一種拾音裝置的製作方法

2023-10-06 11:11:14 2

本發明涉及拾音技術領域，尤其涉及一種拾音裝置。

背景技術：

監控作為安防的一種重要手段，廣泛應用於各個場所，如拘留所、消防局、博物館等。

目前，視頻監控已經非常普及，但傳統的視頻監控錄像中只記錄了監控現場的圖像，並沒有記錄現場的聲音，因此工作人員只能獲取到現場的部分圖像信息，對於重要的音頻信息往往無法獲取。從而，音頻監控應用而生。音頻監控通常採用拾音裝置來實現，拾音裝置能夠拾取監控現場的聲音，因此工作人員能夠通過拾音裝置獲取到現場的音頻信息，同時拾音裝置還有消除監控現場中的環境噪聲的作用，使得工作人員獲取到的音頻信息的信噪比(信號與噪聲的比例)較高，從而獲取的音頻信息可用於安防的調查取證中，還可用於報警、預警、提醒用戶等中。

但不足的是，由於環境中的音源往往是隨時移動的，音量變化起伏也較大，但通常拾音距離和拾音角度是不可調節的，從而導致音源移動或者音量變化時，拾音裝置的拾音效果較差。

技術實現要素：

為克服上述現有技術中的缺陷，本發明所要解決的技術問題為：以實現拾音距離和拾音角度的可調節性。

為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：

本發明提供了一種拾音裝置，包括：麥克風組件、相位處理總電路和運算輸出總電路；所述麥克風組件包括導軌，以及沿所述導軌所延伸的方向依次設置的第一麥克風和第二麥克風，所述第一麥克風固裝在所述導軌的一端，所述第二麥克風可滑動地安裝在所述導軌上，所述第一麥克風用於錄入第一音頻信號，所述第二麥克風用於錄入第二音頻信號；所述第一麥克風和所述第二麥克風均與所述相位處理總電路的輸入端連接，所述相位處理總電路用於檢測所述第一音頻信號和所述第二音頻信號，並根據所述第一音頻信號和所述第二音頻信號得到相位差，根據所述相位差對所述第二音頻信號進行相位補償，輸出所述第一音頻信號和處理後的所述第二音頻信號；所述運算輸出總電路的輸入端與所述相位處理總電路的輸出端連接，所述運算輸出總電路用於對處理後的所述第二音頻信號進行反相信號處理，並對所述第一音頻信號和經反相信號處理後的信號進行相減操作，輸出抗幹擾音頻信號。

本發明中的拾音裝置可用於監控中，以記錄監控現場中的聲音。在監控現場中，同一空間位置的聲音可分別通過對應的傳音空間到達麥克風組件中的兩個麥克風，並被兩個麥克風分別錄入為第一音頻信號和第二音頻信號，因兩個麥克風的空間位置不同，使得同一空間位置的聲音達到對應的麥克風的時間也不相同，在對錄入兩個麥克風中的兩個音頻信號進行信號處理時，兩個音頻信號對應的聲波就會產生相位差；從而，相位處理總電路能夠檢測到第一音頻信號和第二音頻信號，並根據檢測到的兩個音頻信號計算出上述相位差，再以第一音頻信號為基準，對第二音頻信號進行相位補償；拾音裝置中的運算輸出總電路能夠對相位補償後的第二音頻信號進行反相信號處理，並將反相信號處理後的第二音頻信號和第一音頻信號直接運算放大，最後輸出單端的抗幹擾音頻信號，得到信噪比較高的音頻信息。

在本發明中的麥克風組件中，可通過滑動調節第二麥克風來調節第二麥克風與第一麥克風之間的距離，從而拾音距離和拾音角度隨著第二麥克風與第一麥克風之間的距離的變化而變化，當第一麥克風與第二麥克風之間的距離變大時，拾音距離變大，反之，當第一麥克風與第二麥克風之間的距離變小時，拾音距離變小，對應的，拾音距離改變，拾音角度也發生變化。可見，本發明的拾音裝置在得到高的信噪比的音頻信號的同時，實現了拾音距離和拾音角度的可調節性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例中的拾音裝置的結構示意圖；

