CN105681988B - 一种线性阵列拾音器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种线性阵列拾音器及控制方法，具有8个驻极体咪头的线性阵列拾音器，应用于监狱看守所等政法机关的监舍录音监控、安防监控。凭借8个驻极体咪头线性排列，声孔同向布置的特定设计，通过声波抵达阵列中每个咪头之间的微小时差的相互作用，形成算法可控的指向性。利用咪头线性阵列具有对远场干扰噪声很强的抑制功能，噪声环境下具有良好的信号采集性，改善拾音器的声学效果。内置降噪算法极大的降低了环境、电路等因素导致的噪音。可满足监狱看守所等政法机关关键区域的高质量语音监控，实现对突发情况的语音信息全记录，以便事后可靠的追溯。可靠的语音监控对安装区域的治安、反恐、防爆等具有重要意义。

Description

一种线性阵列拾音器及控制方法

技术领域

本发明涉及拾音器设备，尤其涉及一种线性阵列拾音器及控制方法。

背景技术

目前监狱看守所的监舍录音监控应用领域的拾音器一般仅包含一个全向或心形单指向的驻极体咪头，驻极体咪头实现音频信号到电信号的转换，然后通过放大电路放大，带通滤波电路滤波后输入到摄像头电路的AD或者Codec进行采样，实现音视频的同步记录。

这种拾音器一般是半圆形或面板形结构，拾音器安装高度距离地面1 .5m，声孔指向声源，靠近说话者。这种拾音器功能比较单一，只有音频的拾音和放大作用，难以实现一些特定功能的应用，例如环境噪声抑制、波束形成和波束指向性等。录制的音频环境噪音较高，关键语音信号容易被淹没在环境噪音里，根本无法分辨。

目前市面上的拾音器基本都不能满足复杂环境下的拾音需要，尤其是对于监狱看守所等政法机关或者对声音识别有特殊要求的场所。对于声音的有效拾取、处理以及分辨一直是一个研究难题和研究热点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了利用咪头线性阵列具有对远场干扰噪声很强的抑制功能，噪声环境下具有良好的信号采集性，改善拾音器的声学效果，可满足监狱看守所等政法机关关键区域的高质量语音监控，实现对突发情况的语音信息全记录，以便事后可靠的追溯。

技术方案：

本线性阵列拾音器，包括外壳、放大调理电路、后端接口、前端声孔及8个驻极体咪头，外壳近似长方体，外壳由上壳体与下壳体上下叠加配合设置，外壳前端设置有多个前端声孔，外壳后端设置后端接口，外壳内部空腔固定设置有放大调理电路，调理电路上以线性阵列排布有8个驻极体咪头，相邻咪头之间间距相等，后端接口及驻极体咪头均分别与放大调理电路电连接。

作为优选，8个驻极体咪头直径为9 .7mm，高度4 .5mm，驻极体咪头之间间距为11±0 .1mm ，每个驻极体咪头的灵敏度为-40d B±1d B，信噪比为60d B，频率响应为100Hz–10KHz，输出阻抗为2KOhms。

作为优选，还包括声孔盖，声孔盖通过胶水粘在上壳体前端。

作为优选，还包括防水透声膜，防水透声膜粘贴在上壳体前端透声孔位置。

作为优选，还包括密封圈，密封圈固定设置在上壳体和下壳体之间。

作为优选，还包括工作指示灯，工作指示灯固定设置在放大调理电路上，通过导光柱和设置在下壳体的导光柱孔配合。

作为优选，还包括吸声海绵，吸音海绵填充在外壳内部空腔内。

作为优选，还包括支架安装孔，支架安装孔固定设置在上壳体上表面。

该线性阵列拾音器的控制方法包括以下步骤：

（1）声源提取，外界声源在声孔盖周围进入壳体，穿过防水透声膜进入内腔被咪头感应，音频信号转换为微弱的电信号；

（2）信号转换，微弱的电信号通过信号放大调理电路两级放大，带通滤波后输出到8通道并行AD转换器进行采集，将模拟信号转换为数字信号；

（3）信号传输，AD转换后的8通道数字信号以TDM总线通过后端接口输出到采集板的DSP处理芯片；

（4）信号处理，DSP处理芯片接收TDM总线传输的8通道数字信号，经过DMA波束形成算法形成一路音频信号，通过修改波束形成系数控制波束的航向角和俯仰角从而使阵列形成后的波束指向声源而加强音频采集效果，实现指向性可重配置的拾音器；

