一種麥克風(fēng)陣列模組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及麥克風(fēng)領(lǐng)域，具體涉及一種麥克風(fēng)陣列模組。
【背景技術(shù)】
[0002]通常的麥克風(fēng)都是全向性的，來自各個方向的聲音被同等地接收。然而在許多場合下希望只保留特定方向上的聲音，比如說話人的語音;有的場合也希望抑制特定方向上的聲音，比如已知固定聲源的干擾。最為普遍而且有效的辦法是使用多只麥克風(fēng)組成麥克風(fēng)陣列，利用來自不同方向的聲波到達(dá)陣列中各麥克風(fēng)的時間差異，實現(xiàn)有方向選擇性的接收。
[0003]麥克風(fēng)陣列算法依麥克風(fēng)陣列的結(jié)構(gòu)不同而不同，基本的信號運算包括延遲、增益、求和，高級的信號處理可能包含濾波、傅立葉變換、自適應(yīng)迭代等等。簡單的處理可以用電路直接實現(xiàn)，復(fù)雜的處理需要CPU參與，或者是使用單獨的數(shù)字信號處理器(digitalsignal processor,DSP)ο
[0004]圖1示出現(xiàn)有的一個四路麥克風(fēng)陣列系統(tǒng)中信號從麥克風(fēng)單元I’到應(yīng)用端經(jīng)過的必要環(huán)節(jié)。如果A/D轉(zhuǎn)換器4 ’集成在麥克風(fēng)內(nèi)部，則麥克風(fēng)是數(shù)字麥克風(fēng);如果麥克風(fēng)不包含A/D轉(zhuǎn)換器4’，則是模擬麥克風(fēng)，需要配合模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-DigitalConvertehADC)、編解碼器(Codec)或者帶有A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號處理器使用。無論是用數(shù)字還是模擬麥克風(fēng)，都需要數(shù)字信號處理環(huán)節(jié)2，進(jìn)行陣列運算，依靠CPU參與或使用另外的數(shù)字信號處理器完成，因此現(xiàn)有的麥克風(fēng)陣列不僅需要占用系統(tǒng)的處理資源進(jìn)行陣列相關(guān)的運算，而且麥克風(fēng)和核心的處理器件之間通過多路數(shù)字或者模擬音頻接口連接，造成連接線路復(fù)雜等問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本實用新型提供一種麥克風(fēng)陣列模組，對外音頻接口等價于一只麥克風(fēng)，起到簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的作用。
[0006]為達(dá)此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種麥克風(fēng)陣列模組，包括:
[0008]呈陣列方式排列的多個麥克風(fēng)單元；
[0009]信號處理單元，分別與所述多個麥克風(fēng)單元連接，用于將所述多個麥克風(fēng)單元的信號組合為一個輸出信號。
[0010]優(yōu)選的，還包括PCB板，所述麥克風(fēng)單元和所述信號處理單元均設(shè)置于所述PCB板上，經(jīng)所述信號處理單元組合的所述輸出信號由所述PCB板輸出。
[0011]優(yōu)選的，所述信號處理單元包括多個運算模塊，每個所述運算模塊均具有多個輸入端，所述多個輸入端分別與所述多個麥克風(fēng)單元連接，所述運算模塊用于對所述多個麥克風(fēng)單元輸入所述信號處理單元的信號進(jìn)行加權(quán)求和運算以產(chǎn)生復(fù)合信號；
[0012]所述信號處理單元還包括疊加模塊，每個所述運算模塊的輸出端均與所述疊加模塊連接，多個所述運算模塊產(chǎn)生的復(fù)合信號經(jīng)所述疊加模塊疊加形成所述輸出信號。
[0013]優(yōu)選的，所述運算模塊的數(shù)量為2至4個。
[0014]優(yōu)選的，每個所述運算模塊與所述疊加模塊之間均設(shè)置有濾波器。
[0015]優(yōu)選的，所述信號處理單元還包括分別與所述多個麥克風(fēng)單元對應(yīng)設(shè)置的多條信號處理路徑，所述信號處理路徑包括依次連接的自適應(yīng)增量調(diào)制模塊和降采樣模塊，所述麥克風(fēng)單元輸入的信號經(jīng)所述信號處理路徑處理后輸入所述運算模塊。
[0016]優(yōu)選的，所述信號處理路徑還包括設(shè)置于所述自適應(yīng)增量調(diào)制模塊與所述麥克風(fēng)單元之間的FIFO模塊。
[0017]優(yōu)選的，所述信號處理單元包括配置模塊，用于配置所述信號處理單元各模塊的工作參數(shù)。
[0018]優(yōu)選的，所述信號處理單元上設(shè)置有音頻接口，所述音頻接口包括數(shù)字音頻接口和/或模擬音頻接口 ；
