TWI690219B

TWI690219B - 錄音電路

Info

Publication number: TWI690219B
Application number: TW107129936A
Authority: TW
Inventors: 莊宗朋
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-04-01
Also published as: US10887711B2; TW202010321A; US20200077213A1

Abstract

本發明揭露了一種錄音電路，能夠動態調整麥克風靈敏度及避免過大的聲音造成爆音。該錄音電路的一實施例包含：一麥克風偏壓電路，用來提供一偏壓給一麥克風電路；一交流耦合電容，用來依據該麥克風電路的訊號輸出一類比輸入訊號；一類比放大電路，用來依據該類比輸入訊號輸出一類比輸出訊號；一類比至數位轉換器，用來依據該類比輸出訊號輸出一數位輸入訊號；一數位放大電路，用來依據該數位輸入訊號輸出一數位輸出訊號；以及一訊號偵測器，用來依據該數位輸入訊號控制該類比放大電路之增益、該數位放大電路之增益以及該麥克風偏壓電路之偏壓。

Description

錄音電路

本發明是關於錄音電路，尤其是關於能夠避免過大的聲音造成爆音的錄音電路。

防音訊截頭錄音功能（anti-clamping recording function）普遍用於錄音裝置，例如手機、相機、錄影/錄音機、錄音筆、網路攝影機…等，該功能的主要用途是為了防止錄進來的聲音訊號包含爆音（sound cracks）/音訊截頭（Clamping）訊號，從而避免錄音裝置錄到的聲音失真。產生爆音/音訊截頭訊號的原因與錄音裝置的設計以及錄音裝置的不當使用有關。

包含動態調整麥克風靈敏度及防音訊截頭錄音功能的錄音裝置通常包含一類比放大器、一類比至數位轉換器（analog-to-digital converter, ADC）、一數位放大器、以及一訊號偵測器，該類比放大器放大一麥克風交流訊號以產生一類比放大訊號，該ADC依據該類比放大訊號產生一數位訊號，該數位放大器依據該數位訊號輸出一數位放大訊號給一儲存裝置來儲存，該訊號偵測器會偵測該ADC之輸出，以調整該類比放大器之增益及/或該數位放大器之增益，從而防止音訊截頭問題。然而，儘管藉由調整該類比放大器之增益及/或該數位放大器之增益，上述錄音裝置可以解決該類比放大訊號之截頭現象（此為麥克風靈敏度與該類比放大器之增益不匹配所引起）與該數位放大訊號之截頭現象（此為麥克風靈敏度與該類比及數位放大器之增益不匹配所引起），該錄音裝置卻無法解決該麥克風交流訊號本身即為截頭訊號的問題，此為一麥克風之特性與該錄音裝置所包含之麥克風偏壓電路不匹配或該麥克風收到過大的聲音所引起，由於目前沒有調整該麥克風偏壓電路的技術，當麥克風交流訊號本身已是截頭訊號時，無論怎麼調整該類比放大器之增益及/或該數位放大器之增益，所錄到的聲音仍會失真。另外，當想動態調整麥克風靈敏度以實現不同的錄音模式用於不同的錄音情境時，目前技術仍有不足。

本發明之一目的在於提供一種錄音電路，以避免先前技術的問題。

本發明之錄音電路的一實施例包含一麥克風偏壓電路、一交流耦合電容、一類比放大電路、一類比至數位轉換器、一數位放大電路、以及一訊號偵測器。該麥克風偏壓電路用來提供一偏壓給一麥克風電路，使得該麥克風電路依據該偏壓產生一麥克風訊號。該交流耦合電容用來依據該麥克風訊號輸出一類比輸入訊號。該類比放大電路用來依據該類比輸入訊號輸出一類比輸出訊號。該類比至數位轉換器用來依據該類比輸出訊號輸出一數位輸入訊號。該數位放大電路用來依據該數位輸入訊號輸出一數位輸出訊號給一儲存電路。該訊號偵測器用來依據該數位輸入訊號，控制該類比放大電路之一類比增益以及該數位放大電路之一數位增益；該訊號偵測器另用來依據該數位輸入訊號，控制該麥克風偏壓電路之偏壓。藉由該訊號偵測器控制該麥克風偏壓電路之偏壓，本實施例之錄音電路能夠解決超過麥克風額定最大輸出之麥克風訊號（即截頭訊號）所造成的爆音問題，或者能實現動態調整麥克風靈敏度的功能。

