專利名稱：高架環(huán)形麥克風(fēng)設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種高架環(huán)形麥克風(fēng)，以及一種用于在高架環(huán)形麥克風(fēng)中產(chǎn)生高架環(huán)形方向圖的方法。本發(fā)明描述了一種麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)具有與麥克風(fēng)方位角無關(guān)的靈敏度圖，并且該靈敏度圖在所關(guān)注的聲源方向最大化靈敏度，而對于來自其他方向的聲音最小化靈敏度。
背景技術(shù)：
視頻電話會議系統(tǒng)用來在位于不同房間的兩個或更多個人之間、或者兩組或更多組人之間創(chuàng)建虛擬的會議。該房間可以是在同一個樓宇中，或者在位于不同城市、國家、洲等的不同樓宇內(nèi)。因此，視頻電話會議可以用來建立會議，否則的話可能需要長距離的旅行。為了建立虛擬會議，視頻電話會議系統(tǒng)傳輸視頻和音頻數(shù)據(jù)，因此包括一個或多個麥克風(fēng)來捕獲聲波。麥克風(fēng)將在一個視頻電話會議室中產(chǎn)生的聲波轉(zhuǎn)換為電脈沖，用于傳輸?shù)搅硪粋€視頻電話會議室。因此，這種傳輸音頻的質(zhì)量直接取決于房間內(nèi)麥克風(fēng)的位置、房間的音效，尤其是取決于麥克風(fēng)本身的特性。例如，用于從諸如人發(fā)言的所關(guān)注聲源捕獲聲音的傳統(tǒng)麥克風(fēng)將接收來自聲源的直達(dá)聲波、反射聲波、和混響聲波。直達(dá)聲波未經(jīng)反射直接傳播到麥克風(fēng)，并且它是麥克風(fēng)想要捕獲的聲波。另外，直達(dá)聲波的強(qiáng)度反比于所關(guān)注聲源與接收聲音的麥克風(fēng)之間的距
1 O反射聲波不直接傳播到麥克風(fēng)。相反，在到達(dá)麥克風(fēng)之前，其被室內(nèi)的物體或者房間本身進(jìn)行了多次反射。例如，來自所關(guān)注聲源的聲波可以被墻壁、地板、天花板、椅子等反射。在達(dá)到麥克風(fēng)之前傳播少于50-80ms (對應(yīng)17至27米的傳播距離)的反射聲波被稱為“早期反射”。來自所關(guān)注聲源的早期反射可以對麥克風(fēng)接收的音頻產(chǎn)生積極的貢獻(xiàn)。但是，由于引起梳狀濾波效應(yīng)，早期反射也可能令音頻失真。早期反射具有與直達(dá)聲波近似相等的聲壓級，但是在時間上延遲。該時延引起兩個聲波之間的相位差，這可能導(dǎo)致當(dāng)直達(dá)聲波與早期反射組合時，直達(dá)聲波的某些頻率分量的抵消。這一現(xiàn)象被稱為“梳狀濾波”，并且對于聲音質(zhì)量具有負(fù)面的影響。傳播超過50至8ms (17至27米)的反射被稱為“混響聲”。因?yàn)槁暡ㄒ呀?jīng)在室內(nèi)反射了多次，所以混響聲幾乎從各個方向到達(dá)麥克風(fēng)。另外，它們的聲壓級在很大程度上與麥克風(fēng)-聲源距離無關(guān)。不同于早期反射，由于產(chǎn)生“拉遠(yuǎn)”、“空洞”和/或“沉悶”的特點(diǎn)， 混響聲總是對音頻質(zhì)量造成負(fù)面影響。由混響聲造成的失真的程度由直達(dá)聲的強(qiáng)度與混響聲的強(qiáng)度之比確定。例如，如果所關(guān)注聲源非常接近麥克風(fēng)，則直達(dá)聲與混響聲之比很大，并且失真很小。當(dāng)所關(guān)注聲源遠(yuǎn)離麥克風(fēng)時，直達(dá)聲與混響聲之比將減小，失真增加。
直達(dá)聲強(qiáng)度等于混響聲強(qiáng)度的距離被稱為“房間半徑”，能夠?qū)τ诿總€房間確定該值。當(dāng)所關(guān)注聲源位于房間半徑之外時，混響聲起主要作用并且失真增加。相反，當(dāng)聲源移進(jìn)房間半徑內(nèi)的范圍時，直達(dá)聲起主要作用，而失真減小。因此，對于傳統(tǒng)的麥克風(fēng)系統(tǒng)，所關(guān)注聲源應(yīng)該保持在房間半徑內(nèi)以避免嚴(yán)重的音頻失真。此外，直達(dá)聲、反射聲和混響聲不限于所關(guān)注聲源，也可以存在于視頻電話會議室內(nèi)的噪聲源中。噪聲源包括，例如，來自通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)扇噪聲，來自電子設(shè)備的冷卻風(fēng)扇噪聲，來自視頻電話會議室外的噪聲，以及由人們用筆在桌上書寫、放水杯、敲擊桌面計(jì)算機(jī)鍵盤、移動椅子等而直接制造的噪聲。