圖2為本發明實施例中的音頻信號的空間傳送的示意圖；

圖3為本發明實施例中的第一音頻信號和第二音頻信號的波形圖；

圖4為本發明實施例中的相位處理總電路的示意圖；

圖5為本發明實施例中的運算輸出總電路的示意圖；

圖6為本發明實施例中的麥克風組件的結構示意圖。

附圖標記

10-麥克風組件； 11-導軌；

111-條狀支架； 112-通孔；

12-第一麥克風； 13-第一麥克風；

14-第一支撐杆； 15-第二支撐杆；

20-相位處理總電路； 21-第一比較器；

22-第二比較器； 23-第一觸發器；

24-第二觸發器； 25-相位差計算電路；

26-移相電路； 30-運算輸出總電路；

31-反相器； 32-差分放大器；

33-驅動器； 40-喇叭。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例

參見圖1，本實施例提供了一種拾音裝置，包括：麥克風組件10、相位處理總電路20和運算輸出總電路30；麥克風組件10包括導軌11，以及沿導軌11所延伸的方向依次設置的第一麥克風12和第二麥克風13，第一麥克風12固裝在導軌11的一端，第二麥克風13可滑動地安裝在導軌11上，第一麥克風12用於錄入第一音頻信號，第二麥克風13用於錄入第二音頻信號；第一麥克風12和第二麥克風13均與相位處理總電路20的輸入端連接，相位處理總電路20用於檢測第一音頻信號和第二音頻信號，並根據第一音頻信號和第二音頻信號得到相位差，根據相位差對第二音頻信號進行相位補償，輸出第一音頻信號和處理後的第二音頻信號；運算輸出總電路30的輸入端與相位處理總電路20的輸出端連接，運算輸出總電路30用於對處理後的第二音頻信號進行反相信號處理，並對第一音頻信號和經反相信號處理後的信號進行相減操作，輸出抗幹擾音頻信號。

本實施例中的拾音裝置的工作原理為：在監控現場，一個聲音經不同的傳播路徑分別達到第一麥克風12和第二麥克風13，第一麥克風12和第二麥克風13分別對應地將該聲音錄入為第一音頻信號和第二音頻信號，相位處理總電路20分別檢測到第一音頻信號和第二音頻信號，並根據檢測到的第一音頻信號和第二音頻信號計算出相位差，之後，以第一音頻信號為基準，對第二音頻信號進行相位補償，再將經相位補償後的第二音頻信號和第一音頻信號輸出至運算輸出總電路30，運算輸出總電路30對經相位補償後的第二音頻信號進行反相信號處理，再將第一音頻信號和反相信號處理後的第二音頻信號進行差分運算，並進行適當放大，最後輸出單端的抗幹擾音頻信號。

從上述過程可以看出，拾音裝置能夠輸出單端的抗幹擾音頻信號，從而消除了環境中的噪聲，以得到信噪比較高的音頻信息。

需要說明的是，這裡只是以「一個聲音」來將聲音形象化，以便於理解本方案，但並沒有具體對聲音進行限定。

參見圖2，基於上述工作原理，為了便於說明，拾音裝置可與喇叭40配合，聲音經喇叭40進入拾音裝置中，因此音頻信號的空間傳送可包括喇叭40、傳音空間和麥克風，監控現場中的聲音從喇叭40進入，經傳音空間分別到達第一麥克風12和第二麥克風13，假設第一麥克風12和第二麥克風13之間的距離為d，聲音沿喇叭40傳播的方向與導軌11所延伸的方向之間的夾角為θ，那麼可以計算出，從喇叭40發出的聲音到達第一麥克風12的距離與從喇叭40發出的聲音到達第二麥克風13的距離的差為d*cosθ，d*cosθ也可以體現在聲波信號(也就是音頻信號)傳輸的時間差上，還可以是相位差產生的根本原因。而在本實施例中，麥克風組件10中包括導軌11和導軌11上的兩個麥克風，第二麥克風13可在導軌11上進行滑動，從而可通過滑動第二麥克風13來改變距離d的大小，進而實現了對拾音距離和拾音角度的調整，也就是實現了對拾音焦點和拾音範圍的調整。

綜上所述，本實施例中的拾音裝置的麥克風組件10中的兩個麥克風之間的距離可調節，相應的，相位處理總電路20中計算得到的相位差是可調節的，從而使得拾音裝置能夠適應各種移動的音源或者音量的起伏，進而適用於各種環境中。

