专利名称：采用谐波联网的延迟网络麦克风的制作方法
技术领域：
本发明涉及多元件麦克风，具体地说，涉及与用于远程信息应用的数字信号处理一起使用的麦克风。
背景技术：
单元件麦克风已经用于远程信息语音应用。作为示例，这些麦克风已经用于车载自动对讲蜂窝应用，其中好的麦克风性能是通过高度的语音识别和在司机可能遇到很多车辆、道路和其它噪声条件下很高的信号-车辆噪声比来显现的。换句话说，说话者的声音越能从车辆环境本身产生的背景噪声中凸现出来，就认为麦克风的性能越好。这些远程信息应用的工业目标识别率在所有条件下都超过99％。而且，当单元件麦克风用于涉及反射和通风噪声的环境时，远程会议和所安装的声音应用程序可能遇到类似的问题。
在车载环境下，通常使用的麦克风是一阶梯度，其中单元件麦克风用于表面安装配置，该配置设计用来最小化车辆噪声峰值和在远离说话者的方向上产生的反射。这些麦克风通常具有双向或心形极响应模式。但是，这些麦克风具有比较宽的最大响应窗(对应于接收角)，其中在乘客车厢的所有面(例如窗户和皮革装饰)上的反射表面将会降低性能，并在遇到噪声驾驶条件时导致很低的说话者-车辆噪声比。
或者，按照阵列配置的双元件麦克风系统可以和数字信号处理一起使用，以消除来自说话者的不期望的信号。这种解决方案利用时间到达信息来识别和放大说话者，在双元件阵列的接受角度内接收该说话者的声音，以丢弃来自接受角之外的噪声。利用阵列配置，可以在水平面中满意地将说话者的声音与不期望的语音或类似语音的噪声(例如乘客的声音)隔离开来。但是，该系统在垂直平面内不能很好地与诸如从位于车辆内的音频扬声器发出的声信号的噪声隔离。此外，这些系统需要多麦克风元件以及昂贵的硬件和软件系统来执行数字信号处理。与数字处理器耦合的麦克风设置通常对汽车应用都很昂贵。而且，这些系统没有展示高度的语音识别性能。上面所述的现有技术的方法提供了具有声学响应特性的声系统，该响应特性不能处理指示型汽车声学应用。因此，提供一种能为包括自动对讲移动电话和远程信息应用在内的各种应用支持增长的方向性和环境阻碍的方法和装置是现有技术的一种进步。此外，还希望声系统价廉物美，同时还具有选择处理远距离声源的能力。
发明内容
本发明的方法和装置利用多个端口子阵列克服了现有技术的问题，其中每个端口子阵列包括多个声学端口。每个端口子阵列的端口都隔开，从而每个端口子阵列响应由相关频率范围内的声源产生的声信号。在本发明的实施例中，相关频率范围以谐波方式相关，其中每个端口子阵列对应于不同的频带。相关频率范围是声系统的总频率范围的一部分。从每个端口子阵列接收的声信号都在声通道上耦合，并由可能安装在传感器架中的传感器转换为电信号。该电信号经过滤波，例如为了减小空间混淆，并经过后处理以进一步增强阵列麦克风的频率响应。
在本发明的实施例中，声系统配置为处理期望的水平角和垂直角内的声信号，而抑制位于该角度范围之外的声信号。这样来配置该实施例，使得声音识别性能得到增强。在可以用于汽车远程信息处理的实施例变形中，端口子阵列安装在反光镜框中，从而后视镜可以根据说话者穿过汽车后窗玻璃的视线而倾斜，同时为说话者提供期望的方向声特性。该实施例的变形支持将端口子阵列安装在诸如方向盘或仪表群的其它汽车位置。本发明的其它实施例可以处理在诸如水等不同声介质中的声信号，以支持声纳应用。本发明的其它实施例可以为控制诸如仪表的语音装置来处理声信号。
图1示出具有两个根据本发明实施例的谐波子阵列的声学延迟网络；图2示出支持图1示出的声学延迟网络的汽车反光镜配置的正视图；图3示出支持图1示出的声学延迟网络的汽车反光镜配置的顶视图；图4示出支持图1示出的声学延迟网络的传感器架；图5示出图1示出的声学延迟网络的体系结构配置；图6示出图1示出的声学延迟网络的水平方向性的极坐标图；
图7示出图1所示的声学延迟网络的垂直方向的极坐标图；图8示出图1所示的声学延迟网络的水平方向的极坐标，其具有1/4波长衰减；图9示出反光镜倾斜配置和图1所示的声学延迟网络；图10示出根据本发明的实施例控制对所发射的声信号的接收的声通道配置。
具体实施例方式
