CN104768104B - 船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路，包括：通过第一麦克风和第二麦克风分别接收音频信号，并通过运算放大器放大后输出的信号接收电路；将所述第一麦克风和第二麦克风其中一路运算放大器的输出信号调整至和另一路相等的增益调整电路；将所述增益调整电路输出的两路信号相减并放大后输出的减法器电路；将所述减法器电路的输出信号的通频带限制在预设值内后并输出的频带限制电路；将所述频带限制电路的输出信号进行阻抗变换并转变为电压或电流形式输出信号的输出级电路。本发明结构简单，成本低廉，能有效地抗环境噪声以及防啸叫。

Description

船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路

技术领域

本申请涉及船舶用话筒电路，特别涉及船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路。

背景技术

在船舶广播系统中，广泛应用话筒进行喊话，而一般的话筒电路除了拾取语音信号外，还会拾取周围的环境噪声。在环境噪声较大时，话筒送出的信号将被噪声所淹没，这样扩音机中送出的背景声超过了语音信号，造成喊话失效。同时，话筒周围的扬声器播送喊话声，这样，话筒会拾取扬声器的信号进行放大，这样就形成了声反馈。在声反馈达到一定程度时，就会形成啸叫。

现有的背景声的消除，主要采用了以下几种方法：

1)分析噪声的频谱，将语音频带(300—3000Hz)外的信号滤除，这样可在一定程度上减小环境声，但也使语音信号失真度增加。

2)采用心形指向性话筒，对近距离的声波拾取效率远大于远处的声波，从而可以对噪音有一定程度的抑制，但效果不理想。

3)采用双MIC(麦克风)技术进行声拾取，在电路中让两MIC信号进行相减。由于环境声源与MIC距离远大于话筒到嘴边的距离，两路MIC拾取到的声音大小相等，用电路进行相减，使噪音大大减小。在实际应用中，由于两路MIC的灵敏度不是完全一样，而电路对信号的处理灵敏度也不完全一样，导致降噪效果受到较大影响。在类似手机等应用中，有将双MIC装在手机的正面和背面两个方向，虽有一定的抵消作用，但环境声经由前后MIC有一个时间差，而对于频率较高的信号由于频率越高声波绕射能力越小，使高音频信号的噪声达不到抵消的作用，因而高频噪音更明显。

现有的防啸叫电路，主要采用以下几种方法：

1)采用数字延时技术，使话筒送出的信号进行移频或移相，这样扬声器送出的信号被话筒接收时，在还没有建立啸叫时即由于频率和相位的抖动而使声正反馈无法建立，而使啸叫消失。该电路有一定效果，但会造成话音信号的附加频率失真。

2)采用双MIC技术。由于扬声器距离MIC距离远大于话筒到嘴边的距离，两路MIC拾取到的声音大小相等，可以用电路进行相减，而使声反馈大大减小。在实际应用中，由于两路MIC的灵敏度及两个MIC放大电路的灵敏度不完全一致，造成防啸叫效果受到较大影响。在类似手机等应用中，有将双MIC装在手机的正面和背面两个方向，虽然有一定的抵消作用，但环境声经由前后MIC有一个时间差，而对于频率较高的信号由于频率越高声波绕射能力越小，使高音频信号的声输出达不到抵消的作用，因而还是有可能引起高频啸叫。

发明内容

本申请的目的在于提供一种简单、低成本的船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路，防止语音信号失真，有效降低两路MIC灵敏度差距的影响，从而有效地抗环境噪声以及防啸叫。

