专利名称：阵列麦克风制作方法与麦克风分类系统的制作方法
技术领域：
本发明有关于阵列麦克风(array micr叩hone)，特别有关于阵列麦克风 内多个麦克风组件之间的信号延迟。
背景技术：
阵列麦克风包括呈阵列排列的多个麦克风。图1所示的框图显示装置 100，其中包括阵列麦克风110。声音行进至阵列麦克风110后，由麦克风组 件102、 103各自接收且产生声音信号S，、 Sr。由于麦克风组件102与103 的位置不同，声音行进至麦克风组件102与103的相位不同，此相位差导致
声音信号Sp sr间存在相位差。声音信号s,、 sr经放大、模拟-数字转换后
成为声音信号S3、 S3，。基于声音信号S3、 S3，之间的相位差，数字信号处理器 108产生声音信号S4反映出特定方向的声音成分。
声音信号s,、 sr因阵列麦克风iio的麦克风排列所导致的相位差将决定
声音信号S4的合成。声音信号Sp S,，之间的相位差必须忠实地反映麦克风 102与103所接收的声音的相位差。然而，麦克风102、 103可能以不同的延
迟产生声音信号s,、 sr;如此一来，声音信号s,、 sr之间的相位差将不仅显
现麦克风102、 103位置上的差异、更反映麦克风102、 103本身的延迟差异 (以下称之为本身延迟相位差)。因此，合成信号S4将无法正确反映出该特 定方向的声音成分。
本发明因而公开阵列麦克风制作方法，可显著降低阵列麦克风中多个麦 克风之间的本身延迟相位差。
发明内容
本发明提供阵列麦克风的制作方法。首先，测量多个麦克风的信号延迟。 接着，根据上述信号延迟将该多个麦克风分为多个种类。接着，组装多个阵 列麦克风，其中，同一个阵列麦克风由同一种类的麦克风组装而成。
本发明进一步提供麦克风分类系统。以实施方式为例，该系统包括前置
5喇叭、声卡以及计算机。该前置嘲叭负责在测试中麦克风与参考用麦克风的
前方播放前置声音，其中该测试中麦克风选自该多个麦克风。该声卡将上述
测试中麦克风与参考用麦克风所接收的上述前置声音分别纪录为测试信号以 及参考信号。计算机计算上述测试信号与参考信号之间的信号延迟，并且根
据该信号延迟将该测试中麦克风分类为多个种类的其中一类。
以下以实施方式配合附图详细说明本发明内容。
图1是示出显示其中包括阵列麦克风110的装置100的框图； 图2是公开本发明阵列麦克风制作方法的一种实施方式的流程图； 图3A是图解麦克风分类系统300的框图； 图3B是图解麦克风分类系统350的另 一框图； 图4图解本发明的计算机所采用的软件架构； 图5提供显示本发明的分类多个麦克风的一种方法的流程图； 图6是显示本发明一种麦克风分类方法的流程图；以及 图7A到图7E是显示不同测试的相关数据的表格，其中所举的实施例仅 考虑第 一子频道SB,与第二子频道SB2的延迟范围。
主要组件符号说明
100 装置；
110~阵列麦克风；
104、 105 偏压电^各；
108 数字信号处理器；
300 麦克风分类系统；
304 声卡；
308 切换器；
320 无回音室；
324 侧置喇叭；
334 测试中麦克风；
350 麦克风分类系统；
354 声卡；
102、 103~麦克风；
106、 107 模拟数字转换器;
302 计算机；
306 放大器；
310 能量位移电路；
322 前置喇口八；
332 参考用麦克风；
352 计算机； 356 放大器；360 能量位移电路; 372 喇叭； 384 测试中麦克风; 400 软件； 404 低阶软件； 414 校正单元；
370 驻波管； 382 参考用麦克风;
402 高阶软件； 412 系统配置单元； 416~声卡设定单元； 418 麦克风分类工具；422 麦克风测试库； 424 算法库； 426 声卡控制库； 500、 600 麦克风分类方法； d,、 d广距离标示；以及
S" Sr、 S2、 S2，、 S3、 S3，、 S广声音信号；以及 SA、 Sb、 Sc、 Sd 声贵。
具体实施例方式
