專(zhuān)利名稱(chēng)：風(fēng)噪聲檢測(cè)方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多麥克風(fēng)系統(tǒng)和方法，用于確定第一麥克風(fēng)和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的相角差以檢測(cè)是否存在風(fēng)噪聲。
背景技術(shù)：
風(fēng)引起的噪聲信號(hào)或風(fēng)噪聲對(duì)戶(hù)外使用的諸如移動(dòng)終端、助聽(tīng)器、耳機(jī)、錄音攝影機(jī)等的各種便攜電子設(shè)備的聲音接收造成嚴(yán)重問(wèn)題。風(fēng)噪聲在對(duì)話和錄音時(shí)往往十分令人討厭，在對(duì)話時(shí)，其可通過(guò)在聽(tīng)覺(jué)上掩蔽重要的語(yǔ)音暗示而降低預(yù)期語(yǔ)音信號(hào)的可理解性， 在錄音時(shí)，風(fēng)噪聲會(huì)破壞音樂(lè)錄音的保真度。風(fēng)噪聲由靠近便攜電子設(shè)備的麥克風(fēng)入口端的表面部件周?chē)目諝馔牧髟斐?。這些表面部件將穩(wěn)定風(fēng)流轉(zhuǎn)換成湍流壓力波動(dòng)，該湍流壓力波動(dòng)像其他的、卻是需要的波動(dòng)一樣被麥克風(fēng)拾取。對(duì)佩戴在使用者耳朵后或使用者耳道內(nèi)的助聽(tīng)器產(chǎn)生風(fēng)噪聲的原因的調(diào)查已證明，一部分風(fēng)噪聲是由使用者的耳朵和頭部周?chē)目諝饬鳟a(chǎn)生的湍流造成的， Dillon,H. , Roe, I.,禾口 Katch, R. (1999), "Wind noise in hearing aids :Mechanisms and measurements (助聽(tīng)器中的風(fēng)噪聲機(jī)理和測(cè)量)”，澳大利亞國(guó)家聽(tīng)力實(shí)驗(yàn)室。由此可見(jiàn)， 通過(guò)重新設(shè)計(jì)便攜電子設(shè)備的有關(guān)表面部件來(lái)防止風(fēng)噪聲看來(lái)不會(huì)獲得良好的結(jié)果。本發(fā)明的發(fā)明人和其他人員已證明，風(fēng)噪聲引起的信號(hào)的頻譜和電平取決于風(fēng)速和便攜電子設(shè)備的放置、形狀和規(guī)格。但是風(fēng)噪聲主要集中于可聽(tīng)到的頻譜的低頻率處。 早先的報(bào)告顯示風(fēng)噪聲頻譜在300Hz以下或IOOHz以下相對(duì)較平。減少風(fēng)噪聲的一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)辦法是將屏板置于麥克風(fēng)入口端之上以減少湍流，并且為錄音麥克風(fēng)開(kāi)發(fā)了多種有效風(fēng)擋(ffuttke, J. (1991), "Microphones and the wind (麥克風(fēng)與風(fēng))，，，Audio Eng. Soc. Vol. 40,pp 809-817)。但是，對(duì)于多種類(lèi)型的便攜電子設(shè)備，風(fēng)擋因?yàn)閷?duì)尺寸和外觀一般有嚴(yán)格的限制而通常不是實(shí)用的解決方案。US 2007/0047743A1公開(kāi)了一種傳感器/麥克風(fēng)波束形成系統(tǒng)，包括兩個(gè)間隔的麥克風(fēng)。該系統(tǒng)應(yīng)用相位增強(qiáng)處理，該相位增強(qiáng)處理可包括在波束形成處理之前對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行相位擴(kuò)展。通過(guò)擴(kuò)展波束形成系統(tǒng)的方向性圖中的零空間區(qū)域可改進(jìn)該系統(tǒng)的噪聲辨別能力。US 4，333，170公開(kāi)了一種聲源檢測(cè)和跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括將一對(duì)麥克風(fēng)的麥克風(fēng)信號(hào)數(shù)字化并進(jìn)行FFT(快速傅里葉變換算法)變換的麥克風(fēng)陣列。根據(jù)特定選定的頻率區(qū)的數(shù)字化麥克風(fēng)信號(hào)對(duì)計(jì)算相位差，用所述相位差除以所述頻率區(qū)的頻率值，以確定相位差斜率。將相位差斜率相同的信號(hào)組合到一起，并歸類(lèi)為發(fā)源于相同聲源。在一般現(xiàn)有技術(shù)中，檢測(cè)和抑制風(fēng)噪聲的方法依賴(lài)于檢測(cè)麥克風(fēng)信號(hào)中風(fēng)噪聲的特定振幅特征。一旦檢測(cè)到風(fēng)噪聲，則選擇適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理策略以衰減或抑制被認(rèn)為會(huì)受到風(fēng)噪聲信號(hào)污染的頻帶。但是(例如)由于風(fēng)噪聲信號(hào)與音樂(lè)和語(yǔ)音信號(hào)等預(yù)期信號(hào)的重疊頻譜或臨時(shí)內(nèi)容的原因，對(duì)風(fēng)噪聲信號(hào)進(jìn)行可靠檢測(cè)已被證明難以實(shí)現(xiàn)。在多麥克風(fēng)系統(tǒng)中，由于兩個(gè)麥克風(fēng)的靈敏度和頻率響應(yīng)不符，難以在兩個(gè)或更多個(gè)麥克風(fēng)信號(hào)中檢測(cè)風(fēng)噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種多麥克風(fēng)系統(tǒng)，包括第一麥克風(fēng)，用于接收聲音并提供表示該聲音的第一麥克風(fēng)信號(hào)，以及第二麥克風(fēng)，用于接收聲音并提供表示該聲音的第二麥克風(fēng)信號(hào)。信號(hào)處理器組件可操作性地進(jìn)行連接，以接收第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)，并用于確定第一麥克風(fēng)信號(hào)和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間隨時(shí)間的相角差。該信號(hào)處理器組件用于根據(jù)所確定的相角差和預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)風(fēng)噪聲?？蓪⒌谝缓偷诙溈孙L(fēng)信號(hào)組合到包括多個(gè)單獨(dú)時(shí)間段的各自連續(xù)時(shí)間段內(nèi)?？蓪⒌谝缓偷诙溈孙L(fēng)信號(hào)以模擬形式或數(shù)字形式提供給信號(hào)處理器組件。如果第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)以數(shù)字形式提供，優(yōu)選地，在預(yù)定采樣頻率下對(duì)它們進(jìn)行同步采樣。預(yù)定采樣頻率的適當(dāng)值將根據(jù)應(yīng)用具體要求而不同，但可處于8kHz至48kHz之間。數(shù)字化的第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的分辨率可根據(jù)特定應(yīng)用要求而選擇是12至M位之間的值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二麥克風(fēng)均包括積分A/D轉(zhuǎn)換器，該積分A/D轉(zhuǎn)換器被設(shè)于各自的麥克風(fēng)外殼或殼體內(nèi)，用于將預(yù)定采樣頻率下的數(shù)字化第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)傳送給信號(hào)處理器組件。以數(shù)字形式提供第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)時(shí)，單獨(dú)時(shí)間段優(yōu)選地具有相同長(zhǎng)度，以支持面向塊的數(shù)字信號(hào)處理算法，諸如，(例如，通過(guò)FFT算法實(shí)現(xiàn)的)離散傅里葉變換或基于塊的數(shù)字濾波器組。在不同時(shí)間下，所述單獨(dú)時(shí)間段與互相鄰接的單獨(dú)時(shí)間段可部分重疊或在之間沒(méi)有“間隙”的情況下不重疊。