專利名稱：合成麥克風(fēng)信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成來(lái)自一致性麥克風(fēng)裝置的麥克風(fēng)信號(hào)的方法，其中，麥克風(fēng) 裝置包括至少兩個(gè)壓力梯度換能器，壓力梯度換能器的方向特性包括全方向部分和8字形 部分，并且其具有最大敏感度方向，即，主方向，其中，壓力梯度換能器的主方向相對(duì)于彼此 相互傾斜。本發(fā)明還涉及一種麥克風(fēng)裝置，包括至少兩個(gè)壓力梯度換能器，每個(gè)壓力梯度 換能器具有振膜，每個(gè)壓力梯度換能器具有通向振膜的前面的第一聲音入口，以及通向振 膜的背面的第二聲音入口，并且其中，每個(gè)壓力梯度換能器的方向特性包括全方向部分和8 字形部分，其具有最大敏感度方向，即，主方向。
背景技術(shù)：
US 4，262，170中公開(kāi)了一種前文所述的麥克風(fēng)裝置。麥克風(fēng)被布置成盡可能彼此 接近，其方向特性符合公式E = K+(l-k)cos θ，使得最大敏感度方向指向方位角周圍的不 同方向。這樣的布置被用于記錄周圍的聲音，但也有缺陷，即，不能最優(yōu)地滿足一致性條件。在聲場(chǎng)麥克風(fēng)(有時(shí)候也稱為B格式麥克風(fēng))中也會(huì)出現(xiàn)類似的問(wèn)題，這在US 4，042，779Α(或者對(duì)應(yīng)的DE 2531161C1)中進(jìn)行了描述，此說(shuō)明書的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié) 合在本文中。這種麥克風(fēng)由四個(gè)壓力梯度換能器組成，其中，各個(gè)換能器被布置在四面體 中，使得各個(gè)換能器的振膜大致并行于假想四面體表面。通過(guò)擴(kuò)展各個(gè)換能器，在振膜和四 面體中心之間總是會(huì)必然存在間隙，從而嚴(yán)重削弱了一致性。另一個(gè)缺陷在于各個(gè)換能器 對(duì)彼此施加的遮蔽效應(yīng)(shadowing effects)。DE 4498516C2公開(kāi)了一種三個(gè)麥克風(fēng)沿著直線排列的麥克風(fēng)陣列，其中，三個(gè)麥 克風(fēng)彼此的間隙超過(guò)2. 5cm。這種排列不存在一致性，并且，也沒(méi)有希望得到一致性。EP 1643798A1公開(kāi)了一種在外殼中容納了兩個(gè)邊界麥克風(fēng)的麥克風(fēng)。邊界麥克風(fēng) 的特征在于，通向振膜前部的聲音入口以及通向振膜后部的聲音入口都位于換能器的同一 個(gè)表面內(nèi)，即，所謂的邊界。通過(guò)將兩個(gè)聲音入口 a和b都布置在換能器的同一側(cè)，實(shí)現(xiàn)了 相對(duì)于振膜的軸不對(duì)稱的方向特性，例如，心型曲線、超心型曲線等。EP 1351549A2和對(duì)應(yīng) 的US 6，885，751A中詳細(xì)描述了這樣的換能器，其全部?jī)?nèi)容以引用方式結(jié)合在本文中。EP 1643798A1描述了一種布置，其中，一個(gè)換能器被布置在另一個(gè)換能器之上，其 聲音入口或者彼此相對(duì)或者彼此偏離。此系統(tǒng)用于噪聲抑制，但是不能適當(dāng)?shù)睾铣捎杏玫?聲音方向，從而，包含在總信號(hào)中的非期望的干擾噪聲是不可接受的。在諸如車輛、駕駛艙等具有高強(qiáng)度背景噪聲的環(huán)境中，通常難以用足夠高的質(zhì)量 來(lái)記錄有用的信號(hào)。在很多情況下，信噪比(SNR)太低，不能在處于高聲環(huán)境中的對(duì)話各方 之間實(shí)現(xiàn)可靠的通信。另一方面，有些系統(tǒng)嘗試記錄或估計(jì)背景噪聲的質(zhì)量和幅度，并相 應(yīng)地從全部的接收信號(hào)中將其減去，從而剩下的大致是有用信號(hào)。另一種方法利用麥克風(fēng) 或多個(gè)麥克風(fēng)裝置可以為最終形成的信號(hào)形成方向特性，從而僅記錄了語(yǔ)音端或所接收的 (有用的)聲源。然而，噪聲環(huán)境中的語(yǔ)音傳輸質(zhì)量仍然不夠好，導(dǎo)致了干擾背景散射、不真 實(shí)的語(yǔ)音和音樂(lè)及諸如時(shí)間延遲、損失、回聲等其它典型產(chǎn)物的不真實(shí)的聲音，從而，急切需要對(duì)該問(wèn)題的更好的解決方案。WO 2006/125869A1公開(kāi)了一種利用具有8字形方向特性的雙振膜聲學(xué)換能器來(lái) 記錄并回放聲學(xué)信號(hào)的方法。單個(gè)振膜A和B的信號(hào)彼此相減，并在并行的步驟中彼此相 加。和信號(hào)A+B具有全方向的方向特性，并且同時(shí)存在具有“8字形”特性的信號(hào)。利用 FFT (快速?gòu)?fù)里葉變換)將這樣組合的兩個(gè)信號(hào)變換至頻域，并經(jīng)過(guò)頻譜減法后將其饋送到 輸出信號(hào)?，F(xiàn)在，輸出信號(hào)的方向特性具有平坦圓盤的形式，就像窄圓環(huán)一樣，中心處凹進(jìn)。 這樣合成的方向特性將可以消除圓盤外部的背景噪聲，即，將要被消除的來(lái)自向圓盤平面 傾斜更強(qiáng)的方向的噪聲，但是，其具有2 π敏感度，將記錄來(lái)自圓盤平面方向的未經(jīng)弱化的 任何干擾噪聲。利用此方法不能實(shí)現(xiàn)專門用于單個(gè)人員或者其它有用的聲源的調(diào)整。在一種變化(圖18b)中，第二雙振膜換能器用于在作為方向特性的平面中形成圓 盤，此平面與利用第一換能器所記錄的平面正交。利用此幾何布置將第二或第三振膜換能 器系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，然而，卻丟失了整個(gè)換能器布置的一致性，這在嚴(yán)格受限的頻率范圍內(nèi)將變 得很明顯。通過(guò)利用頻譜減法結(jié)合這兩個(gè)信號(hào)，產(chǎn)生啞鈴形狀的信號(hào)，其在空間上更強(qiáng)烈地 限制了敏感度方向，但同時(shí)仍然記錄來(lái)自有用方向的相反方向的噪聲(干擾噪聲)。此方法僅可以應(yīng)用于兩個(gè)振膜或所使用的兩個(gè)麥克風(fēng)性質(zhì)完全相同的情況，只有 在非常昂貴的特殊生產(chǎn)中才能保證這一點(diǎn)。批量生產(chǎn)中的普通制造容限導(dǎo)致不同的麥克風(fēng) 性質(zhì)，從而不能使用上述方法。即使頻率響應(yīng)和方向特性中存在最輕微的偏差也將使得各 個(gè)信號(hào)相對(duì)于彼此產(chǎn)生失真，并且此誤差將在信號(hào)組合期間出現(xiàn)不可預(yù)料的擴(kuò)散。此方法的另一個(gè)缺陷是集束(bundling)不足以記錄有用的聲源，從而總信號(hào)中 的背景噪聲變得可忽略，即，不再有干擾效應(yīng)。