图1示出具有两个根据本发明实施例的端口子阵列的声系统100。第一端口子阵列包括端口101、103、105、107、109和111，声通道125、127、129、131、133、135，通风空间151和传感器155。声通道125-135在通风空间151处汇合。第二端口子阵列包括端口113、115、117、119、121、123，声通道137、139、141、143、145、147，通风空间149、传感器153。声通道137-147在通风空间149处汇合。在该实施例中，传感器153和155各自包括一个变频器。(本发明的其它实施例可以采用多于两个端口子阵列，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。)在该实施例中，路径125-135和137-147对应于具有相同长度(在误差容限内)的管子，尽管其它实施例可以采用其它形式的声通道。
为了有利于描述本发明的实施例，采用如下定义。“端口”是指作用为一个声入口的开口，该声入口用于管道、电子管、毛细管、模型出入口、波导或其它将压力变化从声学延迟网络100外的一个点携带到传感器153或155的物理通路。“传感器”(例如传感器153和155)是物理麦克风配件的一部分或子件，该物理麦克风配件可以包括振动膜和任意附加硬件，例如涉及声能量向电能量转换的逆电流器、垫圈、端口、毛细电子管、共鸣器。
参考图1，到达端口子阵列的每个端口(101-123)的声信号在从特定方向(在本实施例中垂直于声系统100的平面或线)产生时都具有就频率来说大致恒定的相位，而以不同角度到达的声信号不具有恒定的相位关系。垂直于系统100到达的信号连贯的(建设性的)相加，以创建声信号强度的增益，称为“阵列增益”。从其它角度到达的信号非连贯地(破坏性的)相加，结果在作为频率函数的波束图案中产生衰减、凹口和零位。该原理通常称为“堆栈”，所产生的阵列增益是在每个谐波子阵列中的端口数的函数。由于这些原理，阵列达到高度方向性的波束和拾音图案。该结果是阵列作用为空间滤波器，声系统100根据方向和信号频率区别声信号或声信号的来源，同时通常仅一个麦克风接收来自许多不同方向的声信号。所期望的声音产生一个具有0°方位角的主波束，称为最大响应轴(MRA)。
这些是与端口子阵列相关的几种情况。一种情况是导致摩擦叶的空间混淆，包括来自不期望角度的不期望声信号，可能具有近似于主(期望)波束的信号功率，并且其行为是不可预测和难以控制的。(摩擦叶对应于非MRA波束的波束，其中从给定角度到达的端口子阵列的端口之间的相移不能与N弧度或N+kπ弧度区分开来，其中k是整数。)在这种情况下，不期望的声信号对应于短于(也就是在频率上大于)端口子阵列的端口间距的半波长。
另一种情况是由端口子阵列产生的波束图案。子阵列的主波束从端口子阵列的所有端口的堆叠信号中形成。但是这些端口的每个子集还产生一个波束。
声系统100中的主波束取决于传感器153和155同时接收的期望的声信号。因此，在本实施例中采用相同长度的电子管(在误差容限内)。(但是，其它实施例可以采用电子相位补偿来调整不同的管长度。)在电子(非声学)系统中，相移可以通过在端口之间产生延迟的电信号处理来完成。该延迟允许指向特定方向的阵列麦克风具有不与该方位的阵列垂直的主(期望)波束。然后MRA移位到该方位角。对应的，在声系统中，相移通过采用具有相同或一致端口的第二管状网络产生声传播延迟来达到。(声相移的形成将在如图10所示的本发明另一方面中讨论。)利用多个端口间距增大的端口子阵列，使得具有更大端口间距的端口子阵列的空间混淆频率是另一个具有下一个最小端口间距的端口子阵列的空间混淆频率的分数，可以使声系统(例如声系统100)达到就频率来说大致恒定的波束宽度。由于端口子阵列的波束宽度对于一直增长到空间混淆频率的频率来说变得更小，因此用逐渐减小的端口间距来实施端口子阵列组使得端口子阵列可以对另一个子阵列的波束宽度宽得不能被认为是期望的频率支持狭窄的带宽。这通常在较低频端口子阵列(具有更大端口间距)的双倍频率处做到，该较低频端口子阵列对应于以八度音阶(例如600-1200Hz、1200-2400Hz、2400-4800Hz等等)运行的端口子阵列，从而声系统的整个波束图案基本上保持恒定。
