一种拾音设备和系统的制作方法

本实用新型属于声音采集技术领域，尤其涉及一种拾音设备和系统。

背景技术：

目前，教学录播用的拾音系统大多是在教室内的天花板上吊装一个或多个麦克风实现，每路麦克风需单独安装，音频经处理后输入至录播设备。吊装的麦克风距离老师和学生较远，其拾取的声音信号较弱，环境噪声也同时被拾取，音频需要进行降噪、增益提升等处理之后输入录播设备，然而处理的过程中，最主要的教师授课的声音也会受到影响，音质下降。这种拾音系统安装复杂，布线较多，并且对室内的声学设计装修要求较高，建设成本高。若这种拾音系统应用到所有教室的常态教学录播中，由于普通教室通常没有特殊的声学装修，拾音效果会进一步降低。

综上所述，现有技术中存在拾音效果差、系统结构复杂以及成本高的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种拾音设备和系统，以解决现有技术中存在拾音效果差、系统结构复杂以及成本高的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种拾音设备，包括无线接收解调模块、预设数量的传声器、阵列音频预处理模块、音频处理模块和控制模块。

传声器与阵列音频预处理模块连接，音频处理模块分别与阵列音频预处理模块、无线接收解调模块和控制模块连接。

无线接收解调模块接收外部的无线拾音设备传输的第一音频数据，并将第一音频数据传输至音频处理模块；传声器采集当前环境中的声音信息并输出至阵列音频预处理模块，阵列音频预处理模块将声音信息处理为第二音频数据并输出至音频处理模块；控制模块输出混音控制调节信号至音频处理模块，音频处理模块根据混音控制调节信号确定混音输出比例，并按照混音输出比例将第一音频数据和第二音频数据混音合成后的数据输出至录音设备。

在一个实施例中，拾音设备还包括音频功放模块。

音频功放模块分别与无线接收解调模块和控制模块连接。

音频功放模块接收第一音频数据，控制模块输出功放增益调节信号至音频功放模块，音频功放模块根据功放增益调节信号确定增益调节比例，并按照增益调节比例将第一音频数据放大输出至扩声设备。

在一个实施例中，控制模块包括混音控制调节单元、功放增益调节单元和通信接口单元。

混音控制调节单元的输出端作为控制模块的第一输出端，与音频处理模块连接；功放增益调节单元的输出端作为控制模块的第二输出端，与音频功放模块连接；通信接口单元的输入端作为控制模块的输入端，与外部的控制设备连接，通信接口单元的第一输出端与混音控制调节单元的输入端连接，通信接口单元的第二输出端与功放增益调节单元的输入端连接。

外部的控制设备发送控制信号至通信接口单元，通信接口单元根据控制信号分别控制混音控制调节单元输出混音控制调节信号，以及功放增益调节单元输出功放增益调节信号。

在一个实施例中，阵列音频预处理模块包括阵列音频形成单元，阵列音频形成单元根据声音信息的音量确定声源方向，导通与处于声源方向上的传声器的连接，断开与其他传声器的连接；或者，阵列音频形成单元根据声源方向，将预设数量的传声器组合为带有方向性的麦克风阵列。

在一个实施例中，阵列音频预处理模块还包括预设数量的模数转换单元和降噪单元。

模数转换单元的输入端为阵列音频预处理模块的输入端，模数转换单元的输出端与阵列音频形成单元的输入端连接，阵列音频形成单元的输出端与降噪单元的输入端连接，降噪单元的输出端为阵列音频预处理模块的输出端。

在一个实施例中，音频处理模块包括混音单元，混音单元的第一输入端与无线接收解调模块的输出端连接，混音单元的控制输入端与控制模块的第一输出端连接。

混音单元根据混音控制调节信号确定音量阈值和衰减量；当第一音频数据的音量大于或等于音量阈值时，混音单元按照衰减量衰减第二音频数据的音量，并将第一音频数据和衰减后的第二音频数据按照混音输出比例合成为音频文件。

在一个实施例中，音频处理模块还包括回声消除单元和均衡调节单元。

回声消除单元的第一输入端与无线接收解调模块的输出端连接；回声消除单元的第二输入端与阵列音频预处理模块的输出端连接；回声消除单元的输出端与均衡调节单元的输入端连接；均衡调节单元的输出端与混音单元的第二输入端连接，混音单元的输出端为音频处理模块的输出端。

