CN112437384B - 一种录音功能优化系统芯片和耳机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种录音功能优化系统芯片和耳机，该芯片包括第一麦克风、第二麦克风和音频电路；音频电路中的全通滤波器基于第一麦克风和第二麦克风在预定方向上的间隔距离和期望方向，将第一麦克风信号进行延迟处理，得到第一延迟信号，并将其与第二麦克风信号一起传递给合成器，产生输出信号，实现波束成形处理；能够扩大可利用的应用范围，提高响应速度，缩小电路面积，降低噪声，改善录音音质；此外，通过向用户的反馈录音的输出信号，用户实时获知录音质量，进而通过用户操作单元控制全通滤波器延迟特性，动态响应环境噪音的变化，适应了多变的环境状况。

Description

一种录音功能优化系统芯片和耳机

技术领域

本发明涉及音频输出设备领域，尤其涉及一种录音功能优化系统芯片和一种耳机。

背景技术

耳机是一对转换单元，它接受媒体播放器或接收器所发出的电讯号，利用贴近耳朵的扬声器将其转化成可以听到的音波；已成为被广泛使用的音频输出设备，其功能也日趋多元化，能够实现录音功能的耳机就是其中一种。

然而，首先，随着城市的噪音污染越来越严重，在户外或其他噪音较大的环境下，通过耳机录音时会把环境噪音也同时录进去。如果用户对录音品质要求较高，那么混在录音信号当中的环境噪音会对正常的声音信号产生很大的影响。其次，现有的能够实现降噪功能的录音耳机大多缺少动态响应环境噪音方位、频率、音量变化的机制，无法适应多变的环境状况。最后，现有的能够实现降噪功能的录音耳机缺少面向用户的反馈机制，用户无法实时获知当前录音质量，进而不能采取相应的措施。

发明内容

针对现有技术中的上述缺点，本发明提供一种录音功能优化系统芯片，所述芯片内置于具有录音功能的耳机，包括：第一麦克风、第二麦克风和音频电路；第一麦克风，用于接收外部传来的第一输入信号，并传递给音频电路；第二麦克风，用于接收外部传来的第二输入信号，并传递给音频电路；第一麦克风和第二麦克风在预定方向上的间隔距离；

音频电路，包括第一麦克风放大器，第二麦克风放大器，全通滤波器和合成器；第一麦克风放大器，用于接收所述第一输入信号并放大，得到第一中间信号，并传递给全通滤波器；第二麦克风放大器，用于接收所述第二输入信号并放大，得到双精度的第二中间信号，并传递给合成器；

全通滤波器，用于将所述第一中间信号进行规定延迟，得到第一延迟信号，并传递给合成器，所述延迟基于所述间隔距离和期望方向来调整；合成器，用于接收所述第一延迟信号和第二中间信号并合成输出信号。

优选地，所述全通滤波器是模拟全通滤波器

优选地，所述全通滤波器包括双放大器带通滤波器和差分放大器；

优选地，所述双放大器带通滤波器包括第一运算放大器、第二运算放大器、电阻器R1'、电阻器R2'、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3、电容器C1、电容器C2、常规节点、第一反相输入节点、第一同相输入节点、第二同相输入节点和第一输出节点。

优选地，电阻器R1连接在双放大器带通滤波器的输入节点和第二同相输入节点之间；电容器C2连接在第二同相输入节点和地之间；电阻器R2连接在第二同相输入节点和常规节点之间；电容器C1连接在常规节点和第一反相输入节点之间；电阻器R3是连接在第一反相输入节点和第一输出节点之间的反馈电阻器；电阻器R2'连接在输出节点和第一同相输入节点之间；电阻器R1'连接在第一同相输入节点和地之间。

优选地，所述差分放大器包括第三运算放大器、电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6、电阻器R7、第二反相输入节点、第三同相输入节点和第二输出节点。

优选地，电阻器R4连接在输入节点和第二反相输入节点之间；电阻器R6是连接在第二反相输入节点和第二输出节点之间的反馈电阻器；电阻器R5连接在双放大器带通滤波器的第一输出节点和第三同相输入节点之间；电阻器R7连接在第三同相输入节点和地之间。