本發明之錄音電路的另一實施例包含一麥克風偏壓電路、一交流耦合電容、一類比放大電路、一第一類比至數位轉換器、一數位放大電路、一第一訊號偵測器、一第二類比至數位轉換器、以及一第二訊號偵測器。該麥克風偏壓電路用來提供一偏壓給一麥克風電路，使得該麥克風電路依據該偏壓產生一麥克風訊號。該交流耦合電容用來依據該麥克風訊號輸出一類比輸入訊號。該類比放大電路用來依據該類比輸入訊號輸出一類比輸出訊號。該第一類比至數位轉換器用來依據該類比輸出訊號輸出一第一數位輸入訊號。該數位放大電路用來依據該第一數位輸入訊號輸出一數位輸出訊號給一儲存電路。該第一訊號偵測器用來依據該第一數位輸入訊號，控制該類比放大電路之一類比增益以及該數位放大電路之一數位增益。該第二類比至數位轉換器用來依據該類比輸入訊號產生一第二數位輸入訊號。該第二訊號偵測器用來依據該第二數位輸入訊號，控制該麥克風偏壓電路之該偏壓。藉由該第二類比至數位轉換器以及該第二訊號偵測器控制該麥克風偏壓電路之偏壓，本實施例之錄音電路能夠更快地處理超過麥克風額定最大輸出之麥克風訊號（即截頭訊號）。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

本發明之揭露內容包含錄音電路，能夠控制一麥克風電路之偏壓，以避免爆音（sound cracks）問題，又或者可以動態調整麥克風的靈敏度。

圖1顯示本發明之錄音電路的一實施例。圖1之錄音電路100包含一麥克風偏壓電路110（圖中標示為MIC Bias）、一交流耦合電容120、一類比放大電路130、一類比至數位轉換器（analog-to-digital converter, ADC）140（圖中標示為ADC）、一數位放大電路150、以及一訊號偵測器160。

請參閱圖1。麥克風偏壓電路110用來提供一偏壓V _BIAS給一麥克風電路10，使得麥克風電路10依據該偏壓V _BIAS來反映聲波（如圖1之虛線箭頭所示），以產生一麥克風訊號S _MIC，其中麥克風偏壓電路110包含一可調電阻（例如：圖2的可調電阻210）、一可調電壓源（例如：圖3的可調電壓源310）、或者上述兩者（例如：圖4的可調電阻210與可調電壓源310）；另外，錄音電路100可包含或不包含麥克風電路10，其中麥克風電路10可為已知或自行開發的電路。交流耦合電容120用來依據該麥克風訊號S _MIC輸出一類比輸入訊號S _AIN。類比放大電路130用來依據它的類比增益G _A以及該類比輸入訊號S _AIN，輸出一類比輸出訊號S _AOUT，其中類比放大電路130可為已知或自行開發的電路。ADC 140用來依據該類比輸出訊號S _AOUT輸出一數位輸入訊號S _DIN，其中ADC 140可為已知或自行開發的電路。數位放大電路150用來依據它的數位增益G _D以及該數位輸入訊號S _DIN，輸出一數位輸出訊號S _DOUT給一儲存電路12，其中數位放大電路150可為已知或自行開發的電路；另外，錄音電路100可包含或不包含儲存電路12，其中儲存電路12可為已知或自行開發的電路。訊號偵測器160用來依據該數位輸入訊號S _DIN，控制類比放大電路130之類比增益G _A以及數位放大電路150之數位增益G _D；訊號偵測器160另用來依據該數位輸入訊號S _DIN，控制麥克風偏壓電路110之偏壓V _BIAS。藉由訊號偵測器160控制麥克風偏壓電路110之偏壓V _BIAS，本實施例之錄音電路100能夠解決超過麥克風額定最大輸出（即麥克風電路10的最大輸出）之麥克風訊號（其會是截頭訊號（clamping signal））所造成的爆音等聲音失真的問題，或是動態調整麥克風靈敏度以應用於不同的錄音環境。

