CN104284275A - 一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种麦克风。一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，包括第一麦克风，第二麦克风，第一麦克风设有第一时钟信号输入端、第一数据输出端；第二麦克风设有第二时钟信号输入端、第二数据输出端，第一时钟信号输入端与第二时钟信号输入端中的至少一个通过开关连接一外部的时钟信号，开关的打开或关闭使得第一数据输出端与第二数据输出端的至少一路输出；第一模式下，第一数据输出端与第二数据输出端共同输出；第二模式下，第一数据输出端与第二数据输出端中的一路输出。本发明具有高振幅音频捕获性能，可以对背景噪声进行有效抑制，改善微机电系统麦克风使用性能。

Description

一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种麦克风。

背景技术

作为音频输入设备，麦克风性能的好坏直接影响音频捕获性能。为了提高麦克风的性能，出现了不同的麦克风装置，以便对噪声进行抑制，提高信噪比，优化音频捕获性能。

现有技术中公开了一种用于高振幅音频捕获的多膜麦克风，如图1所示，包括第一输入音频变换器10及第二输入音频变换器20，第二输入音频变换器20具有比第一输入音频变换器10相比较低的灵敏度，第一输入音频变换器10及第二输入音频变换器20输出的电信号通过一放大级12，放大级12可以包括信号处理，放大级12产生的信号进入ADC（Analog to DigitalConverter，模数转换器，如西格玛德尔塔调制器13），西格玛德尔塔调制器13采用PDM（Pulse-Density Modulated，脉冲密度调制）将高分辨率信号编码成低分辨率信号，其中从所述第一输入音频变换器10和从所述第二输入音频变换器20输出的电信号在一个脉冲密度调制流13A中。其主要用于解决在高SPL（Sound Pressure Level，声压级）环境中及在噪音环境下（如风引起的噪声）操作移动设备时音频录制中的声音失真及压缩问题。

现有技术还公开了一种麦克风设备，如图2所示，具有第一灵敏度的第一音频换能器24，及具有第二灵敏度的第二音频换能器25；第一音频换能器24连接第一偏压电源62，第二音频换能器22连接第二偏压电源64；第一换能器24连接一放大级66，第二换能器25连接一放大级68，信号检测器72与放大级66和放大级68连接，信号检测器72分析关于声压级、信噪比和总谐波失真的电音频信号的特性，在分析的基础上，用由控制信号74控制的开关70在来自两个换能器的电音频信号之间执行切换，以输出更适合于当前应用场合的电音频信号，两个换能器中的一个电音频信号通过第二放大级76，并经由输出焊盘44输出。其主要解决高声压级的情况下音频失真的问题，确保良好的信噪比。

上述的现有技术无一解决背景噪音的抑制问题，而背景噪音对音频捕获性能有着很大的干扰，而且现有的音频捕获过程中面临的背景噪声问题越来越严峻。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，包括第一麦克风，第二麦克风，其特征在于，所述第一麦克风设有第一时钟信号输入端、第一数据输出端；所述第二麦克风设有第二时钟信号输入端、第二数据输出端，所述第一时钟信号输入端与所述第二时钟信号输入端中的至少一个直接连接一外部的时钟信号，另一个通过一开关连接所述时钟信号，所述开关的打开或关闭使得所述第一数据输出端与所述第二数据输出端的至少一路输出；

第一模式下，所述第一数据输出端与所述第二数据输出端共同输出；

第二模式下，所述第一数据输出端与所述第二数据输出端中的一路输出。

优选地，所述第一麦克风设有第一通道选择端，所述第二麦克风设有第二通道选择端，所述第二通道选择端接电源，在第一模式下，所述第一通道选择端接地；在第二模式下，所述第一通道选择端接电源。

优选地，所述开关连接一控制所述开关打开或关闭的控制信号。

优选地，所述第一麦克风和所述第二麦克风的至少一个采用以下结构：包括用于感测声音信号的第一换能器、第二换能器，所述第一换能器的信号输出端连接一第一信号衰减模块，所述第二换能器的信号输出端连接一第二信号衰减模块，所述第一换能器的输出信号经过所述第一信号衰减模块后具有第一衰减信号输出端，所述第二换能器的输出信号经过所述第二信号衰减模块后具有第二衰减信号输出端；

所述第一换能器的信号输出端作为第一信号输出端，所述第二换能器的信号输出端作为第二信号输出端，所述第一信号输出端和所述第二信号输出端用于输出正常信号，所述第一衰减信号输出端和所述第二衰减信号输出端用于输出幅度衰减后的衰减信号；

所述第一信号输出端与所述第二信号输出端连接一模数转换器，所述第一衰减信号输出端与所述第二衰减信号输出端也连接至所述模数转换器。

优选地，所述第一信号输出端通过一放大级连接所述模数转换器；所述第二信号输出端通过另一放大级连接所述模数转换器，所述第一衰减信号输出端、所述第二衰减信号输出端各自通过一放大级连接所述模数转换器。