以下列举本发明的多个实施方式，所述内容并非用来限制本发明的范围，
而是用来帮助了解本发明。关于本发明所保护的范围请参阅权利要求。
图2是^^开本发明的阵列麦克风制作方法的一种实施方式的流程图。流 程图所示方法200有效降低阵列麦克风的多个麦克风组件之间的本身延迟相 位差。步骤202首先测量多个麦克风的信号延迟。上述麦克风可为全向式 (omni-directional)麦克风。接着，步骤204根据该多个麦克风的信号延迟将 该多个麦克风组件分为多个种类。例如，将拥有近似信号延迟的麦克风分为 同一种类；因此，在分类完成之后，同一种类的麦克风存在近似的信号延迟。 在制作阵列麦克风时，则先进行步骤206,自某一种类选取多个麦克风组件， 接着进行步骤208，将选取的麦克风组件组装成一个阵列麦克风。组装出的 阵列麦克风因为其中麦克风组件属于同一种类(即，存在近似信号延迟)，所 以其中麦克风存在极小的本身延迟相位差。步骤210将判断是否所有的麦克 风都被取用。如果还有可用的麦克风组件，则可重复步骤206与208制作出 其它的阵列麦克风。
图3A显示一框图，其中包括系统300,用以分类麦克风。系统300包括 计算机302、声卡304、放大器306、切换器308、能量位移电路310、以及 无回音室(anechoic chamber) 320。无回音室320中包括前置喇叭322、侧置喇叭324、参考用麦克风332、以及测试中麦克风334。将前置喇叭322以相 同距离d,配置在参考用麦克风332与测试中麦克风334之前。距离山可为 20cm。参考用麦克风332与麦克风组件334之间的距离4可为10.5mm。将 侧置喇叭324安装在参考用麦克风332与测试中麦克风334的侧边。侧置喇 叭324与参考用麦克风332、测试中麦克风334的距离也可被设计为山。
系统300的核心为计算机302，负责控制声卡304与切换器308。能量位 移电路310提供上述两个麦克风332与334的操作电压。麦克风332与334 耦接至声卡304的两个接收通道；声卡304可将参考用麦克风332与测试中 麦克风334所收集到的声音信号Sa与Sb。此外，声卡304可进一步提供声音 信号。放大器306放大该声音信号后，计算机302控制切换器308将放大的 声音信号传递至前置喇叭322、或侧置喇叭324，使得前置喇叭322在麦克风 332与334之前播放声音信号Sc(前置声音)、或使得侧置喇叭324在麦克风 332与334側面播放声音信号Sd (侧置声音)。图3B以另一框解麦克风 分类系统350。系统350与系统300部分类似，主要不同在于系统350以 驻波管(standing wave pipe )370取代图3A的系统300所使用的无回音室320, 且系统350仅具有放置在麦克风前方的喇叭372而无侧置喇叭。配合上述改 变，系统350不需系统300所使用的切换器308。图中其它组件作用则与图 3A中类似。
图4图解图3A的计算机302所采用的软件架构。计算机302所采用的 软件400包括高阶软件(high level software) 402与低阶软件(low level software ) 404。高阶软件402包括系统配置(system configuration )单元412、 校正单元414、声卡设定(sound card setting)单元416、以及麦克风分类工 具418。低阶软件404包括麦克风测试库422、算法库(algorithm library ) 424、 以及声卡控制库426。系统300中的声卡304可有多个选4奪，由系统配置单 元412选择其中之一作为声音纪录所用、且选择其中之一作为声音播放所用。 校正单元414负责开机校正。声卡设定单元416存储声卡设定。麦克风分类 工具418经由低阶软件404将测试中麦克风334分类为上述多个种类中的某 一种类。麦克风分类工具418进一步提供使用者接口，用以显示分类结果。
