高保真拾音器設(shè)計(jì)_圖文

1、高保真拾音器設(shè)計(jì)摘要:本文以基于HUSH電路制造的先進(jìn)的音頻降噪芯片SSM2000為核心,設(shè)計(jì)了一個(gè)高保真拾音器系統(tǒng)。通過麥克風(fēng)拾音電路對混合聲音信號進(jìn)行采集,將采集到的混合聲音信號轉(zhuǎn)換成音頻信號,經(jīng)SSM2000的左右音頻通道送入芯片,并對音頻信號進(jìn)行降噪處理,當(dāng)輸入的音頻信號被處理后,即可提取所需要的信號和噪聲的頻率分布、幅度信息進(jìn)行分析。左右聲道送入的音頻信號經(jīng)過壓控低通濾波器濾波(VCF,再經(jīng)壓控放大器(VCA放大后輸出。濾波器和放大器都是低失真的,而且由它們引起的噪聲是可以忽略的。壓控濾波器的截止頻率可在1KHz到35KHz之間根據(jù)需要予以設(shè)定。VCA可被設(shè)定為衰減或放大,這可增加S

2、SM2000 的靈活性。使用合適的控制電路可以得到合適的控制信號,并施加到VCF和VCA上,這樣可在對信號造成最小損失的同時(shí)實(shí)現(xiàn)多達(dá)25dB的噪聲抑制。最后將降噪后的音頻信號通過外接功放將其還原成聲音信號。關(guān)鍵詞: SSM2000;高保真;麥克風(fēng);濾波器;放大器Design of High-fidelity PickupAbstract:A high-fidelity pickup system based on audio noise reduction chip SSM2000 fabricated by HUSH circuit is designed in this graduatio

3、n project. Through a microphone pickup circuit for mixed voice signal acquisition, mixed sound signals will be changed into audio signals, sent into chip through the left and right audio channels of the SSM2000 chip and be processed for noise reduction. When the input audio signal is processed, requ

4、ired signal and noise frequency distribution, range of information can be extracted for analysis. Audio signal sent into left and right channels can be amplified putting out through voltage-controlled low-pass filter (VCF, and then the voltage-controlled amplifier (VCA. Filters and amplifiers are lo

5、w distortion, and noise caused by them can be negligible. Voltage-controlled filter cutoff frequency can be set as needed between 1KHz to 35KHz. VCA can be set for the attenuation or amplification, which can increase the SSM2000 flexibility. A suitable control signal is available with appropriate co

6、ntrol circuit and applied to the VCF and VCA, which can result in minimum loss of signal while achieving up to 25dB of noise suppression. Finally, the denoised signal can be restored to the sound signal through an external audio amplifier.Key words:SSM2000; Fidelity; Microphone; Filter; Amplifier目錄第

7、1章緒論 (11.1研究該課題的背景及意義 (11.2國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 (11.3研究的主要內(nèi)容 (2第2章系統(tǒng)方案論證與比較 (32.1降噪芯片選擇方案比較 (32.2聲音采集電路方案比較 (32.3系統(tǒng)供電方案比較 (4第3章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與總體分析 (63.1系統(tǒng)原理框圖 (63.2咪頭結(jié)構(gòu)原理介紹 (63.2.1 咪頭的分類 (63.2.2 駐極體咪頭傳聲器的外部結(jié)構(gòu) (63.2.3 咪頭的內(nèi)部電路工作原理圖 (73.2.4 駐極體咪頭的工作原理 (83.2.5 咪頭的主要技術(shù)指標(biāo) (83.2.6 MIC的測試方法 (123.2.7 駐極體傳聲器參數(shù)說明 (133.3雙運(yùn)放LM358簡介 (

8、143.3.1 LM358的引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 (143.3.2 LM358的主要特點(diǎn) (163.3.3 LM358的常見應(yīng)用電路 (163.4SSM2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理介紹 (173.4.1 SSM2000的主要特點(diǎn) (183.4.2 SSM2000的電性能參數(shù)和封裝 (183.4.3 SSM2000的原理框圖 (193.4.4 SSM2000的引腳功能 (233.4.5 SSM2000的典型應(yīng)用 (243.4.6 SSM2000的電源供電方式 (253.4.7 SSM2000的自動電平調(diào)整電路 (26第4章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和制作 (274.1SSM2000的外圍電路設(shè)計(jì) (274.2拾音電路

9、設(shè)計(jì) (274.3系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) (284.4電路板的制作 (28第5章電路中的阻抗匹配 (295.1輸入阻抗和輸出阻抗 (295.2常用電路的阻抗匹配選擇 (305.3音頻信號的阻抗匹配 (315.4阻抗失配的解決方法 (31第6章系統(tǒng)硬件調(diào)試 (336.1硬件調(diào)試過程 (336.1.1 調(diào)試前的準(zhǔn)備工作 (336.1.2 電源、芯片調(diào)試 (346.1.3 音頻信號調(diào)試 (346.2電路的改進(jìn) (346.3降噪芯片的濾波效果 (366.4測試結(jié)果分析 (37第7章結(jié)論 (38致謝 (39參考文獻(xiàn) (40附錄系統(tǒng)硬件電路圖 (41第1章緒論1.1 研究該課題的背景及意義音頻監(jiān)控作為安防行業(yè)近

