CN219417718U - 室内声源定位系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种室内声源定位系统，该系统包括：三个以上的麦克风，分别设置于目标空间的不同位置，且各位置之间的距离在距离阈值以上，用于进行模拟音频信号采集；第一转换模块，与各麦克风连接，用于根据阈值电压对各模拟音频信号进行方波整形，输出各麦克风对应的触发信号；第二转换模块，与各麦克风连接，用于对各模拟音频信号进行模数转换，输出各麦克风对应的数字音频信号；处理模块，与第一转换模块和第二转换模块连接，用于根据各触发信号确定各麦克风声源采集的时间差，并对各数字音频信号进行比较，得到强度差，根据时间差、强度差和麦克风的设置位置进行声源定位。该系统对定位算法的依赖度低，可低成本地实现了室内声源定位。

Description

室内声源定位系统

技术领域

本申请涉及声源定位技术领域，尤其涉及一种室内声源定位系统。

背景技术

声源定位是指听觉(声学)系统对发声物体位置的判断过程，其有着相当丰富的应用场景，是目前热门的研究方向之一。而传统技术中的声源定位是将多个麦克风组成麦克风阵列，基于麦克风阵列中各麦克风单元所收集到的音频信号，结合软件算法实现声源定位。但该种方式中，定位算法存在着开发难度大、研发周期长、研发成本高等问题，进而导致许多室内声源定位系统在没有较好定位算法的情况下存在着定位不准确的问题。

实用新型内容

本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中室内声源定位系统在没有较好定位算法的情况下所存在着的定位不准确的技术缺陷。

本申请实施例提供了一种室内声源定位系统，包括：

麦克风，麦克风的数量为三个以上，分别设置于目标空间的不同位置，且各位置之间的距离在距离阈值以上，用于进行模拟音频信号采集；

第一转换模块，与各麦克风连接，用于根据阈值电压对各模拟音频信号进行方波整形，输出各麦克风对应的触发信号；

第二转换模块，与各麦克风连接，用于对各模拟音频信号进行模数转换，输出各麦克风对应的数字音频信号；

处理模块，与第一转换模块和第二转换模块连接，用于根据各触发信号确定各麦克风声源采集的时间差，并对各数字音频信号进行比较，得到强度差，根据时间差、强度差和麦克风的设置位置进行声源定位。

在其中一个实施例中，第一转换模块包括与各麦克风一一对应的第一比较器和电压阈值设置单元；

电压阈值设置单元用于输出阈值电压；

第一比较器的第一输入端与电压阈值设置单元连接，第一比较器的第二输入端用于接收对应的模拟音频信号。

在其中一个实施例中，第一转换模块还包括各麦克风一一对应的电压跟随器，电压跟随器的输入端用于接收对应的模拟音频信号，电压跟随器的输出端连接对应的第一比较器的第二输入端。

在其中一个实施例中，电压跟随器包括第一放大器和第一限流电阻；

第一放大器的正极输入端为电压跟随器的输入端，并通过第一限流电阻接收对应的模拟音频信号，第一放大器的输出端为电压跟随器的输出端，第一放大器的负极输入端与第一放大器的输出端连接。

在其中一个实施例中，第一转换模块还包括与各第一比较器一一对应的同相器，同相器的输入端连接对应第一比较的输出端，同相器的输出端用于输出对应的触发信号。

在其中一个实施例中，同相器为输入端相互连接的与门。

在其中一个实施例中，室内声源定位系统还包括与各麦克风一一对应的共模抑制电路，共模抑制电路连接在对应的麦克风和第一转换模块、第二转换模块之间，用于在对应的模拟音频信号输入第一转换模块、第二转换模块之前，对模拟音频信号进行共模抑制以及差分放大。

在其中一个实施例中，共模抑制电路包括第一级共模抑制电路、第二级共模抑制电路和第三级共模抑制电路；

第一级共模抑制电路包括共模电感，共模电感的输入端连接麦克风的拾音电路的输出端；

第二级共模抑制电路包括第一负反馈放大电路、第二负反馈放大电路和第一增益调节模块，第一负反馈放大电路和第二负反馈放大电路的正极输入端分别连接共模电感的第一输出端和第二输出端，第一负反馈放大电路和第二负反馈放大电路的负极输入端通过第一增益调节模块连接；

第三级共模抑制电路包括对称差动输入级和单端输出级，单端输出级用于将差分信号转换为单端信号输出，对称差动输入级的第一输入端和第二输入端分别连接第一负反馈放大电路、第二负反馈放大电路的输出端，对称差动输入级的第一输出端和第二输出端分别连接单端输出级的第一输入端和第二输入端。

