CN114598968B - 一种模拟麦克风前置降噪电路及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种模拟麦克风前置降噪电路及装置，涉及语音处理的技术领域，其中，降噪电路包括输入端口、输出端口、高频干扰过滤模块、放大模块及高低频滤波模块；其中，输入端口用于接收语音信号；输出端口与高低频滤波模块相连接，用于输出处理后的语音信号；高频干扰过滤模块与输入端口相连接，用于滤除语音信号中的高频的倍频谐波信号；放大模块与高频干扰模块相连接，用于放大语音信号；放大模块包括滞后相位子模块，滞后相位子模块用于滤除语音信号的高频噪音；高低频滤波模块与放大模块相连接，用于滤除语音信号中频率小于第一预设频率和频率大于第二预设频率的干扰信号。本申请具有提高模拟麦克风拾音的精准性的效果。

Description

一种模拟麦克风前置降噪电路及装置

技术领域

本申请涉及语音处理的技术领域，尤其是涉及一种模拟麦克风前置降噪电路及装置。

背景技术

模拟麦克风，学名为传声器，由英语Microphone（送话器）翻译而来，也称话筒，微音器。模拟麦克风是将声音信号转换为电信号的能量转换器件。模拟麦克风具有成本低、生产工艺简单、应用范围广的优点。

在音视频会议系统应用领域，也经常使用模拟麦克风进行声音拾音。在无线网络的环境，模拟麦克风容易受到射频和电磁干扰，给精确拾音带来了非常大的误差。相关技术的一种模拟麦克风放大电路，模拟麦克风输出的信号经过运算放大电路后输出至ADC（模数转换器）再输出至DSP芯片中进行处理，在DSP芯片中可以采用基本谱减法和/或维纳滤波降噪算法对放大后的语音信号进行处理。

针对上述中的相关技术，发明人发现：模拟麦克风的整个电子电路系统中还掺杂了许多噪声（热噪声、1/f噪声、量化噪声等），这些噪声以及外在的无线频率都会对精准拾音造成干扰；如果干扰过大，通过基本谱减法和/或维纳滤波降噪算法无法完全滤除噪音，反而可能导致语音信号变形失真。

发明内容

为了提高模拟麦克风拾音的精准性，本申请提供了一种模拟麦克风前置降噪电路及装置。

第一方面，本申请提供的一种模拟麦克风前置降噪电路采用如下的技术方案。

一种模拟麦克风前置降噪电路，包括：输入端口、输出端口、高频干扰过滤模块、放大模块及高低频滤波模块；其中，

所述输入端口用于接收语音信号；

所述输出端口与所述高低频滤波模块相连接，用于输出处理后的语音信号；

所述高频干扰过滤模块与所述输入端口相连接，用于滤除所述语音信号中的高频的倍频谐波信号；

所述放大模块与所述高频干扰模块相连接，用于放大所述语音信号；所述放大模块包括滞后相位子模块，所述滞后相位子模块用于滤除所述语音信号的高频噪音；

所述高低频滤波模块与所述放大模块相连接，用于滤除所述语音信号中频率小于第一预设频率和频率大于第二预设频率的干扰信号。

通过采用上述技术方案，高频干扰过滤模块用于滤除语音信号中的高频的倍频谐波信号；放大模块即能够对语音信号也能够滤除语音信号的高频噪音；高低频滤波模块用于滤除所述语音信号中频率小于第一预设频率和频率大于第二预设频率的干扰信号，从而能够保留处于第一预设频率及第二预设频率之间的语音信号，减少了外在的无线频率以及模拟麦克风的电子电路系统掺杂的噪声对精准拾音的影响，提高模拟麦克风拾音的精准性。