傳統(tǒng)視頻電話會議系統(tǒng)的麥克風(fēng)也接收來自這些噪聲源的直達(dá)、反射和混響聲波，其惡化了音頻質(zhì)量。另外，每個噪聲源具有不同的主導(dǎo)分量。例如，安裝在電子設(shè)備上的冷卻風(fēng)扇和源自視頻電話會議室外的噪聲主要以混響聲波的形式給出噪聲。在安放麥克風(fēng)的桌面表面上直接產(chǎn)生的噪聲提供平行于桌面表面?zhèn)鞑サ闹边_(dá)聲波。某些噪聲源，例如通風(fēng)系統(tǒng)，甚至給出多種噪聲分量，即直達(dá)和混響聲波。傳統(tǒng)麥克風(fēng)也以回聲的形式給出噪聲。當(dāng)來自用于重現(xiàn)從遠(yuǎn)程方傳輸?shù)揭曨l電話會議的音頻的揚(yáng)聲器的聲音被麥克風(fēng)捕獲，并被重新發(fā)送到遠(yuǎn)程方時，會出現(xiàn)回聲?；芈曇簿哂兄边_(dá)、反射和混響分量，但是一個分量相對于其他分量的優(yōu)勢是由揚(yáng)聲器-麥克風(fēng)距離確定的，其并不總是常量。傳統(tǒng)上，回聲由回聲消除器來削弱，回聲消除器是針對揚(yáng)聲器-麥克風(fēng)信道響應(yīng)訓(xùn)練的自適應(yīng)濾波器。但是，回聲消除器無法避免麥克風(fēng)接收回聲。相反，回聲消除器僅削弱已經(jīng)存在于音頻信號中的回聲。另外，由于其自適應(yīng)的性質(zhì)，回聲消除器需要時間針對給定響應(yīng)來訓(xùn)練，使得時不變揚(yáng)聲器-麥克風(fēng)信道響應(yīng)如所期望的。然而在實(shí)際中，為了捕獲來自多個不同聲源的音頻，在視頻會議期間麥克風(fēng)可能被重新定位，并且時不變揚(yáng)聲器-麥克風(fēng)信道響應(yīng)難以實(shí)現(xiàn)。因此，典型地，傳統(tǒng)視頻會議系統(tǒng)的回聲消除器需要重新訓(xùn)練多次。而且，回聲消除器在削弱混響聲分量上有困難，導(dǎo)致當(dāng)混響回聲增加時增加了運(yùn)算復(fù)雜度。當(dāng)全向麥克風(fēng)被用在視頻電話會議系統(tǒng)中時，這一問題更加惡化。全向麥克風(fēng)以相等的靈敏度從所有方向接收音頻，因此從包括噪聲源的室內(nèi)的每個聲源接收直達(dá)、反射和混響聲。實(shí)際上，僅有會議桌下的噪聲源將被削弱，因?yàn)樽雷悠鸬搅寺晧翰ㄆ琳系淖饔谩?盡管全向麥克風(fēng)能夠捕獲來自所有所關(guān)注聲源的音頻而無需重新定位，但是因?yàn)椴东@的噪聲源的聲音，所以結(jié)果導(dǎo)致的音頻質(zhì)量較差。一種提高由視頻電話會議系統(tǒng)傳輸?shù)囊纛l質(zhì)量的方法是使用定向麥克風(fēng)。不同于全向麥克風(fēng)，相對于某些方向，定向麥克風(fēng)具有超過其他方向的更高靈敏度，并且固有的濾除來自至少一些噪聲源的聲音。這相對于全向麥克風(fēng)提高了音頻質(zhì)量，但是也需要對定向麥克風(fēng)做定向，使得將其最高靈敏度的方向(“主軸”)朝向所關(guān)注聲源。因此，每當(dāng)所關(guān)注聲源改變位置時，定向麥克風(fēng)需要重新定位。具有心形靈敏度圖或者雙向靈敏度圖的定向麥克風(fēng)典型地被用在視頻電話會議中。具有心形靈敏度的麥克風(fēng)具有g(shù)( a) = l/2+l/2HcOS(a)給出的方向性函數(shù)，其中α 是主軸關(guān)于水平方向的方位角。典型的心形麥克風(fēng)在α =0°處有最大靈敏度，而在α = 180°處具有最小靈敏度。
雙向麥克風(fēng)具有g(shù)(a) =COS(Ci)給出的方向性函數(shù)，其中α也是主軸關(guān)于水平方向的方位角。該麥克風(fēng)在a = 0°和a =180°處有最大靈敏度，而在a =90°和a =270°處具有最小靈敏度。因?yàn)樾男魏碗p向靈敏度圖都是在麥克風(fēng)的方位角上，所以對于這些麥克風(fēng)的靈敏度在水平方向和垂直方向變化。如上所述，心形麥克風(fēng)或者雙向麥克風(fēng)可以用于視頻電話會議系統(tǒng)，以提高音頻質(zhì)量。將心形或雙向麥克風(fēng)放置在桌上也提高了音頻質(zhì)量，因?yàn)閷τ谠醋宰烂嬷碌穆曇簦?桌子起到了聲音屏障的作用，這提高了直達(dá)音頻與混響音頻之比。通過將麥克風(fēng)直接放置在桌面表面上也可以提高麥克風(fēng)靈敏度，因?yàn)樵谠撈矫纣溈孙L(fēng)接收直達(dá)聲波和由桌子反射的聲波(即早期反射)。直達(dá)聲波和桌子反射的反射聲波保持同相，并且組合形成了加倍直達(dá)聲波聲壓的聲壓波。