圖5顯示錄音電路100產生截頭訊號的幾種情形，包括：麥克風電路10之靈敏度（sensitivity）與類比放大電路130及數位放大電路150之增益不匹配，導致該數位輸出訊號S _DOUT是截頭訊號（情形一）；麥克風電路10之靈敏度與類比放大電路130之增益不匹配，導致該類比輸出訊號S _AOUT及其衍生訊號均為截頭訊號（情形二）；以及麥克風電路10與麥克風偏壓電路110不匹配或聲音過大，導致該類比輸入訊號S _AIN及其衍生訊號均為截頭訊號（情形三）。當訊號偵測器160偵測到情形一時，訊號偵測器160調整該類比增益G _A與該數位增益G _D的至少其中之一，以避免後續的數位輸出訊號S _DOUT仍是截頭訊號。當訊號偵測器160偵測到情形二時，訊號偵測器160調整該類比增益G _A，並可選擇性地調整該數位增益G _D，以避免後續的類比輸出訊號S _AOUT及其衍生訊號仍是截頭訊號。當訊號偵測器160偵測到情形三時，亦即訊號偵測器160判斷該類比輸入訊號S _AIN是截頭訊號時，訊號偵測器160調整麥克風偏壓電路110之偏壓V _BIAS，並可選擇性地調整該類比增益G _A及/或該數位增益G _D，以避免後續的類比輸入訊號S _AIN及其衍生訊號仍是截頭訊號。

舉例來說，當訊號偵測器160偵測到情形三時，訊號偵測器160依據該數位輸入訊號S _DIN之一式樣（pattern）（例如：連續多個二進位位元1，其數目可由實施本發明者依其設計而定）、類比放大電路130之類比增益G _A以及麥克風電路10之一麥克風額定最大輸出門檻TH _MIC，判斷該類比輸入訊號S _AIN是否為截頭訊號，從而決定是否調整麥克風偏壓電路110之偏壓V _BIAS。上述範例之一示範性實作如下所述：訊號偵測器160依據該數位輸入訊號S _DIN之式樣得到該數位輸入訊號S _DIN之訊號強度/該類比輸出訊號S _AOUT之訊號強度（例如：1.2Vrms（方均根電壓））；訊號偵測器160將該數位訊號S _DIN之訊號強度/該類比輸出訊號S _AOUT之訊號強度除以該類比增益G _A（例如：20dB=10倍），或者消去類比放大電路130之處理效果，以得到該類比輸入訊號S _AIN之訊號強度（例如：1.2Vrms/10=0.12Vrms）；接著訊號偵測器160比較該類比輸入訊號S _AIN之訊號強度與麥克風額定最大輸出門檻TH _MIC（例如：0.1Vrms），以在該類比輸入訊號S _AIN之訊號強度大於麥克風額定最大輸出門檻TH _MIC時（例如：0.12Vrms＞0.1Vrms），判斷該類比輸入訊號S _AIN為截頭訊號。

圖6顯示訊號偵測器160的一實施例。圖6之訊號偵測器160包含一能量計算電路610、一比較電路620、以及一控制電路630。能量計算電路610用來依據該數位輸入訊號S _DIN與類比放大電路130之類比增益G _A，計算並輸出該類比輸入訊號S _AIN之一能量值P _AIN；舉例而言，能量計算電路610依據該數位輸入訊號S _DIN之式樣進行查表或預定計算，以得到該數位輸入訊號S _DIN之訊號強度/該類比輸出訊號S _AOUT之訊號強度，能量計算電路610再將該數位輸入訊號S _DIN之訊號強度/該類比輸出訊號S _AOUT之訊號強度除以該類比增益G _A，或者消去類比放大電路130之處理效果，以得到該類比輸入訊號S _AIN之該能量值P _AIN。比較電路620用來比較該能量值P _AIN與一麥克風額定最大輸出門檻TH _MIC，以輸出一比較值Comp；舉例而言，比較電路620比較該類比輸入訊號S _AIN之該能量值P _AIN與該麥克風額定最大輸出門檻TH _MIC，以在該類比輸入訊號S _AIN之該能量值P _AIN大於該麥克風額定最大輸出門檻TH _MIC時，判斷該類比輸入訊號S _AIN為截頭訊號。控制電路630用來於該比較值Comp指出該能量值P _AIN大於該麥克風額定最大輸出門檻TH _MIC時，調整麥克風偏壓電路110之偏壓V _BIAS，並可選擇性地調整該類比增益G _A及/或該數位增益G _D。

