一种屏蔽智能设备麦克风的方法与流程
1.本发明属于通讯设备的外壳与配件制造技术领域，具体涉及一种屏蔽智能设备麦克风的方法。
背景技术：
2.手机等智能设备已经成为每个人生活中必备的随身物品，它是重要的通信、娱乐、社交、生活工具甚至是生产工具，随着高科技手段加持下的军事、政治、商业间谍活动日益加剧，智能手机是间谍活动的重要载体和媒介，越来越多的有针对性的木马、病毒等高科技软件被恶意地安装到用户的智能手机上，在用户与他人交谈的过程中，非法启动麦克风对交谈语音进行“监听”和录音，进而引发用户语音信息被窃听、窃录后使用人工智能技术、语音识别技术以及大数据技术违法获取个人信息和商业信息以及与国家安全相关的机密，造成国家秘密、商业秘密以及个人隐私的泄漏，这导致了严重的信息安全隐患。
3.可以通过电设备的外壳或结构零部件的制造技术，在不影响通讯功能的前提下实现对窃听或窃录这一安全问题的规避。
4.目前已经出现多种方法用于屏蔽麦克风录音，从屏蔽方式上可分为软件控制方式和硬件方式，从屏蔽方法上又可分为主动干扰法和被动屏蔽法，常见的方法对比总结如下：
5.1、同频噪声掩蔽法，采用硬件屏蔽方式，为主动屏蔽，使用音频装置和程序产生伪随机噪声对语音进行掩蔽，优点是覆盖范围较大，缺点是会产生可闻噪声污染，设备无法小型化，干扰有可能被破解后分离。2、远场超声波干扰法，采用硬件屏蔽方式，为主动屏蔽，使用超声波作为载波将干扰信号进行调制后使用超声波换能器进行远场定向播放，用于干扰麦克风录音，优点是无可闻噪声，缺点是功率较大，屏蔽范围窄，超声波对人体有害，器件体积较大不可便携。3、电磁干扰法，采用硬件屏蔽方式，为主动屏蔽，采用高频电磁波对录音设备进行干扰，优点是无可闻噪声，缺点是因该方法以远场方式通过电磁波干扰一定范围内的录音设备，因此该方法发射功率较大，增大了电磁波辐射对人体健康带来的损害；功率器件和发射器件体积较大不可便携；该方法仅对老式模拟录音设备有效。4、安全软件法，采用软件屏蔽方式，为主动屏蔽，使用高权限软件管理智能设备麦克风的非授权录音行为，优点是无硬件成本，屏蔽期间不影响设备使用，缺点是需要操作系统配合，容易有漏洞。5、物理屏蔽法，采用硬件屏蔽方式，为被动屏蔽，使用隔音效果好的材料对智能移动设备进行物理封闭式屏蔽以防止麦克风录音，优点是仅使录音声音变小，有可能被技术手段恢复，缺点是设备厚重，移动性差，屏蔽期间无法使用手机，要求使用者配合度较高。6、专用安全芯片，采用硬件屏蔽方式，为主动屏蔽，使用内置专用芯片对麦克风供电进行独立控制，可在必要时强制关断以达到防止麦克风超权限录音的行为，优点是安全性高，屏蔽最彻底，缺点是需要设备之初预留该功能，且需要专用安全芯片支持，存在被黑客攻击失效的可能。
技术实现要素：
6.本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种屏蔽智能设备麦克风的
方法，能够直接在智能设备上加装附件实现，具有体积小、功耗低、无辐射、无可闻噪声的特点，且无需操作系统配合或使用专用安全芯片即可完成对麦克风录音的主动屏蔽。
7.为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
8.一种屏蔽智能设备麦克风的方法，包括以下步骤：
9.在麦克风拾音孔施加空气动力学干扰与高频调制机械波干扰中的任意一种或两种的组合；
10.执行空气动力学干扰，通过带动麦克风拾音孔的膜片产生额外振动施加干扰；
11.执行高频调制机械波干扰，通过改变麦克风拾音孔的膜片振动状态施加干扰；
12.直至从麦克风拾音录入信号中无法辨识所包含的语音信息。
13.作为本发明方法的一种优选方案，所述空气动力学干扰的施加包括以下过程：
14.气流产生，用于生成压力气流；
15.气流输送，用于实现压力气流的分配及传输；