根据本申请的一个方面，提供船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路，包括：

信号接收电路，设置为通过第一麦克风和第二麦克风分别接收音频信号，并通过运算放大器放大后输出的双麦克风信号，所述第一麦克风和第二麦克风相距2厘米～3厘米；

增益调整电路，设置为将所述第一麦克风和第二麦克风中任意一路运算放大器的输出信号调整至和另一路运算放大器的输出信号相等；

减法器电路，设置为将所述增益调整电路输出的两路信号相减并放大后输出；

频带限制电路，设置为将所述减法器电路的输出信号的通频带限制在预设值内后并输出；

输出级电路，设置为将所述频带限制电路的输出信号进行阻抗变换并转变为电压或电流形式输出信号。

根据上述方案，采用双MIC方式对声源进行声拾取，同时在MIC放大电路中加入了增益调整电路，使两路MIC放大电路输出的信号完全相等，达到理想的差值输出状态，以达到较好的抗环境噪声和防啸叫目的。并且，通过计算及实验，将两MIC之间的距离确定为2厘米～3厘米，兼顾喊话效果和抗干扰效果。

在一些实施例中，所述信号接收电路中，

所述第一麦克风将接收的音频信号通过其后连接的第一运算放大器进行阻抗变换后输出；

所述第二麦克风将接收的音频信号通过其后连接的第二运算放大器进行阻抗变换后输出。从而有效地将信号放大。

在一些实施例中，所述第一麦克风和第二麦克风朝向一致，以确保准确地接收音频信号。

在一些实施例中，所述增益调整电路包括：

将所述第一麦克风后连接的第一运算放大器的输出信号分压衰减至一半后输出的分压电路；

接收所述分压电路输出信号的第一跟随用运算放大器；

对所述第二麦克风后连接的第二运算放大器的输出信号进行分压调节的电位器；

接收所述电位器输出信号的第二跟随用运算放大器。从而通过具体化的增益调整电路，以使得两路MIC输出的信号完全相等，达到理想的差值输出状态。

在一些实施例中，所述减法器电路包括：第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第四运算放大器，其中，

所述第三电阻一端连接所述第一跟随用运算放大器的输出端，另一端连接所述第四运算放大器的同相输入端；

所述第四电阻一端连接所述第四运算放大器的同相输入端，另一端接地；

所述第五电阻一端连接所述第二跟随用运算放大器的输出端，另一端连接所述第四运算放大器的反相输入端；

所述第六电阻连接在所述第四运算放大器的反相输入端和输出端之间。

在一些实施例中，所述频带限制电路包括：第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻和第三运算放大器，其中，

所述第一电容的一端连接所述减法器电路的输出端，另一端连接所述第三运算放大器的同相输入端；

所述第一电阻的一端连接所述第三运算放大器的同相输入端，另一端接地；

所述第二电容的一端通过所述第二电阻连接所述第三运算放大器的输出端，另一端接地；

所述第三运算放大器的输出端和反相输入端相连；

所述第三运算放大器的输出端通过所述第二电阻连接所述输出级电路。通过具体化频带限制电路，将通频带限制在一定范围，进一步降低噪声后传输给输出级电路。

在一些实施例中，所述预设值为100Hz到5KHz。

在一些实施例中，所述音频信号包括喊话信号、噪音信号和声反馈信号。

附图说明

图1是本发明一实施例的船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式作详细说明。

请参阅图1，根据本申请的一个实施方式，船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路包括：依次相接的信号接收电路1、增益调整电路2、减法器电路3、频带限制电路4和输出级电路5。

信号接收电路1包括第一麦克风11(主MIC)和第二麦克风12(副MIC)。通过第一麦克风11和第二麦克风12分别接收来自于音源的音频信号，音频信号包括近处的喊话信号以及远处的噪音信号、声反馈信号。第一麦克风11将接收的音频信号通过其后连接的第一运算放大器111进行阻抗变换后输出给增益调整电路2的第一输入端。第二麦克风12将接收的音频信号通过其后连接的第二运算放大器121进行阻抗变换后输出给增益调整电路2的第二输入端。