在其中一个实施例中，第二转换模块包括CS5343/4芯片及其外围电路。

在其中一个实施例中，处理模块包括DSP芯片。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本实施例中的室内声源定位系统，其在目标空间内的不同位置设置了三个以上的麦克风，麦克风之间的距离需大于距离阈值，以保证不同麦克风之间所采集到的音频信号有足够大的区别，从而降低后续根据音频信号进行分析时对软件算法的要求。该系统为了结合时间差和强度差以及麦克风的设置位置对声源进行定位，设置了第一转换模块和第二转换模块，第一转换模块可以将麦克风采集的模拟音频信号转换为方便进行时间差计算的触发信号，而第二转换模块可以将模拟音频信号转换为方便进行强度差计算的数字音频信号。最后，处理模块即可根据数字音频信号和触发信号进行声源定位。该系统降低了对声源定位算法的要求，低成本地实现了室内声源定位。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请一个实施例提供的室内声源定位系统的应用场景图；

图2为本申请一个实施例提供的室内声源定位系统的模块结构图；

图3为本申请一个实施例中触发信号的波形示意图；

图4为本申请一个实施例中第一转换模块的电路示意图；

图5为本申请另一个实施例中第一转换模块的电路示意图；

图6为本申请又一个实施例中第一转换模块的电路示意图；

图7为本申请一个实施例提供的共模抑制电路的示意图；

图8为本申请一个实施例中第二级共模抑制电路的示意图；

图9为本申请另一个实施例中第二级共模抑制电路的示意图；

图10为本申请又一个实施例中第二级共模抑制电路的示意图；

图11为本申请再一个实施例中第二级共模抑制电路的示意图；

图12为本申请一个实施例中第三级共模抑制电路的示意图；

图13为本申请一个实施例中第三级共模抑制电路的示意图；

图14为本申请一个实施例中单端输出级的示意图；

图15为本申请一个实施例中共模抑制电路的电路结构图；

图16为本申请一个实施例中MAX4063芯片及其外围电路的电路结构图；

图17为本申请一个实施例中CS5343/4芯片及其外围电路的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种室内声源定位系统，请参阅图1和图2。该室内声源系统包括麦克风10、第一转换模块20、第二转换模块30和处理模块40。该室内声源系统所针对的声源一般为人声，也可以对其他类型的声源进行定位。

可以理解，麦克风10用于进行模拟音频信号采集，其内可以包括话筒、拾音电路等。传统的麦克风10阵列中的多个麦克风10距离很近，被集成在一起，虽然体积较小，但麦克风10阵列中各个麦克风10之间所采集到的音频信号相差较小，需要依赖优质算法才可进一步区分和定位。因此，本实施例希望从硬件层面进行改进。本实施例将三个以上独立的麦克风10分别设置在目标空间相距在距离阈值以上的位置，目标空间即为需要对声源进行定位的室内空间，距离阈值可以根据麦克风10的采集灵敏度进行选择，需保证各麦克风10采集到的同一声源发出的音频信号有足够的差别，例如有各音频信号的相位差大于相位差阈值。麦克风10的数量可以根据目标空间的大小确定。图1即示出了包括三个麦克风10的室内声源定位系统，各麦克风10设置在目标空间的墙壁之上。

根据人体对声源进行定位的机理，目前有通过比较两个音频信号之间的强度差、时间差、音色差、相位差等进行定位。本申请中的室内声源定位系统结合使用了时间差定位和强度差定位两种方式。因此，需要检测麦克风10之间所接收到声源发出的音频信号的时间差和强度差。为此，在本申请的室内声源定位系统中设置第一转换模块20和第二转换模块30。第一转换模块20和第二转换模块30均分别与各麦克风10连接，都可以接收各麦克风10对应的模拟音频信号，并进行相应的波形转换处理。

具体而言，第一转换模块20根据阈值电压对各模拟音频信号进行方波整形，输出各麦克风10对应的触发信号。可以理解，麦克风10将音信号转换为模拟音频信号后，模拟音频信号的电压变化即反映音信号的变化情况。在声源未发声时，模拟音频信号应为电压值较低且保持平稳的曲线。而当声源发声时，模拟音频信号将会产生波动，且会产生电压值较高的部分。因此，为了方便判断各麦克风10接收到声源所发出声音的时间，请参阅图3，对于任意一路模拟音频信号，第一转换模块20在模拟音频信号高于阈值电压时，输出的触发信号为高电平，当模拟音频信号低于阈值电压时，输出的触发信号为低电平。如此，根据各模拟音频信号对应的触发信号出现上升沿的时间，即可确定各麦克风10第一次接收到声音的时间，从而确定时间差。