并且還被證明在生成麥克風(fēng)信號(hào)期間產(chǎn)生了 偽聲，這主要是因?yàn)轭l譜減法被施加在對(duì)應(yīng)的數(shù)值頻譜上，卻沒(méi)有考慮相位信息。這導(dǎo)致所 感知的聲音不真實(shí)，并且承載了噪聲，尤其在高反響時(shí)的空間中。Ihle等在2000年9月22-25日在加利福尼亞州洛杉磯召開(kāi)的AES-Article第109 次會(huì)議白勺文章"A novel noise suppression algorithm using a very smallmicrophone array”中公開(kāi)了一種利用非常小的麥克風(fēng)陣列進(jìn)行噪聲抑制的算法。此陣列由布置在等邊 直角三角形的三個(gè)角上的平面中的三個(gè)全方向麥克風(fēng)組成。對(duì)應(yīng)的麥克風(fēng)的數(shù)字化信號(hào)相 互組合，以產(chǎn)生兩個(gè)梯度信號(hào)。從其它兩個(gè)麥克風(fēng)信號(hào)中減去位于三角形直角處的麥克風(fēng) 的信號(hào)。嘗試根據(jù)這些梯度信號(hào)的短時(shí)間復(fù)利葉變換對(duì)背景噪聲的功率譜密度(PSD)進(jìn)行 估計(jì)，以便從總信號(hào)中將其減去。改變將要減去的背景噪聲的空間方向性區(qū)域，從而可以任 意旋轉(zhuǎn)有用的信號(hào)方向。然而，已經(jīng)證明，對(duì)有用信號(hào)集束不足以消除總信號(hào)中的干擾噪聲，并且所感知的 聲音不真實(shí)、具有金屬感。于是，需要設(shè)計(jì)一種麥克風(fēng)裝置和一種可生成低噪聲、精確指向有用聲源的輸出信 號(hào)的方法。在噪聲環(huán)境中進(jìn)行安裝和調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)盡可能的簡(jiǎn)單和劃算，并且空間需求應(yīng)當(dāng)較低。 具體地，可以毫無(wú)困難地使用批量生產(chǎn)的換能器，它們的制造容限不會(huì)對(duì)輸出信號(hào)的質(zhì)量施 加顯著影響。此外，希望麥克風(fēng)裝置為用于在很多應(yīng)用區(qū)域中的車輛提供多樣化的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
利用上述類型的方法實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，其中，從兩個(gè)壓力梯度換能器的信號(hào)開(kāi)始，形成差信號(hào)及和信號(hào)，并且，由差信號(hào)及和信號(hào)推導(dǎo)出來(lái)的信號(hào)被變換到頻域，獨(dú)立于它們的 相位，通過(guò)頻譜減法相減，并且，在所形成的信號(hào)被變換回所希望的時(shí)域之前，為其賦予源 自和信號(hào)的信號(hào)的相位。利用上述類型的麥克風(fēng)裝置，利用引言中提到的類型的方法實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，其中，提 供了邊界，在邊界上安放壓力梯度換能器，壓力梯度換能器的主方向的投影在邊界中相互 傾斜，并且，壓力梯度換能器的聲學(xué)中心位于假想球體之內(nèi)，此球體的半徑對(duì)應(yīng)于壓力梯度 換能器的振膜的最大維度的兩倍。最后一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確保所有換能器的必需的一致位置。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，壓力梯 度換能器的聲學(xué)中心位于假想球體內(nèi)部，此球體的半徑對(duì)應(yīng)于換能器的振膜的最大維度。 通過(guò)將聲音入口移動(dòng)到一起來(lái)增加一致性，可以實(shí)現(xiàn)特別的結(jié)果。通過(guò)將換能器安放在邊界上，能夠消除或減少在沒(méi)有邊界(例如，可用的頻率范 圍)的一般情況下嚴(yán)重限制應(yīng)用區(qū)域的所有遮蔽效應(yīng)。在麥克風(fēng)裝置中還獲得了根據(jù)本發(fā)明的一種解決方案，其中，麥克風(fēng)裝置至少包 括兩個(gè)壓力梯度換能器，其各自具有振膜和換能器外殼，各個(gè)壓力梯度換能器具有第一聲 音入口，其通向振膜的前面，以及第二聲音入口，其通向振膜的背面，并且，其中，各個(gè)壓力 梯度換能器的方向特性包括全方向部分和8字形部分，其特征在于，壓力梯度換能器中的 第一和第二聲音入口被安放在同一側(cè)，換能器外殼的前部以及壓力梯度換能器的前側(cè)基本 位于一個(gè)平面中，并且，壓力梯度換能器的主方向的投影在此平面中相互傾斜，壓力梯度換 能器的聲學(xué)中心位于假想球體之內(nèi)，此球體的半徑對(duì)應(yīng)于壓力梯度換能器的振膜的最大維 度的兩倍。在后一種目標(biāo)中，由于在這種情況下邊界的功能由幾乎平坦安放的換能器的前部 所承擔(dān)，因此，可以忽略邊界。然而，其發(fā)明概念與提供了邊界的布置相同。根據(jù)本發(fā)明的布置表示至少兩個(gè)梯度換能器的一致性布置。在根據(jù)發(fā)明的方法 中，利用線性濾波將至少一個(gè)單獨(dú)的信號(hào)變換為中間信號(hào)，以便相互調(diào)整單獨(dú)的梯度換能 器的不同的頻率響應(yīng)(例如，由制造容限所導(dǎo)致的)。現(xiàn)在，根據(jù)可選的線性濾波后的梯度 信號(hào)形成減法信號(hào)(或，差信號(hào))以及和信號(hào)。例如，利用FFT(快速?gòu)?fù)利葉變換)和后續(xù)的 頻譜減法，將這些信號(hào)變換到頻域，實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻率范圍上的一致集束，這比僅有梯度換能器 的結(jié)果要高得多。此外，利用一致性布置實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾噪聲的抑制，以作為風(fēng)湍流(turbulent wind flow)的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的整個(gè)聲學(xué)系統(tǒng)的方向效應(yīng)(集束程度)的增加，尤其對(duì)于語(yǔ)音傳輸， 能夠承擔(dān)僅可由所謂的二階聲學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)值。