專(zhuān)利名稱(chēng)：聲源的位置確定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)電聲換能器進(jìn)行聲源位置確定。
背景技術(shù)：
在許多領(lǐng)域，確定聲源位置，例如，確定演講者、歌手、演員或其它靜止或移動(dòng)聲源 的位置，或者跟蹤它們?cè)诳臻g中的移動(dòng)，是非常必要的?？梢栽偈褂糜嘘P(guān)位置、距離以及方 向的信息，尤其從該方向撿拾聲音，并且掩蓋其它方向的背景噪聲，從而跟蹤攝像頭，監(jiān)控 房間中的聲音事件(需要照顧的人員或房間里的殘障人士，防盜警報(bào)等)，其中利用該攝像 頭可以記錄一個(gè)接一個(gè)出現(xiàn)的移動(dòng)聲源或不同的聲源。

發(fā)明內(nèi)容
具體地，本發(fā)明涉及麥克風(fēng)裝置，其至少具有兩個(gè)壓力梯度換能器，各自具有膜 片，各壓力梯度換能器具有第一聲音入口開(kāi)口，其通向膜片的前面，以及第二聲音入口開(kāi) 口，其通向膜片的背面，并且，其中各壓力梯度換能器的方向特性具有最大敏感度方向，即， 主方向，并且，其中壓力梯度換能器的主方向相對(duì)于彼此相互傾斜。本發(fā)明還涉及一種確定聲源相對(duì)于麥克風(fēng)裝置的方向和/或位置的方法。為此目的已經(jīng)提出了現(xiàn)有技術(shù)，利用彼此相互隔開(kāi)的幾個(gè)麥克風(fēng)，也稱(chēng)為麥克風(fēng) 陣列，由聲波的傳播時(shí)間或相位差確定到達(dá)聲音的方向。GB344967A公開(kāi)了一種為軍用目的確定聲源位置的器件。四個(gè)相互隔開(kāi)的梯度換 能器彼此成90°角傾斜，并且通過(guò)磁線圈進(jìn)行耦合。在磁線圈效應(yīng)區(qū)域，安裝了旋轉(zhuǎn)的指 針。作為各自線圈中產(chǎn)生的磁場(chǎng)的函數(shù)被偏轉(zhuǎn)，并且指向外部聲源的方向。現(xiàn)有技術(shù)中提出的方案是基于時(shí)間延遲的，其能夠提供關(guān)于角度或方向的信息， 但是時(shí)間延遲檢測(cè)的原理需要幾公分范圍的設(shè)置，以便也能夠檢測(cè)低頻相位差。本發(fā)明的目的在于以足夠的精度確定聲源的方向和距離，然而，無(wú)需依賴(lài)于時(shí)間 延遲和換能器設(shè)置的相關(guān)的大維度缺陷。該位置確定應(yīng)該是可靠地、快速地并且在大頻率 范圍內(nèi)可復(fù)制。利用上述麥克風(fēng)裝置實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，其中，該麥克風(fēng)裝置至少具有一個(gè)壓力換能 器，壓力梯度換能器和壓力換能器的聲學(xué)中心位于假想的球體半徑之內(nèi)，該半徑對(duì)應(yīng)于換 能器的膜片的最大維度的兩倍。最后一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確保所有換能器的必需的一致位置。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，壓力梯 度換能器和壓力換能器的聲學(xué)中心位于假想的球體內(nèi)部，該球體的半徑對(duì)應(yīng)于換能器的膜 片的最大維度。通過(guò)將聲音入口開(kāi)口移動(dòng)到一起來(lái)增加一致性，可以實(shí)現(xiàn)特別優(yōu)越的結(jié)果。還可以利用上述方法實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中，通過(guò)換能器設(shè)置來(lái)進(jìn)行聲源位置 的確定，換能器設(shè)置中至少包括一個(gè)壓力換能器，也稱(chēng)為零階換能器，以及至少兩個(gè)梯度換 能器，其中，梯度換能器的主方向相對(duì)于彼此傾斜。壓力換能器和梯度換能器處于一致設(shè)置 中，即，它們彼此盡可能接近放置。
根據(jù)本發(fā)明，將換能器的實(shí)際信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)的多個(gè)已存儲(chǔ)的信號(hào)相比較，各個(gè)已 存儲(chǔ)的信號(hào)對(duì)應(yīng)于換能器，并且利用有關(guān)麥克風(fēng)裝置的位置信息進(jìn)行編碼，并且根據(jù)實(shí)際 信號(hào)和已存儲(chǔ)的信號(hào)之間的匹配水平進(jìn)行聲源的位置確定。本發(fā)明利用了近場(chǎng)效應(yīng)，也稱(chēng)為鄰近效應(yīng)，如果聲源處在梯度換能器的附近，該鄰 近效應(yīng)發(fā)生在梯度換能器中，并導(dǎo)致低頻中的增加。聲源和梯度換能器彼此越接近，對(duì)于低 頻的過(guò)分強(qiáng)調(diào)就越強(qiáng)。近場(chǎng)效應(yīng)大約從比所考慮頻率的波長(zhǎng)X更小的麥克風(fēng)間距處開(kāi)始。


以下參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。附圖中，圖1示出遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)之間的過(guò)渡，作為距聲源的距離r和聲波頻率f的函數(shù)；圖2示出以dB計(jì)的聲速水平，作為距聲源不同距離r的頻率的函數(shù)；圖3示出梯度換能器，其中聲音入口開(kāi)口在振膜倉(cāng)外殼的相反側(cè)；圖4示出梯度換能器，其中聲音入口開(kāi)口在振膜倉(cāng)外殼的相同側(cè)；圖5示出壓力換能器的橫截面；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置的平面圖，其中以下將描述單獨(dú)換能器的拾音 模式；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置的曲面圖；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置，其中，將所有換能器容納在公共外殼中；圖8a示出接口中嵌入的換能器設(shè)置；圖8b示出接口上放置的換能器設(shè)置；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置，其包括4個(gè)梯度換能器和一個(gè)壓力換能器；圖9a示出一種設(shè)置，其包括4個(gè)梯度換能器和4個(gè)壓力換能器；圖10示出優(yōu)選的一致條件的示意圖；圖11示出一種設(shè)置，其包括2個(gè)具有超心型特征的梯度換能器以及一個(gè)壓力換能 器；圖12示出根據(jù)本發(fā)明的換能器設(shè)置的測(cè)量；圖13示出確定空間坐標(biāo)的框圖；圖14示出已存儲(chǔ)曲線族和測(cè)量曲線的圖示。
