CN202111666U - 具有高频滤波功能的语音电路及移动终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有高频滤波功能的语音电路及移动终端，包括用于输出语音信号的语音通话硬件电路和扬声器；所述语音通话硬件电路通过一对差分信号线连接所述的扬声器，在每一条信号线中串接有匹配电阻，在两条信号线之间跨接有电容，所述匹配电阻和电容构成低通滤波器。本实用新型针对采用扬声器作为电声转换器件输出通话语音的语音系统，设计了特有的高频噪声抑制电路，借助语音通话硬件电路与扬声器之间为满足阻抗匹配要求而必须设置的匹配电阻，进一步配置电容构成低通滤波器，进而可以同时完成对随机噪声的有效滤除，不仅改善了语音输出质量，而且电路结构非常简单，尤其适用于听筒和扬声器使用二合一方案的移动终端设计中。

Description

具有高频滤波功能的语音电路及移动终端

技术领域

本实用新型属于音频处理技术领域，具体地说，是涉及一种可以滤除高频噪声的语音电路以及采用该具有高频滤波功能的语音电路设计的移动终端。

背景技术

在一般的语音系统中，如果存在播放多媒体文件和语音通话两个功能时，比如手机、对讲机等移动终端，都会采用两个电声转换器件：一个是听筒，一个是扬声器。其中，在语音系统中用于播放多媒体文件的硬件电路通过功率放大电路连接扬声器，利用扬声器实现多媒体文件的大音量播放；而用于播放通话语音的硬件电路则连接听筒，在通话时利用听筒播放对方的语音信号。现有语音系统的硬件架构可以参见图1所示。为了减小失真和噪声以及出于增强保密性的考虑，当语音通话时，需要人耳贴近听筒使用。

但是，限于成本以及结构的限制，有一些语音通信产品只采用一个电声转换器件来设计其语音系统，即只使用一个扬声器，而不设置听筒，如图2所示。此类语音系统在播放多媒体文件时，与一般的语音系统无差异；而当语音通话时，通过语音通话硬件电路输出的语音信号则需要通过隔离电路和阻抗匹配电路处理后，才能驱动扬声器输出，人耳同样需要贴近扬声器来接听对方语音。

这种采用听筒和扬声器使用二合一的语音系统设计方案，在语音通话模式下，人耳往往会接听到高于语音频率的随机噪声，这种随机噪声可能来源于电源噪声、数模转换时产生的噪声等。为了滤除这种噪声，目前的解决方案都是依靠语音通话硬件电路中集成在DSP芯片中的数字滤波器进行滤除的，一旦输出给扬声器的模拟信号中存在随机噪声，就必须通过专门设计独立的滤波电路加以滤除，但是由此一来，也相应地造成电路结构复杂，硬件成本升高的问题。因此，目前还缺乏一种行之有效的解决方案。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种具有高频滤波功能的语音电路，在提高语音输出质量的前提下，尽可能地简化电路结构。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种具有高频滤波功能的语音电路，包括用于输出语音信号的语音通话硬件电路和扬声器；所述语音通话硬件电路通过一对差分信号线连接所述的扬声器，在每一条信号线中串接有匹配电阻，在两条信号线之间跨接有电容，所述匹配电阻和电容构成低通滤波器。

作为一种优选设计方案，在所述的每一条信号线中均串接有两个匹配电阻，在两条信号线的两个匹配电阻的中间节点之间跨接有一路电容，两条信号线连接扬声器的一侧跨接有另一路电容，四个匹配电阻和两路电容构成一个二阶低通滤波器。

出于阻抗匹配以及节约成本的考虑，所述的四个匹配电阻均选择阻值为5.6欧姆的标准电阻，所述的两路电容均选择容值为10μF的标准电容来进行低通滤波器的设计。

当然，也可以在所述的每一条信号线中均串接一个匹配电阻，在两个匹配电阻连接扬声器的一侧跨接一路电容，两个匹配电阻和一路电容构成一阶低通滤波器，在实现阻抗匹配的同时，达到滤除高频随机噪声的目的。

