CN101682808B - 声学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声学设备，即使在多个麦克风在相等距离处采集声音，也不会增强噪声。相移电路(211A-211H)对从各个麦克风阵列输出的声音信号进行相移，并且声音被加法器(212)组合。相移电路(211A-211H)根据各个麦克风阵列的安装位置执行相移。相移电路根据旋转角度连续进行相移，相移电路(211A)进行了0度相移，随后相移电路(211B)进行了45度相移，相移电路(211C)进行了90度相移，并且依次至相移电路(211H)。

Description

声学设备
技术领域
本发明涉及一种主要用于采集声音的声学设备，具体地涉及具有多个定向麦克风的声学设备。
背景技术
近年来，将扬声器和麦克风配置在一起以便开展音频会议(通信会议)的音频会议设备变得流行。音频会议设备将麦克风所采集到的声音发送至连接目的地，并且将从连接目的地接收到的声音通过扬声器发送出来。在由多人开展会议的情况下，这样的音频会议设备通常被安装在与会者的中间(例如，会议桌的中间)。因此，期望使得这样的音频会议设备小型化，例如在专利文献1所提出来的那样，通过省略扬声器的外壳来使得音频会议设备小型化。
并且，考虑到设备被放置在会议桌的中间，从而布置了其中安装了多个定向麦克风以便指向设备附近的外周的设备。
专利文献1：JP-A-8-204803
发明内容
本发明所要解决的问题
但是，在专利文献1的结构中，虽然该结构是一种紧致结构，但是扬声器靠近麦克风，从而衍射声的音量非常大。
另一方面，在安装了多个定向麦克风以便指向设备附近的外周的设备中，从与所有定向麦克风相距相同距离位置(或这些位置附近的区域)处发出的声音以相同的相位被采集，从而出现了这样的问题，即，从特定区域采集到的声音变得具有非常大的声级。由此，例如，安装在天花板上的空调设备所产生的噪声被以特别大的声级采集，并且听起来很刺耳。
因此，本发明的一个目的是提供一种声学设备，即使在多个定向麦克风从距离相等的多个位置处采集声音，也不会增强噪声等。解决问题的措施
在本发明中，提供了一种声学设备，包括：
布置在一个轴的圆周上的多个声音采集部分，其中，声音采集部分的声音采集方向被设置成朝向与所述轴垂直的平面中的圆周的法线方向，以及
声音信号处理部分，其在每个声音采集部分的安装位置的圆周上将从每个声音采集部分输出的声音信号的相位延迟一个角度，并且对声音信号进行组合。
在这种结构中，多个声音采集部分分别布置在轴周围的圆周上。声音采集部分被布置成朝向与轴垂直的平面中的圆周的法线方向(例如，当外壳为盘形时，法线方向是朝向外壳侧面的方向)。根据每个声音采集部分的安装位置(圆周上的角度)来对从声音采集部分输出的声音信号进行相移。例如，当安装位置处于180度角时，相位也被相移了180度。在从外壳中间部分沿着上面和下面延伸的位置(轴向)处发出的声音被所有声音采集部分以基本相等的声级采集，但是在相移后被组合在一起。从而，声音被抵消。另一方面，从侧面发出的声音被与其最接近的声音采集部分以较高声级采集，从而声音在组合后未被抵消。
并且，在本发明中，每个声音采集部分包括其中布置了多个麦克风单元的麦克风阵列，以及延迟处理部分，其对麦克风单元所采集的声音信号进行延迟及组合以便为声音采集部分提供指向性。
声音采集部分具有其中布置了多个麦克风单元的麦克风阵列以及延迟处理部分。通过延迟及组合麦克风单元所采集到的声音信号来设置预定方向上很强的指向性。
并且，在本发明中，声学设备进一步包括扬声器，其中发声方向被设置在所述轴的延伸方向上。
在这种结构中，扬声器被布置，使得扬声器的发声面朝向所述轴从外壳的中间部分开始的延伸方向。轴的延伸方向包括外壳的向上方向、向下方向以及这两个方向。可以向外壳的向上方向或者向下方向发出声音。并且，可以向这两个方向发出声音。即使在声音被声音采集部分采集时，发声方向上的声音也会被抵消，从而抑制了回声的出现。
并且，在本发明中，声学设备进一步包括自适应回声消除器，其从声音信号处理部分的输出信号中减去伪反馈信号以便输出信号，其中伪反馈信号中对输入至扬声器的声音信号进行滤除。
在这种结构中，通过估计从扬声器向声音采集部分发出的衍射分量并且从声音信号处理部分的输出信号中减去所估计出来的衍射分量，从而消除了回声分量。
跟据本发明，即使在对与定向麦克风(声音采集部分)相距相等距离的位置中发出来声音进行采集的情况下，声音还是通过在执行了相移之后被组合而抵消，从而不会以较高声级采集到出现在该位置中的噪声等。
附图说明
图1是示出了音频会议设备的外观的示图。
图2是示出了音频会议设备的结构的框图。
图3是示出了麦克风信号处理电路的结构的框图。
图4是示出了执行了相移之后的声音信号的示图。
图5是图示了采集信号的情况的示图。
