一种提高教室语音可懂度设备的制作方法

本发明属于语音增强领域，涉及一种基于DSP芯片的语音增强系统，对教室语音系统的语音质量进行提高的设备。

背景技术：

在学校很多老师和学生都或多或少的感觉到教室里老师授课的语音系统效果并不是十分理想。这类语音系统一般都存在着音质不清晰或者是因为环境中杂音太多引起的嘈杂声从而导致通过扬声器传出的语音可懂度降低的现象，这严重影响了老师的讲课质量和学生的听讲效果。因此，研究设计一种设备提高这类教室语音系统的语音可懂度是具有积极意义的。

现有的教室语音系统，分为无线麦克风系统和有线麦克风系统。这类麦克风系统均通过麦克风采集语音模拟信号，最后通过功放和扬声器输出的也是语音模拟信号。调研表明，部分教室有线麦克风系统存在降噪措施，采用多个麦克风通过麦克风位置的摆设来采集特定区域的语音，这里集中采集讲台语音，从而降低讲台后面的声音干扰，但是仍会存在因黑板和墙壁反射等造成的混响。然而，大部分麦克风系统不存在这类降噪措施，尤其是无线麦克风系统，甚至会因无线电波频段受干扰而从扬声器发出恼人的噪音。

因此，需要设计一种能在麦克风系统中对语音信号进行增强处理的设备，使得最终通过扬声器输出的声音能更清晰，从而具有更好的可懂度。

技术实现要素：

由于教室语音系统采用的麦克风系统无论是有线还是无线均为单向式通讯系统，因此考虑在整个麦克风系统的功放之前串接该语音增强设备，对音频信号进行增强处理后再输出。

本发明针对其技术问题所采用的技术方案：包括音频信号转换模块、音频信号处理模块以及电源管理模块。

所述的音频信号转换模块包括音频编解码芯片U1，电容C01、C02、C03、C04、C05、C06、C07、C08，电感L01、L02、L03、L04，电阻R01、R02、R03、R04、R05、R06、R07、R08，晶振X1。音频编解码芯片U1的1、8、14、27引脚接VCC，2引脚悬空，3、4、5、6、7引脚是是音频信号转换模块与音频信号处理模块连接的数据接口，9、10、17、18引脚悬空，11、15、28引脚接地，12引脚接电容C07的一端，电容C07的另一端接电阻R06的一端，电阻R06的另一端接电感L03一端和电阻R05一端，电感L03的另一端是音频左输出信号，电阻R05的另一端接地，13引脚接电容C08的一端，电容C08的另一端接电阻R07的一端，电阻R07的另一端接电感L04一端和电阻R08一端，电感L04的另一端是音频右输出信号，电阻R08的另一端接地，16引脚接电容C02正极一端和电容C01一端。电容C02、C01的另一端接地，19引脚接电容C06的一端，电容C06的另一端接电阻R03的一端和电阻R04的一端，R03的另一端接电感L02的一端,电阻R04的另一端接地，电感L02的另一端是音频右输入信号，20引脚接电容C05的一端，电容C05的另一端接电阻R02的一端和电阻R01的一端，R02的另一端接电感L01的一端,电阻R01的另一端接地，电感L01的另一端是音频左输入信号， 21、22、23、24是音频信号转换模块与音频信号处理模块连接的控制端口，25引脚接晶振X01的1端口和电容C04的一端，X01的2端口接26引脚和电容C03的一端，C04的另一端接地，C03的另一端接地。

所述的音频信号处理模块包括DSP芯片U2，电容C09、C10，晶振X02。U2的X2/CLKIN引脚接晶振X02的1端口和电容C09的一端，晶振X02的2端口接电容C10的一端和U1的引脚X1，电容C09的另一端接地，电容C10的另一端接地。

