具有改进方向性的二维麦克风阵列制造技术

实施例包含一种阵列麦克风，其包括多个麦克风组，所述多个麦克风组以相对于第一轴的线性模式布置并且经配置以覆盖多个频带。每一麦克风组包括沿所述第一轴布置的第一麦克风及沿与所述第一麦克风正交的第二轴布置的第二麦克风，其中邻近麦克风之间沿所述第一轴的距离从由第一值的整数倍组成的第一群组选择，并且在每一元件内，所述第一麦克风与所述第二麦克风之间沿所述第二轴的距离从由第二值的整数倍组成的第二群组选择。数倍组成的第二群组选择。数倍组成的第二群组选择。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进方向性的二维麦克风阵列
[0001]交叉参考
[0002]本申请案主张2019年8月23日申请的第62/891,088号美国临时申请案的优先权，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。


[0003]本申请案大体上涉及一种阵列麦克风。特定来说，本申请案涉及一种经配置以提供改进频率相关方向性的线性阵列麦克风。

技术介绍

[0004]会议环境(例如会议室、董事会会议室、视频会议应用程序及类似者)可涉及使用一或多个麦克风从环境中活动的各种音频源捕获声音。举例来说，此类音频源可包含室内人类讲话者。所捕获声音可通过扬声器传播到环境中的本地观众，及/或传播到远离环境的其它人(例如，经由电视广播及/或网络广播、电话等)。
[0005]所使用的麦克风类型及其在特定会议环境中的放置可取决于音频源的位置、物理空间要求、美学、房间布局及/或其它考虑因素。举例来说，在一些环境中，麦克风可放置在靠近音频源的桌子或讲台上。举例来说，在其它环境中，麦克风可安装在头顶以捕获来自整个房间的声音。在又其它环境中，麦克风可安装到面向音频源的墙壁，例如在会议桌附近。
[0006]因此，麦克风可具有多种大小、形状因子、安装选项及接线选项以满足给定应用的需要。此外，不同麦克风可经设计以产生不同极性响应模式，包含例如全向、心形、子心形、超级心形、超心形及双向。为特定麦克风(或其中包含的麦克风盒)选择的极性模式可能取决于例如音频源所处的位置、排除非所要噪声的期望及/或其它考虑因素。
[0007]传统麦克风(例如，动态、晶体、电容式/电容器(外部偏置及驻极体)、边界、按钮等)通常具有固定极性模式及很少的可手动选择设置。为在会议环境中捕获声音，一次使用若干传统麦克风或麦克风盒来捕获环境内的多个音频源(例如，坐在桌子不同侧的人类讲话者)。然而，传统麦克风往往也捕获非所要音频，例如房间噪声、回声及其它不期望音频元素。许多麦克风的使用加剧了对这些非所要噪声的捕获。此外，虽然多个盒的使用也允许形成各种独立极性模式，但实现不同极性模式所需的音频信号处理及电路系统可能复杂且耗时。另外，由于频率响应不规则性以及盒内及盒之间的干扰及反射，传统麦克风可能无法均匀地形成所需极性模式且可能无法理想地捕获声音。
