CN213846995U - 麦克风信号处理电路和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种麦克风信号处理电路和电子设备，涉及麦克风控制技术领域，可以降低电子设备的本底噪声。麦克风信号处理电路，包括：n条麦克风输入支路，n＞1，每条麦克风输入支路包括：麦克风信号输入端；与麦克风信号输入端电连接的用于降采样的降采样电路；与降采样电路的输出端电连接并获取降采样电路的输出信号的本底噪声控制器，本底噪声控制器用于调节降采样电路的输出信号的相位，并使n条麦克风输入支路中每个本底噪声控制器的输出信号的相位一致；麦克风信号处理电路还包括：用于将每条麦克风输入支路中本底噪声控制器的输出信号进行叠加的叠加器、及用于将叠加器输出的信号进行升采样的升采样电路。

Description

麦克风信号处理电路和电子设备

技术领域

本申请涉及麦克风控制技术领域，特别涉及一种麦克风信号处理电路和电子设备。

背景技术

随着科技的发展，耳机已经成为了人们生活中的日常用品，用户对于耳机的要求也越来越高。目前的耳机可以通过麦克风的辅助来实现更多的功能，例如，耳机可以通过前馈麦克风来获取环境噪声，通过处理来抑制环境中的外部噪声，以实现耳机降噪功能；又例如，耳机可以通过前馈麦克风来获取外部声音，并将外部声音进行播放，可以使用户感受不到耳机带来的声音阻塞感；又例如，在进行语音通话时，耳机可以通过麦克风判别语音方向，抑制环境噪声。然而，这些通过麦克风来为耳机增加功能的技术方案中，由于麦克风的引入，使得降低耳机的本底噪声成为了待解决的问题。耳机的本底噪声主要来自于实现功能的电路噪声和外部设备噪声（麦克风，喇叭）。

实用新型内容

本申请实施例提供一种麦克风信号处理电路和电子设备，可以降低耳机等电子设备的本底噪声。

第一方面，本申请实施例提供一种麦克风信号处理电路，适用于电子设备，麦克风信号处理电路包括：

n条麦克风输入支路，n＞1，每条所述麦克风输入支路包括：

麦克风信号输入端，用于获取前馈麦克风的声音信号，所述前馈麦克风用于获取电子设备外部的声音；

与所述麦克风信号输入端电连接的用于降采样的降采样电路；

与所述降采样电路的输出端电连接并获取所述降采样电路的输出信号的本底噪声控制器，所述本底噪声控制器用于调节所述降采样电路的输出信号的相位，并使所述n条麦克风输入支路中每个本底噪声控制器的输出信号的相位一致；

所述麦克风信号处理电路还包括：用于将每条所述麦克风输入支路中本底噪声控制器的输出信号进行叠加的叠加器、及用于将所述叠加器输出的信号进行升采样的升采样电路。

在一种可能的实施方式中，所述麦克风输入支路还包括：

与所述降采样电路电连接的用于使所述电子设备工作于主动降噪模式的降噪控制器；和/或

与所述降采样电路电连接的用于使所述电子设备工作于通透模式的通透控制器；和/或

与所述降采样电路电连接的用于使所述电子设备工作于波束成形模式的波束成形控制器。

在一种可能的实施方式中，所述本底噪声控制器复用为所述降噪控制器或所述通透控制器或所述波束成形控制器。

在一种可能的实施方式中，n=3，3条麦克风输入支路中的一者中的本底噪声控制器复用为所述降噪控制器，3条麦克风输入支路中的另一者中的本底噪声控制器复用为所述通透控制器，3条麦克风输入支路中的第三者中的本底噪声控制器复用为所述波束成形控制器。