然而，這樣的系統(tǒng)需要至少12個(gè)換能 器，例如，第二階的聲場(chǎng)麥克風(fēng)，如論文“On the theory of a second-order soundfield microphone ”(## Phi lip S. Koterel, BSC, MSC, ANIEE, Department of Cybernetics, 2002 年2月)中描述的那樣。盡管需要12個(gè)單獨(dú)的換能器來(lái)產(chǎn)生二階信號(hào)，但是，利用兩個(gè)換 能器，本發(fā)明就已經(jīng)能夠工作了?？梢岳闷渌奶荻葥Q能器自然地?cái)U(kuò)展根據(jù)本發(fā)明的布 置。另一個(gè)方面涉及防風(fēng)保護(hù)，這已經(jīng)在已有技術(shù)中利用非編織材料、泡沫等實(shí)現(xiàn)了， 或者通過(guò)電氣麥克風(fēng)信號(hào)另外的濾波實(shí)現(xiàn)，通常利用高通濾波器，其最小化低頻風(fēng)噪聲的 影響。利用本發(fā)明，進(jìn)一步，無(wú)需已有技術(shù)中已知的“防風(fēng)保護(hù)”方法，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了利用非編
6織和濾波進(jìn)一步改進(jìn)的防風(fēng)保護(hù)。


以下參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。附圖中圖IA示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)陣列，其由兩個(gè)梯度換能器組成；圖IB示出圖IA的各個(gè)換能器的方向特性；圖IC示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置，其由三個(gè)梯度換能器組成；圖ID示出圖IC的各個(gè)換能器的方向特性；圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置的變形；圖2B示出另一種變形，其中，壓力梯度換能器在公共外殼的內(nèi)部；圖2C和2D示出邊界處的布置；圖2E示出邊界中嵌入的換能器；圖2F示出換能器相對(duì)于邊界的朝向；圖3示出一種梯度換能器，其中，聲音入口在換能器外殼的相反面；圖4示出一種梯度換能器，其中，聲音入口在能喚器外殼的相同側(cè)；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的信號(hào)處理單元的框圖；圖6詳細(xì)示出頻譜減法單元的框圖；圖7示出三個(gè)換能器的方向特性以及可能的有用聲音方向；圖8示出根據(jù)圖5的信號(hào)的組合方向特性；圖9A、9B、9C示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置、方向特性及處理期間的中間信號(hào)；圖10示意性示出一致性的概念。
具體實(shí)施例方式圖IA示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置10，其由兩個(gè)壓力梯度換能器1、2制 成。壓力梯度換能器的方向特性由全方向部分和8字形部分組成。實(shí)質(zhì)上，可以用 Ρ(θ) =k+(l-k)Xcos(6)來(lái)表示此方向特性，其中，k表示角度無(wú)關(guān)的全方向部分，而 (1-k) Xcos(9 )表示角度相關(guān)的8字形部分。以下進(jìn)一步處理對(duì)方向特性的另一種數(shù)學(xué)描 述。根據(jù)圖IB中描繪的單個(gè)換能器的方向性分布，這種情況涉及具有心形特性的梯度換能 器。然而，原理上，可以設(shè)想根據(jù)球形和8字形得到的所有梯度，例如，超心形曲線。圖中示出的實(shí)際例子中的梯度換能器1、2位于一個(gè)平面上，其中，它們的主方向， 即，最大敏感度的方向以方位角φ彼此相互傾斜。原理上，任何類型的梯度換能器都適于實(shí) 施本發(fā)明，但是，所描述的變形尤其優(yōu)選，因?yàn)?，其包括平坦換能器，即，所謂的邊界麥克風(fēng)， 其中，兩個(gè)聲音入口位于相同側(cè)表面，即，邊界上。圖IC示出一種實(shí)際例子，由在平面中布置的三個(gè)梯度換能器1、2、3組成，它們的 主方向lc、2c、3c彼此傾斜，成120°角。主方向，即，最大敏感度方向，指向布置(圖1D)的 公共中心區(qū)域。和前述實(shí)際例子一樣，也存在梯度換能器，其中兩個(gè)聲音入口被布置在換能 器外殼的相同側(cè)，從而所有開(kāi)口位于一個(gè)平坦表面上。前部聲音入口 la、2a、3a再次位于中 心區(qū)域，優(yōu)選地，位于中心周圍的假想的內(nèi)部圓上；后部的聲音入口 lb、2b、3b位于外部圓 上，優(yōu)選地，與內(nèi)部圓同心。各個(gè)換能器1、2、3彼此盡量靠近，以便實(shí)現(xiàn)可能的最佳的一致性。三個(gè)梯度換能器的此種布置滿足了對(duì)于最佳可能一致性的需要。這種布置還使得 壓力梯度換能器的聲學(xué)中心位于假想球體以內(nèi)，此球體半徑對(duì)應(yīng)于壓力梯度換能器的振膜 的最大維度的兩倍。這也在此實(shí)際例子中產(chǎn)生了最優(yōu)的三角形布置。由于邊界麥克風(fēng)中的 聲學(xué)中心位于第一聲音入口的區(qū)域中，可以將以上形成的一致性條件轉(zhuǎn)移到第一聲音入口 的位置。圖3和圖4示出了“普通”梯度換能器和“平坦”梯度換能器之間的差異。前者中， 如圖3所示，聲音入口 “a”被安置在換能器外殼4的前部，而第二聲音入口 “b”被安置在換 能器外殼4的相反的背面。前部聲音入口“a”連接到振膜5的前部，其在振膜環(huán)6上延伸， 而后部聲音入口“b”連接到振膜5的背面。箭頭示出通向振膜5的前部和后部的聲波的路 徑。在電極7后面的區(qū)域中，在多數(shù)情況下會(huì)發(fā)現(xiàn)聲學(xué)摩擦裝置8，可以用壓縮物、非編織物 或者泡沫的形式設(shè)計(jì)此裝置。在圖4的平坦梯度換能器中，也即邊界麥克風(fēng)中，在換能器外殼4的前部同時(shí)提供 聲音入口 a、b，其中，經(jīng)由聲音信道9，一個(gè)通往振膜5的前部，另一個(gè)通往振膜5的后部。 此換能器的優(yōu)勢(shì)包括，其可以結(jié)合在邊界11中，例如，車輛中的控制臺(tái)，并且，基于聲學(xué)摩 擦裝置8，例如，非編織物、泡沫、壓縮物、有孔盤等被安放在與振膜5相鄰的區(qū)域中的事實(shí)， 可以得到非常平坦的設(shè)計(jì)。通過(guò)將兩個(gè)聲音入口 a、b安放在換能器的同一側(cè)，實(shí)現(xiàn)了與振膜不對(duì)稱的方向特 性，例如，心形、超心形等。在EP 1351549A2和對(duì)應(yīng)的US6，885，751A中詳細(xì)描述了這樣的 換能器，其內(nèi)容以引用方式全部包括在本文中。對(duì)于所有的換能器，振膜的前部都是聲音可以相對(duì)無(wú)阻礙地到達(dá)的那一側(cè)，然而， 聲音僅可在通過(guò)聲學(xué)相位旋轉(zhuǎn)元件之后才能到達(dá)振膜的后部。