CN102172008A - 紧凑型波束成形麦克风组件 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于桌面电话的紧凑型、低成本波束成形麦克风组件。所述组件包括麦克风阵列支架，其具有顶部表面并具有围绕外表面排列的面，每个面接收麦克风。每个麦克风安装在麦克风套中并被插入麦克风支架内。所述麦克风阵列支架安装进外壳内，所述外壳具有允许声音到达所述麦克风的盖。

Description

紧凑型波束成形麦克风组件
背景技术
波束成形(Beamforming)是一种用于传感器阵列的信号处理技术(例如麦克风阵列)，用于定向信号接收和对接收到的声音信号进行适当的信号处理。波束成形允许麦克风组件接收声音信号以便达到选择性处理电信号的效果，例如，对从一个声源发出的声音信息的处理不同于从不同的声源发出的声音信息的处理。与全向麦克风组件统一接收和处理声音而不论声源和方向相反，波束成形允许从不同位置到达的信号在传输和放大之前得到不同处理。波束成形允许通过使用特殊过滤和抗干扰来对有关的特别信号的探测。
波束成形麦克风的一个潜在应用为会议电话。在电话会议中个人可以被安排在围绕房间的离会议电话不同的位置和距离。一些人的声音可以直接到达麦克风，而从其他远离麦克风的个人发出的声音可以直接和通过多种途径到达麦克风，例如通过房间的墙壁或窗反射。另外，可能有从房间外面声源产生的背景噪音。使用先进的信号处理技术，在电话会议中，在房间内的个人的声音传输给其他参与各方之前可被选择或选择性地处理或放大。在传输之前，背景噪声可被抑制并且均衡化相对音量。波束成形的更加详细讨论见“关于数字波束成形的入门”一书，T.Haynes，频谱信号处理，1988年3月26日(www.spectrumsignal.com)。
传统的波束成形麦克风阵列的一个缺点在于其尺寸。以传统的会议室电话为代表，通常这种阵列需要相对较大的覆盖面积，通常为约一平方英尺。传统的波束成形麦克风阵列的还一个缺点在于成本。传统的会议电话花费需数百美元，这妨碍了它们在许多方面其他适当的应用。因此，需要一种紧凑型、低成本的波束成形麦克风阵列，例如可用于传统的桌面或办公电话。
发明内容
本发明涉及波束成形麦克风阵列，并且特别涉及一种紧凑型、低成本的波束成形麦克风阵列。在一个实施例中，波束成形麦克风阵列包括麦克风阵列支架，其具有顶面和具有一组围绕麦克风阵列支架的外表面排列的面。一组微型麦克风中的每一个安装在独立的麦克风套(microphone boot)中。所述麦克风/麦克风套被插入麦克风阵列支架。因此最后的组件小于两英寸。
所述麦克风阵列支架本身安装进外壳内，并且用网盖盖住，网盖允许声音从外壳外部到达麦克风。柔性(compliant)的声密封件或隔离材料设置用于在声音上将麦克风阵列支架与外壳隔离并且在声音上将每一个麦克风与麦克风阵列支架隔离。
在另一个实施例中，桌面电话具有如上所述的波束成形麦克风阵列。所述阵列的小尺寸允许将其作为电话机一体的部分而不会显著增加电话机的成本或用户桌上电话机的覆盖面积。
附图说明
图1为波束成形麦克风组件的分解视图；和
图2为图1所示组件放置在办公电话中的示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明优选实施例的波束成形麦克风组件。所述组件包括六个微型麦克风10，通常这种麦克风可以从例如印第安纳州印第安纳波利斯美国马威麦电声有限公司(MWM Acoustics of Indianapolis，Indiana)得到。具有电连接件10的每个圆盘形麦克风12形成小组件，所述小组件将所述麦克风12的传感器部分通过圆盘中心的开口暴露出来。每个麦克风组件安装进麦克风套15中，优选橡胶或其他隔音柔性材料(compliant material)以将麦克风支架与麦克风隔离-如下所述。