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)由數(shù)字信號(hào)處理功能元件進(jìn)行處理，例如，HR和UR濾波器組，該濾波器組包括多組相鄰的帶通和/或高通濾波器，用于對(duì)數(shù)字化第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)逐個(gè)樣本地進(jìn)行操作，以確定隨時(shí)間一個(gè)或多個(gè)子頻帶內(nèi)的各個(gè)相角差。信號(hào)處理器組件的上述信號(hào)處理功能元件優(yōu)選地作為包括在可編程信號(hào)處理器 (諸如，定點(diǎn)或浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器或?qū)Φ谝缓偷诙溈孙L(fēng)信號(hào)的數(shù)字化形式進(jìn)行操作的微處理器)上執(zhí)行的各組程序命令的軟件程序或調(diào)度程序來(lái)執(zhí)行。此多麥克風(fēng)系統(tǒng)除第一和第二麥克風(fēng)之外還可包括一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)。該多麥克風(fēng)系統(tǒng)可體現(xiàn)為大麥克風(fēng)陣列，該大麥克風(fēng)陣列包括多個(gè)單獨(dú)麥克風(fēng)，例如3至10個(gè)麥克風(fēng)，并以預(yù)定空間關(guān)系安裝在便攜電子設(shè)備上。在這種麥克風(fēng)陣列中，優(yōu)選地，確定連續(xù)時(shí)間段下多對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)之間的各個(gè)相角差，以確定特定麥克風(fēng)對(duì)是否有風(fēng)噪聲。整個(gè)麥克風(fēng)陣列的風(fēng)噪聲指標(biāo)可基于，例如，每對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)提供的各個(gè)風(fēng)噪聲檢測(cè)值的平均值。根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選實(shí)施方式，信號(hào)處理器組件用于確定位于預(yù)定頻率范圍， 例如20Hz至2kHz之間的頻率范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)子頻帶中的隨時(shí)間的各個(gè)相角差。通過(guò)將信號(hào)處理器組件用于根據(jù)子頻帶中所確定的相角差和相應(yīng)的子頻帶判定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)子頻帶中每個(gè)子頻帶內(nèi)的風(fēng)噪聲，可因此在一個(gè)或多個(gè)子頻帶中的每個(gè)子頻帶內(nèi)對(duì)風(fēng)噪聲進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)。在許多應(yīng)用中，特別是在使用了例如3個(gè)至32個(gè)子頻帶之間的多個(gè)子頻帶的情況下，在一個(gè)或多個(gè)子頻帶中的每個(gè)子頻帶內(nèi)檢測(cè)風(fēng)噪聲是有利的。計(jì)算風(fēng)噪聲污染的子頻帶的數(shù)量，可提供風(fēng)噪聲信號(hào)的可靠帶寬估值。在信號(hào)處理器組件上實(shí)現(xiàn)的噪聲消除或衰減策略或算法可專(zhuān)注于僅處理經(jīng)檢測(cè)為受到風(fēng)噪聲污染的子頻帶。因此，未污染的子頻帶可免于受到噪聲消除或衰減算法可能產(chǎn)生的不利聲音效果。信號(hào)處理器組件可進(jìn)一步用于確定多個(gè)子頻帶的各個(gè)相角差，并在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前將多個(gè)子頻帶的一組子頻帶的各個(gè)相角差進(jìn)行平均。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，信號(hào)處理器組件用于在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前將所確定的隨時(shí)間的相角差進(jìn)行平均。優(yōu)選地，用200毫秒至4秒之間的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行平均。在第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)組合到各連續(xù)時(shí)間段內(nèi)的前述實(shí)施方式中，信號(hào)處理器組件優(yōu)選地用于確定隨連續(xù)時(shí)間段的相角差，對(duì)于連續(xù)時(shí)間段的每個(gè)時(shí)間段，在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和該時(shí)間段下確定的相角差之間進(jìn)行比較，確定每個(gè)時(shí)間段下的檢測(cè)結(jié)果，提供平均檢測(cè)結(jié)果之前將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行平均，并將平均檢測(cè)結(jié)果與預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。時(shí)間段優(yōu)選具有可為4至64毫秒之間的基本相同的長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，信號(hào)處理器組件用于在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前過(guò)濾所確定的相角差，以消除或抑制第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的恒定相角差。該實(shí)施方式可選擇性地包括在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前用預(yù)定時(shí)間常數(shù)將過(guò)濾的相角差進(jìn)行平均以生成平均相角差導(dǎo)數(shù)的步驟。過(guò)濾步驟可包括將所確定的相角差進(jìn)行高通或帶通濾波，以抑制恒定和/ 或慢變相角差。或者也可使用其他算法或?yàn)V波器，例如直流消除算法，以抑制恒定相角差。抑制或消除恒定和/或慢變相角差具有多種優(yōu)點(diǎn)，原因在于，方向從多麥克風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)為聲源和/或第一和第二麥克風(fēng)的相位響應(yīng)之間的不符。第一和第二麥克風(fēng)的相位響應(yīng)之間的不符可具有由制造公差造成的常數(shù)分量，以及由老化效應(yīng)、溫度效應(yīng)和濕度效應(yīng)中的一個(gè)或多個(gè)造成的慢變分量。但是，由于這些恒定和/或慢變相角差與風(fēng)噪聲的預(yù)期檢測(cè)無(wú)關(guān)，可在風(fēng)噪聲檢測(cè)過(guò)程中將它們視為“噪聲”，優(yōu)選地，在確定檢測(cè)結(jié)果之前進(jìn)行抑制。在本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，信號(hào)處理器組件用于根據(jù)表示第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的頻域或譜計(jì)算相角差。信號(hào)處理器組件可用于，例如，計(jì)算連續(xù)時(shí)間段下第一麥克風(fēng)信號(hào)的第一離散傅里葉變換和連續(xù)時(shí)間段下第二麥克風(fēng)信號(hào)的第二離散傅里葉變換，并根據(jù)第一和第二離散傅里葉變換的各個(gè)相角頻譜確定相角差。如果出于風(fēng)噪聲檢測(cè)之外的其他原因，信號(hào)處理器組件已對(duì)第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)應(yīng)用了頻域變換或算法，則本發(fā)明的這些實(shí)施方式毫無(wú)疑問(wèn)為特別優(yōu)選實(shí)施方式。在第二種情況下，可根據(jù)現(xiàn)有相位譜數(shù)據(jù)用最少的額外計(jì)算來(lái)直接計(jì)算相角差或平均相角差。