[發明專利]一種高靈敏拾音及定向擴音裝置及其方法

在審

• 申請號: 201610125964.8
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105592394A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 劉燁;趙正興
• 申請（專利權）人: 南京邁宸科技有限公司
• 主分類號: H04R27/00
• 分類號: H04R27/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及音頻拾音、擴音技術領域，特別是一種高靈敏拾音及定向擴音裝置及 其方法。

背景技術

自二十世紀以來，音頻擴音是社會活動、日常生活工作不可缺少的工程技術手段， 如多媒體教學、會議、綜藝晚會、戶外集會等等，一般同時存在麥克風與揚聲器的協同工作， 在這種場合中，都會因擴聲器與麥克風之間的電聲耦合而產生聲反饋。

聲反饋的出現大大限制了系統擴聲增益的提高，使之達不到理想的擴音效果，同 時影響聲音的清晰度，導致聲音出現失真。嚴重時甚至會產生嘯叫，容易使人耳損傷，也影 響講話、表演等活動的正常進行，嚴重的嘯叫還可能會燒毀系統中放大器、擴聲器的高音單 元。另外，在一些要求特別高的活動場合，如重要會議、重大的演出活動等，更不允許出現嘯 叫。因此，有效的聲反饋抑制，是擴聲系統的一個重要問題。

聲反饋現象的產生原理：音頻信號經揚聲器輸出后，又被麥克風反復采集，

形成揚聲器、傳聲器之間的正反饋回路，使放大器的輸出信號幅度不斷被放大，從 而使某些頻率上的信號發生自激震蕩，產生嘯叫。

聲反饋的產生要同時具備三個因素：

(1)揚聲器與麥克風必須處于同一聲場所，即揚聲器輸出的信號能夠被麥克風再 度采集，形成正反饋。

(2)系統的傳聲增益大，麥克風的拾音靈敏度高。

(3)聲場有缺陷共振。即系統的頻譜特性不平坦，在某些頻率上容易出現。

(傳聲增益：當擴聲系統工作時在聽眾點上的聲能密度和系統不工作時自然聲源 在傳聲器所在點聲能密度的比值，以分貝表示，稱為該擴聲系統的傳聲增益。)

抑制聲反饋目前有以下主要方法：

1、降低系統增益，例如降低麥克風靈敏度、降低揚聲器功率，當系統增益低于揚聲 器與麥克風之間的聲能衰減時，嘯叫就不會產生。

2、調整距離，揚聲器距離聽眾越近、距離麥克風越遠，麥克風距離聲源越近、距離 揚聲器越遠，效果越好。指向性麥克風指向聲源也有一定幫助。

3、改善聲場，讓聲場的固有共振頻率遠離工作頻段，墻壁鋪設吸音材料等。

4、信號處理，如移頻、移相、動態均衡、回聲消除等算法，詳細原理這里不展開描 述，這些算法對聲反饋抑制都有一定貢獻，但不能獨立存在，還需依賴于以上3種手段。

基于以上方法，我們現有的擴音系統通常具備以下特征：

1、近講，即人嘴距離麥克風很近

如果是固定式麥克風，演講者不能離開麥克風太遠，限制了演講者的活動空間，不 能做到在白板上邊寫邊說；如果是無線佩戴式麥克風，通常因為無線信道資源、成本等因 素，很難做到與會者人手一只，而且無線麥克風使用維護成本偏高，現實中還存在資產不易 保管等問題。

2、揚聲器必須遠離麥克風

如果使用手持式無線麥克風來回傳遞，演講者不能解放雙手不說，一不小心麥克 風離揚聲器太近會引起嘯叫。

3、設備分體化，即麥克風、揚聲器、放大和信號處理設備分體布局，之間靠線纜連 接。

這就造成了擴音設備的制造成本、安裝成本、維護成本的增加，最重要的是不能便 攜移動。

4、免提式對講設備雖然通常集成了揚聲器和拾音器，而且可以在一定距離外講 話，但由于其拾音和播放不在一個空間內，同時由于通訊線路不可避免地具有一定時延，聲 反饋的表現形式不是引起嘯叫，而是帶來回音，如果不加入回聲抑制，通話質量并不理想。

如圖1所示，從聲頻定向揚聲器的工作原理可以看出它具有以下系統特性：

1、能發射高指向性聲頻波，這是傳統揚聲器無法做到的；

2、與傳統揚聲器通過機械振動激勵空氣直接發出可聽聲相比，它是先發出超聲 波，然后由超聲波在空氣中通過非線性作用自解調出可聽聲，即間接發出聲頻波；

3、所發聲頻波能量集中，在傳播過程中大部分能量位于傳播軸附近，因此與非指 向性聲源向各個方面輻射能量相比，其衰減要慢得多，這使得它的聲頻聲傳播距離更遠；

4、傳統揚聲器在揚聲器附近聲音音量最大，而聲頻定向揚聲器的聲音是沿傳播軸 逐漸解調并不斷疊加形成的，因此其能量在接近參量陣有效長度時才達到最大值；

5、換能器所發出的超聲波及由于非線性作用產生的超聲波會在空氣中快速衰減， 最后只留下聲頻波在空氣中高指向性傳播。