當然了，這裡的喇叭40和拾音裝置都可以是監控系統中的一部分。

本實施例中的麥克風組件10包括兩個麥克風，還達到了語音增強的效果。

現有技術中，也有通過採用4～8個麥克風並利用陣列算法來實現調整拾音距離和拾音角度的，但這種方法的聲道數目多、處理量大，後端需要專用的數位訊號處理器(Digital Signal Processor，簡稱DSP)或者中央處理器(Central Processing Unit，簡稱CPU)來進行算法配置，成本較高。而本方案中，所用的器件較少，而且操作簡單可靠。

現有技術中，還有採用聲學腔體設計來實現拾音角度可調的，但這種方案比較依賴於腔體設計，一般來說有集成複雜、定向拾音角度有限等缺點。而本方案中的拾音裝置比較容易實現，結構簡單，且調節的拾音角度範圍較大。

優選的，相位處理總電路20可採用模擬電路處理的方法來實現，以達到裝置結構簡單和工作可靠的目的。

示例性的，相位處理總電路20可包括相位檢測子電路和相位補償子電路；第一麥克風12和第二麥克風13均與相位檢測子電路的輸入端連接，相位檢測子電路用於檢測第一音頻信號和第二音頻信號，並根據第一音頻信號和第二音頻信號得到相位差；相位補償子電路的輸入端與相位檢測子電路的輸出端連接，相位補償子電路用於根據相位差對第二音頻信號進行相位補償，輸出第一音頻信號和處理後的第二音頻信號。

示例性的，運算輸出總電路30可包括信號反相子電路、差分放大子電路和輸出驅動子電路；信號反相子電路的輸入端與相位處理總電路20的輸出端連接，信號反相子電路用於對處理後的第二音頻信號進行反相信號處理；差分放大子電路的輸入端與信號反相子電路的輸出端連接，差分放大子電路用於對第一音頻信號和經反相信號處理後的信號進行相減操作；輸出驅動子電路的輸入端與差分放大子電路的輸出端連接，輸出驅動子電路用於輸出抗幹擾音頻信號。

進一步的，該抗幹擾音頻信號為較強抗共模幹擾的音頻信號。

參見圖3，在拾音裝置的工作過程中，隨著時間的推移，第一音頻信號與第二音頻信號的狀態變化為下：

狀態a：在相位檢測子電路中，檢測到第一音頻信號與第二音頻信號兩路聲波；

狀態b：在相位補償子電路中，以第一音頻信號為基準，對第二音頻信號進行相位補償。

狀態c：在信號反相子電路中，對第二音頻信號進行反相信號處理；

狀態d：在差分放大子電路中，對第一音頻信號和第二音頻信號進行差分運算，並適當放大。

參見圖4，優選的，相位檢測子電路可包括第一比較器21、第二比較器22、第一觸發器23、第二觸發器24和相位差計算電路25，相位補償子電路包括移相電路26。第一比較器21的輸入端與第一麥克風12連接，第一比較器21的輸出端與第一觸發器23的輸入端連接；第二比較器22的輸入端與第二麥克風13連接，第二比較器22的輸出端與第二觸發器24的輸入端連接；第一觸發器23的輸出端與第二觸發器24的輸出端均與相位差計算電路25的輸入端連接，移相電路26的輸入端與相位差計算電路25的輸出端連接，移相電路26的輸出端與運算輸出總電路30的輸入端連接；具體的，移相電路26的輸出端可包括第一輸出端和第二輸出端，第一輸出端和第二輸出端均運算輸出總電路30的輸入端連接，其中，第一輸出端用於輸出第一音頻信號，第二輸出端用於輸出處理後的第二音頻信號。

在這一方案中，第一比較器21用於判斷第一麥克風12中是否錄入了第一音頻信號，第一觸發器23中含有與第一比較器21配套的觸發器電流，第一觸發器23用於形成與第一音頻信號對應的第一脈衝波形。同樣的，第二比較器22用於判斷第二麥克風13中是否錄入了第二音頻信號，第二觸發器24中含有與第二比較器22配套的觸發器電流，第二觸發器24用於形成與第二音頻信號對應的第二脈衝波形。相位差計算電路25用於根據第一脈衝波形和第二脈衝波形計算得到相位差，並輸出控制信號到相位補償網絡，相位補償網絡採用移相電路26來實現，移相電路26受控於相位差計算電路25，移相電路26用於對第二音頻信號進行移相處理，並輸出移相後的第二音頻信號和第一音頻信號。