图5提供一流程图，内容为本发明的分类多个麦克风的方法500。系统 300可依照方法500将多个麦克风分成多个种类。方法500包括校正级532、 测量级534、与分类级536。校正级532包括步骤502与504。测量级534包括步骤505到512。分类级536包括步骤514。步骤502中，计算机302校正 前置喇叭322与侧置喇叭324的音量至标准音量。由于测试中麦克风334与 参考用麦克风332分别连接至声卡304的两条接收通道，步骤504中，计算 机302校正声卡304两条接收信道之间的信号延迟差，以避免两条接收信道 的信号延迟差影响后续分类动作。
步骤505中，使用者自多个麦克风中选择一个作为测试中麦克风334, 并将其根据图3A所示的安装于图3A的无回音室320。步骤506中，计算机 302控制声卡304产生声音信号Sc，作为前置声音由前置喇。八322播放。参 考用麦克风332与测试中麦克风334分別接收前置声音，且产生声音信号SA、 Sb。步骤506中，声卡304分別将纪录声音信号SA、 SB纪录为第一参考信号 与第一测试信号，并传递至计算机302。步骤508中，计算机302接着计算 第 一测试信号与第 一参考信号之间的第 一信号延迟。上述技术找出测试中麦 克风334的信号延迟。
在一种实施方式中，计算机302基于子频带分析计算出关于测试中麦克 风334的上述第一信号延迟。计算机302首先以一组滤波器过滤该第一测试 信号以得到其中的多个子频道成分；该组滤波器具有不重叠的通带。该组滤 波器的通带可包括第一子频带SB,(可包括频带120 500Hz)、第二子频带SB2 (可包括频带500~1800Hz )、第三子频带SB3 (可包括频带l訓Hz 4kHz )、 以及第四子频带SB4 (可包括频带4kHz 8kHz )。计算机302可以同 一组滤波 器对上述第一参考信号进行滤波，以得到该第一参考信号的多个子频道成分。 接着，将上述第一测试信号的该多个子频道成分与上述参考信号的该多个子 频道成分进行比较，以对应于上述子频道SB!、 SB2、 SB3与SB4得到一组子 频道延迟D!、 D2、 D3、 D4。
步骤510中，计算机302接着控制声卡304产生声音信号SD，作为侧置 声音由侧置喇叭324播放。参考用麦克风332与测试中麦克风334因而分别 产生声音信号SA与Se。声卡304接着纪录声音信号SA与Sb,使其分别成为 第二参考信号与第二测试信号，且将其传送至计算机302。接着进入步骤512, 计算机302计算第二测试信号与第二参考信号之间的第二信号延迟。计算机 302可基于子频道分析计算该第二信号延迟。也可计算而得到对应于上述子 频道SBi、 SB2、 SB3与SB4的另一组子频道延迟D,'、 D2，、 D^与D4，。
接着进入步骤514，第一或第二信号延迟计算完毕后，计算机302将根据第一或第二信号延迟将测试中麦克风334分类为多个种类的其中一个种类。每一种类可对应一延迟范围。计算机302将测量到的信号延迟与该多个 种类的延迟范围比较。当测量的信号延迟符合这些种类内某一种类的延迟范 围时，可判定测量中麦克风334属于该种类。接着，选择另一个麦克风作为 测试中麦克风334，重复上述分类步骤，直到所有麦克风分类完毕(根据判 断516决定)。因此，所有麦克风都^L分类，以供组成阵列麦克风使用(如方 法200的步骤206与208)。在本发明一种实施方式中，上述第一信号延迟包括对应于子频道SB,、 SB2、 SB3与SB4的一组子频道延迟D,、 D2、 D3、 D4，上述第二信号延迟包括 对应于子频道SB，、 SB2、 SB3与SB4的一组子频道延迟Dr、 D2，、 D 与D4，。 计算机302可根据子频道延迟D,、 D2、 D3、 D4或D!'、 D2，、 D/与D4，将测试 中麦克风334分类；图6以流程图显示一方法600。步骤602与604分别if又 得第一子频道延迟D,、 D2、 D3、 D4与第二子频道延迟Dr、 D2，、 D3，与D4，。 