10、年來迅速發(fā)展的一個(gè)分支,目前已展現(xiàn)出前所未有的勃勃生機(jī),人們把關(guān)注的目光開始從能夠看見和聽見的需求轉(zhuǎn)向?qū)で蟾咔宓囊粢曨l監(jiān)控。而音頻監(jiān)控的核心部件是拾音器。對于音視頻一體化監(jiān)控來說,攝像機(jī)是眼睛,拾音器是耳朵。眼睛看到的圖像和耳朵聽到的聲音通過電纜、光纖、網(wǎng)絡(luò)等神經(jīng)系統(tǒng)傳輸?shù)阶鳛榇竽X的硬盤錄像機(jī)保存就構(gòu)成一個(gè)基本的影音記錄系統(tǒng)。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)大都沒有聲音,就像早年的無聲電影,人們只能看到無聲的圖像。現(xiàn)在很多的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)要求集成音頻,例如,檢察院審訊同步錄音錄像系統(tǒng)、公安局預(yù)審系統(tǒng)、看守所監(jiān)獄監(jiān)管系統(tǒng)等,也有廣場、最高法院、國家信訪局等重要國家機(jī)關(guān),還有地鐵、機(jī)場等公共交通樞紐等1,2。1.2

11、國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的電子設(shè)備日益增多,現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個(gè)領(lǐng)域,有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高,同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高,產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快,對設(shè)計(jì)開發(fā)提出了更高的要求。有人提出疑問,有聲電影電視都普及幾十年了,而監(jiān)控系統(tǒng)長期以來不全部提供聲音呢,在這里有以下幾個(gè)原因。(1 作為監(jiān)控系統(tǒng),大家最希望的是眼見為實(shí),能親眼看到“小偷進(jìn)進(jìn)出出的作案過程”就滿足了,認(rèn)為加上聲音沒有必要。(2 音頻監(jiān)控可能會涉及到個(gè)人的隱私問題,比如私下談?wù)摰哪承┟舾袞|西如果“不小心”被記錄下來,而監(jiān)控資料保管不當(dāng)就造成了隱

12、私泄露。公共場合的視頻監(jiān)控,國家有相關(guān)的法律和安裝規(guī)范,實(shí)施有法律保障。音頻監(jiān)控行為雖然與視頻監(jiān)控相比沒有什么本質(zhì)區(qū)別,但沒有明文規(guī)定的東西,難免大家有些疑問。(3 長期以來音頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展緩慢,噪聲處理難度大。人聲和噪聲經(jīng)過放大后很容易混淆在一起,就算是裝上拾音器聽到的也是噪聲,音頻監(jiān)控沒有達(dá)到其目的和意義。拾音器降噪需要解決兩方面的問題,一是減少來自電路自身的噪音,二是降低來自環(huán)境噪聲的干擾。電路自身的噪聲比較容易解決,環(huán)境噪聲問題更為復(fù)雜而難于解決。低水平的環(huán)境噪聲可以通過噪聲的自動監(jiān)測并進(jìn)行反饋抑制,這個(gè)技術(shù)能抑制部分環(huán)境噪聲。但在公路等強(qiáng)噪聲環(huán)境下,要達(dá)到更高要求還必須進(jìn)一步采用DS

13、P噪聲抑制手段。目前最先進(jìn)的語音降噪算法也只能在保證少失真的情況下降噪20dB左右。(4 遠(yuǎn)距離音頻監(jiān)控難度大。從聲音在空氣中傳播的物理原理我們得知,一般人說話的聲音強(qiáng)度大都在50dB,傳播的距離在30米左右。而繁忙公路上的噪聲基本上在60 dB,說話的聲音很容易被“淹沒”,這就是為什么大家在噪聲環(huán)境中嗓門會越來越大,這樣對方才能聽清。然而,人的說話聲傳播到100米外的聲音能量已經(jīng)趨于0,無論如何放大也是無濟(jì)于事,加上環(huán)境噪聲混合在一起,語音的處理難上加難。激光拾音器可以解決聽到遠(yuǎn)距離聲音的問題,雖然激光拾音器指向性強(qiáng)但成本極高、音質(zhì)差,無法在音頻監(jiān)控領(lǐng)域大面積推廣,只能在刑偵領(lǐng)域使用。(5

14、好的拾音器價(jià)格高昂。麥克風(fēng)咪頭作為拾音器關(guān)鍵部件,其性能直接影響到聲音的品質(zhì)。差的咪頭成本幾毛錢,好的咪頭價(jià)格上萬。要想獲得較好的音質(zhì)就必須采用檔次高的咪頭,而其成本就占了拾音器總成本的一半以上。加上后端噪聲處理的高成本DSP芯片,因此高端拾音器價(jià)格一直居高不下。這就是卡拉OK麥克風(fēng)幾百元,而CCTV的播音員要用價(jià)格上萬麥克風(fēng)的原因。正是由于以上幾點(diǎn)的制約,過去音頻監(jiān)控在安防領(lǐng)域的應(yīng)用并沒有受到足夠的重視。但隨著人們對安防意識的提高以及技術(shù)的日趨成熟和相關(guān)法律的完善音頻監(jiān)控越來越受到各個(gè)領(lǐng)域的重視,有力地推動了高保真拾音器的快速發(fā)展。1.3 研究的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)采用基于HUSH電路制造的先進(jìn)