第二转换模块30用于对各模拟音频信号进行模数转换，输出各麦克风10对应的数字音频信号。可以理解，计算机设备可对数字进行处理。因此，将模拟音频信号转换为数字形式的数字音频信号后，即可由计算机设备确定麦克风10所接收到声源所发出声音的强度，进而计算强度差。

处理模块40即为具有数据处理能力的设备，分别与第一转换模块20和第二转换模块30连接。第一转化模块或第二转化模块应独立输出与麦克风10数量相同的多路信号到处理模块40，而图2为了方便展示，第一转化模块或第二转化模块与处理模块40之间仅示出了一路连接。处理模块40用于根据各触发信号确定各麦克风10采集声源发出声音的时间差。即根据方波形式的触发信号各边沿出现的时间，判断麦克风10采集到有效声音的时间，进而计算出时间差。处理模块40还可对各数字音频信号进行比较，得到强度差，以及根据时间差、强度差和麦克风10的设置位置进行声源定位。处理模块40对内置算法的要求不高，可根据研发者自身情况选择开源或自研算法。以声源是人为例，请参阅图1，根据时间差和强度差和麦克风10的设置位置进行声源定位的原理为：当移动人员处于A点时，根据强度差和时间差可知，麦克风101所接收的数字音频信号的强度最大且最先接收移动人员发出的声音，麦克风102和3所接收的信号强度和时间都相近，因此，移动人员应当在靠近麦克风101的位置且同时远离麦克风102和麦克风103的位置，结合麦克风101、麦克风102和3的位置进行综合分析，即可确定移动人员的位置。

值得一提的是，第一转换模块20、第二转换模块30和处理模块40可以集成在一起，形成定位主机，定位主机通过有线或无线的方式与各麦克风10进行通信连接，以接收各麦克风10输出的模拟音频信号。

本实施例中的室内声源定位系统，其在目标空间内的不同位置设置了三个以上的麦克风10，麦克风10之间的距离需大于距离阈值，以保证不同麦克风10之间所采集到的音频信号有足够大的区别，从而降低后续根据音频信号进行分析时对软件算法的要求。该系统为了结合时间差和强度差以及麦克风10的设置位置对声源进行定位，设置了第一转换模块20和第二转换模块30，第一转换模块20可以将麦克风10采集的模拟音频信号转换为方便进行时间差计算的触发信号，而第二转换模块30可以将模拟音频信号转换为方便进行强度差计算的数字音频信号。最后，处理模块40即可根据数字音频信号和触发信号进行声源定位。该系统降低了对声源定位算法的要求，低成本地实现了室内声源定位。

在其中一个实施例中，请参阅图4，第一转换模块20包括与各麦克风10一一对应的第一比较器21和电压阈值设置单元22。电压阈值设置单元22用于输出阈值电压，图4中示出的电压阈值设置单元22是由电阻串联组成的分压电路，也可采用其他设置偏置电压的电路结构。第一比较器21的第一输入端与电压阈值设置单元22连接，第一比较器21的第二输入端用于接收对应的模拟音频信号。图4中示出的第一比较器21的第一输入端为正极输入端，第二输入端为负极输入端。以任意一个第一比较器21为例，当输入该第一比较器21的模拟音频信号的赋值大于阈值电压时，第一比较器21将输出高电平，否则将输出低电平。该工作机制符合第一转换模块20的要求。

在其中一个实施例中，第一转换模块20还包括各麦克风10一一对应的电压跟随器，电压跟随器的输入端用于接收对应的模拟音频信号，电压跟随器的输出端连接对应的第一比较器21的第二输入端。可以理解，电压跟随器是一种运算放大器电路，其输入电压等于输出电压，但其具有很高的输入阻抗，可以起到电压隔离和缓冲的作用。因此，在各第一比较器21之前设置对应的电压跟随器。具体而言，请参阅图5，电压跟随器包括第一放大器23和第一限流电阻24。第一放大器23的正极输入端为电压跟随器的输入端，并通过第一限流电阻24接收对应的模拟音频信号，第一放大器23的输出端为电压跟随器的输出端，第一放大器23的负极输入端与第一放大器23的输出端连接。

在其中一个实施例中，第一转换模块20还包括与各第一比较器21一一对应的同相器，同相器的输入端连接对应第一比较的输出端，同相器的输出端用于输出对应的触发信号。可以理解，为了提高带载能力，本实施例中还在各第一比较器21的输出端连接了同相器，即第一比较器21所整形出的脉冲信号，通过对应的同相器输出到处理模块40。在一个具体实施例中，请参阅图6，同相器25为输入端相互连接的与门。