[0019]所述疊加模塊輸出的信號經(jīng)所述數(shù)字音頻接口輸出，或經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后由所述申旲擬首頻接口輸出。
[0020]優(yōu)選的，所述信號處理單元還包括振蕩器模塊，用于在沒有有效時鐘信號輸入時產(chǎn)生預(yù)定頻率的時鐘信號。
[0021]本實用新型還提供了采用上述麥克風(fēng)陣列模組的移動終端，達(dá)到組裝效率高、功耗低的效果。
[0022]為達(dá)此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0023]移動終端，包括如上所述的麥克風(fēng)陣列模組。
[0024]本實用新型的有益效果是:
[0025]本實用新型提供的麥克風(fēng)陣列模組將用于組合麥克風(fēng)單元信號的信號處理單元集成于其內(nèi)部，
[0026]將陣列作為一個整體向系統(tǒng)輸出單路的音頻信號，無需占用系統(tǒng)的計算資源，方便了麥克風(fēng)陣列的應(yīng)用，也有利于降低系統(tǒng)功耗。
[0027]另外，麥克風(fēng)陣列模組作為一個整體部件，連線簡單，方便了系統(tǒng)的空間設(shè)計和組裝。
【附圖說明】

[0028]通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中:
[0029]圖1是現(xiàn)有的麥克風(fēng)陣列連接到應(yīng)用端的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是本實用新型【具體實施方式】提供的麥克風(fēng)陣列模組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖3是本實用新型【具體實施方式】提供的信號處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖中，I’、麥克風(fēng)單元;2，、數(shù)字信號處理環(huán)節(jié);4，、A/D轉(zhuǎn)換器；
[0033]1、麥克風(fēng)單元;2、信號處理單元;201、麥克風(fēng)接口；202、MCU控制接口；203、數(shù)字音頻接口； 204、模擬音頻接P ; 205、運算模塊;206、疊加模塊;207、濾波器;208、FIF0模塊;209、自適應(yīng)增量調(diào)制模塊;210、降采樣模塊;211、上采樣模塊;212、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器;213、配置模塊;214、振蕩器模塊;3、PCB板。
【具體實施方式】
[0034]以下基于實施例對本實用新型進(jìn)行描述，但是本實用新型并不僅僅限于這些實施例。在下文對本實用新型的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實用新型。為了避免混淆本實用新型的實質(zhì)，公知的方法、過程、流程、元件并沒有詳細(xì)敘述。
[0035]下面參照圖2和圖3說明本實用新型的麥克風(fēng)陣列模組的實施例。
[0036]本實用新型提供的麥克風(fēng)陣列模組包括呈陣列方式排列的多個麥克風(fēng)單元I，還包括分別與多個麥克風(fēng)單元I連接的信號處理單元2，信號處理單元2用于將多個麥克風(fēng)單元I的信號組合為一個輸出信號。
[0037]本實用新型提供的麥克風(fēng)陣列模組將用于組合麥克風(fēng)單元信號的信號處理單元2集成于其內(nèi)部，將陣列作為一個整體向系統(tǒng)輸出單路的音頻信號，無需占用系統(tǒng)的計算資源，方便了麥克風(fēng)陣列的應(yīng)用，也有利于降低系統(tǒng)功耗。另外，麥克風(fēng)陣列模組作為一個整體部件，連線簡單，方便了系統(tǒng)的空間設(shè)計和組裝。
[0038]進(jìn)一步的，如圖2所示，麥克風(fēng)單元I和信號處理單元2均設(shè)置于PCB板3上，通過PCB板3實現(xiàn)線路連接，經(jīng)信號處理單元2組合的輸出信號由PCB板3輸出。
[0039]多個麥克風(fēng)單元I的陣列方式不限，例如，可以是如圖2中所示的端射(endfire)陣列，或者側(cè)射(broadside)陣列等等。
[0040]下面以四個呈端射陣列的麥克風(fēng)單元I為例具體介紹麥克風(fēng)陣列模組的結(jié)構(gòu)。
[0041]如圖2所示，PCB板3呈長條形，四個麥克風(fēng)單元I依次排列設(shè)置在PCB板3上，信號處理單元2位于PCB板3的中部，信號處理單元2為一片ASIC(Applicat1n SpecificIntegrated Circuit)芯片。在信號處理單元2內(nèi)部，多個麥克風(fēng)單元I的信號經(jīng)過必要的運算合成一路帶有指向性的音頻信號，連接到PCB板3上的焊盤輸出。對于麥克風(fēng)應(yīng)用電路而言，使用這一模組和使用一個麥克風(fēng)的操作方式是一樣的，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計。另外，由于在模組中已經(jīng)集成算法，不再需要控制器、處理器的參與，可節(jié)省系統(tǒng)的功耗。