然后，所述单个麦克风套15安装进塑料麦克风阵列支架20，所述麦克风阵列支架20为所有麦克风套15提供安装架。需注意密封以防止从一个麦克风到另一个的潜在的声音泄漏(acoustical leaks)。为实现这一目的，压紧肋17用于密封抵靠外壳30的麦克风套15。另外，防声封条被制造用于完全地围绕麦克风10和完全地从所述套15到所述支架20密封。这通过将麦克风12压入表面18上的橡胶套来实现。虽然不是必须的，但是通过将所有围绕的硬质材料与麦克风隔离以减少震动的传输达到了最好的效果。
在所述的组件中，五个麦克风围绕麦克风阵列支架20的外围被排列成五边形定向。在这种设置中，所述五个外部麦克风能使用相同的设计套，代替对于每个麦克风需要不同的套。这种唯一部件的减少减低了最终组件的成本。第六个麦克风组件23通过所述组件支架底部(未示出)的开口滑入麦克风阵列支架20的中心部分25。当插入麦克风支架20时，所述麦克风组件23向前和向上成一定角度以探测从垂直于麦克风阵列支架20的五边形定向的面的方向到达的声音。但是，组件23不是直接面朝上，而是倾斜面对所述组件的前面，因为这是至少一个使用波束成形麦克风组件的可能的个人所需要的方向，也就是固定有波束成形麦克风组件的桌面电话的使用者。带套的所述中心麦克风23在麦克风阵列支架20中倾斜，而不是被安装成面朝上，由此减少整个所述组件的尺寸。当组装时，在所述支架20中的开口的几何形状与形成在每个麦克风套15和所述外壳30之间的端口的几何形状匹配。
如将要描述的，所述麦克风阵列支架20与所有正确定位的麦克风组件一起安装进适于与桌面电话接合的外壳30中。通常外壳30与其接合的电话为例如同种类型的塑料和颜色。所述支架和外壳的设计应使所述中心支架仅能安装在正确的方向。当安装到桌面电话时这使得同样麦克风总是指向相同的方向。这能使用按扣或者其他引导构造(guiding features)38来完成。
网盖32覆盖围绕麦克风阵列支架30的外壳的顶部，使得声音能够到达麦克风，同时增加最终产品的美感。所述网盖也能防止碎片或小物体掉入所述麦克风端口。麦克风、麦克风套和所述阵列支架构成的完整的组件通过在单独的麦克风套17上的压紧肋而与外壳30隔离。当完成安装时，图1所示的组件直径大约为1.5英寸，高度大约为1英寸。
图2为通常用于办公室、家里或其他地方的桌面电话50的透视图。图中所示为ShoreTel(本申请的受让人)网络电话50并且其包括电话听筒52，显示屏53，各种功能选择指示器55以及键盘60。如图2所示，所述波束成形麦克风组件包含在外壳30内，盖32之下，仅占电话50本身的非常小部分的空间，可以容易地安装到所述电话的可用覆盖区内。以这种方式，会议电话功能被提供用于传统的桌面电话而无需单独的系统。将麦克风组件放置在桌面电话的上表面并将其放置远离沙沙作响文件的分散注意力的声音。另外，使一个麦克风定向接收从电话上面发出的声音，如图1所示，其通过能够更加容易消除反射的声音来帮助音频处理。
麦克风阵列的声音处理使用众所周知的应用在市场上可以买到的集成电路的信号处理技术来完成。一个使用信号处理技术的这种应用在题为“用于摄像机控制应用的被动声源定位的方法与装置”的美国专利6,826,284中有描述。该专利描述了用于摄像机控制的实时被动声源定位系统。其中描述了该系统通过确定在两个估计的通道脉冲响应的直接路径之间的相对延迟来运行。使用专门的算法，该系统作出声源位置的确定。从该位置发出的声音随后可做所需的进一步处理。
在本发明中描述的波束成形麦克风组件使得定向声音处理、背景噪声抑制和围绕电话50安排的许多不同个人的音量均衡化。它使得参与电话会议的个人可以在房间里面移动，并且使得他们的声音以清楚和适当的音量持续传达到收听者。
尽管之上描述了本发明优选的实施例，应当理解在不背离本发明的范围内各种变型可用于所描述的波束成形麦克风组件。例如，在所述的实施例中，已经使用了六个麦克风。如果需要声波定位和均衡化的精确度的不同程度，则可以使用多个或更少个麦克风。另外，麦克风组件可适于与上述电话不同的其他类型或样式的电话结合使用，或者用作与电话分离的独立的装置上，例如，麦克风组件通过形成离散单元，然后再与移动电话连接，可用于提供便携式电话会议功能。这种连接能使用有线连接到移动电话的插口或USB端口，或通过无线连接，例如，使用蓝牙技术。

Claims (19)