在其中一个实施例中，室内声源定位系统还包括与各麦克风10一一对应的共模抑制电路，共模抑制电路连接在对应的麦克风10和波形转换模组之间，用于在对应的模拟音频信号输入波形转换模组之前，对模拟音频信号进行共模抑制以及差分放大。可以理解，在通过有线方式进行信号传递时，常常会引入共模噪音，而在对信号麦克风10采集的数据进行放大时，会将共模噪音一起放大。因此，需要一种高共模抑制比的差分放大电路。即在室内声源定位系统设置与各麦克风10一一对应的共模抑制电路，实现对各模拟音频信号进行共模抑制以及差分放大。各共模抑制电路可以一起封装到定位主机中，也可以作为麦克风的一个部件成套使用。

在其中一个实施例中，请参阅图7，共模抑制电路包括第一级共模抑制电路40、第二级共模抑制电路50和第三级共模抑制电路60。

第一级共模抑制电路40包括共模电感，共模电感的输入端连接麦克风10的拾音电路的输出端。可以理解，共模信号是幅度相等，相位相同的信号。而共模电感即是设计出来用来降低共模噪音影响的设备。具体而言，共模电感的两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制反向)。而拾音电路所输出的是两路差分信号，每路差分信号连接一个线圈。这样，当电路中的电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的目的。

第二级共模抑制电路50包括第一负反馈放大电路51、第二负反馈放大电路52和第一增益调节模块53。可以理解，第一负反馈放大电路51和第二负反馈放大电路52是基于集成运放的放大电路，在集成运放中引入负反馈可以使得放大器有更为稳定的放大倍数、提高输入阻抗、降低非线性失真等。拾音电路所采集来的音频电信号为差分形式，通过两个负反馈放大电路分别连接差分信号的一路再将两个负反馈放大电路串联在一起，即第一负反馈放大电路51和第二负反馈放大电路52的正极输入端分别连接共模电感的第一输出端和第二输出端(分别对应共模电感的两个线圈)，第一负反馈放大电路51和第二负反馈放大电路52的负极输入端连接。这两个负反馈放大电路输出端之间即可得到经过放大的差分信号。其差模放大倍数可由负反馈放大电路中负反馈支路的阻值以及第一负反馈放大电路51和第二负反馈放大电路52的负极输入端之间的阻值决定。因此，在第一负反馈放大电路51和第二负反馈放大电路52之间设置第一增益调节模块53，第一增益调节模块53的阻值可根据需要进行选择，从而调节第二级共模抑制电路50的差模放大倍数。在差模放大倍数可调整的基础上，通过分析其共模增益可发现，第二级共模抑制电路50的共模增益在理想状况下为零，即可以大大削减共模噪音。由此可见，第二级共模抑制电路50可以在实现差分放大的基础上抑制共模噪音。

第三级共模抑制电路60包括对称差动输入级61和单端输出级62。对称差动输入级61由两个性能、参数等相同特性的对称部分连接组成，其可用于接收差分信号，每个对称部分的输入端分别对应对称差动输入级61的第一输入端和第二输入端，以接收第二级共模抑制电路50所输出的差分信号中的各一路，对差分信号进行缓冲。而对称差动输入级61的差模放大倍数可以根据需要调整，但其理想共模增益应保持为零，实现进一步对共模噪音的抑制。而考虑到最终麦克风10应输出单端信号。因此，在对称差动输入级61后设置单端输出级62，单端输出级62的第一输入端和第二输入端分别连接对称差动输入级61的第一输出端和第二输出端，以接收经过对称差动输入级61缓冲的差分信号。单端输出级62是基于减法器原理的输出级，对接收到的差分信号之间做减法后输出，即可将差分信号转换为单端信号输出。单端输出级62最终输出的信号可以传到音响设备进行播放，可以输出到微处理器中进行处理，例如，用于室内声源定位。

在其中一个实施例中，如图8所示，第一负反馈放大电路51和第二负反馈放大电路52均是基于集成运放的负反馈放大电路，各负反馈放大电路中的放大器的各端口与负反馈放大电路中的端口一一对应。具体而言，第二放大器511的正极输入端为第一负反馈放大电路51的正极输入端，第二放大器511的负极输入端为第一负反馈放大电路51的负极输入端，第二放大器511的输出端为第一负反馈放大电路51的输出端。第三放大器521的正极输入端为第二负反馈放大电路52的正极输入端，第三放大器521的负极输入端为第二负反馈放大电路52的负极输入端，第三放大器521的输出端为第二负反馈放大电路52的输出端。

负反馈放大电路中还包括负反馈模块，连接在对应的放大器的输出端和负极输入端之间，实现输出负反馈。即第一负反馈放大电路51中还包括第一负反馈模块512，第二负反馈放大电路52中还包括第二负反馈模块522。另外，第一负反馈模块512、第一增益调节模块53和第二负反馈模块522中应包括电阻，这三个模块中的电阻应能在第二放大器511的输出端、第三放大器521的输出端之间串联。假设第一负反馈模块512、第一增益调节模块53和第二负反馈模块522中的电阻值分别为A、B和C，则有

