CN105142068B - 一种对讲系统中麦克风啸叫抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对讲系统中麦克风啸叫抑制电路，包括：第一级的电压限幅电路和第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路，第一级的电压限幅电路，包括顺序连接的：输入级耦合隔直电容、反向放大电路、输出级耦合隔直电容、二极管串联箝位电路；第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路，包括有：正相交流放大电路以及与之连接的负反馈增益自动调节电路、耦合隔直电容、交流通路放大耦合电容；第一级的电压限幅电路与第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路之间通过耦合电容连接，且两级电路均与直流偏置电路连接，这样的设计，可保证电路在抑制啸叫噪音同时语音信号不丢失，优化改善音频系统中因麦克风引起的啸叫问题。

Description

一种对讲系统中麦克风啸叫抑制电路

技术领域

本发明涉及处理音频信号的模拟电路的技术领域，特别是用于对讲系统的麦克风啸叫抑制电路。

背景技术

在音频实际使用当中，啸叫问题总影响着音频的质量。一般“啸叫”的出现都是在用失真的时候，也会出现在用延迟混响的时候，是输入信号的过载引起的，这是第一个原因。而有时只要站得离音箱远一点“啸叫”就没有了，离音箱的距离太近，这是第二个原因。站在不同的位置上“啸叫”的声音不一样，音箱与弦的角度不对，这是第三个原因。不同的音色会有不同的“啸叫”，音的频率不对，这是第四个原因。

麦克风使用过程中因为回授而产生的啸叫，如演唱会现场、广播、会议、对讲等，是常见的因为回授自激而产生的啸叫领域。而监控拾音器是高灵敏的采集设备，也非常容易采集到由喇叭播放出来的信号而产生啸叫。目前常见的处理电路对这类啸叫的处理都不太理想，因此，现有技术还有待于改进和提高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种对讲系统中麦克风啸叫抑制电路，保证电路在抑制啸叫噪音同时语音信号不失真，优化改善音频系统中因麦克风引起的啸叫问题。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：一种对讲系统中麦克风啸叫抑制电路，包括：第一级的电压限幅电路和第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路以及直流偏置电路，其特征在于：第一级的电压限幅电路，包括顺序连接的：输入级耦合隔直电容、反向放大电路、输出级耦合隔直电容、二极管(D1、D2)串联而成的嵌位电路；第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路，包括有：正相交流放大电路以及与之连接的负反馈增益自动调节电路、耦合隔直电容、交流通路放大耦合电容；第一级的电压限幅电路与第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路之间通过耦合电容(C7)连接，且两级电路均与直流偏置电路连接。

进一步地，所述第一级的电压限幅电路中的反向放大电路，由运算放大器(N1A)及外围的电容(C1、C3)和电阻(R1、R4、R8)组成；所述二极管串联嵌位电路由二极管(D1、D2)组成，反向放大电路的输出信号通过耦合电容(C6)后流入二极管串联嵌位电路。所述正相交流放大电路由运算放大器(N1B)及外围的电容(C2、C4、C7)和电阻(R2、R3、R6)组成；通过耦合电容(C4)实现在交流信号下电阻(R3)一端接地、一端连接运算放大器(N1B)的反相端，电阻(R2)与电阻(R3)构成的反馈电路通过调节反馈电阻(R2)控制增益值，在直流信号下电容(C4)相当于开路，运算放大器(N1B)输出端与反相输入端通过电阻(R2)连接，构成电压跟随电路。所述负反馈增益自动调节电路由两个晶体管(Q1、Q2)及外围的电容(C11、C8)和电阻(R9、R11、R13、R14、R15、R16、R17)、二极管(D3、D4)组成；第二级正相交流放大电路的输出端连接耦合电容(C8)的一端，耦合电容(C8)的另一端连接电阻(R13)的一端，电阻(R13)的另一端连接电阻(R14、R17)的一端和二极管(D4)的阴极，电阻(R14)的另一端连接电阻(R16)的一端、二极管(D3)的阴极和晶体管(Q1)的基极，晶体管(Q1)的发射极连接二极管(D3)的阳极、电容(C11)的一端、电阻(R15)的一端和晶体管(Q2)的基极，晶体管(Q1)的集电极连接电阻(R11)的一端，电阻(R11)的另一端连接A24V+，电阻(R15、R16、R17)的另一端、二极管(D4)的阳极、电容(C11)的另一端和晶体管(Q2)的发射极接地，晶体管(Q2)的集电极连接电阻(R9)的一端，电阻(R9)的另一端连接第二级正相交流放大电路的输入端,通过耦合电容(C8)取得的输出信号(Vout)过零点的交流信号，晶体管(Q1)基极的点电压(V4)随着输出信号(Vout)增大而增大，当点电压(V4)达到一定值后晶体管(Q1)导通，晶体管(Q1)导通后点电压(V3)不会立刻达到晶体管(Q2)导通电压，而是在电容(C11)作用下缓慢上升；晶体管(Q1)导通达到一定时间后，点电压(V3)升高，晶体管(Q2)导通，电阻(R5)与电阻(R9)形成对地串联电路，通过分压来衰减点电压(V1)的信号幅值。当点电压(V4)信号达到一定值后晶体管(Q1)导通，当输出信号(Vout)减弱到小于晶体管(Q1)导通值时，点电压(V4)信号需要滞回到晶体管(Q1)导通值，通过引入二极管(D3)来抬高点电压(V4)的电平，晶体管(Q1)截止值是二极管(D3)的压降与晶体管(Q1)的PN压降之和，使负反馈增益自动调节电路的关闭点滞后于启动点。所述直流偏置电路由电阻(R10、R12)和电容(C9、C10)串并联组成。

