具有改善的方向特性的麦克风设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括至少两个麦克风和信号处理设备的麦克风设备，该信号处理设备用于从至少两个麦克风的麦克风信号得到虚拟麦克风信号。本发明还涉及该信号处理设备。从公布的美国专利申请US2004/0076301得知如权利要求1的前序部分中所限定的麦克风设备。已知的麦克风设备意在以使得能够进行对听众的3D音频回放的方式来实现双耳记录。
【发明内容】
[0002]然而，本发明意在提出一种可以按需要修改其方向特性的麦克风设备。一个目标可以是例如随着增加的频率范围保持方向特性恒定。
[0003]为此，本发明的麦克风设备的特征在于权利要求1的特征。本发明的信号处理设备的特征如权利要求18中所规定。
[0004]本发明受由若干麦克风构成的现有设备启发，其中该麦克风的信号被组合(麦克风阵列)。它们通常意在增加相对于一个麦克风的方向性。方向性是指放大从期望方向(主方向)记录的声音，而衰减从其他方向记录的声音。在必要时，可能存在若干期望方向。这样的设备的方向性基于声音的行进时间，行进时间造成了个体麦克风信号之间的方向相关的相位差。这些信号的组合通常受到求和(可能被加权)的影响。但是因为相位差也是频率相关的，所以得到的方向性成为频率相关的，这是不利的，因为这导致常规麦克风阵列仅仅以一窄频率范围结束，在该窄频率范围中它们的方向特性最优。在该频率范围之外，方向性较差，这可作为减小的方向性指标测量，并且由下述事实来反映:在主方向之外，频率响应与主方向中是不同的，特别是不平坦的。
[0005]本发明介绍了一种技术，通过该技术，根据麦克风信号初始生成虚拟麦克风信号，并且然后混合该虚拟麦克风信号。如果虚构麦克风位于实际麦克风位置之外，则虚拟麦克风信号对应于这样的信号:该信号如同来自虚构麦克风。根据实际麦克风位置外推或内插虚拟位置。以该方式，实现了如同麦克风阵列正在变小(内插时)或正在变大(外推时)的效果。位置的内插或外推对应于麦克风信号的内插或外推，并且因此是可控制的。根据本发明，当生成虚拟麦克风信号时，根据频率来控制内插或外推，以使该虚拟位置与频率相关的。结果，麦克风阵列的方向性的频率相关性也可以按需要被修改，并且在增加的频率范围上，可以例如按照使得方向特性保持大部分恒定的方式来优化方向特性。
【附图说明】
[0006]现在将通过一些示例性实施例参考附图来描述本发明，在附图中，
图1示出了根据本发明的麦克风设备的第一实施例，
图2a、图2b和图2c示出了指示图1的麦克风设备中的作为频率f的函数的乘法因子g[f]的表现的三条曲线，
图3a和图3b示出了图1的已知麦克风设备的一些方向特性， 图4示出了根据本发明的麦克风设备的第二实施例，
图5a、图5b和图5c示出了指示图4的麦克风设备中的作为频率f的函数的乘法因子g[f]的表现的三条曲线，
图6a和图6b示出了已知麦克风设备和图4的麦克风设备的一些方向特性，
图7示出了根据本发明的麦克风设备的第三实施例，
图8示出了根据图7的麦克风设备的麦克风的位置，
图9示出了根据本发明的麦克风设备的第四实施例，以及图10示出了根据图9的麦克风设备的麦克风的位置。
【具体实施方式】
[0007]图1不出了根据本发明的麦克风设备的第一实施例。麦克风设备具备两个麦克风100、102以及信号处理设备105，信号处理设备105用于从两个麦克风100和102的麦克风信号得到虚拟麦克风信号。信号处理设备105具有第一和第二输入108和109，用于分别接收两个麦克风100和102的麦克风信号。第一和第二乘法电路110、111具有信号输入、控制输入和信号输出，信号输入分别与信号处理设备的第一和第二输入108、109耦合，控制输入用于分别接收相应的第一和第二控制信号。信号处理设备105还包括用于生成第一和第二控制信号的控制信号生成器112。用于功率校正求和的设备114具有第一和第二输入以及输出，该第一和第二输入分别与第一和第二乘法电路110、111的输出親合。设备114针对在其第一和第二输入处提供的信号的功率校正求和被配置，并且被配置用于向输出提供功率校正求和的整体信号。
[0008]如这里理解的，从文献中得知功率校正求和设备。在这方面，应当参考W02011/057922A1以及同一申请人的在先提交但尚未公布的PCT/EP2012/069799，具体地参考图2、图6和图7的描述，因此认为它们通过引用合并于此。
[0009]信号组合设备116具有第一输入117、第二输入118和输出119，第一输入117与功率校正求和设备114的输出耦合，第二输入118与至少两个麦克风中的一个(在该情况下为麦克风102)耦合，输出119与信号组合设备116的输出120耦合。
[0010]第一乘法电路110被配置为:在控制信号生成器112的第一控制信号的影响下，使在其输入处的信号乘以乘法因子A.(l_g)1/2。第二乘法电路111被配置为:在控制信号生成器112的第二控制信号的影响下，使在其输入处的信号乘以乘法因子B.g1/2。根据本发明，g是频率相关的，并且由此指示为g[f]，并且A和B是恒定值，其绝对值优选地等于I。此外，A=B或A=-B适用。
[0011]图2a示出了乘法因子g[f]的频率相关表现可能看上去的情况。在该实施例中，A=-B适用。
[0012]在图2a中，在第一频率值&和第二频率值f ^之间的乘法因子g[f]示出了随着频率的增加而不断减小的值f2。在频率值4以下，g[f]是恒定值V，优选地等于I。在第一频率值fo以上，g[f]进而是恒定的，优选地等于零。在fjPfo之间的频率范围中，g[f]随着频率增加而连续减小。
[0013]现在将参考图3a来具体解释在图2a中所示的g[f]的表现的情况下图1中所示的麦克风设备的操作的模式。图3a示出了如图1中所示的具有两个麦克风的麦克风设备的方向特性，两个麦克风以彼此相距距离D被布置，并且它们的输出信号被直接相加在一起。对于低频率，方向特性如由311所示，即球形。为了增加频率，方向特性如由方向特性312、313和314所指示的那样进行改变。这里，假定方向特性313是期望的方向特性，因为麦克风设备的方向性处于其最高处。方向性被定义为主方向上的灵敏度与所有方向上的麦克风设备的平均灵敏度的比率。球形特性311对于来自主方向之外的方向的声音过于敏感，并且这也适用于方向特性314。最佳方向特性发生所处的频率&取决于距离D，如下:f0 = C / (2.D)
其中C是声速。
[0014]本发明的目的是针对增加的频率范围保持该最佳方向特性313恒定。这是通过以下方式实现的:电路部分110、111和114中的信号处理在设备114的输出处产生虚拟麦克风Mv的虚拟麦克风信号，该麦克风位于两个麦克风100和102之间(由此麦克风信号的内插由电路部分110、111和114来执行)或者位于两个麦克风100和102外侧(由此麦克风信号的外推由电路部分110、111和114来执行)。结果，虚拟麦克风的虚拟麦克风信号(存在于设备114的输出处)和麦克风102的麦克风信号在信号组合设备116中被组合，以用于在输出120处得到输出信号。虚拟麦克风和麦克风102之间的距离对于内插小于麦克风100和102之间