由此可见，第二级共模抑制电路50的差模放大倍数为其可以由第一负反馈模块512、第一增益调节模块53和第二负反馈模块522中的电阻阻值控制。而其共模增益在理想状态下为零，具有很强的共模抑制能力。在有些实施例中，第一负反馈模块512和第二负反馈模块522可以为纯电阻。但为了同时消除放大器中的高频干扰，在其中一个实施例中，如图9所示，第一负反馈模块512包括相互并联的第一电阻512A和第一电容512B，第二负反馈模块522包括相互并联的第二电阻522A和第二电容522B。以第一电容512B为例，第二放大器511负输入端的高频干扰经过第一电容512B反馈回到第二放大器511负输入端，但方向与原方向相反，这两个高频干扰之间相互抵消，实现滤波作用。

在其中一个实施例中，请参阅图10，第二级共模抑制电路50还包括第一引脚保护模块54和第二引脚保护模块55。可以理解，为了保护元器件，限制输入第二放大器511和第三放大器521的输入电压范围，分别在第二放大器511和第三放大器521的正极输入端连接了引脚保护模块。具体而言，第一引脚保护模块54包括相互串联的第一二极管541和第二二极管542，第一二极管541的输出端连接第一正电压，第一二极管541和第二二极管542的公共端连接第二放大器511的正极输入端，第二二极管542的输入端连接第一负电压。第二引脚保护模块55包括相互串联的第三二极管551和第四二极管552，第三二极管551的输出端连接第一正电压，第三二极管551和第四二极管552的公共端连接第三放大器521的正极输入端，第四二极管552的输入端连接第一负电压。

两者原理相似，以第一引脚保护模块54为例进行说明，当输入第二放大器511的电压与第一正电压的差大于第一二极管541的导通电压，则第一二极管541将导通。这使得输入第二放大器511的电压钳位在第一正电压加上第一二极管541的导通电压的水平。当第一负电压与输入第二放大器511的差大于第二二极管542的导通电压，则第二二极管542将导通，将输入第二放大器511的电压钳位在第一负电压减去第二二极管542的导通电压的水平。由此可见，输入第二放大器511的电压大致被钳位在了第一正电压和第一负电压之间，选择合适的第一正电压和第一负电压即可对第二放大器511进行有效的保护。

在其中一个实施例中，请参阅图11，第一增益调节模块53包括第三电阻531和选通模块532。第三电阻531与选通模块532并联，选通模块532包括两路以上的阻值不同的待选电阻，选通模块532用于选通其中一路待选电阻。可以理解，由于第二级共模抑制电路50的差模放大倍数以第一增益调节模块53的阻值有关，为了选择合适的差模放大倍数，可选择不同的待选电阻与第三电阻531并联，在第三电阻531的基础上形成阻值不同第一增益调节模块53。请参阅图5，该图示意性的展示了包括两路待选电阻的选通模块532。选通模块532可以在控制器的控制下选择一个待选电阻与第三电阻531并联，也可以由操作人员手动控制。

在其中一个实施例中，请参阅图12，对称差动输入级61包括相互对称的第三负反馈放大电路611、第四负反馈放大电路612和第二增益调节模块613。第三负反馈放大电路611的负极输入端通过第二增益调节模块613连接第四负反馈放大电路612的负极输入端，第三负反馈放大电路611和第四负反馈放大电路612以及第二增益调节模块613的原理可参见上文中关于第一负反馈放大电路51、第二负反馈放大电路52和第一增益调节模块53的描述。与该部分的区别在于，对称差动输入级61主要是对差分信号进行缓冲，可以将第一增益调节模块53的电阻设置为远大于第一负反馈放大电路51、第二负反馈放大电路52中负反馈模块的电阻，以使差模放大倍数接近1，实现对差模信号缓冲而不放大。第三负反馈放大电路611和第四负反馈放大电路612与对称差动输入级61的端口存在对应关系。具体而言，第三负反馈放大电路611的正极输入端为对称差动输入级61的第一输入端，第三负反馈放大电路611的输出端为对称差动输入级61的第一输出端。第四负反馈放大电路612的正极输入端为对称差动输入级61的第二输入端，第四负反馈放大电路612的输出端为对称差动输入级61的第二输出端。

在其中一个实施例中，请参阅图13，第三负反馈放大电路611包括第四放大器611A和第三负反馈模块611B。第四负反馈放大电路612包括第五放大器612A和第四负反馈模块612B。第四放大器611A、第三负反馈模块611B、第五放大器612A和第四负反馈模块612B的原理说明可参见上文中关于第二放大器511、第一负反馈模块512、第三放大器521和第二负反馈模块522的原理说明。区别在于，第四放大器611A和第五放大器612A应保持型号、参数、性能等的一致，而第三负反馈模块611B和第四负反馈模块612B也应保证相同，以保证对称差动输入级61的对称性。

