CN109618270B - 麦克风输入偏置校准方法及麦克风偏置装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种麦克风输入偏置校准方法及麦克风偏置装置，获取麦克风采集并输出的音频信号；根据音频信号得到对应的直流偏差信息；根据直流偏差信息得到对应的偏置电压，并将偏置电压输出至麦克风以进行偏置校准。根据麦克风的音频信号得到对应的直流偏差信息，再得到对应的偏置电压，并输出至麦克风以进行偏置校准，从而可以在整个工作过程中持续地进行直流伺服补偿，自动为麦克风提供正确的偏置电压，保证工作稳定性，避免由于设置电容带来的不良影响，另外，无需设置电容也可以起到节约电路成本的目的。

Description

麦克风输入偏置校准方法及麦克风偏置装置

技术领域

本申请涉及音频数据处理领域，特别是涉及一种麦克风输入偏置校准方法及麦克风偏置装置。

背景技术

驻极体麦克风(electret microphone)，又称驻极体话筒，具有体积小，结构简单，电声性能好的优点，因而应用非常广泛。如图1所示，为驻极体麦克风的结构示意图，限流电阻Ra为驻极体麦克风M1提供正常工作所需的偏置，根据限流电阻Ra的具体电阻值以及驻极体麦克风M1的具体型号，麦克风的输出点a的电压值Va可以在0至Vbias的范围内取值。对于运算放大器的输入端b来说，其参考偏置电压为Vref，当b点的电压值Vb与参考偏置电压Vref的偏差较大时，该点直流偏移会被运算放大器放大，从而使得信号通路直流饱和，导致电路无法正常工作。

现有技术通过在限流电阻Ra与输入端b之间设置电容Ca来解决上述问题，电容Ca可以用于隔离电压值Va对电压值Vb的影响，使得电压值Vb可以获得正确的偏置电压，以保证电路正常工作。然而，电容Ca串接于驻极体麦克风M1的信号输入通路上会导致低频段的通频带缩窄，同时也会引入额外的相位失真，从而对M1的工作性能产生影响。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术存在的问题，提供一种无需设置电容也能保证电路正常工作的麦克风输入偏置校准方法及麦克风偏置装置。

一种麦克风输入偏置校准方法，包括：

获取麦克风采集并输出的音频信号；

根据所述音频信号得到对应的直流偏差信息；

根据所述直流偏差信息得到对应的偏置电压，并根据所述偏置电压对所述麦克风输出的音频信号进行偏置校准。

在其中一个实施例中，根据所述音频信号得到对应的直流偏差信息，包括以下步骤：

放大所述音频信号；

对放大后的音频信号进行模数转换处理，得到数字音频数据；

根据所述数字音频数据得到对应的所述直流偏差信息。

在其中一个实施例中，根据所述数字音频数据得到对应的所述直流偏差信息，包括以下步骤：

采集所述数字音频数据的实时数据值；

计算所述实时数据值与预设目标偏置值的实时差值；

根据所述实时差值以及预设计算系数，得到对应的直流偏差信息。

在其中一个实施例中，所述预设计算系数包括：第一计算系数、第二计算系数、第三计算系数及第四计算系数；

根据所述实时差值以及预设计算系数，得到对应的直流偏差信息，包括以下步骤：

计算所述第一计算系数与所述实时差值的乘积，得到第一计算结果；

计算所述实时差值的积分值，并计算所述第二计算系数与所述积分值的乘积，得到第二计算结果；

计算所述实时差值与前一实时差值的相邻差值，并计算所述第三计算系数与所述相邻差值的乘积，得到第三计算结果；

计算所述第一计算结果、所述第二计算结果及所述第三计算结果的总和，并计算所述第四计算系数与所述总和的乘积，得到对应的直流偏差信息。

在其中一个实施例中，根据所述偏置电压对所述麦克风输出的音频信号进行偏置校准之后，还包括：

根据偏置校准结果调整用于计算所述直流偏差信息的预设计算参数。

在其中一个实施例中，根据偏置校准结果调整用于计算所述直流偏差信息的预设计算参数，包括以下步骤：

当所述偏置校准结果在所述预设参考范围内时，调整所述预设计算参数，以使得偏置环路稳定；

当所述偏置校准结果不在所述预设参考范围内时，调整所述预设计算参数，以使得所述偏置环路收敛。

一种麦克风偏置装置，包括：运算放大器、模数转换器、运算模块及数模转换器；

所述运算放大器的输入端与麦克风的音频信号输出端连接，所述运算放大器的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述运算模块的输入端连接，所述运算模块的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述麦克风的音频信号输出端连接；