1.一种波束成形麦克风组件包括：
麦克风阵列支架，具有顶部表面并具有第一多个面，所述第一多个面围绕所述麦克风阵列支架的外表面排列；
相应的第一多个麦克风，每个麦克风安装在麦克风套中，每个麦克风套适于安装到麦克风阵列支架的多个面中的相应的一个面；
外壳，用于接收所述麦克风阵列支架和麦克风；
声音隔离材料，设置用于将所述外壳和所述麦克风套在声音上隔离并且将所述麦克风和所述麦克风阵列支架在声音上隔离；以及
盖，用于将所述麦克风阵列支架和所述麦克风限制在所述外壳中，所述盖允许声音从外壳和盖的外部到达所述麦克风。
2.根据权利要求1所述的组件，其中：
所述麦克风阵列支架包括在所述顶部表面上的开口；和
附加的麦克风和麦克风支架安装在所述麦克风阵列支架内，该附加的麦克风通过开口而被暴露以接收到达所述顶部表面的声音。
3.根据权利要求2所述的组件，其中：
所述第一多个为五个；并且
五个麦克风围绕所述麦克风阵列支架的外表面以五边形定向设置。
4.根据权利要求2所述的组件，其中：
每一个所述麦克风安装在麦克风套中；并且
所述麦克风阵列支架包括一系列麦克风套形状的开口，围绕所述麦克风阵列支架的外围接收所述麦克风套，每个所述麦克风套为柔性材料，并且
所述麦克风支架包括用于固定的可压紧肋，该可压紧肋能装入麦克风阵列支架以定位所述麦克风套并将所述麦克风套在声音上彼此隔离。
5.根据权利要求4所述组件，其中所述附加的麦克风和麦克风支架大体上与所述第一多个麦克风和麦克风支架相同。
6.根据权利要求5所述组件，其中：
所述麦克风阵列支架包括在其顶部表面的倾斜槽；并且
所述附加的麦克风和麦克风支架定位在所述槽中。
7.根据权利要求6所述组件，其中所述槽使所述附加的麦克风朝向所述盖向上倾斜，并且其中所述附加的麦克风具有与每个所述第一多个麦克风大体上相同的声口。
8.根据权利要求1所述的组件，其中所述组件附接到具有键盘的桌面电话。
9.根据权利要求8所述的组件，其中所述盖不大于所述键盘。
10.根据权利要去1所述的组件，其中每个所述麦克风连接电子声源定位系统。
11.根据权利要求1所述的的组件还包括电信号连接装置，用于在所述组件和桌面电话和移动电话中的至少一个之间进行电信息通信。
12.一种桌面电话包括：
电话听筒；
用于键入数字的键盘；以及
波束成形麦克风组件，该组件包括：
麦克风阵列支架，具有顶部表面并具有第一多个面，所述第一多个面围绕所述麦克风阵列支架的外表面排列；
相应的第一多个麦克风，每个麦克风安装在麦克风套中，每个麦克风套适于安装到麦克风阵列支架的多个面中的相应的一个面；
外壳，连接至所述桌面电话的外表面，用于接收所述麦克风阵列支架和麦克风；
声音隔离材料，设置用于将所述外壳和所述麦克风套在声音上隔离并且将所述麦克风和所述麦克风阵列支架在声音上隔离；以及
盖，用于将所述麦克风阵列支架和所述麦克风限制在所述外壳内，所述盖允许声音从外壳和盖的外部到达所述麦克风。
13.根据权利要求12所述的桌面电话，其中：
所述麦克风阵列支架包括在所述顶部表面上的开口；并且
附加的麦克风和麦克风支架安装在所述麦克风阵列支架内，该附加的麦克风通过开口而被暴露以接收到达所述顶部表面的声音。
14.根据权利要求13所述的桌面电话，其中：
所述第一多个为五个；并且
五个麦克风围绕所述麦克风阵列支架的外表面以五边形定向设置。
15.根据权利要求14所述的桌面电话，其中：
每个所述麦克风安装在麦克风套形状的部件中；并且
所述麦克风阵列支架包括一系列麦克风套形状的开口，这些开口围绕所述麦克风阵列支架的外围以接收所述麦克风套。
16.根据权利要求15所述的桌面电话，其中：
所述麦克风阵列支架包括在其顶部表面的倾斜槽；并且
所述附加的麦克风和麦克风支架定位在所述槽中。
17.根据权利要求12所述的桌面电话，其中：其中所述波束成形组件附接到所述桌面电话的上表面。
18.根据权利要求17所述的桌面电话，其中所述盖不大于所述键盘。
19.根据权利要求16所述的桌面电话，其中每个所述麦克风连接电子声源定位系统。
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