[0008]与传统麦克风相比，阵列麦克风提供若干益处。阵列麦克风由以特定模式或几何形状(例如，线性、圆形等)对准以作为单个麦克风装置操作的多个麦克风元件组成。阵列麦克风可具有不同配置及频率响应，这取决于麦克风相对于彼此的放置以及声波的到达方向。举例来说，线性阵列麦克风由沿单个轴相对靠近地定位在一起的麦克风元件组成。阵列麦克风的一个益处是能够提供可指引覆盖或拾取模式，其允许阵列中的麦克风聚焦于所需音频源并拒斥非所要声音，例如房间噪声。指引音频拾取模式的能力还允许不太精确的麦克风放置，这使得阵列麦克风更易于摆弄。此外，阵列麦克风提供用单个阵列或单元拾取多
个音频源的能力，这同样归因于指引拾取模式的能力。尽管如此，由传统麦克风组成的现有阵列仍具有某些缺点，包含与传统麦克风相比相对较大的形状因子，以及通常限制环境中的放置选项的固定总体大小。
[0009]微机电系统(“MEMS”)麦克风，或以MEMS元件为核心换能器的麦克风由于其小的封装大小(例如，允许总体较低轮廓装置)及高性能特性(例如，高信噪比(“SNR”)、低功耗、良好灵敏度等)而变得越来越受欢迎。另外，MEMS麦克风通常更容易组装，并且成本比许多现有边界麦克风中的驻极体或电容式麦克风盒更低。然而，归因于MEMS麦克风封装的物理约束，常规MEMS麦克风的极性模式固有地是全向的，这意味着无论麦克风的定向如何，麦克风对来自任何及所有方向的声音都同样灵敏。这可能不太理想，尤其对于会议环境来说。
[0010]使用MEMS麦克风获得定向性的一种现有解决方案包含以阵列配置放置多个麦克风，并应用适当波束成形技术(例如，信号处理)以产生所需定向响应，或者是对来自一或多个特定方向的声音比对来自其它方向的声音更灵敏的波束模式。举例来说，边射线性阵列包含垂直于优选声音到达方向布置的一排MEMS麦克风。延迟及和波束成形器可用于组合来自各种麦克风元件的信号以便实现期望拾取模式。在一些边射阵列中，麦克风元件围绕中心点成对嵌套放置并且可彼此间隔开一定预定距离以覆盖各种频率。
[0011]举例来说，与传统阵列麦克风相比，由MEMS麦克风组成的线性或一维阵列麦克风可以更小、更薄的形状因子提供更高性能，并且具有更低复杂性及成本。此外，由于MEMS麦克风的全向性，此类线性阵列通常沿阵列的轴具有任意方向性。然而，此类线性阵列也有波瓣或声音拾取模式，其围绕阵列的轴对称，在所有其它维度上具有相等灵敏度，因此导致非所要噪声拾取。
[0012]因此，解决这些问题的阵列麦克风迎来了机会。更特定来说，需要具有改进频率相关方向性(特别是在对可懂度很重要的音频频率中)以及在给定环境内拒斥非所要声音及反射以便提供适合会议应用的完整的、听起来自然的语音拾取的能力的薄的、低轮廓、高性能阵列麦克风。

