CN114172530B - 一种近距离无啸叫对讲机和对讲系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种近距离无啸叫对讲机和对讲系统,其中,近距离无啸叫对讲机包括第一设备和接收第一设备拾音信号的第二设备,第一设备包括壳体和设置于中心位置的麦克风;壳体包括前腔体和后腔体,前腔体和后腔体表面分别分布拾音孔和空气导流孔,空气导流孔与麦克风和拾音孔对应设置,前腔体、后腔体和麦克风共同形成超心性强指向性拾音器;第二设备包括外壳、电路模块和音频输出模块,电路模块接收第一设备的拾音信号和外部输入对讲信号,并将输入信号啸叫处理后输出;近距离无啸叫对讲系统至少包括2个近距离无啸叫对讲机,分别作为主机和子机。本发明使对讲机在微近距离场景语音对话中不会因回声和混响引起啸叫和噪音干扰。
Description
技术领域
本发明涉及一种对讲机技术领域,具体的涉及一种近距离无啸叫对讲机和对讲系统。
背景技术
目前,在音频设备中,由于音频设备的采集方式等因素,导致采集到的音频信号存在啸叫。例如,在扩音系统中,麦克风接收的音频信号经功率放大器放大后由扬声器输出,输出的信号经过反射和/或折射可能重新被麦克风接收,形成正反馈回路。根据奈奎斯特稳定判据可知,一些频点可能会产生均匀振荡,导致扩音系统的音频信号的功率不断增大,系统不稳定,可能产生声反馈啸叫现象。从而导致音频设备发出令人不悦的声音,音频信号质量低,影响用户体验。并且,回声反馈啸叫现象严重时还可能会损坏音频设备,如烧毁功率放大器和/或扬声器的中高音单元等。特别是在对讲系统的对讲发端和对讲收端的距离过近时。收端播放的语音就有可能反馈至对讲发端形成语音回路,引起自激,进而导致产生啸叫。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足,提供了一种近距离无啸叫对讲机和对讲系统,从结构和电路两部分的改进入手,使对讲机在微近距离场景语音对话中实现高品质传输,且不会因回声和混响引起啸叫和噪音干扰,满足特殊微近距离的语音对讲通话聆听要求。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是:本发明的第一方面提供了一种近距离无啸叫对讲机,至少包括第一设备,以及接收第一设备拾音信号和外部输入对讲信号的第二设备,所述第一设备至少包括壳体和设置于第一设备中心位置的麦克风;所述壳体包括设置在麦克风前后侧的前腔体和后腔体,所述前腔体的前表面分布若干拾音孔,所述后腔体的后表面分布若干空气导流孔,所述空气导流孔与麦克风和拾音孔对应设置;所述第二设备至少包括外壳、设置于外壳内部的电路模块和音频输出模块,所述电路模块用于接收第一设备的拾音信号和外部输入对讲信号,并用于对拾音信号和/或外部输入对讲信号进行啸叫处理,从而将处理后的拾音信号作为外部输出对讲信号输出,以及,将处理后的外部输入对讲信号输出至音频输出模块。
麦克风、前腔体和后腔体空气导流孔共同形成超心性强指向性拾音器。
进一步的,所述空气导流孔为倒梯形通孔,均匀环绕在所述麦克风对应后腔体位置的周长方向,呈完全对称分布。
进一步的,所述前腔体内嵌加重块,且前腔体内设有吸音棉。
进一步的,所述麦克风为驻极体麦克风。
进一步的,所述第一设备的指向性系数ρ=0.25+0.75cosθ,其拾音角度范围为轴向105°(-3db)和轴向141°(-6db)。
进一步的,所述电路模块至少包括耦接的带通放大单元、回声消除单元和音频放大单元,所述带通放大单元用于耦接第一设备输出的语音信号,并对语音信号进行放大和滤波后输出至回声消除单元;所述回声消除单元的输入端分别耦接输入的外部输入对讲信号和带通放大单元的的语音输出信号,所述回声消除单元用于对输入的语音信号进行回声消除,并对外输出外部输出对讲信号,以及,基于外部输入对讲信号,控制外部输出对讲信号电平;所述音频放大单元的输入端也用于耦接输入的外部输入对讲信号,并将外部输入对讲信号放大和带通滤波后输出至音频输出模块。
进一步的,所述基于输入的外部对讲信号,控制外部输出对讲信号电平,具体包括:所述回声消除单元若检测到有外部输入对讲信号,则降低外部输出对讲信号电平幅度。