本发明与传统技术相比，当输入端产生自激信号且在输出端幅值达到门限值时，反馈电路工作，衰减运放输入端信号，保证输出端不会有过高的信号幅值，直至自激信号消失或减弱到一定值后，反馈电路停止工作，电路进入正常工作状态。本发明采用运放结合负反馈电路实现自动调节输出信号幅值，可保证电路在抑制啸叫噪音同时语音信号不丢失，优化改善音频系统中因麦克风引起的啸叫问题。其具有优点如下：

1.可以抑制和削弱麦克风与扬声器之间的正反馈回路信号，避免产生自激啸叫。

2.可以将输入较大的音频自动调整至合适的幅值，避免传统放大电路产生的削顶失真。

3.可以根据麦克风拾音效果，动态调整放大倍数，从而确保抑制啸叫同时麦克风信号不丢失。

4.对麦克风与扬声器的相对位置无特殊要求，如输入麦克风可以靠近输出扬声器端。

5.电路结构简洁精巧、成本低廉、易实现。

附图说明

图1是本发明的电路框图。

图2是本发明的电路原理图。

图3是图1中的直流偏置电路的电路图。

图4是图1中的第一级反向放大电路的电路图。

图5是图1中的嵌位电路的电路图。

图6是图1中的第二级正相交流放大电路的电路图。

图7是图1中的负反馈增益自动调节电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2，本实施例的对讲系统中麦克风啸叫抑制电路，包括第一级的电压限幅电路和第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路。第一级的电压限幅电路，包括顺序连接的：输入级耦合隔直电容C5、反向放大电路、输出级耦合隔直电容C6、二极管D1、D2串联而成的嵌位电路；第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路，包括有：正相交流放大电路以及与之连接的负反馈增益自动调节电路、隔直耦合电容C7、交流通路放大耦合电容C4；第一级的电压限幅电路与第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路之间通过耦合电容连接，且两级电路均与直流偏置电路连接。如图3所示，所述直流偏置电路由电阻R10、R12和电容C9、C10串并联组成。

参见图2和图4，第一级的电压限幅电路，其包括输入级耦合电容C5、输出级耦合电容C6、二极管D1、D2串联嵌位电路和带有相位补偿的反向放大电路等。反向放大电路由运算放大器N1A及外围的电容C1、C3和电阻R1、R4、R8组成，加入耦合电容主要目的是通交隔直的作用，直流分量的引入对运算放大器级联的静态工作点设置要求更高，且会降低电路的稳定性，加入耦合电容后可将各部分的运放单独设置静态工作点，相互之间不会有干扰。上述的相位补偿的反向放大电路设计有两个作用：一是改变反馈网络相移、补偿运放相位滞后，抑制电路自激震荡；二是补偿运放输入端电容的影响，抑制电路自激震荡。

参见图5，所述的嵌位电路，是利用二极管D1、D2压降特性，将输出幅值嵌在-0.7V—+0.7V之间，以保证流入后级的信号幅值在自动增益调节可控范围内。

参见图2和图6和图7，第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路，其包括入级隔直耦合电容C7、交流通路放大耦合电容C4、正相交流放大电路、负反馈增益自动调节电路等，上述的交流通路放大耦合电容为C4，本发明中的运算放大器使用型号为MC4558,对应图中用N1A、N1B且均为单电源供电，由于第一级与第二电路是通过耦合电容C7连接，所以流入第二级的信号为过零点信号，单电源供电运算放大器N1B输入信号只能为零点以上信号，为了解决此问题，我们在运算放大器N1B输入端叠加直流基准电压，抬高信号电平，但引入的直流基准电压同样会带来问题，通过上述电路图可以得知，由于第二级的运放增益较大，在静态时，运算放大器N1B的输出幅值已接近24V,通过引入耦合电容C4可实现在交流信号下电阻R3一端接地、另一端连接运算放大器N1B的反相端，由于电阻R2与电阻R3构成的反馈电路，通过调节反馈电阻R2控制增益值，在直流信号下电容C4相当于开路，运算放大器N1B输出端与反相输入端通过电阻R2连接，构成电压跟随电路，使输出信号Vout的幅值Vp_p在0—24V之间。

上述的负反馈增益自动调节电路实时监控输出信号Vout的幅值，通过耦合电容C8取得的输出信号Vout过零点的交流信号，信号的零点以下部分是我们所不需要的，且其零点一下的部分会增大晶体管Q1、Q2和Q3的PN节的反向电压，PN节的反向电压过大会损坏晶体管，引入二极管D4可以将信号的零点幅值嵌位在-0.7V，有效的保护晶体管的PN节。