[0042]圖3示出了信號處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，信號處理單元2具有多個接口，包括電源接口(圖中未示出)、用于與音頻系統(tǒng)連接的音頻接口、用于與麥克風(fēng)單元I連接的麥克風(fēng)接口 201以及用于與控制器連接的MCU控制接口 202。
[0043]以麥克風(fēng)單元I為數(shù)字麥克風(fēng)為例，通過麥克風(fēng)接口201可向麥克風(fēng)單元I提供數(shù)字時鐘，并可接收麥克風(fēng)單元I產(chǎn)生的信號。
[0044]音頻接口包括數(shù)字音頻接口203和/或模擬音頻接口 204，模擬音頻接口 204是針對沒有數(shù)字音頻接口 203的音頻系統(tǒng)設(shè)置的，模擬音頻接口 204處需設(shè)置數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器212(DAC)對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換后方可輸出。通過數(shù)字音頻接口 203可接收來自音頻系統(tǒng)的時鐘信號，并可向音頻系統(tǒng)輸出經(jīng)過組合的輸出信號。作為一個優(yōu)選實施例，數(shù)字音頻接口 203為I2S接口，時鐘信號包括位時鐘(BCLK)信號和幀時鐘(LRCK)信號，幀時鐘(LRCK)信號是決定采樣頻率的時鐘信號，例如，數(shù)字音頻接口 203輸入的位時鐘信號為64倍PCM采樣頻率的時鐘信號時，麥克風(fēng)接口 201中的時鐘信號由位時鐘信號導(dǎo)出，因此，麥克風(fēng)單元I也工作在64倍PCM采樣頻率下，具體的，例如PCM采樣頻率為48kHz時，位時鐘信號為3.072MHz，麥克風(fēng)單元I時鐘頻率也為3.072MHz。
[0045]M⑶控制接口202可以是標(biāo)準(zhǔn)的SPI三線接口，也可以是兩線的I2C接口，控制器可通過MCU控制接口 202進(jìn)行讀寫操作。
[0046]信號處理單元2包括四個運算模塊205，運算模塊205具有四個輸入端，分別與四個麥克風(fēng)單元I連接。四個運算模塊205分別用于對四個麥克風(fēng)單元I產(chǎn)生的信號進(jìn)行加權(quán)求和運算，產(chǎn)生四路復(fù)合信號，即，每一路復(fù)合信號的PCM字是四路麥克風(fēng)單元I產(chǎn)生的信號對應(yīng)的PCM字分別乘上一個權(quán)系數(shù)再相加得到的，權(quán)系數(shù)可根據(jù)具體需求設(shè)置。
[0047]四個運算模塊205的輸出端均與疊加模塊206連接。由四個運算模塊205運算產(chǎn)生的四路復(fù)合信號通入疊加模塊206，通過疊加模塊206將四路復(fù)合信號疊加形成輸出信號輸出。
[0048]進(jìn)一步的，每個運算模塊205與疊加模塊206之間均設(shè)置有濾波器207，加權(quán)求和得到的四路復(fù)合信號分別通過濾波器207后再通入疊加模塊206疊加。濾波器207具體結(jié)構(gòu)不限，例如可以是 FIR(Finite Impulse Response )濾波器，I IR( Infini te ImpulseResponse)濾波器等等，并且濾波器207的系數(shù)可根據(jù)具體需求設(shè)置。
[0049]當(dāng)然，可以理解的是，運算模塊205的數(shù)量不局限于四個，優(yōu)選范圍為2至4個。
[0050]進(jìn)一步的，信號處理單元2包括分別與四個麥克風(fēng)單元I對應(yīng)設(shè)置的四條信號處理路徑，分別用于處理四個麥克風(fēng)單元I輸入的信號。信號處理路徑包括依次連接的FIFO模塊208、自適應(yīng)增量調(diào)制模塊209(ADM)以及降采樣模塊210。
[0051 ] 其中，F(xiàn)IF0(First Input First Output)模塊可起到信號延遲的作用，通過設(shè)置FIFO模塊208的有效長度可設(shè)定每一路麥克風(fēng)單元信號的延遲時間。
[0052]麥克風(fēng)單元I輸出Ibit的1、0信號，S卩ADM碼流，ADM碼流由FIFO模塊208延遲后輸入到自適應(yīng)增量調(diào)制模塊209，S卩ADM解碼器，經(jīng)ADM解碼器處理后輸出過采樣的PCM編碼，例如，輸出64倍過采樣的PCM編碼。
