CN210694337U - 圆环形麦克风阵列外接音频输入设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，涉及外接音频输入设备领域，包括CPU主电路板、接口电路板、USB接口、AV接口、麦克风电路板、麦克风阵列；接口电路板连接CPU主电路板；USB接口通过接口电路板连接CPU主电路板；AV接口连接CPU主电路板；麦克风电路板分别连接CPU主电路板、接口电路板、AV接口；麦克风阵列包括若干等间距排列成圆环形阵列的麦克风，麦克风阵列通过麦克风电路板分别连接CPU主电路板、接口电路板、AV接口。本实用新型的优点在于：无需更改电子设备的现有硬件结构即可增强电子设备的音频采集效果，适配性强，定向范围较广，声源定位精度较高。

Description

圆环形麦克风阵列外接音频输入设备

技术领域

本实用新型涉及外接音频输入设备领域，尤其涉及一种圆环形麦克风阵列外接音频输入设备。

背景技术

随着声音通信技术的快速发展，在智能车载、智能家居、机器人、可穿戴设备等智能电子设备热潮正兴起的时代，语音交互由于其便捷性，成为了人机交互入口的第一选择。因为智能电子设备自带的音频输入设备存在一定的局限性，不能有效应用于不同场景下，例如视频直播场景，手机自带的麦克风不具备抵抗户外环境噪声的能力，电脑自带的麦克风不能有效消除室内混响等，会严重影响观看者的观看体验。现有技术是在电子设备中加入更多的麦克风，在电子设备内部形成麦克风阵列，这需要更改电子设备的硬件结构，使电子设备满足麦克风阵列的构造约束条件，会显著增加电子设备的研发成本。而现有的外接音频输入设备适配性较差，接入和使用不便捷，不能有效地适配不同的操作系统进行二次开发，无法高效发挥出电子设备内置算法的功能，并且定向范围不够广，声源定位精度低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种无需更改电子设备的现有硬件结构即可增强电子设备的音频采集效果，适配性强，定向范围较广，声源定位精度较高的圆环形麦克风阵列外接音频输入设备。

本实用新型是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，包括CPU主电路板(3)、接口电路板(4)、USB接口(5)、AV接口(6)、麦克风电路板(7)、麦克风阵列(8)；所述接口电路板(4)连接所述CPU主电路板(3)；所述USB接口(5)安装在所述接口电路板(4)上，所述USB接口(5)通过所述接口电路板(4)连接所述CPU主电路板(3)；所述AV接口(6)连接所述CPU主电路板(3)；所述麦克风电路板(7)分别连接所述CPU主电路板(3)、接口电路板(4)、AV接口(6)；所述麦克风阵列(8)包括若干等间距排列成圆环形阵列的麦克风，所述麦克风阵列(8)通过所述麦克风电路板(7)分别连接所述CPU主电路板(3)、接口电路板(4)、AV接口(6)。

USB接口用于接受外部供电以及向外部输出麦克风阵列拾取的多通道声音信号和参考音信号，电子设备通过USB接口读入麦克风阵列拾取的多通道声音信号，AV接口用于回采参考音信号以进行回声消除，USB接口和AV接口分别将处理后的单通道声音信号与回采到的参考声音信号存入自身维护的缓冲区中。

该圆环形麦克风阵列外接音频输入设备采用外接的麦克风阵列，从而无需更改电子设备的现有硬件结构即可增强电子设备的音频采集效果，提升了使用者的体验，显著降低了方案的实现成本；圆环形麦克风阵列具有超强的指向性，只有在指向范围内的声源才会进行拾音，能够有效屏蔽不同环境中干扰噪声；相较于线形麦克风阵列的定向范围只有0～180度，圆环形麦克风阵列的定向范围为0～360度，是一种定向范围较广、声源定位精度较高的阵列拓扑结构，能够高效地实现多种语音信号处理领域的算法，如声源定位等；USB接口是消费类电子非常常用的接口，采用USB接口能够适配不同的智能电子设备，适配性强，使用便捷，性能稳定；采用AV接口回采参考音信号，可以满足不同语音处理算法实现的要求，能够有效地适配不同的操作系统进行二次开发，高效地发挥出电子设备内置算法的功能。

