CN107801141B - 一种厅堂扩声系统 - Google Patents
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Abstract
一种厅堂扩声系统,包括:吊装麦克风和智慧音箱,吊装麦克风可以高灵敏、远距离拾音,智慧音箱包括:信号输入/选择器、带通滤波器、反馈抑制器、信号处理器1、信号处理器2、信号处理器3、信号处理器4、信号处理器5、数字功率放大器、喇叭单元,主要用于吊装麦克风、2.4G无线麦克风、蓝牙传输、线路输入多个音源信号的输入/选择、信号处理、放大、播放。智慧音箱采用了5块信号处理器,可分别对吊装麦克风、2.4G无线麦克风、蓝牙传输、线路输入和多个音源混音输入的音频信号进行音量调节、平衡调节和均衡处理,而且策略各不相同。
Description
技术领域
本发明涉及扩音领域,尤其是一种厅堂扩声系统。
背景技术
广播音响系统可分为三类:厅堂扩声系统、公共广播系统和专用会议系统。厅堂扩声系统的应用场景随处可见,最为常见的有:大学里整个专业甚至是整个院系在一起上公共课,党员干部集中在一起召开会议,学习党的理论知识,机关工作人员聚在一起开会,布置新的工作任务等。
厅堂扩声系统与公共广播系统和专用会议系统有共同点,它们一般都由音源(麦克风等)、功放、喇叭这三大最基本组件组成,实际都会使用调音台/均衡器,对信号进行高低音调节、润色、混合等处理,以保证音质完美。
但是它们之间的不同点也显而易见,公共广播系统注重的是“传达”,只要广播的内容能够被传输到喇叭就可以了,而且麦克风和功放、喇叭往往在不同的房间,因此不容易产生声反馈和啸叫;专用会议系统也叫音响会议系统,它和厅堂扩声系统,在关注“传达”的同时,也注重“音质”,同时厅堂扩声系统中的麦克风、功放和喇叭一般在一个房间内,容易产生声反馈和啸叫,必须要进行反馈抑制。
目前厅堂扩声系统存在以下缺点:
由于采用单一指向性麦克风,演讲者只能在小于几十度范围内活动,一旦偏离麦克风拾音的范围,麦克风就无法拾音;麦克风的灵敏度低,演讲者与麦克风超过1米之后,麦克风便无法拾音。
麦克风、功放和喇叭由于同在一个房间内,很容易形成正反馈,进而产生啸叫。
厅堂扩声系统各种设备在进行音频信号的传输、放大、处理的过程中,会造成某些频率的损失,引起失真;同时,由于建筑结构、材料、容积、形状等,会影响厅堂对于各种频率的反射和吸收特性,造成厅堂内频率传输特性的不均匀;音频信号音质存在缺陷或音色不理想,需要进行加工修饰,美化音色,提升音质。
因此,设计一种高灵敏、远距离拾音,并能够实现自动反馈抑制,不产生啸叫,同时对音频信号进行均衡处理的厅堂扩音系统是十分必要的。
现有情况下最接近技术的分析与对比。
目前,现有情况下最接近的技术方案为:申请号为CN201510170196.3的《一种用于抑制啸叫的扬声器阵列扩声系统及方法》(下文简称“对比文件1”)、申请号为CN201789629U的《一种啸叫抑制装置及扩声系统》(下文简称“对比文件2”)。
对比文件1、对比文件2均为扩声系统,对比文件1“用于抑制啸叫”,对比文件2“啸叫抑制”,主要就是消除啸叫,但是其方法与本发明都不同。
对比文件1,申请号为CN201510170196.3的《一种用于抑制啸叫的扬声器阵列扩声系统及方法》,描述了一种扬声器阵列扩声系统,而本发明的智慧音箱中是喇叭单元。更为重要的是,其抑制啸叫的方法与本发明不同,对比文件1中抑制啸叫是通过多个滤波器来实现的,本发明中的啸叫抑制是通过3种方法实现的─带通滤波器、信号处理器1和反馈抑制器。同时,本发明还会对音频信号进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理的方法和频率段还是可以调整的。
对比文件2,申请号为CN201789629U的《一种啸叫抑制装置及扩声系统》,其抑制啸叫采用了DSP处理器或延时专用芯片,本发明同样采用了DSP处理器,即反馈抑制器。而且,本发明对于啸叫抑制是通过3种方法实现的─带通滤波器、信号处理器1和反馈抑制器。同时,本发明还会对音频信号进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理的方法和频率段还是可以调整的。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的是:提供一种支持高灵敏、远距离拾音,同时能够自动进行反馈抑制处理,并对音频信号进行均衡处理,演讲者不必固定于指定范围即可进行拾音处理,音频信号在传输、放大、处理过程中不产生啸叫,并能够保证音频信号音质的厅堂扩声系统。