在一种可能的实施方式中，本底噪声控制器的增益可调。

第二方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括：

上述的麦克风信号处理电路；

n个前馈麦克风，第i个前馈麦克风电连接于所述麦克风信号处理电路中第i条麦克风输入支路的麦克风信号输入端，i的取值为1、2、…、n。

在一种可能的实施方式中，所述前馈麦克风复用所述电子设备的语音麦克风。

在一种可能的实施方式中，任意两个所述前馈麦克风之间的距离在3厘米以内。

在一种可能的实施方式中，所述n个前馈麦克风为同款麦克风。

在一种可能的实施方式中，所述电子设备为智能眼镜、智能手表或助听器；

或者，所述电子设备为耳机，所述耳机还包括与所述升采样电路的输出端电连接的喇叭。

在一种可能的实施方式中，多个前馈麦克风环绕排布成圆形。

本申请实施例中的麦克风信号处理电路和电子设备，通过设置n条麦克风输入支路，利用本底噪声控制器对每个麦克风输入支路中降采样电路的输出信号进行相位调节，并将调节后具有相同相位的信号叠加后输出至升采样电路，因此可以降低本底噪声控制器的增益，以通过增益降低的方式降低信号中的噪声，同时，由于多路信号的叠加，叠加后所需要使用的非噪声信号的强度不变，而且，本方案还可以将本底噪声控制器输出端之前的各处噪声信号均得到降低，从而在保障了耳机的有用信号的正常输出的同时降低了耳机等电子设备的本底噪声，进而提高了电子设备的有用信号的信噪比、及电子设备的用户体验。

附图说明

图1为现有技术中一种耳机在降噪模式下的原理示意图；

图2为本申请实施例中一种电子设备中部分结构的结构框图；

图3为两路降采样电路的输出信号的示意图；

图4为图3中两路降采样电路的输出信号经过相位调节和叠加之后的示意图；

图5为本申请实施例中另一种电子设备中部分结构的结构框图；

图6为本申请实施例中一种电子设备为智能手表的结构示意图；

图7为本申请实施例中一种电子设备为智能眼镜的结构示意图；

图8为本申请实施例中一种电子设备为头戴式耳机的结构示意图。

具体实施方式

本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。

在对本申请实施例介绍之前，首先对现有技术的问题进行说明，如图1所示，例如工作在降噪模式下的耳机，其中包括前馈麦克风、反馈麦克风、喇叭和控制器，前馈麦克风用于获取外部噪声，反馈麦克风用于获取靠近耳道处的噪声，控制器用于对信号进行处理，例如包括用于对前馈麦克风信号进行处理的前馈控制器、以及用于对反馈麦克风信号进行处理的反馈控制器，其中，外部的噪声可以通过降噪功能来消除，此时，对耳机音质造成不良影响的主要在于麦克风和电路等器件。工作在通透模式下的耳机，可以通过前馈麦克风来获取外部声音，并将外部声音通过喇叭进行播放，可以使用户感受不到耳机带来的声音阻塞感。不论哪种工作模式，耳机均可以简化等效为依次包括前馈麦克风、降采样电路、控制器、升采样电路和喇叭的结构，其中，前馈麦克风的噪声积分为n_MIC，前馈麦克风的噪声包括麦克风在特定的采样率下展开一个全带宽的噪声，例如音频带宽内20-20kHz的噪声；降采样电路的噪声积分为n_RX，降采样电路的噪声包括麦克风高于20kHz的噪声混叠进入20-20kHz的噪声；控制器用来处理输入信号来满足降噪和通透功能，本身并不产生噪声；升采样电路的噪声积分为n_TX，升采样电路的噪声包括将低频噪声延展至20-20kHz的噪声；喇叭通过电压驱动，本身无声音。所以耳机整个系统的本底噪声为：

其中，WB（z）为控制器的增益。

以下对本申请实施例进行介绍，如图2所示，本申请实施例提供了一种麦克风信号处理电路20，适用于电子设备，电子设备例如可以为耳机、智能手表等，麦克风信号处理电路20包括：n条麦克风输入支路10，n＞1，每条麦克风输入支路10包括：麦克风信号输入端in，用于获取前馈麦克风1的声音信号，前馈麦克风1用于获取电子设备外部的声音；与麦克风信号输入端in电连接的用于降采样的降采样电路2；与降采样电路2的输出端电连接并获取所述降采样电路2的输出信号的本底噪声控制器3，本底噪声控制器3用于调节所述降采样电路的输出信号的相位，并使n条麦克风输入支路10中每个本底噪声控制器3的输出信号的相位一致；麦克风信号处理电路还包括：用于将每条麦克风输入支路10中本底噪声控制器3的输出信号进行叠加的叠加器4、及用于将叠加器4输出的信号进行升采样的升采样电路5。