具體實(shí)施例方式在研究換能器設(shè)置之前，需要對(duì)近場(chǎng)效應(yīng)做一些解釋數(shù)學(xué)上，可以通過(guò)換能器概 念中的差異解釋近場(chǎng)效應(yīng)。在平坦的聲場(chǎng)中，聲壓和聲速總是同相的，從而對(duì)于平坦聲場(chǎng)沒(méi) 有近場(chǎng)效應(yīng)。對(duì)于球形聲場(chǎng)的一般情況，必須區(qū)別聲壓和聲速。聲壓幅度在球形聲源中隨 1/r減小(其中，r表示距球形聲源的距離)，從而在壓力換能器，也稱(chēng)為零階換能器中，不 發(fā)生近場(chǎng)效應(yīng)。由兩個(gè)條件得到球形聲源的聲速 其中，P......密度r......距聲源的距離c......聲速A......波長(zhǎng)t......時(shí)間(Pa......相位k......圓波(Circular wave)數(shù)目(2ji /入或 2ji f/c)A......幅度f(wàn)......頻率由公式(1)和⑵可明顯看出，聲速在遠(yuǎn)場(chǎng)隨1/r減小，而在近場(chǎng)中隨l/(kXr2) 減小。作為距離和頻率的函數(shù)利用壓力梯度麥克風(fēng)拾音的信號(hào)電平的增加從圖1和圖2可 明顯看出。近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)之間的分離按kXr = 1給出，近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)之間的過(guò)渡區(qū)域受kXr =2 和 kXr = 0. 5 限制。可由如下公式描述各單獨(dú)梯度振膜倉(cāng)的特征
3)其中，a表示全向部分(omni fraction)的權(quán)重因子，b表示梯度部分的權(quán)重因子。 對(duì)于數(shù)值a = l，b= 1，得到心型曲線，對(duì)于a = 1和b = 3，得到超心型曲線。一般而言，作為梯度麥克風(fēng)入射角的函數(shù)，可將梯度麥克風(fēng)的增強(qiáng)因子B描述為 鄰近效應(yīng)的結(jié)果，這在控制學(xué)系的Philip S. Cotterell (學(xué)士、碩士、AMIEE)于2002年2月 提交的學(xué)位論文“On the Theoryof the Second-Order Sound Field Microphone”中被描 述為 角度e表示球形坐標(biāo)的方位角，而<p表示仰角。對(duì)于心型曲線(a = i，b = 1)的 簡(jiǎn)單情況，增強(qiáng)因子B在(kXr)的較大數(shù)值處，即較大距離r和較高頻率f，假設(shè)如下形式 對(duì)于增加的(kXr)，該表達(dá)式接近數(shù)值1。在較小數(shù)值(kXr)處，對(duì)于增強(qiáng)因子B獲得如下表達(dá)式 由此可明顯看出，(kXr)的較小值導(dǎo)致了水平的連續(xù)增加。如果在公式⑷中插入180°的方位角0，對(duì)增強(qiáng)因子B可獲得與公式(6)中的相同的表達(dá)式。這意味著近場(chǎng)效應(yīng)具有8字形的特征類(lèi)型(對(duì)于90°的方位角9，對(duì)于kXr 的依賴(lài)消失了)。僅在壓力梯度換能器中，S卩，方向性麥克風(fēng)中出現(xiàn)近場(chǎng)效應(yīng)，而壓力換能器中不存 在近場(chǎng)效應(yīng)，并且，近場(chǎng)效應(yīng)關(guān)于聲音接收器的主方向依賴(lài)于聲音的入射角度。這意味著， 例如，在心型曲線或超心型曲線的主方向中，近場(chǎng)效應(yīng)最強(qiáng)最明顯，而可以忽略對(duì)其傾斜 90°的方向。為了確定一致?lián)Q能器設(shè)置(coincident transducer arrangement)和聲源之 間的距離，現(xiàn)在使用近場(chǎng)效應(yīng)。由于壓力換能器產(chǎn)生的全向信號(hào)(omni signal)不受鄰近 效應(yīng)影響，梯度信號(hào)和全向信號(hào)之間的比較可確定距聲源的距離。具體地，可利用以某距離或方向編碼的已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集與單獨(dú)的換能器信號(hào)或從 其獲得的信號(hào)進(jìn)行比較，來(lái)確定距離。根據(jù)本發(fā)明，利用測(cè)試聲源的測(cè)試脈沖，通過(guò)向源自 房間中的一些點(diǎn)的聲音暴露換能器設(shè)置，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)集，所述這些點(diǎn)相對(duì)于一致?lián)Q能器設(shè)置 具有不同的方向和距離。以下進(jìn)一步描述根據(jù)本發(fā)明的換能器設(shè)置的例子，其中，參考圖3到5簡(jiǎn)要解釋優(yōu) 選換能器類(lèi)型。圖3和圖4示出了“正?！碧荻日衲}(cāng)和“平坦”梯度振膜倉(cāng)之間的差異。在前者 中，如圖3所示，聲音入口開(kāi)口 a位于振膜倉(cāng)外殼4的前面，而聲音入口開(kāi)口 b在振膜倉(cāng)外 殼4相對(duì)的背側(cè)上。前部聲音入口開(kāi)口 a連接到膜片5的前部，膜片5拉緊在膜片環(huán)6上， 而背部聲音入口開(kāi)口 b連接到膜片5的背側(cè)。對(duì)于所有壓力梯度，膜片的前面是聲音可相對(duì)無(wú)阻礙到達(dá)的一側(cè)，而僅當(dāng)聲音通 過(guò)聲學(xué)相位旋轉(zhuǎn)元件才能抵達(dá)膜片的背面。一般而言，到前面的聲音路徑比到背面的聲音 路徑更短，而到背面的聲音路徑具有很高的聲學(xué)摩擦(acoustic friction)。在電極7之后 的區(qū)域中，在多數(shù)情況下存在聲學(xué)摩擦8，其可以被設(shè)計(jì)成壓縮物、非紡織物或泡沫的形式。在圖4的平坦梯度振膜倉(cāng)，也稱(chēng)為接口麥克風(fēng)中，在振膜倉(cāng)外殼4的前面提供了 聲音入口開(kāi)口 a、b，其中，一個(gè)通向膜片5的前面，另一個(gè)經(jīng)由聲音通道9通向膜片5的背 面。該換能器的優(yōu)勢(shì)在于能夠被集成在接口 11中，例如，車(chē)輛中的控制臺(tái)中，并且，由于可 以將聲學(xué)摩擦器件8，例如，非紡織物、泡沫、壓縮物、穿孔物、平板等布置在膜片5附近的區(qū) 域中，所以可能得到非常平坦的設(shè)計(jì)。通過(guò)將聲音入口開(kāi)口 a、b布置在振膜倉(cāng)的一側(cè)，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)于膜片軸的非對(duì)稱(chēng)拾 音模式，例如，心型曲線、超心型曲線等。在EP 1351 549 A2或?qū)?yīng)的美國(guó)6，885，751 A中 詳細(xì)描述了這樣的振膜倉(cāng)，以引用形式將其全部?jī)?nèi)容包含在本說(shuō)明中。