圖7顯示麥克風電路10的一等效電路。圖7之麥克風電路700是一駐極體電容麥克風（electret condenser microphone, ECM），包含一駐極體元件710與一共源極接面場效電晶體（JFET）720，駐極體元件710會因應聲波的變化而輸出不同的閘極電壓Vg給JFET 720之閘極，因此JFET 720之汲極的輸出（即麥克風訊號S _MIC）會隨著JFET 720之閘極至源極電壓Vgs的變化而改變，其中圖7之源極電壓為接地電壓或一低電源電壓；另外，由於JFET 720之汲極的訊號輸出（即麥克風訊號S _MIC）與JFET 720的訊號輸入（即電壓Vg）的轉換關係會隨著直流偏壓（其受該偏壓V _BIAS所決定的電流Id影響）而變，因此，藉由適當控制該偏壓V _BIAS，JFET 20之輸出（即S _MIC）可被調整，進而JFET 720之輸出的失真可被避免。

圖8顯示本發明之錄音電路的另一實施例。圖8之錄音電路800包含一麥克風偏壓電路810（圖中標示為MIC Bias）、一交流耦合電容820、一類比放大電路830、一第一ADC 840（圖中標示為ADC1）、一數位放大電路850、一第一訊號偵測器860、一第二ADC 870（圖中標示為ADC2）、以及一第二訊號偵測器880。麥克風偏壓電路810用來提供一偏壓V _BIAS給一麥克風電路80（其包含或不包含於錄音電路800中），使得麥克風電路80依據該偏壓V _BIAS產生一麥克風訊號S _MIC。交流耦合電容820用來依據該麥克風訊號S _MIC輸出一類比輸入訊號S _AIN。類比放大電路830用來依據該類比輸入訊號S _AIN輸出一類比輸出訊號S _AOUT。第一ADC 840用來依據該類比輸出訊號S _AOUT輸出一第一數位輸入訊號S _DIN1。數位放大電路850用來依據該第一數位輸入訊號S _DIN1輸出一數位輸出訊號S _DOUT給一儲存電路82（其包含或不包含於錄音電路800中）。第一訊號偵測器860用來依據該第一數位輸入訊號S _DIN1，控制類比放大電路830之一類比增益以及數位放大電路850之一數位增益。第二ADC 870用來依據該類比輸入訊號S _AIN產生一第二數位輸入訊號S _DIN2。第二訊號偵測器880用來依據該第二數位輸入訊號S _DIN2，控制麥克風偏壓電路810之該偏壓V _BIAS。本實施例中，第二ADC 870直接依據該類比輸入訊號S _AIN（而非該類比輸出訊號S _AOUT）產生該第二數位輸入訊號S _DIN2，使得第二訊號偵測器880相較於圖1之訊號偵測器160能夠更早地依據該第二數位輸入訊號S _DIN2進行偵測，以更加及時地控制麥克風偏壓電路810之偏壓V _BIAS，從而進一步縮短所錄到的訊號（即儲存電路82所儲存的訊號）為失真的時間。