所述麦克风采集并输出音频信号，所述运算放大器放大所述音频信号并输出，所述模数转换器对放大后的音频信号进行模数转换处理，得到数字音频数据并输出，所述运算模块根据所述数字音频数据得到对应的直流偏差信息并输出，所述数模转换器对所述直流偏差信息进行数模转换得到对应的偏置电压，并输出所述偏置电压以对所述麦克风输出的音频信号进行偏置校准。

在其中一个实施例中，所述运算模块根据偏置校准结果调整用于计算所述直流偏差信息的预设计算参数。

在其中一个实施例中，还包括设置在所述数模转换器的输出端与所述麦克风的音频信号输出端之间的偏置电阻。

在其中一个实施例中，还包括第二电阻及第三电阻；

所述第二电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第二电阻的另一端用于接收参考信号；

所述第三电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述运算放大器的输出端连接。

上述麦克风输入偏置校准方法及麦克风偏置装置，获取麦克风采集并输出的音频信号；根据音频信号得到对应的直流偏差信息；根据直流偏差信息得到对应的偏置电压，并将偏置电压输出至麦克风以进行偏置校准。根据麦克风的音频信号得到对应的直流偏差信息，再得到对应的偏置电压，并输出至麦克风以进行偏置校准，从而可以在整个工作过程中持续地进行直流伺服补偿，自动为麦克风提供正确的偏置电压，保证工作稳定性，避免由于设置电容带来的不良影响，另外，无需设置电容也可以起到节约电路成本的目的。

附图说明

图1为现有技术中驻极体麦克风的结构示意图；

图2为一个实施例中麦克风输入偏置校准方法的流程示意图；

图3为一个实施例中根据音频信号得到对应的直流偏差信息的流程示意图；

图4为一个实施例中根据数字音频数据得到对应的直流偏差信息的流程示意图；

图5为另一个实施例中麦克风输入偏置校准方法的流程示意图；

图6为一个实施例中麦克风偏置装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图2所示，提供一种麦克风输入偏置校准方法，以该方法应用于麦克风偏置装置为例，该方法包括以下步骤：

步骤S100，获取麦克风采集并输出的音频信号。

麦克风偏置装置在对相连的麦克风进行偏置校准时，麦克风输入至该麦克风偏置装置的信号即麦克风采集的音频信号，因此，麦克风偏置装置首先需要获取麦克风采集并输出的音频信号，该音频信号为模拟信息数据。

步骤S200，根据音频信号得到对应的直流偏差信息。

麦克风偏置装置在获取到麦克风输出的音频信号之后，为了对该音频信号进行偏置校准，首先需要得到该音频信号对应的直流偏差信息。具体可以是将模拟信息数据转换为数字信息数据，再根据该数字信息数据进行计算，得到对应的数字运算数据，该数字运算数据即直流偏差信息。

步骤S300，根据直流偏差信息得到对应的偏置电压，并根据偏置电压对麦克风输出的音频信号进行偏置校准。

在得到音频信号对应的直流偏差信息后，由于该直流偏差信息为数字运算数据，因此可以将该直流偏差信息转换为模拟反馈数据，即对应的偏置电压，偏置电压为持续的非线性反馈信号，再根据该偏置电压对麦克风输出的音频信号进行偏置校准，具体可以是将偏置电压输出至麦克风的音频信号输出端。

本实施例提供一种麦克风输入偏置校准方法，根据麦克风的音频信号得到对应的直流偏差信息，再得到对应的偏置电压，并输出至麦克风以进行偏置校准，从而可以在整个工作过程中持续地进行直流伺服补偿，自动为麦克风提供正确的偏置电压，保证工作稳定性，避免由于设置电容带来的不良影响，另外，无需设置电容也可以起到节约电路成本的目的。

在一个实施例中，如图3所示，根据音频信号得到对应的直流偏差信息，包括以下步骤：

步骤S210，放大音频信号。在获取到麦克风输出的音频信号后，可以先对该音频信号进行放大，具体可以是进行一级放大，也可以是进行多级放大。

步骤S220，对放大后的音频信号进行模数转换处理，得到数字音频数据。由于音频信号为模拟信息数据，在对音频信号进行放大后，得到的仍为模拟信息数据，因此，进一步对放大后的音频信号进行模数转换处理，即对放大后的模拟信息数据进行数字量化处理，形成数字信息数据，即数字音频数据。

