麥克風(fēng)陣列的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】麥克風(fēng)陣列
[0001]本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，其原案申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01180025110.8，申請(qǐng)日為2011年3月30日，發(fā)明名稱(chēng)為“用于測(cè)量多個(gè)揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)陣列的設(shè)備和方法”。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及用于布置在聽(tīng)音區(qū)域(listening area)中的不同位置處的揚(yáng)聲器的聲學(xué)測(cè)量，并且特別地，涉及一種以三維構(gòu)造布置在聽(tīng)音區(qū)域中的大量揚(yáng)聲器的有效測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0003]圖2示出了位于德國(guó)埃爾蘭根的弗勞恩霍夫集成電路研宄所的聽(tīng)音室。為了執(zhí)行聽(tīng)音測(cè)試，該聽(tīng)音室是必需的。為了評(píng)估音頻編碼方案，這些聽(tīng)音測(cè)試是必需的。為了確保聽(tīng)音測(cè)試的可供比較的且可重復(fù)的結(jié)果，在標(biāo)準(zhǔn)化的聽(tīng)音室(諸如在圖2中示出的聽(tīng)音室)中執(zhí)行這些測(cè)試是必需的。該聽(tīng)音室遵循建議ITU-R BS 1116-1。在該室中，大量的54個(gè)揚(yáng)聲器安裝成三維揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)。揚(yáng)聲器安裝在從天花板懸掛下來(lái)的雙層圓形桁架上并安裝在墻壁上的軌道系統(tǒng)上。大量的揚(yáng)聲器提供了良好的靈活性，這對(duì)于學(xué)術(shù)研宄和學(xué)習(xí)當(dāng)前的和未來(lái)的聲音格式來(lái)說(shuō)都是必需的。
[0004]對(duì)于這種大量的揚(yáng)聲器，檢驗(yàn)它們?cè)谡_地工作以及它們適當(dāng)?shù)剡B接是一項(xiàng)乏味的且麻煩的任務(wù)。典型地，每個(gè)揚(yáng)聲器在揚(yáng)聲器箱體中具有單獨(dú)的設(shè)置。此外，存在音頻矩陣，這允許將特定的音頻信號(hào)切換至特定的揚(yáng)聲器。此外，不能保證除固定地附設(shè)于特定支撐架的揚(yáng)聲器之外的所有揚(yáng)聲器都處于它們的正確位置。特別地，在圖2中立在地板上的揚(yáng)聲器可以前后左右移動(dòng)，并且因此，在聽(tīng)音測(cè)試開(kāi)始時(shí)，不能保證，所有揚(yáng)聲器都處于它們應(yīng)該在的位置，所有揚(yáng)聲器都具有它們單獨(dú)的與它們應(yīng)該具有的一樣的設(shè)置，以及音頻矩陣被設(shè)置成特定的狀態(tài)以將揚(yáng)聲器信號(hào)正確地分配至揚(yáng)聲器。除了這種聽(tīng)音室被多個(gè)研宄組使用的事實(shí)之外，有時(shí)可能出現(xiàn)電的或機(jī)械的故障。
[0005]特別地，可能出現(xiàn)以下示例性的問(wèn)題。這些問(wèn)題是:
[0006]?揚(yáng)聲器未接通或者未連接
[0007]?信號(hào)發(fā)送至錯(cuò)誤的揚(yáng)聲器，信號(hào)電纜連接至錯(cuò)誤的揚(yáng)聲器
[0008]?錯(cuò)誤地調(diào)節(jié)音頻路徑選擇系統(tǒng)中或揚(yáng)聲器處的一個(gè)揚(yáng)聲器的級(jí)別
[0009]籲錯(cuò)誤地設(shè)置音頻路徑選擇系統(tǒng)中或揚(yáng)聲器處的補(bǔ)償器
[0010]籲多路揚(yáng)聲器中的單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的損壞