這有效地增加了麥克風(fēng)靈敏度6 分貝，并且其通常被稱作“邊界原理”。但是，雙向麥克風(fēng)仍然需要使所關(guān)注聲源保持位于麥克風(fēng)主靈敏方向的附近。因此，當(dāng)多人參加會議時，必須不斷的重新調(diào)整麥克風(fēng)以避免降低音頻質(zhì)量。這就需要參加視頻電話會議的人員為了進(jìn)行位置調(diào)整而了解麥克風(fēng)的靈敏度圖，從而使得定向麥克風(fēng)難以用于非專業(yè)用戶。傳統(tǒng)的麥克風(fēng)系統(tǒng)使用多個定向麥克風(fēng)以避免麥克風(fēng)重新定位。例如，一種傳統(tǒng)的麥克風(fēng)使用四個彼此相對旋轉(zhuǎn)90°的心形元件，并從主軸最接近所關(guān)注有效聲源的麥克風(fēng)元件中選擇音頻。另一種傳統(tǒng)的麥克風(fēng)系統(tǒng)使用兩個彼此相對90°安裝的雙向麥克風(fēng)元件，并且使用音頻處理以產(chǎn)生虛擬的麥克風(fēng)靈敏度圖。例如，如果這兩個雙向麥克風(fēng)的物理雙向圖存在主軸0°和90°，則可以在45°至135°的范圍內(nèi)產(chǎn)生虛擬的圖。但是，上面討論的傳統(tǒng)麥克風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生了時變的揚(yáng)聲器-麥克風(fēng)信道響應(yīng)，這增加了消除回聲的復(fù)雜度，并且迫使回聲消除器更頻繁的重新訓(xùn)練。最優(yōu)的回聲消除可能被頻繁的回聲消除器重訓(xùn)練所阻止。這些傳統(tǒng)的麥克風(fēng)系統(tǒng)也需要更復(fù)雜的硬件，增加了安裝的難度。為了避免增加系統(tǒng)復(fù)雜度和安裝難度，在視頻電話會議系統(tǒng)中優(yōu)選的是固定靈敏度圖的麥克風(fēng)。上面討論的全向麥克風(fēng)具有固定的靈敏度圖，但是缺乏抑制混響聲的能力。 定向麥克風(fēng)也具有固定靈敏度圖，并且能夠抑制混響聲，但是需要頻繁的重新定位。第三種具有固定靈敏度圖的傳統(tǒng)麥克風(fēng)是環(huán)形麥克風(fēng)。環(huán)形麥克風(fēng)的靈敏度圖是環(huán)形的，并且由g(0) = 008(β)給出，其中β是仰角而非方位角。一種這樣的傳統(tǒng)環(huán)形麥克風(fēng)可以由兩個正交的、水平方向一致的雙向麥克風(fēng)元件構(gòu)成，這兩個麥克風(fēng)元件的輸出信號以正交相位來疊加。作為替換，一種傳統(tǒng)的環(huán)形麥克風(fēng)可以通過兩個正交的、水平方向一致的、其輸出信號以同相疊加的雙向麥克風(fēng)元件來構(gòu)成，其具有由g(i3) = 0082 (β) 給出的靈敏度圖，其中，β是麥克風(fēng)的仰角。因?yàn)榄h(huán)形麥克風(fēng)的靈敏度圖取決于麥克風(fēng)的仰角而非方位角，所以其靈敏度僅在垂直方向變化。因此，環(huán)形麥克風(fēng)可以捕獲來自遍布房間不同位置的聲源的聲音，而不用重新定位。環(huán)形麥克風(fēng)還能削弱從垂直方向到達(dá)的聲音，并且可以放置在桌面表面上以充分利用邊界原理，從而進(jìn)一步增加靈敏度。但是，對于源自桌面表面的噪聲，例如那些由在桌上放咖啡杯，在桌上進(jìn)行書寫，敲擊計(jì)算機(jī)鍵盤等所產(chǎn)生的噪聲，環(huán)形麥克風(fēng)也具有很強(qiáng)的靈敏度，這可能會惡化音頻質(zhì)量。
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因此，如本發(fā)明人所認(rèn)識到的，存在對于如下麥克風(fēng)的需要，該麥克風(fēng)具有與方位角無關(guān)的在所關(guān)注聲源方向最大化靈敏度的靈敏度圖。該靈敏度圖也應(yīng)該對于從垂直方向 (即，頭頂噪聲源)和水平方向(即，桌面噪聲源)到達(dá)麥克風(fēng)的聲波降低靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明由所附權(quán)利要求定義。一種高架環(huán)形麥克風(fēng)，包括第一全向麥克風(fēng)元件組件，其具有鄰近支撐面布置的第一麥克風(fēng)元件以及連接到第一麥克風(fēng)元件的第一濾波器。第一濾波器的頻率響應(yīng)被定義為(Htl)。高架環(huán)形麥克風(fēng)也包括第二全向麥克風(fēng)元件組件，其具有在距支撐面預(yù)定距離(d) 處布置的第二麥克風(fēng)元件和連接到第二麥克風(fēng)元件的第二濾波器。第二濾波器的頻率響應(yīng)是(H1)。第三全向麥克風(fēng)組件具有在距支撐面兩倍于預(yù)定距離(d)處布置的第三麥克風(fēng)元件，并且與第三濾波器相連。第三濾波器具有(H2)的頻率響應(yīng)。加法器將第一、第二、和第三麥克風(fēng)組件的輸出組合為加法器輸出，該加法器輸出由均衡器均衡，以產(chǎn)生均衡的輸出。 H0^H1和吐的組合為高架環(huán)形麥克風(fēng)產(chǎn)生高架環(huán)形方向圖。