參見圖5，信號反相子電路包括反相器31，反相器31的輸入端與移相電路26的第二輸出端連接；差分放大子電路包括差分放大器32，差分放大器32的同相輸入端與第一輸出端連接，差分放大器32的反相輸入端與反相器31的輸出端連接；輸出驅動子電路包括驅動器33，驅動器33的輸入端與差分放大器32的輸出端連接，驅動器33的輸出端用於輸出抗幹擾音頻信號。

在這一方案中，反相器31為第二音頻信號的反相器31，反相器31用於實現第二音頻信號的信號反相。差分放大器32用於實現第一音頻信號與第二音頻信號的相減操作，以降低共模信號和幹擾。驅動器33用於進行電流放大，輸出為單端的音頻信號，單端的音頻信號用於實現長距離傳輸和進一步提高抗幹擾能力。

參見圖6，在本實施例中，導軌11的結構可為多種，示例性的，導軌11可包括條狀支架111，條狀支架111上設置有與條狀支架111相平行的通孔112，通孔112的兩端分別與條狀支架111的兩端對應接近，第一麥克風12固定卡裝在通孔112的對應端，第二麥克風13可滑動地卡裝在通孔112內。在這一方案中，設計通孔112以形成內嵌式導軌11，麥克風可內嵌在通孔112內。

繼續參見圖6，進一步的，麥克風組件10還包括第一支撐杆14和第二支撐杆15，第一支撐杆14固裝在通孔112的對應端，第一麥克風12通過第一支撐杆14固裝在導軌11上，第二支撐杆15可滑動地卡裝在通孔112內，第二麥克風13通過第二支撐杆15安裝在導軌11上。在這一方案中，條狀支架111作為導軌11的支撐結構，其上設計有麥克風的支撐結構，滿足了麥克風對聲波傳輸路徑影響小的要求。

值得一提的是，第一麥克風12和第二麥克風13的差異性越小，拾音裝置的拾音效果越好，因此，第一麥克風12和第二麥克風13可選擇同一類型麥克風，以保證高度的一致性。

在本實施例中，值得注意的是，為了提高拾音效果的指向性，第一麥克風12和第二麥克風13可均選用指向性麥克風，不僅如此，兩個麥克風之間的距離d變大，相位處理總電路20中的計算得到的相位差也發生相應的變化，在相位處理總電路20和運算輸出總電路30對音頻信號進行一些處理後，指向性加強；反之，兩個麥克風之間的距離d變小，指向性越弱。可見，本實施例中的指向裝置的指向性拾音效果良好，既體現在麥克風自身的指向性的基礎上，又通過調節兩個麥克風的間距使得指向性發生明顯的變換，進一步提升指向性拾音的性能，從前端的結構到後續的電路處理，從多種技術角度保證指向性的增強。

進一步的，為了保證拾音裝置能夠接收一般範圍內的聲音，可使兩個麥克風之間的距離能夠達到一定的值，再結合實際情況，優選的，第一麥克風12與第二麥克風13之間的最大距離可為40cm。對應的，導軌11的長度可在40cm之內。

進一步的，為了防止形成幹涉，以及發生聲波相互串擾等現象，兩個麥克風之間的最短距離應大於或者等於5cm。

為了完善本實施例中的拾音裝置，可以通過調節移相電路26中的移相參數和差分放大器32中輸出的放大倍數來增強拾音效果。

綜合以上內容，本實施例中的拾音裝置依靠兩個指向性麥克風形成一定的排列指向，在實際應用中，可將第一麥克風12設置在導軌11的前端，將第二麥克風13設置在導軌11的後面，再通過電路處理，對兩個麥克風拾取內容進行相位調節和直接運算放大，最後得到抗幹擾的輸出。

本實施例中的拾音裝置可應用在監控系統中，其中拾音裝置為前端設備，也就是設置在監控現象內的，在監控室內，還設置有後端設備，以接收前端設備獲取的信息，方便觀察。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。