如图2和图7所示，点电压V4的电信号是随着输出信号Vout变化而变化，当点电压V4信号达到一定值后晶体管Q1导通，晶体管Q1导通后使晶体管Q2导通，晶体管Q2导通后由于电阻R5与电阻R9形成对地串联电路，通过分压来衰减点电压V1的信号幅值，来降低输出信号Vout的幅值。上述中，晶体管Q1导通使晶体管Q2导通，为了排除瞬时过压信号的干扰，需要引入滤波电容C11，当晶体管Q1导通后点电压V3的电压不会立刻达到晶体管Q2的导通电压，而是在电容C11电容作用下缓慢上升，上升时间可以通过RC计算得知。可有效克服瞬时过压信号的干扰，提高电路的稳定性。

上述中当点电压V4信号达到一定值后会使晶体管Q1导通。当输出信号Vout减弱到小于晶体管Q1导通值时，点电压V4的信号需要滞回到晶体管Q1导通值，通过引入二极管D3来抬高点电压V4的电平，晶体管Q1截止值是二极管D3的压降与晶体管Q1的PN压降之和，使负反馈增益自动调节电路关闭点滞后启动点，提供电路的稳定性，消除信号在负反馈增益自动调节电路启动点的抖动。合理利用晶体管的PN特性及器件之间的相似性，提高晶体管Q2的导通电压，抑制弱信号的干扰，提高电路的稳定性。本发明设计的电路，采用运放结合负反馈电路实现自动调节输出信号幅值，可保证电路在抑制啸叫噪音同时语音信号不丢失，优化改善音频系统中因麦克风引起的啸叫问题。

本实施例中，运算放大器的具体型号是是MC4558。

应当理解的是，本专利的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本专利所附权利要求的保护范围，这里不再赘述。

Claims (3)

1.一种对讲系统中麦克风啸叫抑制电路，包括：第一级的电压限幅电路和第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路以及直流偏置电路，其特征在于：第一级的电压限幅电路，包括顺序连接的：输入级耦合隔直电容、反向放大电路、输出级耦合隔直电容、二极管(D1、D2)串联而成的嵌位电路；第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路，包括有：正相交流放大电路以及与之连接的负反馈增益自动调节电路、耦合隔直电容、交流通路放大耦合电容；第一级的电压限幅电路与第二级的负反馈增益自动调节交流同相放大电路之间通过耦合电容(C7)连接，且两级电路均与直流偏置电路连接；所述负反馈增益自动调节电路由两个晶体管(Q1、Q2)及外围的电容(C11、C8)和电阻(R9、R11、R13、R14、R15、R16、R17)、二极管(D3、D4)组成；第二级正相交流放大电路的输出端连接耦合电容(C8)的一端，耦合电容(C8)的另一端连接电阻(R13)的一端，电阻(R13)的另一端连接电阻(R14、R17)的一端和二极管(D4)的阴极，电阻(R14)的另一端连接电阻(R16)的一端、二极管(D3)的阴极和晶体管(Q1)的基极，晶体管(Q1)的发射极连接二极管(D3)的阳极、电容(C11)的一端、电阻(R15)的一端和晶体管(Q2)的基极，晶体管(Q1)的集电极连接电阻(R11)的一端，电阻(R11)的另一端连接A24V+，电阻(R15、R16、R17)的另一端、二极管(D4)的阳极、电容(C11)的另一端和晶体管(Q2)的发射极接地，晶体管(Q2)的集电极连接电阻(R9)的一端，电阻(R9)的另一端连接第二级正相交流放大电路的输入端,通过耦合电容(C8)取得的输出信号(Vout)过零点的交流信号，晶体管(Q1)基极的点电压(V4)随着输出信号(Vout)增大而增大，当点电压(V4)达到一定值后晶体管(Q1)导通，晶体管(Q1)导通后点电压(V3)不会立刻达到晶体管(Q2)导通电压，而是在电容(C11)作用下缓慢上升；晶体管(Q1)导通达到一定时间后，点电压(V3)升高，晶体管(Q2)导通，电阻(R5)与电阻(R9)形成对地串联电路，通过分压来衰减点电压(V1)的信号幅值。

2.根据权利要求1所述的麦克风啸叫抑制电路，其特征在于：当点电压(V4)信号达到一定值后晶体管(Q1)导通，当输出信号(Vout)减弱到小于晶体管(Q1)导通值时，点电压(V4)信号需要滞回到晶体管(Q1)导通值，通过引入二极管(D3)来抬高点电压(V4)的电平，晶体管(Q1)截止值是二极管(D3)的压降与晶体管(Q1)的PN压降之和，使负反馈增益自动调节电路的关闭点滞后于启动点。

3.根据权利要求1或2所述的麦克风啸叫抑制电路，其特征在于：所述直流偏置电路由电阻(R10、R12)和电容(C9、C10)串并联组成。