技术实现思路

[0013]本专利技术希望通过提供一种阵列麦克风及麦克风系统来解决上述及其它问题，所述阵列麦克风及麦克风系统经设计以尤其(1)提供一维形状因子，其对于大多数(如果不是全部的话)频率在常规上在所有方向上具有相等灵敏度的维度上具有添加的方向性；(2)通过沿第一轴放置一行第一麦克风，且对于每一第一麦克风，沿与第一麦克风正交的第二轴放置一或多个额外麦克风以便形成多个麦克风组，且通过配置每一麦克风组以覆盖一维阵列麦克风的期望倍频程中的一或的多者来实现添加的方向性；(3)提供音频输出，其利用基于由阵列中的麦克风捕获的声波的到达方向选择的波束成形模式，所选择波束成形模式提供增加的后拒斥及指引控制；及(4)具有适合会议环境的高性能特性，包含不同频率范围内的一致定向性、高信噪比(SNR)及宽带音频覆盖。
[0014]举例来说，一个实施例包含一种阵列麦克风，其包括以相对于第一轴的线性模式布置并且经配置以覆盖多个频带的多个麦克风组。每一麦克风组包括沿所述第一轴布置的第一麦克风及沿与所述第一麦克风正交的第二轴布置的第二麦克风，其中邻近麦克风之间沿所述第一轴的距离从由第一值的整数倍组成的第一群组选择，并且在每一组内，所述第
一麦克风与所述第二麦克风之间沿所述第二轴的距离从由第二值的整数倍组成的第二群组选择。
[0015]另一实例实施例提供一种由一或多个处理器执行以为阵列麦克风产生输出信号的方法，所述阵列麦克风包括多个麦克风且经配置以覆盖多个频带。所述方法包括：从所述多个麦克风接收音频信号，所述麦克风经布置在麦克风组中，所述麦克风组经配置以沿第一轴形成线性模式并从所述第一轴正交延伸；确定所述所接收音频信号的到达方向；基于所述到达方向选择多个波束成形模式中的一者；根据所述所选择波束成形模式组合所述所接收音频信号以为每一麦克风组产生定向输出；及聚合所述输出以产生总体阵列输出。
[0016]另一实例实施例提供一种麦本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种阵列麦克风，其包括：多个麦克风组，其以相对于第一轴的线性模式布置并且经配置以覆盖多个频带，每一麦克风组包括沿所述第一轴布置的第一麦克风及沿与所述第一麦克风正交的第二轴布置的第二麦克风，其中邻近麦克风之间沿所述第一轴的距离从由第一值的整数倍组成的第一群组选择，并且在每一组内，所述第一麦克风与所述第二麦克风之间沿所述第二轴的距离从由第二值的整数倍组成的第二群组选择。2.根据权利要求1所述的阵列麦克风，其中所述线性模式将所述多个麦克风组放置在谐波嵌套配置中。3.根据权利要求1所述的阵列麦克风，其中数个所述麦克风组共置于同一第二轴上。4.根据权利要求3所述的阵列麦克风，其中所述共置麦克风组包含相同的第一麦克风但包含不同的第二麦克风。5.根据权利要求1所述的阵列麦克风，其中所述第二值基于所述多个频带中包含的频率值来确定。6.根据权利要求1所述的阵列麦克风，其中所述第一值基于所述阵列麦克风的线性孔径大小来确定。7.根据权利要求1所述的阵列麦克风，其中所述多个麦克风组经配置以形成用于覆盖所述多个频带中包含的第一倍频程的第一子阵列及用于覆盖所述多个频带中包含的第二倍频程的第二子阵列。8.根据权利要求7所述的阵列麦克风，其中所述第二子阵列中邻近麦克风之间沿所述第一轴的距离是所述第一子阵列中邻近麦克风之间沿所述第一轴的距离的两倍。9.根据权利要求7所述的阵列麦克风，其中所述第二子阵列中邻近麦克风之间沿所述第二轴的距离是所述第一子阵列中邻近麦克风之间沿所述第二轴的距离的两倍。10.根据权利要求7所述的阵列麦克风，其中所述多个麦克风组进一步经配置以形成用于覆盖所述多个频带中包含的第三倍频程的第三子阵列。11.根据权利要求10所述的阵列麦克风，其中所述第三子阵列中邻近麦克风之间沿所述第一轴的距离是所述第一子阵列中邻近麦克风之间沿所述第一轴的距离的四倍。12.根据权利要求10所述的阵列麦克风，其中所述第三子阵列中邻近麦克风之间沿所述第二轴的距离是所述第一子阵列中邻近麦克风之间沿所述第二轴的距离的四倍。13.根据权利要求1所述的阵列麦克风，其中每一麦克风是微机电系统(MEMS)麦克风。14.一种由一或多个处理器执行以为阵列麦克风产生输出信号的方法，所述阵列麦克风包括多个麦克风且经配置以覆盖多个频带，所述方法包括：从所述多个麦克风接收音频信号，所述麦克风经布置在麦克风组中，所述麦克风组经配置以沿第一轴形成线性模式并从所述第一轴正交延伸；确定所述所接收音频信号的到达方向；基于所述到达方向选择多个波束成形模式中的一者；根据所述所选择波束成形模式组合所述所接收音频信号以为每一麦克风组产生定向输出；及聚合所述输出以产生总体阵列输出。
15.根据权利要求14所述的方法，其中每一麦克风组包括沿所述第一轴布置的第一麦克风及在与所述第一麦克风正交的第二轴上布置的第二麦克风，且其中组合所述所接收音频信号包含，对于每一麦克风组，将从所述第一麦克风接收到的所述音频信号与从所述第二麦克风接收到的所述音频信号组合。16.根据权利要求15所述的方法，其中组合从所述第一麦克风接收到的所述音频信号包含使用和差波束成形技术来创建所述定向...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：舒尔获得控股公司，
类型：发明
国别省市：