多傳感器錄音裝置與方法
【專利摘要】一種錄音裝置與方法，上述裝置儲存一均衡器并包括殼體、麥克風以及處理器。麥克風包括多個傳感器，通過殼體內的聲波共振室接收聲波信號，并分別響應聲波信號而產生多個電子信號。均衡器根據上述多個電子信號產生多個均衡信號。處理器根據上述多個均衡信號產生輸出信號。其中，均衡器補償聲波信號通過聲波共振室所產生的增益邊距與相位邊距，以避免聲波信號在聲波共振室中的共振對輸出信號產生影響。
【專利說明】多傳感器錄音裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是有關于一種錄音裝置與方法，且特別是有關于一種使用多個傳感器的錄音裝置與方法。
【背景技術】
[0002]目前的智能型手機(smartphone)普遍具有錄音功能，不過目前的智能型手機采用單振膜(single-membrane)麥克風。單振膜麥克風的振膜設計可偏向高敏感度(high sensitivity)或高音量(high volume),但無法兼顧兩者。高敏感度的單振膜麥克風雜音較小，錄音質量較佳，但用于高音量的錄音則會有失真(distortion)。另一方面，適用于高音量的單振膜麥克風則有噪音較大的問題。因此，現在已經有廠商提供多振膜(mult1-membrane)麥克風,結合兩種振膜以兼顧高敏感度與高音量的需求。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明提供一種錄音裝置與方法，不僅能兼顧高敏感度與高音量的需求，也能解決錄音時的聲波共振問題。
[0004]本發(fā)明的錄音裝置包括殼體、麥克風、存儲器以及處理器。殼體具有聲波共振室(acoustical resonator),聲波共振室允許聲波信號通過。麥克風配置于殼體內并與聲波共振室相通，包括多個傳感器。上述多個傳感器用以將聲波信號轉換成多個電子信號。聲波共振室使麥克風產生頻率響應偏移。存儲器儲存一均衡器(equalizer)，上述均衡器補償上述頻率響應偏移。處 理器耦接麥克風。處理器根據均衡器補償上述多個電子信號，并選取或組合補償過的上述電子信號以產生輸出信號。
[0005]本發(fā)明的錄音方法適用于上述錄音裝置，包括下列步驟:將聲波信號轉換成多個電子信號；根據上述均衡器補償上述多個電子信號，其中上述均衡器補償上述頻率響應偏移；以及選取或組合補償過的上述電子信號以產生輸出信號。
[0006]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式作詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是依照本發(fā)明的一實施例的一種錄音裝置的示意圖。
[0008]圖2A是依照本發(fā)明的一實施例的一種錄音裝置的輸出信號的示意圖。
[0009]圖2B是依照本發(fā)明的另一實施例的一種錄音裝置的輸出信號的示意圖。
[0010]圖3是依照本發(fā)明的一實施例的一種錄音方法的流程圖。
[0011]圖4是依照本發(fā)明的一實施例的一種錄音裝置的波德圖。
[0012]圖5是依照本發(fā)明的另一實施例的一種錄音裝置的波德圖。
[0013][標號說明]
[0014]100:錄音裝置102:殼體[0015]105:聲波信號110:聲波共振室
[0016]111:通道112:前腔
[0017]120:麥克風121、122:傳感器
[0018]131、132:電子信號140:存儲器
[0019]141、142:濾波器 145:均衡器
[0020]151、152:均衡信號160:處理器
[0021]162:能量計算器 164:混音器
[0022]165:電子信號166:平化濾波器
[0023]170:輸出信號201~203:輸出信號波形
[0024]310~360:方法步驟410、510:增益邊距
[0025]411~413、511~513:轉移函數的大小的頻率響應曲線
[0026]420、520:相位邊距
[0027]421~423、521~523:轉移函數的相位的頻率響應曲線
[0028]530:頻率響應曲線的區(qū)域
【具體實施方式】