优选地，电阻器R3和/或电阻器R1为可变电阻器，通过改变其电阻值来改变二阶全通滤波器的品质因数和时延特性。

优选地，所述第一麦克风和第二麦克风分别布置在所述耳机左右两个听筒壳体上。

优选地，还包括调节控制器和输出反馈器，所述调节控制器用于接收用户操作单元的开关信号，来控制输出反馈器的开启和关闭；所述输出反馈器，用于接收所述输出信号并将其传递到所述耳机内置的扬声器。

优选地，所述调节控制器还用于接收所述用户操作单元的多个离散的或连续的控制信号，根据所述控制信号一一对应地调整所述全通滤波器中可变电阻的阻值，来改变所述规定延迟。

优选地，所述用户操作单元设置在所述耳机左听筒壳体或右听筒壳体上。

优选地，所述用户操作单元为旋钮式控制器或滚轮式控制器，所述旋钮式控制器或滚轮式控制器的旋转角度对应所述全通滤波器中可变电阻的阻值。

优选地，所述用户操作单元还具备按键，所述按键用于控制输出反馈器和旋钮式控制器或滚轮式控制器的同时开启和同时关闭。

本发明还提供一种具备录音功能的耳机，所述耳机内置有上述任一种录音功能优化系统芯片。

本发明提出了一种新的录音功能优化系统芯片，该芯片通过在模拟电路中实现波束成形处理；能够减少数字信号处理器产生的处理延迟，能够扩大可利用的应用提高响应速度；由于数字信号处理器的面积变大，本发明则可以缩小电路面积；由于不需要数字信号处理器所需的时钟，本发明可以降低噪声，进而可以改善录音音质。此外，通过向用户的反馈录音输出信号，用户实时获知录音质量，进而通过用户操作单元控制全通滤波器的延迟特性，动态响应环境噪音方位、频率、音量的变化，适应了多变的环境状况。

附图说明

图1为本发明实施例一种录音功能优化系统芯片的模块方框图。

图2为可用于本发明录音功能优化系统芯片的一种全通滤波器的电路图。

其中，第一麦克风-1、第二麦克风-2、第一麦克风放大器-3、第二麦克风放大器-4、合成器-5、录音功能优化系统芯片-100、音频电路-200、全通滤波器-300、输入节点-310、双放大器带通滤波器-320、常规节点-335、第一运算放大器-338、第一反相输入节点-340、第一同相输入节点-345、第二同相输入节点-355、第二运算放大器-358、第一输出节点-360、差分放大器-370、第二反相输入节点-380、第三同相输入节点-385、第三运算放大器-388、第二输出节点-390，电阻器-R1、R1’、R2、R2’、R3、R4、R5、R6、R7，电容器-C1、C2。

具体实施方式

为了应对耳机录音时对多变环境声音降噪的需求；本发明所提供的录音功能优化系统芯片是通过以下技术方案实现的：

实施例1：

本实施例提供一种录音功能优化系统芯片100，如图1，所述芯片内置于具有录音功能的耳机，包括：

第一麦克风1、第二麦克风2和音频电路200；第一麦克风1，用于接收外部传来的第一输入信号Vin1，并传递给音频电路200；第二麦克风2，用于接收外部传来的第二输入信号Vin2，并传递给音频电路200；第一麦克风1和第二麦克风2在预定方向上的间隔距离d；

音频电路200，包括第一麦克风放大器3，第二麦克风放大器4，全通滤波器300和合成器5；第一麦克风放大器3，用于接收所述第一输入信号Vin1并放大，得到第一中间信号Vint1，并传递给全通滤波器200；第二麦克风放大器4，用于接收所述第二输入信号Vin2并放大，得到双精度的第二中间信号Vint2，并传递给合成器5；

全通滤波器200，用于将所述第一中间信号Vint1进行规定延迟，得到第一延迟信号Vdelay1，并传递给合成器5，所述延迟基于所述间隔距离d和期望方向来调整；合成器5，用于接收所述第一延迟信号Vdelay1和第二中间信号Vint2并合成输出信号Vout。