15、的音頻降噪芯片SSM2000為設(shè)計(jì)平臺,主要由麥克風(fēng)拾音模塊、主芯片SSM2000模塊、電源模塊組成。通過麥克風(fēng)拾音電路將混合聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號,經(jīng)麥克風(fēng)拾音電路放大后送入到SSM2000的左右聲通道輸入端,再經(jīng)過SSM2000內(nèi)部的壓控低通濾波器(VCF對音頻信號進(jìn)行濾波,再經(jīng)壓控放大器放大后輸出。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是將混合聲音信號經(jīng)拾音器拾取SSM2000降噪處理后有音頻信號通過芯片的左右聲通道輸出端輸出。第2章系統(tǒng)方案論證與比較2.1 降噪芯片選擇方案比較方案一:采用以色列TRADIO公司生產(chǎn)的一款雙通道音頻處理DSP電路模塊QNC260,它采用小尺寸低功耗的高速DSP芯片,適合各類輕型

16、移動應(yīng)用。QNC語音降噪是目前全球最先進(jìn)語音降噪技術(shù),徹底過濾和清除環(huán)境噪聲,語音清晰干凈、高保真自然原音?？梢詮V泛應(yīng)用到工業(yè)免提通話系統(tǒng)等高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境。它能夠?qū)崟r(shí)處理各種強(qiáng)噪聲環(huán)境下的通訊系統(tǒng)的語音,配合ASE防爆音軟件模塊,可有效消除音頻中突發(fā)的、強(qiáng)大的聲音,能防止使用耳機(jī)的用戶受到傷害。但該芯片價(jià)格高昂。方案二:采用AD公司生產(chǎn)的SSM2000降噪芯片,SSM2000是采用具有專利的HUSH電路生產(chǎn)的先進(jìn)音頻降噪系統(tǒng)。HUSH電路把動態(tài)濾波器和向下擴(kuò)展器結(jié)合起來,因此處理效率很高,并且不帶有系統(tǒng)常有的噪聲。此外自適應(yīng)閾值電路可檢測額定的信號電平,并可動態(tài)地調(diào)整兩個(gè)閾值,因此不管是什么信號源

17、都可以得到最優(yōu)結(jié)果。HUSH電路實(shí)際中可用于任何音源,包括聲音和視頻磁帶、無線電和電視廣播以及其它有噪聲的音源。SSM2000和DolbtB編碼信號源一起使用可以產(chǎn)生良好的音頻效果。該電路的一個(gè)主要特點(diǎn)是可直接連接到壓控放大器端口,使用最簡單的外圍電路就可以實(shí)現(xiàn)諸如直流幅度控制、自動電平調(diào)整及壓縮等功能。且價(jià)格適中。因此考慮到成本及設(shè)計(jì)制作難度,本設(shè)計(jì)采用了方案二。2.2 聲音采集電路方案比較方案一:采用Maxim公司生產(chǎn)的一款高性能麥克風(fēng)放大器MAX9814,具有自動增益控制(AGC和低噪聲麥克風(fēng)偏置。器件具有低噪聲前端放大器、可變增益放大器(VGA、輸出放大器、麥克風(fēng)偏置電壓發(fā)生器和AGC

18、控制電路。低噪聲前置放大器具有12dB固定增益;VGA增益根據(jù)輸出電壓和AGC 門限在20dB至0dB間自動調(diào)節(jié)。輸出放大器提供可選擇的8dB、18dB和28dB增益。在未壓縮的情況下,放大器的級聯(lián)增益為40dB、50dB或60dB。輸出放大器增益由一個(gè)三態(tài)數(shù)字輸入編程。AGC門限由一個(gè)外部電阻分壓器控制,動作/釋放時(shí)間由單個(gè)電容編程。動作/釋放時(shí)間比由一個(gè)三態(tài)數(shù)字輸入設(shè)置。AGC保持時(shí)間固定為30ms。低噪聲麥克風(fēng)偏置電壓發(fā)生器可為絕大部分駐極體麥克風(fēng)提供偏置。但電路設(shè)計(jì)難度大且成本高。方案二:采用通常電子愛好者制作的簡易麥克風(fēng)拾音電路,本電路由9014三極管、電阻、電容構(gòu)成其電路如圖2-1

19、所示。 圖2-1 麥克風(fēng)放大電路圖2-1所示其中電阻R1負(fù)責(zé)給咪頭提供工作電壓,R2與R3負(fù)責(zé)給三級管提供偏值電壓,電容C1負(fù)責(zé)把咪頭的信號耦合給三級管9014以便放大,最終放大的信號通過電容C2耦合后送回到話筒線路的正級中。但拾取后的音頻信號放大倍數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。方案三:采用由TI 公司生產(chǎn)的雙運(yùn)放LM358通過外接電阻電路構(gòu)成一個(gè)能放大20倍的拾音電路,運(yùn)放的兩個(gè)輸出端接入降噪芯片的左右聲輸入通道。LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器。電路設(shè)計(jì)和制作容易,放大倍數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求且價(jià)格便宜。因此考慮到設(shè)計(jì)的方便性及總體電路設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)采用了方案三。2.3 系統(tǒng)

20、供電方案比較方案一:采用雙極性供電方式,因此使用線性三端穩(wěn)壓芯片LM7815和LM7915,其中LM7815正15V 穩(wěn)壓輸出,LM7915負(fù)15V 穩(wěn)壓輸出,且外圍電路簡單,穩(wěn)壓效果好。通過220V 市電,經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓得到直流電。如圖2-3所示。圖2-3系統(tǒng)雙極性供電方案220V 市電 變壓器 整流電路正15V 和負(fù)15V 電壓輸出LM78/7915穩(wěn)壓電路濾波電路方案二:采用單電源工作方式,220V 交流電整流濾波后經(jīng)線性三端穩(wěn)壓芯片LM7809后得到穩(wěn)定的+9V 電壓輸出,由于主芯片在單電源供電方式時(shí)必須產(chǎn)生一虛擬的地電位并把它連接到SSM2000的ACOM 端。虛擬地通常設(shè)定在電