优选的，所述的两个匹配电阻的阻值均为12欧姆；所述电容的容值为22μF。

进一步的，所述低通滤波器的截止频率为4KHz。

再进一步的，在所述的每一条信号线中均串接有一路隔直电容，所述隔直电容串联在低通滤波器的输出端与扬声器之间。

更进一步的，所述隔直电容的容值大于等于22μF，以隔离来自其他音频通道的直流偏置电压，避免对所述的语音通话硬件电路造成损坏，同时也避免了语音通话硬件电路的直流偏置对音频功放的损坏。

基于上述具有高频滤波功能的语音电路，本实用新型又提供了一种采用所述具有高频滤波功能的语音电路设计的移动终端，包括用于输出语音信号的语音通话硬件电路和扬声器；所述语音通话硬件电路通过一对差分信号线连接所述的扬声器，在每一条信号线中串接有匹配电阻，在两条信号线之间跨接有电容，所述匹配电阻在满足语音通话硬件电路的输出阻抗匹配要求的同时，与电容构成低通滤波器，从而可以进一步实现对语音信号中混入的高频随机噪声进行有效地滤除。

进一步的，在所述移动终端中还设置有用于播放多媒体文件的硬件电路，所述硬件电路的音频输出端通过功率放大电路连接所述的扬声器。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型针对采用扬声器作为电声转换器件输出通话语音的语音系统，设计了特有的高频噪声抑制电路，借助语音通话硬件电路与扬声器之间为满足阻抗匹配要求而必须设置的匹配电阻，进一步配置电容构成低通滤波器，进而可以同时完成对随机噪声的有效滤除，不仅改善了语音输出质量，而且电路结构非常简单，尤其适用于听筒和扬声器使用二合一方案的移动终端设计中，在语音通话模式下，可以避免人耳接听到系统的随机噪声，提高了通话质量。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是现有采用两个电声转换器件设计的语音系统的电路原理框图；

图2是现有采用听筒和扬声器二合一方案设计的语音系统的电路原理框图；

图3是本实用新型所提出的具有高频滤波功能的语音电路的一种实施例的电路原理图；

图4是本实用新型所提出的具有高频滤波功能的语音电路的另外一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细地描述。

由于人可以发出的声音的最高频率在3.4KHz左右，因此，一般的语音通信系统只传输4KHz以下的信号，并且一般的通信设备只针对4KHz以下频段的噪声进行处理，4KHz以上的信号处于随机状态。因此，当语音通话硬件电路中没有4KHz的低通滤波器时，其输出的语音信号中就可能存在频率为4KHz以上的随机噪声。

当使用听筒模式时，由于4KHz以上的频率相对4KHz以下的频率，听筒的响度非常低，因此即使输入给听筒的语音信号中存在4KHz以上的噪声，人耳也不会听到。但是，当使用扬声器模式时，由于扬声器在1KHz到10KHz频率的响度差异很小，因此4KHz以上频率的噪声就很容易被人耳听到。

本实用新型就是要解决在使用扬声器作为话音通话的电声转换器件时，如何以最简单的电路结构去除通话语音中的高频噪声的问题。

下面以手机为例，通过两个具体的实施例来详细阐述具有高频滤波功能的语音电路的具体组建结构及其工作原理。

实施例一，本实施例以采用听筒与扬声器使用二合一方案设计的手机为例进行说明，即针对目前仅使用一个扬声器来播放通话语音和多媒体文件的手机产品，设计具有高频滤波功能的语音电路。

在手机电路中，一般都设置有语音通话硬件电路和播放多媒体文件的硬件电路。因为听筒的阻抗为32Ω，而扬声器的阻抗为8Ω，因此不能用语音通话硬件电路直接驱动扬声器，这样可能会导致语音通话硬件电路的损坏。为了解决此问题，需要在语音通话硬件电路与扬声器的语音信号传输线路中串入匹配电阻，实现阻抗匹配的要求。一般的做法是串入两个12Ω的匹配电阻，以匹配语音通话硬件电路的输出阻抗，使音频输出效率达到最高。

