CN102860039B - 免提电话和/或麦克风阵列以及使用它们的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本公开针对用于麦克风阵列的设备、方法和系统，其中，提供了定向麦克风阵列增强的性能。也提供了免提电话增强的性能。在某些实施例中，设备的壳体配置成支撑至少三个麦克风和基本上在第一方向中的扬声器，并且该至少三个麦克风和扬声器设置成这样的空间关系，使得适当的相位和延迟特征在该至少三个麦克风和扬声器中、在远离基本上第一方向的基本上垂直方向中、在所需的声频范围上实现基本上零响应，并且该设备能够在第一朝向仰角范围上提供对声音的响应。

Description

免提电话和/或麦克风阵列以及使用它们的方法和系统

技术领域

本公开涉及用于麦克风阵列的设备、方法和系统。本公开还涉及用于提高定向麦克风阵列性能的设备、方法和系统。本公开又涉及用于提高免提电话性能的方法和系统。

交叉引用：

下列文档通过完整地引用而结合在本文中：提交于2009年11月12日的US临时申请No.61/272,862;以及国际电信联盟(ITU)建议书:ITU-T G.168,ITU-T G.165,ITU-TG.164,ITU-T G.131,和ITU-TG.114。

背景技术

语音系统的使用是常见的。例如，在电话会议系统中，参加者通常都聚集在办公室或会议室中并坐在房间的不同位置。被使用的房间通常没有配备特别的声音剪裁材料，并且近端和远端声音的回声增加了噪音水平。如果房间足够大，则一些参加者可以坐在远离电话桌的地方，使其自身远离麦克风。一些参加者可能不积极发言，或者只是偶尔发言。然而，他们的存在增加了房间噪音源的数量，因为会产生铅笔的敲打声、纸的瑟瑟声以及私下交谈。这些噪音源进一步降低了远端一群人所体验到的声音质量。

多数语音系统都有部署在一个、两个或者至多三个位置处的麦克风。通常将这些麦克风放置在会议桌表面，并且依照对会议最重要的贡献者提供最好使用的方式来分布这些麦克风。麦克风位置的这种选择可能使一些贡献者很难听到。当偶尔的参与者要发言时，他们经常被迫向麦克风靠拢，这无疑会产生额外的房间噪音，因为他们要调换位置或者移动椅子。

麦克风阵列大致被设计成自由场设备，并且在一些情况下被嵌入在建筑内。现有技术的麦克风阵列的问题是随着频率的增加波束宽度会减少，并且旁瓣变得更成问题。这导致对信号显著的离轴“着色”。因为不可能预测什么时候讲话人将发言，则必定有一段时期，讲话人将离轴并伴随着“着色”性能的降低。

用在语音系统中的具有“煎饼指向性”的麦克风是已知的。例如，在水平面上覆盖360度的定向麦克风装置存在于在电信和会议免提电话领域。为了使会议免提电话有效，人们已经使用了各种麦克风阵列。在麦克风中提供指向性的系统是昂贵和复杂的，并且它们在使用的频率范围上不提供一致的波束形状。定向麦克风对于用在语音系统中以便最小化环境噪音和混响的影响是已知的。当有不止一个讲话者时使用多个麦克风也是已知的，其中，这些麦克风放置成靠近声源，或者更集中地作为阵列。另外，对于选择哪个麦克风或者组合以用在高噪音或混响的环境中，系统也是已知的。例如，在电话会议应用中，使用与自动混音器相关联的定向麦克风的阵列是已知的。这些系统的缺陷在于或者它们的特点是指向性相当温和，或者它们构造昂贵。

另一个问题是该免提电话类型系统可以显示不同类型的回声。例如，来自电话的扬声器和它的麦克风之间的声学路径中的反馈的声学回声。另一个例子是发源于在站之间路由呼叫的交换网络的线路回声。声学反馈在免提电话中是问题，并且已知的系统经常包含某些类型的昂贵的电子电路，其适配成抑制、消除或过滤在使用期间不需要的声学回声。

拥有比较便宜、比较简单，并且在某些环境（比如但不限于电话会议）中的口头频率的适当范围上提供更一致的性能的的麦克风阵列将是有用的。因此，对于免提电话设计，长期存在但还没有满足的需求是，固有地减少存在于电话中的声学回声数量，由此导致对比较简单并且因此比较便宜的回声消除电路的需求，并且该电路也通过电话的扬声器提供了更好的低频声音限定和高频声音散布。还存在对于允许在麦克风的布置上有更大灵活性的麦克风阵列的设备、方法和系统的需求。也存在对于已经改进了回声消除、更好的声音性能和散布并且要求比现有技术的免提电话基本上更小的底印的免提电话的设备、方法和系统的需求。