（5）信号输出，DSP波束形成后的一路音频信号通过IIS总线输出给DA转换器，DA转换器将数字信号转换为模拟信号，通过运算放大器驱动实现600Ohms非平衡输出。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明实现具有8个驻极体咪头的线性阵列拾音器，应用于监狱看守所等政法机关的监舍录音监控、安防监控。凭借8个驻极体咪头线性排列，声孔同向布置的特定设计，通过声波抵达阵列中每个咪头之间的微小时差的相互作用，形成比单个咪头更好的指向性。利用咪头线性阵列具有对远场干扰噪声很强的抑制功能，噪声环境下具有良好的信号采集性，改善拾音器的声学效果。内置降噪算法极大的降低了环境、电路等因素导致的噪音。可满足监狱看守所等政法机关关键区域的高质量语音监控，实现对突发情况的语音信息全记录，以便事后可靠的追溯。可靠的语音监控对安装区域的治安、反恐、防爆具有重要意义。

（2）本发明中由于8个驻极体咪头中心距11±0 .1mm，声波依次抵达线性阵列中的每个咪头的时间存在微小的时差，通过对8个咪头音频信号的综合处理，线性阵列信号组合成波束。经由专用的DSP程序算法处理，通过控制波束的航向角和俯仰角使波束指向声源而加强音频采集效果，实现指向性拾音器，波束的航向角和俯仰角可根据安装现场具体调节，具有强指向性，有效拾音距离可达20米以上。

（3）本发明中声孔盖安装后，四周和外壳壁之间有2mm的间隙，以便声音透过声孔盖。声孔盖和透声孔不在一条直线上可以避免坚硬细长物体例如针、金属丝等刺入拾音器而破坏咪头。声孔盖后面的前端透声孔粘贴防水透声膜，上壳体和下壳体之间安装密封圈，避免雨水或者其它液体泼溅进入壳体，造成电路腐蚀或者短路。

（4）本发明中下壳体开有工作指示灯孔，以便观察拾音器供电情况。内腔安装吸声海绵，以避免声音在壳体内腔形成反射而影响波束形成的效果。

（5）发明中通过上壳体的支架安装孔，将线性阵列拾音器安装在专用支架上，固定在摄像头安装架上。线性阵列拾音器和摄像头平行放置，指向关键监控区域，实现重要声源的音视频覆盖。降低了安装难度，一间监舍仅需一个线性阵列拾音器和摄像头平行安装，无需重新排线。

附图说明：

图1为本发明的结构外形示意图；

图2为本发明的上下壳体装配图；

图3为本发明中咪头线性阵列结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

如图1~3所示，本发明提供了一种线性阵列拾音器，包括外壳1、放大调理电路2、后端接口3、前端声孔5及8个驻极体咪头6，外壳1近似长方体，外壳1由上壳体1a与下壳体1b上下叠加配合设置，外壳1前端设置有多个前端声孔5，外壳1后端设置后端接口3，外壳1内部空腔固定设置有放大调理电路2，放大调理电路2上以线性阵列排布有8个驻极体咪头6，相邻驻极体咪头6之间间距相等，后端接口3及驻极体咪头6均分别与放大调理电路2电连接。具有8个驻极体咪头6的线性阵列拾音器，应用于监狱看守所等政法机关的监舍录音监控、安防监控。凭借8个驻极体咪头6线性排列，声孔同向布置的特定设计，通过声波抵达阵列中每个驻极体咪头6之间的微小时差的相互作用，形成比单个咪头更好的指向性。利用咪头线性阵列具有对远场干扰噪声很强的抑制功能，噪声环境下具有良好的信号采集性，改善拾音器的声学效果。内置降噪算法极大的降低了环境、电路等因素导致的噪音。可满足监狱看守所等政法机关关键区域的高质量语音监控，实现对突发情况的语音信息全记录，以便事后可靠的追溯。可靠的语音监控对安装区域的治安、反恐、防爆等具有重要意义。