21、源電壓的中點(diǎn)值(即電源電壓的一半VCC/2。給芯片提供的虛擬地必須能夠提供或吸收10mA 的電流。使用低成本的LM358運(yùn)放即可實(shí)現(xiàn)此功能。如圖2-4所示。圖2-4系統(tǒng)單極性供電方案由于方案二電源設(shè)計(jì)電路簡單容易操作,所以采用第二種方案給SSM2000系統(tǒng)供電。220V 市電 變壓器 整流電路LM358 電壓跟隨電路LM7809 穩(wěn)壓電路濾波電路第3章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與總體分析3.1 系統(tǒng)原理框圖本設(shè)計(jì)由麥克風(fēng)拾音電路、SSM2000降噪芯片電路、運(yùn)放LM358組成的電源模塊、功放模塊構(gòu)成。其系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。麥克風(fēng)SSM2000 功放電源圖3-1系統(tǒng)框圖3.2 咪頭結(jié)構(gòu)原理介紹咪頭的定義:咪頭

22、又名麥克風(fēng),話筒駐極體傳聲器,咪膽等。是一個(gè)聲-電轉(zhuǎn)換器件,是和喇叭正好相反的一個(gè)器件(電-聲。是聲音設(shè)備的兩個(gè)終端,咪頭是輸入,喇叭則是輸出。3.2.1 咪頭的分類(1從工作原理上:炭精粒式、電磁式、電容式、駐極體電容式、壓電晶體式、壓電陶瓷式、二氧化硅式等。(2從咪頭的方向性,可分為全向,單向,雙向(又稱為消噪式。(3從極化方式上分,振膜式、背極式、前極式。從結(jié)構(gòu)上分又可以分為柵極點(diǎn)焊式、柵極壓接式、極環(huán)連接式等。(4從對外連接方式分:普通焊點(diǎn)式:L型帶PIN腳式:P型同心圓式:S型3.2.2 駐極體咪頭傳聲器的外部結(jié)構(gòu)以全向MIC,振膜式極環(huán)連接式為例(1防塵網(wǎng):保護(hù)咪頭,防止灰塵落到振

23、膜上,防止外部物體刺破振膜,還有短時(shí)間的防水作用。(2外殼:整個(gè)咪頭的支撐件,其它件封裝在外殼之中,是傳聲器的接地點(diǎn),還可以起到電磁屏蔽的作用。(3振膜:是一個(gè)聲-電轉(zhuǎn)換的主要零件,是一個(gè)繃緊的特氟窿塑料薄膜粘在一個(gè)金屬薄圓環(huán)上,薄膜與金屬環(huán)接觸的一面鍍有一層很薄的金屬層,薄膜可以充有電荷,也是組成一個(gè)可變電容的一個(gè)電極板,而且是可以振動的極板。(4墊片:支撐電容兩極板之間的距離,留有間隙,為振膜振動提供一個(gè)空間,從而改變電容量。(5背極板:電容的另一個(gè)電極,并且連接到了FET(場效應(yīng)管的G(柵極上。(6銅環(huán):連接極板與FET(場效應(yīng)管的G(柵極,并且起到支撐作用。(7腔體:固定極板和極環(huán),從

24、而防止極板和極環(huán)對外殼短路(FET(場效應(yīng)管的S(源極, G(柵極短路。(8PCB組件:裝有FET,電容等器件,同時(shí)也起到固定其它件的作用。(9PIN:有的傳聲器在PCB上帶有PIN(腳,可以通過PIN與其他PCB焊接在一起,起連接另外前極式,背極式在結(jié)構(gòu)上也略有不同5-7。3.2.3 咪頭的內(nèi)部電路工作原理圖FETDSGCRLC0C1C2MIC GOUTPUTVS 圖3-2 咪頭內(nèi)部電路原理圖FET(場效應(yīng)管MIC的主要器件,起到阻抗變換或放大的作用, C是一個(gè)可以通過膜片震動而改變電容量的電容,聲電轉(zhuǎn)換的主要部件。C1、C2是為了防止射頻干擾而設(shè)置的,可以分別對兩個(gè)射頻頻段的干擾起到抑制作

25、用。RL:負(fù)載電阻,它的大小決定靈敏度的高低,VS:工作電壓,MIC提供工作電壓,C0:隔直電容,信號輸出端。3.2.4 駐極體咪頭的工作原理由靜電學(xué)可知,對于平行板電容器,有如下的關(guān)系式:/C S L = (3-1即電容的容量與介質(zhì)的介電常數(shù)成正比,與兩個(gè)極板的面積成正比,與兩個(gè)極板之間的距離成反比。另外,當(dāng)一個(gè)電容器充有Q 量的電荷,那么電容器兩個(gè)極板要形成一定的電壓,有如下關(guān)系式:/C Q V = (3-2對于一個(gè)駐極體咪頭,內(nèi)部存在一個(gè)由振膜,墊片和極板組成的電容器,因?yàn)槟て铣溆须姾?并且是一個(gè)塑料膜,因此當(dāng)膜片受到聲壓強(qiáng)的作用,膜片要產(chǎn)生振動,從而改變了膜片與極板之間的距離,從而改