第一和第二離散傅里葉變換可包括64至IOM之間的頻率區(qū)，第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)中每個(gè)信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)子頻帶(例如)與第一或第二離散傅里葉變換的各個(gè)頻率區(qū)或頻率區(qū)組對(duì)應(yīng)。多麥克風(fēng)系統(tǒng)可包括采樣率轉(zhuǎn)換器，該采樣率轉(zhuǎn)換器可操作性地互連在第一和第二數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)與信號(hào)處理器組件之間。該采樣率轉(zhuǎn)換器用于將第一和第二數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)下采樣到比預(yù)定采樣頻率更低的采樣頻率——例如，將預(yù)定采樣頻率除以2、4、8等整數(shù)。在比預(yù)定采樣頻率低得多的采樣率或頻率下對(duì)風(fēng)噪聲進(jìn)行檢測(cè)的情況下，此實(shí)施方式十分有用。在較低采樣頻率下檢測(cè)風(fēng)噪聲可大大節(jié)省給予信號(hào)處理器組件的計(jì)算資源，從而相應(yīng)地減少了功率消耗。信號(hào)處理器組件可包括軟件可編程微處理器，例如，可編程定點(diǎn)或浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，用于執(zhí)行一組程序命令以提供風(fēng)噪聲檢測(cè)算法。或者，信號(hào)處理器組件可包括專(zhuān)用或硬接線運(yùn)算和邏輯電路系統(tǒng)，用于執(zhí)行其中某些或所有前述風(fēng)噪聲檢測(cè)算法或功能。在信號(hào)處理器組件的其他實(shí)施方式中，信號(hào)處理器組件作為用于特定信號(hào)處理功能的專(zhuān)用或硬接線運(yùn)算和邏輯電路系統(tǒng)的混合以及用于其他信號(hào)處理功能的軟件程序命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)包括相角差閾值，使得可通過(guò)相角差閾值與所確定的相角差、確定的平均相角差和確定的平均相角差導(dǎo)數(shù)中的至少一個(gè)進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)風(fēng)噪聲?；陂撝档臋z測(cè)方案僅需要較少或適度的計(jì)算量。在信號(hào)處理器組件用于確定一個(gè)或多個(gè)子頻帶內(nèi)的各個(gè)相角差的情況下，每個(gè)子頻帶可包括所述子頻帶特定的對(duì)應(yīng)判定標(biāo)準(zhǔn)，例如，子頻帶相角差閾值。這種情況下，例如，可根據(jù)子頻帶相角差閾值和子頻帶內(nèi)確定的相角差或相角差導(dǎo)數(shù)之間的比較結(jié)果在每個(gè)子頻帶內(nèi)檢測(cè)風(fēng)噪聲。所有子頻帶的子頻帶相角差閾值可設(shè)為相同值或不同值。在其他實(shí)施方式中，在與預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較之前，將多個(gè)子頻帶內(nèi)確定的相角差進(jìn)行組合和平均。信號(hào)處理器組件可用于將預(yù)定頻率范圍內(nèi)的第一麥克風(fēng)信號(hào)或第二麥克風(fēng)信號(hào)的能量估值作為與風(fēng)噪聲檢測(cè)相關(guān)的第二預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)?？稍诘谝换虻诙溈孙L(fēng)信號(hào)中的兩者或兩者之一的整個(gè)帶寬內(nèi)或前述子頻帶中之一內(nèi)確定該能量估值。信號(hào)處理器組件優(yōu)選地用該能量估值來(lái)確定任何特定時(shí)間點(diǎn)或特定時(shí)間段下第一和第二麥克風(fēng)的麥克風(fēng)信號(hào)是否包含風(fēng)噪聲產(chǎn)生的足夠能量或功率。計(jì)算的能量或功率估值，例如，可與預(yù)設(shè)能量或功率閾值進(jìn)行比較，以估算所述麥克風(fēng)信號(hào)是否可能由風(fēng)噪聲產(chǎn)生。如果能量或功率估值對(duì)預(yù)設(shè)能量或功率閾值或類(lèi)似標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，則附加判定標(biāo)準(zhǔn)可使信號(hào)處理器組件跳過(guò)根據(jù)所確定的相角差進(jìn)行風(fēng)噪聲檢測(cè)的步驟。這種低能量或功率麥克風(fēng)信號(hào)可由第一或第二麥克風(fēng)的電子和/或聲音電路系統(tǒng)產(chǎn)生的隨機(jī)自身噪聲占支配地位。第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的這些隨機(jī)自身噪聲的作用本來(lái)互不相關(guān)，可產(chǎn)生類(lèi)似于風(fēng)噪聲產(chǎn)生的相角差的連續(xù)相角差。信號(hào)處理器組件可響應(yīng)于風(fēng)噪聲檢測(cè)而應(yīng)用各種信號(hào)處理方法以提高第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的感知質(zhì)量。信號(hào)處理器，例如，通過(guò)應(yīng)用具有根據(jù)風(fēng)噪聲信號(hào)的檢測(cè)帶寬設(shè)置的截止頻率的自適應(yīng)高通濾波器，可衰減第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定子頻帶。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了諸如移動(dòng)終端或便攜通信裝置的便攜電子設(shè)備，包括根據(jù)多麥克風(fēng)系統(tǒng)的上述實(shí)施方式中任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)。便攜電子設(shè)備的外殼具有外表面，該外表面包括其間設(shè)有預(yù)定距離的第一和第二聲音入口。該多麥克風(fēng)系統(tǒng)的第一和第二麥克風(fēng)分別與第一和第二聲音入口耦接。第一和第二聲音入口之間的預(yù)定距離可根據(jù)便攜電子設(shè)備的外殼或殼體尺寸而大不相同。有用距離可在5mm至IOOmm之間，例如，在IOmm至30mm之間，因?yàn)檫@些距離范圍通常用在聲束形成應(yīng)用中。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法包括以下步驟a)_生成表示接收的聲音的第一麥克風(fēng)信號(hào)，b)_生成表示接收的聲音的第二麥克風(fēng)信號(hào)，
C)-確定第一麥克風(fēng)信號(hào)的相位和第二麥克風(fēng)信號(hào)的相位之間隨時(shí)間的相角差，d)-根據(jù)確定的相角差和預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)風(fēng)噪聲。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)一步包括以下步驟e)_將第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)分別分成一個(gè)或多個(gè)子頻帶，f)_確定該一個(gè)或多個(gè)子頻帶內(nèi)隨時(shí)間的各個(gè)相角差。檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法可選擇性地包括下述步驟g)至j)中的任一步驟g)_根據(jù)每個(gè)子頻帶中所確定的相角差和子頻帶判定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)子頻帶中每個(gè)子頻帶內(nèi)的風(fēng)噪聲，h)_將第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為預(yù)定采樣頻率下，例如在SkHz至96kHz 之間的采樣頻率下的各個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)，i)_在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前，通過(guò)(例如)高通或帶通濾波器過(guò)濾確定的相角差以消除或抑制恒定相角差，j)_在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前將確定的隨時(shí)間的相角差進(jìn)行平均。