圖5中示出了壓力換能器，也稱(chēng)為零階換能器。在零階換能器中，僅膜片的前面被 連接到外部環(huán)境，而背部面對(duì)著的是封閉容積。在后部容積中存在天然的小開(kāi)口，其假設(shè)為 對(duì)靜態(tài)壓力變化的補(bǔ)償，但是，這些對(duì)于動(dòng)態(tài)屬性和拾音模式不起作用。作為頻率的函數(shù)， 可以得到該結(jié)果的微小偏差。在開(kāi)始信號(hào)處理和對(duì)聲源進(jìn)行空間定位之前，可以通過(guò)換能器設(shè)置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的 目標(biāo)，以下將進(jìn)行描述?，F(xiàn)在圖6示出根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置，其由三個(gè)壓力梯度換能器1、2、3，以及由 壓力梯度換能器包圍的壓力換能器5構(gòu)成。該壓力梯度換能器的拾音模式包括全向部分和 8字形部分。實(shí)質(zhì)上，可以用P(e) =k+(i-k)Xc0S(e)來(lái)表示該拾音模式，其中，k表示角度無(wú)關(guān)的全向摩擦，而(l_k) Xcos(0)表示角度相關(guān)的8字形摩擦。參考等式(3)，已經(jīng) 處理了該拾音模式的替代數(shù)學(xué)描述，其也進(jìn)行了歸一化。在圖6下部繪出的單獨(dú)的換能器 的方向性分布之后，本情況涉及具有心型曲線特征的梯度換能器。然而，原則上，從球形和 8字形組合得到的所有梯度，比如超心型曲線，都是可以想得到的。理想情況下，壓力換能器5的拾音模式是全向的。作為制造容限和質(zhì)量的函數(shù)，在 較高頻率處可能從全向形式存在偏離，但是，總是基本上通過(guò)球形來(lái)近似描述拾音模式。相 比梯度換能器，壓力換能器僅有一個(gè)聲音入口開(kāi)口，因此，膜片的偏轉(zhuǎn)正比于壓力，而不是 膜片的前面和背面之間的壓力梯度。所述實(shí)際例子中的梯度換能器1、2、3位于x-y平面上，并且基本上均勻分布在假 想圓的圓周上，即，它們幾乎彼此間距相等。在三個(gè)梯度換能器的情況下，它們的主方向lc、 2c、3c (最大敏感度的方向)彼此傾斜，約成120°方位角(圖6的下面部分)。在n個(gè)梯度 換能器中，它們的主方向之間的角度在平面上是360° /n。原則上，任何類(lèi)型的梯度換能器都適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但是，所述的變型尤其適合， 因?yàn)?，其涉及了平坦換能器或所謂的接口麥克風(fēng)，其中，兩個(gè)聲音入口開(kāi)口位于相同一側(cè)的 表面，即，接口上。從圖6回到根據(jù)本發(fā)明的麥克風(fēng)裝置，現(xiàn)在的特性在于彼此一致地設(shè)置換能器1、 2、3、5，即，它們彼此相對(duì)取向，從而通向?qū)?yīng)的膜片的前面的聲音入口開(kāi)口 la、2a、3a、5a 彼此相互臨近，然而，梯度換能器的聲音入口開(kāi)口 lb、2b、3b位于該設(shè)置的外圍，它們通向 膜片的背面。在后續(xù)解釋中，將延長(zhǎng)連接線的交叉點(diǎn)視為麥克風(fēng)裝置的中心，其中，此交叉 點(diǎn)將前部聲音入口開(kāi)口 la或2a或3a連接到后部聲音入口開(kāi)口 lb或2b或3b。優(yōu)選地，現(xiàn) 在壓力換能器5位于該設(shè)置的中心處。在圖6的較低區(qū)域處，梯度換能器的主方向lc、2c、 3c所指向的是中心。因此，兩個(gè)換能器1、2和3的前部聲音入口開(kāi)口 la、2a、3a，也稱(chēng)為語(yǔ) 音輸入口，它們處于此設(shè)置的中心區(qū)域。通過(guò)這樣的手段，可以顯著增強(qiáng)換能器的一致性。 現(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明，壓力換能器5位于麥克風(fēng)裝置的中心區(qū)域，其中，優(yōu)選地，壓力換能器5 的單個(gè)聲音入口開(kāi)口位于壓力梯度換能器1、2、3的聲音入口開(kāi)口的連接線交叉點(diǎn)處。以下 的考慮將麥克風(fēng)裝置限制為特定的功能良好的變型。一致性產(chǎn)生，這表現(xiàn)在梯度換能器1、2、3和壓力換能器5的聲學(xué)中心盡可能彼 此靠近，優(yōu)選地，位于同一點(diǎn)處。將互補(bǔ)換能器(reciprocal transducer)的聲學(xué)中心定 義為當(dāng)換能器作為聲源時(shí)球形波由其發(fā)散出去的點(diǎn)。Jacobsen，F(xiàn)inn ；BarreraFigueroa, Salvador ;Rasmussen, Knud 于 2004 年在 AcousticalSociety of America Journal 第 115 卷第 4 期第 1468-1473 頁(yè)上的論文 “A note on the concept of acoustic center” 檢查 了確定聲源聲學(xué)中心的各種方法，包括基于偏離反距離定律(inversedistance law)的方 法以及基于相位響應(yīng)的方法。通過(guò)對(duì)電容式麥克風(fēng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)闡釋該考慮的事項(xiàng)。通過(guò) 引用在此描述中包含所述論文的內(nèi)容?？梢酝ㄟ^(guò)利用距小空間區(qū)域中，即觀察點(diǎn)中的變換器某方向以及某距離的某頻率 對(duì)聲學(xué)換能器進(jìn)行正弦激勵(lì)期間測(cè)量球形波波前來(lái)確定聲學(xué)中心。從有關(guān)球形波波前的信 息開(kāi)始，可以得到有關(guān)球形波中心，即聲學(xué)中心的結(jié)論。在 Salvador Barrera-Figueroa禾口 Knud Rasmussen 于 2006 年發(fā)表于 The Journal of the Acoustical Society of America 第 120 卷第 5 期第 2668-2675 頁(yè)的論文"The