作为优化的技术方案，该圆环形麦克风阵列外接音频输入设备还包括外壳(1)，所述CPU主电路板(3)、接口电路板(4)、USB接口(5)、AV接口(6)均设在所述外壳(1)的内部空腔中，所述外壳(1)的侧面设有两个分别连通所述USB接口(4)、AV接口(6)的连接孔，所述麦克风电路板(7)固定连接在所述外壳(1)的顶面，所述麦克风阵列(8)安装在所述麦克风电路板(7)的外侧面。结构合理，方便使用。

作为优化的技术方案，该圆环形麦克风阵列外接音频输入设备还包括插针板(2)，所述CPU主电路板(3)连接所述插针板(2)，所述接口电路板(4)通过插针接口连接所述插针板(2)，所述接口电路板(4)通过所述插针板(2)连接所述CPU主电路板(3)。接口电路板与CPU主电路板分离，通过插针板连接CPU主电路板，方便用户自由定制接口电路板，有利于用户优化成本。

作为优化的技术方案，所述CPU主电路板(3)上设有IIS接口。可以根据开发者的需求，避开使用USB接口，直接使用IIS硬件接口进行二次开发，此时麦克风阵列的供电方式可选择保留USB接口仅做电源供电使用，或者选择拆下接口电路板并通过外加电源插座进行供电，实用性强且可操作性高，提高了开发者的工作效率。

作为优化的技术方案，所述USB接口(5)采用Micro-USB接口或USB Type-C接口。

作为优化的技术方案，所述麦克风阵列(8)包括6个等间距排列成圆环形阵列的麦克风。

本实用新型的优点在于：

1、无需更改电子设备的现有硬件结构即可增强电子设备的音频采集效果，提升了使用者的体验，显著降低了方案的实现成本；圆环形麦克风阵列具有超强的指向性，只有在指向范围内的声源才会进行拾音，能够有效屏蔽不同环境中干扰噪声；定向范围较广，声源定位精度较高，能够高效地实现多种语音信号处理领域的算法，如声源定位等；适配性强，使用便捷，性能稳定；可以满足不同语音处理算法实现的要求，能够有效地适配不同的操作系统进行二次开发，高效地发挥出电子设备内置算法的功能。

2、接口电路板与CPU主电路板分离，通过插针板连接CPU主电路板，方便用户自由定制接口电路板，有利于用户优化成本。

3、可以根据开发者的需求，避开使用USB接口，直接使用IIS硬件接口进行二次开发，此时麦克风阵列的供电方式可选择保留USB接口仅做电源供电使用，或者选择拆下接口电路板并通过外加电源插座进行供电，实用性强且可操作性高，提高了开发者的工作效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例圆环形麦克风阵列外接音频输入设备的内部结构示意图。

图2是本实用新型实施例圆环形麦克风阵列外接音频输入设备的外部结构示意图。

图3是本实用新型实施例圆环形麦克风阵列外接音频输入设备的工作流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2所示，圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，包括外壳1、插针板2、CPU主电路板3、接口电路板4、USB接口5、AV接口6、麦克风电路板7、麦克风阵列8。

外壳1为近似圆柱体，其侧面下半部的两侧各设有一个扇形的凹槽；插针板2、CPU主电路板3、接口电路板4、USB接口5、AV接口6均设在外壳1的内部空腔中，外壳1的侧面的两个扇形凹槽内分别设有连通USB接口4、AV接口6的连接孔；麦克风电路板7固定连接在外壳1的顶面，麦克风阵列8安装在麦克风电路板7的外侧面。

插针板2固定连接在外壳1内，CPU主电路板3连接插针板2，CPU主电路板3上设有IIS接口。

接口电路板4通过插针接口连接插针板2，接口电路板4通过插针板2连接CPU主电路板3。

USB接口5安装在接口电路板4的边缘，USB接口5通过接口电路板4连接CPU主电路板3，USB接口5采用Micro-USB接口或USB Type-C接口。

AV接口6连接CPU主电路板3。

麦克风电路板7分别连接CPU主电路板3、接口电路板4、AV接口6。

麦克风阵列8包括6个等间距排列成圆环形阵列的麦克风，麦克风阵列8通过麦克风电路板7分别连接CPU主电路板3、接口电路板4、AV接口6。

如图3所示，该圆环形麦克风阵列外接音频输入设备的工作流程为：USB接口5和AV接口6连接电子设备，麦克风阵列8负责拾取声音信号和获取参考音信号，声音信号写入USB接口5和AV接口6，软件从USB接口5和AV接口6读入声音信号，配合设备中信号处理领域的波束成形相关的算法，对麦克风阵列8拾取的声音信号进行增强处理，增强处理后的语音写入缓存区。

