CN101931838A - 阵列麦克风系统及决定增益控制器的增益的方法 - Google Patents

Abstract

一种阵列麦克风系统，包括第一全方向麦克风、第二全方向麦克风、增益控制器及波束形成器。第一全方向麦克风面对第一方向。当第一全方向麦克风接收声音时，第一全方向麦克风产生第一信号。第二全方向麦克风面对相反于第一方向的第二方向。当第二全方向麦克风接收声音时，第二全方向麦克风产生第二信号。增益控制器将第二信号放大成第三信号。当声音来自于第一方向时，第三信号的强度等于第一信号的强度。波束形成器将内波束声音信号及外波束声音信号分离于第一信号及第三信号。

Description

阵列麦克风系统及决定增益控制器的增益的方法

技术领域

本发明是有关于一种阵列麦克风系统，特别是有关于一种具有两个全方向麦克风来接收在锥形波束中的声音的阵列麦克风系统。

背景技术

当排除环境噪音时，麦克风阵列能够清楚地接收来自于特定方向的声音，并且其通常是被应用于高品质录音机或通讯装置之中。

图1是显示具有单向麦克风(主麦克风)710及全方向麦克风(参考麦克风)720的一种公知的麦克风阵列70。锥形波束730被界定于单向麦克风710的前方。麦克风阵列70利用单向麦克风710与全方向麦克风720之间的敏感性差异来排除环境噪音(亦即，在锥形波束730外的声音)。

麦克风阵列70运作非常良好。然而，包含于麦克风阵列70中的单向麦克风710会因为其设计与高成本之故而具有难以制造的问题。

图2是显示具有两个全方向麦克风810及820的另一种公知的麦克风阵列80。饼形波束830是被界定于麦克风阵列80的前方与后方。麦克风阵列80利用由两个全方向麦克风810及820所接收的声音的相位延迟来排除环境噪音(亦即，在饼形波束830外的声音)。

麦克风阵列80不具有单向麦克风，并且因此不会具有单向麦克风之伴随问题。然而，来自于麦克风阵列80的后方的声音会由于饼形波束830而无法被排除。因此，限制了麦克风阵列80的实际应用去低于麦克风阵列70的实际应用。

发明内容

本发明提供一种具有两个全方向麦克风来接收在锥形波束中的声音的阵列麦克风系统，因此可避免上述问题。根据本发明的一个实施例的阵列麦克风系统包括第一全方向麦克风，面对第一方向，其中，当该第一全方向麦克风接收声音时，该第一全方向麦克风产生第一信号；第二全方向麦克风，面对相反于该第一方向的第二方向，其中，当该第二全方向麦克风接收该声音时，该第二全方向麦克风产生第二信号；增益控制器，将该第二信号放大成第三信号，其中，当该声音来自于该第一方向时，该第三信号的强度等于该第一信号的强度；以及波束形成器，将内波束声音信号及外波束声音信号分离于该第一信号及该第三信号。

在另一实施例中，该阵列麦克风系统还包括第一语音活动检测器及第二语音活动检测器，根据该第一信号及该第三信号控制该波束形成器的运作。

在又一实施例中，该第一语音活动检测器及该第二语音活动检测器的运作是互不相容的。

本发明亦提供一种决定增益控制器的增益的方法。根据本发明的一个实施例的方法包括：第一，设定第一全方向麦克风及第二全方向麦克风于不同的位置；第二，从第一方向产生第一声音；第三，获得来自于该第一全方向麦克风的第一信号对于来自于该第二全方向麦克风的第二信号的第一比率；第四，当该第一信号对于该第二信号的该第一比率超过第一预定值时，从相反于该第一方向的第二方向产生第二声音；第五，获得来自于该第二全方向麦克风的第三信号对于来自于该第一全方向麦克风的第四信号的第二比率；以及第六，当该第三信号对于该第四信号的该第二比率超过第二预定值时，设定该第一比率为该增益。

在另一实施例中，决定增益控制器的增益的方法还包括：当该第一信号对于该第二信号的该第一比率不超过该第一预定值时，重设定该第一全方向麦克风及该第二全方向麦克风于不同的位置。

在又一实施例中，决定增益控制器的增益的方法还包括：当该第三信号对于该第四信号的该第二比率不超过该第二预定值时，重设定该第一全方向麦克风及该第二全方向麦克风于不同的位置。