步骤S230，根据数字音频数据得到对应的直流偏差信息。在得到数字音频数据后，根据数字音频数据进行运算，得到数字运算数据，即直流偏差信息。

在一个实施例中，如图4所示，根据数字音频数据得到对应的直流偏差信息，包括以下步骤：

步骤S232，采集数字音频数据的实时数据值；

步骤S234，计算实时数据值与预设目标偏置值的实时差值；

步骤S236，根据实时差值以及预设计算系数，得到对应的直流偏差信息。

具体地，设定数字音频数据的实时数据值为S，预设目标偏置值为M，实时数据值S与目标偏置值M的实时差值为Q，则实时差值Q可以通过以下公式计算得到：

Q_n＝S_n-M

其中，n为表示序号的整数。

在计算得到实时差值Q之后，根据实时差值Q以及预设计算系数计算得到对应的直流偏差信息。

在一个实施例中，预设计算系数包括：第一计算系数、第二计算系数、第三计算系数及第四计算系数；步骤S236，根据实时差值以及预设计算系数，得到对应的直流偏差信息，包括以下步骤：

计算第一计算系数与实时差值的乘积，得到第一计算结果；计算实时差值的积分值，并计算第二计算系数与积分值的乘积，得到第二计算结果；计算实时差值与前一实时差值的相邻差值，并计算第三计算系数与相邻差值的乘积，得到第三计算结果；计算第一计算结果、第二计算结果及第三计算结果的总和，并计算第四计算系数与总和的乘积，得到对应的直流偏差信息。

具体地，设定第一计算系数为K₁，第二计算系数为K₂，第三计算系数为K₃，第四计算系数为K₄，第一计算结果为A，第二计算结果为B，第三计算结果为C，直流偏差信息为D，则直流偏差信息D可以通过以下公式计算得到：

A_n＝K₁*Q_n

C_n＝K₃*(Q_n-Q_n-1)

D_n＝K₄*(A_n+B_n+C_n)

在一个实施例中，如图5所示，根据偏置电压对麦克风输出的音频信号进行偏置校准之后，该麦克风输入偏置校准方法还包括：

步骤S400，根据偏置校准结果调整用于计算直流偏差信息的预设计算参数。

具体地，设定用于对麦克风输出的音频信号进行偏置校准的偏置电压为第一偏置电压，在获取经由第一偏置电压偏置校准后的音频信号后，经过对偏置校准后的音频信号进行放大以及模数转换处理后，可以得到与第一偏置电压相关的第二偏置电压，根据第二偏置电压调整用于计算直流偏差信息的预设计算参数。

在一个实施例中，根据偏置校准结果调整用于计算直流偏差信息的预设计算参数，包括以下步骤：

当偏置校准结果在预设参考范围内时，调整预设计算参数，以使得偏置环路稳定；当偏置校准结果不在预设参考范围内时，调整预设计算参数，以使得偏置环路收敛。

具体地，以第二偏置电压作为表征偏置校准结果的参数，当所述第二偏置电压在预设参考范围内时，可以认为偏差较小，此时可以通过对预设计算参数进行微调，以使得偏置环路更加稳定；当所述第二偏置电压不在预设参考范围内时，可以认为偏差较大，此时可以通过对预设计算参数进行粗调，以使得偏置环路更加收敛。

应该理解的是，虽然图2-5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2-5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图6所示，提供一种麦克风偏置装置，该装置包括：运算放大器100、模数转换器200、运算模块300及数模转换器400。

运算放大器100的输入端与麦克风M1的音频信号输出端连接，运算放大器100的输出端与模数转换器200的输入端连接，模数转换器200的输出端与运算模块300的输入端连接，运算模块300的输出端与数模转换器400的输入端连接，数模转换器400的输出端与麦克风M1的音频信号输出端连接。

麦克风M1采集并输出音频信号，该音频信号经由运算放大器100的同相输入端输入至运算放大器100，运算放大器100放大音频信号并输出，模数转换器200对放大后的音频信号进行模数转换处理，得到数字音频数据并输出，运算模块300根据数字音频数据得到对应的直流偏差信息并输出，数模转换器400对直流偏差信息进行数模转换得到对应的偏置电压，并输出偏置电压以对麦克风输出的音频信号进行偏置校准。

本实施例提供一种麦克风偏置装置，根据麦克风的音频信号得到对应的直流偏差信息，再得到对应的偏置电压，并输出至麦克风以进行偏置校准，从而可以在整个工作过程中持续地进行直流伺服补偿，自动为麦克风提供正确的偏置电压，保证工作稳定性，避免由于设置电容带来的不良影响，另外，无需设置电容也可以起到节约电路成本的目的。