对于本领域普通技术人员来说，通过将此类系统与如在本申请中根据附图所阐述的公开内容进行比较，常规和传统方法的进一步的局限性和缺点将变得明显。

发明内容

某些实施例提供了一种设备，其包括：多个麦克风元件，其设置成这样的空间关系，使得适当的相位和延迟特征在基本上垂直方向中在所需的声频范围上实现了基本上零响应，并且有利于提供对水平方向中声音的响应。在某些方面，该阵列将拥有至少三个麦克风。在某些方面，该设备将包括被安排成与麦克风阵列有关的至少一个扬声器，使得来自扬声器的声音部分地通过麦克风阵列也被消除，或者基本上被消除。

某些实施例提供了一种设备，其包括：多个麦克风元件，其设置成使得适当的相位和延迟特征在垂直方向中在声频范围上实现了基本不敏感区，并且有利于将响应提供给水平方向中的声音。在某些方面，该阵列将拥有至少三个麦克风。在某些方面，该设备将包括至少一个扬声器，其设置成来自扬声器的声音也被麦克风阵列消除。

某些实施例提供了一种设备，其包括：定向麦克风阵列、壳体和安排在壳体内的扬声器，使得扬声器被安排在麦克风阵列的不敏感区中，并且向远离麦克风阵列并朝向某表面传播声音，其中，壳体邻接或紧靠邻接或紧靠该表面，比如，桌面或者垂直的墙表面。扬声器具有设置成大致垂直于邻接表面的声音传播轴。

某些实施例提供了一种设备，其包括：至少三个麦克风元件，其配置成提供适当的相位和延迟特征以便实现在300Hz到3.3KHz频率范围上限定麦克风的麦克风敏感区的至少一个敏感轴，以及限定不敏感区的至少一个不敏感轴。

某些实施例提供以下用在声音或视觉电信中的设备，包括：多个麦克风元件，其被安排成阵列，使得利用适当的相位和延迟特征来配置麦克风阵列，以便在基本上垂直方向中在声频范围上实现基本上零响应，并且有利于提供对水平方向中声音的响应和至少三个麦克风。

在某些实施例中，麦克风阵列将是基本上水平的、基本上垂直的或它们的组合。

在某些实施例中，在麦克风阵列是基本上垂直的情况下，该阵列将由至少两个麦克风和至少一个扬声器组成。

某些实施例提供一种用在远程通信中的设备，其包括：至少三个麦克风元件，其被安排成阵列以用于提供某一相位和延迟以便在垂直方向中在声音频率的广泛范围上实现零响应，并且，有利于提供对水平方向中声音的响应；以及至少一个扬声器，其设置成使得来自扬声器的声音基本上被麦克风阵列消除。

某些实施例提供一种麦克风阵列，其配置成使得单个传送功能是这样的，即，当输出信号被计和时，在垂直方向中存在零响应。

某些实施例提供一种麦克风阵列，其中，关于水平输入响应，零响应从负10db到40db可以有所不同。

某些实施例提供了一种音频设备，其包括：至少三个声学传感器元件，设置成使得在使用中音频设备在基本上垂直方向中在范围从100Hz到10KHz的声频范围上实现基本上零响应，其中，对于范围从100Hz到10KHz的声音，该设备向在水平方向中的输入声音提供基本上平响应(flat response)；以及至少一个扬声器，其设置成使来自扬声器的输出以基本上相等的水平传送到该至少三个声学传感器元件，使得在使用中来自扬声器的输出被充分减少以用于防止声学反馈。

某些实施例提供一种音频设备，其中扬声器安排成将基本上相等水平的信号传送给麦克风元件，使得扬声器信号组合的信号将显著减少。

某些实施例提供了一种音频设备，带有至少三个麦克风，其安排在基本上水平的面中，使得对于范围从100Hz到10KHz的声音，这些麦克风配置成生产对在水平方向中的输入声音的基本上平响应；以及至少一个扬声器，其设置成使得来自扬声器的输出被充分减少以用于防止声学反馈。在某些方面，该音频设备将实现消除过程，使得在麦克风系统的输出中显著减少了来自扬声器的声音输出，以便减少声学反馈的可能性。