参考图1，第一端口子阵列的相邻端口(端口101和103、端口103和105、端口107和109、端口109和111)按照第一端口间距(d1)161分隔，第二端口子阵列的相邻端口(端口113和115、端口115和117、端口119和121、端口121和123)按照第二端口间距(d2)163分隔。第一端口间距161近似为第一端口子阵列的对应频率响应的第一频率上限的半波长(λ1)，而第二端口间距163近似为第二端口子阵列的对应频率响应的第二频率上限的半波长(λ2)。正如将在图5中详细讨论的，将第一频率上限选择为大约2000Hz，将第二频率上限选择为大约4000Hz，它们相互之间分隔一个八度音阶。对应的，第一距离大约为8.6cm，而第二距离大约为4.3cm。
在图1中，由传感器153产生的第一电信号和传感器155产生的第二电信号分别通过滤波器169和161提供给加法器157，以形成输出159。(滤波器169和161的操作将在图6中讨论。)输出159还可以作进一步处理，如后面讨论的，还可以由诸如远程信息处理单元或无线通信电话的另一个处理单元用于提供自动对讲操作。
在本发明的其它实施例中，可以支持多于两个端口子阵列。每个端口子阵列可以耦合到一个传感器，其中传感器的输出耦合到用于带通滤波和可能用于进一步处理的电路。
图2示出支持图1所示的声学延迟网络100的汽车反光镜配置201的正视图。玻璃反光镜(未示出并对应于图9所示的玻璃反光镜903)跨越汽车反光镜配置201的大致区域。端口101-123位于汽车反光镜配置201(对应于图10所示的反光镜框1001)的外围，传感器153和155通常位于汽车反光镜配置201的内部(对用户一般不可见)并在玻璃反光镜后面。端口101、113、115、103、117、105与端口107、119、121、109、123、111分隔一垂直距离(d3)207。
图3示出支持图1所示声学延迟网络100的汽车反光镜配置201的顶视图。端口101-123位于反光镜框壁301中。端口101-123通过声通道125-147与传感器153、155连接。连接315将传感器153耦合到电路(例如图5所示的滤波器509、加法器513、后处理器515)，连接317将传感器155连接到电路(例如图5所示的滤波器509、加法器513、后处理器515)。尽管图3示出在反光镜框外部的电路，但在本发明其它实施例中，该电路也可以设置在反光镜配置201中。
图2、3、9所示的实施例采用容纳声系统100的后视镜。但是，本发明的其它实施例可以采用汽车中的其它位置，包括方向盘和仪表盘。
图1-3所示的实施例支持平面阵列，而本发明的其它实施例可以支持三维阵列，其中第一声学子阵列包括与端口101-111分隔一深度距离(垂直于垂直距离和水平距离)的其它端口，第二声学子阵列包括与端口113-123分隔一深度距离的其它端口。
图4示出支持图1所示的声学延迟网络100的传感器架400。传感器架400容纳传感器153、155，并声耦合声通路125-147。在该实施例中，声通路125-135耦合到传感器153一侧，声通路137-147耦合到传感器155的同一侧。在其它实施例中，声通路125-147可以根据传感器153和155位于不同的位置。在一个实施例中，声通路125-137可以耦合到传感器153的不同侧，声通路137-147耦合到传感器155的不同侧，在此在传感器153的近邻和传感器155的近邻之间的声屏障提供了传感器153和155之间的声隔离。在本发明的其它实施例中，传感器架400可以改变，以容纳诸如不同类型传感器的不同配置。
对于在汽车环境中接收的声音信号，实验结果显示如果用具有有限频率特性的典范滤波器来处理所接收的声音信号，例如用1000Hz到4000Hz的带通滤波器、1000Hz到5000Hz的带通滤波器、以2000Hz为中心的八度音阶滤波器或核心频率为1000Hz的高通滤波器，则声音识别的相对程度很好。一种实验配置采用IBM Via VoiceTM识别引擎，其中不同的麦克风类型设置在汽车内的不同位置。