优选地，所述模数转换器包括第一西格玛德尔塔调制单元、第二西格玛德尔塔调制单元；所述第一信号输出端与所述第二信号输出端输出的正常信号进入所述第一西格玛德尔塔调制单元；所述第一衰减信号输出端与所述第二衰减信号输出端输出的衰减信号进入所述第二西格玛德尔塔调制单元。

优选地，所述第一信号衰减模块与所述第二信号衰减模块分别包括一信号衰减器，所述信号衰减器采用一分压电路，所述分压电路通过分压得到幅度衰减后的衰减信号。

优选地，所述模数转换器、所述放大级、所述第一信号衰减模块、所述第二衰减模块的至少一个位于一专用集成电路芯片上。

优选地，所述第一麦克风、第二麦克风采用基于微机电系统的数字麦克风。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明具有高振幅音频捕获性能，可以对背景噪声进行有效抑制，改善微机电系统麦克风的使用性能。

附图说明

图1为现有技术的一种结构示意图；

图2为现有技术的另一种结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为本发明第一麦克风或第二麦克风采用的麦克风单体内部电路图；

图5为图4所示的麦克风单体结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图3、图4、图5，一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，包括第一麦克风21、第二麦克风22，其中，第一麦克风21设有第一时钟信号输入端（Clk）211、第一数据输出端（Data）212；第二麦克风22设有第二时钟信号输入端（Clk1）221、第二数据输出端（Data1）222，第一时钟信号输入端211与第二时钟信号输入端221的至少一个直接连接一外部的时钟信号，另一个通过一开关23连接时钟信号，开关23的打开或关闭使得第一数据输出端212与第二数据输出端222的至少一路输出；第一模式下，第一数据输出端212与第二数据输出端222共同输出；第二模式下，第一数据输出端与第二数据输出端中的一路输出。第一麦克风21设有第一通道选择端（D/S）213，第二麦克风22设有第二通道选择端（L/R）223。

作为一种实施例，第二通道选择端223连接电源（Vs）；在第一模式下，第一通道选择端213接地；在第二模式下，第一通道选择端213连接电源。开关23连接一控制开关23打开或关闭的控制信号。

本发明的第一模式下，开关关闭，第一麦克风21和第二麦克风22均可以接收到时钟信号，在时钟信号的作用下，第一数据输出端212和第二数据输出端222输出端数据流（例如，PDM数据格式的数据流）可以在时钟信号的上升沿或下降沿依次输出，第二模式下，开关打开，第二麦克风接收不到时钟信号，第二数据输出端222处于高阻态（High-z），只有第一数据输出端212的数据流输出。客户可以依照不同的需求启动一个麦克风或同时启动两个麦克风，以满足不同的音频捕获环境的要求。第一麦克风21和第二麦克风22的数据同时启动时，可以通过双通道的音频信号，获得立体语音的效果。

上述的第一数据输出端和/或第二数据输出端的数据输出至一语音处理芯片9或PCB印制电路板上以供进一步处理。

第一麦克风21和第二麦克风22中的至少一个采用以下结构：参照图4，包括用于感测声音信号的第一换能器210、第二换能器220，第一换能器210的信号输出端连接一第一信号衰减模块31，第二换能器220的信号输出端连接一第二信号衰减模块32，第一换能器210的输出信号经过第一信号衰减模块31后具有第一衰减信号输出端，第二换能器220的输出信号经过第二信号衰减模块32后具有第二衰减信号输出端；第一换能器210的信号输出端作为第一信号输出端，第二换能器220的信号输出端作为第二信号输出端，第一信号输出端和第二信号输出端用于输出正常信号，第一衰减信号输出端和第二衰减信号输出端用于输出幅度衰减后的衰减信号；

第一信号输出端与第二信号输出端连接一模数转换器57，第一衰减信号输出端与第二衰减信号输出端也连接至模数转换器57。模数转换器57包括第一西格玛德尔塔（Σ-Δ）调制单元521、第二西格玛德尔塔（Σ-Δ）调制单元522；第一信号输出端与第二信号输出端输出的正常信号进入第一西格玛德尔塔调制单元521；第一衰减信号输出端与第二衰减信号输出端输出的衰减信号进入第二西格玛德尔塔调制单元522。

进一步地，第一信号输出端通过一放大级81连接模数转换器57；第二信号输出端通过另一放大级83连接模数转换器57，第一衰减信号输出端、第二衰减信号输出端各自通过一放大级82、84连接模数转换器57。上述的放大级采用前置放大器，前置放大器具有较高的电压增益，可以将小信号放大到标准电平上，放大级还可以具有信号处理功能。