可选的，所述高频干扰过滤模块包括第一电容器C1、第二电容器C2及电感元件；其中，

所述第一电容器C1的第一端与所述输入端口相连接，第二端接地；

所述电感元件的第一端连接于所述第一电容器C1的第一端；

所述第二电容器C2的第一端连接于所述电感元件的第二端，第二端接地。

通过采用上述技术方案，第一电容器C1、第二电容器C2及电感元件组成CLCπ型滤波器电路，在语音信号进行传输时，能够对语音信号高频的倍频谐波信号进行滤波处理，原语音信号不发生变化且进行保留，高频的倍频谐波信号被滤除。

可选的，所述放大模块包括一用于接收基准电压的基准电压接入口；所述放大模块包括第一运算放大器U1、第一电阻器R1、第四电容器C4、第二电阻器R2、第三电阻器R3及第四电阻器R4；其中，

所述第一电阻器R1的第一端与所述第二电容器C2的第一端相连接；

所述第二电阻器R2的第一端连接于第一运算放大器U1的反相输入端及第一电阻器R1的第二端之间；所述第二电阻器R2的第二端连接于所述第一运算放大器U1的输出端；

所述第四电容器C4的第一端连接于第一电阻器R1的第二端及第一运算放大器U1的反相输入端之间；第四电容器C4的第二端连接于第一运算放大器U1的正相输入端；

所述第四电阻器R4的第一端接地，第二端连接于所述第一运算放大器U1的正相输入端及第四电容器C4之间；

所述第三电阻器R3的第一端连接于基准电压接入口，第二端连接于第一运算放大器U1的正相输入端及第四电阻器R4的第二端之间；

其中，所述第二电阻器R2及所述第四电容器C4构成所述滞后相位子模块。

通过采用上述技术方案，第二电阻器R2及第四电容器C4构成滞后相位子模块，当输入放大模块的信号的频率很高时，能够滤除高频噪音。

可选的，所述放大模块还包括第五电容器C5，所述第五电容器C5的第一端连接于第二电阻器R2的第一端及第一运算放大器U1的反相输入端之间；第二端连接于第二电阻器R2的第二端及第一运算放大器U1的输出端之间。

通过采用上述技术方案，滞后相位子模块可能引起寄生振荡，为了消除寄生振荡，可以减少第二电阻器R2的阻值，但是第二电阻器R2的阻值减少会导致放大模块的放大倍数下降，第五电容器C5的设置能够使得第一电阻器R1、第二电阻R2、第四电容器C4及第五电容器C5构成相位补充，能够在不降低放大倍数的同时消除寄生振荡。

可选的，所述高低频滤波模块包括高通滤波子模块及低通滤波子模块；

所述低通滤波子模块包括第五电阻器R5及第六电容器C6；

所述高通滤波子模块包括第七电容器C7及第七电阻器R7；所述第七电容器C7的第一端连接于所述低通滤波子模块的输出端，第二端连接于输出端口；所述第七电阻器R7的第一端连接于第七电容器C7的第二端及输出端口之间；第二端接地。

可选的，所述高低频滤波模块还包括第二运算放大器U2及第六电阻器R6；所述第二运算放大器U2的正相输入端与所述第一运算放大器U1的输出端相连接；所述第五电阻器R5的第一端连接于第二运算放大器U2的反相输入端，所述第五电阻器R5的第二端连接于第六电容器C6的第一端；所述第六电容器C6的第二端接地；所述第六电阻器R6的第一连接于第五电阻器R5及第二运算放大器U2的反相输入端之间；所述第六电阻器R6的第二端连接于第二运算放大器U2的输出端。

可选的，所述高频干扰过滤模块与所述放大模块之间设置有第三极性电容器C3，第三极性电容器C3的正极与所述高频干扰过滤模块相连接，第三极性电容器C3的负极与所述放大模块相连接。