进一步的,所述语音信号带通放大单元至少包括运算放大器,与运算放大器的输出端耦接的滤波电容,以及,与运算放大器并联的反馈电容,所述滤波电容和反馈电容分别用于低频滤波和高频滤波。
进一步的,所述音频放大单元至少包括音频功率放大器,与音频功率放大器的输入端和输出端分别耦接的第一滤波电容和第二滤波电容,所述第一滤波电容和第二滤波电容用于滤波。
本发明的第二方面提供了一种近距离无啸叫对讲系统,至少包括2个如权利要求1-9任一项所述的近距离无啸叫对讲机,其中,一个近距离无啸叫对讲机用于耦接外部电源作为主机,其余近距离无啸叫对讲机作为子机,所述主机与子机之间通过对讲信号线连接,所述对讲信号线至少用于传输主机的对外输出对讲信号和子机的对外输出对讲信号,以及,用于主机为子机提供电源。
本发明的有益效果是:
1、拾音体前腔设置吸音棉加减少低频风噪,以及,设置内嵌金属加重块,降低低频共振。
2、单指向驻极体麦克风设置于拾音器中心位置,对应驻极体麦克风的后腔体设置空气导流孔,与前腔共同形成声波滤波器,单指向驻极体麦克风、前腔体和后腔体空气导流孔共同形成超心性强指向性拾音器。
3、整体兼顾了语音通话清晰度与噪声抑制,设计语音信号滤波器,同时避免近讲效应的自激啸叫。
4、通过电路对输入信号进行回声、噪音和静噪处理,减少高频尖锐的回馈啸叫和刺耳噪声,减少低频的回声避免近讲效应和啸叫,以及避免扬声器的放音被拾取后回授给对方引起环路反馈的啸叫发生声。
附图说明
图1为本发明实施例近距离无啸叫对讲机的结构示意图1;
图2为本发明实施例近距离无啸叫对讲机的结构示意图2;
图3为本发明实施例近距离无啸叫对讲机的第一设备示意图;
图4为本发明实施例近距离无啸叫对讲机的第一设备的后侧示意图;
图5为本发明实施例的第一设备的剖面示意图;
图6为本发明实施例的第一设备的前腔体的后侧示意图;
图7为本发明实施例的超心型性强指向性拾音器指向性测试结果;
图8为本发明实施例的超心型性强指向性拾音器灵敏度测试结果;
图9为本发明实施例的第二设备结构示意图;
图10为本发明实施例的第二设备内部结构示意图;
图11为本发明实施例的电路模块原理示意图;
图12为本发明实施例的带通放大单元原理图;
图13为本发明实施例的回声消除单元原理示意图;
图14为本发明实施例的音频放大单元原理示意图;
图15为本发明实施例的近距离无啸叫对讲系统示意图;
图中,1-第一设备;11-壳体;111-前腔体;111-1-拾音孔;111-2-加重块;111-3-吸音棉;112-后腔体;112-1-空气导流孔;112-2-信号线通孔;112-3-支撑杆安装孔1;112-4-支撑杆安装孔2;12-麦克风;2-第二设备;21-外壳;211-扬声孔;22-电路模块;221-调节旋钮;23-音频输出模块;24-电源接口;25-支撑杆连接模块;3-语音信号线;4-支撑杆;5-对讲信号线。
具体实施方式
为了便于本领域人员更好的理解本发明,下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明,下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
如图1所示,为本实施例所述的一种近距离无啸叫对讲机的示意图,包括第一设备1,以及与第一设备1连接的用于接收第一设备1语音信号的第二设备2。
在本发明的一个实施例中,第一设备1和第二设备2通过语音信号线3连接,第一设备1用于拾取人说话的语音信号,通过语音信号线3将语音信号输出至第二设备2进行信号处理后,做为外部输出对讲信号输出。
在本发明的一个实施例中,第一设备1和第二设备2之前还设置有可拆装的支撑杆4,通过可拆装支撑杆4,可调整第一设备和第二设备的相对距离,更方便使用。如图2所示,支撑杆4和第二设备2可拆装连接在第二设备2的外壳21内部,支撑杆4的一端设有卡接弯头,和第一设备1卡接。语音信号线3通过扎线带固定在支撑杆4上。
如图3所示,第一设备1包括壳体11和设置于第一设备1中心位置的麦克风12;壳体11包括分别设置在麦克风12前后侧的前腔体111和后腔体112,前腔体111表面分布若干拾音孔111-1。如图4所示,后腔体112表面设有对应麦克风12与拾音孔111-1设置的若干空气导流孔112-1,前腔体、后腔体和麦克风共同形成超心性强指向性拾音器。