根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體，包括用于使可編程信號(hào)處理器執(zhí)行上述風(fēng)噪聲檢測(cè)方法的步驟C)至d)的可執(zhí)行或可編譯程序命令。該計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體可包括磁盤(pán)或光盤(pán)、EEPROM或EPROM芯片、閃存棒或其他類(lèi)型的非易失性電子存儲(chǔ)器組件。所述計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體優(yōu)選地包括除執(zhí)行上述步驟c)_d)所需的程序命令之外的程序命令。所述附加程序命令可使可編程信號(hào)處理器執(zhí)行上述檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法的步驟e)_j)中的任一步驟。該程序命令可以以需要進(jìn)行編譯的源代碼的格式(例如，C++程序代碼或匯編程序代碼)來(lái)提供。在其他實(shí)施方式中，該程序命令包括用于各種類(lèi)型的私有或市場(chǎng)上可買(mǎi)到的數(shù)字信號(hào)處理器的可執(zhí)行程序代碼。該程序命令可用于在可編程數(shù)字信號(hào)處理器(例如，由Analog Devices (亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)公司)生產(chǎn)的TigerSHARC 系列或SgmaDSP 系列DSP)上執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，提供了一種信號(hào)處理產(chǎn)品包，包括載體，例如印刷電路板或陶瓷襯底，該載體具有用于接收第一麥克風(fēng)信號(hào)的第一輸入端和用于接收第二麥克風(fēng)信號(hào)的第二輸入端?？删幊绦盘?hào)處理器安裝在載體上，并可操作性地連接至第一和第二輸入端上，用于接收第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)。包括如上所述的可執(zhí)行或可編譯程序命令的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體還形成信號(hào)處理產(chǎn)品包的一部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體包括靠近可編程信號(hào)處理器安裝在載體上的電子存儲(chǔ)器，例如，EEPRQM或閃存芯片，在另一個(gè)實(shí)施方式中，計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體包括在共同的半導(dǎo)體襯底上與可編程信號(hào)處理器集成的電子存儲(chǔ)器。


將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的多麥克風(fēng)系統(tǒng)的示意圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的多麥克風(fēng)系統(tǒng)的示意圖，圖3為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的多麥克風(fēng)系統(tǒng)的示意圖，圖4為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的多麥克風(fēng)系統(tǒng)的示意圖，
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圖5a)和圖5b)示出了圖3所示的多麥克風(fēng)系統(tǒng)在接收語(yǔ)音和風(fēng)噪聲組合的聲音時(shí)，隨時(shí)間測(cè)量的麥克風(fēng)信號(hào)相角差和振幅，圖6a)和圖6b)示出了圖3所示的多麥克風(fēng)系統(tǒng)在接收由純語(yǔ)音構(gòu)成的聲音時(shí)， 隨時(shí)間測(cè)量的麥克風(fēng)信號(hào)相角差和振幅，圖7a)和圖7b)示出了圖1所示的多麥克風(fēng)系統(tǒng)在接收語(yǔ)音和風(fēng)噪聲時(shí)，隨時(shí)間測(cè)量的麥克風(fēng)信號(hào)振幅和相角差；以及圖8示出了圖3所示的多麥克風(fēng)系統(tǒng)在一組不同風(fēng)速下各聲壓級(jí)相對(duì)于頻率產(chǎn)生的一組測(cè)量的相對(duì)風(fēng)噪聲。
具體實(shí)施例方式下文將對(duì)本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述。為了便于比較不同實(shí)施方式，附圖上由相似參考號(hào)表示對(duì)應(yīng)部件。圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的多麥克風(fēng)系統(tǒng)的示意圖，該多麥克風(fēng)系統(tǒng)包括第一麥克風(fēng)，Mic 1，以及由Mic 2表示的第二麥克風(fēng)，該第一和第二麥克風(fēng)可操作性地連接至信號(hào)處理器組件11上，以向其提供第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)。該第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)優(yōu)選地以數(shù)字形式提供給信號(hào)處理器組件11，但為了簡(jiǎn)化，圖中將A/D轉(zhuǎn)換器省去。實(shí)際上，每個(gè)麥克風(fēng)，Mic 1和Mic 2，可包括積分A/D轉(zhuǎn)換器，以提供在預(yù)定采樣頻率下的數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)?；蛘?，該信號(hào)處理器組件11可包括連接的一對(duì)合適的A/D轉(zhuǎn)換器或單個(gè)多路復(fù)用A/D轉(zhuǎn)換器，用于以模擬形式接收第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)并使這些信號(hào)在被發(fā)送到信號(hào)處理器組件11之前被轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。該信號(hào)處理器組件11包括分別可操作性地連接至各相角確定單元3、9上的第一 FFT功能元件2和第二 FFT功能元件8。由該相角確定單元3、9確定的第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的各個(gè)相角通過(guò)減法功能元件4相減，從而提供由FFT功能元件2處理的麥克風(fēng)輸入信號(hào)的特定時(shí)間段的相角差。該時(shí)間段的長(zhǎng)度由第一和第二 FFT功能元件其中之一的大小和所選采樣頻率來(lái)設(shè)定。該第一和第二 FFT功能元件可處理第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)各自的連續(xù)時(shí)間段的非重疊或部分重疊的單個(gè)時(shí)間段。在本發(fā)明的該實(shí)施方式中，在16kHz下分別對(duì)第一和第二麥克風(fēng)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣。該第一和第二麥克風(fēng)輸入信號(hào)的各個(gè)時(shí)間段作為與64毫秒的時(shí)間段對(duì)應(yīng)的IOM個(gè)樣本的信號(hào)樣本集。第一功能元件2和第二 FFT功能元件8均處理使FFT大小為IOM個(gè)區(qū)的非重疊時(shí)間段的相關(guān)信號(hào)樣本集。由此，第一和第二 FFT功能元件各自的頻率分辨率被定義為15. 6Hz，這意味著，第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的各個(gè)相角在從 OHz至SkHz的范圍內(nèi)的間隔為15. 6Hz的等距子頻帶中確定。毫無(wú)疑問(wèn)，第一和第二 FFT功能元件的采樣頻率和大小可根據(jù)特定應(yīng)用及其對(duì)頻率分辨率的需求而不同。