《電子技術應用》
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基于PoE技术的多功能可级联全向会议麦克风设计与实现
电子技术应用
韩明明1,2,李博1,钟鹏2
1.浙江工业大学 物理学院;2.浙江宇视科技有限公司
摘要: 随着全球化商务环境的发展、远程办公的普及以及突发事件可能带来的不便,社会对在线会议的需求日益增长。为满足这一需求,设计并实现了一种多功能、可级联的全向会议麦克风。该设备采用系统级芯片(SoC)、触控传感器和MEMS麦克风,结合PoE供电技术,构建了一个集音频采集、数据传输及多设备级联功能于一体的硬件平台。在算法方面,系统集成了回声消除与混响抑制等音频处理技术,以提升语音质量。实验结果表明:单个设备可在半径7 m范围内高效拾音,支持最多4台设备级联,并在大空间环境下实现稳定运行。同时,扬声器的频率响应保持在±60dB以内;经音频算法处理后,回声消除效率超过98%,混响抑制比可达94%,满足会议麦克风的设计要求。
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技術的多功能可級聯全向會議麥克風設計與實現[J]. 電子技術應用,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的會議麥克風,結合多個功能系統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過處理、放大后,最后通過揚聲器播放完成工作。為滿足現代產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],其與人工智能技術緊密結合,為智能化提供關鍵接口。麥克風陣列是提高音頻采集質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[7]。在音頻放大器的選擇上,會議麥克風更需要考慮音質、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技術的可級聯多功能全向會議麥克風設計與實現,通過PoE級聯技術,可將多臺設備級聯使用,提高使用便捷性;通過將MIC與揚聲器一體化設計,使得產品便于攜帶,做到即插即用;通過音頻算法優化,使得拾音、擴音都變得更為清晰。并通過測試得到結論:單個設備可在半徑為7 m的平面圓周內進行拾音,支持最多4臺設備在大空間內級聯使用且揚聲器的頻率響應在±60 dB內,符合使用需求,在音頻方面,經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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