通常，到前部的聲音路徑比 到后部的聲音路徑短。回到圖IA所示的根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置，此特殊特征包括，梯度換能器1、2彼 此朝向相對(duì)，使得通往對(duì)應(yīng)振膜前部的聲音入口 Ia和2a盡可能的相互靠近，然而，通往振 膜的后部的聲音入口 lb、2b位于裝置的外圍。在后續(xù)解釋中，從麥克風(fēng)裝置的中心觀察，考 慮將前部聲音入口 Ia和2a連接到后部聲音入口 Ib和2b的延長(zhǎng)連接線的交叉點(diǎn)。因此， 兩個(gè)換能器1和2的前部聲音入口 Ia和2b，也稱為送話口，被安放在裝置的中心區(qū)域。通 過(guò)這種簡(jiǎn)便措施可以顯著增加兩個(gè)換能器的一致性，并且根據(jù)如下的實(shí)際例子，也可以使 用三個(gè)梯度換能器。圖1C、2A、2B和2E中示出3個(gè)梯度換能器的實(shí)際例子，并且以下進(jìn)行詳細(xì)描述。然 而，以下關(guān)于一致性條件的陳述，也可適用于這些布置。產(chǎn)生一致性的原因是，因?yàn)樘荻葥Q能器1、2、3的聲學(xué)中心盡可能的彼此靠近，優(yōu) 選地，在相同點(diǎn)處。互補(bǔ)換能器的聲學(xué)中心被定義為當(dāng)換能器作為聲源時(shí)發(fā)出全方向波的 點(diǎn)。論文"A note on the concept of acoustic center，，,作者 Jacobsen, Finn ;Barrera Figueroa, Salvador ；Rasmussen,Knaud,AcousticalSociety of America Journal,Volume 115, Issue 4，pp. 1468-1473(2004)研究了確定聲源聲學(xué)中心的各種方法，包括基于偏離逆 距離定律的方法以及基于相位響應(yīng)的方法。通過(guò)對(duì)電容型麥克風(fēng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡釋此考慮。 此論文的內(nèi)容以引用方式結(jié)合在本文中。
可以通過(guò)在小空間區(qū)域中，S卩，觀察點(diǎn)，沿著某方向在離開(kāi)換能器某距離處以某頻 率對(duì)聲學(xué)換能器進(jìn)行正弦激勵(lì)期間測(cè)量球形波波前，來(lái)確定聲學(xué)中心。由有關(guān)球形波前的 信息開(kāi)始，可以得到有關(guān)全向波的中心，即，聲學(xué)中心的結(jié)論。在 Salvador Barrera-Figueroa禾口Knud Rasmussen 的論文"The acoustic center of laboratory standard microphones", The Journal of the Acoustical Society of America(美國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)雜志)，Volume 120，Issue 5，pp. 2668-2675，中可找到將聲學(xué)中心 概念應(yīng)用于麥克風(fēng)的詳細(xì)表述，此論文的內(nèi)容以引用方式結(jié)合在本文中。下面給出該論文 中描述的方法，作為確定聲學(xué)中心的很多可行方法之一對(duì)于諸如電容型麥克風(fēng)的互補(bǔ)換能器，此換能器作為聲音發(fā)射器還是聲音接收器 并沒(méi)有區(qū)別。在上述論文中，利用逆距離定律來(lái)定義聲學(xué)中心
(1)其中，rt是聲學(xué)中心，ρ是空氣密度，f是頻率，Mf是麥克風(fēng)敏感度，i是電流，、 是復(fù)波傳播系數(shù)。此結(jié)果僅與壓力接收器有關(guān)。此結(jié)果表明，為平均頻率(在IkHz范圍內(nèi))定義的 中心與為高頻定義的中心是偏離開(kāi)的。這種情況下，將聲學(xué)中心定義為小區(qū)域。為了確定 梯度換能器的聲學(xué)中心，此處使用了一種完全不同的方法，因?yàn)?，公?1)沒(méi)有考慮近場(chǎng)相 關(guān)的依賴。有關(guān)聲學(xué)中心的問(wèn)題也可以給出如下?lián)Q能器必須圍繞哪個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)才能觀察到 與觀察點(diǎn)處相同的波前相位。在梯度換能器中，可以從旋轉(zhuǎn)對(duì)稱開(kāi)始，使得聲學(xué)中心能夠僅位于與振膜平面正 交的直線上?？梢酝ㄟ^(guò)兩次測(cè)量來(lái)確定任意直線上的確切的點(diǎn)一一最優(yōu)選地，從0°的主方 向以及從180°方向來(lái)進(jìn)行測(cè)量。除了這兩次測(cè)量的相位響應(yīng)之外，還可確定頻率相關(guān)的聲 學(xué)中心，對(duì)于所使用的時(shí)間范圍內(nèi)的聲學(xué)中心的平均估計(jì)，最簡(jiǎn)單的方法是改變換能器在 幾次測(cè)量之間圍繞著旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，使得脈沖響應(yīng)最大程度地一致(或者，換言之，使得兩 個(gè)脈沖響應(yīng)之間的最大相關(guān)位于中心內(nèi))。換能器現(xiàn)在所具有的屬性是，它們的聲學(xué)中心不是振膜中心，其中，換能器的兩個(gè) 聲音入口位于邊界上。聲學(xué)中心的位置最靠近通向振膜前部的聲音入口，因此，在邊界和振 膜之間形成最短的連接。聲學(xué)中心也可以位于換能器外部。本發(fā)明的一致標(biāo)準(zhǔn)要求，壓力梯度膠囊1、2、3的聲學(xué)中心101、201、301位于假想 球形O的內(nèi)部，此球形的半徑R是換能器振膜的最大維度D的兩倍。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，壓力梯度換能器的聲學(xué)中心位于假想球形內(nèi)部，此球形的 半徑對(duì)應(yīng)于換能器振膜的最大維度。通過(guò)將聲音入口移動(dòng)到一起以增強(qiáng)一致性，可以實(shí)現(xiàn) 特別的結(jié)果。圖10中示意性示出的優(yōu)選的一致性條件已經(jīng)證明是根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的換 能器布置為了確保該一致性條件，壓力梯度膠囊1、2、3的聲學(xué)中心101、201、301位于假想 球形0內(nèi)部，此球形0的半徑R等于換能器振膜的最大維度D。利用虛線在圖10中指示出 振膜100、200、300的尺寸和位置?？商娲?，也可以將此一致性條件定義成，第一聲音入口 la、2a、3a位于假想球形 0內(nèi)部，此球形0的半徑等于壓力梯度換能器中的振膜的最大維度。在利用最大振膜維度