本發(fā)明更完整的了解及其許多附加的優(yōu)點(diǎn)將容易被獲得，而通過參考附圖時考慮下面的細(xì)節(jié)描述，可以獲得更好的理解。但是，附圖及其示例性的描繪不以任何方式限制本說明書所包含發(fā)明的范圍。由說明書和繪圖包含的發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求的文字定義。其中圖1是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的包括麥克風(fēng)的視頻電話會議系統(tǒng)的音頻分布部分的示意圖；圖2是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的布置在頭頂和桌面的高架環(huán)形麥克風(fēng)的高架環(huán)形靈敏度圖的示意圖；圖3是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的高架環(huán)形麥克風(fēng)的示意圖；圖4是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的用于實(shí)現(xiàn)對應(yīng)于頻率響應(yīng)HpH1和H2的功能的處理器的示意圖；圖5包括根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的對于6種頻率的6個高架環(huán)形靈敏度圖的曲線圖；圖6是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的響應(yīng)(Htl)的幅度圖；圖7是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的頻率響應(yīng)(H1)的幅度圖；圖8是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的頻率響應(yīng)(H2)的幅度圖；圖9是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的頻率響應(yīng)(H3)的幅度圖；以及圖10是根據(jù)本公開另一個示例性實(shí)施例的高架環(huán)形麥克風(fēng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將通過參考附圖描述優(yōu)選的實(shí)施例來討論本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將在如所附權(quán)利要求定義的本公開的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)其他應(yīng)用和修改。圖1是描繪視頻電話會議系統(tǒng)的音頻部分的示意圖。在圖1中，房間IlOa中的說話人IOa和房間IlOb中的說話人IOb參與一個視頻電話會議。房間IlOa和IlOb可以是在同一個建筑物內(nèi)物理上彼此鄰近的，或者相距上千英里。因此，通信鏈路140用于在房間 IlOa和IlOb之間傳輸視頻和音頻數(shù)據(jù)。示意性通信鏈路140可以是有線的，例如PSTN電話系統(tǒng)、廣域網(wǎng)(WAN)、局域網(wǎng) (LAN)，或者臨時網(wǎng)(Ad-hoc)。示意性通信鏈路140也可以是無線的，例如蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WiMax、 Wifi，或者經(jīng)由衛(wèi)星鏈路。另外，通信鏈路140也可以是有線和無線網(wǎng)絡(luò)的組合。圖1的房間IlOa和IlOb是彼此呈鏡像的，并且包括相同的設(shè)備。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到本文描述的本發(fā)明包括可替換的結(jié)構(gòu)。