TWI649576B - 可分辨聲源方位以提升接收效果的收音裝置 - Google Patents

Abstract

一種可分辨聲源方位以提升接收效果的收音裝置，其包含：一物體方位感測器，設有一毫米波訊號產生器、一發射單元以及一接收單元；一處理單元，與該物體方位感測器電性連接；一收音模組，與該處理單元電性連接；其中，該物體方位感測器係透過雷達測距原理產生一對應於一待測物的聲源定位資訊，而使該收音模組可根據該聲源定位資訊調整其收音的波束場型；藉此，除了可顯著提升收音效果，更可大幅簡化收音裝置之聲源定位的運算複雜度並提升聲源定位的精準度，進而可大幅提高本發明的實用性。

Description

可分辨聲源方位以提升接收效果的收音裝置

本發明係關於一種收音裝置。

按，麥克風是一種將聲音轉換成電訊號的裝置，已知的各種錄影裝置如手機、DV攝影機或GoPro運動攝影機均配備有麥克風，而可於錄影時同時記錄現場的聲音，通常這些裝置的麥克風係具有全向接收(omnidirectional)的特性，亦即對於來自任何方向的聲音都有同等的響應，然而，在某些情境下，使用者可能會希望特別強化接收或記錄來自某特定方位的某特定聲源的聲音，甚至於該聲源的方位可能亦無法被肉眼或攝影機所清楚辨識(例如在進行稀有鳥類的生態記錄時，該稀有鳥類可能正好被樹葉或樹枝等物體所遮蔽)，此時，改用僅具有固定方向的指向性麥克風並無法真正或有效解決上述的問題或需求。

此外，業界目前雖然也有推出具備聲源定位(sound source localization)技術的收音裝置產品，例如運用麥克風陣列(microphone array)來實現聲源定位的技術方案，這類產品多半係運用TDOA(Time Difference of Arrival，到達時間差)或TOA(Time of Arrival，到達時間)等原理，亦即根據不同的麥克風接收同一聲源的時間差來計算聲源的方位，然而，此類聲源定位技術容易受到回音等因素的干擾，定位精準度較差，且具體的演算方法也較為複雜，因此仍有改進之空間。

是故，如何針對現有收音裝置的上述缺失加以改進，即為本案申請人所欲解決之技術困難點所在。

有鑑於現有收音裝置所存在的上述問題，因此本發明之目的在於發展一種可隨時根據聲源方位改變收音的波束場型(beam pattern)之收音裝置。

本發明之另一目的，在於發展一種可提高聲源定位精準度並降低聲源定位之演算複雜度的收音裝置。

為達成以上之目的，本發明係提供一種可分辨聲源方位以提升接收效果的收音裝置，包含：一物體方位感測器，該物體方位感測器設有一毫米波訊號產生器、一發射單元以及一接收單元，該發射單元與接收單元分別與該毫米波訊號產生器電性連接；一處理單元，該處理單元與該物體方位感測器的毫米波訊號產生器電性連接；一收音模組，該收音模組與該處理單元電性連接；其中，該物體方位感測器的毫米波訊號產生器係透過該發射單元對一待測物發射一毫米波訊號，再透過該接收單元接收該毫米波訊號碰觸待測物而反射所形成的毫米波反射訊號，而使該處理單元可根據雷達測距原理運算並產生一對應於待測物所在方位的聲源定位資訊，該收音模組係根據該聲源定位資訊而調整其收音的波束場型。

其中，該收音模組為麥克風。

其中，該收音模組為支援波束成形功能的麥克風陣列。

藉由利用包含有毫米波訊號產生器的物體方位感測器來偵 測並定位待測物的位置，俾使支援波束成形功能的收音模組可迅速將收音的方向調整至聲源所在的方位，除了可顯著提升收音效果，更可大幅簡化收音裝置之聲源定位的運算複雜度並提高聲源定位之精準度，進而可大幅提高本發明的實用性。