26、變了電容器兩個(gè)極板之間的距離,產(chǎn)生了一個(gè)d 的變化,因此由公式(3-1可知,必然要產(chǎn)生一個(gè)c 的變化,由公式(3-2又知,由于c 的變化,充電電荷又是固定不變的,因 此必然產(chǎn)生一個(gè)v 的變化。這樣初步完成了一個(gè)由聲信號到電信號的轉(zhuǎn)換。 由于這個(gè)信號非常微弱,內(nèi)阻非常高,不能直接使用,因此還要進(jìn)行阻抗變換和放大。FET 場效應(yīng)管是一個(gè)電壓控制元件,漏極的輸出電流受源極與柵極電壓的控制。由于電容器的兩個(gè)極是接到FET 的S 極和G 極的,因此相當(dāng)于FET 的S 極與G 極之間加了一個(gè)v 的變化量,FET 的漏極電流I 就產(chǎn)生一個(gè)id 的變化量,因此這個(gè)電流的變化量就在電阻RL 上產(chǎn)生一個(gè)vd 的變

27、化量,這個(gè)電壓的變化量就可以通過電容C0輸出,這個(gè)電壓的變化量是由聲壓引起的,因此整個(gè)咪頭就完成了一個(gè)聲電的轉(zhuǎn)換過程。3.2.5 咪頭的主要技術(shù)指標(biāo)咪頭的測試條件:MIC 的使用應(yīng)規(guī)定其工作電壓和負(fù)載電阻,不同的使用條件,其靈敏度的大小有很大的影響。(1消耗電流:即咪頭的工作電流主要是FET 在0VSG =時(shí)的電流,根據(jù)FET 的分檔,可以做成不同工作電流的傳聲器。但是對于工作電壓低、負(fù)載電阻大的情況下,對于工作電流就有嚴(yán)格的要求,根據(jù)原理圖可知:VS VSD ID RL =+ (/ID VS VSD RL =-(3-3式中 ID FET 在VSG 等于零時(shí)的電流RL 為負(fù)載電阻VSD ,即F

28、ET 的S 與D 之間的電壓降 VS 為標(biāo)準(zhǔn)工作電壓總的要求: 1000500A IDS A (2靈敏度:單位聲壓強(qiáng)下所能產(chǎn)生電壓大小的能力。單位:/V Pa 或 /dBV Pa (有的公司使用的是/dBV Bar 40/60/dBV Pa dBV Bar -=-0/1/dBV Pa V Pa =聲壓強(qiáng)21/Pa N m =(3輸出阻抗:基本相當(dāng)于負(fù)載電阻RL(1-70%之間。 (4方向性及頻響特性曲線: 全向(無向型:全向 MIC 的靈敏度是在相同的距離下在任何方向上相等,全向MIC 的結(jié)構(gòu)是PCB 上全部密封,因此,聲壓只能從MIC 的音孔進(jìn)入,因此是屬于壓強(qiáng)型傳聲器。如圖3-3和圖3-4

29、所示。 頻率特性圖:+20+10-10-20-3020501002005001000200010000500010d B3d B6d B13d B1d B圖3-3 全向傳聲器頻響曲線及容差范圍極性圖:306090120150180210240270300330圖3-4 全向傳聲器極性范圍 單向(心形、超心形、強(qiáng)心形:單向MIC 具有方向性,如果MIC 的音孔正對聲源時(shí)為0度,那么在0度時(shí)靈敏度最高,180度時(shí)靈敏度最低,在全方位上呈心型圖,單向MIC 的結(jié)構(gòu)與全向MI C 不同,它是在PCB 上開有一些孔,聲音可以從音孔和PCB 的開孔進(jìn)入,而且MIC 的內(nèi)部還裝有吸音材料,因此是介于壓強(qiáng)和壓

30、差之間的MIC 。如圖3-5和圖3-6所示。頻率特性圖:+20+10-10-20-302050200001002005001000200010000500018d B9d B3d B5d B13d B10d B圖3-5 單向傳聲器頻響曲線及容差范圍極性圖:306090120150180210240270300330圖3-6 單向傳聲器極性范圍 雙向消噪型:是屬于壓差式MIC ,它與單向MIC 不同之處在于內(nèi)部沒有吸音材料,它的方向型圖是一個(gè)8字型。如圖3-7和圖3-8所示。頻率特性圖:+20+10-10-20-302050200001002005001000200010000 500016dB

31、1dB2dB4dB16dB2.54cm50cm圖3-7 雙向傳聲器頻響曲線及容差范圍極性圖:306090120150180210240270300330圖3-8 雙向傳聲器極性范圍圖3-9 三種咪頭方向性結(jié)構(gòu)圖(5頻率范圍:全向:5012000Hz 2016000Hz 單向:10012000Hz 10016000Hz 消噪:10010000Hz(6最大聲壓級:是指MIC 的失真在3%時(shí)的聲壓級,聲壓級定義:200pa dBSPL = MaxSPL 為115dBSPLA ,SPL 聲壓級A 為A 計(jì)權(quán)(7S/N 信噪比:即MIC 的靈敏度與在相同條件下傳聲器本身的噪聲之比,噪聲主要是FET 本身

32、的噪聲。3.2.6 MIC 的測試方法FETDSGCRL C0C1C2MICGOUTPUTVS電流表圖3-10 MIC 測試圖測試儀表:HY 系列駐極體傳聲器測試儀(1 電流的測試:由測試儀上直接讀取電流值(A (2 靈敏度的測試:首先用標(biāo)準(zhǔn)話筒校準(zhǔn)測試儀的聲壓級為94dB,然后把待測MIC 放到已校準(zhǔn)的聲腔口上,用測試表筆測試MIC 的兩個(gè)極(注意兩個(gè)表筆的方向,注意MIC 的工作電壓和負(fù)載電阻,可以從測試儀上直接讀取70Hz 和1KHz 的靈敏度.(3 方向性測試:要在消聲室內(nèi)進(jìn)行,B&K2012測試儀,B&K 旋轉(zhuǎn)臺測試。 (4 頻響曲線的測試:要在消聲室內(nèi)進(jìn)行,B&K2012測試儀,B