图5示出图1所示的声学延迟网络100的体系结构配置500。体系结构配置500包括声端口子阵列501和503、传感器505和507、滤波器509和511(分别对应于滤波器169和161，如图1所示)、加法器513和提供输出517的后处理器515。输出517可以用于多种应用，包括自动对讲无线终端和远程信息处理。声端口子阵列501对应于端口101-111(如图1所示)，声端口子阵列503对应于端口113-123。传感器505和507对应于传感器155和153(如图1所示)。在该实施例中，滤波器509是通带大约为1KHz到2KHz的带通滤波器，而滤波器511是通带大约为2KHz到4KHz的带通滤波器。滤波器509和511减小了可能分别与声端口子阵列501和503相关的空间摩擦。
加法器513将来自滤波器509和滤波器511的信号相加，从而体系结构配置500的对应相加后的频率响应大约为1KHz到4KHz。(如上讨论的，实验结果显示用通带为1KHz到4KHz的带通滤波器处理所接收的声音信号会较好地进行语音识别。)后处理器515可以修改来自加法器513的信号，以消除由声端口子阵列501和声端口子阵列503的1/4波长(λ/4)响应产生的信号响应特性中的不规则。(在某些实施例中，后处理单元515还可以支持后均衡滤波器，以提供相对于声系统100的运行范围频率上限的平坦响应。这种优化滤波器通常称为频域“反转”滤波器或优化收敛自适应/“Wiener”滤波器。)在本发明的其它实施例中，1/4波长衰减可以在声通路125-147中采用部分声阻碍(例如泡沫材料)。在本发明的其它实施例中，1/4波长衰减可以由滤波器509和511提供，从而滤波器509衰减(削弱)声端口子阵列501的1/4波长响应(对应于图2所示实施例的大约1000Hz)，滤波器511衰减声端口子阵列503的1/4波长响应(对应于图2所示实施例的大约2000Hz)。在管道式网络中1/4波长共振的附加衰减可以利用包括增大或代替凹口的电子管、管道、通风空间和电阻的声滤波器来实施，正如采用泡沫阻抗或电子装置来实施那样。
在该实施例中，更高阶的拾取图案定义为由通过延迟或振幅加权(例如端口或电子管中的泡沫阻抗)校准的低阶或“普通”拾取图案的组合产生的图案。低阶图案的例子包括全方向麦克风(第0阶)、心形(第一阶)、超心形(具有不同于心形的路径差异延迟的第一阶)和超高心形。高阶波束图案由组合这些不同组合中的输入产生，例如第二阶有限差异(由半波长分隔的两个心形，延迟了这两个心形之间的传播时间)。
在某些实施例中，有利的是在传感器505或507和加法器513之间包括某种类型的模拟或数字子阵列处理。在采用数字信号处理的情况下，带通滤波器509和511以及子阵列处理可以在同一处理器上完成(例如微处理器)。在某些实施例中，带通滤波器509和511、子阵列处理、加法器513和后处理器515可以在同一处理器上实施(其中整个系统在传感器153和155之后)。即使图1-5所示的实施例针对汽车应用，本发明的其它实施例可以针对其它声应用，例如高保真声应用、音频会议、喇叭扩音器、讲台麦克风、车内通信、多媒体计算机、驱动通信系统、安全或监管系统、语音控制装置和声呐应用。尽管本发明的某些声应用可以涉及空气介质，但对本领域的技术人员来说，显然应用还可以涉及水介质。
图1-3所示的实施例用两个谐波网络(端口子阵列)支持从大约1KHz到4KHz的频谱，以提供较高的语音识别精确度。但是，其它声应用可能要求本领域的技术人员考虑其它设计参数。例如，在支持高保真声应用的实施例中，可能期望从大约100Hz到16KHz的频谱。在这种情况下，可以集成7个端口子阵列，其中第一端口子阵列对应于125Hz到250Hz的频带，第二端口子阵列对应于250Hz到500Hz的频带，第三端口子阵列对应于500Hz到1KHz的频带，第四端口子阵列对应于1KHz到2KHz的频带，第五端口子阵列对应于2KHz到4KHz的频带，第六端口子阵列对应于4KHz到8KHz的频带，第七端口子阵列对应于8KHz到16KHz的频带。同样，本发明的实施例可以考虑不同的误差准则，例如语音识别精度的度量和均方误差(MSE)。均方误差在测量诸如音乐声音的非语音声信号的处理高保真时很有用。
图6示出图1所示的声延迟网络100的水平方向性极坐标600。极坐标600展示了分别对应于弧601、603、605、607、609、611的800Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、2500Hz、3000Hz的频率响应。每个弧都展示相关频率相对于声延迟网络100的0度方位的水平方向响应。通常在每个谐波子阵列中，频率越高，声延迟网络100的方向性越大(也就是波束带宽越窄)。多网络的使用在该装置的运行范围内保持了大致恒定的方向性。