在本發(fā)明的多個(gè)有用實(shí)施方式中，采樣頻率位于8kHz至48kHz之間。在這些實(shí)施方式中，第一和第二 FFT 功能元件各自的大小可在64個(gè)區(qū)至IOM個(gè)區(qū)之間變化。減法功能元件4的輸出是IOM個(gè)頻率區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)頻率區(qū)隨時(shí)間的各個(gè)相角差，其中，一個(gè)區(qū)或子頻帶內(nèi)的每個(gè)相角差對(duì)應(yīng)于經(jīng)FFT處理的64毫秒時(shí)間段。在本實(shí)施方式中，判定功能元件7僅在FFT區(qū)3形式的單個(gè)子頻帶內(nèi)接收計(jì)算的相角差。FFT區(qū)3 與集中于46. 8Hz頻率的子頻帶對(duì)應(yīng)。但是，其他實(shí)施方式可自然地計(jì)算多個(gè)其他FFT區(qū)中的各個(gè)相角差，并將這些相角差單獨(dú)發(fā)送給判定功能元件7。判定功能元件7將約為50度的相角差閾值作為對(duì)FFT區(qū)3的確定相角差的判定標(biāo)準(zhǔn)。該判定功能元件7在標(biāo)示的端子OUT上生成二進(jìn)制判定信號(hào)，該判定信號(hào)表示第一和第二麥克風(fēng)輸入信號(hào)中是否存在風(fēng)噪聲。由于在FFT區(qū)3所處的低頻率處語(yǔ)音源和其他自然聲源產(chǎn)生的聲音確定的相角差比風(fēng)噪聲產(chǎn)生的相角差低得多，本發(fā)明人確定，可對(duì)風(fēng)噪聲進(jìn)行可靠辨別或檢測(cè)。風(fēng)噪聲可靠檢測(cè)要求適當(dāng)選擇檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，例如，前述相角差閾值。本發(fā)明的實(shí)施方式中通過(guò)對(duì)二進(jìn)制判定信號(hào)執(zhí)行圖1的虛線框6所示的可選平均功能，可進(jìn)一步提高風(fēng)噪聲檢測(cè)的可靠性。將參照?qǐng)D7a)和圖7b)來(lái)說(shuō)明風(fēng)噪聲檢測(cè)的操作，該圖示出了與每個(gè)第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的約422個(gè)連續(xù)非重疊單個(gè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)的約 27秒的時(shí)間段下多麥克風(fēng)系統(tǒng)1的減法功能元件4的輸出端的相角差的各個(gè)曲線圖。χ軸表示以秒為單位繪制的時(shí)間，而y軸表示以度為單位繪制的確定相角差。Fig. 7a)示出了對(duì)于包括風(fēng)噪聲和語(yǔ)音的組合或混合的信號(hào)，減法功能元件4的輸出，而圖7b)示出了僅語(yǔ)音信號(hào)的對(duì)應(yīng)輸出。由上述聲音信號(hào)產(chǎn)生的第一和第二麥克風(fēng)輸入信號(hào)由安裝在數(shù)字靜物攝影機(jī)內(nèi)、聲音端口距離為12mm的一對(duì)全向麥克風(fēng)來(lái)記錄。風(fēng)噪聲信號(hào)記錄時(shí)的風(fēng)速被設(shè)置為約5m/s。以16kHz的采樣頻率對(duì)第一和第二麥克風(fēng)輸入信號(hào)進(jìn)行同步采樣，并且數(shù)字化的第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)導(dǎo)出到用于根據(jù)前述FFT分析進(jìn)行信號(hào)處理和繪圖的MATLAB。檢查圖7a)表明，由組合的風(fēng)噪聲和語(yǔ)音產(chǎn)生的確定相角差具有隨時(shí)間有很大變化的隨機(jī)特性。另一方面，圖7b)示出，雖然有少數(shù)孤立性尖峰，確定的相角差的可變性和平均值仍然較低。圖7a)中的風(fēng)噪聲和語(yǔ)音產(chǎn)生的相角差的隨機(jī)特性可歸因于低頻率下聲壓波動(dòng)的湍流和隨機(jī)特性，這種情況下，頻率為46. 8Hz左右，區(qū)3集中于該頻譜內(nèi)。圖7b) 中僅語(yǔ)音產(chǎn)生的相角差的低得多的可變性歸因于非湍流聲源產(chǎn)生的低頻率信號(hào)。這是因?yàn)?，這種聲源的第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的相角差是由聲音端口的距離和與聲源的方向 (例如，前、后或側(cè)面)確定的。在本多麥克風(fēng)系統(tǒng)1中，根據(jù)到聲源的方向，12mm的聲音端口距離在46. 8Hz下應(yīng)產(chǎn)生在約+/-0. 4度之間的相角差。除這個(gè)較小的理論相角差之外， 第一和第二麥克風(fēng)的相位響應(yīng)不符通常也會(huì)產(chǎn)生額外相角差。第一和第二麥克風(fēng)之間的頻率和/或相位響應(yīng)不符造成的額外相角差在本風(fēng)噪聲檢測(cè)方案涉及的不同時(shí)間段下基本為恒定。在參照?qǐng)D3和圖4所示的本發(fā)明的實(shí)施方式的如下所述風(fēng)噪聲檢測(cè)中，后一觀察結(jié)果可帶來(lái)進(jìn)一步的改進(jìn)。在本發(fā)明該實(shí)施方式中，發(fā)明人證明，可通過(guò)消除圖7b)的相角差中的可見(jiàn)尖峰來(lái)提高風(fēng)噪聲檢測(cè)的可靠性。這可通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)通過(guò)計(jì)算ζ變換單位圓周?chē)淖疃滔嘟遣顏?lái)用減法功能元件4對(duì)第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的相角差進(jìn)行更復(fù)雜檢測(cè)。但是，顯而易見(jiàn)的是，可在確定檢測(cè)結(jié)果或直接將檢測(cè)結(jié)果應(yīng)用于確定的相角差并將結(jié)果進(jìn)行平均之前，進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠骄瑥亩苯痈鶕?jù)圖7a)和圖7b)所示的各個(gè)相角差以合理可靠的方式對(duì)風(fēng)噪聲進(jìn)行檢測(cè)。例如，將相角差閾值設(shè)為約30至50度之間的值，作為預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)，并將此閾值與風(fēng)噪聲產(chǎn)生的相角差和語(yǔ)音產(chǎn)生的相角差的適當(dāng)平均變型進(jìn)行比較， 將引起正確辨別或檢測(cè)不同聲音。技術(shù)人員應(yīng)理解，信號(hào)處理器組件11的上述信號(hào)處理功能可由諸如數(shù)字信號(hào)處理器或微處理器的可編程信號(hào)處理器的各組程序命令或程序調(diào)度程序來(lái)執(zhí)行。可選地，上述信號(hào)處理功能可作為包括適當(dāng)配置的運(yùn)算和邏輯電路的固定的或不可編程的應(yīng)用專(zhuān)用電路塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，或作為程序調(diào)度程序/軟件與固定的應(yīng)用專(zhuān)用電路塊的混合來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的多麥克風(fēng)系統(tǒng)20的示意圖。與圖1所示的上述多麥克風(fēng)系統(tǒng)1相比，此多麥克風(fēng)系統(tǒng)20包括可操作性地連接在信號(hào)處理器組件21內(nèi)的減法功能元件M和判定功能元件27之間的附加平均功能元件26。本發(fā)明此實(shí)施方式中的功能元件和器件與本發(fā)明第一實(shí)施方式中有對(duì)應(yīng)標(biāo)記的功能元件和器件除非另有說(shuō)明否則基本相同，因此，將不再進(jìn)行必要之外的更詳細(xì)說(shuō)明。第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的相角差由減法功能元件或單元M確定，并發(fā)送給平均功能元件沈，該平均功能元件用預(yù)定平均時(shí)間常數(shù)對(duì)相角差的快速變化進(jìn)行平均或平滑。預(yù)定平均時(shí)間常數(shù)的值可根據(jù)特定應(yīng)用的具體要求(諸如，麥克風(fēng)聲音端口距離和端子OUT上的風(fēng)噪聲檢測(cè)信號(hào)的預(yù)期響應(yīng)時(shí)間)而大不相同。