一种厅堂扩声系统,包括吊装麦克风和智慧音箱,其中,吊装麦克风用于将采集的音频信号发送到智慧音箱,进行音频信号的信号处理、放大和传输;智慧音箱用于吊装麦克风、2.4G无线麦克风、蓝牙传输、线路输入多个音源信号的输入/选择、信号处理、存储、上传、放大、播放;智慧音箱包括如下功能模块:信号输入/选择器、带通滤波器、反馈抑制器、信号处理器1、信号处理器2、信号处理器3、信号处理器4、信号处理器5、存储单元、数字功率放大器、喇叭单元,所有功能模块被集成安装于智慧音箱中。
由于使用了全数字架构设计,因此其功率因数可以从模拟设备的70%提升到90%以上,从而节能减排,对环境友好。采用全数字集成电路,减少了钣金、面板、变压器等传统生产材料的消耗,进而可以大大降低生产成本,进而降低其价格。采用全数字架构设计,可以通过APP或网页进行远程控制,省去了人工调节的麻烦。
吊装麦克风采用了高灵敏度和全指向的咪头,其灵敏度可以在[-45dB,-38dB]之间,演讲者的声音在4米之内都可以被拾取,这样演讲者活动的范围就比较大。
吊装麦克风经过信号处理器1进行手动数字调节后进入反馈抑制器进行自动反馈抑制处理,再进入信号处理器4进行数字调节处理,经过自动反馈抑制和两次信号处理,防止啸叫产生的同时,也可以补偿或衰减频率,提升音质。
对于吊装麦克风和2.4G无线麦克风采集的音频信号进行滤波,过滤掉不需要的波段,在一定程度上也可以防止啸叫产生。
分别对吊装麦克风、2.4G无线麦克风、蓝牙传输、线路输入和多个音源混音输入的音频信号进行音量调节、平衡调节和均衡处理,使用的信号处理器和信号处理策略各不相同。
本发明与普通的厅堂扩声系统相比,仅有吊装麦克风和智慧音箱,较普通厅堂扩声系统使用起来更简单,连接也相对容易,也减少了学习的成本和时间。就算不是专业技术人员,也可以很快上手并掌握。
附图说明
图1 一种厅堂扩声系统工作示意图。
图2 吊装麦克风信号处理、扩声工作流程图。
图3 2.4G无线麦克风信号处理、扩声工作流程图。
图4 蓝牙传输、线路输入信号处理、扩声工作流程图。
图5 多路混音输入信号处理、扩声工作流程图。
标号说明。
100:吊装麦克风。
101:2.4G无线麦克风。
102:蓝牙传输。
103:线路输入。
200:智慧音箱。
201:信号输入/选择器。
202:带通滤波器。
203:反馈抑制器。
204:信号处理器1。
205:信号处理器2。
206:信号处理器3。
207:信号处理器4。
208:信号处理器5。
209:数字功率放大器。
210:喇叭单元。
具体实施方式
如图1,是一种厅堂扩声系统工作示意图,音源设备(吊装麦克风100、2.4G无线无线麦克风101、蓝牙传输102、线路输入103)直接将音频信号发送到智慧音箱200,智慧音箱200用于音源信号的输入/选择、信号处理、放大、播放。
吊装麦克风100,2.4G无线麦克风101主要是用于采集现场声音,即录音,其中吊装麦克风100的灵敏度较2.4G无线麦克101风高,而且吊装麦克风主要用于采集现场人声,而且需要远距离采集现场人声。
蓝牙传输102和线路输入103可以实现混音输入,而蓝牙传输102和线路输入103用于放音,不存在灵敏度高低问题。
吊装麦克风100,2.4G无线麦克风101,蓝牙传输102和线路输入103也可以实现混音输入,从而使得音频信号输入方式更为多元化。