房間IlOa和IlOb的每一個包括高架環(huán)形麥克風(fēng)20a或20b、麥克風(fēng)放大器30a或30b、A/D轉(zhuǎn)換器40a或40b、回聲消除器 50a或50b、編碼器60a或60b、解碼器70a或70b、D/A轉(zhuǎn)換器80a或80b、功率放大器90a 或90b，以及揚(yáng)聲器IOOa或100b。當(dāng)說話人IOa講話時，從他或她嗓音中發(fā)出的聲波傳播到高架環(huán)形麥克風(fēng)20a，并被轉(zhuǎn)換為電脈沖。麥克風(fēng)放大器30a放大這些電脈沖，而A/D轉(zhuǎn)換器40a將它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻數(shù)據(jù)。然后數(shù)字音頻數(shù)據(jù)行進(jìn)到回聲消除器50a，其使用傳輸路徑130a篩選解碼器 70a的輸出，以降低包含在數(shù)字音頻數(shù)據(jù)的中的任何回聲。一旦降低了回聲，數(shù)字化音頻數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移到編碼器60a，其根據(jù)通信鏈路140的格式編碼數(shù)字化的信號。然后通信鏈路140 將數(shù)字化的音頻信號載運(yùn)到房間110b。在房間IlOa接收的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)首先被解碼器70a根據(jù)通信鏈路140的傳輸協(xié)議而解碼。如上所述，解碼的數(shù)字音頻數(shù)據(jù)被用于降低回聲，并且也被D/A轉(zhuǎn)換器80a轉(zhuǎn)換為電脈沖。電脈沖經(jīng)功率放大器90a放大，并被揚(yáng)聲器IOOa轉(zhuǎn)換為聲波。盡管上面的描述僅涉及房間110a，其等同地適用于房間110b。因此，在房間IlOa 和IlOb中的視頻電話會議系統(tǒng)的音頻部分允許說話人IOa和IOb通過通信鏈路140同時地交換音頻數(shù)據(jù)。而且，麥克風(fēng)放大器30a、A/D轉(zhuǎn)換器40a、回聲消除器50a、編碼器60a、解碼器 70a、D/A轉(zhuǎn)換器80a，以及功率放大器90a可以獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)成硬件或軟件元件，或者集成到諸如ASIC“片上系統(tǒng)”的單一設(shè)備中。麥克風(fēng)放大器30b、A/D轉(zhuǎn)換器40b、回聲消除器50b、 編碼器60b、解碼器70b、D/A轉(zhuǎn)換器80b以及功率放大器90b可以被簡單地集成，或者個別地實(shí)現(xiàn)。盡管上面描述了關(guān)于兩個說話人在兩個房間的視頻電話會議，其他結(jié)構(gòu)也是可行的。例如，三個或更多的房間可以由通信鏈路140連接到公共的電話會議，并且也可以在每個房間出現(xiàn)有超過一個說話人。此外，也可以使用自含式的、桌面電話會議單元，以允許每個說話人加入電話會議而無須離開他們的辦公桌，并且一些說話人也可以使用僅有音頻的通信來加入到電話會議。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，不背離本公開的范圍，可以有許多其他視頻電話會議結(jié)構(gòu)。圖2是根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的兩個高架環(huán)形麥克風(fēng)A和B的高架環(huán)形方向圖的示意性截面圖。該方向圖本質(zhì)上是高架環(huán)形方向圖，其中，在近似45°仰角的聲源的方向上麥克風(fēng)具有最大靈敏度。因?yàn)樵摲较驁D是環(huán)形的并且是架高的，所以該方向性與方位角無關(guān)，而分別依賴于仰角。房間270包括示意的頭頂安裝件沈0，高架環(huán)形麥克風(fēng)B附接到該安裝件。高架環(huán)形麥克風(fēng)B的靈敏度圖包括靈敏度瓣220和210，其限定了增強(qiáng)靈敏度的區(qū)域。靈敏度瓣210與說話人200對準(zhǔn)。因此，相比于其他聲源，麥克風(fēng)B對于源自說話人 200的聲音更加靈敏。例如，聲音麥克風(fēng)B對沿頭頂安裝件表面^Oa傳播的聲音相對不靈敏，因?yàn)轭^頂安裝件表面260a不被靈敏度瓣210或220中任何一個包圍。類似地，由于在靈敏度圖中靈敏度瓣210和220之間的空隙，麥克風(fēng)B對直接垂直于頭頂安裝件表面^Oa 傳播的聲音不靈敏。圖2還包括安裝在桌子250的示意性桌面表面250a的麥克風(fēng)A。