近場零位與波束成形的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了允許麥克風陣列的選擇性聲音近場零位的設(shè)備和方法。一個實施例可采取包括揚聲器和麥克風陣列在內(nèi)的電子設(shè)備的形式。麥克風陣列可包括定位在距揚聲器第一距離的第一麥克風和定位在距揚聲器第二距離的第二麥克風。第一麥克風和第二麥克風被配置為接收聲音信號。麥克風陣列還包括耦接至第二麥克風的復(fù)向量濾波器，該復(fù)向量濾波器應(yīng)用于第二麥克風的輸出信號，以生成陣列的在揚聲器的位置處提供聲音零位的聲音靈敏度圖案。
【專利說明】近場零位與波束成形
[0001]相關(guān)專利申請的交叉引用
[0002]本專利申請是于2011年12月6日提交的并且標題為“Near-Field Null andBeamforming ； ”的美國專利申請13/312,498的部分繼續(xù)申請,所述專利申請的公開內(nèi)容全文據(jù)此并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明的論述涉及麥克風陣列的噪聲降低，并且更具體地涉及為噪聲源所在位置
的麥克風創(chuàng)建聲音零位。
【背景技術(shù)】
[0004]便攜式電子設(shè)備繼續(xù)呈現(xiàn)越來越小的趨勢，同時提供增強的和改善的功能性。由于較小設(shè)備上的空間有限，會出現(xiàn)對組件的創(chuàng)造性定位和有時不太理想的定位。例如，麥克風和揚聲器可定位成彼此緊鄰。這導致從揚聲器輻射的信號到麥克風炭精盒的高度耦合。盡管當麥克風不用于接收本地講話者的聲音時這不是大問題，但對于聲學回波消除器具有挑戰(zhàn)性的是在頻譜上從麥克風信號減去揚聲器回放信號，所述麥克風信號包括本地講話者的聲音和揚聲器信號這兩者。
[0005]另外，由于一個或多個揚聲器接近麥克風，因此來自揚聲器的福射信號的聲壓級通常大于講話者的聲壓級。這通常導致低信噪比(SNR)并為回波消除器帶來巨大的挑戰(zhàn)；如果揚聲器至麥克風的路徑是非線性的，則挑戰(zhàn)可能更大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明公開了允許麥克風陣列的選擇性聲音近場零位的設(shè)備和方法。一個實施例可采取包括揚聲器和麥克風陣列在內(nèi)的電子設(shè)備的形式。麥克風陣列可包括定位成距揚聲器第一距離的第一麥克風和定位成距揚聲器第二距離的第二麥克風。第一麥克風和第二麥克風被配置為接收聲音信號。麥克風陣列還包括耦接至第二麥克風的復(fù)向量濾波器。復(fù)向量濾波器(所關(guān)注的頻率范圍內(nèi)的量值和相位)應(yīng)用于第二麥克風的輸出信號以生成陣列的在揚聲器位置處提供聲音零位的聲音靈敏度圖案。
[0007]另一個實施例可采取操作電子設(shè)備以在功能上提供聲音近場單向麥克風和遠場全向麥克風的方法的形式。該方法包括在聲換能器陣列處接收聲音信號。聲換能器陣列具有多個麥克風。該方法還包括生成多個電信號，其中聲換能器陣列中的每個麥克風生成電信號。波束成形器被實施為在對應(yīng)于近場噪聲源的地點的位置創(chuàng)建近場零位。另外，波束成形器在遠場中提供大致全向的聲響應(yīng)。遠場波束成形器靈敏度可大致由下式定義:
【權(quán)利要求】
1.一種電子設(shè)備,包括: 揚聲器；和 麥克風陣列，所述麥克風陣列包括: 定位成距所述揚聲器第一距離的第一麥克風； 定位成距所述揚聲器第二距離的第二麥克風，其中所述第一麥克風和所述第二麥克風被配置為接收聲音信號；和 耦接至所述第二麥克風的復(fù)向量濾波器，其中所述復(fù)向量濾波器應(yīng)用于所述第二麥克風的輸出信號，以生成所述陣列的在所述揚聲器的位置處提供聲音零位的聲音靈敏度圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述復(fù)向量濾波器包括增益因數(shù)A，以補償所述第二麥克風的輸出信號與來自所述第一麥克風的輸出信號之間的振幅差值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子設(shè)備，其中所述陣列還包括: 第一延遲電路，所述第一延遲電路耦接至所述第二麥克風； 第一差值電路，所述第一差值電路耦接至所述第一延遲電路和所述第一麥克風； 乘法器電路，所述乘法器電路耦接至所述第一差值電路的輸出； 第二差值電路，所述第二差值電路耦接至所述乘法器電路的輸出； 第二延遲電路，所述第二延遲電路耦接至所述第一麥克風； 第三差值電路，所述第三差值電路耦接至所述復(fù)向量濾波器的輸出和所述第二延遲電路；其中來自所述第三差值電路的輸出被提供給所述第二差值電路；和 波束成形電路，所述波束成形電路耦接至所述第二差值電路的輸出，其中所述波束成形電路被配置為形成所述陣列的聲音靈敏度圖案。