通过采用上述技术方案，第三极性电容器C3起交流耦合的作用能够避免发生直流漂移。

可选的，所述电感元件为铁氧体磁珠FB；所述铁氧体磁珠FB的第一端连接于所述第一电容器C1的第一端，第二端连接于所述第二电容器C2的第一端。

第二方面，本申请提供的一种模拟麦克风前置降噪装置采用如下的技术方案。

一种模拟麦克风前置降噪装置，包括：

上述任一的模拟麦克风前置降噪电路；

ADC，与所述降噪电路的输出端口相连接；以及，

DSP芯片，与所述ADC的其中一输出端相连接。

附图说明

图1是本申请实施例一种模拟麦克风前置降噪电路的电路结构示意图；

图2是本申请实施例一种模拟麦克风前置降噪装置的电路结构示意图；

图中，1、高频干扰过滤模块；2、放大模块；3、高低频滤波模块。

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1-2及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例公开一种模拟麦克风前置降噪电路。参照图1，作为一种模拟麦克风前置降噪电路的一种实施方式，一种模拟麦克风前置降噪电路包括输入端口、输出端口、高频干扰过滤模块1、放大模块2及高低频滤波模块3；其中，

输入端口在图1中标示为MIC，输入端口用于接收语音信号，语音信号通过输入端口输入至降噪电路中；

输出端口在图1中标示OUT，输出端口与高低频滤波模块3相连接，用于输出处理后的语音信号；

高频干扰过滤模块1与输入端口相连接，用于滤除语音信号中的高频的倍频谐波信号；语音信号经过高频干扰过滤模块1后，原语音信号不发生变化且进行保留，高频的倍频谐波信号被滤除；

放大模块2与高频干扰模块相连接，放大模块2用于放大语音信号；放大模块2包括滞后相位子模块，滞后相位子模块用于滤除语音信号的高频噪音；滞后相位子模块在幅值上能够对高频幅值起衰减作用，从而能滤除高频噪音。

高低频滤波模块3与放大模块2相连接，用于滤除语音信号中频率小于第一预设频率和频率大于第二预设频率的干扰信号；第一预设频率可以设置为20HZ，第二预设频率可以为20KHZ，从而保留20HZ-20KHZ的语音信号；通过上述模块能够提高电路的抗干扰性，减少外在的无线频率以及模拟麦克风的电子电路系统掺杂的噪声对精准拾音的影响。

继续参照图1，作为高频干扰过滤模块1的其中一种实施方式，高频干扰过滤模块1包括第一电容器C1、第二电容器C2及电感元件。其中，第一电容器C1为非极性电容，第一电容器C1的第一端与输入端口相连接，第二端接地；电感元件的第一端连接于第一电容器C1的第一端。第二电容器C2为非极性电容，第二电容器C2的第一端连接于电感元件的第二端，第二端接地。作为电感元件的其中一种实施方式，电感元件为铁氧体磁珠FB，铁氧体磁珠FB的第一端连接于第一电容器C1的第一端，第二端连接于第二电容器C2的第一端；铁氧体磁珠FB在射频噪声频率范围内具有高阻抗，能够滤除一定的电磁干扰，同时铁氧体磁珠FB具有极好的磁屏蔽功能，不会产生交叉干扰。第一电容器C1、第二电容器C2及铁氧体磁珠FB组成CLCπ型滤波器电路，在语音信号进行传输时，能够对语音信号高频的倍频谐波信号进行滤波处理，原语音信号不发生变化且进行保留，高频的倍频谐波信号被滤除。

继续参照图1，作为放大模块2的其中一种实施方式，放大模块2包括一用于接收基准电压的基准电压接入口，在图1中基准电压接入口为REF；放大模块2包括第一运算放大器U1、第一电阻器R1、第四电容器C4、第二电阻器R2、第三电阻器R3及第四电阻器R4。第一电阻器R1的第一端与第二电容器C2的第一端相连接。第二电阻器R2的第一端连接于第一运算放大器U1的反相输入端及第一电阻器R1的第二端之间；第二电阻器R2的第二端连接于第一运算放大器U1的输出端。第四电容器C4为非极性电容，第四电容器C4的第一端连接于第一电阻器R1的第二端及第一运算放大器U1的反相输入端之间；第四电容器C4的第二端连接于第一运算放大器U1的正相输入端。第四电阻器R4的第一端接地，第四电阻器R4的第二端连接于第一运算放大器U1的正相输入端及第四电容器C4之间。第三电阻器R3的第一端连接于基准电压接入口，第三电阻器R3的第二端连接于第一运算放大器U1的正相输入端及第四电阻器R4的第二端之间。其中，第二电阻器R2及第四电容器C4构成滞后相位子模块，当输入放大模块2的信号的频率很高时，能够滤除高频噪音。