具体地，前馈麦克风1用于获取外部声音并转换为麦克风信号，降采样电路2用于接收麦克风信号并对麦克风信号进行降采样，本底噪声控制器3用于调整降采样电路输出的信号的相位，使得对于每一条麦克风输入支路10来说，其中来自于不同本底噪声控制器3的信号相位均相同。不同麦克风输入支路10中本底噪声控制器3输出的信号叠加后输出至同一个升采样电路5，升采样电路5用于对信号进行升采样，并将升采样后的信号传输至喇叭6进行播放。其中，对于麦克风信号的相位调节，由于前馈麦克风1的摆放位置以及不同前馈麦克风1的灵敏度以及所处的声腔结构不同，可以预先通过对产品的实际测量或模拟仿真来确定各前馈麦克风1之间的信号相位关系，然后设置相对应的调节比例。需要说明的是，使n条麦克风输入支路10中每个本底噪声控制器3的输出信号的相位一致即使n条麦克风输入支路10中每个本底噪声控制器3的输出信号的相位相同，但是在实际中，由于公差等原因可能难以保证信号的相位完全相同，而是使得每个本底噪声控制器3的输出信号的相位尽量相同或接近相同。

在采用多个同款前馈麦克风1的情况下，同款麦克风具有相同的型号/参数，以便于简化本底噪声控制器3的实现难度，可以使本底噪声控制器3更容易被配置为使n条麦克风输入支路10中每个本底噪声控制器3的输出信号的相位一致，即可以把本底噪声控制器3的增益降低的更多，以实现更好的降噪效果。每个前馈麦克风1在20-20kHz的底噪大小相同，且不相关，多个前馈麦克风1的噪声能量叠加为：

其中，n_MIC1、n_MIC2、…、n_MICn分别为多个前馈麦克风1的噪声积分。由于耳机形状大小限制，前馈麦克风1之间的摆放距离较小，例如优选在3厘米以内，所以每个前馈麦克风1收到的信号响度差异较小，前馈麦克风1之间的距离较近时，可以保证通过不同前馈麦克风1接收到的声音信号除了相位之外的差异较小，以使来自于不同前馈麦克风1的信号在叠加之后的失真较少，而且，能减少麦克风占用耳机等电子设备的空间。

以下结合现有技术的对比对本申请实施例的有益效果进行说明，在现有技术中，仅有一个麦克风以及与该麦克风对应的用于信号处理的控制器，假设控制器的增益为10，可以满足输出信号幅值的需要。在本申请实施例中，如图3和图4所示，例如对于两个麦克风信号来说，在两条麦克风输入支路10的前馈麦克风1收到信号后，分别通过两个本底噪声控制器3将两路信号的相位调节一致，并使经过相位调节后的两路信号叠加，叠加后的信号幅值为没有叠加前的原信号的2倍，因此，为了使最终得到的信号和原始信号的大小相同，可以将控制器3的增益降低为原来的一半，这样，两路信号叠加之后既可以得到原始信号的大小。也就是说，只需要将本底噪声控制器3的增益设置为5，在两路信号叠加之后，仍可以得到满足输出信号幅值需求的信号。

因此，当使用n个前馈麦克风1时，即使用n条麦克风输入支路10时，可以使控制器3的增益降低n倍，根据公式：

前馈麦克风1和降采样电路2的底噪会随着本底噪声控制器3的增益WB（z）变化，在本底噪声控制器3的增益WB（z）降低n倍时，前馈麦克风1的噪声n_MICWB（z）会变为原来的

，而信号大小不变，即前馈麦克风的输入信噪比提高了

倍，即降低了耳机等电子设备的本底噪声。

本申请实施例中的麦克风信号处理电路，通过设置n条麦克风输入支路，利用本底噪声控制器对每个麦克风输入支路中降采样电路的输出信号进行相位调节，并将调节后具有相同相位的信号叠加后输出至升采样电路，因此可以降低本底噪声控制器的增益，以通过增益降低的方式降低信号中的噪声，同时，由于多路信号的叠加，叠加后所需要使用的非噪声信号的强度不变，而且，本方案还可以将本底噪声控制器输出端之前的各处噪声信号均得到降低（例如将来自麦克风信号输入端的噪声、降采样电路里的噪声、降采样电路与本地噪声控制器之间的噪声、及本地噪声控制器里的噪声都可以得到降低），从而在保障了耳机的有用信号的正常输出的同时降低了耳机等电子设备的本底噪声，进而提高了电子设备的有用信号的信噪比、及电子设备的用户体验。而且，其结构简单、成本较低。再者，相比现有技术中主要是降低AUDIO（音频）芯片外部的电路/设备的噪声方式，本申请提供的麦克风信号处理电路形成的音频芯片，可以降低音频芯片内部的噪声，进而使得本申请提供的产品能通用于更多的电子设备且能更好的降低电子设备的本底噪声，进而提高电子设备的音频效果。