回声消除单元分别接收第一音频数据和第二音频数据，并参照第一音频数据对第二音频数据进行回声消除，并将回声消除后的第二音频数据输出至均衡调节单元。

在一个实施例中，无线接收解调模块包括射频接收单元或红外接收单元。

在一个实施例中，拾音设备还包括主壳体。

预设数量的传声器、阵列音频预处理模块、音频处理模块、音频功放模块和控制模块均设置在所述主壳体的内侧，主壳体的内侧顶部设置有用于容纳无线接收解调模块的容置部，预设数量的传声器在主壳体的内侧顶部沿容置部的周边排布，主壳体的顶部沿容置部的周边设有与传声器位置对应的用于透声的环形网。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种拾音系统，包括如上所述的拾音设备，还包括与拾音设备通信连接的无线拾音设备。

本实用新型实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过无线接收解调模块接收外部的无线拾音设备传输的第一音频数据，并将第一音频数据传输至音频处理模块；传声器采集当前环境中的声音信息并输出至阵列音频预处理模块，阵列音频预处理模块将声音信息处理为第二音频数据并输出至音频处理模块；控制模块输出混音控制调节信号至音频处理模块，音频处理模块根据混音控制调节信号确定混音输出比例，并按照混音输出比例将第一音频数据和第二音频数据混音合成后的数据输出至录音设备；第一音频数据同时输出至音频功放模块进行功率放大后输出至扩声设备。实现了同时采集当前环境中的声音和无线拾音设备的使用者的声音，拾音效果好，系统结构简单，安装方便，布线少，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1提供的一种拾音设备的模块结构示意图；

图2是实施例2提供的一种拾音设备的模块结构示意图；

图3是一种拾音设备的机械结构示意图；

图4是图3的仰视图。

图中：1、主壳体；2、环形网；3、曲面环形罩；4、凸起壳；5、镂空结构；6、接口板。

具体实施方式

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

以下结合具体附图对本实用新型的实现进行详细的描述：

实施例1：

图1示出了本实用新型一实施例所提供的一种拾音设备100的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本实用新型实施例所提供的一种拾音设备100，包括无线接收解调模块110、预设数量的传声器120、阵列音频预处理模块130、音频处理模块140和控制模块150。

传声器120与阵列音频预处理模块130连接，音频处理模块140分别与阵列音频预处理模块130、无线接收解调模块110和控制模块150连接。

无线接收解调模块110接收外部的无线拾音设备传输的第一音频数据，并将第一音频数据传输至音频处理模块140；传声器120采集当前环境中的声音信息并输出至阵列音频预处理模块130，阵列音频预处理模块130将声音信息处理为第二音频数据并输出至音频处理模块140；控制模块150输出混音控制调节信号至音频处理模块140，音频处理模块140根据混音控制调节信号确定混音输出比例，并按照混音输出比例将第一音频数据和第二音频数据混音合成后的数据输出至录音设备。

本实施例中，声音信息为模拟量信号，第一音频数据和第二音频数据均为数字量信号。

在一个实施例中，传声器120包括麦克风、话筒和/或微音器。

在一个实施例中，预设数量为2个或2个以上。

例如，预设数量的传声器120可以包括用于采集4个方向(东、南、西、北)声音的4个传声器120，或者用于采用8个(东、东南、南、西南、西、西北、北、东北)方向声音的8个传声器120。

本实施例中，多个传声器120集成在一个拾音设备100中，形成传声器阵列。传声器阵列可以采集多个方向上的声音，还可以通过阵列音频预处理模块130的控制实现指向性地切换其中某一个或某几个传声器120工作，其他的传声器120不工作，从而采集某一个或某几个方向上的声音。阵列音频预处理模块130还可以采用麦克风阵列技术进行拾音处理。

本实施例将多个传声器120集成，便于集中控制，还可以减少拾音设备100和其他设备之间的布线，降低设备安装的复杂程度。

在一个实施例中，无线接收解调模块110的输入端与无线拾音设备通信连接，传声器120的输出端与阵列音频预处理模块130的输入端连接，音频处理模块140的输入端分别与阵列音频预处理模块130的输出端和无线接收解调模块110的输出端连接，控制模块150的第一输出端与音频处理模块140的控制输入端连接，音频处理模块140的输出端与与外部的录音设备通信连接。