本发明亦提供一种决定增益控制器的增益的方法。根据本发明的一个实施例的方法包括：第一，设定第一全方向麦克风及第二全方向麦克风于不同的位置；第二，从第一方向产生第一声音；第三，获得来自于该第一全方向麦克风的第一信号对于来自于该第二全方向麦克风的第二信号的第一比率；第四，当该第一信号对于该第二信号的该第一比率超过第一预定值时，从相反于该第一方向的第二方向产生第二声音；第五，获得来自于该第二全方向麦克风的第三信号对于来自于该第一全方向麦克风的第四信号的第二比率；第六，当该第三信号对于该第四信号的该第二比率超过第二预定值时，从垂直于该第一方向及该第二方向的第三方向产生第三声音；第七，获得来自于该第二全方向麦克风的第五信号对于来自于该第一全方向麦克风的第六信号的第三比率；以及第八，当该第五信号对于该第六信号的该第三比率超过第三预定值时，设定该第一比率为该增益。

在另一实施例中，决定增益控制器的增益的方法还包括：当该第一信号对于该第二信号的该第一比率不超过该第一预定值时，重设定该第一全方向麦克风及该第二全方向麦克风于不同的位置。

在又一实施例中，决定增益控制器的增益的方法还包括：当该第三信号对于该第四信号的该第二比率不超过该第二预定值时，重设定该第一全方向麦克风及该第二全方向麦克风于不同的位置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例并配合附图做详细说明。

附图说明

图1是显示具有单向麦克风及全方向麦克风的一种公知的麦克风阵列；

图2是显示具有两个全方向麦克风的另一种公知的麦克风阵列；

图3是显示包括根据本发明的一个实施例的阵列麦克风系统的电子装置；

图4是显示根据图3的电子装置的俯视示意图；

图5是显示根据本发明的一个实施例的阵列麦克风系统的方块图；以及

图6是显示根据本发明的一个实施例的决定主麦克风与参考麦克风的位置以及阵列麦克风系统的增益控制器的增益的流程图。

【主要元件符号说明】

10～电子装置

20～内波束声音

21、22、23～外波束声音

70、80～麦克风阵列

100～本体

110～阵列麦克风系统

111～主麦克风

112～参考麦克风

120～增益控制器

140～波束形成器

141a、142a～适应性滤波器

141b、142b～加法器

151～第一语音活动检测器

152～第二语音活动检测器

710～单向麦克风

720、810、820～全方向麦克风

12、730～锥形波束

830～饼形波束

具体实施方式

现结合附图说明本发明的优选实施例。

请参阅图3，电子装置10具有本体100，其中，阵列麦克风系统110是被提供于本体100之中，以接收外部声音20。阵列麦克风系统110包括有面对前方的主麦克风111及面对后方的参考麦克风112。主麦克风111及参考麦克风112皆为全方向麦克风。

请参阅图4，阵列麦克风系统110界定了锥形波束12于电子装置10的前方。在波束12内的声音20(以下称为内波束声音)是理想的，以及在波束12外的声音21、22及23(以下称为外波束声音)是不理想的。在阵列麦克风系统110的运作过程中，内波束声音、外波束声音或其两者可能会产生。阵列麦克风系统110能够辨别所接收的声音以及分别地输出内波束声音信号及外波束声音信号。

请参阅图5，在运作中，主麦克风111及参考麦克风112会接收内波束声音及/或外波束声音。主麦克风111会产生对应于所接收的声音的信号S1，并且会将其传送至第一语音活动检测器151、第二语音活动检测器152及波束形成器140。此外，参考麦克风112会产生对应于所接收的声音的信号S2，并且会将其传送至增益控制器120。在本实施例中，增益控制器120是增益放大器，用以放大信号S2的强度(电压)以及获得被输出至第一语音活动检测器151、第二语音活动检测器152及波束形成器140的放大信号S3。