麥克風(fēng)A的靈敏度圖由靈敏度瓣230和240定義。由此，麥克風(fēng)A對于來自說話人200的聲音靈敏，但是對于任何平行于桌面表面250a或者在垂直方向向下傳播的聲音相對不靈敏。因此，麥克風(fēng)A對于桌面噪聲或頭頂噪聲相對不靈敏。在圖2中，頭頂安裝件260和桌子250僅是示例性的，因此沒有限制。頭頂附件 260可以是本領(lǐng)域里通常使用的任何形狀、高度，以及材料。同樣，桌子250可以是本領(lǐng)域里通常使用的任何形狀、高度，以及材料。另外，盡管說話人200被示為在房間270的右側(cè)，說話人也可以在左側(cè)、桌后、桌前，或者房間270中的任何位置。在不背離本發(fā)明的范圍內(nèi)，高架環(huán)形麥克風(fēng)A和B也可以適應(yīng)多個說話人。圖3是根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的高架環(huán)形麥克風(fēng)300。高架環(huán)形麥克風(fēng)300包括三個全向麥克風(fēng)元件340、345、350，以及分別對應(yīng)于頻率響應(yīng)Hc^H1和吐的三個電子濾波器325、330、335。三個濾波器325、330和335的輸出在求和節(jié)點(diǎn)355中相加，并在頻率響應(yīng)為H3的均衡器320中被均衡。高架環(huán)形麥克風(fēng)360的總體輸出對應(yīng)均衡器320的輸出。麥克風(fēng)元件340、345和350被布置在桌子305上，以捕獲兩個方向的聲波以及由桌面305反射的聲波。麥克風(fēng)元件340直接置于桌子305上，以利用邊界原理。麥克風(fēng)元件345與麥克風(fēng)元件340關(guān)于垂直軸重合，但是其在桌子305上方距離(d)處。同樣的，麥克風(fēng)元件350以相同的垂直軸與麥克風(fēng)元件340和345重合，但是在桌子305上方的兩倍于距離(d)處。在上面的描述中，距離(d)應(yīng)該小于高架環(huán)形麥克風(fēng)300所捕獲的最高頻率分量的波長的一半。在圖3中，直達(dá)聲波310以入射角(β)達(dá)到桌子305，被桌子305反射以形成反射聲波315。麥克風(fēng)元件340捕獲直達(dá)聲波和來自桌子的反射聲波，利用壓力加倍原理來增加靈敏度。麥克風(fēng)元件345和350接收直達(dá)聲波310和相對于直達(dá)聲波310延時的反射聲波315。反射聲波315的延時量依賴入射角(β)和距離(d)。任何源自桌下的聲波被桌面 305阻擋。由麥克風(fēng)元件340、345和350捕獲的聲波被轉(zhuǎn)換為電脈沖，并被提供給濾波器 325、330和335用于處理。濾波器325、330和335分別連接于麥克風(fēng)元件340、345和350， 并且定義了方向性函數(shù)，并且其被選為如下形式H0 ( ω ) = cos ( κ ) -cos (2 κ )H1(Co) = cos (2 κ )-1Η2(ω) = 1-cos (κ )·在上面的等式中，κ = coH(d/c)，其中ω是以弧度每秒表示的頻率，而c是空氣中的聲速。濾波器325、330和335產(chǎn)生的結(jié)果電信號在求和節(jié)點(diǎn)355中相加，并且然后被均衡濾波器320均衡。均衡濾波器320定義頻率響應(yīng)，并且根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，對于在仰角45°處理論上的平坦響應(yīng)，如下式給出
權(quán)利要求
1.一種高架環(huán)形麥克風(fēng)包括第一麥克風(fēng)元件組件，其包括鄰近支撐面布置的第一麥克風(fēng)元件以及連接于所述第一麥克風(fēng)元件的第一濾波器，所述第一濾波器具有第一頻率響應(yīng)(Htl)；第二麥克風(fēng)元件組件，其包括在距所述支撐面預(yù)定距離(d)處布置的第二麥克風(fēng)元件以及連接于所述第二麥克風(fēng)元件的第二濾波器，所述第二濾波器具有第二頻率響應(yīng)(H1)；第三麥克風(fēng)元件組件，其包括在距所述支撐面兩倍于所述預(yù)定距離(d)處布置的第三麥克風(fēng)元件以及連接于所述第三麥克風(fēng)元件的第三濾波器，所述第三濾波器具有第三頻率響應(yīng)(H2)；加法器，其被配置為把所述第一、第二和第三麥克風(fēng)組件的輸出組合到加法器輸出中；以及均衡器，其被配置為響應(yīng)于所述加法器輸出產(chǎn)生均衡的輸出，其中，對所