16.气流喷射，用于将压力气流与大气进行连通，并且压力气流从麦克风拾音孔的膜片表面流经，压力气流在与膜片表面发生摩擦的过程中引发膜片两侧气压的变化，致使麦克风拾音孔的膜片产生异常振动，形成对麦克风同一时间拾取语音信号的干扰。
17.更进一步的，作为本发明方法的一种优选方案，所述气流产生的过程所生成的压力气流为正气压或负气压，气流的压力大小能够进行调节；所述气流输送的过程传输压力气流的方向能够双向进行选择，并通过气流通道进行分配。
18.更进一步的，作为本发明方法的一种优选方案，所述气流喷射的过程赋予气流方向、压力和形状，激励麦克风膜片产生随机机械振动，使麦克风输出信号波形在模拟至数字转换后超出最大声压极限形成波形的饱和削顶。
19.作为本发明方法的一种优选方案，所述高频调制机械波干扰的施加包括以下过程：
20.高频调制电信号生成，用于生成真随机电信号波形，并使用真随机电信号波形对高频信号进行线性或非线性调制，得到电信号调制波形；
21.能量转换，用于将所述电信号调制波形转换成能够在空气中传播的机械波；
22.机械波发射，用于将所述机械波传输至麦克风拾音孔，并赋予机械波一定的方向、波束宽度以及聚焦度，进而干扰麦克风拾音孔的膜片振动状态。
23.更进一步的，作为本发明方法的一种优选方案，所述真随机电信号波形的频率范围为0～20khz，所述高频信号的频率范围高于20khz。
24.更进一步的，作为本发明方法的一种优选方案，所述的高频信号为周期信号。
25.更进一步的，作为本发明方法的一种优选方案，所述能量转换的过程通过换能器将所述电信号调制波形转换成能够在空气中传播的机械波。
26.更进一步的，作为本发明方法的一种优选方案，所述换能器采用压电陶瓷超声波探头、压电式mems超声波换能器、电容式mems超声波换能器中的任意一种或多种的组合。
27.作为本发明方法的一种优选方案，根据麦克风拾音孔的具体位置、大小、方向以及布局选择在麦克风拾音孔施加空气动力学干扰与高频调制机械波干扰；还包括对麦克风拾音孔施加空气动力学干扰以及高频调制机械波干扰的过程进行人机交互和感知反馈。
28.相较于现有技术，本发明至少具有如下的有益效果：
29.本发明适用于手机等多种智能设备，能够随时与智能设备配合使用，既能防止涉密信息的泄漏又会不影响设备正常使用。现在大多数的录音设备都是通过声电传感器来采集语音信号的，常见的声电传感器就是各种类型的麦克风，例如，智能移动设备常用的麦克风为硅微机械(mems)麦克风。声音的传播是一种机械波，是靠振动在空气中传播的。声电传感器通过感应这种振动来采集信号，本发明体现出来的是在录音设备对人的语音进行拾取和录音过程中，使声电传感器的振动片产生随机振动，等效于在输出电信号域叠加了一个干扰，如果语音信号因为这个干扰而不能被滤波、分离或还原出来，或者无法使用各种语音识别技术进行有效语音信息的识别提取，则有效的达到了屏蔽智能设备麦克风窃听、窃录的功能。
30.进一步的，本发明可根据每个麦克风拾音孔的具体位置、大小、方向、布局来选择施加空气动力学干扰与高频调制机械波干扰，这两种干扰形式可单独作用于一个待干扰的录音设备上亦可协同叠加作用于同一个待干扰的录音设备上，以达到干扰效果最优的目的。本发明的方法是一种用硬件实现的主动近场屏蔽方法，功耗低、无电磁辐射或超声波辐射、不产生可闻噪声，无需智能设备操作系统软件配合，也无需设备设计时内建专用芯片。
附图说明
31.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1本发明实施例屏蔽智能设备麦克风的方法流程图；
33.图2本发明实施例施加空气动力学干扰的方法流程图；
34.图3本发明实施例施加高频调制机械波干扰的方法流程图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