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子設(shè)備，其中所述波束成形電路被配置為將值選擇性地提供給所述乘法器電路，其中所述聲音靈敏度圖案至少部分地基于所提供的值來確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子設(shè)備，其中所述波束成形電路被配置為將所述增益因數(shù)A選擇性地提供給所述復(fù)向量濾波器，其中所述聲音靈敏度圖案至少部分地基于所提供的值來確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子設(shè)備，其中所述波束成形電路被配置為動態(tài)地改變所提供的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子設(shè)備，其中所述增益因數(shù)A是固定的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子設(shè)備，其中遠場中的所述濾波器的效應(yīng)由如下方程式描述:
Υ(ω,θ) = \S(co)y[(A2 +?)-2Α^φ]， 其中S為所述聲音信號，ω為所述信號的頻率，Θ為所述信號的傳播角度，k為波數(shù)，T為延遲，d為所述第一麥克風和所述第二麥克風之間的距離，j為復(fù)數(shù)，并且A為增益因數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述第一麥克風、所述第二麥克風和所述揚聲器是同軸的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述第二麥克風的位置比所述第一麥克風更靠近所述揚聲器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電子設(shè)備，其中所述麥克風陣列在近場中用作單向麥克風。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子設(shè)備，其中所述近場包括距所述第一揚聲器小于10mm的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子設(shè)備，其中所述麥克風陣列在遠場中用作全向麥克風。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子設(shè)備，其中所述遠場包括距所述第一麥克風和所述第二麥克風大于10mm的距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述第一麥克風和所述第二麥克風定位成隔開大約10至60mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子設(shè)備，其中所述第一麥克風和所述第二麥克風定位成隔開大約20mm。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子設(shè)備，其中所述揚聲器定位成距所述第二麥克風大約10至 30mm。
18.—種操作電子設(shè)備以在功能上提供聲音近場單向麥克風和遠場全向麥克風的方法，所述方法包括: 在聲換能器陣列處接收聲音信號，其中所述聲換能器陣列包括多個麥克風； 生成多個電信號，其中所述聲換能器陣列中的每個麥克風生成電信號； 根據(jù)復(fù)向量對所述電信號中的至少一個進行濾波，使得輸出由下式定義
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括: 延遲所述電信號中的所述至少一個； 從所述電信號中的另一個信號減去延遲后的信號，以輸出延遲后的信號與所述另一個信號之間的差值；以及 將所述差值乘以至少部分地確定所述聲音靈敏度圖案的形狀的值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括動態(tài)調(diào)整所述增益因數(shù)A和所述值中的至少一者O
【文檔編號】H04R3/02GK104041073SQ201280060064
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月6日
【發(fā)明者】R·N·艾薩克, M·E.·約翰遜 申請人:蘋果公司