第一语音活动检测器151及第二语音活动检测器152会分别接收来自于主麦克风111及增益控制器120的信号S1及信号S3，并且第一语音活动检测器151及第二语音活动检测器152会提供对应于所接收的声音的声音检测信号S8及S9，以控制波束形成器140的运作。第一语音活动检测器151及第二语音活动检测器152的运作是互不相容的。倘若第一语音活动检测器151是开启的，则第二语音活动检测器152将是关闭的。在另一方面，倘若第二语音活动检测器152是开启的，则第一语音活动检测器151将是关闭的。当内波束声音20被阵列麦克风系统110接收时，第一语音活动检测器151是开启的以及第二语音活动检测器152是关闭的。当没有内波束声音20但有外波束声音21、22或23时，第一语音活动检测器151是关闭的以及第二语音活动检测器152是开启的。

波束形成器140会接收来自于主麦克风111的信号S1、来自于增益控制器120的放大信号S3以及来自于第一语音活动检测器151及第二语音活动检测器152的声音检测信号S8及S9，并且波束形成器140会将内波束声音信号S7及外波束声音信号S5分离于信号S1及放大信号S3。

阵列麦克风系统110的运作是被详细介绍于下列三种情形中。

在第一种情形中，没有外波束声音21、22及23，并且阵列麦克风系统110只接收内波束声音20。主麦克风111及参考麦克风112会分别产生信号S1及S2，以及信号S1及S2是对应于内波束声音20。因为内波束声音20是来自于前方以及参考麦克风112是面对后方，故由参考麦克风112所产生的信号S2远弱于由主麦克风111所产生的信号S1(S2＜＜S1)。增益控制器120会放大信号S2以及输出放大信号S3，其中，

第一语音活动检测器151及第二语音活动检测器152会接收来自于主麦克风111及增益控制器120的信号S1及S3。在经过运算之后，第一语音活动检测器151是开启的以及第二语音活动检测器152是关闭的。第一语音活动检测器151会输出声音检测信号S8及S9至波束形成器140。

在波束形成器140中，适应性滤波器141a会接收来自于增益控制器120的放大信号S3、来自于第一语音活动检测器151的声音检测信号S9及来自于加法器141b的反馈信号S5，计算对于在信号S1与S3间之线性关联的参数，以及提供大约等于放大信号S3的过滤信号S4(亦即，

)。如上所述，

因此，

信号S4然后是被加法器141b从信号S1中减去，以获得信号S5。因为故信号S5是非常小的

其是合理的，因为信号S5，如所述，是对应于外波束声音。在第一种情形中，没有外波束声音。

另一个适应性滤波器142a会接收来自于加法器141b的信号S5、来自于第一语音活动检测器151的声音检测信号S8及来自于加法器142b的反馈信号S7，计算对于在信号S1与S5间之线性关联的参数，以及提供信号S6。因为输入至适应性滤波器142a的信号S5很小，故从适应性滤波器142a输出的信号S6亦很小。换言之，

信号S6然后是被加法器142b从信号S1中减去，以获得信号S7。因为故对应于内波束声音20的信号S7是大约等于信号

在此第一种情形中，阵列麦克风系统110只接收内波束声音20，以及分别地输出两信号S7与S5，其中，信号S7是对应于内波束声音20，以及对应于外波束声音的信号S5是非常小的。

在第二种情形中，没有内波束声音20，并且阵列麦克风系统110只接收外波束声音21、22及/或23。为了简化起见，只有来自于后方的外波束声音21。主麦克风111及参考麦克风112会分别产生信号S1及S2，以及信号S1及S2是对应于外波束声音21。因为外波束声音21是来自于后方以及主麦克风111是面对前方，故由主麦克风111所产生的信号S1远弱于由参考麦克风112所产生的信号S2(S1＜＜S2)。增益控制器120会放大信号S2以及输出一放大信号S3，其中，S3＞S2。值得注意的是，因为S2＞＞S1，故S3＞＞S1。

第一语音活动检测器151及第二语音活动检测器152会接收来自于主麦克风111及增益控制器120的信号S1及S3。在经过运算之后，第一语音活动检测器151是关闭的以及第二语音活动检测器152是开启的。第二语音活动检测器152会输出声音检测信号S9及S8至波束形成器140。

在波束形成器140中，适应性滤波器141a会接收来自于增益控制器120的放大信号S3、来自于第二语音活动检测器152的声音检测信号S9及来自于加法器141b的反馈信号S5，计算对于在信号S1与S3间之线性关联的参数，以及提供过滤信号S4。值得注意的是，起源于信号S3的信号S4是远大于信号S1，因为S3＞＞S1。信号S4然后被加法器141b从信号S1中减去，以获得对应于外波束声音21的信号S5。