第一麦克风11和第二麦克风12位于同一侧且朝向一致，并且第一麦克风11和第二麦克风12相距2厘米～3厘米。设置距离主要考虑两方面的因素，一是喊话的音量输出，两路MIC距离越远，则喊话的输出越大，因为喊话输出是两路MIC输出的差值。若两路MIC距离很近则没有音频信号输出。在距离1.5CM以内时，喊话输出迅速减小，而抗干扰和防啸叫则是两路MIC距离越近，则效果越好。较远处的环境噪声和喇叭回授声到达MIC时，若有强度差和时间差则会有差值输出而引起噪声和啸叫效应，距离越近，两路MIC接收的声波越接近相同的强度和相位，因此输出越小，抗干扰和啸叫效果越好。在声源及两路MIC构成的三角形中，主MIC与声源之间的距离AB与副MIC和声源的距离AC之间的差值越大，则输出越大，而这一差值与两MIC之间的距离BC有关。在声源偏离两MIC的中心线以外则有距离差，因此有相位差和强度差，两路MIC有差值输出，抗噪声和防啸叫效果减小。而这一效应与声波的频率有关，可以看出在5KHz以上频率时，1CM的距离已经接近1/4波长，两路MIC会有明显的差值输出。而作为喊话用的麦克风通频带只要300Hz—3KHz,超过5KHz滤除即可。综上考虑，两路MIC的距离通过计算及实验确定为2CM至3CM,可以兼顾喊话效果和抗干扰效果。

增益调整电路2将第一麦克风11和第二麦克风12其中一路运算放大器的输出信号调整至与另一路相等。由于两路麦克风接收的信号均包含喊话信号和噪音信号，对于喊话信号，由于第一麦克风11与嘴唇较近，因此第一麦克风11输出的信号强度大于第二麦克风12，并且信号的相位超前于第二麦克风12。因此，第一麦克风11与第二麦克风12信号相减后会有输出信号。而对于远场的噪音信号，AB与AC(见附图)距离均较大，ABC三角形随着A点(声源)与话筒的距离变大接近于AB与AC距离相等的等腰三角形。声源若与两个MIC距离相等，则强度相等，相位相等。因此输出信号相等，通过减法器会没有输出信号。同时，声反馈信号也可以认为是噪音信号，因为喇叭距话筒的距离是较远的，分析结果是喇叭的声反馈信号也会没有输出，因此能防啸叫。

具体地，增益调整电路2包括：分压电路21、第一跟随用运算放大器22、电位器23和第二跟随用运算放大器24。

分压电路21将第一麦克风11后连接的第一运算放大器111的输出信号分压衰减至一半后输出给第一跟随用运算放大器22，经第一跟随用运算放大器22跟随后输出给减法器电路3的一输入端。电位器23对第二麦克风12后连接的第二运算放大器24的输出信号进行分压调节，然后经第二跟随用运算放大器24跟随后输出给减法器电路3的另一输入端。一路信号衰减至一半的目的是因为另一路需要用电位器调整输出信号的幅度，另一路既要能调整到比前一路小，也能比前一路大。如果前一路不衰减，则另一路只能向一个方向调整。

减法器电路3将增益调整电路2输出的两路信号相减并放大后输出给频带限制电路4，为方便相减，可以先将其中一路衰减为一半，另一路用电位器调整幅度后与前一路相减。具体地，减法器电路3包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第四运算放大器31。

第三电阻R3一端连接第一跟随用运算放大器22的输出端，另一端连接第四运算放大器31的同相输入端。

第四电阻R4一端连接第四运算放大器31的同相输入端，另一端接地。

第五电阻R5一端连接第二跟随用运算放大器24的输出端，另一端连接第四运算放大器31的反相输入端。

第六电阻R6连接在第四运算放大器31的反相输入端和输出端之间。

频带限制电路4将减法器电路3的输出信号的通频带限制在预设值(本实施例中，为100Hz到5KHz)内，以进一步降低噪声后输出给输出级电路5。具体地，频带限制电路4包括：第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2和第三运算放大器41。

第一电容C1的一端连接减法器电路3的输出端，另一端连接第三运算放大器41的同相输入端。第一电阻R1的一端连接第三运算放大器41的同相输入端，另一端接地。第二电容C2的一端通过第二电阻R2连接第三运算放大器41的输出端，另一端接地。第三运算放大器41的输出端和反相输入端相连。第三运算放大器41的输出端通过第二电阻R2连接输出级电路5。