關於前述第二訊號偵測器880，舉例而言，第二訊號偵測器880是依據該第二數位輸入訊號S _DIN2之一式樣（例如：連續多個二進位位元1，其數目可由實施本發明者依其設計而定）以及麥克風電路80之一額定最大輸出門檻，判斷該類比輸入訊號S _AIN是否為截頭訊號。上述範例之一示範性實作如下所述：第二訊號偵測器880依據該第二數位輸入訊號S _DIN2之式樣得到該類比輸入訊號S _AIN之訊號強度，再比較該類比輸入訊號S _AIN之訊號強度與麥克風電路80之麥克風額定最大輸出門檻，以在該類比輸入訊號S _AIN之訊號強度大於該麥克風額定最大輸出門檻時，判斷該類比輸入訊號S _AIN為截頭訊號。此外，第二訊號偵測器880之一實施例與圖6之訊號偵測器160相仿，包含：一能量計算電路，用來依據該第二數位輸入訊號S _DIN2以及類比放大電路830之類比增益，計算並輸出該類比輸入訊號S _AIN之一能量值；一比較電路，用來比較該能量值與一麥克風額定最大輸出門檻，輸出一比較值；以及一控制電路，用來於該比較值指出該能量值大於該麥克風額定最大輸出門檻時，調整麥克風偏壓電路810之該偏壓V _BIAS。

由於本領域具有通常知識者能夠參酌前揭圖1~7之實施例的揭露來瞭解圖8之實施例的實施細節與變化，亦即圖1~7之實施例的技術特徵均可合理應用於圖8之實施例中，因此，在不影響圖8之實施例的揭露要求與可實施性的前提下，重複及冗餘之說明在此節略。

請注意，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施前述任一實施例中部分或全部技術特徵，或選擇性地實施前述複數個實施例中部分或全部技術特徵的組合，藉此增加本發明實施時的彈性。

綜上所述，本發明之錄音電路能夠控制麥克風電路之偏壓，以避免電路不匹配或過大的聲音導致截頭訊號，從而避免爆音等聲音失真的問題。

雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

10 麥克風電路 12 儲存電路 100 錄音電路 110 MIC Bias（麥克風偏壓電路） 120 交流耦合電容 130 類比放大電路 140 ADC（類比至數位轉換器） 150 數位放大電路 160 訊號偵測器 V _BIAS偏壓 S _MIC麥克風訊號 S _AIN類比輸入訊號 S _AOUT類比輸出訊號 S _DIN數位輸入訊號 S _DOUT數位輸出訊號 210 可調電阻 310 可調電壓源情形一數位輸出訊號S _DOUT是截頭訊號情形二類比輸出訊號S _AOUT及其衍生訊號均為截頭訊號情形三類比輸入訊號S _AIN及其衍生訊號均為截頭訊號 610 能量計算電路 620 比較電路 630 控制電路 P _AIN能量值 TH _MIC麥克風額定最大輸出門檻 Comp 比較值 700 麥克風電路 710 駐極體元件 720 共源極接面場效電晶體 Vg 閘極電壓 Vgs 閘極至源極電壓 Id 電流 80 麥克風電路 82 儲存電路 800 錄音電路 810 MIC Bias（麥克風偏壓電路） 820 交流耦合電容 830 類比放大電路 840 ADC1（第一類比至數位轉換電路） 850 數位放大電路 860 第一訊號偵測器 870 ADC2（第二類比至數位轉換電路） 880 第二訊號偵測器 S _DIN1第一數位輸入訊號 S _DIN2第二數位輸入訊號

［圖1］顯示本發明之錄音電路的一實施例；［圖2］顯示圖1之麥克風偏壓電路的一實施例；［圖3］顯示圖1之麥克風偏壓電路的另一實施例；［圖4］顯示圖1之麥克風偏壓電路的又一實施例；［圖5］顯示圖1之錄音電路產生截頭訊號的幾種情形；［圖6］顯示圖1之訊號偵測器的一實施例；［圖7］顯示圖1之麥克風電路的一等效電路；以及［圖8］顯示本發明之錄音電路的另一實施例。

10 麥克風電路 12 儲存電路 100 錄音電路 110 麥克風偏壓電路 120 交流耦合電容 130 類比放大電路 140 ADC（類比至數位轉換器） 150 數位放大電路 160 訊號偵測器 V _BIAS偏壓 S _MIC麥克風訊號 S _AIN類比輸入訊號 S _AOUT類比輸出訊號 S _DIN數位輸入訊號 S _DOUT數位輸出訊號