36.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提还可以进行若干简单的修改和润饰，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施方案中。在说明书中的各个位置展示该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在本发明所描述的实施例可以与其它的实施例相结合。
38.本发明提出的一种屏蔽智能设备麦克风的方法，能够通过一些较为简单的物理硬件进行实现，这些硬件可集成于智能移动设备附件，具有体积小、功耗低、无辐射、无可闻噪声的特点，且无需操作系统配合或使用专用安全芯片即可完成对麦克风录音的主动屏蔽。
39.请参阅图1，一种屏蔽智能设备麦克风的方法，包括以下步骤：
40.在麦克风拾音孔施加空气动力学干扰与高频调制机械波干扰中的任意一种或两种的组合；
41.执行空气动力学干扰，通过带动麦克风拾音孔的膜片产生额外振动施加干扰；
42.执行高频调制机械波干扰，通过改变麦克风拾音孔的膜片振动状态施加干扰；
43.直至从麦克风拾音录入信号中无法辨识所包含的语音信息。
44.请参阅图2，在一种可选的实施方式当中，空气动力学干扰的施加包括以下过程：
45.气流产生，用于生成压力气流；
46.气流输送，用于实现压力气流的分配及传输；
47.气流喷射，用于将压力气流与大气进行连通，并且压力气流从麦克风拾音孔的膜片表面流经，压力气流在与膜片表面发生摩擦的过程中产生空气动力学现象，引发膜片两侧气压的变化，致使麦克风拾音孔的膜片产生异常振动，形成对麦克风同一时间拾取语音信号的干扰。
48.更进一步的，施加空气动力学干扰的系统可以包括气流产生系统、气流输送系统和气流喷射系统三部分，气流产生系统、气流输送系统和气流喷射系统具体分别如下：
49.气流产生系统与气流输送系统的一端连接，气流产生系统在与气流传输系统的连接端产生系统所需的气压，该气压可以是正气压，也可以是负气压，该气压能使气流传输系统内产生气流流动。气流产生系统由气流产生装置构成，气流产生装置可以包含但不限于各种形式、体积的风扇、气泵等由旋转叶片或非旋转方式产生气流的装置。气流产生系统还可以包含气流产生调节接口，用于外部调节产生气流的大小，该系统还可包含能源提供装置，用于为该系统运转提供能量(包含但不限于电能接口、电池等能源提供装置)。
50.气流输送系统由气流通道构成，气流输送系统传输气流的方向双向均可，具体传输气流的方向取决于气流产生系统在和气流输送系统连接的端口上产生的是正压还是负压。气流通过气流通道进行分配、传输至气流喷射系统。
51.气流喷射系统位于气流传输系统的另一末端，该末端包含与大气连通的开放端口，通常位于麦克风拾音孔附近，其作用是对该端口喷射出的空气射流或吸入的空气赋予一定的方向、压力和形状等特征。气流喷射系统的设计以进出该喷口的气流状态可最大程度激励麦克风膜片产生随机机械振动为目标。这种激励通常是由于气流流经麦克风拾音孔或设备上的非光滑表面时有可能产生的空气分子与设备结构的摩擦而导致的空气湍流、涡流、层流等空气动力学现象而引发的麦克风膜片两侧气压的快速变化，从而导致麦克风膜片异常振动，进而掩蔽了同时发生的语音(或其他携带信息的声音)引发的膜片振动，由此在麦克风的电信号输出端达到了屏蔽录音的效果，因为空气动力现象引发的膜片振动具有真随机性，因此屏蔽声音的效果具有不可破解性，同时当这种随机振动振幅足够大，通常会导致麦克风输出信号波形在模拟至数字转换后超出最大声压极限形成波形的饱和削顶，对于信号来说这是一种严重的非线性畸变，该非线性畸变具备全频段语音信号摧毁能力，可使得经过该系统屏蔽后录音中的语音信号无法被基于人工智能技术的语音识别系统识别，也无法被人工识别，具有极高的安全性。
52.请参阅图3，在一种可选的实施方式当中，高频调制机械波干扰的施加包括以下过程：