8acoustic center of laboratory standardmicrophones，，中可找至幡聲學(xué)中心概念應(yīng)用于 麥克風(fēng)的詳細(xì)表述，將此論文的內(nèi)容作為引用包含在本文描述中。作為確定聲學(xué)中心的很 多可能之一，將此論文所述的方法簡(jiǎn)要描述如下類(lèi)似電容式麥克風(fēng)，對(duì)于互補(bǔ)換能器，是將此換能器作為聲音發(fā)射器還是聲音接 收器并不重要。在上文中，經(jīng)由反距離定律確定聲學(xué)中心 其中，rt是聲學(xué)中心，p是空氣密度，f是頻率，Mf是麥克風(fēng)敏感度，i是電流，y是復(fù)數(shù)波傳播系數(shù)。該結(jié)果僅關(guān)于壓力接收器。此結(jié)果表明，對(duì)于平均頻率(在1kHz范圍內(nèi))確定的 中心偏離對(duì)于高頻確定的中心。這種情況下，將聲學(xué)中心定義為小區(qū)域。對(duì)于確定梯度換 能器的聲學(xué)中心，此處使用完全不同的方法，因?yàn)椋?7)沒(méi)有考慮近場(chǎng)相關(guān)的依賴(lài)。可 以如下提出有關(guān)聲學(xué)中心的問(wèn)題換能器必須圍繞哪個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，以便觀察到與觀察點(diǎn)處相 同的波前相位。在梯度換能器中，可以從旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)開(kāi)始，從而聲學(xué)中心可以?xún)H位于與膜片平面正 交的線上。可以通過(guò)兩種測(cè)量確定任意線上的準(zhǔn)確點(diǎn)一最優(yōu)選地，從0°的主方向以及從 180°方向。除了對(duì)這兩種測(cè)量的相位響應(yīng)進(jìn)行比較之外，其中，測(cè)量可確定頻率依賴(lài)的聲 學(xué)中心，對(duì)于聲學(xué)中心的平均估計(jì)，最簡(jiǎn)單的是改變換能器在測(cè)量之間圍繞旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)， 從而脈沖響應(yīng)最大程度地重疊(或者，換言之，從而兩個(gè)脈沖響應(yīng)之間的最大相關(guān)位于中 心內(nèi))。所述“平坦”梯度振膜倉(cāng)目前具有的屬性是它們的聲學(xué)中心不是膜片中心，其中的 兩個(gè)聲音入口開(kāi)口位于接口上。聲學(xué)中心位于最接近通向膜片前部的聲音入口開(kāi)口處，因 此，在接口和膜片之間形成最短的連接。聲學(xué)中心也可以位于振膜倉(cāng)外部。在使用其它壓力換能器期間，必須進(jìn)行如下考慮如果考慮壓力換能器在XY平面 的膜片，并且將XY平面中圍繞X軸的任意角度指定為方位角，將圍繞XY平面的任意方向的 角度指定為仰角，可以得到如下陳述，實(shí)際上壓力換能器信號(hào)相對(duì)于理想全向信號(hào)的偏離通常隨著頻率增加(例如，1kHz以 上)而變得更大，但是在聲音由不同仰角暴露期間，其增加得更加強(qiáng)烈。由于這些考慮，當(dāng)在接口上設(shè)置壓力換能器時(shí)，得到了特別優(yōu)選的變型，從而膜片 幾乎平行于接口。作為另一種優(yōu)選變型，膜片的位置盡可能靠近接口，優(yōu)選地，與接口齊平， 但是，至少在對(duì)應(yīng)于膜片的最大維度的距離之內(nèi)。因此，也很容易解釋壓力換能器的聲學(xué)中 心的定義。這樣的布局的聲學(xué)中心位于在膜片中心處與膜片表面正交的線上。作為良好的 近似，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，可以假設(shè)聲學(xué)中心位于膜片中心內(nèi)的膜片表面上。本發(fā)明的一致標(biāo)準(zhǔn)要求，壓力梯度振膜倉(cāng)1、2、3和壓力換能器5的聲學(xué)中心101、201,301,501位于假想的球形0內(nèi)部，此球形的半徑R是換能器膜片的最大維度D的兩倍。在更優(yōu)選的實(shí)施例中，壓力梯度換能器和壓力換能器的聲學(xué)中心位于假想的球形 內(nèi)部，此球形的半徑對(duì)應(yīng)于換能器膜片的最大維度。通過(guò)移動(dòng)聲音入口開(kāi)口到一起以增強(qiáng) 一致性，可以實(shí)現(xiàn)特別的結(jié)果。在如圖10中示意性示出的優(yōu)選的一致性條件下，已經(jīng)證明了是特別優(yōu)選的根據(jù) 本發(fā)明的換能器設(shè)置為了確保這個(gè)一致性條件，壓力梯度振膜倉(cāng)1、2、3和壓力換能器5的 聲學(xué)中心101、201、301、501位于假想的球形0內(nèi)部，此球形0的半徑R等于換能器膜片的 最大維度D。隨后利用虛線指出膜片100、200、300、500的尺寸和位置。作為另一種選擇，也可以描述此一致性條件，因?yàn)榈谝宦曇羧肟陂_(kāi)口 la、2a、3a和 壓力換能器5的聲音入口開(kāi)口 5a位于假想的球形0內(nèi)部，此球形0的半徑R對(duì)應(yīng)于換能器 的膜片100、200、300、500的最大維度D。與使用最大膜片維度D (例如，圓形膜片的直徑，或 者三角形或矩形膜片的邊長(zhǎng))來(lái)確定此一致性條件相伴隨的事實(shí)是膜片的尺寸確定噪聲 距離，由此，代表了聲學(xué)幾何的直接標(biāo)準(zhǔn)(directcriterion)?？梢院茏匀坏卦O(shè)想到膜片100、200、300和500不具有相同的維度。這種情況下，
使用最大的膜片確定優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)。在圖6所述的實(shí)際例子中，在平面上布置換能器1、2、3、5。單個(gè)換能器的連接線將 前部聲音入口開(kāi)口和后部聲音入口開(kāi)口相互連接，連接線相互傾斜，成約120°角。圖7示出本發(fā)明的另一種變型，其中，并沒(méi)有將兩個(gè)壓力梯度換能器1、2、3和壓力 換能器5布置在一個(gè)平面上，而是布置在一個(gè)假想的球形表面上。這可以是實(shí)際中的例子， 當(dāng)在曲線接口上，例如，車(chē)輛的控制臺(tái)上布置麥克風(fēng)裝置的聲音入口開(kāi)口時(shí)。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)， 圖7中沒(méi)有示出其中嵌入了換能器或者其上固定了換能器的接口。一方面，圖7中的曲率表示到中心的距離減小(這是期望出現(xiàn)的，因?yàn)?，聲學(xué)中心 位置靠近在一起)，然而，另一方面，語(yǔ)音輸入開(kāi)口因此有些被遮蔽。此外，這改變了單個(gè)振 膜倉(cāng)的拾音模式，從而信號(hào)的8字形部分變得更小(從超心型曲線隨后形成心型曲線)。為 了不讓遮蔽的缺陷占上風(fēng)，優(yōu)選地，曲率不應(yīng)該超過(guò)60°。換言之，壓力梯度振膜倉(cāng)1、2、3 位于假想的錐體的外部表面上，此錐體的表面線與錐體軸線至少形成30°角。通向膜片前面的梯度換能器的聲音入口開(kāi)口 la、2a、3a位于一個(gè)平面中，此后稱(chēng) 其為基礎(chǔ)平面，然而，曲線接口上布置的聲音入口開(kāi)口 lb、2b、3b位于此基礎(chǔ)平面的外部。 將梯度換能器1、2、3的主方向投射到如此定義的基礎(chǔ)平面中形成了等于基本上360° /n的 角度，其中，n表示圓形中布置的梯度換能器的數(shù)目。作為利用平面中布置的振膜倉(cāng)的實(shí)際例子，在此實(shí)際例子中，壓力梯度換能器的 主方向彼此相互傾斜，形成方位角CP，即，它們不僅在錐體軸平面中彼此相互傾斜，而且在與 錐體軸正交的平面中，主方向的投射也彼此相互傾斜。梯度換能器1、2、3和壓力換能器5的聲學(xué)中心也位于假想的球形內(nèi)部，其半徑對(duì) 應(yīng)于圖7的設(shè)置中的換能器膜片的最大維度。通過(guò)聲學(xué)中心在空間上的接近，實(shí)現(xiàn)了本發(fā) 明所需要的一致性，尤其對(duì)于進(jìn)一步的信號(hào)處理。在圖6的變型中，將圖7所述的振膜倉(cāng)也 優(yōu)選地布置在接口上，例如，嵌入其中。圖8A和8B中示出了將振膜倉(cāng)布置在接口上的可能性。在圖8A中，示出了來(lái)自圖 6的麥克風(fēng)裝置部分，振膜倉(cāng)位于接口 20上或者固定到接口 20，然而，在圖8B中，它們被嵌