作为放大模块2的另一种实施方式，放大模块2还包括第五电容器C5，第五电容器C5为非极性电容，第五电容器C5的第一端连接于第二电阻器R2的第一端及第一运算放大器U1的反相输入端之间；第五电容器C5的第二端连接于第二电阻器R2的第二端及第一运算放大器U1的输出端之间。滞后相位子模块可能引起寄生振荡，为了消除寄生振荡，可以减少第二电阻器R2的阻值，但是第二电阻器R2的阻值减少会导致放大模块2的放大倍数下降，第五电容器C5的设置能够使得第一电阻器R1、第二电阻R2、第四电容器C4及第五电容器C5构成相位补充，能够在不降低放大倍数的同时消除寄生振荡。

继续参照图1，作为一种模拟麦克风前置降噪电路的另一种实施方式，高频干扰过滤模块1与放大模块2之间设置有第三极性电容器C3，第三极性电容器C3的正极与高频干扰过滤模块1相连接，第三极性电容器C3的负极与放大模块2相连接。在模拟部分的电路中，不少元件的输出会有直流漂移，直流漂移会对下一级的放大等功能发生影响，第三极性电容器C3起交流耦合的作用能够避免发生直流漂移。

继续参照图1，作为高低频滤波模块3的其中一种实施方式，高低频滤波模块3包括高通滤波子模块及低通滤波子模块。低通滤波子模块包括第五电阻器R5及第六电容器C6。高通滤波子模块包括第七电容器C7及第七电阻器R7；第七电容器C7的第一端连接于低通滤波子模块的输出端，第二端连接于输出端口；第七电阻器R7的第一端连接于第七电容器C7的第二端及输出端口之间；第二端接地。高低频滤波模块3还包括第二运算放大器U2及第六电阻器R6；第二运算放大器U2的正相输入端与第一运算放大器U1的输出端相连接；第五电阻器R5的第一端连接于第二运算放大器U2的反相输入端，第五电阻器R5的第二端连接于第六电容器C6的第一端；第六电容器C6的第二端接地；第六电阻器R6的第一连接于第五电阻器R5及第二运算放大器U2的反相输入端之间；第六电阻器R6的第二端连接于第二运算放大器U2的输出端。

参照图2，本申请还提供了一种模拟麦克风前置降噪装置，包括：

上述任一的模拟麦克风前置降噪电路；

ADC，与降噪电路的输出端口相连接；以及，

DSP芯片，与ADC的其中一输出端相连接。

具体的，ADC即模数转换器，DSP芯片内存储并且能够加载基本谱减法和/或维纳滤波降噪算法，通过软件对语音信号进行进一步处理。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (6)

1.一种模拟麦克风前置降噪电路，其特征在于，包括：输入端口、输出端口、高频干扰过滤模块（1）、放大模块（2）及高低频滤波模块（3）；其中，

所述输入端口用于接收语音信号；

所述输出端口与所述高低频滤波模块（3）相连接，用于输出处理后的语音信号；

所述高频干扰过滤模块（1）与所述输入端口相连接，用于滤除所述语音信号中的高频的倍频谐波信号；

所述放大模块（2）与所述高频干扰过滤模块（1）相连接，用于放大所述语音信号；所述放大模块（2）包括滞后相位子模块，所述滞后相位子模块用于滤除所述语音信号的高频噪音；