〔本發明〕

1‧‧‧物體方位感測器

11‧‧‧毫米波訊號產生器

12‧‧‧發射單元

13‧‧‧接收單元

2‧‧‧待測物

3‧‧‧處理單元

4‧‧‧收音模組

5‧‧‧波束

S1‧‧‧毫米波訊號

S2‧‧‧毫米波反射訊號

第一圖係本發明之一實施例的結構方塊示意圖。

第二圖係本發明之一實施例其物體方位感測器對待測物發送毫米波訊號之動作示意圖。

第三圖係本發明之一實施例其物體方位感測器接收待測物反射回來的毫米波反射訊號之動作示意圖。

第四圖係本發明之一實施例的收音模組根據待測物的定位資訊調整收音的波束場型之動作示意圖。

第五圖係本發明之一實施例偵測並根據待測物移動後的方位調整收音方向之動作示意圖。

請參閱第一圖所示係為本發明之可分辨聲源方位以提升接收效果的收音裝置之一實施例的結構方塊示意圖，該裝置包含：一物體方位感測器1，該物體方位感測器1設有一毫米波(millimeter wave)訊號產生器11、一發射單元12以及一接收單元13，該發射單元12與接收單元13分別與該毫米波訊號產生器11電性連接，請再配合參閱第二圖所示，該毫米波訊號產生器11係用以產生一毫米波訊號S1； 其中，該毫米波訊號產生器11所產生的毫米波訊號S1其頻帶可介於57~77GHz，在本實施例中，該毫米波訊號S1的頻率較佳係為77GHz，此外，該發射單元12或接收單元13具體可為天線，更具體地，該發射單元12或接收單元13實際上可以是單一個天線或是由複數個天線所構成的天線陣列，較佳地，該發射單元12或接收單元13的天線可以是具備波束成型(beamforming)功能的天線或天線陣列，在本實施例中，該發射單元12係包含有3個天線，該接收單元13則包含有4個天線，亦即，在本發明的一個實施例中，該發射單元12與接收單元13兩者整體可以是由7根天線所構成的多輸入多輸出波束成型(MIMO beamforming)智慧型天線模組，藉此，以提高訊號的收發效果，當然，該發射單元12或接收單元13之天線數量與類型並不以上述所列舉者為限；一處理單元3，該處理單元3與該物體方位感測器1的毫米波訊號產生器11電性連接，該處理單元3具體可以是控制器或處理器，例如微控制器(MCU)、中央處理器(CPU)或數位訊號處理器(DSP)等等；一收音模組4，該收音模組4與該處理單元3電性連接，用以接收聲源所發出的聲音，該收音模組4具體可為麥克風，較佳地，該收音模組4可為支援波束成形(beamforming)技術的麥克風陣列(microphone array)，藉此，而使該收音模組4可依需求調整、改變其收音的波束場型(beam pattern)；以下說明本發明的工作原理：在此，為了簡化說明，假設空間中僅存在有一個待測物2，且該待測物2即為使用者感興趣的聲源(sound source)，請參閱第二圖所示，首先，該物體方位感測器1其毫米 波訊號產生器11可透過該發射單元12向外發送該毫米波訊號S1，請再配合參閱第三圖所示，該毫米波訊號S1碰觸該待測物2後會反射而形成一毫米波反射訊號S2，該接收單元13可接收該毫米波反射訊號S2，如此一來，該處理單元3即可根據雷達測距的原理，計算出當下該待測物2相對於該物體方位感測器1的方位(包含方向及距離)，此時該處理單元3可再產生一對應於該待測物2當下所處方位的聲源定位資訊，接下來，請再配合參閱第四圖所示，該處理單元3可將該聲源定位資訊傳送給該收音模組4，而使該收音模組4(如具備波束成形功能的麥克風陣列)可根據該聲源定位資訊，調整、改變收音的波束(beam)5並使其集中朝向該待測物2的方向，從而可提升收音模組4對於該待測物2的收音效果。

此外，可以一提的是，雖然前述第二圖至第四圖所揭示的實施例僅是以單一個待測物2為範例，然而本發明實際上係可以同時掃描並定位一個以上的待測物2。

請再參閱第五圖所示，對於會移動或是經常會移動其位置的待測物2而言，在本發明的一個實施例中，該物體方位感測器1可以持續地發射該毫米波訊號S1，而使其可持續追蹤待測物2的最新方位，從而使該收音模組4也可持續地將收音的方向對準待測物2的最新位置，進而保持在最佳的收音效果。

請參閱第二圖所示，本發明利用包含有毫米波訊號產生器11的物體方位感測器1來偵測並定位待測物2的位置，俾使支援波束成形功能的收音模組4可迅速將收音的方向調整至待測物2所在的方位，除了可顯著提升收音效果，相較於其他習知的聲源定位之技術方案，更可大幅 簡化收音裝置之聲源定位的運算複雜度並提高聲源定位之精準度，進而可大幅提高本發明的實用性。

此外，本領域的技術人員應不難瞭解，本發明的收音裝置也可以進一步與其他的電子裝置或電子產品整合或是作為其組成部件之一，前述的電子裝置或電子產品可以包括手機、攝影機或是各種聲控或語音辨識裝置例如Amazon Echo或Google Home這類的聲控喇叭等等。

惟上列詳細說明係針對本發明之較佳實施例的具體說明，該等實施例並非用以限制本發明之專利範圍，而凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

Claims (3)

1. 一種可分辨聲源方位以提升接收效果的收音裝置，其包含：一物體方位感測器，該物體方位感測器設有一毫米波訊號產生器、一發射單元以及一接收單元，該發射單元與接收單元分別與該毫米波訊號產生器電性連接；一處理單元，該處理單元與該物體方位感測器的毫米波訊號產生器電性連接；一收音模組，該收音模組與該處理單元電性連接；其中，該物體方位感測器的毫米波訊號產生器係透過該發射單元對一待測物發射一毫米波訊號，再透過該接收單元接收該毫米波訊號碰觸待測物而反射所形成的毫米波反射訊號，而使該處理單元可根據雷達測距原理運算並產生一對應於待測物所在方位的聲源定位資訊，該收音模組係根據該聲源定位資訊而調整其收音的波束場型。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可分辨聲源方位以提升接收效果的收音裝置，其中該收音模組為麥克風。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可分辨聲源方位以提升接收效果的收音裝置，其中該收音模組為支援波束成形功能的麥克風陣列。