10入接口 20中，并且它們的前側(cè)與接口 20齊平?？梢栽O(shè)想另一種變型，其中，將壓力梯度振膜倉(cāng)1、2、3和壓力換能器5布置在公共 外殼21內(nèi)部，其中，膜片、電極以及單獨(dú)換能器的安裝通過(guò)隔離物彼此分開(kāi)。從外部不再能 看到聲音入口開(kāi)口。公共外殼的表面可以是平面(稱(chēng)為根據(jù)圖6的設(shè)置)或者曲面(稱(chēng)為 根據(jù)圖7的設(shè)置)，其中公共外殼的表面內(nèi)布置了聲音入口開(kāi)口。接口 20本身可以設(shè)計(jì)為 板式、控制臺(tái)、壁式、包覆層等。圖11示出根據(jù)本發(fā)明清楚確定方位角和距離r的構(gòu)造，其中，僅利用兩個(gè)梯度換 能器1、2和壓力換能器5進(jìn)行構(gòu)造。進(jìn)行這種設(shè)置的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是使用梯度換能器，其拾 音模式是超心型曲線或非常類(lèi)似于超心型曲線。因此，在180°方向到主方向lc、2c之間， 存在具有明顯清楚的信號(hào)部分的麥克風(fēng)。優(yōu)選的變型是兩個(gè)壓力梯度換能器1、2的定位， 從而，主方向lc、2c相互幾乎成90°。此處的不明確在于將水平差異解釋為近場(chǎng)效應(yīng)的結(jié) 果，但是，可以額外使用相位差異，以便清楚確定方位角和距離。自然地，上述一致性條件也 可再次應(yīng)用于此布置。然而，上述的所有換能器設(shè)置適于相對(duì)于換能器設(shè)置的方位角e和距離r對(duì)聲源 進(jìn)行定位，以下描述的換能器設(shè)置也允許確定仰角<P以及聲源在空間中的清晰的分配。圖9中示出了這樣一種麥克風(fēng)，其無(wú)需單方聲音入口麥克風(fēng)(one-sided sound inlet microphone)就可工作。此外，代替僅僅三個(gè)梯度換能器，現(xiàn)在在空間設(shè)置中使用四 個(gè)梯度換能器。在各個(gè)壓力梯度換能器1、2、3、4中，將第一聲音入口開(kāi)口 la、2a、3a、4a布 置在振膜倉(cāng)外殼的前面，將第二聲音入口開(kāi)口 lb、2b、3b、4b布置在振膜倉(cāng)外殼的背面。壓 力換能器5僅在前面具有聲音入口開(kāi)口 5a。通向膜片前部的第一聲音入口開(kāi)口 la、2a、3a、 4a彼此相對(duì)，再次滿(mǎn)足了它們位于假想的球形內(nèi)部的要求，其中，此球形的半徑是換能器之 一中的膜片的最大維度的兩倍。根據(jù)本發(fā)明，梯度換能器的主方向面對(duì)麥克風(fēng)裝置的公共 中心區(qū)域。詳細(xì)討論圖9中布置的維度的例子。假設(shè)此空間換能器設(shè)置包括與四面體表面一 致的理想平坦換能器，得到膜片表面的最大直徑D與外包圍球體半徑R的比例
(8)實(shí)際上，由于通常在剛性環(huán)上安裝膜片，并且不能將單個(gè)振膜倉(cāng)制造得任意薄，因 此，不能利用延伸到四面體邊緣的膜片實(shí)現(xiàn)這樣的換能器設(shè)置。然而，這不是問(wèn)題，因?yàn)橐?經(jīng)表明如果換能器設(shè)置，尤其是通向膜片前面的聲音入口開(kāi)口，位于假想的球體0的內(nèi)部， 其中，球體0的半徑R等于換能器之一的膜片的最大維度D的兩倍，則此發(fā)明的概念奏效。優(yōu)選地，如圖9所示，在假想的四面體的表面上布置梯度換能器，并通過(guò)間隔裝置 50將其彼此隔開(kāi)，以便在設(shè)置的中心為壓力換能器5產(chǎn)生空間。利用麥克風(fēng)竿60固定整個(gè) 設(shè)置。如參考圖10所解釋?zhuān)恢滦詶l件自然地還應(yīng)用于具有四個(gè)壓力梯度換能器的設(shè) 置。本發(fā)明不限于所述變型。原理上，也可以提供多于四個(gè)梯度換能器，以便通過(guò)求和形式 從它們的信號(hào)得到合成的全向信號(hào)。如圖9a所示，也可以提供幾個(gè)壓力換能器5、5’、5”、5”’。通過(guò)對(duì)單獨(dú)的壓力換能器的全向信號(hào)求和，可以再次形成全向信號(hào)，其仍為同質(zhì)的，近似為理想的球形，并且獨(dú)立 于頻率。在本實(shí)際例子中，提供了四個(gè)壓力換能器5、5’、5”、5”’，它們各自布置在四面體表 面，聲音入口開(kāi)口直接朝外。提供間隔裝置50，以便在空間中固定壓力換能器或梯度換能 器。在信號(hào)處理期間，單獨(dú)的梯度換能器信號(hào)與合成的全向信號(hào)相關(guān)。以下進(jìn)一步進(jìn)行單個(gè)換能器信號(hào)的信號(hào)處理和聲源的定位在能夠使用所述的麥克風(fēng)類(lèi)型之前，必須對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)揚(yáng)聲器112測(cè)量根 據(jù)本發(fā)明的換能器設(shè)置111，以相對(duì)于換能器設(shè)置111 (在圖12中用箭頭示出)的不同方位 角9、不同仰角q>以及不同距離r連續(xù)放置揚(yáng)聲器112，并在各位置發(fā)出測(cè)試信號(hào)。優(yōu)選地，發(fā)出Dirac脈沖作為測(cè)試脈沖，即，可能的持續(xù)時(shí)間最短的脈沖，因此，包 含整個(gè)頻譜。一致性換能器設(shè)置的各個(gè)換能器n的脈沖響應(yīng)In(r，e，(p)被縮短，并且提 供了坐標(biāo)(r，e，tp)，參考換能器設(shè)置111，其對(duì)應(yīng)于測(cè)試聲源112的位置。一般而言，可以 將測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，其中，由參數(shù)距離r、方位角0、仰角9和換能器n確定各頻率 響應(yīng)。在適當(dāng)?shù)牟僮髦?