在一个实施例中，拾音设备100与外部的扩音设备和录音设备分别通过线缆连接。实现扩音播放的功能和声音录制的功能。

在一个实施例中，无线拾音设备包括便携式传声器和无线信号发送模块。

便携式传声器用于采集第一声音信息，无线信号发送模块将便携式传声器接收到的第一声音信息处理为第一音频数据，并发送至无线接收解调模块110。

在一个实施例中，无线拾音设备使用的便携式传声器包括便携式的麦克风、话筒和/或微音器。

本实施例中，便携式传声器可以跟随使用者移动，能够单独采集使用者的声音，提高了拾音的清晰度。当使用者为主讲人时，主讲人的讲话内容可以被便携式传声器采集，拾音设备100采集室内环境中的声音，例如听讲者与主讲人互动的谈话，这样便可以区分主讲人的声音和室内环境中的声音，从而突出主要的声音，衰弱次要的声音，获得高质量的音频数据。

在具体应用中，无线信号发送模块和无线接收解调模块110之间采用无线通信，可以减少布线，便于便携式传声器移动。无线信号发送模块用于发射第一音频数据，无线接收解调模块110用于接收并解调第一音频数据。

在本实施例中，无线接收解调模块110与外部的无线拾音设备进行无线通信，接收外部的无线拾音设备传输的第一音频数据，并将第一音频数据传输至音频处理模块140。

在本实施例中，通过无线接收解调模块110与外部的无线拾音设备进行通信，可以单独采集使用无线拾音设备的使用者的声音，并进行处理，降低了周围环境中声音的干扰，能够获得更好的拾音效果。

在本实施例中，多个传声器120采集当前环境中的声音信息并输出至阵列音频预处理模块130，阵列音频预处理模块130将多路的声音信息处理为多路的第二音频数据并输出至音频处理模块140。

在本实施例中，外部的控制设备发送控制信号至控制模块150，控制模块150根据控制信号输出混音控制调节信号至音频处理模块140，音频处理模块140根据混音控制调节信号确定混音输出比例，并按照混音输出比例将第一音频数据和第二音频数据混音合成后的数据输出至录音设备；存在以下特殊输出：1)混音输出比例无穷大时，仅输出第一路音频数据；2)混音输出比例无穷小时，仅输出第二路音频数据。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，拾音设备100还包括音频功放模块160。

音频功放模块160分别与无线接收解调模块110和控制模块150连接。

音频功放模块160接收第一音频数据，控制模块150输出功放增益调节信号至音频功放模块160，音频功放模块160根据功放增益调节信号确定增益调节比例，并按照增益调节比例将第一音频数据放大输出至扩声设备。

为了便于理解，以一个具体应用场景为例对本实用新型实施例进行说明，详述如下。

在教学录播应用中，拾音设备100吊装在教室内的天花板上，用于采集教室内的声音。无线拾音设备佩戴在教师身上，专用于采集教师授课的声音。无线拾音设备拾取教师的声音信息后处理为第一音频数据，然后，将第一音频数据发送至拾音设备100中的无线接收解调模块110。拾音设备100中的传声器120拾取学生和课堂的声音信息，经过阵列音频预处理模块130处理后转换为第二音频数据。拾音设备100将第一音频数据和第二音频数据进行混音后统一输出。

在教室中安装一套拾音设备100即可完成教学录播中拾音的功能。拾音设备100拾取学生及课堂声音。无线拾音设备佩戴在教师身上，例如无线麦克风，专用于接收教师授课的声音，方便随身携带，教师随意走动都能保持拾音距离稳定，可以始终保证拾取的教师声音清晰。同时，拾音设备100还可以将教师的声音数据发送至扩音设备，从而实现教学扩声。本实施例可以充分还原课堂的教学互动，设备结构简单，安装便捷，节约成本。

实施例2：

图2示出了本实用新型另一实施例所提供的拾音设备100的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，图1中的控制模块150包括混音控制调节单元151、功放增益调节单元152和通信接口单元153。

混音控制调节单元151的输出端作为控制模块150的第一输出端，与音频处理模块140连接；功放增益调节单元152的输出端作为控制模块150的第二输出端，与音频功放模块160连接；通信接口单元153的输入端作为控制模块150的输入端，与外部的控制设备连接，通信接口单元153的第一输出端与混音控制调节单元151的输入端连接，通信接口单元153的第二输出端与功放增益调节单元152的输入端连接。

外部的控制设备发送控制信号至通信接口单元153，通信接口单元153根据控制信号分别控制混音控制调节单元151输出混音控制调节信号，以及功放增益调节单元152输出功放增益调节信号。