某些实施例提供带有由至少三个麦克风所组成的麦克风阵列的音频设备，其中，该阵列设置成，当来自该麦克风阵列的信号被适当地调相、加权或计和时，由此产生的信号在垂直方向中是零，但在水平方向中是累加的。在某些方面，麦克风阵列可以进一步具有这样的特征，使得水平方向中的频率响应从高频以每十进位20db的倍数下降到低频。

附图说明

根据附图现在将示出并进一步描述本公开的各方面，其中：

图1显示根据某些实施例的由一对相等敏感度全向麦克风给出的响应。

图2(a)显示可能被用在某些实施例中的希尔伯特电路。

图2(b)显示可能被用在某些实施例中的J-Tek全通滤波器设计器输出参数。

图3(a)显示按照某些实施例的在0°仰角（外圆）、30°（下一个圆）、60°（内圆）处的“交叉对”的响应。

图3(b)利用放在具有2:1轴比的椭圆上的元件显示具有2:1增益率的交叉对。

图4(a)和(b)显示按照某些实施例的可能被安装在麦克风阵列的上方或下方的扬声器。

图5(a)显示根据某些实施例的在设备的0°仰角、30°仰角、60°仰角处的“交叉对”响应。

图5(b)显示在图5(a)中的四个麦克风元件通过计和而获得的响应。

图6显示按照某些实施例的可被用于获得定向信息的电路。

图7显示某些实施例的元件的布局，其中矢量图显示了方位角波束形状和元件之间的相位关系。

图8示出可操纵的呈45度的“8字形”类型波束的例子。

图9示出用于某些实施例的元件布局，其中显示方位角波束形状和元件之间的相位关系的矢量图。

图10示出对于图9(a)和(b)的响应，显示对于放置成45°的一组麦克风元件的结果和通过结合(a)和(b)的比例所获得的波束旋转。

图11示出用于某些实施例的元件布局，其中显示方位角波束形状和元件之间的相位关系的矢量图。

图12示出将某些实施例与其他实施例进行组合以用于提供可操纵的波束的影响。

图13示出将某些实施例与其他实施例进行组合以用于提供可操纵的波束的影响。

图14示出将图9a所示的实施例与具有较小直径的已旋转的相似实施例进行组合以用于提供“正方形”波束的影响。

图15示出由具有0.75轴率的椭圆上的麦克风的布置而产生的方位角波束形状。

图16示出来自三个麦克风的信号，该三个麦克风已经适当地被延迟以及已经与适当的振幅进行组合以便在垂直方向中生产零。

图17示出根据某些实施例的两阶段5加1的阵列。

图18(a)和(b)显示带有过滤的影响的、图17所示的阵列的频率响应曲线和整体系统的组合响应。

图19(a)示出根据某些实施例的在另一阵列中的麦克风的布置。

图19(b)显示图19(a)所示的阵列的相位关系。

图20(a)和(b)显示图19所示的阵列的频率响应曲线。

图21示出根据某些实施例的线麦克风的几何。

图22示出根据某些实施例的麦克风之间具有150mm间距的麦克风单元的线性振幅、线性频率特征。

图23根据某些实施例，示出对于在麦克风之间具有150mm的系统的频率响应。

图24(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图25(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图26(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图27(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图28(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图29(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图30示出依照某些实施例的位于移动电话设备内的免提电话。

图31(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图32(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图33(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图34(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图35(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图36(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图37(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图38(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图39(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图40(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图41(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图42(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图43(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图44(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图45(a)和(b)示出依照某些实施例的对于在侧视图和顶视图中的免提电话设备的示意图。

图46示出会议室设置中的某些实施例的使用；

图47示出较大会议室设置中披露的实施例的使用；

图48示出根据某些实施例的电路；

图49示出根据某些实施例的回声消除器；

图50示出根据某些实施例的在麦克风阵列中消除扬声器信号和回声的方法。

具体实施方式

可以将各种麦克风用在本公开中，包括但不限于：动态麦克风、静电麦克风、驻极体麦克风、压电麦克风或者它们的组合。麦克风元件可能是全向的、双向的、单向的或者它们的组合。所需要的麦克风元件的组合可以有所不同，这取决于在特定实施例或设计配置中将要实现什么。在某些实施例中，麦克风元件将配置成在圆形的布置中，或者基本上圆形的布置中，并且对于彼此被均匀隔开，或者相对于彼此基本上被均匀隔开。在某些实施例中，扬声器将集中在由麦克风元件所创建的圆中。例如，这可以通过利用放置成不同直径中心位于由麦克风元件所创建的圆周中的全向麦克风来实现。在某些实施例中，由麦克风元件所创建的圆的直径可能是例如20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm或者一些其他所需要的直径。