所述的音频信号转换模块与音频信号处理模块连接电路：U1的MODE、CS引脚接地，U1的SLCK引脚与U2的SLC引脚相连，U1的SDIN引脚与U2的SDA引脚相连，U1的BCLK引脚与U2的CLKX、CLKR引脚相连，U1的DIN引脚与U2的DX引脚相连，U1的DOUT引脚与U2的DR引脚相连，U1的LPCIN引脚与U2的FXS引脚相连，U1的LPCOUT引脚与U2的FSR引脚相连。

所述的电源管理模块包括双输出低压差稳压芯片U3，电容C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18，电阻R09、R10。U3的1、2、7、8、13、14、15、16、20、21、22、26、27、28引脚悬空，U3的3、4、9、10引脚接地，U3的5、6引脚接VCC，电容C13、C14的一端接VCC，电容C13、C14另一端接地，U3的11、12引脚接VCC，电容C11、C12的一端接VCC，电容C11、C12另一端接地，U3的17、18、19引脚都接在电容C15、C16一端，电容C15、C16另一端都接地，U3的23、24引脚都接在电容C17、C18的一端与电阻R10的一端，电容C17、C18的另一端都接地，电阻R10的另一端接在U3的25引脚与电阻R09的一端，R09的另一端接地。

本发明所述的音频编解码芯片U1、DSP芯片U2、双输出低压差稳压芯片U3均采用现成芯片。音频编解码芯片U1、DSP芯片U2、双输出低压差稳压芯片U3都采用TI公司芯片，分别为TLV320AIC23B、TMS320VC5509A、TPS73HD301。

本发明相对背景技术，可以提高教室语音通信中语音信号的质量和处理速度，因此在教室整个麦克风系统的功放之前串接该语音增强设备，教室扬声器输出的声音能更清晰，从而具有更好的可懂度。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为图1中的音频信号转换模块外围硬件电路；

图3为图1中的音频信号处理模块时钟电路；

图4为音频信号转换模块与音频信号处理模块接口连接电路图；

图5为图1中的电源模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对发明作进一步说明。

如图1所示，本发明所述的一种提高教室语音可懂度设备包括：音频信号转换模块、音频信号处理模块以及电源管理模块。音频信号转换模块先采集模拟音频输入信号，然后对其进行滤波、模数转换（ADC）；转换之后得到的数字信号输入到音频信号处理模块，音频处理模块再对该数字信号进行增强处理；增强处理后的数字信号返还给音频信号转换模块，音频信号转换模块对此信号进行数模转换（DAC）、滤波，最终，音频信号转换模块输出增强的模拟音频信号。

如图2所示，本发明所述的音频信号转换模块外围硬件电路包括音频编解码芯片U1，电容C01、C02、C03、C04、C05、C06、C07、C08，电感L01、L02、L03、L04，电阻R01、R02、R03、R04、R05、R06、R07、R08，晶振X1。音频编解码芯片U1的1、8、14、27引脚脚接VCC，2引脚悬空，3、4、5、6、7引脚是是音频信号转换模块与音频信号处理模块连接的数据接口，9、10、17、18引脚悬空，11、15、28引脚接地，12引脚接电容C07的一端，电容C07的另一端接电阻R06的一端，电阻R06的另一端接电感L03一端和电阻R05一端，电感L03的另一端是音频左输出信号，电阻R05的另一端接地，13引脚接电容C08的一端，电容C08的另一端接电阻R07的一端，电阻R07的另一端接电感L04一端和电阻R08一端，电感L04的另一端是音频右输出信号，电阻R08的另一端接地，16引脚接电容C02正极一端和电容C01一端。电容C02、C01的另一端接地，19引脚接电容C06的一端，电容C06的另一端接电阻R03的一端和电阻R04的一端，R03的另一端接电感L02的一端,电阻R04的另一端接地，电感L02的另一端是音频右输入信号，20引脚接电容C05的一端，电容C05的另一端接电阻R02的一端和电阻R01的一端，R02的另一端接电感L01的一端,电阻R01的另一端接地，电感L01的另一端是音频左输入信号， 21、22、23、24是音频信号转换模块与音频信号处理模块连接的控制端口，25引脚接晶振X01的1端口和电容C04的一端，X01的2端口接26引脚和电容C03的一端，C04的另一端接地，C03的另一端接地。音频编解码芯片U1采用TI公司的TLV320AIC23B， VCC为3.3V电压输出端，晶振X01为12.288MHz。电感L01、L02、 L03、L04电感值分别为：1uF、1uF、330uF、330uF。电容C01、C02、C03、C04、C05、C06、C07、C08的电容值分别为：0.1uF、10uF、20pF、20pF、470nF、470nF、470mF、470mF。电阻R01、R02、R03、R04、R05、R06、R07、R08的电阻值分别为：4.7KΩ、4.7KΩ、4.7KΩ、4.7KΩ、47KΩ、100Ω、100Ω、47KΩ。音频信号转换模块主要是完成模拟语音信号的采集、滤波、模数转换（ADC）、数模转换（DAC）、以及模拟语音的输出。