第一信号衰减模块31与第二信号衰减模块32分别包括一信号衰减器，信号衰减器采用一分压电路，分压电路通过分压得到幅度衰减后的衰减信号。使得本发明适于处理高声压级的音频信号，对于高声压级的音频信号实现有效捕获。本发明的分压电路可以采用一电容分压电路，电容分压电路可以包括第一电容及与第一电容串联的第二电容，衰减信号从第一电容与第二电容之间的串联点引出。也可以采用其他形式的分压电路代替电容分压电路。

优选地，模数转换器57、放大级81、82、83、84、第一信号衰减模块31、第二信号衰减模块32的至少一个位于一专用集成电路芯片5上。上述的麦克风单体结构可以对噪声进行整形或调制，使得信号带宽内的噪声大大减小，有效地滤除信号带宽内的量化噪声，降低噪声干扰。是一种超低噪音高振幅的音频捕获麦克风。

参照图5，第一麦克风21、第二麦克风22的至少一个采用基于微机电系统的数字麦克风。第一麦克风或第二麦克风的单体结构主要包含第一换能器210、第二换能器220，专用集成电路芯片5，上述的第一换能器210、第二换能器220，专用集成电路芯片5设置在PCB电路板61上，由于上述电路的信号为毫伏级或微伏级，易于受到外部射频信号的干扰，因而，单体结构的外部设有一金属罩11，以形成一法拉第电笼，屏蔽外部射频信号的干扰。同时可以将第一换能器210、第二换能器220设置在不同的位置以便信号处理的需要。PCB电路板61优选采用具有FR4材料等级的PCB基板。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，包括第一麦克风，第二麦克风，其特征在于，所述第一麦克风设有第一时钟信号输入端、第一数据输出端；所述第二麦克风设有第二时钟信号输入端、第二数据输出端，所述第一时钟信号输入端与所述第二时钟信号输入端中的至少一个直接连接一外部的时钟信号，另一个通过一开关连接所述时钟信号，所述开关的打开或关闭使得所述第一数据输出端与所述第二数据输出端的至少一路输出；

第一模式下，所述第一数据输出端与所述第二数据输出端共同输出；

第二模式下，所述第一数据输出端与所述第二数据输出端中的一路输出。

2.根据权利要求1所述的一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，其特征在于，所述第一麦克风设有第一通道选择端，所述第二麦克风设有第二通道选择端，所述第二通道选择端接电源，在第一模式下，所述第一通道选择端接地；在第二模式下，所述第一通道选择端接电源。

3.根据权利要求2所述的一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，其特征在于，所述开关连接一控制所述开关打开或关闭的控制信号。

4.根据权利要求3所述的一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，其特征在于，所述第一麦克风和所述第二麦克风的至少一个采用以下结构：包括用于感测声音信号的第一换能器、第二换能器，所述第一换能器的信号输出端连接一第一信号衰减模块，所述第二换能器的信号输出端连接一第二信号衰减模块，所述第一换能器的输出信号经过所述第一信号衰减模块后具有第一衰减信号输出端，所述第二换能器的输出信号经过所述第二信号衰减模块后具有第二衰减信号输出端；

所述第一换能器的信号输出端作为第一信号输出端，所述第二换能器的信号输出端作为第二信号输出端，所述第一信号输出端和所述第二信号输出端用于输出正常信号，所述第一衰减信号输出端和所述第二衰减信号输出端用于输出幅度衰减后的衰减信号；

所述第一信号输出端与所述第二信号输出端连接一模数转换器，所述第一衰减信号输出端与所述第二衰减信号输出端也连接至所述模数转换器。

5.根据权利要求4所述的一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，其特征在于，所述第一信号输出端通过一放大级连接所述模数转换器；所述第二信号输出端通过另一放大级连接所述模数转换器，所述第一衰减信号输出端、所述第二衰减信号输出端各自通过一放大级连接所述模数转换器。

6.根据权利要求5所述的一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，其特征在于，所述模数转换器包括第一西格玛德尔塔调制单元、第二西格玛德尔塔调制单元；所述第一信号输出端与所述第二信号输出端输出的正常信号进入所述第一西格玛德尔塔调制单元；所述第一衰减信号输出端与所述第二衰减信号输出端输出的衰减信号进入所述第二西格玛德尔塔调制单元。

7.根据权利要求4所述的一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，其特征在于，所述第一信号衰减模块与所述第二信号衰减模块分别包括一信号衰减器，所述信号衰减器采用一分压电路，所述分压电路通过分压得到幅度衰减后的衰减信号。

8.根据权利要求6所述的一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，其特征在于，所述模数转换器、所述放大级、所述第一信号衰减模块、所述第二信号衰减模块的至少一个位于一专用集成电路芯片上。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的一种超低噪音高振幅音频捕获的麦克风阵列系统，其特征在于，所述第一麦克风、第二麦克风采用基于微机电系统的数字麦克风。