括：
利用如上述权利要求1-11中任一项所述的声音采集装置，获取实时混合音频信号，抵消所述实时混合音频信号中的实时远场音频信号，得到实时近场音频信号。
13.一种声音处理装置，其特征在于，包括：
音频信号获取模块，用于获取实时混合音频信号；
音频信号处理模块，用于抵消所述实时混合音频信号中的实时远场音频信号，得到实时近场音频信号。
14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机可读存储介质的特征在于，所述计算机程序被电子设备执行时实现如权利要求12所述的声音处理方法。
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