图7示出图1所示的声延迟网络100的垂直方向极坐标700。极坐标700展示了分别对应于弧701、703、705、707、709、711的800Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、2500Hz、3000Hz的频率响应。通常，垂直方向性随着频率增加而增加。该实施例在垂直方向上只具有一个“巢”(nest)，但其它实施例可以象在水平(X)方向上那样在垂直(Y)方向或深度(Z)方向采用多个巢。
图8示出图1所示应用了1/4波长衰减的声延迟网络100的水平方向极坐标800。极坐标800展示了分别对应于弧801、803、805、807、809、811的800Hz、1000Hz、1500Hz、2000Hz、2500Hz、3000Hz的频率响应。和极坐标600一样，通常水平方向性随频率增加而增加。但是，将极坐标611(如图6所示)和极坐标811(对应于3000Hz)比较，用1/4波长衰减减小了侧瓣。
图9示出反光镜倾斜配置和图1所示的声延迟网络100。声延迟网络100安装在反光镜框901(对应于图2和图3的201)中。反光镜框901相对于玻璃反光镜903倾斜一个角度θ905。说话者907在声延迟网络100的主波束带宽911内通过声路径909(对应于声延迟网络100的平面的垂线)说话。由于玻璃反光镜903相对于反光镜框901倾斜，说话者还可以通过对应于观察路径915的后视窗看到物体917。观察路径915形成这样一个角度，即玻璃反光镜903的垂线平分该角度。
图10示出根据本发明实施例操纵发射的声信号的接收的声通路配置。端口1001、1003、1005接收对应于波阵面1017的声信号，该波阵面是声延迟网络100在相对于水平参考面1019的角度θ1021处形成的。端口1001、1003、1005分别是在声通路1007、1009、1011中的开口。声通路1007、1009、1011的长度不同，从而最大响应轴(主波束)倾斜θ1021。主波束的倾斜对应于相邻声通路(例如1007和1009)之间的长度差，大约等于d*SIN(θ)，其中d是相邻端口之间的端口间距。倾斜主波束便于安装声延迟网络100，以安装诸如方向盘或仪表盘的不容易调整的实体。
本领域的技术人员可以理解，具有包含控制计算机系统的指令的相关计算机可读介质的计算机系统可以用于实施在此公开的示例性实施例。计算机系统可以包括至少一个计算机，例如微处理器、数字信号处理器和相关的外围电路。
虽然针对包括目前实施本发明的优选模式的特殊例子描述了本发明，本领域的技术人员应当理解，上述系统和技术还具有落在所附权利要求所提出的本发明的精神和范围内的各种变化和替代。
权利要求
1.一种用于处理至少一个发射通过声介质传播的声信号的声系统，其中至少一个所发射的声信号的其中一个是期望发射的声信号，该声系统包括包括多个端口子阵列的声端口阵列，其中所期望发射的声信号由位于相对于该声端口阵列的一水平角度处的声源产生；与该声端口阵列相关的第一端口子阵列，该第一端口子阵列包括在空间上相互分隔第一水平距离的第一端口和第二端口，该第一端口接收第一接收信号，第二端口接收第二接收信号；与该声端口阵列相关的第二端口子阵列，该第二端口子阵列包括在空间上相互分隔第二水平距离的第三端口和第四端口，该第三端口接收第三接收信号，第四端口接收第四接收信号；包括第一变频器的第一传感器；包括第二变频器的第二传感器；第一声通路配置，包括将第一接收信号耦合到第一变频器的第一声通路，和将第二接收信号耦合到第一变频器的第二声通路，其中，第一变频器产生包括第一信号分量的第一电信号，该第一信号分量在第一频率范围内对应于期望发射的声信号；以及第二声通路配置，包括将第三接收信号耦合到第二变频器的第三声通路，和将第四接收信号耦合到第二变频器的第四声通路，其中，第二变频器产生包括第二信号分量的第二电信号，该第二信号分量在第二频率范围内对应于期望发射的声信号。