33、&K 旋轉(zhuǎn)臺測試。(5 S/N 的測試,首先測試MIC 的靈敏度,然后在相同的條件下在消聲室內(nèi)測試 MIC 的噪聲,注意最好使用干電池,以減少因使用其它電源引起的測試誤差,然后計(jì)算:S/N=靈敏度電平/噪聲電平,再用對數(shù)表示。(6 最大聲壓級的測試,在消聲室內(nèi),用B&K2012測試儀測試,逐漸加大聲壓級,并觀察失真值,當(dāng)失真值等于3%時(shí),這時(shí)候的聲壓級就是最大聲壓級,記做MAXSPL ,應(yīng)大于115 dBSPLA 。 (7 輸出阻抗的測試方法將聲壓加到傳聲器上,測量其開路輸出電壓,然后保持聲壓不變,在傳聲器的輸出端并聯(lián)一個(gè)電阻箱,調(diào)整其阻值,使輸出電壓為開路電壓的一半,此時(shí)電阻箱的阻值即為傳聲

34、器的輸出阻值模值。3.2.7 駐極體傳聲器參數(shù)說明隨著通訊業(yè)的蓬勃發(fā)展,和相關(guān)技術(shù)的提高,整機(jī)產(chǎn)品對傳聲器的要求也越來越高。本文所提到的傳聲器,是指駐極體電容傳聲器,即俗稱的咪頭。 傳聲器的通用指標(biāo):(1 靈敏度(感度一般定義為:傳聲器聲電轉(zhuǎn)換的效率用dB 表示,在相關(guān)傳聲器的測試標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定為01dB V =,所以傳聲器的靈敏度值均為負(fù)值。例如:-58dB 傳聲器的靈敏度一般在 -28-66dB 之間選擇,不同的用途就有著不同的靈敏度要求。例如:筆記本電腦的靈敏度值要求就比較高,要在-27dB 左右,而藍(lán)牙耳機(jī)則比較低,只要-62dB 左右就可以。必須提及的是:傳聲器靈敏度的高低不僅是傳聲器自

35、身的靈敏度決定的,還與電路中的電阻R 有關(guān)。這個(gè)電阻的大小直接影響到傳聲器的靈敏度。同樣一個(gè)傳聲器,如采用不同的R 值,靈敏度就完全不同。例如:R 值為1k 和2k 時(shí),靈敏度可相差近7dB 。所以靈敏度是有條件的,傳聲器生產(chǎn)廠家一般要給定測試條件,通常為:2.2k 、3V 。(2 頻率響應(yīng)一般定義為:傳聲器在音頻傳輸中頻率各點(diǎn)所對應(yīng)的靈敏度的一致性狀態(tài)。傳聲器的頻響范圍大奪標(biāo)稱為2020KHz ,一般認(rèn)為,這種一致性越趨一致,整個(gè)頻響曲線越平越好。但在實(shí)際使用中并非如此。如:在電話機(jī)中,就希望傳聲器的頻響曲線是斬頭去尾的草垛型。這樣可以最大限度的克服低頻噪聲和高端嘯叫。航空耳嘜中的傳聲器則要

36、求削掉700Hz 以下的成分,以避開飛機(jī)發(fā)動機(jī)的低頻噪聲頻率。在一般的會議傳聲中則希望降低4000Hz 以上的頻率,以克服嘯叫。而在超聲傳輸中,則要求傳聲器的頻響15KHz 以上高端靈敏度越高越好11-14。所以傳聲器的頻響也應(yīng)該視應(yīng)用場合而異。(3 電流與阻抗咪頭內(nèi)部有一個(gè)場效應(yīng)三極管,其作用是阻抗轉(zhuǎn)換和信號放大,所以咪頭工作必須要加一個(gè)直流電壓,可在1.56V 之間選擇。咪頭的電流值正常情況下取決于FET (場效管的電流值。一般在0.150.5mA 之間。在這里,FET 是一個(gè)恒流源,當(dāng)咪頭的外加電壓、電阻變化時(shí)電流值基本不變。因此,我們可以認(rèn)為咪頭的電流值就是FET 的電流值。FET 電

37、流值與自身的放大增益指標(biāo)即跨導(dǎo)(相當(dāng)于晶體管的放大倍數(shù)、自身的阻抗值有關(guān)。一般認(rèn)為:在一定的范圍內(nèi),咪頭的正常電流值越大、阻抗也就越低、放大能力就越高、咪頭的靈敏度也就越高。咪頭的阻抗生產(chǎn)廠家一般標(biāo)定為:2.2k ,事實(shí)上,咪頭的阻抗是個(gè)范圍值,而不是點(diǎn)值。實(shí)踐中咪頭的阻抗在7003000之間,不少用戶用萬用表測阻抗其實(shí)是不對的,萬用表測得的只是咪頭FET 的直流電阻。咪頭的阻抗值不僅影響到咪頭本身的靈敏度,更重要的是影響到使用咪頭的電器的指標(biāo),就是說,咪頭的輸出阻抗一定要與使用咪頭的電器的放大器的輸入阻抗匹配,才能獲得最大傳聲增益。3.3 雙運(yùn)放LM358簡介總體概述:LM358內(nèi)部包括有兩