参考标号及标记的说明：
1  音频会议设备
10A-10H  麦克风阵列
13  扬声器
21  麦克风信号处理电路
22  回声消除器
23  输入-输出接口
具体实施方式
将描述作为本发明的声学设备的实施例的音频会议设备。图1是根据该实施例的音频会议设备的外部示图，图1(A)是正视图，图1(B)是侧视图。在图1(A)中，采用从上部看到的音频会议设备1的中间位置作为旋转中心，纸面下侧(麦克风阵列10A的声音采集方向)被设置为0度，并且顺时针增大的角度被设置为θ。
音频会议设备1包括盘形外壳11。在外壳11中，从上部看到的形状是直径约为30cm的圆形。外壳11的上面及下面的区域比垂直方向上中间部分的区域要窄。在外壳11中，从外壳11的侧面一侧看到的形状变得自高度方向上的预定位置向着上面变窄，并且还向着下面变窄。即，外壳11的形状具有自预定位置分别向外壳11上面及下面倾斜的表面。
八个麦克风阵列10A至10H分别被安装在外壳11的上侧，朝向外壳11的侧面。采用外壳11的中间位置作为从上面看过去的旋转中心，以相等的角度间隔(在这种情况下是45度的间隔)对麦克风阵列10A至10H中的每一个进行放置。在这种情况下，麦克风阵列10A的声音采集方向被设置为θ＝0度的方向，并且沿着θ依次增大45度的方向对麦克风阵列10A至10H的每一个进行布置。
麦克风阵列10A至10H各自具有多个麦克风单元(图1(A)中为四个)。例如，麦克风阵列10A具有四个麦克风单元101A至104A。这些麦克风单元101A至104A所采集到的声音在被延迟处理部分(参见图2)执行了延迟处理之后组合在一起(参见图2)。组合而成的声音具有特定方向上的指向性，这是因为声音是在执行了延迟处理之后组合的。麦克风阵列10A具有θ＝0度的方向上的指向性，θ＝0度的方向变成声音采集方向。此外，麦克风单元的数量并不限于本实施例，而是可以根据规格进行适当设置。而且，可以为该设备采用非定向麦克风而不是麦克风阵列。
扬声器13被安装，使得扬声器13的发声方向指向外壳11的下面。并且，当音频会议设备仅被用作声音采集设备时，扬声器13的结构(发声系统的结构)不是必要部件。
图2是示出了音频会议设备1的结构的框图。音频会议设备1包括与麦克风阵列10A至10H相连接的麦克风信号处理电路21，与麦克风信号处理电路21相连接的回声消除器22，以及与回声消除器22相连接的输入-输出接口23。此外，图2中省略了用于对麦克风单元所采集到的声音信号进行放大的前端放大器，用于对模拟声音信号进行数字转换的A/D转换器，用于对数字声音信号进行模拟转换的D/A转换器，以及用于对提供给扬声器的声音信号进行放大的功率放大器，并且，除非特别指出，否则在音频会议设备1中传递的声音信号将是数字声音信号。
输入-输出接口23被布置在外壳11的任意表面，其包括网络连接端、数字音频端、以及模拟音频端(未示出)等。音频会议设备1可通过将网络电缆等连接至输入-输出接口23来与其他设备相连。
如上所述，麦克风阵列10A至10H分别具有多个麦克风单元，并且具有用于对每个麦克风单元所采集到的声音信号执行延迟处理、并将延迟后的声音信号组合在一起、并随后将声音信号输出至下一级的延迟处理部分。例如，麦克风阵列10A具有四个麦克风单元101A至104A，并且通过延迟处理部分111A来执行延迟及组合处理。麦克风阵列10A至10H的每一个的延迟处理部分所组合而成的信号被输入至麦克风信号处理电路21。
麦克风信号处理电路21分别对从麦克风阵列10A至10H输出的声音信号执行相移，并且将声音信号进组合以输出组合后的声音信号至下一级的回声消除器22。图3示出了麦克风信号处理电路21的详细框图。麦克风信号处理电路21包括相移电路211A至211H以及加法器212。
从麦克风阵列10A至10H输出的声音信号被分别输入至相移电路211A至211H。相移电路211A至211H的输出信号分别被输入至加法器212。加法器212将相移电路211A至211H所输出的信号组合起来，并将将输出信号输出给下一级的回声消除器22。
回声消除器22通过对从扬声器13向麦克风阵列10A至10H发出的衍射分量进行估计并且从麦克风信号处理电路21的输出信号中减去估计出来的衍射分量来消除回声分量。回声消除器22具有用于对提供给扬声器13的信号进行滤波的自适应滤波器，并且通过估计声学传递系统(从扬声器延伸到麦克风阵列的声学传播路径)的传递函数来产生从扬声器向麦克风发出的衍射分量的仿真信号。从麦克风信号处理电路21的输出信号中减去仿真信号。此外，通过使用减去回声分量之后的残余信号来更新传递函数。其中消除了回声分量的信号被输出至输入-输出接口23并被发送至其他设备。