[0053]ADM解碼器輸出的過采樣的PCM碼流經(jīng)降采樣模塊210降采樣后得到采樣頻率與數(shù)字音頻接口 203的幀時鐘信號頻率相同的PCM音頻信號。四路PCM音頻信號在進(jìn)行后續(xù)的加權(quán)求和處理以及疊加運算，并且，后續(xù)的運算也是在相同的采樣頻率下進(jìn)行的。疊加后的輸出信號由數(shù)字音頻接口 203輸出。
[0054]進(jìn)一步的，還包括配置模塊213，通過配置模塊213配置信號處理單元2各模塊的工作參數(shù)，包括參數(shù)寄存器，所述參數(shù)包括各個運算模塊205在進(jìn)行加權(quán)求和運算時的權(quán)系數(shù)，各個濾波器207的系數(shù)，F(xiàn)IFO模塊208的有效長度等等。參數(shù)寄存器可通過MCU控制接口202供控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作。
[0055]在一個優(yōu)選實施例中，疊加模塊206的輸出端還可依次經(jīng)上采樣模塊211和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器212與模擬音頻接口 204連接，經(jīng)疊加后的信號經(jīng)上采樣模塊211處理并經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器212轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出，適用于沒有數(shù)字音頻接口 203，只有模擬音頻接口 204的音頻系統(tǒng)。其中，上采樣模塊211的上采樣倍數(shù)可以但不局限于是4倍、8倍、16倍、32倍或64倍。
[0056]在一個優(yōu)選實施例中，信號處理單元2還包括振蕩器模塊214，當(dāng)外部沒有有效的時鐘信號輸入時，振蕩器模塊214啟用，為數(shù)字系統(tǒng)提供預(yù)定頻率的時鐘信號來替代為時鐘信號，保證模擬音頻接口 204處能夠正常的輸出音頻信號。例如，時鐘信號的頻率為2.4MHz。
[0057]當(dāng)然，本實用新型提供的麥克風(fēng)陣列模組的也適用于模擬麥克風(fēng)，S卩，麥克風(fēng)單元I可以為模擬麥克風(fēng)，只需在信號處理單元2中增加相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換模塊即可。
[0058]此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0059]同時，應(yīng)當(dāng)理解，示例實施例被提供，以使本公開是全面的，并將其范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。很多特定細(xì)節(jié)(例如特定部件、設(shè)備和方法的示例)被給出以提供對本公開的全面理解。本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，不需要采用特定細(xì)節(jié)，示例實施例可以以很多不同的形式被實施，并且示例實施例不應(yīng)被理解為限制本公開的范圍。在一些示例實施例中，眾所周知的設(shè)備結(jié)構(gòu)以及眾所周知的技術(shù)沒有詳細(xì)描述。
[0060]當(dāng)一元件或?qū)颖惶峒盀樵诹硪辉驅(qū)印吧稀薄ⅰ氨唤雍系健?、“被連接到”或“被聯(lián)接至Γ另一元件或?qū)訒r，其可直接在另一元件或?qū)由?、被直接接合、連接或聯(lián)接到另一元件或?qū)?，或者可存在中間元件或?qū)印Ｏ啾戎?，?dāng)一元件被提及為“直接”在另一元件或?qū)印吧稀薄ⅰ爸苯颖唤雍系健?、“直接被連接到”或“直接被聯(lián)接到”另一元件或?qū)訒r，可不存在中間元件或?qū)?。用于描述元件之間關(guān)系的其它詞語應(yīng)該以相似方式被解釋(例如，“之間”與“直接在之間”，“鄰近”與“直接鄰近”等)。如在此使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或更多關(guān)聯(lián)的所列項目中的任一或全部組合。
[0061]雖然術(shù)語第一、第二、第三等在此可被用于描述各個元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或區(qū)段不應(yīng)該被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可僅用于將一個元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段與另一元件、區(qū)域、層或區(qū)段區(qū)分開。諸如“第一”、“第二”的術(shù)語和其它數(shù)值術(shù)語當(dāng)在此使用時不意味著次序或順序，除非上下文明確指出。