在一个实施例中，运算模块300的实现类型包括数字逻辑电路、运算芯片及运算软件。

在一个实施例中，运算放大器100为高增益运算放大器，运算放大器100后面可以再介入第二级高增益运算放大器、第三级高增益运算放大器等，可根据实际需求介入一定数量的高增益运算放大器，从而实现对音频信号的多级放大。

在一个实施例中，运算模块300根据偏置校准结果调整用于计算直流偏差信息的预设计算参数。

具体地，当偏置校准结果在预设参考范围内时，调整预设计算参数，以使得偏置环路稳定；当偏置校准结果不在预设参考范围内时，调整预设计算参数，以使得偏置环路收敛。

在一个实施例中，参考图6，麦克风偏置装置还包括设置在数模转换器400的输出端与麦克风M1的音频信号输出端之间的偏置电阻R1。

在一个实施例中，参考图6，麦克风偏置装置还包括第二电阻R2及第三电阻R3。

第二电阻R2的一端与运算放大器100的反相输入端连接，第二电阻R2的另一端用于接收参考信号；第二电阻R2为电流电阻，其阻值可根据数模转换器400的电压值实时调整，第二电阻R2接收的参考信号作为运算放大器100的参考电压。

第三电阻R3的一端与运算放大器100的反相输入端连接，第三电阻R3的另一端与运算放大器100的输出端连接。

在一个实施例中，麦克风偏置装置的工作流程如下：

(1)麦克风M1采集声音信号，形成交流信号，即音频信号，并输出至运算放大器100的同相输入端。

(2)运算放大器100对该音频信号进行放大，当只存在一个运算放大器时，即对该音频信号进行一级放大；当存在多个运算放大器时，即对该音频信号进行多级放大，可以根据实际需求进行调整。运算放大器100对该音频信号进行放大后，将放大后的音频信号输出至模数转换器200。

(3)模数转换器200对放大后的音频信号进行模数转换处理，得到数字音频数据。由于音频信号为模拟信息数据，在运算放大器100对音频信号进行放大后，得到的仍为模拟信息数据，因此，模数转换器200进一步对放大后的音频信号进行模数转换处理，即对放大后的模拟信息数据进行数字量化处理，形成数字信息数据，即数字音频数据，并将数字音频数据输出至运算模块300。

(3)运算模块300根据数字音频数据得到对应的直流偏差信息。在模数转换器200通过模数转换处理得到数字音频数据后，运算模块300通过以下步骤得到数字运算数据(直流偏差信息)：采集数字音频数据的实时数据值；计算实时数据值与预设目标偏置值的实时差值；根据实时差值以及预设计算系数，得到对应的直流偏差信息。

具体地，设定数字音频数据的实时数据值为S，预设目标偏置值为M，实时数据值S与目标偏置值M的实时差值为Q，则实时差值Q可以通过以下公式计算得到：

Q_n＝S_n-M

其中，n为表示序号的整数。

预设计算系数包括：第一计算系数、第二计算系数、第三计算系数及第四计算系数。上述过程中，根据实时差值以及预设计算系数，得到对应的直流偏差信息，包括以下步骤：计算第一计算系数与实时差值的乘积，得到第一计算结果；计算实时差值的积分值，并计算第二计算系数与积分值的乘积，得到第二计算结果；计算实时差值与前一实时差值的相邻差值，并计算第三计算系数与相邻差值的乘积，得到第三计算结果；计算第一计算结果、第二计算结果及第三计算结果的总和，并计算第四计算系数与总和的乘积，得到对应的直流偏差信息。

具体地，设定第一计算系数为K₁，第二计算系数为K₂，第三计算系数为K₃，第四计算系数为K₄，第一计算结果为A，第二计算结果为B，第三计算结果为C，直流偏差信息为D，则直流偏差信息D可以通过以下公式计算得到：

A_n＝K₁*Q_n

C_n＝K₃*(Q_n-Q_n-1)

D_n＝K₄*(A_n+B_n+C_n)