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，所述第一頻率響應(yīng)(H0)、所述第二頻率響應(yīng)(H1)和所述第三頻率響應(yīng)(H2)的組合產(chǎn)生高架環(huán)形方向圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述高架環(huán)形方向圖在對應(yīng)于相對所述支撐面為0度、90度和180度的仰角(β)處具有最小靈敏度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述預(yù)定距離(d)不大于與所述高架環(huán)形麥克風(fēng)捕獲的最高頻率對應(yīng)的波長的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述第一、第二和第三麥克風(fēng)元件是全向麥克風(fēng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述第一濾波器、第二濾波器、第三濾波器和均衡器中的每一個是數(shù)字濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，均衡器頻率響應(yīng)(H3)對應(yīng)于在相對所述支撐面45度的仰角(β)處的平坦總體高架環(huán)形麥克風(fēng)頻率響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述均衡器頻率響應(yīng)(H3)包括在80Hz 的低頻滾降。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，ω是角頻率，c是空氣中的聲速，并且 . ω-dH0 = cos (k) -cos (2 · k)， H1 = cos (2 · k)-l， H2 = 1-cos (k).
9. 一種高架環(huán)形麥克風(fēng)，包括第一麥克風(fēng)元件，其鄰近支撐面布置，并且連接于具有第一低頻響應(yīng)(Hui)的第一低頻濾波器和具有第一高頻響應(yīng)(Hhci)的第一高頻濾波器；第二麥克風(fēng)元件，其在距所述支撐面預(yù)定距離(d)處布置，并且連接于具有第二高頻響應(yīng)(Hhi)的第二高頻濾波器；第三麥克風(fēng)元件，其在距所述支撐面兩倍于所述預(yù)定距離(d)處布置，并且連接于具有第二低頻響應(yīng)(Hu)的第二低頻濾波器和具有第三高頻響應(yīng)(Hh2)的第三高頻濾波器； 第四麥克風(fēng)元件，其在距所述支撐面四倍于所述預(yù)定距離(d)處布置，并且連接于具有第三低頻響應(yīng)(凡2)的第三低頻濾波器；高頻加法器，其被配置為用來組合來自所述第一、第二和第三高頻濾波器的輸出； 低頻加法器，其被配置為用來組合來自所述第一、第二和第三低頻濾波器的輸出； 高頻均衡器，其被配置為均衡所述高頻加法器的輸出； 低頻均衡器，其被配置為均衡所述低頻加法器的輸出； 高通濾波器，其被配置為濾波所述高頻均衡器的輸出； 低通濾波器，其被配置為濾波所述低頻均衡器的輸出；以及加法器，其被配置為用來組合所述高通濾波器的輸出和所述低通濾波器的輸出， 其中，對所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，所述第一低頻響應(yīng)(Hui)、所述第二低頻響應(yīng)(Hu)和所述第三低頻響應(yīng)(凡2)的組合產(chǎn)生低頻高架環(huán)形方向圖，而所述第一高頻響應(yīng)(Hhci)、所述第二高頻響應(yīng)(Hhi)和所述第三高頻響應(yīng)(Hh2)的組合產(chǎn)生高頻高架環(huán)形方向圖。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述高架環(huán)形方向圖在對應(yīng)于相對所述支撐面為0度、90度和180度的仰角(β)處具有最小靈敏度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述預(yù)定距離(d)不大于與所述高架環(huán)形麥克風(fēng)捕獲的最高頻率對應(yīng)的波長的一半。