《電子技術(shù)應用》
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基于PoE技術(shù)的多功能可級聯(lián)全向會議麥克風設計與實現(xiàn)
電子技術(shù)應用
韓明明1,2,李博1,鐘鵬2
1.浙江工業(yè)大學 物理學院;2.浙江宇視科技有限公司
摘要: 隨著全球化商務環(huán)境的發(fā)展、遠程辦公的普及以及突發(fā)事件可能帶來的不便,社會對在線會議的需求日益增長。為滿足這一需求,設計并實現(xiàn)了一種多功能、可級聯(lián)的全向會議麥克風。該設備采用系統(tǒng)級芯片(SoC)、觸控傳感器和MEMS麥克風,結(jié)合PoE供電技術(shù),構(gòu)建了一個集音頻采集、數(shù)據(jù)傳輸及多設備級聯(lián)功能于一體的硬件平臺。在算法方面,系統(tǒng)集成了回聲消除與混響抑制等音頻處理技術(shù),以提升語音質(zhì)量。實驗結(jié)果表明:單個設備可在半徑7 m范圍內(nèi)高效拾音,支持最多4臺設備級聯(lián),并在大空間環(huán)境下實現(xiàn)穩(wěn)定運行。同時,揚聲器的頻率響應保持在±60dB以內(nèi);經(jīng)音頻算法處理后,回聲消除效率超過98%,混響抑制比可達94%,滿足會議麥克風的設計要求。
中圖分類號:TP273.5 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256431
中文引用格式: 韓明明,李博,鐘鵬. 基于PoE技術(shù)的多功能可級聯(lián)全向會議麥克風設計與實現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應用,2025,51(10):94-100.
英文引用格式: Han Mingming,Li Bo,Zhong Peng. Design and implementation of a multi-functional, cascadable omnidirectional conference microphone based on PoE technology[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(10):94-100.
Design and implementation of a multi-functional, cascadable omnidirectional conference microphone based on PoE technology
Han Mingming1,2,Li Bo1,Zhong Peng2
1.School of Physics, Zhejiang University of Technology;2.ZheJiang Uniview Technologies Co., Ltd.
Abstract: With the development of a globalized business environment, the widespread adoption of remote work, and potential inconveniences caused by unexpected events, the demand for online meetings has been increasing. To address this need, this paper designs and implements a multi-functional, cascaded omnidirectional conference microphone. The device integrates a System-on-Chip (SoC), touch sensor, and MEMS microphone, combined with Power over Ethernet (PoE) technology, to form a hardware platform that supports audio acquisition, data transmission, and multi-device cascading. In terms of algorithms, the system incorporates echo cancellation and reverberation suppression techniques to enhance audio quality. Experimental results show that a single device can effectively capture sound within a 7-meter radius, supporting up to four cascaded devices for stable operation in large spaces. Additionally, the speaker's frequency response remains within ±60 dB, while the echo cancellation efficiency exceeds 98% and the reverberation suppression ratio reaches over 94%, meeting the design requirements for conference microphones.
Key words : conference microphone;PoE cascade;echo cancellation;reverberation suppression

引言

在現(xiàn)代會議場景中,會議麥克風在提升溝通效率方面扮演著不可或缺的角色。然而傳統(tǒng)會議麥克風往往因功能單一、拾音范圍有限以及連接方式受限,難以滿足多樣化的溝通需求。為了解決這些問題,本文設計了一款多功能可級聯(lián)的會議麥克風,結(jié)合多個功能系統(tǒng)的硬件平臺與相關音頻算法,不僅提升音頻性能,還支持多臺設備的級聯(lián)連接,可適應從小型會議到大型活動的多種場景需求。

會議麥克風工作的基本原理是通過麥克風(Microphone,MIC)采集音頻信號,采集到的音頻信號經(jīng)過處理、放大后,最后通過揚聲器播放完成工作。為滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的智能化及便捷化,目前會議麥克風設備的MIC主要選擇MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)麥克風[1],其與人工智能技術(shù)緊密結(jié)合,為智能化提供關鍵接口。麥克風陣列是提高音頻采集質(zhì)量與準確性的關鍵因素之一[2],不同的麥克風陣列設計,與聲源定位[3]、回聲消除[4]、混響抑制[5]、語音增強[6]等功能息息相關。在處理芯片方面,當前開發(fā)者多選用一些集成了音頻處理功能的芯片,基于該芯片功能進行二次開發(fā)[7]。在音頻放大器的選擇上,會議麥克風更需要考慮音質(zhì)、增益、噪聲控制以及功率等需求。目前有AB類[8]、D類[9]以及自動增益(AGC)放大器[10]等,這些放大器應用在各種場合各有優(yōu)劣。揚聲器作為獨立的集成模塊,主要以單個設備的音頻功率或其他條件作為限制來選擇[11],但為滿足會議麥克風的小型化設計,一般單個揚聲器音頻播放功率最大在20 W左右。

本文基于PoE技術(shù)的可級聯(lián)多功能全向會議麥克風設計與實現(xiàn),通過PoE級聯(lián)技術(shù),可將多臺設備級聯(lián)使用,提高使用便捷性;通過將MIC與揚聲器一體化設計,使得產(chǎn)品便于攜帶,做到即插即用;通過音頻算法優(yōu)化,使得拾音、擴音都變得更為清晰。并通過測試得到結(jié)論:單個設備可在半徑為7 m的平面圓周內(nèi)進行拾音,支持最多4臺設備在大空間內(nèi)級聯(lián)使用且揚聲器的頻率響應在±60 dB內(nèi),符合使用需求,在音頻方面,經(jīng)過回音消除及混響抑制算法處理,回聲消除效率在98%以上、混響抑制比可達94%以上,可以有效處理音源中的雜音,并增強語音。


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作者信息:

韓明明1,2,李博1,鐘鵬2

(1.浙江工業(yè)大學 物理學院,浙江 杭州 310023;2.浙江宇視科技有限公司,浙江 杭州 310051)


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