具体地，全通滤波器300是模拟全通滤波器。

具体地，全通滤波器300包括双放大器带通滤波器320和差分放大器370，如图2。

具体地，双放大器带通滤波器320包括第一运算放大器338、第二运算放大器358、电阻器R1’、电阻器R2’、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3、电容器C1、电容器C2、常规节点335、第一反相输入节点340、第一同相输入节点345、第二同相输入节点355和第一输出节点360。

电阻器R1连接在双放大器带通滤波器320的输入节点310和第二同相输入节点355之间；电容器C2连接在第二同相输入节点355和地之间；电阻器R2连接在第二同相输入节点355和常规节点335之间；电容器C1连接在常规节点335和第一反相输入节点340之间；电阻器R3是连接在第一反相输入节点340和第一输出节点360之间的反馈电阻器；电阻器R2’连接在输出节点360和第一同相输入节点345之间；电阻器R1’连接在第一同相输入节点345和地之间。

具体地，差分放大器370包括第三运算放大器388、电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6、电阻器R7、第二反相输入节点380、第三同相输入节点385和第二输出节点390；电阻器R4连接在输入节点310和第二反相输入节点380之间；电阻器R6是连接在第二反相输入节点380和第二输出节点390之间的反馈电阻器；电阻器R5连接在双放大器带通滤波器320的第一输出节点360和第三同相输入节点385之间；电阻器R7连接在第三同相输入节点385和地之间。

具体地，电阻器R4、电阻器R5、电阻器R7的电阻值等于R，并且电阻器R6的电阻值是A×R，其中A是增益,增益A可用于补偿带宽中的增益误差。

差分放大器370放大第二反相输入节点380和第二输出节点390处的电压差。双放大器带通滤波器320的增益为2。因此，当Vint1施加到输入节点310，双放大器带通滤波器320的输出电压是2×Vint1,因此，第三同相输入节点385处的电压V+＝2Vint1·R/(R+R)＝Vint1，由第三同相输入节点385处的电压V+引起的在第二输出节点390处的输出电压Vout+＝V+·(R+A·R)/R＝Vint1(1+A)。

由第二反相节点380处的电压V引起的在输出节点390处的输出电压Vout-＝Vint1·(-A·R/R)＝-A·Vint1。然后，差分放大器370的输出电压Vdelay1＝Vout++Vout-＝Vint1·(1+A)+Vint1·(-A)＝Vint1。因此，全通滤波器300具有1的增益。

电阻器R1’、电阻器R2’的电阻值R’，电容器C1、电容器C2的电容值C和电阻值R可以任意选择。电阻器R1、电阻器R2和电阻器R3的电阻值r1、r2、r3根据以下公式计算：r1＝Q/(2πfrC)，r2＝r3＝r1/Q；采用这种配置，双放大器带通滤波器320可以保持品质因数Q高达150；电阻器R3为可变电阻器，通过改变其电阻值来改变时延特性。电阻器R1为可变电阻器，通过改变其电阻值来同时改变二阶全通滤波器300的品质因数Q和时延特性。

具体地，所述第一麦克风1和第二麦克风2分别布置在所述耳机左右两个听筒壳体上。

具体地，还包括调节控制器和输出反馈器，所述调节控制器用于接收用户操作单元的开关信号，来控制输出反馈器的开启和关闭；所述输出反馈器，用于接收所述输出信号Vout并将其传递到所述耳机内置的扬声器。

具体地，所述调节控制器还用于接收所述用户操作单元的多个离散的或连续的控制信号，根据所述控制信号一一对应地调整所述全通滤波器200中可变电阻的阻值，来改变所述规定延迟。

具体地，所述用户操作单元设置在所述耳机左听筒壳体或右听筒壳体上。

具体地，所述用户操作单元为旋钮式控制器或滚轮式控制器，所述旋钮式控制器或滚轮式控制器的旋转角度对应所述全通滤波器中可变电阻的阻值。

具体地，所述用户操作单元还具备按键，所述按键用于控制输出反馈器和旋钮式控制器或滚轮式控制器的同时开启和同时关闭。

具体地，本发明所提供的录音功能优化系统芯片采用层叠式SIP封装，基于3.0nm制程，可用于各种类型的录音耳机。

实施例2：

本实施例提供一种具备录音功能的耳机，所述耳机内置有上述任一种录音功能优化系统芯片。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在上述实施例的指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种录音功能优化系统芯片，所述芯片内置于具有录音功能的耳机，其特征在于，包括：第一麦克风、第二麦克风和音频电路；其中：