在如靜物攝影機(jī)的錄音系統(tǒng)的前述應(yīng)用中，該預(yù)定平均時(shí)間常數(shù)優(yōu)選地被設(shè)為25毫秒至8秒之間的值，更優(yōu)選地在200 毫秒至4秒之間，例如，1秒左右。平均功能元件沈用于消除第一或第二麥克風(fēng)輸入信號(hào)中的孤立性隨機(jī)信號(hào)尖峰或信號(hào)異常，以防止判定功能元件27產(chǎn)生錯(cuò)誤或無(wú)用的檢測(cè)結(jié)果。 通過(guò)檢查圖7b)的語(yǔ)音的確定相角差時(shí)，顯而易見(jiàn)的是，將(例如)平均時(shí)間常數(shù)約為1秒的平均功能元件26應(yīng)用于確定的相角差，可很大程度上抑制少數(shù)孤立性相角尖峰。這些孤立性相角尖峰產(chǎn)生于語(yǔ)音信號(hào)的暫停中，其中電平非常低的隨機(jī)噪聲在第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)中占支配地位。通過(guò)抑制在產(chǎn)生的相角差內(nèi)的少數(shù)孤立性相角尖峰，基于閾值的簡(jiǎn)單檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可將圖7b)中的語(yǔ)音信號(hào)與即使在這些條件下的圖7a)中的風(fēng)噪聲和語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行很好辨別。通過(guò)使用與風(fēng)噪聲檢測(cè)有關(guān)系的第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的附加能量估值可在風(fēng)噪聲檢測(cè)過(guò)程或算法中抑制這些孤立性相角差尖峰。圖3為根據(jù)本發(fā)明第三個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的多麥克風(fēng)系統(tǒng)30的示意圖。與關(guān)于圖 2的上述多麥克風(fēng)系統(tǒng)20相比，此多麥克風(fēng)系統(tǒng)30包括可操作性地連接在信號(hào)處理器組件31內(nèi)的減法功能元件34和平均功能元件36之間的高通濾波器35。本發(fā)明該實(shí)施方式中的功能元件和部件與本發(fā)明第二實(shí)施方式中有對(duì)應(yīng)標(biāo)記的功能元件和部件基本相同，因此，不再進(jìn)行必要之外的更詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的此實(shí)施方式與前述第一和第二實(shí)施方式之間的另一個(gè)區(qū)別在于，與前述實(shí)施方式中的單個(gè)子頻帶，F(xiàn)FT區(qū)3相比，在此多麥克風(fēng)系統(tǒng)中，第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的相角差在三個(gè)不同子頻帶中單獨(dú)確定。在此實(shí)施方式中，第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的各個(gè)相角差由減法功能元件或單元34在FFT區(qū)3、4和5定義的子頻帶中確定。在每個(gè)子頻帶中確定的相角差被發(fā)送給高通功能元件35，該高通功能元件抑制或消除第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的每個(gè)子頻帶內(nèi)的恒定和慢變相角差。所示的高通功能元件35為用于獲得恒定和慢變相角差的預(yù)期抑制效果的例示性選擇。也可改為使用其他功能元件或?yàn)V波器，例如，直流消除或帶通濾波功能元件。恒定和慢變相角差，如上所述，可能起因于聲源與多麥克風(fēng)系統(tǒng)30之間變化的方向和/或第一和第二麥克風(fēng)的相位響應(yīng)的不符。第一和第二麥克風(fēng)的相位響應(yīng)之間的不符可具有常數(shù)分量，以及老化效應(yīng)、溫度效應(yīng)和濕度效應(yīng)中的一個(gè)或多個(gè)引起的慢變分量。但是，由于這些恒定和慢變相角差與風(fēng)噪聲的預(yù)期檢測(cè)無(wú)關(guān)，因此可將它們視為一種“噪聲”，優(yōu)選地，在判定單元37中確定檢測(cè)結(jié)果之前可將其消除或抑制。該高通功能元件35的輸出是每個(gè)子頻帶隨時(shí)間的相角差導(dǎo)數(shù)。優(yōu)選地，通過(guò)在平均功能元件36中將平均時(shí)間常數(shù)設(shè)在200毫秒至4秒之間，將每個(gè)子頻帶的相角差導(dǎo)數(shù)在單個(gè)時(shí)間段下進(jìn)行平均或平滑。隨后，將每個(gè)子頻帶的平均相角差導(dǎo)數(shù)發(fā)送給判定單元37， 該判定單元將預(yù)定檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于每個(gè)子頻帶的平均相角差導(dǎo)數(shù)，以確定每個(gè)子頻帶內(nèi)的第一和第二麥克風(fēng)輸入信號(hào)是否被風(fēng)噪聲污染。本多麥克風(fēng)風(fēng)噪聲檢測(cè)系統(tǒng)30的操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果將參照?qǐng)D5和圖6進(jìn)一步說(shuō)明。 圖5和圖6示出了數(shù)字靜物攝影機(jī)對(duì)前述(見(jiàn)圖1相關(guān)說(shuō)明)風(fēng)噪聲和語(yǔ)音信號(hào)與僅語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行記錄的大約27秒的時(shí)間段下多麥克風(fēng)系統(tǒng)30的平均功能元件36的輸出端的相角差導(dǎo)數(shù)的各個(gè)曲線圖。上側(cè)曲線圖，圖5a)示出了確定的相角導(dǎo)數(shù)，作為與FFT區(qū)3、4和 5對(duì)應(yīng)的三個(gè)不同標(biāo)示子頻帶的時(shí)間函數(shù)。這些FFT區(qū)分別與中心在約47Hz、62Hz和78Hz 頻率的子頻帶對(duì)應(yīng)。每個(gè)子頻帶的平均時(shí)間常數(shù)在平均功能元件36中被設(shè)為2秒。下側(cè)曲線圖，圖5b)示出了每個(gè)第一和第二麥克風(fēng)輸入信號(hào)隨時(shí)間測(cè)量的信號(hào)振幅。這些信號(hào)振幅非常相似，使曲線圖重疊，并難以從視覺(jué)上區(qū)分。圖6a)和圖6b)中的上側(cè)和下側(cè)曲線圖對(duì)應(yīng)于圖5a)和圖恥)的上側(cè)和下側(cè)曲線圖，但此時(shí)對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)，其振幅與圖5中的語(yǔ)音信號(hào)相同。圖5a)和圖6a)的比較證明兩種信號(hào)的所有三個(gè)子頻帶中確定的相角差導(dǎo)數(shù)之間的顯著不同。組合或復(fù)合的風(fēng)噪聲和語(yǔ)音信號(hào)確定的相角差導(dǎo)數(shù)限于60至100度之間的范圍內(nèi)，所有三個(gè)子頻帶區(qū)3、4和5沒(méi)有向上或向下凸出的信號(hào)尖峰。另一方面，僅語(yǔ)音的相角差導(dǎo)數(shù)限于5至15度之間的范圍內(nèi)， 所有三個(gè)子頻帶沒(méi)有向上或向下凸出的信號(hào)尖峰。顯而易見(jiàn)的是，通過(guò)采用基于閾值的簡(jiǎn)單檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，例如，通過(guò)將相角差閾值設(shè)為20至55度之間的值，可在每個(gè)子頻帶中檢測(cè)是否存在風(fēng)噪聲。該范圍內(nèi)的固定相角差閾值可在每個(gè)子頻帶中對(duì)圖6a和圖6b)的僅語(yǔ)音信號(hào)與圖5a)和圖恥)的風(fēng)噪聲污染的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行很好辨別?；谧宇l帶的風(fēng)噪聲檢測(cè)在多種應(yīng)用中都是有利的，因?yàn)?，可通過(guò)選擇和處理適當(dāng)數(shù)量的子頻帶而以可靠方式對(duì)風(fēng)噪聲信號(hào)的帶寬進(jìn)行估計(jì)。