[0029]圖1是依照本發(fā)明的一實施例的一種錄音裝置100的示意圖。錄音裝置100包括殼體102、聲波共振室110、麥克風120、存儲器140以及處理器160。聲波共振室110設置在殼體102之中。聲波共振室110允許聲波信號105通過。麥克風120配置于殼體102之內并與聲波共振室110相通。麥克風120包括兩個傳感器121與122。本實施例中，傳感器121是高敏感度的高信號噪聲比(HSNR:high signal-to-noise ratio)振膜，傳感器122則是適用于高音量錄音的高音壓電平(HSPL:high sound pressure level)振膜。除了振膜以外，傳感器121和122也可置換為其它種類的可將聲波信號105轉換為電子信號的傳感器。存儲器140儲存均衡器(equalizer) 145。均衡器145包括兩個濾波器(filter) 141與142。處理器160稱接麥克風120。處理器160包括能量計算器(energy calculator) 162、混音器(mixer) 164以及平化濾波器(smoother) 166。
[0030]麥克風120通過聲波共振室(acoustical resonator) 110接收聲波信號105。聲波共振室110包括通道(Channel)Ill與前腔112兩部分。錄音裝置100可以是智能型手機、平板計算機、筆記本型計算機或個人計算機之類的電子裝置的一部份，而聲波共振室110可配置于上述電子裝置的殼體102，聲波共振室110的外觀可以是殼體上的一個小孔。
[0031]能量計算器162耦接傳感器121與122，混音器164耦接能量計算器162，平化濾波器166耦接混音器164。聲波信號105經過聲波共振室110、麥克風120、均衡器145與處理器160之后，成為錄音裝置100的輸出信號170。均衡器145、濾波器141、142、能量計算器162、混音器164以及平化濾波器166都可以是硬件或軟件。如果均衡器145是硬件，則不需要存儲器140以儲存均衡器145。
[0032]當聲波信號105具有特定頻率時，會與聲波共振室110共振，使輸出信號170的音量忽大忽小。尤其是在聲波信號105具有高音頻或高音量時，這種忽大忽小的不穩(wěn)定振蕩會更明顯，例如圖2A與圖2B所示。圖2A是本發(fā)明的某一實施例的錄音裝置100的輸出信號170的示意圖，其中標示為201、202和203的方框就是信號波形有不穩(wěn)定振蕩之處。如果沒有聲波共振室110的共振，則輸出信號170的波形會如圖2B所示，不會有音量忽大忽小的振蕩。換句話說，聲波共振室110會使麥克風120產生頻率響應偏移，而均衡器145可補償此頻率響應偏移。
[0033]錄音裝置100包括均衡器145以消除上述的不穩(wěn)定振蕩。錄音裝置100的整體操作可如圖3所示。圖3是依照本發(fā)明的一實施例的一種錄音方法的流程圖，圖3的方法流程可由錄音裝置100執(zhí)行。
[0034]麥克風120在步驟310通過聲波共振室110接收聲波信號105。在步驟320，兩個傳感器121與122分別因應聲波信號105而產生兩個電子信號131與132。在步驟330，濾波器141根據電子信號131產生均衡信號151，濾波器142根據電子信號132產生均衡信號152。濾波器141和142在步驟330的作用是補償聲波信號105通過聲波共振室110所產生的增益邊距(gain margin)與相位邊距(phase margin),以避免聲波信號105在聲波共振室110之中的共振對輸出信號170產生影響，進而避免上述的不穩(wěn)定振蕩。處理器160可根據均衡器145補償電子信號131與132。
[0035]能量計算器162在步驟340計算均衡信號151的能量E1，并計算均衡信號152的能量E2。能量計算器162可依照預設的取樣周期分別對均衡信號151和152進行多次取樣以計算E1和E2。
[0036]混音器164在步驟350根據E1與E2選擇均衡信號151和/或均衡信號152以產生電子信號165,如此可將源自傳感器121與122的兩個信號融合為單一信號。舉例而言，當E1小于或等于預設的第一臨界值(例如80dB)，則混音器164直接輸出均衡信號151作為電子信號165。當E1大于第一臨界值而且E2小于或等于預設的第二臨界值(例如120dB)，則混音器164輸出均衡信號151與152的一個線性組合(linear combination)作為電子信號165。上述的線性組合通常是A-XiGO+B-Xjk)的形式，其中A、B是預設參數，X1GO與X2 (k)分別是均衡信號151與152的目前數值。當E1大于第一臨界值而且E2大于第二臨界值，則混音器164直接輸出均衡信號152作為電子信號165。
[0037]若沒有均衡器145,聲波信號105在聲波共振室110之中的共振會對混音器164其中的輸出信號170的產生過程有不利影響。上述的輸出信號170的產生可分為三種情況，也就是E1小于或等于第一臨界值的情況、E1大于第一臨界值而且E2小于或等于第二臨界值的情況、以及E1大于第一臨界值而且E2大于第二臨界值的情況。上述共振會使混音器164在上述三種情況之間頻繁切換，甚至造成錯誤切換，使輸出信號170的音量忽大忽小。