因而，下面討論的第一元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段可被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層或區(qū)段，而不背離示例實施例的教導(dǎo)。此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0062]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本實用新型可以有各種改動和變化。凡在本實用新型的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，包括: 呈陣列方式排列的多個麥克風(fēng)單元； 信號處理單元，分別與所述多個麥克風(fēng)單元連接，用于將所述多個麥克風(fēng)單元的信號組合為一個輸出信號。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，還包括PCB板，所述麥克風(fēng)單元和所述信號處理單元均設(shè)置于所述PCB板上，經(jīng)所述信號處理單元組合的所述輸出信號由所述PCB板輸出。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，所述信號處理單元包括多個運算模塊，每個所述運算模塊均具有多個輸入端，所述多個輸入端分別與所述多個麥克風(fēng)單元連接，所述運算模塊用于對所述多個麥克風(fēng)單元輸入所述信號處理單元的信號進(jìn)行加權(quán)求和運算以產(chǎn)生復(fù)合信號； 所述信號處理單元還包括疊加模塊，每個所述運算模塊的輸出端均與所述疊加模塊連接，多個所述運算模塊產(chǎn)生的復(fù)合信號經(jīng)所述疊加模塊疊加形成所述輸出信號。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，所述運算模塊的數(shù)量為2至4個。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，每個所述運算模塊與所述疊加模塊之間均設(shè)置有濾波器。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，所述信號處理單元還包括分別與所述多個麥克風(fēng)單元對應(yīng)設(shè)置的多條信號處理路徑，所述信號處理路徑包括依次連接的自適應(yīng)增量調(diào)制模塊和降采樣模塊，所述麥克風(fēng)單元輸入的信號經(jīng)所述信號處理路徑處理后輸入所述運算模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，所述信號處理路徑還包括設(shè)置于所述自適應(yīng)增量調(diào)制模塊與所述麥克風(fēng)單元之間的FIFO模塊。8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，所述信號處理單元包括配置模塊，用于配置所述信號處理單元各模塊的工作參數(shù)。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，所述信號處理單元上設(shè)置有音頻接口，所述音頻接口包括數(shù)字音頻接口和/或模擬音頻接口 ； 所述疊加模塊輸出的信號經(jīng)所述數(shù)字音頻接口輸出，或經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后由所述模擬音頻接口輸出。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的麥克風(fēng)陣列模組，其特征在于，所述信號處理單元還包括振蕩器模塊，用于在沒有有效時鐘信號輸入時產(chǎn)生預(yù)定頻率的時鐘信號。
【專利摘要】公開了一種麥克風(fēng)陣列模組，主要解決現(xiàn)有的麥克風(fēng)陣列在系統(tǒng)設(shè)計和使用上的困難。該麥克風(fēng)陣列模組包括：呈陣列方式排列的多個麥克風(fēng)單元；信號處理單元，分別與所述多個麥克風(fēng)單元連接，用于將所述多個麥克風(fēng)單元的信號組合為一個輸出信號。本實用新型提供的麥克風(fēng)陣列模組將用于組合麥克風(fēng)單元信號的信號處理單元集成于其內(nèi)部，將陣列作為一個整體向系統(tǒng)輸出單路的音頻信號，無需占用系統(tǒng)的計算資源，既方便了麥克風(fēng)陣列的應(yīng)用，又有利于降低系統(tǒng)功耗，另外，麥克風(fēng)陣列模組作為一個整體部件，連線簡單，方便了系統(tǒng)的空間設(shè)計和組裝。
【IPC分類】H04R19/04
【公開號】CN205385604
【申請?zhí)枴緾N201620115530
【發(fā)明人】葛菲, 譚文平
【申請人】北京卓銳微技術(shù)有限公司
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年2月4日