在图3中，相移电路211A至211H由FIR滤波器等构成，并且对整个频带(宽频带，例如几十Hz到几kHz)执行相移计算，以便对声音信号的相位进行相移。在此，相移电路211A至211H根据与麦克风阵列的声音采集方向相对应的角度来对信号的相位进行旋转。
相移电路211A将麦克风阵列10A的声音采集方向中的0度角度设置为旋转角。换言之，相移电路211A并未执行相移。相移电路211B将麦克风阵列10B的声音采集方向中的45度角度设置为旋转角。换言之，信号的相位被延迟了45度。类似地，相移电路211C延迟了90度的相位，相移电路211D延迟了135度的相位，相移电路211E延迟了180度的相位。而且，相移电路211F延迟了225度的相位，相移电路211G延迟了270度的相位，相移电路211H延迟了315度的相位。
图4是示出了从相移电路211A至211H输出的、作为对麦克风阵列10A至10H的声音信号执行相移之后的结果的信号的示图。图4(A)示出了从其中与所有麦克风阵列之间的距离相等的区域采集声音的情况。在从上面对音频会议设备1看过去的情况下，其中与所有麦克风阵列之间的距离变得相等的区域位于音频会议设备1的中心位置(中心轴)附近。例如，图5(A)所示的是对从位于音频会议设备1的上方区域(天顶方向)处的区域50发出来的声音进行采集的情况。
并且，图4(B)示出了采集从邻近任一麦克风阵列的区域发出来的声音的情况。例如，图5(B)示出了采集从邻近麦克风阵列10D的区域51发出来的声音的情况。
在图4(A)和图5(A)中，麦克风阵列10A至10H所采集到的所有声音具有相同的分量。因此，当所采集到的声音信号在被相移电路211A至211H执行了相移之后组合在一起时，声音信号被抵消。例如，麦克风阵列10A所采集到的声音信号相对于麦克风阵列10E所采集到的信号相移了180度，从而声音信号相互抵消。
因此，麦克风阵列10A至10H从设备的中轴附近的区域采集到的声音信号在组合后被抵消，从而声音信号的声级变得极其小。所以，例如，以较高声级采集到安装在天花板上的空调设备的噪声等的情况被消除。并且，扬声器13被安装在音频会议设备1的中央位置，从而从扬声器13发出的声音被衍射并且以较高声级被采集的情况被消除。所以，可以抑制啸鸣或回声的出现。并且，可以降低回声消除器22的处理负荷。此外，扬声器13的发声方向可以是向上方向或者向下方向。扬声器13可向着向上方向和向下方向两个方向发出声音。
另一方面，在图4(B)和图5(B)中，从区域51发出的声音被最近的麦克风阵列10D以较高声级采集，并且由于麦克风阵列远离区域51所以麦克风阵列以较低声级采集声音。最远的麦克风阵列10H中采集的声音变得最低声级。因此，即使声音信号被组合，麦克风阵列10D所采集的声音信号和麦克风阵列10H所采集的声音信号不会完全相互抵消掉。同样，麦克风阵列10C和麦克风阵列10E所采集的声音接近麦克风阵列10D所采集的声音的声级。但是，即使在声音信号被组合的情况，麦克风阵列10C和麦克风阵列10E所采集的声音也不会完全相互抵消掉，这是因为声音的相位相近(差别为45度)。因此，从区域51发出的声音被以较高声级采集。
根据如上所述的本实施例的音频会议设备1，音频会议设备1的天顶方向的噪声未被采集，来自水平方向的声音可被以较高声级采集，从而可以针对所有方向实现稳定的声音采集环境。
并且，相移电路211A至211H的滤波器系数没有动态变化，从而可是实现稳定的声音采集环境。
本发明基于2007年6月4日提交的日本专利申请(专利申请号No.2007-147997)，该专利申请的内容在此并入本文作为参考。

Claims (4)

1.一种声学设备，包括：
布置在以一个轴为中心的圆周上的多个声音采集部分，其中，声音采集部分的声音采集方向被设置成朝向与所述轴垂直的平面中的圆周的法线方向；
声音信号处理部分，其根据每个声音采集部分的安装位置在圆周上的角度来对从每个声音采集部分输出的声音信号的相位进行延迟；以及
加法器，其对其相位根据声音采集部分的安装位置在圆周上的角度延迟了的各声音信号进行组合，
其中，多个声音采集部分中的一个声音采集部分布置在圆周上作为基准位置，多个声音采集部分中的其他声音采集部分布置在圆周上沿着角度从基准位置开始依次增大的圆周方向的各安装位置处。
2.如权利要求1所述的声学设备，其中每个声音采集部分包括其中布置了多个麦克风单元的麦克风阵列，以及延迟处理部分，其对麦克风单元所采集的声音信号进行延迟及组合以便为声音采集部分提供指向性。
3.如权利要求1所述的声学设备，进一步包括扬声器，其中发声方向被设置在所述轴的延伸方向上。
4.如权利要求3所述的声学设备，进一步包括自适应回声消除器，其对提供给扬声器的声音信号进行滤波来产生伪反馈信号，并且从声音信号处理部分的输出信号中减去该伪反馈信号以便输出信号。
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