[0038]平化濾波器166在步驟360對電子信號165進行低通濾波(low-pass filtering)以產生輸出信號170。平化濾波器166的低通濾波可消除輸出信號170的不連續(xù)突波，使輸出信號170較為平滑。例如，平化濾波器166可輸出線性組合L*0 (k-1) + (1-L) *Y (k)作為輸出信號170，其中L是預設參數，L大于O而且小于1，0(k)是輸出信號170的數值，0(k_l)是輸出信號170的上一個數值，Y(k)是電子信號165的目前數值。
[0039]圖4是依照本發(fā)明的一實施例的錄音裝置100的波德圖(Bode plot)。此實施例的錄音裝置100不包括均衡器145。411至413分別是聲波共振室110加上整個錄音裝置100、平化濾波器166、以及聲波共振室110的轉移函數(transfer function)的大小(magnitude)的頻率響應。421至423分別是聲波共振室110加上整個錄音裝置100、平化濾波器166、以及聲波共振室110的轉移函數的相位(phase)的頻率響應。[0040]由于平化濾波器166是低通濾波器，增益邊距和相位邊距對于整個錄音系統(tǒng)的穩(wěn)定非常重要。但是圖4繪示的增益邊距410與相位邊距420比較小，這使錄音裝置100不穩(wěn)定。當聲波信號105在聲波共振室110內產生共振時，輸出信號170就會出現不穩(wěn)定振湯。
[0041]圖5是依照本發(fā)明的另一實施例的錄音裝置100的波德圖。511至513分別是聲波共振室Iio加上包括均衡器145的錄音裝置100、均衡器145本身、以及聲波共振室110加上不包括均衡器145的錄音裝置100的轉移函數的大小的頻率響應。521至523分別是聲波共振室110加上包括均衡器145的錄音裝置100、均衡器145本身以及聲波共振室110加上不包括均衡器145的錄音裝置100的轉移函數的相位的頻率響應。
[0042]在標示為530的頻帶區(qū)域中，傳感器121和122的輸出增益的頻率響應511有一個峰值，而均衡器145的頻率響應512有一個負峰值，所以均衡器145能抵消傳感器121和122的上述峰值以補償增益邊距。除此之外，均衡器145也能提高傳感器121和122的輸出相位至大于-180度以補償相位邊距。補償后的增益邊距與相位邊距分別如510與520所示。增益邊距510與相位邊距520明顯大于增益邊距410與相位邊距420，這能大幅提高錄音系統(tǒng)的穩(wěn)定度，以避免聲波信號105在聲波共振室110中的共振對輸出信號170的影響。
[0043]均衡器145的補償作用來自濾波器141與142。使用傳統(tǒng)技術即可根據波德圖來設計濾波器141與142以補償上述的增益邊距與相位邊距，所以細節(jié)不在此贅述。濾波器141與142可以是無限脈沖響應濾波器(infinite impulse response filter)或其它具有相同的補償作用的濾波器。
[0044]綜上所述，本發(fā)明將來自兩種不同傳感器的信號融合為單一信號，因此可達到高敏感度與低噪聲的高質量錄音，同時也適用于高音量錄音。此外，本發(fā)明的均衡器可提高錄音系統(tǒng)的穩(wěn)定度，以避免聲波共振室的共振對輸出信號造成的不穩(wěn)定振蕩。
[0045]雖然本發(fā)明已以實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬【技術領域】中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明的保護范圍當視所附的權利要求范圍所界定者為準。
【權利要求】
1.一種錄音裝置，包括: 一殼體，具有一聲波共振室，該聲波共振室允許一聲波信號通過； 一麥克風，配置于該殼體內并與該聲波共振室相通，包括多個傳感器，該多個傳感器用以將該聲波信號轉換成多個電子信號；其中，該聲波共振室使該麥克風產生一頻率響應偏移； 一存儲器，儲存一均衡器，該均衡器補償該頻率響應偏移； 一處理器，耦接該麥克風，根據該均衡器補償該多個電子信號，并選取或組合該補償過的多個電子信號以產生一輸出信號。
2.根據權利要求1所述的錄音裝置，其中該均衡器補償該聲波信號通過該聲波共振室所產生的增益邊距與相位邊距，以避免該聲波信號在該聲波共振室中的共振對該輸出信號產生影響。
3.根據權利要求2所述的錄音裝置，其中該均衡器抵消該多個傳感器于一頻帶下的輸出增益以補償該增益邊距，并提高該多個傳感器的輸出相位至大于-180度以補償該相位邊距。