而第四放大器611A与第三负反馈放大电路611的端口之间存在对应关系，第五放大器612A与第四负反馈放大电路612的端口之间存在对应关系。具体为：第四放大器611A的正极输入端为第三负反馈放大电路611的正极输入端，第四放大器611A的负极输入端为第三负反馈放大电路611的负极输入端，第四放大器611A的输出端为第三负反馈放大电路611的输出端。第五放大器612A的正极输入端为第四负反馈放大电路612的正极输入端，第五放大器612A的负极输入端为第四负反馈放大电路612的负极输入端，第五放大器612A的输出端为第四负反馈放大电路612的输出端。

在其中一个实施例中，选择第三负反馈模块611B和第四负反馈模块612B为电阻相同的电阻。为了使得第二增益调节模块613的阻值远大于第三负反馈模块611B和第四负反馈模块612B，第二增益调节模块613包括相互串联的电阻和电容，电容在直流情况下呈现高阻态。在此种设计中，对称差分输入级的差模放大倍数为1且共模增益仍保持为0。

在其中一个实施例中，请参阅图14，单端输出级62包括第六放大器621、第四电阻622、第五电阻623、第六电阻624以及第七电阻625。单端输出级62的各端口与第六放大器621、第四电阻622和第五电阻623之间存在对应关系。具体而言，第四电阻622的第一端为单端输出级62的第一输入端，第五电阻623的第一端为单端输出级62的第二输入端，第六放大器621的输出端为单端输出级62的输出端。

第六放大器621的负极输入端连接第四电阻622的第二端，第六放大器621的正极输入端连接第五电阻623的第二端，第六放大器621的输出端通过第六电阻624连接第六放大器621的负极输入端，第六放大器621的正极输入端通过第七电阻625接地。可以理解，第六放大器621和第四电阻622、第五电阻623、第六电阻624以及第七电阻625组成针对差分信号的减法器，第四电阻622和第六电阻624以及第五电阻623和第七电阻625分别起到分压作用，在第四电阻622与第六电阻624的比等于第五电阻623与第七电阻625的比相等的情况下，每路差分信号经过同样比例的分压后相减，使得差分信号转换为单端信号。如不希望该部分进行放大，可以将第四电阻622、第五电阻623、第六电阻624以及第七电阻625的阻值选择为相同的。

在一个具体实施例中，请参阅图15，第一级共模抑制电路40包括共模电感。第二级共模抑制电路50包括第一负反馈放大电路51、第二负反馈放大电路52、第一引脚保护模块54和第二引脚保护模块55。第一负反馈放大电路51包括第二放大器511和第一负反馈模块512，第二负反馈放大电路52包括第三放大器521和第二负反馈模块522。其中，第一负反馈模块512包括相互并联的第一电阻512A和第一电容512B，第二负反馈模块522包括相互并联的第二电阻522A和第二电容522B。第一增益调节模块53包括第三电阻531和选通模块532。选通模块532包括两个阻值不同的第一待选电阻和第二待选电阻。第一引脚保护模块54包括相互串联的第一二极管541和第二二极管542。第二引脚保护模块55包括相互串联的第三二极管551和第四二极管552。上述第二级共模抑制电路50的各组成部分的原理以及连接关系在前文中已有描述，在此不再赘述。

与前文中不同的是，图9中的第二级共模抑制电路50在分别在增加了用于对差分信号进行滤波、限流的多个电容以及电阻。具体而言，第二级共模抑制电路50还包括第八电阻564、第九电阻566、第十电阻567、第十一电阻569、第三电容561、第四电容562、第五电容563、第六电容565、第七电容568和第八电容570。第二放大器511通过串联的第五电容563、第八电阻564与共模电感的一个输出端连接。第二放大器511的正极输入端分别通过第十电阻567和第七电容568接地。第五电容563与共模电感的公共端还通过第三电容561接地。第三放大器521通过串联的第六电容565、第九电阻566与共模电感的另一个输出端连接。第三放大器521的正极输入端分别通过第十一电阻569和第八电容570接地。第六电容565与共模电感的公共端还通过第四电容562接地。