Claims

一種錄音電路，包含：一麥克風偏壓電路，用來提供一偏壓給一麥克風電路；一交流耦合電容，用來依據一麥克風訊號輸出一類比輸入訊號；一類比放大電路，用來依據該類比輸入訊號輸出一類比輸出訊號；一類比至數位轉換器，用來依據該類比輸出訊號輸出一數位輸入訊號；一數位放大電路，用來依據該數位輸入訊號輸出一數位輸出訊號給一儲存電路；以及一訊號偵測器，用來依據該數位輸入訊號控制該類比放大電路之一類比增益以及該數位放大電路之一數位增益，以及用來依據該數位輸入訊號控制該麥克風偏壓電路之該偏壓，其中當該訊號偵測器判斷該類比輸入訊號是一截頭訊號時，該訊號偵測器調整該麥克風偏壓電路之該偏壓，該訊號偵測器依據該數位輸入訊號之一式樣(pattern)、該類比放大電路之該類比增益以及該麥克風電路之一額定最大輸出門檻，判斷該類比輸入訊號是否為該截頭訊號。
如申請專利範圍第1項所述之錄音電路，其中該麥克風偏壓電路被動態地調整以控制該麥克風電路的靈敏度。
如申請專利範圍第1項所述之錄音電路，其中該錄音電路包含該儲存電路。
如申請專利範圍第1項所述之錄音電路，其中該訊號偵測器控制該麥克風偏壓電路之一電壓、一電阻與一電流的至少其中之一，以控制該麥克風偏壓電路之該偏壓。
如申請專利範圍第1項所述之錄音電路，其中該訊號偵測器包含：一能量計算電路，用來依據該數位輸入訊號與該類比放大電路之該類比增益，計算並輸出該類比輸入訊號之一能量值；一比較電路，用來比較該能量值與一麥克風額定最大輸出門檻，輸出一比較值；以及一控制電路，用來於該比較值指出該能量值大於該麥克風額定最大輸出門檻時，調整該麥克風偏壓電路之該偏壓。
一種錄音電路，包含：一麥克風偏壓電路，用來提供一偏壓給一麥克風電路；一交流耦合電容，用來依據一麥克風訊號輸出一類比輸入訊號；一類比放大電路，用來依據該類比輸入訊號輸出一類比輸出訊號；一第一類比至數位轉換器，用來依據該類比輸出訊號輸出一第一數位輸入訊號；一數位放大電路，用來依據該第一數位輸入訊號輸出一數位輸出訊號給一儲存電路；一第一訊號偵測器，用來依據該第一數位輸入訊號，控制該類比放大電路之一類比增益以及該數位放大電路之一數位增益；一第二類比至數位轉換器，用來依據該類比輸入訊號產生一第二數位輸入訊號；以及一第二訊號偵測器，用來依據該第二數位輸入訊號，控制該麥克風偏壓電路之該偏壓，其中當該第二訊號偵測器判斷該類比輸入訊號是一截頭訊號時，該第二訊號偵測器調整該麥克風偏壓電路之該偏壓，該第二訊號偵測器依據該第二數位輸入訊號之一式樣以及該麥克風電路之一額定最大輸出門檻，判斷該類比輸入訊號是否為該截頭訊號。
如申請專利範圍第6項所述之錄音電路，其中該麥克風偏壓電路被動態地調整以控制該麥克風電路的靈敏度。
如申請專利範圍第6項所述之錄音電路，其中該錄音電路包含該儲存電路。
如申請專利範圍第6項所述之錄音電路，其中該第二訊號偵測器控制該麥克風偏壓電路之一電壓、一電阻與一電流的至少其中之一，以控制該麥克風偏壓電路之該偏壓。
如申請專利範圍第6項所述之錄音電路，其中該第二訊號偵測器包含：一能量計算電路，用來依據該第二數位輸入訊號，計算並輸出該類比輸入訊號之一能量值；一比較電路，用來比較該能量值與一麥克風額定最大輸出門檻，輸出一比較值；以及一控制電路，用來於該比較值指出該能量值大於該麥克風額定最大輸出門檻時，調整該麥克風偏壓電路之該偏壓。