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近场零位与波束成形制造技术

技术编号:10402213 阅读:143 留言:0更新日期:2014-09-10 12:06
本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】近场零位与波束成形相关专利申请的交叉引用本专利申请是于2011年12月6日提交的并且标题为“Near-FieldNullandBeamforming;”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。
本专利技术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。
技术介绍
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。另外,由于一个或多个扬声器接近麦克风,因此来自扬声器的辐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。
技术实现思路
本专利技术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。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:其中S为声音信号,并且其中θ为波的法线与阵列的轴线所夹的入射角,k为波数,并且d为第一麦克风与第二麦克风之间的距离。尽管公开了多个实施例,但是通过以下具体实施方式,本专利技术的其他实施例对于本领域的技术人员将变得显而易见。如将认识到,可对所述实施例在各个方面进行修改,其均不脱离所述实施例的实质和范围。因此,附图和具体实施方式应被视为实质上是示例性的,而不是限制性的。附图说明图1示出了具有配置有声音近场零位的麦克风阵列的示例性电子设备。图2A示出了图1的设备的麦克风阵列,其中扬声器位于与阵列同轴的声音近场中。图2B示出了图1的设备的麦克风阵列,其中扬声器位于相对于阵列处于非轴向位置的声音近场中。图3示出了当图2中所示的扬声器被驱动时阵列中的麦克风的示例性输出信号。图4示出了滤波后图3的信号之一的修正形式。图5示出了具有近场零位和远场全向灵敏度的示例性声音灵敏度图案。图6示出了被配置为提供选择性声音灵敏度图案的可供选择的麦克风阵列。图7示出了示例性声音灵敏度图案。图8示出了另一个示例性声音灵敏度图案。图9示出了具有三个麦克风的麦克风阵列。图10示出了在大约60和90度处具有零位的另一个声音灵敏度图案。图11示出了具有五个麦克风并提供至少三个声音零位区域的麦克风阵列。具体实施方式为了减少或消除某些电子设备中的麦克风-扬声器回波耦合,可在近场中实施波束成形技术以便在扬声器的位置处创建声音零位。具体地,可应用多个麦克风以形成阵列,来自该阵列的信号可按一定方式处理,使得来自扬声器的声音得以降低或消除。在一个实施例中,例如可使用两个麦克风来形成麦克风阵列。麦克风阵列可与扬声器同轴。另外,在一些实施例中,阵列可与用户同轴。阵列中的麦克风之一的位置可比另一个麦克风更靠近扬声器。由于近场效应,在该麦克风处的声压级可比距扬声器更远的麦克风的声压级显著更大,原因在于声压和距所述源的距离之间成反比关系。可将具有相对于频率的量值和相位的复向量应用于最近的麦克风,以帮助均衡由麦克风所输出的信号,并在组合麦克风信号时有效地减少或消除麦克风-扬声器回波耦合。在一些实施例中,复补偿向量的结果是麦克风阵列在近场中形成心形灵敏度图案。心形灵敏度图案包括近场源,诸如扬声器的声音零位。相比之下,该向量还导致在讲话者可能所处的远场中,麦克风阵列作为全向麦克风运行。因此,该向量导致从扬声器发出的声音被抑制,同时实现对本地讲话者的高灵敏度。在其他实施例中,可在麦克风阵列中应用附加的麦克风。这些附加的麦克风可允许可包括多个声音零位的二阶、三阶、四阶和五阶灵敏度图案。例如,在一些实施例中,可在阵列中应用三个麦克风,并且可形成包括如下两个声音零位的声音灵敏度图案:扬声器的声音零位和第二噪声源(诸如系统风扇等)的声音零位。在其他实施例中,声音零位的布置可以是动态的并随所确定的噪声源位置的变化而变化。参见图1,示出了示例性电子设备100。电子设备100在图1中为笔记本电脑。然而,应当理解,电子设备100仅作为例子呈现,并且本文所述的技术可实施为包括蜂窝电话、智能电话、媒体播放器、台式计算机、电视机、照相机等等的各种不同电子设备。电子设备100包括显示器102、照相机106、扬声器108和麦克风阵列110。电子设备100可配置为提供音频和视频回放,以及音频和视频录制。通常可通过扬声器108提供音频回放。可通过设备100提供包括基于音频的电话呼叫和视频呼叫在内的远程通信功能性。由于麦克风阵列110位于扬声器108的近侧,因此使用设备100提供此类服务会遇到前述关于信噪比(SNR)和麦克风-扬声器回波耦合的问题。转到图2A,麦克风阵列110被示出为邻近扬声器108。扬声器108可由扬声器驱动器112驱动,所述扬声器驱动器可从设备100的系统接收音频信号。麦克风阵列110可耦接至音频处理114,所述音频处理可配置为处理来自麦克风阵列110中的麦克风的信号,并将信号提供给设备100的系统。音频处理114可包括用于处理从麦克风阵列110接收的信号的处理器、滤波器、数字信号处理软件、存储器等等。可提供放大器116以在处理信号之前放大从麦克风阵列110接收的信号。应当理解,模数转换器(未示出)也可结合放大器116一起使用,使得可将数字信号提供给音频处理114。如将在下文更详细讨论,麦克风阵列110中的至少一个所述麦克风可耦接至复向量滤波器118。另外,至少一个所述麦克风可耦接至另一个滤波器119。通常,麦克风阵列110可包括可与扬声器108同轴的两个麦克风。但应当理解,在其他实施例中,扬声器108可不与阵列110同轴。另外,在一些实施例中,麦克风阵列110可与用户的预期位置大致同轴。这两个麦克风可定位成彼此隔开距离“d”。在一些实施例中,距离d可介于10-40mm之间,诸如大约20mm。在其他实施例中,麦克风之间的距离d可更大或更小。如图所示,阵列110中的第一麦克风120可位于与第二麦克风122相比离扬声器108更远的位置。第一麦克风120离扬声器108的距离和第二麦克风122离扬声器108的距离之间的差值导致第一麦克风本文档来自技高网...
近场零位与波束成形

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.06 US 13/312,498;2012.01.04 US 13/343,4301.一种电子设备,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;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;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通过调整所述复向量滤波器或所述乘法器电路的值来形成所述阵列的所述声音灵敏度图案。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。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。5.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。6.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。7.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:其...

【专利技术属性】
技术研发人员:R·N·艾萨克M·E·约翰逊
申请(专利权)人:苹果公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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