53.高频调制电信号生成，用于生成真随机电信号波形，并使用该波形对高频信号进行线性或非线性调制，得到电信号调制波形；
54.能量转换，用于将所述电信号调制波形转换成能够在空气中传播的机械波；
55.机械波发射，用于将所述机械波传输至麦克风拾音孔，并赋予机械波一定的方向、波束宽度以及聚焦度，进而干扰麦克风拾音孔的膜片振动状态。
56.更进一步的，施加高频调制机械波干扰的系统可以包括干扰生成系统，换能器系统，机械波传输以及发射系统，干扰生成系统，换能器系统，机械波传输以及发射系统具体如下：
57.干扰生成系统包含供电模块和高频调制电信号生成模块，干扰生成系统生成0～20khz频率范围内的真随机电信号波形，并使用该波形对高频信号(频率高于20khz的方波或正弦波，或其他周期信号)进行线性或非线性调制后输出电信号波形给换能器系统。
58.换能器系统负责将干扰生成系统输出的电信号调制波形转换成在空气中传播的机械波，并无泄漏的送入机械波传输及发射系统的近端。换能器系统可包含能将电信号转换成机械波的各种可能器件、系统、组件。例如：该系统可以包含但不限于压电陶瓷超声波探头、pmut(压电式mems超声波换能器)、cmut(电容式mems超声波换能器)等不同特性、尺寸、功耗的机械波换能器。换能器系统可包含一个或多个相同或不同的换能器。
59.机械波传输及发射系统为近端与换能器系统相连接，远端为一个或多个接近被干扰麦克风的机械波出口端，近端和远端之间为封闭管道用于无泄漏的传导机械波，该封闭管道的长度可为0。机械波传输及发射系统将换能器系统输入的机械波传输至需要干扰的麦克风附近，并在远端的机械波出口处赋予机械波特定的方向、波束宽度、聚焦度等特性，以达到最大程度干扰麦克风振膜振动为设计目标。
60.上述近场空气动力学干扰系统和近场高频调制机械波干扰系统二者可单独作用于一个待干扰的录音设备上亦可协同叠加作用于同一个待干扰的录音设备上。即每一个待干扰麦克风拾音孔附近，可以同时存在有近场空气动力学干扰系统的气流喷射出口(一个或多个)和近场高频调制机械波干扰系统的机械波传输及发射系统远端机械波出口(一个或多个)。使用选择可根据每个麦克风拾音孔的具体位置、大小、方向、布局来选择近场空气动力学干扰系统和近场高频调制机械波干扰系统的应用，以达到干扰效果最优的目的。
61.作为一种可选的实施方式，还可以设置人机交互系统，人机交互系统负责提供系统开关、调节、以及灯光指示、在位检测、入位检测等人机交互和感知反馈功能。
62.本发明利用空气动力学原理和空气声学原理实现使用受控气流引发影响近距离麦克风附近的空气产生湍流、涡流或振动从而带动振膜产生额外振动以达到屏蔽麦克风录音的目的，同时也可使用经过使用可闻噪声调制的高频机械波以近场(近距离)方式干扰麦克风膜片振动实现相同的效果。该方法功耗极低、无电磁辐射或超声波辐射、不产生噪声污染、无需智能设备操作系统软件配合，也无需设备内建专用芯片，同时具有体积可微型化的优势，为将该硬件整合进智能移动设备附件提供了实现可能，在屏蔽功能开启期间不影响设备的正常使用。因为空气动力现象引发的膜片振动具有真随机性，因此屏蔽声音的效果具有理论上的不可破解性，具有极高的安全性。同时，这种方式具有可为麦克风同时录得的声音带来严重的非线性畸变，使得基于人工智能技术的语音识别系统无法识别，人工识别也无法识别。
63.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改
或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。
技术特征：