并且，其中的驻极体咪头6直径为9 .7mm，高度4 .5mm，驻极体咪头之间间距为11±0 .1mm，每个驻极体咪头6的灵敏度为-40dB±1dB，信噪比为60dB，频率响应为100Hz –10KHz，输出阻抗为2KOhms。还包括声孔盖4避免坚硬细长物体刺入拾音器而破坏驻极体咪头6。还包括防水透声膜7和密封圈8避免雨水或者其它液体泼溅进入壳体，造成电路腐蚀或者短路。下壳体1b开有工作指示灯孔，以便观察拾音器供电和工作情况。内腔安装吸声海绵，以避免声音反射。另外还包括支架安装孔11，支架安装孔11固定设置在上壳体1a上表面，将线性阵列拾音器安装在专用支架上，固定在摄像头安装架上。线阵拾音器和摄像头平行放置，指向关键监控区域，实现重要声源的覆盖。

该线性阵列拾音器的控制方法包括以下步骤：

（1）声源提取，外界声源在声孔盖周围进入壳体，穿过防水透声膜进入内腔被咪头感应，音频信号转换为微弱的电信号；

（2）信号转换，微弱的电信号通过信号放大调理电路两级放大，带通滤波后输出到8通道并行AD转换器进行采集，将模拟信号转换为数字信号；

（3）信号传输，AD转换后的8通道数字信号以TDM总线通过后端接口输出到采集板的DSP

处理芯片；

（4）信号处理，DSP处理芯片接收TDM总线传输的8通道数字信号，经过DMA波束形成算法形成一路音频信号，通过修改波束形成系数控制波束的航向角和俯仰角从而使阵列形成后的波束指向声源而加强音频采集效果，实现指向性可重配置的拾音器；

（5）信号输出，DSP波束形成后的一路音频信号通过IIS总线输出给DA，DA将数字信号转换为模拟信号，通过运算放大器驱动实现600Ohms非平衡输出。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种线性阵列拾音器，其特征在于：包括外壳、放大调理电路、后端接口、前端声孔及8个驻极体咪头，所述外壳为长方体，外壳由上壳体与下壳体上下叠加配合设置，外壳前端设置有多个前端声孔，外壳后端设置后端接口，所述外壳内部空腔固定设置有放大调理电路，放大调理电路上以线性阵列排布有8个驻极体咪头，相邻驻极体咪头之间间距相等，且8个驻极体咪头与前端声孔同向布置，所述后端接口及驻极体咪头均分别与放大调理电路电连接，所述驻极体咪头直径为9.7mm，高度4.5mm，驻极体咪头之间间距为11±0.1mm，每个驻极体咪头的灵敏度为-40dB±1dB，信噪比为60dB，频率响应为100Hz-10KHz，输出阻抗为2KOhms。

2.根据权利要求1所述的一种线性阵列拾音器，其特征在于：还包括声孔盖，所述声孔盖通过胶水粘在上壳体前端。

3.根据权利要求1所述的一种线性阵列拾音器，其特征在于：还包括防水透声膜，所述防水透声膜粘贴在上壳体前端透声孔位置。

4.根据权利要求1所述的一种线性阵列拾音器，其特征在于：还包括密封圈，所述密封圈固定设置在上壳体和下壳体之间。

5.根据权利要求1所述的一种线性阵列拾音器，其特征在于：还包括工作指示灯，所述工作指示灯固定设置在放大调理电路上，通过导光柱和设置在下壳体的导光柱孔配合连接。

6.根据权利要求1所述的一种线性阵列拾音器，其特征在于：还包括吸声海绵，所述吸声海绵填充在外壳内部空腔内。

7.根据权利要求1所述的一种线性阵列拾音器，其特征在于：还包括支架安装孔，所述支架安装孔固定设置在上壳体上表面。

8.实现权利要求1所述的一种线性阵列拾音器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）声源提取，外界声源在声孔盖周围进入壳体，穿过防水透声膜进入内腔被咪头感应，音频信号转换为微弱的电信号；

（2）信号转换，微弱的电信号通过信号放大调理电路两级放大，带通滤波后输出到8通道并行AD转换器进行转换，将模拟信号转换为数字信号；

（3）信号传输，AD转换后的8通道数字信号以TDM总线通过后端接口输出到数字处理板的DSP处理芯片；

（4）信号处理，DSP处理芯片接收TDM总线传输的8通道数字信号，经过DMA波束形成算法形成一路音频信号，通过修改波束形成系数控制波束的航向角和俯仰角从而使阵列形成后的波束指向声源而加强音频采集效果，实现指向性可重配置的拾音器；

（5）信号输出，DSP波束形成后的一路音频信号通过IIS总线输出给DA转换器，DA转换器将数字信号转换为模拟信号，通过运算放大器驱动实现600 Ohms非平衡输出。