2.根据权利要求1所述的声系统，其中，所述第一和第二端口之间的第一端口间距大致等于对应于所述第一端口子阵列的第一频率上限的半波长，并且其中，所述第三和第四端口之间的第二端口间距大致等于对应于所述第二端口子阵列的第二频率上限的半波长。
3.根据权利要求1所述的声系统，还包括第一带通滤波器，主要通过第一频率范围内的电分量，以获得来自第一电信号的第一更改电信号；以及第二带通滤波器，主要通过第二频率范围内的电分量，以获得来自第二电信号的第二更改电信号。
4.根据权利要求3所述的声系统，还包括加法器，用于将第一更改电信号的第二更改电信号相加以提供输出信号，其中该输出信号基本等于第一频率范围加上第二频率范围的输出频率范围内增强了期望发射的声信号。
5.根据权利要求4所述的声系统，还包括后处理单元，在对应于所述第一端口子阵列的第一频率上限的大约1/4波长处影响第一频率分量，并在对应于所述第二端口子阵列的第二频率上限的大约1/4波长处影响第二频率分量。
6.根据权利要求1所述的声系统，其中，所述期望发射的声信号由位于相对于所述声端口阵列的一垂直角度处的声源产生，其中所述第一端口子阵列还包括与第一端口在空间上分隔一垂直距离的第五端口，该第五端口接收第五接收信号，其中所述第二端口子阵列还包括与第三端口在空间上分隔一垂直距离的第六端口，该第六端口接收第六接收信号，其中所述第一声通路配置还包括将第五接收声信号耦合到第一变频器的第五声通路，其中所述第二声通路配置还包括将第六接收声信号耦合到第二变频器的第六声通路。
7.根据权利要求1所述的声系统，还包括用于容纳第一传感器和第二传感器的传感器架，该传感器架将第一和第二声通路配置耦合到第一和第二传感器。
8.根据权利要求7所述的声系统，其中，所述传感器架包括用于第一多个声通路的第一组输入点和用于第二多个声通路的第二组输入点，其中该第一组输入点位于第一传感器的一侧，以及其中所述第二组输入点位于第二传感器的同一侧。
9.根据权利要求7所述的声系统，其中，所述传感器架包括用于第一多个声通路的第一组输入点和用于第二多个声通路的第二组输入点，其中该第一组输入点位于第一传感器的两侧，以及其中所述第二组输入点位于第二传感器的两侧，所述声系统还包括声屏障，用于将第一传感器的第一近邻与第二传感器的第二近邻在声音上分隔开来。
10.根据权利要求1所述的声系统，其中，所述声介质从包括空气介质和水介质的组中选择。
11.根据权利要求1所述的声系统，其中，每个声通路从包括在声容器中的电子管、管道、毛细管、波导和模型通道的组中选择。
12.根据权利要求1所述的声系统，其中，所述第二频率范围大致与第一频率范围分隔一个八度音阶。
13.根据权利要求1所述的声系统，其中，为了增强语音识别的精确度而配置所述第一频率范围和第二频率范围。
14.根据权利要求13所述的声系统，其中，第一和第二电信号输入语音识别单元。
15.根据权利要求13所述的声系统，其中，所述第一和第二电信号输入通信装置。
16.根据权利要求15所述的声系统，其中，所述通信装置从包括电话设备、计算机和语音装置的组中选择。
17.根据权利要求1所述的声系统，其中，为了减小输出信号关于期望发射的声信号的均方误差而配置所述第一频率范围和第二频率范围。
18.根据权利要求6所述的声系统，其中，所述第一端口子阵列还包括与第一端口在空间上分隔第三距离的第七端口，该第七端口接收第七接收信号，以及其中，所述第二端口子阵列还包括与第三端口在空间上分隔该第三距离的第八端口，该第八端口接收第八接收信号，其中，所述第一声通路配置还包括将第七接收声信号耦合到第一变频器的第七声通路，以及其中，所述第二声通路配置还包括将第八接收声信号耦合到第二变频器的第八声通路。
19.根据权利要求1所述的声系统，还包括设置在第一声通路内的第一插入，用于减小大致等于对应于第一端口子阵列的第一上限频率的1/4波长的第一频率分量；以及设置在第三声通路内的第二插入，用于减小大致等于对应于第二端口子阵列的第二上限频率的1/4波长的第二频率分量。
20.根据权利要求3所述的声系统，其中，所述第一带通滤波器减小大致等于对应于第一端口子阵列的第一上限频率的1/4波长的第一频率分量，以及其中，所述第二带通滤波器减小大致等于对应于第二端口子阵列的第二上限频率的1/4波长的第二频率分量。