在一个实施例中，通信接口单元153包括网络接口、USB接口、串行接口和/或并行接口。

在本实施例中，控制设备可以为用户终端，例如电脑、工控机和手机等，控制设备通过控制模块150实现对拾音设备100的控制，能够实现混音控制调节和功放增益调节的控制。控制设备通过混音控制调节，控制对第二路音频是否启动衰减以及启动衰减后的衰减量，并对第一音频数据和第二音频数据的混音比例进行调节，从而调节输出至录音设备的数据。控制设备通过控制功放增益，调节输出至扩声设备的音量大小。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，图1中的阵列音频预处理模块130包括阵列音频形成单元132，阵列音频形成单元132根据声音信息的音量确定声源方向，导通与处于声源方向上的传声器120的连接，断开与其他传声器120的连接；或者，阵列音频形成单元132根据声源方向，将预设数量的传声器120组合为带有方向性的麦克风阵列。

本实施例中，采用麦克风阵列技术，能够利用多个麦克风接收到声波的相位之间的差异对声波进行过滤，能最大限度将环境背景声音滤掉，只剩下需要的声波。对于在嘈杂的环境下采用这种配置的设备，能使听者听起来更清晰。

在一个实施例中，参见图2，阵列音频形成单元132包括多路选通开关。

本实施例中，阵列音频形成单元132根据声音信息的音量确定声源方向。音量大的声音信息为需要采集的信息，即处于来源方向上的传声器120为需要导通的，阵列音频形成单元132导通这些传声器120，从而接收其采集的声音信息。音量小的声音信息为不需要采集的信息，即其他的传声器120为需要断开连接的，阵列音频形成单元132断开连接。本实施例实现了传声器120的指向性切换，可以根据当前环境中音量最大的声音方向自动切换至位于相应方向上的传声器120，例如，在教学录播应用中，拾音设备100可以根据学生发言的方位实现传声器120的指向性切换，从而获取更清晰的声音，进一步提高拾音的效果。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，图1中的阵列音频预处理模块130还包括预设数量的模数转换单元131和降噪单元133。

模数转换单元131的输入端为阵列音频预处理模块130的输入端，模数转换单元131的输出端与阵列音频形成单元132的输入端连接，阵列音频形成单元132的输出端与降噪单元133的输入端连接，降噪单元133的输出端为阵列音频预处理模块130的输出端。

在具体应用中，模数转换单元131的输入端与传声器120的输出端连接。多路的模数转换单元131与多路的传声器120一一对应连接，一个模数转换单元131与一个传声器连接。模数转换单元131将传声器120采集的模拟量的声音信息经过模数转换变换为数字量的第二音频数据。

在具体应用中，阵列音频形成单元132能够实现与一路或者多路的模数转换单元131的导通或者断开，进而实现与一路或者多路的传声器120的导通或者断开。

在具体应用中，降噪单元133的输出端与音频处理模块140连接。降噪单元133将第二音频数据进行降噪处理后输出给音频处理模块140。

本实施例中，通过模数转换和降噪及回声抑制，实现了对第二音频数据的处理，降低了噪音的影响，进一步提高了拾音的效果。

以一个具体应用场景为例，在教学录播应用中，拾音设备100采集学生和课堂的声音，由于学生与拾音设备100的距离较远，传声器120接收到的声音中既包含了学生发言的直达声，又包含了教室内的反射声，声音质量较差，因此，需要经过降噪、消除回声和提升增益等处理之后再进行输出。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，图1中的音频处理模块140包括混音单元143，混音单元143的第一输入端与无线接收解调模块110的输出端连接，混音单元143的控制输入端与控制模块150的第一输出端连接。

混音单元143根据混音控制调节信号确定音量阈值和衰减量；当第一音频数据的音量大于或等于音量阈值时，混音单元143按照衰减量衰减第二音频数据的音量，并将第一音频数据和衰减后的第二音频数据按照混音输出比例合成为音频文件。

在本实施例中，控制模块150中的混音控制调节单元151输出混音控制调节信号至音频处理模块140中的混音单元143。

在一个实施例中，当第一音频数据的音量大于或等于预设阈值时，混音单元143衰减第二音频数据的音量，使得第二音频数据的音量衰减预设的分贝数或者衰减至音量为零。

在一个实施例中，当第一音频数据的音量大于或等于预设阈值时，混音单元143衰减第二音频数据的音量，并按照音频数据获取的时间顺序将第一音频数据和衰减后的第二音频数据按照混音输出比例合成为音频文件。