9(例如，圓形振膜的直徑，或者三角形或矩形振膜的邊長(zhǎng))確定此一致性條件的同時(shí)，振膜 的尺寸確定了噪聲距離，因此，代表了聲學(xué)幾何的直接標(biāo)準(zhǔn)。可以很自然地設(shè)想到振膜100、 200,300不具有相同的維度。這種情況下，使用最大的振膜確定優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)。圖2A示出本發(fā)明的另一種變形，其中，壓力梯度換能器并沒(méi)有被布置在一個(gè)平面 上，而是被布置在一個(gè)假想全向表面上。實(shí)際上，如果在曲面邊界上，例如，在車輛的控制臺(tái) 上布置麥克風(fēng)排列的聲音入口時(shí)，就將是這種情況。一方面，曲面的結(jié)果是與中心的距離減小(這是期望出現(xiàn)的，因?yàn)?，聲學(xué)中心位置 更加靠近在一起)，另一方面，送話口開(kāi)口因此有些被遮蔽。此外，這改變了單個(gè)換能器的方 向特征，從而信號(hào)的8字形部分變得更小(由超心型曲線成為心型曲線)。為了不讓遮蔽的 負(fù)面影響超出控制，優(yōu)選地，曲率不應(yīng)該超過(guò)60°。換言之壓力梯度換能器位于假想錐體 的外部表面上，此錐體的表面線與錐體軸線至少形成30°角。圖2B示出了另一種變形，其中，壓力梯度換能器1、2、3被布置在公共外殼21內(nèi) 部，其中，振膜、電極以及單個(gè)換能器的安放通過(guò)中間墻彼此分開(kāi)。從外部不再能看到通向 振膜前面的第一聲音入口 la、2a、3a以及通向振膜背面的第二聲音入口 lb、2b、3b。其中布 置了聲音入口的公共外殼21的表面可以是平面(參考根據(jù)圖IA的布置)或者曲面(參考 根據(jù)圖2A的布置)。邊界本身可以被設(shè)計(jì)為板式、控制臺(tái)、壁式、包層等。圖IC和ID示出了布置換能器作為邊界的可能性。圖2C中的換能器在邊界20上， 而在圖2D中，它們被嵌入邊界20中，并且它們的前側(cè)與邊界對(duì)齊。圖2E示出本發(fā)明的另一種變形，無(wú)需單側(cè)聲音入口麥克風(fēng)即可構(gòu)建此變形例。在 壓力梯度換能器1、2、3的每個(gè)中，第一聲音入口 la、2a、3a布置在換能器外殼的前部，并且， 第二聲音入口 lb、2b、3b布置在換能器外殼的后部。第一聲音入口通向振膜的前部，它們彼 此面對(duì)，并且再次滿足位于假想球體內(nèi)部的優(yōu)選要求，其中，此球體的半徑等于壓力梯度換 能器的振膜的最大維度。三個(gè)梯度換能器的主方向指向根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置的公共中 心區(qū)域。主方向在基準(zhǔn)平面上的投影彼此包圍形成120°角，其中，基準(zhǔn)平面是指第一聲音 入口 la、2a、3a或者它們的中心所位于的平面。根據(jù)本發(fā)明的梯度換能器被嵌入邊界20內(nèi)。應(yīng)當(dāng)記住，聲音入口不被邊界20覆
至
ΓΤΠ ο圖2F示出兩個(gè)換能器1、2的布置以及相對(duì)于邊界的傾斜角α (從邊界區(qū)域進(jìn)行 觀察，且該邊界不是由換能器的局部凹進(jìn)限定的)；α應(yīng)該處于30°和90°之間。在0° 處，所有的主方向lc、2c相互平行，從而關(guān)于聲場(chǎng)不會(huì)得到有差別的信息。換言之，整體趨 勢(shì)上，對(duì)應(yīng)的主方向和邊界20之間的角度優(yōu)選地處于0°和60°之間。在本發(fā)明的一種變形中，各梯度換能器不是被布置在一個(gè)平面中，而是被布置在 假想錐形的外部表面上。聲學(xué)中心再次被布置成相互鄰近，使得前部的聲音入口彼此面對(duì)。 在實(shí)際條件下，當(dāng)在曲面邊界，例如，在車輛的控制臺(tái)上安放麥克風(fēng)裝置的聲音入口時(shí)，就 將是這種情況。和將換能器布置在平面中的實(shí)際例子一樣，在此實(shí)際例中，換能器的主方向相互 也成方位角φ，即，不僅主方向在椎體軸線的平面中相對(duì)于彼此傾斜，而且主方向的投影也 在與椎體軸線正交的平面內(nèi)相對(duì)于彼此傾斜。以下進(jìn)一步討論根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置可得到的信號(hào)處理。
圖5詳細(xì)示出信號(hào)處理，其中，原理上，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，僅需兩個(gè)換能器。如果僅 提供了兩個(gè)換能器，則根據(jù)框圖的左邊部分(虛線分割線的左邊)進(jìn)行信號(hào)處理。如果還 提供了第三個(gè)換能器，利用分割線右邊的信號(hào)路徑補(bǔ)充此框圖。如下的描述允許這些可能 的變形。圖5示出單個(gè)換能器1、2、3的輸出lc、2c、3c和信號(hào)處理單元30的輸出31之間 的示意性框圖。初始時(shí)，利用A/D換能器(未示出)對(duì)換能器信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。之后，彼此 調(diào)整所有換能器信號(hào)的頻率響應(yīng)，以便對(duì)制造容限進(jìn)行補(bǔ)償。這可利用線性濾波器32、33 實(shí)現(xiàn)，線性濾波器32、33將換能器2和3的頻率響應(yīng)調(diào)整為換能器1的頻率響應(yīng)。根據(jù)所 有參與的梯度換能器的脈沖響應(yīng)確定線性濾波器32、33的濾波器系數(shù)，其中，從0°角，即， 主方向，測(cè)量梯度換能器的脈沖響應(yīng)。當(dāng)了解到聲學(xué)脈沖受到時(shí)間的嚴(yán)格限制時(shí)，脈沖響應(yīng) 是換能器的輸出信號(hào)。在確定濾波器系數(shù)期間，將換能器2和3的脈沖響應(yīng)與換能器1的 脈沖響應(yīng)進(jìn)行比較。根據(jù)圖5的線性濾波器的結(jié)果是，在經(jīng)過(guò)濾波器之后，所有梯度換能器 1、2、3的脈沖響應(yīng)具有相同的頻率響應(yīng)。這種簡(jiǎn)便措施用于補(bǔ)償單個(gè)換能器的性質(zhì)相對(duì)于 彼此的偏差。隨后在框圖中，根據(jù)換能器1和2的過(guò)濾后的換能器信號(hào)fl和f2形成和信號(hào) fl+f2以及差信號(hào)fl_f2。和信號(hào)依賴于單個(gè)梯度換能器的朝向或者它們的主方向的角度， 并且，或多或少包含較大的全方向部分。現(xiàn)在在另一個(gè)線性濾波器34中處理兩個(gè)信號(hào)fl+f2或者f2_fl中的至少一個(gè)。 