本实施例在匹配电阻的基础上进一步连接电容，构成低通滤波器，由此可以同时对语音通话硬件电路输出的语音信号中混入的随机噪声进行有效滤除，其电路结构参见图3所示。由于通过语音通话硬件电路输出的语音信号一般为差分信号，因此语音通话硬件电路需要通过一对差分信号线连接扬声器。在每一条信号线上串接一个匹配电阻R5、R6，其阻值最好选择为12Ω，以实现最佳的阻抗匹配效果。在两条信号线之间跨接一路电容C5，所述电容C5位于两个匹配电阻R5、R6连接扬声器SP的一侧，如图3所示。由此，匹配电阻R5、R6和电容C5即构成了一个一阶低通滤波器，可以对语音通话硬件电路输出的语音信号起到滤波的作用。

由于人发出的声音频率最高在3.4KHz左右，且对于4KHz以下频段的噪声在目前的语音通话硬件电路中都已集成了相应的噪声处理电路。因此，本实施例优选将所述低通滤波器的截止频率设计在4HKz左右，以实现对4KHz以上频率的随机噪声进行有效地滤除。为了满足所述低通滤波器的设计要求，所述电容C5可以选择容值为22μF的电容器件，与12Ω的匹配电阻R5、R6配合，满足设计要求。

由于所述扬声器SP需要同时播放多媒体文件，即手机中用于播放多媒体文件的硬件电路也需要通过功率放大电路连接该扬声器SP。播放多媒体文件时，功率放大电路输出的电信号会有一个较高的偏置电压，比如当功率放大电路的供电电压VDD=4V时，其输出信号的偏置电压为VDD/2=2V。这个偏置电压若直接加载在语音通话硬件电路的输出端，会导致其内部电路的损坏。为了防止播放多媒体文件的硬件电路输出给扬声器的电信号损坏到语音通话硬件电路，本实施例在两条信号线上还分别串接了一路电容C3、C4，如图3所示，以起到隔离直流偏置电压的作用。当功率放大电路工作时，只有交流信号可以到达语音通话硬件电路的输出端，由于交流信号的幅度小、电压低，因而不会对语音通话硬件电路造成损坏；而当需要进行语音通话时，通过语音通话硬件电路输出的电信号中的交流成分还可以通过电容C3和C4进行隔离，使交流信号到达扬声器SP，实现通话语音地清晰播放。

实施例二，本实施例仍以采用听筒与扬声器使用二合一方案设计的手机为例进行说明。参见图4所示，本实施例的低通滤波电路采用四个匹配电阻R1-R4配合两路电容C1、C2构成二阶低通滤波器，在滤除语音信号中的随机噪声的同时，起到阻抗匹配的作用。

如图4所示，在语音通话硬件电路连接扬声器SP的两条信号线中分别串接两个匹配电阻，其中，R1和R3串联在其中一条信号线中，R2和R4串联在另外一条信号线中，在匹配电阻R1、R3的中间节点与R2、R4的中间节点之间跨接电容C1，在电阻R3、R4的另一端之间跨接电容C2（即在两条信号线连接扬声器SP的一侧跨接电容C2），由此，R1、C1、R2以及R3、C2、R4便构成了一个二阶RC低通滤波器。为了满足阻抗匹配的要求，四个匹配电阻R1-R4的阻值最好取值为6Ω。当然，6Ω左右的匹配电阻也能基本满足语音通话硬件电路的输出阻抗要求。考虑到6Ω左右的标准电阻目前仅有4.7Ω、5.6Ω、8.1Ω三种常用规格，若专门制作6Ω的电阻作为匹配电阻来设计语音电路，则会导致硬件成本的升高。为了取值和采购的方便，本实施例优选使用四个5.6Ω的标准电阻作为匹配电阻R1，R2，R3，R4来设计语音电路，这样整个交流阻抗为30.4Ω，基本可以满足语音通话硬件电路的输出阻抗要求，且兼顾了成本优势。