[0011 ] 籲錯(cuò)誤地放置、定向揚(yáng)聲器或者物體阻擋了聲音路徑。
[0012]通常，為了人工地評(píng)估設(shè)置在聽(tīng)音區(qū)域中的揚(yáng)聲器的功能，大量的時(shí)間是必需的。需要該時(shí)間來(lái)人工地檢驗(yàn)每個(gè)揚(yáng)聲器的位置和定向。此外，必須人工地檢查每個(gè)揚(yáng)聲器以找出正確的揚(yáng)聲器設(shè)置。一方面為了檢驗(yàn)信號(hào)通路的電功能，另一方面為了檢驗(yàn)各個(gè)揚(yáng)聲器的電功能，需要一個(gè)有著豐富經(jīng)驗(yàn)的人來(lái)執(zhí)行聽(tīng)音測(cè)試，其中，典型地，用測(cè)試信號(hào)激勵(lì)每個(gè)揚(yáng)聲器，并且然后富有經(jīng)驗(yàn)的聽(tīng)者基于它的知識(shí)來(lái)評(píng)估該揚(yáng)聲器是否是正確的。
[0013]顯然，由于需要有著豐富經(jīng)驗(yàn)的人的事實(shí)，此過(guò)程是昂貴的。此外，由于所有揚(yáng)聲器的檢查將典型地顯示大部分、或者甚至所有的揚(yáng)聲器都正確地定向并正確地設(shè)定的事實(shí)，此過(guò)程是單調(diào)乏味的，但是另一方面，不能省去此過(guò)程，因?yàn)槲窗l(fā)現(xiàn)的一個(gè)或幾個(gè)誤差可能破壞聽(tīng)音測(cè)試的意義。最后，雖然富有經(jīng)驗(yàn)的人進(jìn)行了聽(tīng)音室的功能分析，然而沒(méi)有排除誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的用于檢驗(yàn)布置在聽(tīng)音區(qū)域中的不同位置處的多個(gè)揚(yáng)聲器的功能的過(guò)程。
[0015]該目的通過(guò)用于測(cè)量多個(gè)揚(yáng)聲器的設(shè)備、測(cè)量多個(gè)揚(yáng)聲器的方法、計(jì)算機(jī)程序或者麥克風(fēng)陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0016]本發(fā)明基于這樣的發(fā)現(xiàn):可以通過(guò)使用電設(shè)備來(lái)改變對(duì)布置在聽(tīng)音空間中的揚(yáng)聲器的功能的檢驗(yàn)而極大地改善聽(tīng)音測(cè)試的效率和精度。該設(shè)備包括:測(cè)試信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生用于揚(yáng)聲器的測(cè)試信號(hào)；麥克風(fēng)裝置，用于獲得多個(gè)單獨(dú)的麥克風(fēng)信號(hào)；控制器，用于控制揚(yáng)聲器信號(hào)的發(fā)射和由麥克風(fēng)裝置記錄的聲音信號(hào)的處理，使得通過(guò)麥克風(fēng)裝置記錄的一組聲音信號(hào)與每個(gè)揚(yáng)聲器相關(guān)聯(lián)；以及評(píng)估器，用于評(píng)估用于每個(gè)揚(yáng)聲器的該組聲音信號(hào)以確定對(duì)于每個(gè)揚(yáng)聲器的至少一個(gè)揚(yáng)聲器特性并用于使用該至少一個(gè)揚(yáng)聲器特性來(lái)指示揚(yáng)聲器狀態(tài)。
[0017]本發(fā)明是有利的，因?yàn)樗试S由未經(jīng)訓(xùn)練的人執(zhí)行對(duì)定位在聽(tīng)音空間中的揚(yáng)聲器的檢驗(yàn)，因?yàn)樵u(píng)估器將指示好/沒(méi)好狀態(tài)，并且未經(jīng)訓(xùn)練的人可以單獨(dú)地檢查沒(méi)好的揚(yáng)聲器并且可以信任已被指示為處于功能狀態(tài)中的揚(yáng)聲器。