也可以将麦克风元件放在导致用于麦克风系统的方位角中的椭圆响应的椭圆配置中。麦克风元件的其他配置和安排是可能的。

在某些实施例中，配置扬声器和麦克风元件，使得从该扬声器到每个麦克风元件的路径长度是相等的，或者基本上相等，因此，在麦克风系统的输出中，该扬声器信号被消除，或者基本上被消除。在某些配置中，如果对于特定应用（例如，在配置成适合移动电话案例的系统中）是需要的或者必需的，拥有含有不同的路径长度的一个或多个麦克风元件当然是可能的。在这种情况下，如果需要，可以在麦克风系统的信号处理电路中采用常规的消除部件。然而，这有可能不被需要，并且将取决于特定的应用和所需要的最终结果。

所显示的某些实施例满足如下条件：由独立元件所接收的信号的矢量和是零，或者在垂直方向或者说与系统所被安装在的平面垂直的方向中有高衰减。对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，当在垂直方向中保留高衰减时，可以在水平面中在一组元件的位置中进行多种排列。在方位角中提供更窄，或者基本上更窄的波束的实施例被描述。当其他实施例显示其他方位角的波束形状的例子时，可以设计在某些方位角的方向提供高衰减的其他实施例。可以将一些实施例包含在60mm直径和5到10mm高的磁盘内将是明显地，这取决于所选择的扬声器和电池的大小。在某些实施例中，实现的功能在远离麦克风和扬声器所位于的平面的方向中是垂直的零，或者基本垂直的零，以及在所需要的方位角的方向在设计频率范围（通常300Hz到3KHz或者200Hz到5KHz）上是基本上不变的响应。具有双向麦克风结构的形状通常是包含扬声器和电子设备以及电池的小圆形结构。

利用本公开可以使用各种扬声器，包括动态的和压电的类型。在某些应用中，对于扬声器来说在不敏感区内被处理是所希望的。在其他应用中，扬声器可能位于不敏感区之外。在其他应用中，扬声器可能既部分地位于不敏感区中，又部分地位于敏感区中。在某些应用中，定位扬声器可能是所希望的，以便最小化系统内的声学回声。

此处描述的某些实施例的特征在于它们未补偿的形式，如被相反调相的麦克风的分离距是大约半个波长的频率处的峰值响应。这些系统可以要求对于在该频率下的响应的下降以每倍频程6db或每倍频程12db进行补偿，这取决于顺序和特定的实施例。这可能导致穿过操作频率范围地不变的，或者基本上不变的波束宽度性能。在被描述为“第一级”的系统中，该分离距与这样的圆直径相等，或者基本上相等，其中，元件被放置在该圆上，并且相反放置的麦克风有180度的相位差异。在有时被称为“第二级”的某些实施例中，该分离距与麦克风元件所放置在的圆半径相等，或者基本上相等。在这些实施例中，相反放置的麦克风在相位中，但是在圆上90度处放置的麦克风相对于第一个相反放置对有180度的相位移动。在某些实施例中，相对于第一个相反放置对，集中的麦克风和/或麦克风群有180度的相位移动。

此处披露了多种家族和实施例，应当认识到的是，来自不同家族或实施例的组合允许实现多种可操纵的定向波束。某些实施例在垂直于阵列平面的方向保留低敏感区的特征，或者在某些实施例的情况下，与阵列元件一致。

对于此处披露的某些实施例（比如第二级系统），在45度仰角处的敏感比在0度仰角处小6db。对于具有圆形方位角模式的麦克风，这将有助于减少对坐在长方桌侧边的人的敏感，因为嘴相对于免提电话的更高仰角。