21.根据权利要求5所述的声系统，其中，所述后处理单元减小大致等于对应于第一端口子阵列的第一上限频率的1/4波长的第一频率分量，并减小大致等于对应于第二端口子阵列的第二上限频率的1/4波长的第二频率分量。
22.根据权利要求21所述的声系统，其中，所述后处理单元包括后均衡滤波器，其提供针对该声系统的运行范围内的频率的平坦响应。
23.根据权利要求1所述的声系统，其中，所述第一端口子阵列和第二端口子阵列置于反光镜框中，其中所述反光镜框倾斜，使得该反光镜框的平面的垂直线大致穿过说话者的嘴，其中反光镜平面与反光镜框平面倾斜不同的角度，其中反光镜平面的垂直线大致平分说话者和后视窗之间的观察角。
24.根据权利要求1所述的声系统，其中，所述第一端口子阵列和第二端口子阵列置于反光镜框中，以及其中，所述声通路相互间长度不同，使得主波束倾斜。
25.根据权利要求1所述的声系统，还包括与声端口阵列相关的第三端口子阵列，该第三端口子阵列包括相互之间分隔第三水平距离的第五端口和第六端口，该第五端口接收第五接收信号，第六端口接收第六接收信号；包括第三变频器的第三传感器；第三声通路配置，包括将第五接收信号耦合到第三变频器的第五声通路，和将第六接收信号耦合到第三变频器的第六声通路，其中，第三变频器产生包括第三信号分量的第三电信号，该第三信号分量在第三频率范围内对应于期望发射的声信号。
26.根据权利要求1所述的声系统，还包括与所述第一声通路相关的第一声滤波器，该第一声通路包括至少一个支路。
27.根据权利要求26所述的声系统，其中，所述至少一个支路的第一支路在声阻抗中终结，以及其中，该声阻抗是从包括至少一个对空气的出口、至少一个连接通风空间的管道、和至少一个对空气的出口与至少一个连接通风空间的管道的组和的组中选择的。
28.根据权利要求26所述的声系统，其中，多个支路耦合到方向麦克风传感器，并被各个支路上的不同阻抗影响，其中该多个支路影响通过管道输送的声波，使得组合端口和麦克风对的特性与高阶拾取图案相关。
29.根据权利要求28所述的声系统，其中，所述高阶拾取图案从包括第0阶拾取图案、第一阶拾取图案、第二阶拾取图案的组中选择，其中该第0阶拾取图案对应于全方向图案，第一阶拾取图案对应于心形、超心形或超高心形图案，第二阶拾取图案对应于第一阶输入的有限差异。
30.根据权利要求1所述的声系统，其中，多个支路耦合到方向麦克风传感器，其中该多个支路影响通过管道传输的声波，使得组合端口和麦克风对的特性与高阶拾取图案相关。
31.根据权利要求30所述的声系统，其中，所述多个支路中的每一个都受到相关阻抗的影响。
32.根据权利要求1所述的声系统，其中，第一声通路的第一长度和第二声通路的第二长度之间的第一差异，以及第三声通路的第三长度和第四声通路的第四长度之间的第二差异影响声端口阵列的主波束，使其有角度地偏离0度方位变化。
33.一种用于处理至少一个发射通过声介质传播的声信号的方法，其中至少一个所发射的声信号的其中一个是期望发射的声信号，该方法包括(a)由第一端口子阵列的第一端口接收第一接收信号；(b)由第一端口子阵列的第二端口接收第二接收信号，其中第一端口和第二端口在空间上分隔第一水平距离；(c)由第二端口子阵列的第三端口接收第三接收信号；(d)由第二端口子阵列的第四端口接收第四接收信号，其中第三端口和第四端口在空间上相互分隔第二水平距离；(e)通过第一声通路将第一接收信号、通过第二声通路将第二接收信号耦合到第一变频器；(f)通过第三声通路将第三接收信号、通过第四声通路将第四接收信号耦合到第二变频器；(g)由第一变频器从第一接收信号和第二接收信号中产生第一电信号，其中该第一电信号包括在第一频率范围内对应于期望发射的声信号的第一信号分量；以及(h)由第二变频器从第三接收信号和第四接收信号中产生第二电信号，其中该第二电信号包括在第二频率范围内对应于期望发射的声信号的第二信号分量。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括(i)使电分量通过第一频率范围内的带通滤波器，以获得来自第一电信号的第一更改电信号；以及(j)使电分量通过第二频率范围内的带通滤波器，以获得来自第二电信号的第二更改电信号。