如图2,是吊装麦克风100信号处理、扩声工作流程图,吊装麦克风100采集的音频先经过带通滤波器202进行信号处理,其信号处理规则为:仅允许大于30Hz小于800Hz频率的低频信号通过,其他频率的信号全部被过滤。因为人的声音主要在此区间内,经过这样处理后,即使有高于800Hz的声音也不会被吊装麦克风100所采集,也不会进入智慧音箱进行信号处理和扩声。同时,经过这样滤波后,可以缩小处理信号范围,在一定程度上也能够防止高频信号产生啸叫(因为高频信号更容易引起啸叫);音频信号进入信号处理器1 204进行第一次信号处理(数字调节信号处理器1 204的信号处理策略已由用户手动调整过),之后,音频信号即进入自动反馈进行抑制处理,通过基于DSP数字信号处理技术和算法(采用系统识别和自适应滤波算法的方案,与传统的自适应的方法相比,增加了系统识别和驻波抑制的相关模块,一定程度地提高了传声增益),防止啸叫产生;经过反馈抵制处理后的音频信号再进入信号处理器4 207进行第二次数字调节处理─进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理规则为:将30Hz-800Hz信号分为30Hz~80Hz、81Hz~100Hz、101Hz~200Hz、201Hz~500Hz、501Hz~800Hz多个频率段,并对这多个频率段信号分别进行不同的提升或衰减均衡处理(频率段划分方法可以调整);之后音频信号进入功率放大器进行功率放大,最后进入喇叭单元进行播放。
均衡处理的主要作用是对于音频信号中的损失部分(主要是频率的损失)进行补偿或衰减,从而使得音频频段中的频谱得到平衡。
如图3,是2.4G无线麦克风101信号处理、扩声工作流程图,2.4G无线麦克风101采集的音频先经过带通滤波器202进行信号处理,其信号处理规则为:仅允许大于30Hz小于16000Hz频率的信号通过,其他频率的信号全部被过滤。因为一般人的可听声音就在此区间内(只有28岁以下的人才可以听到超过16000Hz的声音,而且超过16000Hz的声音也是较少的),同时,将高频信号过滤,可以在一定程度上防止高频信号产生啸叫(高频信号更容易产生啸叫);音频信号进入信号处理器2 205,进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理规则为:将30Hz-16000Hz信号分为:30Hz-800Hz、801Hz-2000Hz、2001Hz-16000Hz多个频率段,对这多个频率段信号分别进行提升或衰减均衡处理(频率段划分方法可以调整);之后音频信号进入功率放大器进行功率放大,最后进入喇叭单元进行播放。
如图4,是蓝牙传输102、线路输入103信号处理、扩声工作流程图,因为蓝牙传输102、线路输入103的音频信号不同于录音信号,它们都是属于放音信号,不会产生啸叫问题,因此不必经过带通滤波器。直接将蓝牙传输102、线路输入103的音频信号,进入信号处理器3 206,进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理规则为:将20Hz-20000Hz信号分为:20Hz-800Hz、801Hz-2000Hz、2001Hz-16000Hz、16001Hz-20000Hz多个频率段,对这多个频率段信号分别进行提升或衰减均衡处理(频率段划分方法可以调整);之后音频信号进入功率放大器进行功率放大,最后进入喇叭单元进行播放。
如图5,是多路混音输入信号处理、扩声工作流程图,多路混音输入音频信号不必进入带通滤波器进行滤波处理,而是直接进入信号处理器5 208,进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理规则为:将20Hz-20000Hz信号分为:20Hz-800Hz、801Hz-2000Hz、2001Hz-16000Hz、16001Hz-20000Hz多个频率段,对这多个频率段信号分别进行提升或衰减均衡处理(频率段划分方法可以调整);之后音频信号进入功率放大器进行功率放大,最后进入喇叭单元进行播放。
最后要强调的是,本发明所述的具体实施方式是说明性的,而不是限定性的,因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例,凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式,同样属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种厅堂扩声系统,所述的厅堂扩声系统,包括吊装麦克风和智慧音箱,其特征在于:
吊装麦克风用于将采集到的音频信号发送到智慧音箱,吊装麦克风的灵敏度区间为[-45dB,-38dB];