此濾波用來(lái)對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行相互調(diào)整，從而具有全方向部分的減法信號(hào)f2-fl及和信號(hào) fl+f2在重合時(shí)遭受最大的拒絕。在這種情況下，具有“8字形”方向特性的減法信號(hào)f2-fl 在濾波器34中以頻率相關(guān)的方式被擴(kuò)展或壓縮，以使得在從和信號(hào)中做減法期間在所得 的信號(hào)中出現(xiàn)最大拒絕。在濾波器34中對(duì)每個(gè)頻率以及每個(gè)頻率范圍進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)整。經(jīng)由單個(gè)換能器的脈沖響應(yīng)，在濾波器34中還進(jìn)行濾波器系數(shù)的確定。在僅具有 兩個(gè)換能器1、2的實(shí)際例子中(虛線分割線右邊示出的信號(hào)處理單元30的部分沒(méi)有與兩 個(gè)換能器1、2 —起出現(xiàn))，對(duì)減法信號(hào)f2-fl濾波得到信號(hào)s2，根據(jù)和信號(hào)fl+f2(可選地 濾波)得到信號(hào)Si。在三個(gè)換能器1、2、3的情況下，第三個(gè)換能器信號(hào)還涉及信號(hào)處理(在圖5中的 分割線右邊)。在線性濾波器33中被調(diào)整到換能器1的信號(hào)f3現(xiàn)在被乘以放大因子v，并 且作為vXf3從和信號(hào)fl+f2中被減去?，F(xiàn)在，在三個(gè)換能器的情況下，所得的信號(hào)si對(duì) 應(yīng)于(H+f2)-(vXf3)。利用放大因子V，其初始地被確立為有用的方向應(yīng)該位于的方向，S卩，合成的總信 號(hào)的方向特性所嚴(yán)格限制的空間方向?？赡艿挠杏梅较蚴芟抻诓⑶乙蕾囉诟鶕?jù)本發(fā)明布置 的梯度換能器的數(shù)量。在三個(gè)換能器的情況下，獲得6個(gè)有用的聲音方向，在圖7中已標(biāo)出。 例如，如果因子ν非常小，第三個(gè)換能器3對(duì)總信號(hào)的影響是有限的，和信號(hào)fl+f2比信號(hào) vXf3影響更大。另一方面，如果放大因子ν為負(fù)，并且很大，則單個(gè)信號(hào)vXf3比其它兩個(gè) 換能器1、2的和信號(hào)fl+f2影響更大，并且，因此，參考前一種情況，有用的聲音方向或者合 成的總信號(hào)的敏感度所指向的方向被旋轉(zhuǎn)180°。通過(guò)改變因子v，這種簡(jiǎn)便措施允許改變 和信號(hào)，從而在所期望的方向生成任意的方向特性。由于所有換能器信號(hào)相等，利用包含第三個(gè)換能器3的信號(hào)的可行方案，獲得可以進(jìn)行集束的6個(gè)可能的方向，可以同時(shí)計(jì)算這6個(gè)方向。對(duì)于將要進(jìn)行集束的各個(gè)方向， 需要內(nèi)部的頻譜減法塊。在頻譜減法塊之前，可以結(jié)合執(zhí)行信號(hào)處理步驟，以使得對(duì)于兩個(gè) 相反的方向僅需要因子ν不同，然而，所有其它之前的步驟和分支對(duì)于這兩個(gè)方向保持相 同?；趩蝹€(gè)換能器的測(cè)量數(shù)據(jù)，可以計(jì)算所得到的8字形的最大水平，即，正好在8 字形信號(hào)最大的角度處的和信號(hào)的水平。然后，以濾波器的形式將此信息施加于信號(hào)。于 是，以不涉及控制電路，僅涉及基于規(guī)范的方式生成濾波器系數(shù)。本算法的優(yōu)點(diǎn)在于，參考 拒絕角度或全向信號(hào)和8字形信號(hào)的比例，得到優(yōu)選的梯度換能器質(zhì)量。這在實(shí)踐中相對(duì) 容易實(shí)現(xiàn)，因此，3個(gè)可能的差信號(hào)(它們的0°頻率響應(yīng)相等)所得的8字形大致相同。以下進(jìn)一步解釋施加于兩個(gè)中間信號(hào)si和s2的頻譜減法，頻譜減法是在塊40中 進(jìn)行的。圖6詳細(xì)示出頻譜減法塊40的單個(gè)組件，其涉及數(shù)字水平的計(jì)算。此處簡(jiǎn)要地提 到，也可以僅在頻譜減法塊40之前進(jìn)行信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，并且在模擬平面上進(jìn)行在此之前 執(zhí)行的濾波及信號(hào)組合。從相同時(shí)間、相同地點(diǎn)(或者至少在臨近位置內(nèi))記錄的信號(hào)得到的時(shí)間范圍 內(nèi)的兩個(gè)信號(hào)si (η)和s2(n)作為塊40的輸入。這確保了換能器1、2、3的一致性布置； si (η)表示具有最有用信號(hào)部分的信號(hào)，而s2 (η)表示包含更多干擾信號(hào)的信號(hào)，其中，信 號(hào)s2(n)的特征在于，在有用的聲音方向上觀察極坐標(biāo)圖時(shí)，它具有零位置；η代表樣本指 數(shù)，因此，s (η)對(duì)應(yīng)于時(shí)間范圍中的信號(hào)。標(biāo)記為50的單元根據(jù)連續(xù)到達(dá)的樣本生成塊長(zhǎng)度為N = L+(M_1)的各個(gè) 塊。L代表對(duì)應(yīng)塊中新數(shù)據(jù)樣本的數(shù)量，而在之前的塊中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了剩余的(M-I)個(gè) 樣本。這種方法在領(lǐng)域中被稱為“覆蓋并保存”方法，這在JohnG. Proakis和Dimitris G. Manolakis (Prentice Hall)等的"Digital SignalProcessing，，一書的第 432 頁(yè)中有描 述。此書的相關(guān)段落以引用方式全部被結(jié)合在本文中。然后，在M-I個(gè)樣本從之前的塊到達(dá)單元50時(shí)，塊中包含的N個(gè)樣本被傳送到標(biāo) 記為51的單元。單元51的特征在于，在此區(qū)域中，以面向塊的方式進(jìn)行處理。在封裝在塊 中的信號(hào)sl(n，N)到達(dá)單元51的同時(shí)，封裝在塊中的信號(hào)s2(n，N)以同樣的方式被提供給 單元52。在單元51、52中，利用FFT (快速?gòu)?fù)立葉變換)，例如，DFT (離散復(fù)立葉變換)，將組 合成塊的信號(hào)si和s2的末端樣本變換至所期望的頻率范圍。形成的信號(hào)Sl (ω)和S2 (ω) 被分解為數(shù)值和相位，從而在單元51和52的輸出端產(chǎn)生數(shù)值信號(hào)ISl(CO)I和|S2( )|。 利用頻譜減法，現(xiàn)在各自提取兩個(gè)數(shù)值信號(hào)，并產(chǎn)生(ISl(co) -|S2( ) |)。接著，將所得到的信號(hào)(ISl(co)卜I S2 (ω))變換回時(shí)域。為此，在逆變換期間使 用相位Θ1(ω)，將相位Θ1(ω)在單元51中從信號(hào)Sl(GJ) = | Sl (ω) | X θ 1 (ω)分離出 來(lái)，并且，類似于數(shù)值信號(hào)|S1( )|，相位Θ1(ω)也具有N個(gè)樣本長(zhǎng)度。利用IFFT(快速 復(fù)立葉逆變換)，例如，IDFT (離散復(fù)立葉逆變換)，在一個(gè)單元53中進(jìn)行逆變換，并且，基 于Sl(co)的相位信號(hào)Θ 1 (ω)執(zhí)行此逆變換。因此，可以將單元53的輸出信號(hào)表示為IF FT [ (I Sl (ω) I -1 S2 (ω) I) X exp (Θ 1 (ω)) ] 0如此生成的N個(gè)樣本長(zhǎng)度的數(shù)字時(shí)間信號(hào)S12(n，N)被饋送回處理單元50，根據(jù) “覆蓋并保存”方法的計(jì)算過(guò)程，將其并入輸出數(shù)據(jù)流S12(n)。