，通過(guò)將已記錄的時(shí)間事件與已存儲(chǔ)的脈沖響應(yīng)相比較，對(duì)各脈 沖響應(yīng)進(jìn)行過(guò)濾，從而得到一致(agreement)或高相似性，然后為入射聲音分配專(zhuān)門(mén)的坐 標(biāo)。以下在實(shí)際例子中精確進(jìn)行此方法，其中，在任何時(shí)刻由所獲取的麥克風(fēng)信號(hào)以 適當(dāng)操作能夠估計(jì)聲源的參數(shù)距離r、方位角e以及仰角cp。以面向塊的方式對(duì)單個(gè)換能器信號(hào)進(jìn)行分析，即，利用A/D (模擬/數(shù)字)換能器 對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行初始數(shù)字化，并且在一定數(shù)量的樣本到達(dá)之后，將一些組合進(jìn)塊中，并由 所期望的塊長(zhǎng)度進(jìn)行定義。原理上，利用每個(gè)新到達(dá)的樣本，可以由之前的一定數(shù)量的樣本 以及利用數(shù)字信號(hào)的抽樣頻率進(jìn)行計(jì)時(shí)的決策算法完成塊。然而，實(shí)際上，一方面，這將遇 到計(jì)算能力的限制，另一方面，已經(jīng)足夠?qū)εc25fps (幀/秒)的視頻技術(shù)相似的時(shí)間分辨 率進(jìn)行跟蹤。在對(duì)換能器信號(hào)與已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較期間，根據(jù)一致的大小進(jìn)行決定。如果大 的一致占優(yōu)，決定可以是正面的，而如果沒(méi)有一致占優(yōu)或者不充分的一致占優(yōu)，則決定是負(fù) 面的。僅將正面的決定用于對(duì)聲源進(jìn)行定位。塊的尺寸是對(duì)頻率分辨率的量具，因此，也是對(duì)決定質(zhì)量的量具。如果選擇的塊長(zhǎng) 度太小，將很容易導(dǎo)致不正確的決定。利用增加的塊長(zhǎng)度，決定的準(zhǔn)確率增加，從而導(dǎo)致計(jì) 算開(kāi)銷(xiāo)增加。圖13在框圖中圖示性描述了通過(guò)麥克風(fēng)裝置進(jìn)行的算法，其中，麥克風(fēng)裝置中包 括梯度振膜倉(cāng)1、2、3、4以及全向振膜倉(cāng)5(對(duì)應(yīng)于圖9)。初始時(shí)，對(duì)換能器信號(hào)進(jìn)行模擬/ 數(shù)字轉(zhuǎn)換，并饋送到塊單元120，其中，在塊中將單獨(dú)的信號(hào)發(fā)送到隨后的單元。假設(shè)利用通 過(guò)虛線構(gòu)成的隨后區(qū)域解釋其中進(jìn)行的所有計(jì)算都是涉及當(dāng)前的信號(hào)塊。在所述例子中僅將頻率分析單元121應(yīng)用于壓力換能器5的全向信號(hào)，頻率分析 單元121分析信號(hào)，從而確定信號(hào)中表示的最強(qiáng)烈或者具有最高水平的頻率分量fis。將這樣發(fā)現(xiàn)的離散頻率&劃分為兩組。較低的頻率組FU包含頻率fi,FU，其約在 從20到1000Hz范圍中表達(dá)最為強(qiáng)烈，而較高頻率組F0包含頻率fu。，其約在從1000到 4000Hz范圍內(nèi)表達(dá)最為強(qiáng)烈?？梢砸圆煌姆绞阶匀坏剡x擇所述的限制，但是，必須記住，
12較高頻率組F0的頻率fV 不受近場(chǎng)效應(yīng)的明顯影響。在第一步驟中，確定聲源的方向。取決于換能器設(shè)置111，可以?xún)H確定方位角(利 用3個(gè)梯度換能器)或方位角和仰角(利用4個(gè)梯度換能器)。為此，較高頻率組F0的頻 率fi, 中的電平和來(lái)自所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息是必須的。將數(shù)據(jù)集存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器125中，并 可從其中調(diào)出。由于近場(chǎng)效應(yīng)對(duì)于確定角度不重要，僅使用其中近場(chǎng)效應(yīng)極小的頻率來(lái)確
定角度。在方向確定單元123中對(duì)換能器信號(hào)進(jìn)行處理，將其劃分為塊，并與所存儲(chǔ)的 數(shù)據(jù)集進(jìn)行比較，以確定方向。初始時(shí)，對(duì)于每個(gè)換能器信號(hào)，例如，利用FFT(快速傅里 葉變換)形成各塊的頻譜。然后對(duì)頻譜進(jìn)行平滑(例如，利用固定的1/3倍頻程帶寬 (octavebandwidth))，從而局部最小不會(huì)使結(jié)果失真。對(duì)于頻率組F0的某些單個(gè)離散頻率fij，現(xiàn)在可以確定角度(以下可進(jìn)一步看 出)。在此應(yīng)該指出，在本文后面，可將表述“角度”理解為方位角和仰角，相應(yīng)地，對(duì)于平角 確定的情況(僅在2個(gè)或3個(gè)梯度換能器中)，僅是方位角或僅是仰角。結(jié)果，即，對(duì)頻率F0找到的角度，被存儲(chǔ)，并開(kāi)始對(duì)下一個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。為 幾個(gè)頻率確定角度之后，獲得對(duì)估計(jì)角度的一種統(tǒng)計(jì)。如果對(duì)特定角度的命中出現(xiàn)累 積，可以由此得出結(jié)論，在對(duì)應(yīng)的方向存在聲源。如果關(guān)于此角度的決定是正確的，可以開(kāi) 始確定對(duì)距離r的估計(jì)。通過(guò)決定單元124進(jìn)行決定，為決定單元124提供方向確定單元 122的結(jié)果。另一方面，如果發(fā)生或多或少地均勻分布的角度決定，可以從其推斷，該信號(hào)有噪 聲，并不能對(duì)該塊進(jìn)行檢測(cè)。決定單元124忽略該塊的結(jié)果，并接管前塊的參數(shù)。詳細(xì)地，如下對(duì)角度進(jìn)行比較和確定。初始時(shí)，在換能器塊的平滑頻譜中考慮頻率 fi.poo對(duì)于梯度換能器11，將此頻率4^)處的電平指定為611(^。通過(guò)將換能器信號(hào)的梯 度換能器對(duì)全向換能器的電平比例與已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集的梯度換能器與全向換能器的電平比 例進(jìn)行比較，可以確定方向確定單元122中的角度，其中已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集是從測(cè)試測(cè)量得到 的。