步骤606中，计算机302将第一子频道延迟D,、 D2、 D3、 D4与第一临界范围 比较，如果其中有第一子频道延迟超过该第一临界范围则执行步骤622，将 测试中麦克风334标注为不适用，使其不被用来组成阵列麦克风。此外，可 进一步经步骤608，以计算机302比较第二子频道延迟D,'、 D2，、 D 与D4， 与第二临界范围，如果其中有第二子频道延迟超过该第二临界范围，则进入 步骤622，将测试中麦克风334标注为不适用，使其不被用来组成阵列麦克 风。计算机302接着将子频道延迟D,、 D2、 D3、 D4或Dr、 D2，、 D 与D4， 与该多个种类的延迟范围比较。图7A到图7E以表格显示不同测试的相关数 据，其中所举的实施例仅考虑第 一子频道SB,与第二子频道SB2的延迟范围， 所以仅比较子频道延迟与D2。延迟范围所采用的单位为采样周期。参考 图7B，麦克风被分为四个种类A、 B、 C、 D。依照步骤610，计算机302将 测量到的子频道延迟D,与D2与种类A的第一子频道SB,与第二子频道SB2 的延迟范围比较。关于种类A，第一子频道SB,所采用的延迟范围为 (-0.2， 0.1)，第二子频道SB2采用的延迟范围为(-0.1， 0)。如果子频道延迟D, 位于延迟范围(-0.2， 0.1)、且子频道延迟D2位于延迟范围(-0.1， 0),则进入步 骤612，判定测试中麦克风334属于种类A;反之，则继续将子频道延迟D, 与D2与其它种类的相关延迟范围比较，直至找到符合的种类为止。最后，分类的结果可由计算机302显示在屏幕上供使用者参考。本发明进一步公开了阵列麦克风制作方式。首先，测量多个麦克风的信 号延迟。接着，根据测量到的信号延迟，将该多个麦克风分类为多个种类， 令同一种类的麦克风具有相似的信号延迟。然后，制作多个阵列麦克风，其 中同一阵列麦克风由同一种类的麦克风组装而成。如此一来，阵列麦克风的 多个麦克风之间的延迟差异或相位差异将有效降低，大幅改善阵列麦克风的功效。以上说明书^l述仅列举本发明的某些实施方式，并非用来限定本发明的改良都在本发明的技术范围内。权利要求并非仅限定于说明书实施例的内容， 更包括本技术一般技术人员依照其叙述所能想象到的任何变形。
权利要求
1.一种阵列麦克风制作方法，包括测量多个麦克风的信号延迟；根据所述多个麦克风的信号延迟，将所述多个麦克风分类为多个种类；以及利用所述多个麦克风制作多个阵列麦克风，其中，同一阵列麦克风由同一种类的所述麦克风组装而成。
2. 如权利要求l所述的方法，其中，所述测量步骤包括 自所述多个麦克风选择一个麦克风作为测试中麦克风； 在所述测试中麦克风与参考用麦克风的前方播放前置声音； 将所述测试中麦克风接收到的所述前置声音纪录为测试信号，并将所述参考用麦克风接收到的所述前置声音纪录为参考信号；以及 计算所述测试信号与所述参考信号之间的信号延迟。
3. 如权利要求2所述的方法，其中，所述计算信号延迟的步骤包括 针对多个子频道，自所述测试信号撷取多个第一子频道成分； 针对所述多个子频道，自所述参考信号撷取多个第二子频道成分； 比较所述多个第一子频道成分与所述多个第二子频道成分，以得到所述多个第 一子频道成分与所述多个第二子频道成分之间的 一组子频道延迟。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述撷取第一、第二子频道成分的 步骤包括以多个滤波器对所述观'J试信号进行滤波以获得所述多个第 一 子频道成 分；以及以所述多个滤波器对所述参考信号进行滤波以获得所述第二子频道成分，其中，所述多个滤波器的通带彼此不重叠。
5. 如权利要求2所述的方法，其中，所述测量信号延迟的步骤进一步包括在所述测试中麦克风与参考用麦克风的侧边播放侧置声音； 将所述测试中麦克风接收到的所述侧置声音纪录为第二测试信号，并将 所述参考用麦克风接收到的所述侧置声音纪录为第二参考信号；以及计算所述第二测试信号与所述第二参考信号之间的第二信号延迟。