在一种可能的实施方式中，麦克风输入支路10还包括：与降采样电路2电连接的用于使电子设备工作于主动降噪模式的降噪控制器；和/或与降采样电路2电连接的用于使电子设备工作于通透模式的通透控制器；和/或与降采样电路2电连接的用于使电子设备工作于波束成形模式的波束成形控制器。当麦克风输入支路10中包括降噪控制器，可以利用前馈麦克风1来获取环境噪声，通过降噪控制器对信号的处理来抑制环境噪声，以实现主动降噪功能，同时，可以通过本底噪声控制器3配合多路信号对本底噪声进行抑制。类似地，当麦克风输入支路10中包括通透控制器时，可以利用前馈麦克风1来获取外部声音，并利用通透控制器对信号的处理以及对电子设备的控制通过耳机对外部声音进行播放，可以使用户感受不到耳机带来的声音阻塞感，同时，可以通过本底噪声控制器3配合多路信号对本底噪声进行抑制。类似地，当麦克风输入支路10中包括波束成形控制器时，可以利用前馈麦克风1来获取外部声音，并利用波束成形控制器对信号的处理以及对电子设备的控制使电子设备对来自于特定方向的声音更加敏感，同时，可以通过本底噪声控制器3配合多路信号对本底噪声进行抑制。需要说明的是，当麦克风输入支路10包括不同类似的控制器时，这些控制器可以复用，电子设备在工作在不同的模式时，可以控制器切换至具有不同功能的模式。

在一种可能的实施方式中，本底噪声控制器3复用为降噪控制器或通透控制器或波束成形控制器，可以理解地，本底噪声控制器3可以同时复用为降噪控制器、通透控制器和波束成形控制器，也就是说，当耳机等电子设备工作于主动降噪模式时，本底噪声控制器3可以对信号进行处理以实现主动降噪功能，同时，将每一路信号的相位调节为一致，以便于后续相位一致的信号叠加；当电子设备工作于通透模式时，本底噪声控制器3可以对信号进行处理以实现通透模式的功能，同时，将每一路信号的相位调节为一致，以便于后续相位一致的信号叠加；当电子设备工作于波束成形模式时，本底噪声控制器3可以对信号进行处理以实现波束成形功能，同时，将每一路信号的相位调节为一致，以便于后续相位一致的信号叠加。控制器的复用可以节省成本和空间，且使得耳机等电子设备的功能更多。

在一种可能的实施方式中，n=3，3条麦克风输入支路10中的一者中的本底噪声控制器3复用为降噪控制器，3条麦克风输入支路中的另一者中的本底噪声控制器3复用为通透控制器，3条麦克风输入支路中的第三者中的本底噪声控制器3复用为波束成形控制器。利用三个控制器分别实现不同功能的同时，将每一路信号的相位调节为一致，以便于后续相位一致的信号叠加，可以进一步有效利用空间以及节省成本。

在一种可能的实施方式中，本底噪声控制器3的增益可调，例如，n条麦克风输入支路10中每个降采样电路的输出信号的相位较难完全相同。例如在受到外界环境影响时，则N条麦克风输入支路中各支路的相位有较小的相位差，为了使得电子设备中所述喇叭最后输出的信号跟原始信号的大小一致，则需要对应的调节本地噪声控制器的增益，配置本底噪声控制器3的增益可以调节，可以减少有用信号的失真，而且还可以根据电子设备的情况调节本地噪声控制器的增益的同时调节噪声，以改善用户体验。

需要说明的是，上述不同麦克风输入支路10中的本底噪声控制器3，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。

本申请实施例还提供一种电子设备，包括：上述的麦克风信号处理电路20 ；n个前馈麦克风1，第i个前馈麦克风1电连接于麦克风信号处理电路中第i条麦克风输入支路10的麦克风信号输入端in，i的取值为1、2、…、n。

在一种可能的实施方式中，前馈麦克风1复用电子设备的语音麦克风，通过对麦克风的复用可以降低成本以及提高空间利用率。

在一种可能的实施方式中，任意两个前馈麦克风1之间的距离在3厘米以内，前馈麦克风1之间的距离较近时，可以保证通过不同前馈麦克风1接收到的声音信号除了相位之外的差异较小，以使来自于不同前馈麦克风1的信号在叠加之后的失真较少。

在一种可能的实施方式中，n个前馈麦克风1为同款麦克风，同款麦克风的性能参数接近，同样是为了保证通过不同前馈麦克风1接收到的声音信号除了相位之外的差异较小，以使来自于不同前馈麦克风1的信号在叠加之后的失真较小。