在得到直流偏差信息后，运算模块300将该直流偏差信息输出至数模转换器400。

(4)数模转换器400对直流偏差信息进行数模转换得到对应的偏置电压，并输出偏置电压至麦克风M1的音频信号输出端以对麦克风M1输出的音频信号进行偏置校准。

(5)运算模块300根据偏置校准结果调整用于计算直流偏差信息的预设计算参数。设定数模转换器400输出的、用于对麦克风输出的音频信号进行偏置校准的偏置电压为第一偏置电压，在运算放大器100对偏置校准后的音频信号进行放大处理、模数转换器200对处理结果进行模数转换处理后，运算模块300得到与第一偏置电压相关的第二偏置电压，并根据第二偏置电压调整用于计算直流偏差信息的预设计算参数。具体地，当所述第二偏置电压在预设参考范围内时，可以认为偏差较小，此时可以通过对预设计算参数进行微调，以使得偏置环路更加稳定；当所述第二偏置电压不在预设参考范围内时，可以认为偏差较大，此时可以通过对预设计算参数进行粗调，以使得偏置环路更加收敛。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种麦克风输入偏置校准方法，其特征在于，包括：

获取麦克风采集并输出的音频信号；

放大所述音频信号，对放大后的音频信号进行模数转换处理，得到数字音频数据；

采集所述数字音频数据的实时数据值；

计算所述实时数据值与预设目标偏置值的实时差值；

根据所述实时差值以及预设计算系数，得到对应的直流偏差信息；

根据所述直流偏差信息得到对应的偏置电压，并根据所述偏置电压对所述麦克风输出的音频信号进行偏置校准。

2.根据权利要求1所述的麦克风输入偏置校准方法，其特征在于，所述音频信号为模拟信息数据；所述对放大后的音频信号进行模数转换处理，得到数字音频数据，包括：

对所述放大后的模拟信息数据进行数字量化处理，形成数字信息数据，得到数字音频数据。

3.根据权利要求1所述的麦克风输入偏置校准方法，其特征在于，所述预设计算系数包括：第一计算系数、第二计算系数、第三计算系数及第四计算系数；

根据所述实时差值以及预设计算系数，得到对应的直流偏差信息，包括以下步骤：

计算所述第一计算系数与所述实时差值的乘积，得到第一计算结果；

计算所述实时差值的积分值，并计算所述第二计算系数与所述积分值的乘积，得到第二计算结果；

计算所述实时差值与前一实时差值的相邻差值，并计算所述第三计算系数与所述相邻差值的乘积，得到第三计算结果；

计算所述第一计算结果、所述第二计算结果及所述第三计算结果的总和，并计算所述第四计算系数与所述总和的乘积，得到对应的直流偏差信息。

4.根据权利要求1所述的麦克风输入偏置校准方法，其特征在于，根据所述偏置电压对所述麦克风输出的音频信号进行偏置校准之后，还包括：

根据偏置校准结果调整用于计算所述直流偏差信息的预设计算参数。

5.根据权利要求4所述的麦克风输入偏置校准方法，其特征在于，根据偏置校准结果调整用于计算所述直流偏差信息的预设计算参数，包括以下步骤：

当所述偏置校准结果在预设参考范围内时，调整所述预设计算参数，以使得偏置环路稳定；

当所述偏置校准结果不在所述预设参考范围内时，调整所述预设计算参数，以使得所述偏置环路收敛。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放大音频信号的放大方式为一级放大或多级放大。

7.一种麦克风偏置装置，其特征在于，包括：运算放大器、模数转换器、运算模块及数模转换器；

所述运算放大器的输入端与麦克风的音频信号输出端连接，所述运算放大器的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述运算模块的输入端连接，所述运算模块的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述麦克风的音频信号输出端连接；

所述麦克风采集并输出音频信号，所述运算放大器放大所述音频信号并输出，所述模数转换器对放大后的音频信号进行模数转换处理，得到数字音频数据并输出，所述运算模块根据采集所述数字音频数据的实时数据值，计算所述实时数据值与预设目标偏置值的实时差值，根据所述实时差值以及预设计算系数得到对应的直流偏差信息并输出，所述数模转换器对所述直流偏差信息进行数模转换得到对应的偏置电压，并输出所述偏置电压以对所述麦克风输出的音频信号进行偏置校准。

8.根据权利要求7所述的麦克风偏置装置，其特征在于，所述运算模块根据偏置校准结果调整用于计算所述直流偏差信息的预设计算参数。

9.根据权利要求7所述的麦克风偏置装置，其特征在于，还包括设置在所述数模转换器的输出端与所述麦克风的音频信号输出端之间的偏置电阻。

10.根据权利要求7所述的麦克风偏置装置，其特征在于，还包括第二电阻及第三电阻；

所述第二电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第二电阻的另一端用于接收参考信号；

所述第三电阻的一端与所述运算放大器的反相输入端连接，所述第三电阻的另一端与所述运算放大器的输出端连接。

Images