第一麦克风，用于接收外部传来的第一输入信号，并传递给音频电路；第二麦克风，用于接收外部传来的第二输入信号，并传递给音频电路；第一麦克风和第二麦克风在预定方向上的间隔距离；

音频电路，包括第一麦克风放大器，第二麦克风放大器，全通滤波器和合成器；第一麦克风放大器，用于接收所述第一输入信号并放大，得到第一中间信号，并传递给全通滤波器；第二麦克风放大器，用于接收所述第二输入信号并放大，得到第二中间信号，并传递给合成器；

全通滤波器，用于将所述第一中间信号进行规定延迟，得到第一延迟信号，并传递给合成器，所述延迟基于所述间隔距离和期望方向来调整；合成器，用于接收所述第一延迟信号和第二中间信号并合成输出信号；

所述全通滤波器是模拟全通滤波器，包括双放大器带通滤波器和差分放大器；所述双放大器带通滤波器包括第一运算放大器、第二运算放大器、电阻器R1'、电阻器R2'、电阻器R1、电阻器R2、电阻器R3、电容器C1、电容器C2、常规节点、第一反相输入节点、第一同相输入节点、第二同相输入节点和第一输出节点。

2.根据权利要求1所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，电阻器R1连接在双放大器带通滤波器的输入节点和第二同相输入节点之间；电容器C2连接在第二同相输入节点和地之间；电阻器R2连接在第二同相输入节点和常规节点之间；电容器C1连接在常规节点和第一反相输入节点之间；电阻器R3是连接在第一反相输入节点和第一输出节点之间的反馈电阻器；电阻器R2'连接在输出节点和第一同相输入节点之间；电阻器R1'连接在第一同相输入节点和地之间。

3.根据权利要求1所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，所述差分放大器包括第三运算放大器、电阻器R4、电阻器R5、电阻器R6、电阻器R7、第二反相输入节点、第三同相输入节点和第二输出节点。

4.根据权利要求3所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，电阻器R4连接在输入节点和第二反相输入节点之间；电阻器R6是连接在第二反相输入节点和第二输出节点之间的反馈电阻器；电阻器R5连接在双放大器带通滤波器的第一输出节点和第三同相输入节点之间；电阻器R7连接在第三同相输入节点和地之间。

5.根据权利要求4所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，电阻器R3和/或电阻器R1为可变电阻器，通过改变其电阻值来改变二阶全通滤波器的品质因数和时延特性。

6.根据权利要求1所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，所述第一麦克风和第二麦克风分别布置在所述耳机左右两个听筒壳体上。

7.根据权利要求1所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，还包括调节控制器和输出反馈器，所述调节控制器用于接收用户操作单元的开关信号，来控制输出反馈器的开启和关闭；所述输出反馈器，用于接收所述输出信号并将其传递到所述耳机内置的扬声器。

8.根据权利要求7所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，所述调节控制器还用于接收所述用户操作单元的多个离散的或连续的控制信号，根据所述控制信号一一对应地调整所述全通滤波器中可变电阻的阻值，来改变所述规定延迟。

9.根据权利要求7或8所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，所述用户操作单元设置在所述耳机左听筒壳体或右听筒壳体上。

10.根据权利要求7或8所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，所述用户操作单元为旋钮式控制器或滚轮式控制器，所述旋钮式控制器或滚轮式控制器的旋转角度对应所述全通滤波器中可变电阻的阻值。

11.根据权利要求10所述的录音功能优化系统芯片，其特征在于，所述用户操作单元还具备按键，所述按键用于控制输出反馈器和旋钮式控制器或滚轮式控制器的同时开启和同时关闭。

12.一种具备录音功能的耳机，其特征在于，所述耳机内置有权利要求1-11任一项所述的录音功能优化系统芯片。

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