4.根據權利要求3所述的錄音裝置，其中該多個傳感器包括一第一傳感器與一第二傳感器，該多個電子信號包含一第一電子信號與一第二電子信號，且該均衡器包括: 一第一濾波器，根據該第一電子信號產生一第一均衡信號；以及 一第二濾波器，根據該第二電子信號產生一第二均衡信號，其中該補償過的多個電子信號包括該第一均衡信號以及該第二均衡信號，且該第一濾波器與該第二濾波器皆為無限脈沖響應濾波器。
5.根據權利要求4所述的錄音裝置，其中該處理器包括: 一能量計算器，分別計算該第一均衡信號與該第二均衡信號的能量； 一混音器，耦接該能量計算器，根據該第一均衡信號與該第二均衡信號的能量，選擇該第一均衡信號和/或該第二均衡信號以產生一第三電子信號；以及 一平化濾波器，耦接該混音器，對該第三電子信號進行低通濾波以產生該輸出信號。
6.根據權利要求5所述的錄音裝置，其中該能量計算器依照一取樣周期對該第一均衡信號進行多次取樣以計算該第一均衡信號的該能量，并依照該取樣周期對該第二均衡信號進行多次取樣以計算該第二均衡信號的該能量。
7.根據權利要求5所述的錄音裝置，其中，當該第一均衡信號的該能量小于一第一臨界值，則該混音器輸出該第一均衡信號作為該第三電子信號；當該第一均衡信號的該能量大于該第一臨界值而且該第二均衡信號的該能量小于一第二臨界值，則該混音器輸出該第一均衡信號與該第二均衡信號的一線性組合作為該第三電子信號；當該第一均衡信號的該能量大于該第一臨界值而且該第二均衡信號的該能量大于該第二臨界值，則該混音器輸出該第二均衡信號作為該第三電子信號。
8.根據權利要求5所述的錄音裝置，其中該平化濾波器輸出上一個該輸出信號與該第三電子信號的一線性組合作為該輸出信號。
9.一種錄音方法，用于一錄音裝置，該錄音裝置包括一殼體，該殼體具有一聲波共振室，該聲波共振室允許一聲波信號通過而且產生一頻率響應偏移，該錄音方法包括: 將該聲波信號轉換成多個電子信號；根據一均衡器補償該多個電子信號，其中該均衡器補償該頻率響應偏移；以及 選取或組合該補償過的多個電子信號以產生一輸出信號。
10.根據權利要求9所述的錄音方法，其中該均衡器補償該聲波信號通過該聲波共振室所產生的增益邊距與相位邊距，以避免該聲波信號在該聲波共振室中的共振對該輸出信號產生影響。
11.根據權利要求10所述的錄音方法，其中該聲波信號是由多個傳感器轉換成該多個電子信號，而且補償該多個電子信號的步驟包括: 抵消該多個傳感器于一頻帶下的輸出增益以補償該增益邊距；以及 提高該多個傳感器的輸出相位至大于-180度以補償該相位邊距。
12.根據權利要求11所述的錄音方法，其中該多個電子信號包含一第一電子信號與一第二電子信號，且該均衡器包括一第一濾波器與一第二濾波器，該第一濾波器根據該第一電子信號產生一第一均衡信號，該第二濾波器根據該第二電子信號產生一第二均衡信號，該補償過的多個電子信號包括該第一均衡信號以及該第二均衡信號，且該第一濾波器與該第二濾波器皆為無限脈沖響應濾波器。
13.根據權利要求12所述的錄音方法，其中產生該輸出信號的步驟包括: 分別計算該第一均衡信號與該第二均衡信號的能量； 根據該第一均衡信號與該第二均衡信號的能量，選擇該第一均衡信號和/或該第二均衡信號以產生一第三電子信號；以及 對該第三電子信號進行低通濾波以產生該輸出信號。
14.根據權利要求13所述的錄音方法，其中分別計算該第一均衡信號與該第二均衡信號的能量的步驟包括: 依照一取樣周期對該第一均衡信號進行多次取樣以計算該第一均衡信號的該能量；以及 依照該取樣周期對該第二均衡信號進行多次取樣以計算該第二均衡信號的該能量。
15.根據權利要求13所述的錄音方法，其中選擇該第一均衡信號和/或該第二均衡信號以產生該第三電子信號的步驟包括: 當該第一均衡信號的該能量小于一第一臨界值，則輸出該第一均衡信號作為該第三電子信號； 當該第一均衡信號的該能量大于該第一臨界值而且該第二均衡信號的該能量小于一第二臨界值，則輸出該第一均衡信號與該第二均衡信號的一線性組合作為該第三電子信號；以及 當該第一均衡信號的該能量大于該第一臨界值而且該第二均衡信號的該能量大于該第二臨界值，則輸出該第二均衡信號作為該第三電子信號。
16.根據權利要求13所述的錄音方法，其中對該第三電子信號進行低通濾波以產生該輸出信號的步驟包括: 輸出上一個該輸出信號與該第三電子信號的一線性組合作為該輸出信號。
【文檔編號】H04R3/00GK103974170SQ201310407470
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權日:2013年2月6日
【發(fā)明者】陳雷, 賴玉潔, 胡俊仁, 李淳民, 戴兆弘, 唐漢熙 申請人:宏達國際電子股份有限公司