智慧音箱用于吊装麦克风、2.4G无线麦克风、蓝牙传输、线路输入多个音源信号的输入/选择、信号处理、放大、播放;
智慧音箱包括:信号输入/选择器、带通滤波器、反馈抑制器、信号处理器1、信号处理器2、信号处理器3、信号处理器4、信号处理器5、数字功率放大器、喇叭单元,所有功能模块被集成安装于智慧音箱中;
智慧音箱采用了5块信号处理器,可分别对吊装麦克风、2.4G无线麦克风、蓝牙传输、线路输入和多个音源混音输入的音频信号进行音量调节、平衡调节和均衡处理,而且策略各不相同。
2.一种厅堂扩声系统的智慧音箱,其特征在于:
吊装麦克风采集的音频信号经过信号处理器1进行手动数字调节后进入反馈抑制器进行自动反馈抑制处理,再进入信号处理器4进行数字调节处理,之后进入功率放大器进行功率放大,最后进入喇叭单元;
2.4G无线麦克风采集的音频信号经过信号处理器2进行数字调节后,进入功率放大器进行功率放大,最后进入喇叭单元;
蓝牙传输、线路输入的音频信号经过信号处理器3进行数字调节后,进入功率放大器进行功率放大,最后进入喇叭单元;
吊装麦克风采集、2.4G麦克风采集、蓝牙传输、线路输入的4路混合音频信号经过信号处理器5进行数字调节后,进入功率放大器进行功率放大,最后进入喇叭单元。
3.根据权利要求2所述的一种厅堂扩声系统智慧音箱的信号处理器1,其特征在于,信号处理器1是可以通过移动APP或网页远程手动调节的,而且吊装麦克风的信号是经过调节过的信号处理器1进行信号处理后再进入反馈抑制器再作进一步处理,以防止啸叫产生的。
4.一种厅堂扩声系统的智慧音箱,其特征在于,对于多种输入音频信号的处理包括多个过程,其中,
对于吊装麦克风的音频信号的处理过程包括:
将吊装麦克风采集的音频信号通过带通滤波器进行信号处理,其信号处理规则为:仅允许大于30Hz小于800Hz频率的人声低频信号通过,其他频率的信号全部被过滤, 在缩小处理信号范围的同时,在一定程度上防止高频信号产生啸叫;
信号经过信号处理器1处理后进入反馈抑制器,采用基于系统识别和自适应滤波算法的方案,防止啸叫产生;
信号进入信号处理器4,进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理规则为:将30Hz-800Hz信号分为30Hz~80Hz、81Hz~100Hz、101Hz~200Hz、201Hz~500Hz、501Hz~800Hz多个频率段,并对这多个频率段信号分别进行不同的提升或衰减均衡处理,同时频率段划分方法是可以调整的;
对于2.4G无线麦克风的音频信号的处理过程包括:
将2.4G无线麦克风采集的音频信号通过带通滤波器进行信号处理,其信号处理规则为:仅允许大于30Hz小于16000Hz频率的信号通过,其他频率的信号全部被过滤, 在一定程度上防止高频信号产生啸叫;
信号进入信号处理器2,进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理规则为:将30Hz-16000Hz信号分为:30Hz-800Hz、801Hz-2000Hz、2001Hz-16000Hz多个频率段,对这多个频率段信号分别进行提升或衰减均衡处理,同时频率段划分方法是可以调整的;
对于蓝牙传输、线路输入的音频信号的处理过程包括:
信号进入信号处理器3,进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理规则为:将20Hz-20000Hz信号分为:20Hz-800Hz、801Hz-2000Hz、2001Hz-16000Hz、16001Hz-20000Hz多个频率段,对这多个频率段信号分别进行提升或衰减均衡处理,同时频率段划分方法是可以调整的;
对于吊装麦克风、2.4G无线麦克风、蓝牙传输、线路输入混音输入的音频信号的处理过程包括:
混音输入音频信号进入信号处理器5,进行音量调整、平衡调节和均衡处理,均衡处理规则为:将20Hz-20000Hz信号分为:20Hz-800Hz、801Hz-2000Hz、2001Hz-16000Hz、16001Hz-20000Hz多个频率段,对这多个频率段信号分别进行提升或衰减均衡处理,同时频率段划分方法是可以调整的。
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