[0018]此外，本發(fā)明提供了良好的靈活性，因?yàn)榇送饪梢允褂貌⒂?jì)算單獨(dú)地選擇的揚(yáng)聲器特性以及優(yōu)選地多個(gè)揚(yáng)聲器特性，使得可以聚集用于各個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器狀態(tài)的完整圖像。這通過(guò)為每個(gè)揚(yáng)聲器優(yōu)選地以順序的方式提供測(cè)試信號(hào)并通過(guò)優(yōu)選地使用麥克風(fēng)陣列記錄揚(yáng)聲器信號(hào)而完成。因此，可以計(jì)算信號(hào)的到達(dá)方向，使得即使當(dāng)揚(yáng)聲器以三維方案布置時(shí)也可以以自動(dòng)的方式計(jì)算房間中的揚(yáng)聲器的位置。特別地，典型地鑒于由優(yōu)選的獨(dú)創(chuàng)性系統(tǒng)提供的高精度，即使由富有經(jīng)驗(yàn)的人也不能實(shí)現(xiàn)后一特征。
[0019]在優(yōu)選的實(shí)施例中，多揚(yáng)聲器測(cè)試系統(tǒng)可以在對(duì)于仰角和方位角的±3°的容限范圍內(nèi)精確地確定位置。距離精度是±4cm，并且每個(gè)揚(yáng)聲器的幅值響應(yīng)可以以聽(tīng)音室中的每個(gè)單獨(dú)的揚(yáng)聲器的±ldB的精度來(lái)記錄。優(yōu)選地，該系統(tǒng)將每個(gè)測(cè)量結(jié)果與基準(zhǔn)相比較并且因此可以識(shí)別在容限之外工作的揚(yáng)聲器。
[0020]此外，由于合理的測(cè)量時(shí)間，其低至每個(gè)揚(yáng)聲器10s，包括處理，即使當(dāng)必須測(cè)量大量的揚(yáng)聲器時(shí)，本發(fā)明的系統(tǒng)也是可應(yīng)用的。此外，揚(yáng)聲器的定向不限于任何特定的構(gòu)造，而是測(cè)量構(gòu)思可應(yīng)用于任意三維方案中的每個(gè)和所有揚(yáng)聲器裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0021]隨后將參考【附圖說(shuō)明】本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中:
[0022]圖1示出了用于測(cè)量多個(gè)揚(yáng)聲器的設(shè)備的框圖；
[0023]圖2示出了在墻壁上設(shè)置有9個(gè)主揚(yáng)聲器、2個(gè)子低頻揚(yáng)聲器和43個(gè)揚(yáng)聲器并具有處于不同高度上的兩個(gè)圓形桁架的示例性聽(tīng)音測(cè)試室；
[0024]圖3示出了三維麥克風(fēng)陣列的優(yōu)選實(shí)施例；
[0025]圖4A示出了用于示出使用狄拉克(DirAC)過(guò)程確定聲音到達(dá)的方向的步驟的示意圖；
[0026]圖4B示出了用于使用來(lái)自圖3中的麥克風(fēng)陣列的麥克風(fēng)計(jì)算不同方向上的質(zhì)點(diǎn)速度信號(hào)的方程式；
[0027]圖4C示出了當(dāng)不存在中心麥克風(fēng)時(shí)所執(zhí)行的用于B格式的全向聲音信號(hào)的計(jì)算;
[0028]圖4D示出了用于執(zhí)行三維定位算法的步驟；
[0029]圖4E示出了用于揚(yáng)聲器的真實(shí)空間功率密度；
[0030]圖5不出了揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)的硬件設(shè)置的不意圖；
[0031]圖6A示出了用于參考的測(cè)量順序；
[0032]圖6B示出了用于測(cè)試的測(cè)量順序；
[0033]圖6C示出了幅值響應(yīng)形式的示例性測(cè)量輸出，其中在特定的頻率范圍內(nèi)沒(méi)有達(dá)到容限；
[0034]圖7示出了用于確定多個(gè)揚(yáng)聲器特性的優(yōu)選實(shí)施方式；
[0035]圖8示出了用于執(zhí)行到達(dá)方向確定的示例性脈沖響應(yīng)和窗長(zhǎng)(window length)；以及