第三级共模抑制电路60的对称差动输入级61包括相互对称的第三负反馈放大电路611、第四负反馈放大电路612和第二增益调节模块613。第三负反馈放大电路611包括第四放大器611A和第三负反馈模块611B。第四负反馈放大电路612包括第五放大器612A和第四负反馈模块612B。该图中第三负反馈模块611B和第四负反馈模块612B均为纯电阻。而第二增益调节模块613包括相互串联的第十二电阻313B和第九电容313A。单端输出级62包括第六放大器621、第四电阻622、第五电阻623、第六电阻624以及第七电阻625。上述第三级共模抑制电路60的各组成部分的原理以及连接关系在前文中已有描述，在此不再赘述。为了保护第四放大器611A和第五放大器612A，在第四放大器611A的正极输入端与第二放大器511的输出端之间连接用于限流的第十三电阻331，在第五放大器612A的正极输入端与第三放大器521的输出端之间连接用于限流的第十四电阻332。另外，为了进一步增强抗电磁干扰能力，在单端输入级还设置了第十电容326和第十一电容327。第十电容326与第六电阻624并联，第十一电容327与第七电阻625并联。并且，还可以在第六放大器621的输出端串联一个电阻，以方便与后端接收信号的设备配合。

在其中一个实施例中，第二转换模块30包括CS5343/4芯片及其外围电路。可以理解，CS5343/4芯片可用于执行采样、模数转换和抗混叠滤波，以串行形式为左输入和右输入生成24位值，每个通道的采样率可达108kHz。CS5343/4使用三阶多位Delta Sigma调制器，并在其后设置了数字滤波器，无需外部抗混叠滤波器。CS5343/4还具有高阻抗采样网络，消除了运算放大器等昂贵的外部组件。CS5343支持I2S音频格式，24位转换CS5343/4非常适合需要宽动态范围、可忽略失真和低噪声的音频系统。因此，本实施例选择基于CS5343/4芯片的第二转换模块30。图16示出了三路麦克风10信号时CS5343/4芯片及其外围电路的结构。每个CS5343/4可以接收两路麦克风10信号，第二转换模块30中CS5343/4芯片的数量可以根据麦克风10的数量选择。各CS5343/4芯片及外围电路的结构基本相同，图中U2和U3分别代表CS5343/4芯片，以其中的U3为例，引脚1(SDOUT)为串行音频输出接口，引脚2(SCLK)为串行时钟接口，引脚3(LRCK)为左右通道选择时钟引脚，引脚4(MCLK)为内部Delta Sigma调制器以及数字滤波器的输入时钟引脚。引脚1至4通过电阻RZ1与I2S总线接口连接，再由I2S总线将数字音频信号传输到处理模块40。引脚5(FILT+)为电压参考引脚，该引脚分别通过电容C20和电容C21接地。引脚6(AINL)和引脚8(AINR)分别为左右通道的音频输入，分别通过电容C41、电阻R58以及电容C40、电阻R57连接一路模拟音频信号。引脚7(VQ)为静态电压引脚，其分别通过电容C18和电容C19接地。引脚9(GND)为接地引脚。引脚10(VA)为电源引脚，其连接3.3V电源给CS5343/4芯片供电，3.3V电源还分别通过电容C12和电容C13接地，以对电源进行滤波。在其中一个实施例中，处理模块40包括DSP芯片，即CS5343/4芯片通过I2S芯片与DSP芯片连接。

在其中一个实施例中，麦克风10包括拾音电路，拾音电路用于进行音频采集，输出模拟音频信号。拾音电路包括MAX4063芯片及其配套的外围电路。

可以理解，MAX4063是麦克风10专用芯片，其作为一款专为高性能便携式应用优化设计的差分输入麦克风10前置放大器，具有两路可选输入、差分输出、可调增益、集成低噪声偏置源以及低功耗关断模式等特性。两个输入通道分别用于差分和单端麦克风10输入。差分输入具有很高的噪声抑制能力，特别适合于内部麦克风10，可有效避免系统噪声和PCB上的长线传输对于低电平信号的损伤。请参阅图17，该图示出了MAX4063的一种外围电路，MAX4063所采集到并输出的信号通过RJ45接口座的网络线缆与共模抑制电路连接。图中U14代表MAX4063芯片，图中引脚1(SHDN)用于控制MAX4063芯片是否进入工作模式，通过电阻R125连接高电平，以使得MAX4063芯片保持在工作模式。引脚2(OUT)和引脚7(/OUT)分别通过电阻R121、电容C132以及电阻R122、电容C134组成的滤波电路输出一对经过MAX4063芯片处理的互补的差分信号到网线的接收端。还分别通过电阻R129和电阻R132输出信号到三极管Q14的基极，以控制三极管Q14的通断，在Q14导通时，12V正电压通过电阻R128向RJ1网口的黄色LED供电，以点亮黄色LED灯，展示网络线缆的数据传输情况。引脚3(BIAS)为偏置电压设置引脚，5V正电压通过电阻R115、电阻R117、电阻R118以及电阻R120组成的网络分压，为MAX4063芯片设置偏置电压，该引脚还需通过电容C129接地。引脚4(VCC)为电源引脚，5V正电压为MAX4063芯片供电，该引脚还并联有电容C126和电容C127，以进行滤波。引脚5(ADJ)为辅助引脚，其通过电容C130连接到引脚2。引脚6、8和14为悬空引脚。引脚9(IN+)和引脚10(IN-)为输入引脚，麦克风10话筒所采集到的差分音频信号分别通过电容C131和电容C133输入MAX4063芯片。引脚11(GND)为接地引脚。引脚12(AUX_IN)为耦合引脚，在该引脚空接电阻R116。引脚13(G1)和引脚15(G2)为增益倍数选择引脚，在其之间选择合适阻值的电阻R119，以调整MAX4063芯片的差分增益倍数。引脚16(/INT/AUX)为输入方式选择引脚，向其输入不同信号可控制MAX4063芯片处理单端信号或差分信号。引脚16通过电阻R124连接5V正电压，以及通过电阻R126接地，以选择MAX4063芯片的处理对象为差分信号。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种室内声源定位系统，其特征在于，包括：