所述高低频滤波模块（3）与所述放大模块（2）相连接，用于滤除所述语音信号中频率小于第一预设频率和频率大于第二预设频率的干扰信号；所述高低频滤波模块（3）包括高通滤波子模块及低通滤波子模块；

所述低通滤波子模块包括第五电阻器R5 及第六电容器C6；

所述高通滤波子模块包括第七电容器C7 及第七电阻器R7；所述第七电容器C7 的第一端连接于所述低通滤波子模块的输出端，第二端连接于输出端口；所述第七电阻器R7 的第一端连接于第七电容器C7 的第二端及输出端口之间；第二端接地；

所述高频干扰过滤模块（1）包括第一电容器C1、第二电容器C2 及电感元件；其中，所述第一电容器C1 的第一端与所述输入端口相连接，第二端接地；所述电感元件的第一端连接于所述第一电容器C1 的第一端；所述第二电容器C2 的第一端连接于所述电感元件的第二端，第二端接地；

所述放大模块（2）包括一用于接收基准电压的基准电压接入口；所述放大模块（2）包括第一运算放大器U1、第一电阻器R1、第四电容器C4、第二电阻器R2、第三电阻器R3 及第四电阻器R4；其中，所述第一电阻器R1 的第一端与所述第二电容器C2 的第一端相连接；所述第二电阻器R2 的第一端连接于第一运算放大器U1 的反相输入端及第一电阻器R1 的第二端之间；所述第二电阻器R2 的第二端连接于所述第一运算放大器U1 的输出端；所述第四电容器C4 的第一端连接于第一电阻器R1 的第二端及第一运算放大器U1 的反相输入端之间；第四电容器C4 的第二端连接于第一运算放大器U1 的正相输入端；所述第四电阻器R4的第一端接地，第二端连接于所述第一运算放大器U1 的正相输入端及第四电容器C4 之间；所述第三电阻器R3 的第一端连接于基准电压接入口，第二端连接于第一运算放大器U1的正相输入端及第四电阻器R4 的第二端之间；其中，所述第二电阻器R2 及所述第四电容器C4 构成所述滞后相位子模块。

2.根据权利要求1 所述的一种模拟麦克风前置降噪电路，其特征在于，所述放大模块（2）还包括第五电容器C5，所述第五电容器C5 的第一端连接于第二电阻器R2 的第一端及第一运算放大器U1 的反相输入端之间；第二端连接于第二电阻器R2 的第二端及第一运算放大器U1 的输出端之间。

3.根据权利要求2 所述的一种模拟麦克风前置降噪电路，其特征在于，所述高低频滤波模块（3）还包括第二运算放大器U2 及第六电阻器R6；所述第二运算放大器U2 的正相输入端与所述第一运算放大器U1 的输出端相连接；所述第五电阻器R5 的第一端连接于第二运算放大器U2 的反相输入端，所述第五电阻器R5 的第二端连接于第六电容器C6 的第一端；所述第六电容器C6 的第二端接地；所述第六电阻器R6 的第一连接于第五电阻器R5 及第二运算放大器U2的反相输入端之间；所述第六电阻器R6 的第二端连接于第二运算放大器U2 的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种模拟麦克风前置降噪电路，其特征在于，所述高频干扰过滤模块（1）与所述放大模块（2）之间设置有第三极性电容器C3，第三极性电容器C3 的正极与所述高频干扰过滤模块（1）相连接，第三极性电容器C3 的负极与所述放大模块（2）相连接。

5.根据权利要求1所述的一种模拟麦克风前置降噪电路，其特征在于，所述电感元件为铁氧体磁珠FB；所述铁氧体磁珠FB 的第一端连接于所述第一电容器C1 的第一端，第二端连接于所述第二电容器C2 的第一端。

6.一种模拟麦克风前置降噪装置，其特征在于，包括：如权利要求1- 5 中任一所述的模拟麦克风前置降噪电路；ADC，与所述降噪电路的输出端口相连接；以及，DSP 芯片，与所述ADC 的其中一输出端相连接。