如图3所示，本发明所述的音频信号处理模块时钟电路包括DSP芯片U2，电容C09、C10，晶振X02。U2的X2/CLKIN引脚接晶振X02的1端口和电容C09的一端，晶振X02的2端口接电容C10的一端和U1的引脚X1，电容C09的另一端接地，电容C10的另一端接地。DSP芯片U2采用TI公司的TMS320VC5509A，晶振X02为12MHz，电容C09、C10的电容值大小均为20pF。音频信号处理模块主要完成数字音频信号的处理、接收和发送，其中采用DSP的McASP完成接收和发送功能，而音频信号处理模块时钟电路主要为该模块提供系统时钟。

如图4所示，所述的音频信号转换模块与音频信号处理模块接口连接电路包括U1、U2。U1的MODE、CS引脚接地，U1的SLCK引脚与U2的SLC引脚相连，U1的SDIN引脚与U2的SDA引脚相连，U1的BCLK引脚与U2的CLKX、CLKR引脚相连，U1的DIN引脚与U2的DX引脚相连，U1的DOUT引脚与U2的DR引脚相连，U1的LPCIN引脚与U2的FXS引脚相连，U1的LPCOUT引脚与U2的FSR引脚相连。U1（TMS320VC5509A）与U2（TLV320AIC23B）的接口设计分为两部分：控制接口和数据接口。控制接口用于C5509A对AIC23B进行工作参数的配置，数据接口用于实现两者之间的数据通信。U1的SLCK、SDIN、MODE、CS引脚作为控制接口，用于接受U2的配置。U1的BLCK、DIN、LRCIN、DOUT、LRCOUT引脚作为数据接口，与U2的进行数据传输。U1的MODE、CS引脚接地表示：U1控制接口采用I²C工作模式，其外设地址为0011010。

如图5所示，所述的电源管理模块包括双输出低压差稳压芯片U3，电容C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18，电阻R09、R10。U3的1、2、7、8、13、14、15、16、20、21、22、26、27、28引脚悬空，U3的3、4、9、10引脚接地，U3的5、6引脚接VCC，电容C13、C14的一端接VCC，电容C13、C14另一端接地，U3的11、12引脚接VCC，电容C11、C12的一端接VCC，电容C11、C12另一端接地，U3的17、18、19引脚都接在电容C15、C16一端，电容C15、C16另一端都接地，U3的23、24引脚都接在电容C17、C18的一端与电阻R10的一端，电容C17、C18的另一端都接地，电阻R10的另一端接在U3的25引脚与电阻R09的一端，R09的另一端接地。本系统电源管理模块的双输出低压差稳压芯片U3采用的是TI公司的TPS73HD301，这款芯片能产生3.3V稳定电压和可调（1.2V-9.75V）输出电压。该模块中VCC为3.3V，U3的17、18、19引脚均能稳定的输出3.3V电压，U3的23、24引脚均能稳定的输出1.6V电压。U3稳定输出的3.3V和1.6V电压分别是为了满足DSP芯片U2的外部引脚电压和内核电压的需求。