适应性滤波器142a会接收来自于加法器141b的信号S5及来自于第二语音活动检测器152的声音检测信号S8，计算对于在信号S1与S5间之线性关联的参数，以及提供大约等于信号S1的信号S6。信号S6然后是被加法器142b从信号S1中减去，以获得信号S7。因为

故对应于内波束声音的信号S7是很小的

在此第二种情形中，阵列麦克风系统110只接收外波束声音，以及分别地输出两信号S7与S5，其中，对应于内波束声音的信号S7是很小的，以及信号S5是对应于外波束声音。

在第三种情形中，阵列麦克风系统110会同时接收来自于前方的内波束声音20及来自于后方的外波束声音21。主麦克风111及参考麦克风112会分别产生信号S1及S2。由主麦克风111所产生的信号S1包含内波束部分及外波束部分。因为外波束声音21来自于后方以及主麦克风111是面对前方，故信号S1的外波束部分是小的。类似地，由参考麦克风112所产生的信号S2包含内波束部分及外波束部分。因为内波束声音20来自于前方以及参考麦克风112是面对后方，故信号S2的内波束部分是小的。信号S2然后是被增益控制器120放大成信号S3，其中，放大信号S3的内波束部分大约等于信号S1的内波束部分。

第一语音活动检测器151及第二语音活动检测器152会接收来自于主麦克风111及增益控制器120的信号S1及S3。在经过运算之后，第一语音活动检测器151是开启的以及第二语音活动检测器152是关闭的。第一语音活动检测器151会输出声音检测信号S9及S8至波束形成器140。

在波束形成器140中，适应性滤波器141a会接收来自于增益控制器120的放大信号S3、来自于第一语音活动检测器151的声音检测信号S9及来自于加法器141b的反馈信号S5，计算对于在信号S1与S3间之线性关联的参数，以及提供过滤信号S4，其中，过滤信号S4的内波束部分大约等于信号S1的内波束部分。过滤信号S4然后被加法器141b从信号S1中减去，以抵消内波束部分以及获得对应于外波束声音21的声音信号S5。

适应性滤波器142a会接收来自于加法器141b的信号S5、来自于第一语音活动检测器151的声音检测信号S8及来自于加法器142b的反馈信号S7，计算对于在信号S1与S5间之线性关联的参数，以及提供大约等于信号S1的外波束部分的过滤信号S6。信号S6然后是被加法器142b从信号S1中减去，以抵消外波束部分以及获得对应于内波束声音20的声音信号S7。

在此第三种情形中，阵列麦克风系统110同时接收内波束声音20及外波束声音21，以及分别地输出两信号S7与S5，其中，信号S7是对应于内波束声音20，以及信号S5是对应于外波束声音21。

图6是显示决定主麦克风111与参考麦克风112的位置以及增益控制器120的增益的流程图。在步骤S410中，主麦克风111与参考麦克风112被设定于不同的位置。举例来说，主麦克风111与参考麦克风112是紧接地被设置，其中，主麦克风111是面对前方以及参考麦克风112是面对后方。在步骤S420中，声音从前方(或于0°处)被产生。主麦克风111与参考麦克风112会接收声音，并且会分别地提供第一信号S1及第二信号S2。在步骤S430中，第一信号S1的强度对于第二信号S2的强度的比率被计算。倘若S1/S2＞X(一预定经验值)，则步骤S440会被执行。倘若S1/S2≤X，则步骤S410会被执行以重设定主麦克风111与参考麦克风112的位置。在步骤S440中，比率S1/S2被设定为A并且被储存。在步骤S450中，声音从后方(或于180°处)被产生。主麦克风111与参考麦克风112会接收声音，并且会分别地提供第四信号S1’及第三信号S2’。在步骤S460中，第三信号S2’的强度对于第四信号S1’的强度的比率被计算。倘若S2’/S1’＞Y(另一预定经验值)，则步骤S470会被执行。倘若S2’/S1’≤Y，则步骤S410会被执行以重设定主麦克风111与参考麦克风112的位置。在步骤S470中，声音从侧边(于90°或270°处)被产生。主麦克风111与参考麦克风112会接收声音，并且会分别地提供第六信号S1”及第五信号S2”。在步骤S480中，第五信号S2”的强度对于第六信号S1”的强度的比率是被计算。倘若S2”/S1”＞Z(另一预定经验值)，则步骤S490会被执行。倘若S2”/S1”≤Z，则步骤S410会被执行以重设定主麦克风111与参考麦克风112的位置。在步骤S490中，比率A被设定为增益控制器120的增益。