N(fum)是頻率fi, 處梯度換能器信號(hào)電平6 汍, )與壓力換能器電平K^, ) 的比例。VdU是從存儲(chǔ)器125中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)集中獲取的對(duì)應(yīng)比例，其中，In(f) 是梯度換能器n的對(duì)應(yīng)脈沖響應(yīng)的頻譜，而Ik(f)是壓力換能器的脈沖響應(yīng)的頻譜?，F(xiàn)在，從此數(shù)據(jù)庫(kù)可獲取所有比例VD(e，Cp，r，f)，并用于確定方向。應(yīng)該濾出從 工作的換能器獲得的數(shù)據(jù)集，其中，該數(shù)據(jù)集與比例v(f)間具有最有可能的一致。對(duì)于各個(gè)離散頻率fij，現(xiàn)在找出如下表達(dá)式的最小值 平方Vd2_V2的引入意味著對(duì)功率的最小值感興趣。然后對(duì)不同數(shù)據(jù)集上求和得到 的不同距離rm進(jìn)行分配。在角度方位角emin和仰角(Pmin中發(fā)現(xiàn)的功率最小值A(chǔ)的特征在 于其為已記錄信號(hào)與已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)集之間的最佳一致。對(duì)不同頻率fi, 繼續(xù)該處理。如果發(fā) 現(xiàn)該結(jié)果幾乎給出相同的角度，決定單元124也將該角度歸類(lèi)為正確?？梢詫?duì)各塊進(jìn)行該 處理，從而，連續(xù)更新位置確定，并且還可在空間中跟蹤移動(dòng)的聲源。如果現(xiàn)在正確確定方向，也可以估計(jì)過(guò)渡設(shè)置111與聲源之間的距離。為確定該距離，將已經(jīng)在方向確定單元122中平滑的單獨(dú)的換能器塊的頻譜饋送 到距離確定單元123中。相比角度確定，現(xiàn)在評(píng)估較低頻率組FU的較低頻率fi,FU處的曲線趨勢(shì)。
頻率&』在公式中指代在頻率分析單元121預(yù)先選出的那些頻率。由于近場(chǎng)效應(yīng)具有一種8字形特征，其證明該處僅使用梯度換能器比較合適，對(duì) 于梯度換能器，信號(hào)G或比例V最大。因此，可以專(zhuān)門(mén)使用V_計(jì)算該距離。如下表達(dá)式的最小值給出距離rmin 然后，V_表示梯度換能器信號(hào)頻譜與最大電平和全向信號(hào)頻譜之間的比例。公式(14)中的numberFU是離散頻率點(diǎn)fi,FU的數(shù)目，在以上表達(dá)式中，在該頻率點(diǎn) 上進(jìn)行求和。表達(dá)式B(r)在估計(jì)處變得最小，然后轉(zhuǎn)移到?jīng)Q定單元124，并由用于該塊的 角度和距離完成估計(jì)。作為解釋?zhuān)瑘D14示出一個(gè)示意圖，其中，作為頻率函數(shù)示出比例V_(f)，其中，通 過(guò)虛線(曲線e)連接離散頻率fi,FU。曲線a、b、c和d對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器125中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)集 VD(f)，并且優(yōu)選地根據(jù)公式(14)與V_(f)相比較。在這種情況下，獲得相對(duì)于曲線c最低 的偏離，并且表達(dá)式(14)變得最小。然后，曲線a對(duì)應(yīng)于相對(duì)麥克風(fēng)裝置的遠(yuǎn)距離，幾乎處 于遠(yuǎn)場(chǎng)中，然而，曲線d對(duì)應(yīng)于近距離，其中，已經(jīng)明顯表現(xiàn)出近場(chǎng)效應(yīng)。如前所述，參考角度，分辨率依賴(lài)于最小梯度換能器數(shù)目和構(gòu)造。在圖11的布置 中，應(yīng)該加入兩個(gè)梯度換能器的定位，它們彼此成90度，作為近場(chǎng)效應(yīng)的結(jié)果，在水平差的 解釋中給出了歧義。如上所述，由于近場(chǎng)效應(yīng)具有8字形特性，對(duì)于方向和距離可以找到兩 個(gè)可能的聲源位置。作為近場(chǎng)效應(yīng)的結(jié)果，一方面，對(duì)于將梯度換能器1暴露到與主方向成 60°角的聲音的聲源，另一方面，對(duì)于將梯度換能器1暴露到來(lái)自180°角的聲音的聲源， 都將出現(xiàn)測(cè)量電平的距離。這些情況下，將不應(yīng)該使用梯度換能器2，因?yàn)?，梯度換能器2 的兩個(gè)角度都位于接近于90°的區(qū)域中，其中不存在近場(chǎng)效應(yīng)。然而，現(xiàn)在怎么區(qū)分是在 60°還是在180°處找到聲源？在這種情況下，可以借助于信號(hào)的相位位置，因?yàn)樘荻葥Q能 器提供同相信號(hào)，直到拒絕最大點(diǎn)(對(duì)于超心型曲線在109° )處，超出拒絕角度，則相位位 置旋轉(zhuǎn)180°。除了具有2個(gè)超心型曲線和一個(gè)壓力換能器的最小變型之外，圖6所示的設(shè)置還可以確定方位角和距離。盡管此處不再使用梯度麥克風(fēng)，但是可以為敏感相位位置檢測(cè)分 配超心型曲線，或者限制于超心型曲線，或者，也可以丟棄類(lèi)似超心型的拾音模式。對(duì)于所有3個(gè)參數(shù)，即，距離、方位角和仰角，的檢測(cè)，至少三個(gè)彼此正交的梯度換 能器將是最優(yōu)的，還可具有壓力換能器，優(yōu)選地，其位于聲學(xué)中心。由于僅可一致性地產(chǎn)生該設(shè)置，所以圖9或9a所示的設(shè)置被證明是最優(yōu)的，因?yàn)?此處明確地覆蓋了所有空間方向，壓力換能器5也可以另外位于梯度換能器裝置的中心 處。如果確定了聲源的位置或方向，作為其函數(shù)，可以啟動(dòng)不同的行為。例如，利用位 置數(shù)據(jù)可控制攝像機(jī)，從而，例如，在視頻會(huì)議期間，其可以連續(xù)朝向聲源。然而，可以影響 到具有可控拾音模式的麥克風(fēng)，從而優(yōu)選地利用波束形成算法撿拾有用的聲源，同時(shí)掩蓋 其它方向。
權(quán)利要求
一種麥克風(fēng)裝置，其至少具有兩個(gè)壓力梯度換能器(1，2)，各自具有膜片，各壓力梯度換能器(1，2)具有通向膜片的前面的第一聲音入口開(kāi)口(1a，2a)，以及通向膜片的背面的第二聲音入口開(kāi)口(1b，2b)，并且，其中各壓力梯度換能器(1，2)的方向特性具有最大敏感度方向，即，主方向，并且，其中壓力梯度換能器(1，2)的主方向(1c，2c)相對(duì)于彼此相互傾斜，其特征在于所述麥克風(fēng)裝置具有至少一個(gè)壓力換能器(5)，壓力梯度換能器(1，2)和壓力換能器(5)的聲學(xué)中心(101，201，501)位于假想的球體(O)之內(nèi)，該球體的半徑(R)對(duì)應(yīng)于換能器(1，2，5)膜片的最大維度的兩倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于壓力梯度換能器(1，2)和壓力換能 器(5)的聲學(xué)中心(101，201，501)位于假想的球體(0)內(nèi)部，該球體的半徑(R)對(duì)應(yīng)于換 能器(1，2，5)的膜片的最大維度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于所述麥克風(fēng)裝置具有三個(gè)壓力 