近场零位与波束成形的制作方法
【专利摘要】本发明公开了允许麦克风阵列的选择性声音近场零位的设备和方法。一个实施例可采取包括扬声器和麦克风阵列在内的电子设备的形式。麦克风阵列可包括定位在距扬声器第一距离的第一麦克风和定位在距扬声器第二距离的第二麦克风。第一麦克风和第二麦克风被配置为接收声音信号。麦克风阵列还包括耦接至第二麦克风的复向量滤波器，该复向量滤波器应用于第二麦克风的输出信号，以生成阵列的在扬声器的位置处提供声音零位的声音灵敏度图案。
【专利说明】近场零位与波束成形
[0001]相关专利申请的交叉引用
[0002]本专利申请是于2011年12月6日提交的并且标题为“Near-Field Null andBeamforming ； ”的美国专利申请13/312,498的部分继续申请,所述专利申请的公开内容全文据此并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明的论述涉及麦克风阵列的噪声降低，并且更具体地涉及为噪声源所在位置
的麦克风创建声音零位。
【背景技术】
[0004]便携式电子设备继续呈现越来越小的趋势，同时提供增强的和改善的功能性。由于较小设备上的空间有限，会出现对组件的创造性定位和有时不太理想的定位。例如，麦克风和扬声器可定位成彼此紧邻。这导致从扬声器辐射的信号到麦克风炭精盒的高度耦合。尽管当麦克风不用于接收本地讲话者的声音时这不是大问题，但对于声学回波消除器具有挑战性的是在频谱上从麦克风信号减去扬声器回放信号，所述麦克风信号包括本地讲话者的声音和扬声器信号这两者。
[0005]另外，由于一个或多个扬声器接近麦克风，因此来自扬声器的福射信号的声压级通常大于讲话者的声压级。这通常导致低信噪比(SNR)并为回波消除器带来巨大的挑战；如果扬声器至麦克风的路径是非线性的，则挑战可能更大。
【发明内容】
[0006]本发明公开了允许麦克风阵列的选择性声音近场零位的设备和方法。一个实施例可采取包括扬声器和麦克风阵列在内的电子设备的形式。麦克风阵列可包括定位成距扬声器第一距离的第一麦克风和定位成距扬声器第二距离的第二麦克风。第一麦克风和第二麦克风被配置为接收声音信号。麦克风阵列还包括耦接至第二麦克风的复向量滤波器。复向量滤波器(所关注的频率范围内的量值和相位)应用于第二麦克风的输出信号以生成阵列的在扬声器位置处提供声音零位的声音灵敏度图案。
[0007]另一个实施例可采取操作电子设备以在功能上提供声音近场单向麦克风和远场全向麦克风的方法的形式。该方法包括在声换能器阵列处接收声音信号。声换能器阵列具有多个麦克风。该方法还包括生成多个电信号，其中声换能器阵列中的每个麦克风生成电信号。波束成形器被实施为在对应于近场噪声源的地点的位置创建近场零位。另外，波束成形器在远场中提供大致全向的声响应。远场波束成形器灵敏度可大致由下式定义:
【权利要求】
1.一种电子设备,包括: 扬声器；和 麦克风阵列，所述麦克风阵列包括: 定位成距所述扬声器第一距离的第一麦克风； 定位成距所述扬声器第二距离的第二麦克风，其中所述第一麦克风和所述第二麦克风被配置为接收声音信号；和 耦接至所述第二麦克风的复向量滤波器，其中所述复向量滤波器应用于所述第二麦克风的输出信号，以生成所述阵列的在所述扬声器的位置处提供声音零位的声音灵敏度图案。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述复向量滤波器包括增益因数A，以补偿所述第二麦克风的输出信号与来自所述第一麦克风的输出信号之间的振幅差值。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述阵列还包括: 第一延迟电路，所述第一延迟电路耦接至所述第二麦克风； 第一差值电路，所述第一差值电路耦接至所述第一延迟电路和所述第一麦克风； 乘法器电路，所述乘法器电路耦接至所述第一差值电路的输出； 第二差值电路，所述第二差值电路耦接至所述乘法器电路的输出； 第二延迟电路，所述第二延迟电路耦接至所述第一麦克风； 第三差值电路，所述第三差值电路耦接至所述复向量滤波器的输出和所述第二延迟电路；其中来自所述第三差值电路的输出被提供给所述第二差值电路；和 波束成形电路，所述波束成形电路耦接至所述第二差值电路的输出，其中所述波束成形电路被配置为形成所述阵列的声音灵敏度图案。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述波束成形电路被配置为将值选择性地提供给所述乘法器电路，其中所述声音灵敏度图案至少部分地基于所提供的值来确定。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其中所述波束成形电路被配置为将所述增益因数A选择性地提供给所述复向量滤波器，其中所述声音灵敏度图案至少部分地基于所提供的值来确定。
6.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述波束成形电路被配置为动态地改变所提供的值。
7.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述增益因数A是固定的。
8.根据权利要求2所述的电子设备，其中远场中的所述滤波器的效应由如下方程式描述:
Υ(ω,θ) = \S(co)y[(A2 +?)-2Α^φ]， 其中S为所述声音信号，ω为所述信号的频率，Θ为所述信号的传播角度，k为波数，T为延迟，d为所述第一麦克风和所述第二麦克风之间的距离，j为复数，并且A为增益因数。
9.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一麦克风、所述第二麦克风和所述扬声器是同轴的。
10.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二麦克风的位置比所述第一麦克风更靠近所述扬声器。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述麦克风阵列在近场中用作单向麦克风。
12.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述近场包括距所述第一扬声器小于10mm的距离。
13.根据权利要求11所述的电子设备，其中所述麦克风阵列在远场中用作全向麦克风。
14.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述远场包括距所述第一麦克风和所述第二麦克风大于10mm的距离。
15.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一麦克风和所述第二麦克风定位成隔开大约10至60mm。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述第一麦克风和所述第二麦克风定位成隔开大约20mm。
17.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述扬声器定位成距所述第二麦克风大约10至 30mm。
18.—种操作电子设备以在功能上提供声音近场单向麦克风和远场全向麦克风的方法，所述方法包括: 在声换能器阵列处接收声音信号，其中所述声换能器阵列包括多个麦克风； 生成多个电信号，其中所述声换能器阵列中的每个麦克风生成电信号； 根据复向量对所述电信号中的至少一个进行滤波，使得输出由下式定义
19.根据权利要求18所述的方法，还包括: 延迟所述电信号中的所述至少一个； 从所述电信号中的另一个信号减去延迟后的信号，以输出延迟后的信号与所述另一个信号之间的差值；以及 将所述差值乘以至少部分地确定所述声音灵敏度图案的形状的值。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括动态调整所述增益因数A和所述值中的至少一者O
【文档编号】H04R3/02GK104041073SQ201280060064
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年12月6日
【发明者】R·N·艾萨克, M·E.·约翰逊 申请人:苹果公司