35.根据权利要求34所述的方法，还包括(k)将第一更改电信号的第二更改电信号相组合以提供输出信号，其中该输出信号在基本上等于第一频率范围加上第二频率范围的输出频率范围内增强了期望发射的声信号。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括(l)在对应于所述第一端口子阵列的第一频率上限的大约1/4波长处减小第一频率分量，以及(m)在对应于所述第二端口子阵列的第二频率上限的大约1/4波长处减小第二频率分量。
37.一种计算机可读介质，其具有用于执行权利要求33所述方法的计算机可执行指令。
38.一种计算机可读介质，其具有用于执行权利要求34所述方法的计算机可执行指令。
39.一种计算机可读介质，其具有用于执行权利要求35所述方法的计算机可执行指令。
40.一种计算机可读介质，其具有用于执行权利要求36所述方法的计算机可执行指令。
41.一种用于处理至少一个发射通过声介质传播的声信号的声系统，其中至少一个所发射的声信号的其中一个是期望发射的声信号，该声系统包括包括多个端口子阵列的声端口阵列，其中所期望发射的声信号由位于相对于该声端口阵列的一水平角度和一垂直角度处的声源产生；与该声端口阵列相关的第一端口子阵列，该第一端口子阵列包括在空间上相互分隔第一水平距离的第一端口和第二端口，还包括与第一端口在空间上分隔一垂直距离的第五端口，该第一端口接收第一接收信号，第二端口接收第二接收信号，其中所述第一和第二端口之间的第一端口间距大致等于对应于所述第一端口子阵列的第一频率上限的半波长，该第五端口接收第五接收信号；与该声端口阵列相关的第二端口子阵列，该第二端口子阵列包括在空间上相互分隔第二水平距离的第三端口和第四端口，还包括与第三端口在空间上分隔该垂直距离的第六端口，该第三端口接收第三接收信号，第四端口接收第四接收信号，其中，所述第三和第四端口之间的第二端口间距大致等于对应于所述第二端口子阵列的第二频率上限的半波长，该第六端口接收第六接收信号；包括第一变频器的第一传感器；包括第二变频器的第二传感器；第一声通路配置，包括将第一接收信号耦合到第一变频器的第一声通路，将第二接收信号耦合到第一变频器的第二声通路，和将第五接收声信号耦合到第一变频器的第五声通路，其中第一变频器产生包括第一信号分量的第一电信号，该第一信号分量在第一频率范围内对应于期望发射的声信号；第二声通路配置，包括将第三接收信号耦合到第二变频器的第三声通路，将第四接收信号耦合到第二变频器的第四声通路，和将第六接收声信号耦合到第二变频器的第六声通路，其中第二变频器产生包括第二信号分量的第二电信号，该第二信号分量在第二频率范围内对应于期望发射的声信号；第一带通滤波器，主要通过第一频率范围内的电分量，以获得来自第一电信号的第一更改电信号；以及第二带通滤波器，主要通过第二频率范围内的电分量，以获得来自第二电信号的第二更改电信号。加法器，用于将第一更改电信号的第二更改电信号相组合以提供输出信号，其中该输出信号在基本上等于第一频率范围加上第二频率范围的输出频率范围内增强了期望发射的声信号。后处理单元，为声系统的完整运行频率范围的至少一部分提供期望的频率响应，并在对应于所述第一端口子阵列的第一频率上限的大约1/4波长处减小第一频率分量，和在对应于所述第二端口子阵列的第二频率上限的大约1/4波长处减小第二频率分量。
全文摘要
本发明涉及采用多个端口子阵列的方法和装置，其中每个端口子阵列包括多个声端口。每个端口子阵列的端口都间隔一定距离，从而每个端口子阵列都响应由相关频率范围内的声源产生的声信号。在本发明的实施例中，相关频率范围按照谐波方式相关，其中每个端口子阵列对应于不同的频率八度音阶。相关频率范围是声系统的总频率范围的一部分。从每个端口子阵列接收的声信号都在声通路上耦合，并通过安装在传感器架中的传感器转换为电信号。该电信号可以经过滤波，从而减小空间混淆，并经过后处理进一步增强信号的特性。
文档编号H04R3/00GK1689371SQ03824064
公开日2005年10月26日 申请日期2003年8月7日 优先权日2002年8月9日
发明者史蒂文·S·史密斯, 理查德·J·圣地亚哥, 马克·吉尔伯特, 艾伦·J·尤斯德罗夫斯基 申请人:舒尔·阿奎西什控股公司