麦克风，所述麦克风的数量为三个以上，分别设置于目标空间的不同位置，且各位置之间的距离在距离阈值以上，用于进行模拟音频信号采集；

第一转换模块，与各所述麦克风连接，用于根据阈值电压对各所述模拟音频信号进行方波整形，输出各所述麦克风对应的触发信号；

第二转换模块，与各所述麦克风连接，用于对各所述模拟音频信号进行模数转换，输出各所述麦克风对应的数字音频信号；

处理模块，与所述第一转换模块和所述第二转换模块连接，用于根据各所述触发信号确定各所述麦克风声源采集的时间差，并对各所述数字音频信号进行比较，得到强度差，根据所述时间差、所述强度差和所述麦克风的设置位置进行声源定位。

2.根据权利要求1所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述第一转换模块包括与各所述麦克风一一对应的第一比较器和电压阈值设置单元；

所述电压阈值设置单元用于输出所述阈值电压；

所述第一比较器的第一输入端与所述电压阈值设置单元连接，所述第一比较器的第二输入端用于接收对应的所述模拟音频信号。

3.根据权利要求2所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述第一转换模块还包括各所述麦克风一一对应的电压跟随器，所述电压跟随器的输入端用于接收对应的所述模拟音频信号，所述电压跟随器的输出端连接对应的所述第一比较器的第二输入端。

4.根据权利要求3所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述电压跟随器包括第一放大器和第一限流电阻；

所述第一放大器的正极输入端为所述电压跟随器的输入端，并通过所述第一限流电阻接收对应的所述模拟音频信号，所述第一放大器的输出端为所述电压跟随器的输出端，所述第一放大器的负极输入端与所述第一放大器的输出端连接。

5.根据权利要求2-4任一项所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述第一转换模块还包括与各所述第一比较器一一对应的同相器，所述同相器的输入端连接对应所述第一比较器的输出端，所述同相器的输出端用于输出对应的所述触发信号。

6.根据权利要求5所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述同相器为输入端相互连接的与门。

7.根据权利要求1所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述室内声源定位系统还包括与各所述麦克风一一对应的共模抑制电路，所述共模抑制电路连接在对应的所述麦克风和所述第一转换模块、所述第二转换模块之间，用于在对应的所述模拟音频信号输入所述第一转换模块、所述第二转换模块之前，对所述模拟音频信号进行共模抑制以及差分放大。

8.根据权利要求7所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述共模抑制电路包括第一级共模抑制电路、第二级共模抑制电路和第三级共模抑制电路；

所述第一级共模抑制电路包括共模电感，所述共模电感的输入端连接所述麦克风的拾音电路的输出端；

所述第二级共模抑制电路包括第一负反馈放大电路、第二负反馈放大电路和第一增益调节模块，所述第一负反馈放大电路和所述第二负反馈放大电路的正极输入端分别连接所述共模电感的第一输出端和第二输出端，所述第一负反馈放大电路和所述第二负反馈放大电路的负极输入端通过所述第一增益调节模块连接；

所述第三级共模抑制电路包括对称差动输入级和单端输出级，所述单端输出级用于将差分信号转换为单端信号输出，所述对称差动输入级的第一输入端和第二输入端分别连接所述第一负反馈放大电路、第二负反馈放大电路的输出端，所述对称差动输入级的第一输出端和第二输出端分别连接所述单端输出级的第一输入端和第二输入端。

9.根据权利要求1所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述第二转换模块包括CS5343/4芯片及其外围电路。

10.根据权利要求1所述的室内声源定位系统，其特征在于，所述处理模块包括DSP芯片。