在本发明的一个实施例中,空气导流孔112-1为图4所示的类梯形形状的通孔,均匀环绕在麦克风12对应在后腔体112位置的周长方向,呈完全对称分布。
在本发明的一个实施例中,如图5的第一设备11的剖视图和图6的前腔体111后侧示意图所示,前腔体111内嵌2个金属加重块111-2,降低低频共振。
并且如图5和图6所示,前腔体111还设有吸音棉111-3,减少低频风噪。空气导流孔112-1和前腔体111共同构成了声学滤波器。
在本发明的一个实施例中,麦克风12选用单指向驻极体麦克风。驻极体麦克风内置于第一设备1的中心位置,与前腔体111、后腔体112共同形成超心型性强指向性拾音器。
在本发明的一个实施例中,指向性系数为ρ=0.25+0.75cosθ,其拾音角度范围为轴向105°(-3db)-轴向141°(-6db),因此得到指向性系数为6db。对其测试得到的指向性和灵敏度分别如图7和图8所示。
如图9的第二设备2结构示意图和图10的第二设备内部结构示意图所示,第二设2备至少包括外壳21、设置于外壳21内部的电路模块22和音频输出模块23。
在一些实施方式中,支撑杆4和第二设备2通过设置于外壳21内部的支撑杆连接模块25与第二设备2连接。
电路模块的原理示意图如图11所示。电路模块22用于接收并处理第一设备1的拾音信号和外部输入对讲信号,并对拾音信号和/或外部输入对讲信号进行回声、噪声和静噪处理,从而将处理后的拾音信号作为外部输出对讲信号输出,以及,将处理后的外部输入对讲信号输出至音频输出模块。
如图12的带通放大单元的原理图所示,语音信号由驻极体麦克风拾音后由IO9接口输入给带通放大单元的IC4A运算放大器放大,该放大器的电压增益GV1设计为41.2db:其中,GV1=20log R12/R10+R13=20log 910K/6.8K+1.1K=20log115=41.2db。
驻极体麦克风拾取的毫伏级信号放大后送入图13所示的回声消除单元的做回声处理。图13中的IC3为DSP处理电路,主要用于回声消除和对讲信号电平处理。
在本发明的一个实施例中,运算放大器IC4A输出的信号经滤波电容C36交流耦合给DSP IC3。滤波电容C36取值47nF,对于低频100Hz的信号较整机中心频率1000Hz有20db的衰减,形成输入电路的低通滤波器,减少低频常见的回声,避免近讲效应和啸叫。同时,运算放大器IC4A的并联的反馈电容C29取值820pF,对于高频10000Hz的信号较整机中心频率1000Hz有20db的衰减,形成输入电路的高通滤波器,减少高频尖锐的回馈啸叫和刺耳的噪声。
如图14所示,为音频放大单元的原理示意图,IO2接口AUDIO-IN的外部输入对讲信号经由VR1B音量控制器控制大小后的音频交流信号经由电容C23送入IC2音频功率放大器放大。
在本发明的一个实施例中,调节旋钮221对应电路模块中的VR1B音量控制器,实现电源开关和音量控制。
在本发明的一个实施例中,电容C23做为第一电容取值47nf,构成高通滤波器,对于低频100Hz的信号较整机中心频率1000Hz有20db的衰减,音频功率放大器IC2的功率增益GV2设计为25.7dB。GV1=10log R7/6=10log820K/2.2k=10log372.8=25.7db
在本发明的一个实施例中,电容C17做为第二电容取值100uF,对于低频100HZ较之于中心频率1000Hz同样有20db的增益衰减,该带通特性直接加载于负载喇叭,抑制低频声压能量,减小驻极体麦克风的回声拾取。
在本发明的一个实施例中,音频输出模块23为4欧姆喇叭。另外,还设有二极接口,阻抗为8-32欧姆。对应音频输出模块23的位置,第二设备的前表面还设有通孔,用于声音传递。
在一些实施方式中,第二设备2还设有电源接口24,用于耦接外部电源,并将输入的外部电源用于电路模块供电,以及,对外为其他对讲机供电。