38、個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器,適用于電源電壓范圍很寬的單電源使用,也適用于雙電源工作模式,在給定的工作條件下,電源電流與電源電壓無關(guān)。它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC 增益部件和其他所有可用單電源供電方式需使用運(yùn)算放大器的場合。3.3.1 LM358的引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。如圖3-11和圖3-12所示12348765-+-SOP-8/DIP-8/MSOP-8/ISSOP-8OUTPUT1INPUT1(-INPUT2(+VEE/GND INPUT2(-OUTPUT2INPUT1(+VCC圖3-11

39、DIP 塑封引腳圖引腳功能26417358-+-OUTPUTA OUTPUTBINVERTING INPUT AINVERTING INPUT BNON-INVERTINGINPUT ANON-INVERTINGINPUT BGNDV+圖3-12 圓形金屬殼封裝管腳圖LM358的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路如圖3-13所示。Inverting inputNon-invertinginputV CCOutputGND50AQ12RES Q13Q7Q11Q6Q5Q10Q9Q8Q1Q2Q3Q46A 4A 1000ACc圖3-13 內(nèi)部電路原理圖3.3.2 LM358的主要特點(diǎn)(1內(nèi)部頻率補(bǔ)償(2直流電壓增益高(約1

40、00dB (3單位增益頻帶寬(約1MHz(4電源電壓范圍寬:單電源(330V;雙電源(1.515V (5低功耗電流,適合電池供電 (6低輸入偏置電流(7低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 (8共模輸入電壓范圍寬,包括接地 (9差模輸入電壓范圍寬,等于電源電壓范圍 (10輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V (11輸入偏置電流45nA (12輸入失調(diào)電流50nA (13輸入失調(diào)電壓2.9mV(14輸入共模電壓最大值VCC 1.5V (15共模抑制比80dB (16電源抑制比100dB3.3.3 LM358的常見應(yīng)用電路0.01FR1 16KR2 16K +- R3 100K R4 100K C1VinVo

41、0.01FC2LM358GNDGNDf o =1KHz Q=1Av=2圖3-14 直流耦合低通RC 有源濾波器+-LM35882GND LEDInput(+Input(-圖3-15 LED驅(qū)動器+-LM358RL240GNDInput(+ Input(-123DM54XX圖3-16 TTL驅(qū)動電路+-LM358R210MR110K+V IN+V REFV O圖3-17 滯后比較器因此,LM358是一款性能優(yōu)秀的雙運(yùn)算放大器。常用于各種放大電路中。3.4 SSM2000系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理介紹SSM2000的基本概述:SSM2000是采用具有專利的HUSH電路生產(chǎn)的先進(jìn)音頻降噪系統(tǒng)。HUSH電路把動態(tài)濾

42、波器和向下擴(kuò)展器結(jié)合起來,因此處理效率很高,并且不帶有系統(tǒng)常有的噪聲。此外自適應(yīng)閾值電路可檢測額定的信號電平,并可動態(tài)地調(diào)整兩個(gè)閾值,因此不管是什么信號源都可以得到最優(yōu)結(jié)果。HUSH電路實(shí)際中可用于任何音源,包括聲音和視頻磁帶、無線電和電視廣播以及其它有噪聲的音源。SSM2000和DolbtB編碼信號源一起使用可以產(chǎn)生良好的音頻效果。該電路的一個(gè)主要特點(diǎn)是可直接連接到壓控放大器端口,使用最簡單的外圍電路就可以實(shí)現(xiàn)諸如直流幅度控制、自動電平調(diào)整及壓縮等功能。3.4.1 SSM2000的主要特點(diǎn)(1噪聲抑制達(dá)25dB(2單端工作(3自適應(yīng)閾值可動態(tài)調(diào)整(4可對DolbyB音源進(jìn)行有效解碼(5可直接

43、連接VCA控制端(6具有邏輯可控制的旁路和靜音功能(7有100dB的動態(tài)范圍(噪聲抑制關(guān)斷時(shí)(8總諧波噪聲失真比的典型值為0.02%(9電源電壓為718V3.4.2 SSM2000的電性能參數(shù)和封裝如表3-1和圖3-18所示表3-1 SSM2000的主要電性能參數(shù)Parameter Symbol ConditionsSSM2000Min Typ Max UnitsAUDIO SIGNAL PATHSignal-to-Noise Ratio HeadroomDynamic RangeTotal Harmonic Distortion Effective Noise ReductionInput

44、Impedance OutputImpedance,Dynamic Capacitive LoadChannel SeparationMute OutputGain Matching,L&R Channels Gain Bandwidth SNRHRTHD+NZ INZ OUTGBWV IN=0V,20 Hz to 20 kHz (FlatClip Point, THD = 1%Clipping to Noise FloorV IN=300mVrms,2nd & 3rd Harmonics20kHz Bandwidth (FlatDownward Expander SectionDynamic

45、 Filter SectionPins 1 and 2Pins 23 and 24No Oscillationf = 1 kHz, V IN = 300mVrmsV IN = 300 mVrmsVCA at A V = 0dBNR Disabled80 864.5910.02 0.0415106 8730060-85137dBdBudB%dBdBkpFdBdBdBkHzDYNAMIC FILTERMinimum Bandwidth Maximum Bandwidth BW MINBW MAXVCF C = 0.001F 337kHzkHzVCA CONTROL PORT Input Imped