此方法中必須獲取的參數(shù)是塊長(zhǎng)度N和速率(M-I)/fs [S](抽樣頻率為fs)，利用 它們開(kāi)始計(jì)算或生成新塊。原理上，只要計(jì)算單元足夠快，能夠執(zhí)行兩個(gè)樣本之間的全部計(jì) 算，則在任何單個(gè)樣本中，可以執(zhí)行全部計(jì)算。在實(shí)際的情況下，已經(jīng)證明，約50ms的塊長(zhǎng) 度數(shù)值和200Hz的開(kāi)始生成新塊的重復(fù)率是有用的。所描述的頻譜相減方法僅代表許多種可能中的一種。頻譜相減方法本身代表技術(shù) 領(lǐng)域中已知的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)質(zhì)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)以下來(lái)獲得的合成的輸出信號(hào)sl2(n)包 含來(lái)自指向有用聲源的特殊方向的相位信息，或者，在它上面集束；相比s2，si是增加了有 用信號(hào)部分的信號(hào)，它的相位得到使用。由于這樣，有用的信息沒(méi)有失真，因此，保留了它最
初的聲音。以下進(jìn)一步解釋本發(fā)明的功能或效果。這通過(guò)各個(gè)換能器的方向效應(yīng)(圖7)和 所有生成的中間信號(hào)(圖8)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖7示出了單個(gè)梯度換能器1、2、3的方向特征，以及可以從其接收已經(jīng)牢固集束 的有用聲源的方向。如果考慮被標(biāo)示為60的方向，從這個(gè)方向以集束的方式記錄聲音事 件，需要梯度換能器1和2來(lái)形成和信號(hào)和減法信號(hào)。第三換能器的方向特征朝向方向60， 從而在此方向出現(xiàn)最大的拒絕。根據(jù)所期望的方向，能夠?qū)Ω鱾€(gè)信號(hào)進(jìn)行不同的組合或者 改變各個(gè)信號(hào)。然而，原理仍然相同。利用500Hz和2kHz的各中間信號(hào)的方向效應(yīng)，本發(fā)明的功能方法和效果變得更加 明顯。圖8示出各個(gè)組合信號(hào)M1、M2、M3和中間信號(hào)的合成方向特征，在這些信號(hào)中，在各 種情況下，幅度都被歸一化到被指定為0°的有用聲音方向，S卩，所有的極坐標(biāo)曲線和聲音 從0°方向發(fā)出期間的那些曲線都被歸一化為OdB。然后，輸出信號(hào)31具有在一個(gè)方向集 束特別強(qiáng)的方向特征。減法信號(hào)f2-fl形成8字形，而和信號(hào)f2+fl還具有全方向部分。原理上，在換 能器的主方向或者主方向的投影傾斜到邊界期間，0到180°之間的任何角度都是可以 想到的。然而，小角度(0-30度)的缺陷是8字形信號(hào)噪聲很多，而非常大的角度( 150-180° )的缺陷是和信號(hào)的全方向性很高，因此，相位信息不夠好。本發(fā)明不限于所描述的實(shí)際例子。特別是，梯度換能器的朝向可以不同于120°。 然而，至少需要兩個(gè)梯度換能器來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。利用兩個(gè)互相傾斜的梯度換能器，能夠?qū)崿F(xiàn) 有用的聲音方向，如圖9B和9C所示。圖9A基本對(duì)應(yīng)于圖1A。參考圖9B所示的兩個(gè)換能 器1、2的方向特征lc、2c，圖9C代表和信號(hào)fl+f2和差信號(hào)f2_fl。然后，寬的心型曲線 (實(shí)線)代表和信號(hào)fl+f2，而8字形(虛線)代表差信號(hào)。角度φ表示兩個(gè)換能器的主方 向相對(duì)于彼此的傾斜度。在具有三個(gè)換能器的麥克風(fēng)裝置中，已經(jīng)利用對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)了 6個(gè)有用的 聲音方向(圖5)。當(dāng)然，還可以使用更多的換能器。可以利用類似的放大因子ν對(duì)信號(hào)進(jìn) 行加權(quán)，并且，可以修改和信號(hào)。
權(quán)利要求
一種合成來(lái)自一致性麥克風(fēng)裝置的麥克風(fēng)信號(hào)的方法，所述一致性麥克風(fēng)裝置至少包括兩個(gè)壓力梯度換能器(1，2)，它們的方向特征包括全方向部分和8字形部分，并且具有最大敏感度方向，即，主方向，所述壓力梯度換能器(1，2)的所述主方向相互傾斜，所述方法的特征在于，由來(lái)自兩個(gè)壓力梯度換能器(1，2)的信號(hào)開(kāi)始，形成差信號(hào)(f1 f2)及和信號(hào)(f1+f2)，從所述差信號(hào)(f1 f2)及所述和信號(hào)(f1+f2)得到的信號(hào)(s1，s2)被變換到頻率范圍(S1(ω)，S2(ω))，并且以獨(dú)立于它們的相位的方式利用頻譜減法(40)將它們彼此相減，并且在變換回時(shí)間范圍之前，為所形成的信號(hào)提供源自所述和信號(hào)(f1+f2)的信號(hào)(S1(ω))的相位(Θ1(ω))。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述差信號(hào)(H-f2)及所述和信號(hào) (fl+f2)之前，使壓力梯度換能器(1，2，3)的信號(hào)的頻率響應(yīng)彼此相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，根據(jù)頻率的函數(shù)，所述差信號(hào) (fl-f2)及/或所述和信號(hào)(fl+f2)的幅度被改變，使得改變的信號(hào)(sl，s2)的頻譜減法 (40)得到信號(hào)(sl2)，此信號(hào)(sl2)能量最小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述麥克風(fēng)裝置包括至少三 個(gè)壓力梯度換能器(1，2，3)，并且，利用一因子(ν)對(duì)第三壓力梯度換能器(3)的信號(hào)(f3) 加權(quán)，并從所述和信號(hào)(fl+f2)中減去該加權(quán)后的信號(hào)，以形成信號(hào)(sl)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)不同的壓力梯度換能器組 合同時(shí)執(zhí)行所述方法。