本发明还提出的一种近距离无啸叫对讲系统,如图15所示。至少包括2个如上述近距离无啸叫对讲机,其中,至少一个近距离无啸叫对讲机用于耦接外部电源作为主机,其余为子机,主机与子机之间通过对讲信号线5连接,对讲信号线5用于传输主机的对外输出对讲信号和子机的对外输出对讲信号,以及,用于主机为子机提供电源。
在本发明的一个实施例中,A作为主机,B作为子机,A和B之间通过对讲信号线5进行连接,用于互相传输对讲信号,并且也通过对讲信号线5,A为B提供电源。A和B均具有麦克风12,支撑杆4、音频输出模块23、电路模块22、等,A比B多设有电源接口24,用于作为外部供电接口。使对讲机在近距离、无障碍的场景语音对话中,实现高品质传输且不受混响回声和噪声的干扰。甚至是在扬声器和麦克风面对面贴紧距离的情况下也不会产生啸叫。
以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式,本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进,这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种近距离无啸叫对讲机,其特征在于,至少包括第一设备,以及接收第一设备拾音信号和外部输入对讲信号的第二设备,
所述第一设备至少包括壳体和设置于第一设备中心位置的麦克风;
所述壳体包括设置在麦克风前后侧的前腔体和后腔体,所述前腔体的前表面分布若干拾音孔,所述后腔体的后表面分布若干空气导流孔,所述空气导流孔与麦克风和拾音孔对应设置,其中,所述空气导流孔为倒梯形通孔,均匀环绕在所述麦克风对应后腔体位置的周长方向,呈完全对称分布;所述前腔体内嵌加重块,且前腔体内设有吸音棉;
所述第二设备至少包括外壳、设置于外壳内部的电路模块和音频输出模块,所述电路模块用于接收第一设备的拾音信号和外部输入对讲信号,并用于对拾音信号和/或外部输入对讲信号进行啸叫处理,从而将处理后的拾音信号作为外部输出对讲信号输出,以及,将处理后的外部输入对讲信号输出至音频输出模块。
2.根据权利要求1所述的近距离无啸叫对讲机,其特征在于,所述麦克风为驻极体麦克风。
3.根据权利要求1-2任一项所述的近距离无啸叫对讲机,其特征在于,所述第一设备的指向性系数ρ=0.25+0.75cosθ,其拾音角度范围为轴向105°-轴向141°。
4.根据权利要求3所述的近距离无啸叫对讲机,其特征在于,所述电路模块至少包括耦接的带通放大单元、回声消除单元和音频放大单元,
所述带通放大单元用于耦接第一设备输出的语音信号,并对语音信号进行放大和滤波后输出至回声消除单元;
所述回声消除单元的输入端分别耦接输入的外部输入对讲信号和带通放大单元的语音输出信号,所述回声消除单元用于对输入的语音信号进行回声消除,并对外输出外部输出对讲信号,以及,基于外部输入对讲信号,控制外部输出对讲信号电平;
所述音频放大单元的输入端也用于耦接输入的外部输入对讲信号,并将外部输入对讲信号放大和带通滤波后输出至音频输出模块。
5.根据权利要求4所述的近距离无啸叫对讲机,其特征在于,所述基于外部输入对讲信号,控制外部输出对讲信号电平,具体包括:所述回声消除单元若检测到有外部输入对讲信号,则降低外部输出对讲信号电平幅度。
6.根据权利要求4所述的近距离无啸叫对讲机,其特征在于,所述带通放大单元至少包括运算放大器,与运算放大器的输出端耦接的滤波电容,以及,与运算放大器并联的反馈电容,所述滤波电容和反馈电容分别用于低频滤波和高频滤波。
7.根据权利要求4所述的近距离无啸叫对讲机,其特征在于,所述音频放大单元至少包括音频功率放大器,与音频功率放大器的输入端和输出端分别耦接的第一滤波电容和第二滤波电容,所述第一滤波电容和第二滤波电容用于滤波。
8.一种近距离无啸叫对讲系统,其特征在于:至少包括2个如权利要求1-7任一项所述的近距离无啸叫对讲机,其中,一个近距离无啸叫对讲机用于耦接外部电源作为主机,其余近距离无啸叫对讲机作为子机,所述主机与子机之间通过对讲信号线连接,所述对讲信号线至少用于传输主机的对外输出对讲信号和子机的对外输出对讲信号,以及,用于主机为子机提供电源。
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