梯度換能器(1，2，3)和一個(gè)壓力換能器(5)，壓力梯度換能器(3)被布置成使得三個(gè)壓力梯 度換能器(1，2，3)的主方向(lc，2c，3c)到基礎(chǔ)平面中的投影包圍彼此成約120°的角，其 中由壓力梯度換能器(1，2，3)的第一聲音入口開(kāi)口(la，2a，3a)展開(kāi)形成基礎(chǔ)平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于將壓力換能器(5)布置在裝置的中 心，并由壓力梯度換能器(1,2,3)所包圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于將壓力梯度換能器(1，2，3)和 壓力換能器(5)布置在邊界(20)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于在各個(gè)壓力梯度換能 器(1，2，3)中，將第一聲音入口開(kāi)口(la，2a，3a)和第二聲音入口開(kāi)口(lb，2b，3b)布置在 相同側(cè)，即，換能器外殼的前面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于壓力梯度換能器(1，2，3)和壓力換 能器(5)的前面被布置成與邊界(20)齊平。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于在各個(gè)壓力梯度換能 器(1，2，3)中，將第一聲音入口開(kāi)口(la，2a，3a)布置在換能器外殼的前面，而將第二聲音 入口開(kāi)口(lb，2b，3b)布置在換能器外殼的背面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于將壓力梯度換能器 (1,2,3)和壓力換能器(5)布置在公共的振膜倉(cāng)外殼中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于所述麥克風(fēng)裝置具有四個(gè)壓力 梯度換能器(1，2，3，4)和至少一個(gè)壓力換能器(5)，將所述壓力梯度換能器(1，2，3，4)布置 在四面體表面上，并且將所述至少一個(gè)壓力換能器(5)布置在四面體內(nèi)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置，其特征在于所述麥克風(fēng)裝置具有 布置在四面體表面上的四個(gè)壓力換能器(5、5’、5”、5”’)。
12.相對(duì)于根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置確定聲源的方向和/或位 置的方法，其特征在于將換能器(1，2，3，4，5)的實(shí)際信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)的多個(gè)已存儲(chǔ)信號(hào)相比 較，各已存儲(chǔ)信號(hào)對(duì)應(yīng)于換能器(1，2，3，4，5)并利用與麥克風(fēng)裝置相關(guān)的位置信息對(duì)各已 存儲(chǔ)信號(hào)進(jìn)行編碼，并且依賴(lài)于實(shí)際信號(hào)與已存儲(chǔ)信號(hào)之間的匹配水平執(zhí)行對(duì)聲源位置的 確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于從換能器(1，2，3，4，5)的各實(shí)際信號(hào)中選擇離散頻率分量(fi)，并與數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)應(yīng)已存儲(chǔ)信號(hào)的對(duì)應(yīng)離散頻率分量進(jìn)行比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于使用高頻區(qū)域(FO)的離散頻率分 量(fi, )確定聲源的方向，其中，高頻區(qū)域中的近場(chǎng)效應(yīng)可忽略。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于將離散頻率(^ra)處的壓力梯度換能器 信號(hào)(Gn(f』))和壓力換能器信號(hào)(KU)之間的比例與已存儲(chǔ)信號(hào)的對(duì)應(yīng)比例進(jìn)行比 較。
16.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于使用低頻區(qū)域(FU)的離散頻率分 量(fi,FU)確定聲源相對(duì)于麥克風(fēng)裝置的距離，其中，不能忽略低頻區(qū)域中的近場(chǎng)效應(yīng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于將離散頻率(fVFU)處的壓力梯度換能器 信號(hào)(Gn(fi,FU))和壓力換能器信號(hào)(KU)之間的比例與已存儲(chǔ)信號(hào)的對(duì)應(yīng)比例進(jìn)行比 較。
18.一種校準(zhǔn)根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的麥克風(fēng)裝置的方法，其特征在于，測(cè) 試聲源被連續(xù)定位于與麥克風(fēng)裝置相關(guān)的多個(gè)位置上，并在各位置上發(fā)送測(cè)試信號(hào)，優(yōu)選 地為Dirac脈沖，并且利用對(duì)應(yīng)的換能器以及測(cè)試聲源相對(duì)于麥克風(fēng)裝置的實(shí)際位置對(duì)各 換能器(1，2，3，4，5)記錄的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和編碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種麥克風(fēng)裝置，其至少具有兩個(gè)壓力梯度換能器(1，2)，各自具有膜片，各壓力梯度換能器(1，2)具有通向膜片的前面的第一聲音入口開(kāi)口(1a，2a)，以及通向膜片的背面的第二聲音入口開(kāi)口(1b，2b)，并且，其中各壓力梯度換能器(1，2)的方向特性具有最大敏感度方向，即，主方向，并且，其中壓力梯度換能器(1，2)的主方向(1c，2c)相對(duì)于彼此相互傾斜。本發(fā)明的特征在于麥克風(fēng)裝置至少具有一個(gè)壓力換能器(5)，壓力梯度換能器(1，2)和壓力換能器(5)的聲學(xué)中心(101，201，501)位于假想的球體(O)之內(nèi)，球體的半徑(R)對(duì)應(yīng)于換能器(1，2，5)膜片的最大維度的兩倍。
文檔編號(hào)H04R1/38GK101855914SQ200780101500
公開(kāi)日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者弗雷德里克·里寧 申請(qǐng)人:Akg聲學(xué)有限公司