在具体应用中，拾音设备100根据不同的混音输出比例既可以独立输出第一音频数据(混音输出比例无穷大)或者第二音频数据(混音输出比例无穷小)，也可以混音输出，将第一音频数据和第二音频数据合成为音频文件后再输出。

本实施例中，当无线拾音设备采集的第一音频数据的达到或超过设定阈值时，衰减拾音设备100采集的第二音频数据的音量，可以清晰地分辨出第一音频数据，从而突出主要的声音，减低环境中声音造成的干扰。

以一个具体应用场景为例，在教学录播应用中，拾音设备100采集教室内的声音，无线拾音设备采集教师授课的声音，当教师讲话授课时，适当衰减采集到的教室内的声音，使得输出音频中教师授课的声音清晰明了，易于分辨，又能够很好的还原真实的课堂互动。另外，本实施例还可以实现，在无线拾音设备输出清晰的教师授课声音时，降低拾音设备100获取到的环境声音中包含的教师授课声音，避免因两路音频信号存在相位差异、信号延时等因素影响拾音的效果，以保证最终还原清晰的教师授课的声音。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，图1中的音频处理模块140还包括回声消除单元141和均衡调节单元142。

回声消除单元141的第一输入端与无线接收解调模块110的输出端连接；回声消除单元141的第二输入端与阵列音频预处理模块130的输出端连接；回声消除单元141的输出端与均衡调节单元142的输入端连接；均衡调节单元142的输出端与混音单元143的第二输入端连接，混音单元143的输出端为音频处理模块140的输出端。

回声消除单元141分别接收第一音频数据和第二音频数据，并参照第一音频数据对第二音频数据进行回声消除，并将回声消除后的第二音频数据输出至均衡调节单元142。

本实施例中，回声消除单元141能够消除回声的干扰，均衡调节单元142能够使音频数据达到更好的音质。

在本实用新型的一个实施例中，无线接收解调模块110包括射频接收单元或红外接收单元。

本实施中，无线接收解调模块110用于与无线拾音设备进行通信，从而接收第一音频数据。无线接收解调模块110按照预设的通信协议对数据进行解调，还能够放大声音和滤除噪声。

在本实用新型的一个实施例中，音频处理140还包括用于存储第一音频信息和第二音频信息的存储单元。

实施例3：

图3和图4示出了本实用新型一实施例所提供的拾音设备100的机械结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

如图3和图4所示，在本实用新型的一个实施例中，如上的拾音设备100还包括主壳体1。

预设数量的传声器120、阵列音频预处理模块130、音频处理模块140、音频功放模块160和控制模块150均设置在主壳体1的内侧，主壳体1的内侧顶部设置有用于容纳无线接收解调模块110的容置部，预设数量的传声器120在主壳体1的内侧顶部沿容置部的周边排布，主壳体1的顶部沿容置部的周边设有与传声器120位置对应的用于透声的环形网2。

需要说明的是，如图3所示的方向，主壳体1的底部在上，主壳体1的顶部在下。

在一个实施例中，如图4所示，主壳体1的顶部包括曲面环形罩3、环形网2和凸起壳4，曲面环形罩3的外侧与主壳体1的侧壁顶端连接，曲面环形罩3的内侧与环形网2的外侧连接，环形网2的内侧与凸起壳4的底端连接。

在一个实施例中，环形网2为网状结构，例如金属网等。

本实施例中，凸起壳4为半球形，其中空的结构形成了容置部。环形网2为平面结构的金属网。曲面环形罩3向外凸出。

本实施例中，预设数量的传声器120设在主壳体1的内侧顶部，沿凸起壳4的周边排布，在图4中，传声器120所在位置即为环形网2覆盖的位置，传声器120的收音部(例如话筒)朝向环形网2。

传声器120的收音部朝下设置，通过环形网2接收声音，以便于拾音设备100悬挂在室内的天花板时，采集底部方向传来的声音。

在一个实施例中，主壳体1的侧壁的形状为圆柱、矩形柱或多边形柱。

在一个实施例中，主壳体1的侧壁包括镂空结构5。镂空结构5包含由若干个通孔组成的通孔阵列，可以为金属网，用于散热。

如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，主壳体1的侧壁上设有用于安装通信接口单元153的接口板6。

在一个实施例中，底壳上还设有用于进行吊装的装配孔。

实施例4：

本实用新型实施例还提供了一种拾音系统，包括如上所述的拾音设备100，还包括与拾音设备通信连接的无线拾音设备。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。