[0036]圖9示出了用于測(cè)量距離、到達(dá)方向和揚(yáng)聲器的脈沖響應(yīng)/傳遞函數(shù)所需的脈沖響應(yīng)的部分的長(zhǎng)度的關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0037]圖1示出了用于測(cè)量布置在聽(tīng)音空間中的不同位置處的多個(gè)揚(yáng)聲器的設(shè)備。該設(shè)備包括測(cè)試信號(hào)發(fā)生器10，以用于產(chǎn)生用于揚(yáng)聲器的測(cè)試信號(hào)。示例性地，N個(gè)揚(yáng)聲器在揚(yáng)聲器輸出10a，…，1b處連接至測(cè)試信號(hào)發(fā)生器。
[0038]該設(shè)備此外包括麥克風(fēng)裝置12。麥克風(fēng)裝置12可以實(shí)施為具有多個(gè)單獨(dú)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)陣列，或者可以實(shí)施為這樣的麥克風(fēng):該麥克風(fēng)可以在不同的位置之間順序地移動(dòng)，其中測(cè)量揚(yáng)聲器對(duì)順序地施加的測(cè)試信號(hào)的順序響應(yīng)，因?yàn)辂溈孙L(fēng)裝置構(gòu)造成用于響應(yīng)于由多個(gè)揚(yáng)聲器中的一個(gè)揚(yáng)聲器響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)測(cè)試信號(hào)發(fā)射的一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器信號(hào)而接收聲音信號(hào)。
[0039]此外，提供控制器14，以用于控制通過(guò)多個(gè)揚(yáng)聲器的揚(yáng)聲器信號(hào)的發(fā)射并用于處理由麥克風(fēng)裝置接收的聲音信號(hào)，使得響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)測(cè)試信號(hào)由麥克風(fēng)裝置記錄的一組聲音信號(hào)與多個(gè)揚(yáng)聲器中的每個(gè)揚(yáng)聲器相關(guān)聯(lián)?？刂破?4通過(guò)信號(hào)線13a、13b、13c連接至麥克風(fēng)裝置。當(dāng)麥克風(fēng)裝置僅具有可以以順序的方式移動(dòng)至不同位置的單個(gè)麥克風(fēng)時(shí)，單根線13a將是足夠的。
[0040]用于測(cè)量的設(shè)備此外包括評(píng)估器(evaluator) 16，以用于評(píng)估對(duì)于每個(gè)揚(yáng)聲器的一組聲音信號(hào)以確定對(duì)于每個(gè)揚(yáng)聲器的至少一個(gè)揚(yáng)聲器特性并用于使用該至少一個(gè)揚(yáng)聲器特性指示揚(yáng)聲器狀態(tài)。評(píng)估器通過(guò)連接線17連接至控制器，該連接線可以是從控制器至評(píng)估器的單向連接，或者當(dāng)評(píng)估器實(shí)施為向控制器提供信息時(shí)，該連接線可以是雙向連接。因此，評(píng)估器為每個(gè)揚(yáng)聲器提供了狀態(tài)指示，即，該揚(yáng)聲器是起作用的揚(yáng)聲器還是故障的揚(yáng)聲器。
[0041]優(yōu)選地，控制器14構(gòu)造成用于執(zhí)行自動(dòng)測(cè)量，在該自動(dòng)測(cè)量中對(duì)于每個(gè)揚(yáng)聲器應(yīng)用特定的順序。具體地，控制器控制測(cè)試信號(hào)發(fā)生器輸出測(cè)試信號(hào)。同時(shí)，當(dāng)開(kāi)始測(cè)量周期時(shí)，控制器記錄由麥克風(fēng)裝置和連接至麥克風(fēng)裝置的電路獲得的信號(hào)。當(dāng)完成揚(yáng)聲器測(cè)試信號(hào)的測(cè)量時(shí)，聲音信號(hào)由每個(gè)麥克風(fēng)接收且然后由控制器處理并例如由與特定的揚(yáng)聲器相關(guān)聯(lián)的控制器存儲(chǔ)，該特定的揚(yáng)聲器已發(fā)射測(cè)試信號(hào)，或者，更準(zhǔn)確地，已發(fā)射表示裝置處于測(cè)試中的信號(hào)。如上所述，要檢驗(yàn)的是，已接收測(cè)試信號(hào)的特定揚(yáng)聲器是否事實(shí)上是