這與僅能檢測(cè)到第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)的整個(gè)帶寬中是否存在風(fēng)噪聲的情況相反。一旦風(fēng)噪聲信號(hào)的帶寬已知，信號(hào)處理器組件可用于以選頻方式僅對(duì)被檢測(cè)為或標(biāo)記為受到風(fēng)噪聲破壞的麥克風(fēng)信號(hào)的那些子頻帶執(zhí)行噪聲消除或衰減算法。圖4為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的多麥克風(fēng)系統(tǒng)40的示意圖。與圖3所示的上述多麥克風(fēng)系統(tǒng)30相比，該減法功能元件44被移動(dòng)到FFT功能元件42之前的位置，以提供直接表示第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的振幅和相角差的麥克風(fēng)差信號(hào)。該減法功能元件44 可用于操作模擬或數(shù)字化麥克風(fēng)信號(hào)，并提供任何域或這些域中的振幅和相角差。如果該減法功能元件44在模擬域中操作，則可在減法功能元件44和FFT功能元件42之間設(shè)置適當(dāng)?shù)腁/D轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明該實(shí)施方式與第三實(shí)施方式相比的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，僅要求使用單個(gè)FFT功能元件42，可選擇性地使用單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，以計(jì)算判定功能元件47所需的相角差或相角差導(dǎo)數(shù)。這可節(jié)省信號(hào)處理器組件41的計(jì)算資源、功率消耗和/或硬件支出。由此直接根據(jù)單個(gè)FFT功能元件42的相位譜相應(yīng)確定一個(gè)或多個(gè)FFT區(qū)內(nèi)的第一和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的相角差，該單個(gè)FFT功能元件將麥克風(fēng)差信號(hào)的單個(gè)時(shí)間段轉(zhuǎn)換為頻域。圖8顯示了對(duì)于安裝在如之前關(guān)于圖3描述的數(shù)字靜物攝影機(jī)內(nèi)的多麥克風(fēng)系統(tǒng) 30(見(jiàn)圖幻測(cè)量的各相對(duì)聲壓級(jí)與頻率的比較。通過(guò)FFT分析直接在第一和第二麥克風(fēng)的輸出端測(cè)量這些聲壓級(jí)。每個(gè)相對(duì)聲壓級(jí)相對(duì)于頻率的曲線圖對(duì)應(yīng)于所示的特定風(fēng)速。從 0. 5m/s增加到5. Om/s增加的風(fēng)速由箭頭81的方向所示。顯而易見(jiàn)，盡管對(duì)于描繪的所有風(fēng)速，風(fēng)噪聲信號(hào)集中于低頻率，但其具有與從約200Hz至SkHz的頻率中延伸的人語(yǔ)音范圍明顯重疊的相對(duì)較寬的頻譜。這種重疊會(huì)導(dǎo)致降低麥克風(fēng)系統(tǒng)接收的語(yǔ)音和音樂(lè)信號(hào)的可識(shí)度和保真度。
權(quán)利要求
1.一種多麥克風(fēng)系統(tǒng)，包括第一麥克風(fēng)，用于接收聲音，并提供表示所述聲音的第一麥克風(fēng)信號(hào)， 第二麥克風(fēng)，用于接收聲音，并提供表示所述聲音的第二麥克風(fēng)信號(hào)， 信號(hào)處理器組件，可操作性地進(jìn)行連接，用于接收所述第一麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二麥克風(fēng)信號(hào)，所述信號(hào)處理器組件用于確定所述第一麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二麥克風(fēng)信號(hào)之間隨時(shí)間的相角差， 根據(jù)所確定的相角差和預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)風(fēng)噪聲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件用于確定位于 20Hz至2000Hz之間的頻率范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)子頻帶中隨時(shí)間的各個(gè)相角差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件進(jìn)一步用于 根據(jù)所述子頻帶中所確定的相角差和相應(yīng)的子頻帶判定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)所述一個(gè)或多個(gè)子頻帶中每個(gè)子頻帶內(nèi)的風(fēng)噪聲。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件進(jìn)一步用于 確定多個(gè)子頻帶的各個(gè)相角差，在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前將所述多個(gè)子頻帶的一組子頻帶的各個(gè)相角差進(jìn)行平均。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件進(jìn)一步用于 在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前將所確定的隨時(shí)間的相角差進(jìn)行平均。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件用于 確定連續(xù)時(shí)間段下的相角差，對(duì)于所述連續(xù)時(shí)間段的每個(gè)時(shí)間段，將檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和該時(shí)間段下確定的相角差進(jìn)行比較，確定每個(gè)時(shí)間段的檢測(cè)結(jié)果，提供平均檢測(cè)結(jié)果之前將所述檢測(cè)結(jié)果隨時(shí)間進(jìn)行平均，并將平均檢測(cè)結(jié)果與所述預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件用于 檢測(cè)風(fēng)噪聲之前過(guò)濾所確定的相角差，以消除或抑制恒定相角差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件進(jìn)一步用于 在檢測(cè)風(fēng)噪聲之前用預(yù)定時(shí)間常數(shù)將過(guò)濾的相角差進(jìn)行平均，以生成平均相角差導(dǎo)數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件進(jìn)一步用于 計(jì)算連續(xù)時(shí)間段下第一麥克風(fēng)信號(hào)的第一離散傅里葉變換和連續(xù)時(shí)間段下第二麥克風(fēng)信號(hào)的第二離散傅里葉變換，根據(jù)所述第一離散傅里葉變換和所述第二離散傅里葉變換的各個(gè)相角頻譜確定所述相角差。