46、anceVCA Voltage Gain Range Gain ConstantControl Feedthrough A VPin 7V IN= 300 mVrms(Pin7 =2.0V & 0VPin 73.8-70 +120 22 261 10kdBmV/dBmAPOWER SUPPLYVoltage RangeSupply CurrentPower Supply Rejection V SI SYPSRR+7.0 187.5 1170VmAdBVCA, VCF DETECTORInput Impedance R IN Pins 8 and 10 4.0 5.4 7.0 k1234567

47、89101112131415161718192021222324L IN R INL OUT R OUT L VCF C1L VCF C2R VCF C1R VCF C2V+V-ACOMDIGITAL GND VCA PROT VCF DET IN SUM OUTVCA DET IN VCF DET CAP VCA DET CAP NC MUTE DEFEATAUTO THRESHOLD CAP DEFAULT THRESHOLD NCSSM2000TOP VIEW (Not to ScaleNC=NO CONNECT圖3-18 SSM2000的外形封裝3.4.3 SSM2000的原理框圖如圖

48、3-19所示是SSM2000的一個(gè)音頻通道的原理框圖。當(dāng)輸入的音頻信號被處理后,即可提取所需要的信號和噪聲信號的頻率分布和幅度信息。 左右聲道的音頻信號首先經(jīng)過壓控低通濾波器濾波(VCF 濾波后,再經(jīng)壓控放大器(VCA 放大后輸出。濾波器和放大器都是低失真的,由它們引起的噪聲是可以忽略的。 壓控低通濾波器的截止頻率可由用戶在1KHz 到35KHz 之間根據(jù)需要予以設(shè)定16。VCA 可被設(shè)定為衰減或放大,可增加SSM2000 的靈活性。使用合適的控制電路可以得到合適的控制信號,并施加到VCF 和VCA 上, 這樣可在對信號造成最小損失的同時(shí)實(shí)現(xiàn)多達(dá)25dB 的噪聲抑制。圖3-20所示為SSM20

49、00的系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)。x3PRE-DETECTORSIGNAL CONDITIONINGVCF DETECTORVCA DETECTORVCFVCANOISE THRESHOLD DETECTORSSM20001,2L/R INVCF FITTERCAP7VCA EXTERNAL CONTROL PORT17MUTE23,24L/R OUT16HUSH DEFAT3,224,211089OUT AMP圖3-19 SSM2000的音頻原理框圖(一個(gè)音頻通道VOLTAGE CONTROLLED FILTER VOLTAGE CONTROLLED AMPLIFIERVOLTAGE CONTROLLED

50、 FILTER VOLTAGE CONTROLLED AMPLIFIERLOGIC INTERFACELOGIC INTERFACEAUTO THRESHOLD NEGATIVE PEAK DETECTORHIGH-PASS FILTERPEAK DETECTOR PEAK DETECTORR OUTL OUTR INL INDEFEATMUTEEXTERNNAL VCA CONTROL PORTDEFAULT THRESHOLDDIFFERENCE AMPLIFIERDIFFERENCE AMPLIFIER圖3-20 SSM2000的系統(tǒng)原理框圖SSM2000的典型性能關(guān)系圖0.010.11

51、100.112T H D +N -%T A = +25CV S = 4.25VDEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFF R L = 100kWINPUT SIGNAL-VrmsAP0.01圖3-21 TDH+N(&與輸入信號-701010010k 30kT A = +25CV S = 4.25VV IN = 300mV rms SINE WAVEChannel Outputvs.Frequency for Differrent VCA ControlPort VoltagesAP1k 20FREQUENCY-Hz-20C H A N N E L O U

52、 T P U T -d B0-10-30-40-50-60-80-90V C =0V V C =0.5VV C =1VV C =1.5VV C =2V V C =2.5VDEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = OFF MUTE = OFF圖3-22 頻率曲線圖不同的輸出通道VCA 控制端口電壓-40100C H A N N E L S E P A R A T I O N -d BChannel Separation vs.FrequencyAP1k20FREQUENCY-Hz-50-45-70-65-60-55T A = +25CV S = 4.25V (Pin 5, 20DE

53、F THRESHOLD = 0V (Pin 14DEFEAT = ON (Pin 16MUTE = OFF (Pin 17R L = 100kWV IN = 300mV rms SINE WAVE UNSELECTED INPUT = 0V20k圖3-23 頻道與頻率分離0.0010.0110030kT H D +N -%T A = +25CV S = 4.25VDEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFF R L = 100kWTHD+N(%vs.FrequencyAP1k20FREQUENCY-Hz圖3-24 TDH+N(&與頻率的關(guān)系10-10-20

54、-30-40-50-60-70-80-90-1-0.500.51 1.52 2.53VCA CONTROL VOLTAGE(Pin7-VL .R C H A N N E L O U T P U T -d BT A = +25CV S = 4.25V (Pin 5, 20V IN = 300mV rms SINE WAVE (Pin 1, 2DEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = OFF MUTE = OFF R L = 100kW BOTH CHANNELS圖3-25 通道輸出與VCA 控制電壓-2010030kP S R R +-d BPSRR+vs.FrequencyAP1

55、k20FREQUENCY-Hz-40-30-80-70-60-50TA = +25CVS = 4.25V (Pin 5, 20DEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFFNO DECOUPLING CAPACITOR ON V+圖3-26 頻率曲線PRSS +-20100P S R R -d BPSRR-vs.FrequencyAP20FREQUENCY-Hz-40-30-80-70-60-50T A = +25CV S = 4.25V (Pin 5, 20DEF THRESHOLD = 0V DEFEAT = ON MUTE = OFF (Pin 17V RIPPLE = 425mV p-pNO DECOUPLING CAPACITOR ON V 30k圖