用户使用时，将USB接口5和AV接口6分别通过连接线连接电子设备，麦克风阵列8负责拾取声音信号和获取参考音信号，USB接口5用于接受外部供电以及向外部输出麦克风阵列8拾取的4通道声音信号和参考音信号，电子设备通过USB接口5读入麦克风阵列8拾取的4通道声音信号，AV接口6用于回采参考音信号，USB接口5和AV接口6分别将处理后的单通道声音信号与回采到的参考声音信号存入自身维护的缓冲区中；也可以不使用USB接口5，而将CPU主电路板3上的IIS接口和AV接口6分别连接电子设备或电路板，此时麦克风阵列8负责拾取声音信号和获取参考音信号，电子设备或电路板通过CPU主电路板3上的IIS接口读入麦克风阵列8拾取的4通道声音信号，AV接口6用于回采参考音信号；不使用USB接口5连接电子设备时，可以选择保留USB接口5，将USB接口5连接电源仅做供电使用，也可以拆下接口电路板4并通过外加电源插座进行供电。麦克风阵列8拾取的4通道声音信号可以用于进一步的信号处理领域的相关算法进行处理，相关算法包括回声消除、波束成形算法、DOA算法进行音频信号的增强或定位。波束成形算法可以使用目前现有的MVDR(最小方差畸变)算法，也可以使用最基础的DS(延迟相加)算法或者其他的算法，DOA相关算法可以使用经典的基于子空间分解的MUSIC、ESPRIT等算法。软件把增强后的单通道声音信号存入自身维护的缓冲区中，可供其它第三方的软件读取使用。

开发者可利用USB接口5和AV接口6读入或存入所需的音频数据，也可通过仅利用USB接口5进行供电的方式或者拆下接口电路板4并外加电源插座的方式来避开使用USB接口5，直接使用CPU主电路板3上的IIS接口进行二次开发，而用户可利用相应软件的具体算法进行声音信号处理。该圆环形麦克风阵列外接音频输入设备作为音频采集端拾取一定范围内的音频，再配合手机端的软件SDK，即可获得具有较强的指向性的音频；电子设备端或手机端作为控制端用于处理接收到的音频信号，如降低音频中的噪声干扰，加强音频的音效等。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，其特征在于：包括CPU主电路板(3)、接口电路板(4)、USB接口(5)、AV接口(6)、麦克风电路板(7)、麦克风阵列(8)；所述接口电路板(4)连接所述CPU主电路板(3)；所述USB接口(5)安装在所述接口电路板(4)上，所述USB接口(5)通过所述接口电路板(4)连接所述CPU主电路板(3)；所述AV接口(6)连接所述CPU主电路板(3)；所述麦克风电路板(7)分别连接所述CPU主电路板(3)、接口电路板(4)、AV接口(6)；所述麦克风阵列(8)包括若干等间距排列成圆环形阵列的麦克风，所述麦克风阵列(8)通过所述麦克风电路板(7)分别连接所述CPU主电路板(3)、接口电路板(4)、AV接口(6)。

2.如权利要求1所述的圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，其特征在于：该圆环形麦克风阵列外接音频输入设备还包括外壳(1)，所述CPU主电路板(3)、接口电路板(4)、USB接口(5)、AV接口(6)均设在所述外壳(1)的内部空腔中，所述外壳(1)的侧面设有两个分别连通所述USB接口(5)、AV接口(6)的连接孔，所述麦克风电路板(7)固定连接在所述外壳(1)的顶面，所述麦克风阵列(8)安装在所述麦克风电路板(7)的外侧面。

3.如权利要求1所述的圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，其特征在于：该圆环形麦克风阵列外接音频输入设备还包括插针板(2)，所述CPU主电路板(3)连接所述插针板(2)，所述接口电路板(4)通过插针接口连接所述插针板(2)，所述接口电路板(4)通过所述插针板(2)连接所述CPU主电路板(3)。

4.如权利要求1所述的圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，其特征在于：所述CPU主电路板(3)上设有IIS接口。

5.如权利要求1所述的圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，其特征在于：所述USB接口(5)采用Micro-USB接口或USB Type-C接口。

6.如权利要求1所述的圆环形麦克风阵列外接音频输入设备，其特征在于：所述麦克风阵列(8)包括6个等间距排列成圆环形阵列的麦克风。

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