在一种可能的实施方式中，电子设备为智能眼镜、智能手表或助听器；或者，电子设备为耳机，耳机还包括与升采样电路5的输出端电连接的喇叭6。

具体地，例如，如图5和图6所示，电子设备为智能手表，智能手表上设置有麦克风信号处理电路20，智能手表可以外接耳机，例如通过蓝牙或者端子插接的方式，耳机中的喇叭会获取智能手表上麦克风信号处理电路20中升采样电路5的输出信号，以实现降噪功能、通透功能或波束成形功能。例如，如图5和图7所示，电子设备为智能眼镜，智能眼镜上设置有麦克风信号处理电路20，智能眼镜可以外接耳机，例如通过蓝牙或者端子插接的方式，耳机中的喇叭会获取智能眼镜上麦克风信号处理电路20中升采样电路5的输出信号，以实现降噪功能、通透功能或波束成形功能。例如，如图8所示，电子设备为头戴式耳机，头戴式耳机上可以设置由多个前馈麦克风1形成的麦克风阵列。能够理解地，在其他可实现的实施方式中，电子设备还可以为入耳式耳机、半入耳式耳机等任意具有降噪功能、通透功能或波束成形功能的产品。

在一种可能的实施方式中，如图8所示，多个前馈麦克风1环绕排布成圆形，这样可以使多个前馈麦克风1之间的距离较小，即多个前馈麦克风1整体占据的空间面积较小，以使通过不同前馈麦克风1接收到的声音信号的差异较小，更利于提升降噪效果。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线（例如同轴电缆、光纤、数字用户线）或无线（例如红外、无线、微波等）方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，（例如，软盘、硬盘、磁带）、光介质（例如， DVD）、或者半导体介质（例如固态硬盘 SolidState Disk）等。

本申请实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a, b, c, a-b,a-c, b-c,或a-b-c，其中a, b, c可以是单个，也可以是多个。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种麦克风信号处理电路，适用于电子设备，其特征在于，麦克风信号处理电路包括：

n条麦克风输入支路，n＞1，每条所述麦克风输入支路包括：

麦克风信号输入端，用于获取前馈麦克风的声音信号，所述前馈麦克风用于获取电子设备外部的声音；

与所述麦克风信号输入端电连接的用于降采样的降采样电路；

与所述降采样电路的输出端电连接并获取所述降采样电路的输出信号的本底噪声控制器，所述本底噪声控制器用于调节所述降采样电路的输出信号的相位，并使所述n条麦克风输入支路中每个本底噪声控制器的输出信号的相位一致；

所述麦克风信号处理电路还包括：用于将每条所述麦克风输入支路中本底噪声控制器的输出信号进行叠加的叠加器、及用于将所述叠加器输出的信号进行升采样的升采样电路。

2.根据权利要求1所述的麦克风信号处理电路，其特征在于，

所述麦克风输入支路还包括：

与所述降采样电路电连接的用于使所述电子设备工作于主动降噪模式的降噪控制器；和/或

与所述降采样电路电连接的用于使所述电子设备工作于通透模式的通透控制器；和/或

与所述降采样电路电连接的用于使所述电子设备工作于波束成形模式的波束成形控制器。

3.根据权利要求2所述的麦克风信号处理电路，其特征在于，

所述本底噪声控制器复用为所述降噪控制器或所述通透控制器或所述波束成形控制器。

4.根据权利要求2所述的麦克风信号处理电路，其特征在于，

n=3，3条麦克风输入支路中的一者中的本底噪声控制器复用为所述降噪控制器， 3条麦克风输入支路中的另一者中的本底噪声控制器复用为所述通透控制器，3条麦克风输入支路中的第三者中的本底噪声控制器复用为所述波束成形控制器。

5.根据权利要求1所述的麦克风信号处理电路，其特征在于，

所述本底噪声控制器的增益可调。

6.一种电子设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任意一项所述的麦克风信号处理电路；

n个前馈麦克风，第i个前馈麦克风电连接于所述麦克风信号处理电路中第i条麦克风输入支路的麦克风信号输入端，i的取值为1、2、…、n。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，

所述前馈麦克风复用所述电子设备的语音麦克风。

8.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，

任意两个所述前馈麦克风之间的距离在3厘米以内。

9.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，

所述n个前馈麦克风为同款麦克风。

10.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，

所述电子设备为智能眼镜、智能手表或助听器；

或者，所述电子设备为耳机，所述耳机还包括与所述升采样电路的输出端电连接的喇叭。

11.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，

多个所述前馈麦克风环绕排布成圆形。

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