1.一种屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，包括以下步骤：在麦克风拾音孔施加空气动力学干扰与高频调制机械波干扰中的任意一种或两种的组合；执行空气动力学干扰，通过带动麦克风拾音孔的膜片产生额外振动施加干扰；执行高频调制机械波干扰，通过改变麦克风拾音孔的膜片振动状态施加干扰；直至从麦克风拾音录入信号中无法辨识所包含的语音信息。2.根据权利要求1所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，所述空气动力学干扰的施加包括以下过程：气流产生，用于生成压力气流；气流输送，用于实现压力气流的分配及传输；气流喷射，用于将压力气流与大气进行连通，并且压力气流从麦克风拾音孔的膜片表面流经，压力气流在与膜片表面发生摩擦的过程中引发膜片两侧气压的变化，致使麦克风拾音孔的膜片产生异常振动，形成对麦克风同一时间拾取语音信号的干扰。3.根据权利要求2所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，所述气流产生的过程所生成的压力气流为正气压或负气压，气流的压力大小能够进行调节；所述气流输送的过程传输压力气流的方向能够双向进行选择，并通过气流通道进行分配。4.根据权利要求2所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，所述气流喷射的过程赋予气流方向、压力和形状，激励麦克风膜片产生随机机械振动，使麦克风输出信号波形在模拟至数字转换后超出最大声压极限形成波形的饱和削顶。5.根据权利要求1所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，所述高频调制机械波干扰的施加包括以下过程：高频调制电信号生成，用于生成真随机电信号波形，并使用真随机电信号波形对高频信号进行线性或非线性调制，得到电信号调制波形；能量转换，用于将所述电信号调制波形转换成能够在空气中传播的机械波；机械波发射，用于将所述机械波传输至麦克风拾音孔，并赋予机械波一定的方向、波束宽度以及聚焦度，进而干扰麦克风拾音孔的膜片振动状态。6.根据权利要求5所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，所述真随机电信号波形的频率范围为0～20khz，所述高频信号的频率范围高于20khz。7.根据权利要求5或6所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，所述的高频信号为周期信号。8.根据权利要求5所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，所述能量转换的过程通过换能器将所述电信号调制波形转换成能够在空气中传播的机械波。9.根据权利要求8所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，所述换能器采用压电陶瓷超声波探头、压电式mems超声波换能器、电容式mems超声波换能器中的任意一种或多种的组合。10.根据权利要求1所述屏蔽智能设备麦克风的方法，其特征在于，还包括对麦克风拾音孔施加空气动力学干扰以及高频调制机械波干扰的过程进行人机交互和感知反馈。
技术总结
本发明公开了一种屏蔽智能设备麦克风的方法，包括以下步骤：在麦克风拾音孔施加空气动力学干扰与高频调制机械波干扰中的任意一种或两种的组合；执行空气动力学干扰，通过带动麦克风拾音孔的膜片产生额外振动施加干扰；执行高频调制机械波干扰，通过改变麦克风拾音孔的膜片振动状态施加干扰；直至从麦克风拾音录入信号中无法辨识所包含的语音信息。本发明在录音设备对人的语音进行拾取和录音过程中，使声电传感器的振动片产生随机振动，等效于在输出电信号域叠加了一个干扰，语音信号因为这个干扰而不能被滤波、分离或还原出来，或者无法使用各种语音识别技术进行语音信息的识别提取，有效的达到了屏蔽智能设备麦克风窃听、窃录的功能。窃录的功能。窃录的功能。