输出级电路5将频带限制电路4的输出信号进行阻抗变换并转变为电压或电流形式的输出信号。

本电路的调试方法为：接上电源后，用示波器测量输出端的信号。在距离第一麦克风11前端0.5米处设置音源，声音功率设置1W左右，频率设置为1000Hz，此时两路话筒均接收到信号，示波器接在输出级电路5的输出端。如果两路麦克风增益一致，则电位器23抽头在中间时无输出。因为相距0.5米处不是喊话信号，是噪音信号和声反馈信号，是需要抑制的。而输出的语音应该是近场信号，所以此时需要调整电位器23，使输出信号消失，将远场的信号(噪声信号和声反馈信号)抑制为无输出，即为调整结束。

以上所述仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路,其特征在于，包括：

信号接收电路(1)，设置为通过第一麦克风(11)和第二麦克风(12)分别接收音频信号，并通过运算放大器放大后输出的双麦克风信号，所述第一麦克风(11)和第二麦克风(12)朝向一致，所述第一麦克风(11)和第二麦克风(12)相距2厘米～3厘米，

所述信号接收电路(1)中，

所述第一麦克风(11)将接收的音频信号通过其后连接的第一运算放大器(111)进行阻抗变换后输出，

所述第二麦克风(12)将接收的音频信号通过其后连接的第二运算放大器(121)进行阻抗变换后输出；

增益调整电路(2)，设置为将所述第一麦克风(11)和第二麦克风(12)中任意一路运算放大器的输出信号调整至和另一路运算放大器的输出信号相等，

所述增益调整电路(2)包括：

将所述第一麦克风(11)后连接的第一运算放大器(111)的输出信号分压衰减至一半后输出的分压电路(21)，

接收所述分压电路(21)输出信号的第一跟随用运算放大器(22)，

对所述第二麦克风(12)后连接的第二运算放大器(121)的输出信号进行分压调节的电位器(23)，

接收所述电位器(23)输出信号的第二跟随用运算放大器(24)；

减法器电路(3)，设置为将所述增益调整电路(2)输出的两路信号相减并放大后输出，

所述减法器电路(3)包括：第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)和第四运算放大器(31)，其中，

所述第三电阻(R3)一端连接所述第一跟随用运算放大器(22)的输出端，另一端连接所述第四运算放大器(31)的同相输入端，

所述第四电阻(R4)一端连接所述第四运算放大器(31)的同相输入端，另一端接地，

所述第五电阻(R5)一端连接所述第二跟随用运算放大器(24)的输出端，另一端连接所述第四运算放大器(31)的反相输入端，

所述第六电阻(R6)连接在所述第四运算放大器(31)的反相输入端和输出端之间；

频带限制电路(4)，设置为将所述减法器电路(3)的输出信号的通频带限制在预设值内后并输出，

所述频带限制电路(4)包括：第一电容(C1)、第二电容(C2)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三运算放大器(41)，其中，

所述第一电容(C1)的一端连接所述减法器电路(3)的输出端，另一端连接所述第三运算放大器(41)的同相输入端，

所述第一电阻(R1)的一端连接所述第三运算放大器(41)的同相输入端，另一端接地，

所述第二电容(C2)的一端通过所述第二电阻(R2)连接所述第三运算放大器(41)的输出端，另一端接地，

所述第三运算放大器(41)的输出端和反相输入端相连，

所述第三运算放大器(41)的输出端通过所述第二电阻(R2)连接所述输出级电路(5)；

输出级电路(5)，设置为将所述频带限制电路(4)的输出信号进行阻抗变换并转变为电压或电流形式输出信号。

2.根据权利要求1所述的船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路,其特征在于，所述预设值为100Hz到5KHz。

3.根据权利要求1所述的船用抗环境噪声和防啸叫话筒电路,其特征在于，所述音频信号包括喊话信号、噪音信号和声反馈信号。