6.一種麥克風(fēng)裝置，包括至少兩個(gè)分別具有振膜的壓力梯度換能器(1，2)，各個(gè)壓力 梯度換能器(1，2)具有通向所述振膜的前部的第一聲音入口(la，2a)，以及通向所述振膜 的后部的第二聲音入口(lb，2b)，并且其中，各個(gè)壓力梯度換能器(1，2)的方向特征包括 全方向部分和8字形部分，并且具有最大敏感度方向，S卩，主方向，所述麥克風(fēng)裝置的特征 在于提供了邊界，在所述邊界處布置所述壓力梯度換能器(1，2)，所述壓力梯度換能器(1， 2)的主方向的投影在邊界中彼此傾斜，并且所述壓力梯度換能器(1，2)的聲學(xué)中心(201， 202)位于假想球體(0)內(nèi)，所述球體(0)的半徑(R)對(duì)應(yīng)于換能器(1，2)的所述振膜(100， 200)的最大維度(D)的兩倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述壓力梯度換能器(1，2)的聲學(xué) 中心(101，201)位于假想球體(0)內(nèi)，所述球體(0)的半徑(R)對(duì)應(yīng)于換能器(1，2)的所 述振膜(100，200)的最大維度(D)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，在所述邊界中，所述主方向的 兩個(gè)投影之間的傾斜角(φ)的數(shù)值在20°和160°之間，優(yōu)選地，在30°和150°之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述各個(gè)主方向和所 述邊界之間的傾斜角(θ)的數(shù)值在0°和60°之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述壓力梯度換能 器(1，2)嵌入在所述邊界中。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述壓力梯度換能 器(1，2)中的所述第一聲音入口(la，2a)和所述第二聲音入口(lb，2b)被布置在相同側(cè)， 即，所述換能器外殼的前側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述壓力梯度換能器(1，2)的前部被布置成與所述邊界齊平。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，每個(gè)所述梯度換能 器(1，2)中的所述第一聲音入口(la，2a)被布置在所述換能器外殼的前部，并且所述第二 聲音入口(lb，2b)被布置在所述換能器外殼的后部。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至12中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述壓力梯度換能 器(1，2)被布置在公共換能器外殼中。
15.根據(jù)權(quán)利要求6至14中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述麥克風(fēng)裝置具 有三個(gè)壓力梯度換能器(1，2，3)，所述三個(gè)壓力梯度換能器(1，2，3)的主方向的投影在所 述邊界中彼此圍成角度，所述角度的數(shù)值在110°和130°之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述三個(gè)壓力梯度換能器(1，2， 3)的主方向的投影在所述邊界中彼此圍成大致120°角。
17.一種麥克風(fēng)裝置，包括至少兩個(gè)各自具有振膜的壓力梯度換能器(1，2)，各個(gè)壓力 梯度換能器(1，2)具有通向所述振膜的前部的第一聲音入口(la，2a)，以及通向所述振膜 的后部的第二聲音入口(lb，2b)，并且其中，各個(gè)壓力梯度換能器(1，2)的方向特征包括全 方向部分和8字形部分，所述麥克風(fēng)裝置的特征在于，所述壓力梯度換能器(1，2)中的所述 第一和第二聲音入口被布置在相同側(cè)，即，所述換能器外殼的前側(cè)，并且，各個(gè)壓力梯度換 能器的前側(cè)基本上位于一個(gè)平面中，各個(gè)壓力梯度換能器(1，2)的主方向的投影在所述平 面內(nèi)相對(duì)于彼此傾斜，并且所述壓力梯度換能器(1，2，3)的聲學(xué)中心位于假想球體(0)內(nèi)， 所述球體(0)的半徑(R)對(duì)應(yīng)于壓力梯度換能器(1，2，3)的所述振膜(100，200，300)的最 大維度⑶的兩倍。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于，所述壓力梯度換能器(1，2，3)的 聲學(xué)中心(101，201，301)位于假想球體(0)內(nèi)部，所述球體(0)的半徑(R)對(duì)應(yīng)于換能器 (1,2,3)的所述振膜(100，200，300)的最大維度(D)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合成來(lái)自一致性麥克風(fēng)裝置的麥克風(fēng)信號(hào)的方法，其中，麥克風(fēng)裝置由至少兩個(gè)壓力梯度換能器(1，2)組成，壓力梯度換能器(1，2)的方向特性由全方向部分和8字形部分組成，并且其具有最大敏感度方向，即，主方向，壓力梯度換能器(1，2)的主方向相對(duì)于彼此相互傾斜。為了高質(zhì)量地記錄有用的聲音方向，由兩個(gè)壓力梯度換能器(1，2)的信號(hào)開(kāi)始，形成差信號(hào)(f1-f2)及和信號(hào)(f1+f2)，將根據(jù)差信號(hào)(f1-f2)及和信號(hào)(f1+f2)推導(dǎo)出的信號(hào)(s1，s2)變換至頻域(S1(ω)，S2(ω))，并且，利用頻譜減法(40)以獨(dú)立于它們的相位的方式將它們彼此相減，然后，在所形成的信號(hào)被變換回所希望的時(shí)域之前，為其賦予源自和信號(hào)(f1+f2)的信號(hào)(S1(ω))的相位(Θ1(ω))。
文檔編號(hào)H04R1/40GK101911721SQ200780102186
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者弗雷德里克·里寧 申請(qǐng)人:Akg聲學(xué)有限公司