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述第一高頻濾波器、第二高頻濾波器、第三高頻濾波器、第一低頻濾波器、第二低頻濾波器、第三低頻濾波器、低頻均衡器、高頻均衡器、低通濾波器、和高通濾波器中的每一個是數(shù)字濾波器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述高頻均衡器的頻率響應(yīng)和所述低頻均衡器的頻率響應(yīng)組合，以產(chǎn)生在相對所述支撐面為45度的仰角(β)處的麥克風(fēng)的平坦總體麥克風(fēng)頻率響應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，所述高頻均衡器的頻率響應(yīng)和所述低頻均衡器的頻率響應(yīng)組合，使得在總體麥克風(fēng)頻率響應(yīng)中產(chǎn)生在80Hz處的低頻滾降。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述高架環(huán)形麥克風(fēng)，其中，ω是角頻率，c是空氣中的聲速，并且k = ^-, CHho = cos (k) -cos (2 · k)，Hhi = cos (2 · k)-l，Hh2 = 1-cos (k)，Hlo = cos (2 · k) -cos (4 · k)，Hli = cos (4 · k)-l，Hl2 = 1-cos (k).
16.一種用于在高架環(huán)形麥克風(fēng)中建立高架環(huán)形方向圖的方法，該方法通過下述步驟來實(shí)現(xiàn)把來自位于支撐面的第一麥克風(fēng)的音頻波形轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一音頻數(shù)據(jù)；把來自位于距所述支撐面預(yù)定距離(d)處的第二麥克風(fēng)的音頻波形轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第二音頻數(shù)據(jù)；將來自位于距所述支撐面兩倍于所述預(yù)定距離(d)處的第三麥克風(fēng)的音頻波形轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第三音頻數(shù)據(jù)；根據(jù)第一頻率響應(yīng)(Htl)濾波所述第一音頻數(shù)據(jù)； 根據(jù)第二頻率響應(yīng)(H1)濾波所述第二音頻數(shù)據(jù)； 根據(jù)第三頻率響應(yīng)(H2)濾波所述第三音頻數(shù)據(jù)； 組合所濾波的第一、第二和第三音頻數(shù)據(jù)；以及均衡所組合的音頻數(shù)據(jù)，其中，所述第一頻率響應(yīng)(Htl)、所述第二頻率響應(yīng)(H1)和所述第三頻率響應(yīng)(H2)組合， 使得為所述高架環(huán)形麥克風(fēng)產(chǎn)生高架環(huán)形方向圖。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述方法，其中，所述高架環(huán)形方向圖在對應(yīng)于相對所述支撐面為0度、90度和180度的仰角(β )處具有最小靈敏度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述方法，其中，所述預(yù)定距離(d)不大于與所述麥克風(fēng)捕獲的最高頻率對應(yīng)的波長的一半。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述方法，其中，所述高架環(huán)形麥克風(fēng)的整體頻率響應(yīng)在相對所述支撐面為45度的仰角(β)處是平坦的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述方法，其中，ω是角頻率，c是空氣中的聲速，并且 H0 = cos (k) -cos (2 · k), H1 = cos (2 · k)-l, H2 = 1-cos (k).
全文摘要
一種視頻電話會議定向麥克風(fēng)包括在垂直軸上一致排列的三個麥克風(fēng)元件。這三個麥克風(fēng)元件被安放在支撐平面上，使得第一麥克風(fēng)元件在該平面上，而第二和第三麥克風(fēng)元件架高在支撐平面上方。定向麥克風(fēng)還包括三個濾波器、一個求和節(jié)點(diǎn)以及一個均衡器，這些用來把定向麥克風(fēng)的方向圖形成為高架環(huán)形靈敏度圖。該高架環(huán)形靈敏度圖增加了所關(guān)注聲源方向上的靈敏度，但是降低了對于由其他方位的噪聲源產(chǎn)生的任何聲波的靈敏度。
文檔編號H04R3/00GK102265641SQ200980152438
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者特呂格弗·弗雷德里克·馬頓 申請人:坦德伯格電信公司