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述第一離散傅里葉變換和所述第二離散傅里葉變換分別包括64個(gè)和IOM個(gè)之間的頻率區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求2和10所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述一個(gè)或多個(gè)子頻帶對(duì)應(yīng)于所述第一離散傅里葉變換或所述第二離散傅里葉變換的各個(gè)頻率區(qū)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述第一麥克風(fēng)和所述第二麥克風(fēng)用于分別為信號(hào)處理器組件提供作為預(yù)定采樣頻率下的各個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)的所述第一麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二麥克風(fēng)信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件包括第一和第二 A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器用于將所述第一麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二麥克風(fēng)信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為預(yù)定采樣頻率下的各個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12至13任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定采樣頻率位于 8kHz 至 48kHz 之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，包括采樣率轉(zhuǎn)換器，可操作性地在所述第一數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)與信號(hào)處理器組件之間互連，所述采樣率轉(zhuǎn)換器用于將所述第一數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)下采樣到比預(yù)定采樣頻率更低的采樣頻率。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件包括諸如定點(diǎn)或浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器的軟件可編程微處理器。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)包括相角差閾值，所述信號(hào)處理器組件用于將至少一個(gè)所確定的相角差和所述平均相角差導(dǎo)數(shù)與所述相角差閾值進(jìn)行比較從而檢測(cè)風(fēng)噪聲。
18.根據(jù)權(quán)利要求3至16任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述子頻帶判定標(biāo)準(zhǔn)包括子頻帶相角差閾值，根據(jù)所述子頻帶相角差閾值與子頻帶的所確定的相角差或所述平均相角差導(dǎo)數(shù)之間的比較結(jié)果，在一個(gè)或多個(gè)子頻帶中的每個(gè)子頻帶內(nèi)檢測(cè)風(fēng)噪聲。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件用于根據(jù)預(yù)定頻率范圍內(nèi)的所述第一麥克風(fēng)信號(hào)或所述第二麥克風(fēng)信號(hào)的能量估值應(yīng)用第二預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述信號(hào)處理器組件進(jìn)一步用于響應(yīng)于風(fēng)噪聲的檢測(cè)，將所述第一麥克風(fēng)信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定子頻帶進(jìn)行衰減，或?qū)⑺龅诙溈孙L(fēng)信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)預(yù)定子頻帶進(jìn)行衰減。
21.一種便攜電子設(shè)備，包括外殼，具有外表面，包括其間設(shè)有預(yù)定距離的第一聲音入口和第二聲音入口。根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的多麥克風(fēng)系統(tǒng)，其中，所述第一麥克風(fēng)和所述第二麥克風(fēng)分別與所述第一聲音入口和所述第二聲音入口耦接。
22.—種檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法，包括以下步驟a)生成表示接收的聲音的第一麥克風(fēng)信號(hào)，b)生成表示接收的聲音的第二麥克風(fēng)信號(hào)，c)確定所述第一麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二麥克風(fēng)信號(hào)之間隨時(shí)間的相角差，d)根據(jù)確定的相角差和預(yù)定判定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)風(fēng)噪聲。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法，進(jìn)一步包括以下步驟e)將所述第一麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二麥克風(fēng)信號(hào)分別分成一個(gè)或多個(gè)子頻帶，f)確定所述一個(gè)或多個(gè)子頻帶內(nèi)隨時(shí)間的各個(gè)相角差。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法，進(jìn)一步包括以下步驟g)根據(jù)所述子頻帶中所確定的相角差和相應(yīng)的子頻帶判定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)子頻帶中每個(gè)子頻帶內(nèi)的風(fēng)噪聲。
25.根據(jù)權(quán)利要求22至M任一項(xiàng)所述的檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法，進(jìn)一步包括以下步驟h)將所述第一麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二麥克風(fēng)信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為預(yù)定采樣頻率下的各個(gè)數(shù)字麥克風(fēng)信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22至25任一項(xiàng)所述的檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法，進(jìn)一步包括以下步驟i)在檢測(cè)所述風(fēng)噪聲之前，過(guò)濾所確定的相角差以消除或抑制恒定相角差。
27.根據(jù)權(quán)利要求22至沈任一項(xiàng)所述的檢測(cè)風(fēng)噪聲的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 j)在檢測(cè)所述風(fēng)噪聲之前將確定的隨時(shí)間的相角差進(jìn)行平均。
28.一種計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體，包括用于使可編程信號(hào)處理器執(zhí)行權(quán)利要求22的步驟 c)至d)的可執(zhí)行或可編譯程序命令。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體，包括用于使可編程信號(hào)處理器進(jìn)行以下任一步驟的附加程序命令權(quán)利要求23的步驟e)至f)， 權(quán)利要求M的步驟g)， 權(quán)利要求25的步驟h)， 權(quán)利要求26的步驟i)， 權(quán)利要求27的步驟j)。
30.一種信號(hào)處理產(chǎn)品包，包括載體，例如印刷電路板或陶瓷襯底，包括 第一輸入端，用于接收第一麥克風(fēng)信號(hào)第二輸入端，用于接收第二麥克風(fēng)信號(hào)可編程信號(hào)處理器，安裝在所述載體上，并可操作性地連接至所述第一輸入端和所述第二輸入端，用于接收所述第一麥克風(fēng)信號(hào)和所述第二麥克風(fēng)信號(hào)； 根據(jù)權(quán)利要求28或四所述的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多麥克風(fēng)系統(tǒng)和方法，用于確定第一麥克風(fēng)信號(hào)和第二麥克風(fēng)信號(hào)之間的相角差，以檢測(cè)是否存在風(fēng)噪聲。
文檔編號(hào)H04R3/00GK102239705SQ200980148680
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者基姆·施佩茨勒·彼得森, 托馬斯·克羅格·斯托爾茨 申請(qǐng)人:音頻專(zhuān)用集成電路公司