然而，步骤S470与步骤S480能被省略。换言之，倘若S2’/S1’＞Y(步骤S460)，则比率A被设定为增益控制器120的增益(步骤S490)。

如上所述，阵列麦克风系统110包括有两个全方向麦克风111及112来接收在锥形波束12中的声音，因此可避免传统阵列麦克风的先前提及的问题。

虽然本发明已以优选实施例揭露于上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当以所附的权利要求范围所定义的为准。

Claims (9)

1.一种阵列麦克风系统，包括：

第一全方向麦克风，面对第一方向，其中，当该第一全方向麦克风接收声音时，该第一全方向麦克风产生第一信号；

第二全方向麦克风，面对相反于该第一方向的第二方向，其中，当该第二全方向麦克风接收该声音时，该第二全方向麦克风产生第二信号；

增益控制器，将该第二信号放大成第三信号，其中，当该声音来自于该第一方向时，该第三信号的强度等于该第一信号的强度；以及

波束形成器，将内波束声音信号及外波束声音信号分离于该第一信号及该第三信号。

2.如权利要求1所述的阵列麦克风系统，还包括第一语音活动检测器及第二语音活动检测器，根据该第一信号及该第三信号控制该波束形成器的运作。

3.如权利要求2所述的阵列麦克风系统，其中，该第一语音活动检测器及该第二语音活动检测器的运作是互不相容的。

4.一种决定增益控制器的增益的方法，包括：

设定第一全方向麦克风及第二全方向麦克风于不同的位置；

从第一方向产生第一声音；

获得来自于该第一全方向麦克风的第一信号对于来自于该第二全方向麦克风的第二信号的第一比率；

当该第一信号对于该第二信号的该第一比率超过第一预定值时，从相反于该第一方向的第二方向产生第二声音；

获得来自于该第二全方向麦克风的第三信号对于来自于该第一全方向麦克风的第四信号的第二比率；以及

当该第三信号对于该第四信号的该第二比率超过第二预定值时，设定该第一比率为该增益。

5.如权利要求4所述的决定增益控制器的增益的方法，还包括：当该第一信号对于该第二信号的该第一比率不超过该第一预定值时，重设定该第一全方向麦克风及该第二全方向麦克风于不同的位置。

6.如权利要求4所述的决定增益控制器的增益的方法，还包括：当该第三信号对于该第四信号的该第二比率不超过该第二预定值时，重设定该第一全方向麦克风及该第二全方向麦克风于不同的位置。

7.一种决定增益控制器的增益的方法，包括：

设定第一全方向麦克风及第二全方向麦克风于不同的位置；

从第一方向产生第一声音；

获得来自于该第一全方向麦克风的第一信号对于来自于该第二全方向麦克风的第二信号的第一比率；

当该第一信号对于该第二信号的该第一比率超过第一预定值时，从相反于该第一方向的第二方向产生第二声音；

获得来自于该第二全方向麦克风的第三信号对于来自于该第一全方向麦克风的第四信号的第二比率；

当该第三信号对于该第四信号的该第二比率超过第二预定值时，从垂直于该第一方向及该第二方向的第三方向产生第三声音；

获得来自于该第二全方向麦克风的第五信号对于来自于该第一全方向麦克风的第六信号的第三比率；以及

当该第五信号对于该第六信号的该第三比率超过第三预定值时，设定该第一比率为该增益。

8.如权利要求7所述的决定增益控制器的增益的方法，还包括：当该第一信号对于该第二信号的该第一比率不超过该第一预定值时，重设定该第一全方向麦克风及该第二全方向麦克风于不同的位置。

9.如权利要求7所述的决定增益控制器的增益的方法，还包括：当该第三信号对于该第四信号的该第二比率不超过该第二预定值时，重设定该第一全方向麦克风及该第二全方向麦克风于不同的位置。

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