6. 如权利要求2所述的方法，其中，所述分类所述多个麦克风的步骤包括将测试中麦克风的信号延迟与所述多个种类的延迟范围进行比较； 在所述测试中麦克风的信号延迟符合所述多个种类中特定种类的延迟范 围时，将所述测试中麦克风归类为所述特定种类。
7. 如权利要求2所述的方法，其中，所述麦克风分类步骤进一步包括 在所述信号延迟超过第 一邻界范围时标示所述测试中麦克风为不可用。
8. 如权利要求5所述的方法，其中，所述麦克风分类步骤进一步包括 在所述第二信号延迟超过第二邻界范围时标示所述测试中麦克风为不可用。
9. 如权利要求3所述的方法，其中，所述麦克风分类步骤包括 将所述组子频道延迟与所述多个种类各自的多个延迟范围进行比较； 在所述组子频道延迟位于所述多个种类中特定种类的所述延迟范围内时，将所述测试中麦克风归类为所述特定种类。
10. 如权利要求l所述的方法，其中，所述多个麦克风为全向式麦克风。
11. 一种麦克风分类系统，包括前置喇p八，在测试中麦克风与参考用麦克风前方播放前置声音，所述测 试中麦克风选自待分类的多个麦克风；声卡，将所述测试中麦克风与所述参考用麦克风所接收的所述前置声音 分别纪录为测试信号以及参考信号；计算机，计算所述测试信号与所述参考信号之间的信号延迟，且根据所 述信号延迟将所述测试中麦克风分类为多个种类的其中一个种类。
12. 如权利要求11所述的系统，其中，所述测试中麦克风由所述多个麦 克风轮流实现，直至所述多个麦克风距所述参考麦克风的信号延迟都被收集， 收集到的所述信号延迟被用来将所述多个麦克风分类成所述多个种类，以组 装多个阵列麦克风，其中，同一所述阵列麦克风由同一种类的所述麦克风组 成。
13. 如权利要求11所述的系统，其中，所述计算机关于多个子频道自所 述测试信号撷取多个第一子频道成分、且自所述参考信号撷取多个第二子频 道成分，并且比较所述第一、第二子频道成分以获得所述第一、第二子频道 成分之间的一组子频道延迟，从而计算所述测试中麦克风的所述信号延迟。
14. 如权利要求13所述的系统，其中，所述计算机以多个滤波器对所述 测试信号进行滤波以得到所述多个第一子频道成分，且以所述多个滤波器对 所述参考信号进行滤波以得到所述多个第二子频道成分，所述多个滤波器采 用不重叠的通带。
15. 如权利要求11所述的系统，进一步包括侧置喇叭，用以在所述测试中麦克风与参考用麦克风的侧边播放侧置声音，所述声卡将所述测试中麦克 风与参考用麦克风所接收的所述侧置声音分别纪录为第二测试信号与第二参考信号，且所述计算机计算所述第二测试信号与第二参考信号之间的第二信 号延迟。
16. 如权利要求11所述的系统，其中，所述计算机将所述信号延迟与所 述多个种类的延迟范围比较，并在所述信号延迟符合所述多个种类中特定种 类的延迟范围时，判定所述测试中麦克风属于所述特定种类。
17. 如权利要求11所述的系统，其中，所述计算机在所述信号延迟超过 第一临界范围时标示所述测试中麦克风为不可用。
18. 如权利要求15所述的系统，其中，所述计算机在所述第二信号延迟 超过第二临界范围时标示所述测试中麦克风为不可用。
19. 如权利要求13所述的系统，其中，所述计算机将所述组子频道延迟 与所述多个范围各自对应的多个延迟范围比较，在所述多个子频道延迟符合 所述多个种类的特定种类的所述多个延迟范围时将所述测试中麦克风分类为 所述特定种类。
20. 如权利要求12所述的系统，其中，所述麦克风为全向式麦克风。
全文摘要
本发明提供制作阵列麦克风的方法。首先，测量多个麦克风的信号延迟；接着，根据上述信号延迟将该多个麦克风分为多个种类；然后，制作多个阵列麦克风，其中同一阵列麦克风由同一种类的麦克风组装而成。
文档编号H04R1/20GK101583071SQ20091013904
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月15日
发明者捷 余, 波 张, 陈莉莉 申请人:美商富迪科技股份有限公司