为了使所述二阶RC低通滤波器的截止频率在4KHz左右，所述的两个电容C1、C2的容值优选取值为10μF，选用目前的标准器件即可。由此一来，使用该二阶低通滤波器可以在3.4KHz实现4.8dB的衰减，在4KHz实现6.3dB的衰减，在7KHz实现12.1dB的衰减。这样，对于4KHz以上频率的随机噪声，可以实现有效的滤除，而并不显著的改变语音信号。

同样的，为了防止播放多媒体文件的硬件电路通过功率放大电路输出给扬声器SP的电信号对语音通话硬件电路造成损坏，本实施例也需要在两条信号线上分别串入一路隔直电容，同样以C3、C4为例进行说明，如图4所示。通过所述隔直电容C3、C4也可以避免语音通话硬件电路输出的直流偏置电压对功率放大电路造成损坏。

此外，隔直电容C3、C4与扬声器SP还可以组成一个高通滤波器。因为扬声器SP的阻抗固定，所以电容C3和C4的容值越大，这个高通滤波器的下限频率就会越低。在本实施例中，所述隔直电容C3、C4的容值应不低于22μF，优选采用两个容值为22μF的标准电容器件作为隔直电容C3、C4进行电路设计，这样，不仅不会影响到语音通话的性能，而且可以同时兼顾成本的优势。

实际应用证明，采用实施例二所示的语音电路相比实施例一的语音电路，其滤波性能更加优越，完全可以满足滤除4KHz以上的高频噪声、并为两路音频电信号提供隔离的要求。

当然，本实用新型所提出的语音电路设计方式不仅可以应用于手机产品中，对于对讲机等其他要求采用扬声器输出通话语音的电子设备来说同样适用，本实用新型对此不进行具体限制。

应当指出的是，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有高频滤波功能的语音电路，包括用于输出语音信号的语音通话硬件电路和扬声器；其特征在于：所述语音通话硬件电路通过一对差分信号线连接所述的扬声器，在每一条信号线中串接有匹配电阻，在两条信号线之间跨接有电容，所述匹配电阻和电容构成低通滤波器。

2.根据权利要求1所述的具有高频滤波功能的语音电路，其特征在于：在所述的每一条信号线中均串接有两个匹配电阻，在两条信号线的两个匹配电阻的中间节点之间跨接有一路电容，两条信号线连接扬声器的一侧跨接有另一路电容，四个匹配电阻和两路电容构成一个二阶低通滤波器。

3.根据权利要求2所述的具有高频滤波功能的语音电路，其特征在于：所述四个匹配电阻的阻值均为5.6欧姆；所述两路电容的容值均为10μF。

4.根据权利要求1所述的具有高频滤波功能的语音电路，其特征在于：在所述的每一条信号线中均串接有一个匹配电阻，在两个匹配电阻连接扬声器的一侧跨接有一路电容，两个匹配电阻和一路电容构成一阶低通滤波器。

5.根据权利要求4所述的具有高频滤波功能的语音电路，其特征在于：所述的两个匹配电阻的阻值均为12欧姆；所述电容的容值为22μF。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的具有高频滤波功能的语音电路，其特征在于：所述低通滤波器的截止频率为4KHz。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的具有高频滤波功能的语音电路，其特征在于：在所述的每一条信号线中均串接有一路隔直电容，所述隔直电容串联在低通滤波器的输出端与扬声器之间。

8.根据权利要求7所述的具有高频滤波功能的语音电路，其特征在于：所述隔直电容的容值大于等于22μF。

9.一种移动终端，其特征在于：包括如权利要求1至8中任一项权利要求所述的具有高频滤波功能的语音电路。

10.根据权利要求9所述的移动终端，其特征在于：在所述移动终端中还设置有用于播放多媒体文件的硬件电路，所述硬件电路的音频输出端通过功率放大电路连接扬声器。

Images