本公开的某些方面针对这样的麦克风和/或麦克风阵列，其具有用在电话会议或其他拒绝垂直信号的应用中的煎饼指向性。这些麦克风系统在垂直方向中有一定数量的响应零。

某些实施例可以具有的特征是在垂直方向中为零，并且因此减少来自天花板的反射以及减少由系统所接收的回声声音。

在某个应用中，麦克风的敏感轴可以被定向成从相对于水平面大约0度（即，垂直地）到大约45度的角度。然而，0度设置更好地适配成会议室桌类型的免提电话设备。

在某些实施例中，当来自麦克风阵列的信号适当地被调相、加权或计和时，由此产生的信号在垂直方向中是零，或基本上是零，但在水平方向中是累加的，或基本上是累加的。通常，在某些类别的系统中，在水平方向中的频率响应以大约每十进位20db的倍数从高频降到低频，这取决于设计。

在某些实施例中，当来自麦克风阵列的信号被适当地调相、加权或计和时，由此产生的信号在垂直方向中是零，或基本上是零，但在水平方向中是累加的，或基本上是累加的。通常，在某些类别的系统中，在水平方向中的频率响应以大约每十进位40db的倍数从高频降到低频，这取决于设计。

在某些披露的实施例中，设备、方法和/或系统的特点是在比如300Hz到3.3KHz、300Hz到3Khz、300Hz到5Khz、300Hz到3.5Khz或者150Hz到7.2KHz带宽上可以部分地拥有垂直的零响应、基本垂直的零响应、足够垂直的零响应或者可接受的垂直零响应的特点。

在某些披露的实施例中，设备、方法和/或系统的部分特点是它们拥有近似于被称为第一级系统的余弦（仰角）和被称为第二级系统的余弦的平方（仰角）的仰角响应的事实。

在某些实施例中，n个麦克风可以拥有它们的组合信号，使得代表每一个元件贡献的相位和振幅的矢量总和在所需要的带宽上与零相等，或者基本上与零相等。

在某些实施例中，n个麦克风可以拥有它们的组合信号，使得代表每一个元件贡献的相位和振幅的矢量总和在所需要的带宽上与零相等，或者基本上与零相等。在某些方面，对于n个麦克风，我们指的是2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或者16。在某一方面，对于n个麦克风，我们指的是至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或者16。在某一方面，代表每一个元件贡献的相位和振幅的矢量总和比在所需要的带宽上的所需要的方向中的响应小4db、5db、6db、7db、10db、12db、14db、16db、18db、20db、22db或者30db。在某一方面，代表在垂直方向中的每一个元件贡献的相位和振幅的矢量总和比在所需要的带宽上的水平方向中的响应小4db、5db、6db、7db、10db、12db、14db、16db、18db、20db、22db或者30db。在某些方面，对于垂直方向，我们指的是在90度和从来自会议情况中讲话人反射的声波的垂直面的角之间的角度。在某些方面，对于垂直方向，我们指的是在90度和从来自会议情况中讲话人反射的声波的垂直面上至30度的角之间的角度。在某些实施例中，如果从上表面反射的声音到达的角度离水平面大于45度，那么，除路径长度衰减之外，将会实现相对于直接声音的6db的衰减。在某一实施例中，在麦克风处所接收到的已感知混响的数量可以减少6db。

在某些装置中，在麦克风系统的组合输出中将会消除，或者基本上消除与麦克风元件距离相等的源所产生的声音。如果需要的话，这允许将扬声器定位在它的声音被消除，或者显著地被减少的位置中。在某些装置中，在麦克风系统的组合输出中将会消除，或者基本上消除与麦克风元件距离相等的源所产生的声音。如果需要的话，这允许将扬声器定位在它的声音被消除，或者显著地被减少的位置中。在某些方面，与至少两个麦克风的阵列基本上距离相等的源所产生的声音基本上防止了振荡。因此，反馈被减少到防止振荡产生更大回声消除的程度。组合的信号输出可以从单个麦克风元件的信号输出中减少10db或20db或30db。

在此大致披露至少四个家族。前两个家族拥有麦克风元件被等间隔地安排在圆上的额外特征。可以将在这些麦克风元件之上或之下放置的扬声器安排成到所有的元件有相等的路径长度。组合的输出也因此不对来自该源的声音做出响应。可以将这些家族的不同属性和特征以各种方式进行组合以便实现所需要的属性和特征。

在每一个实施例的家族内，可以把麦克风设置成使它们拥有高频部分的操作（例如，从1KHz到5KHz）以及从200Hz到1KHz的更大直径（或更长）部分的操作。看一个例子，图18和另一个图43。这将允许改进的信噪比。

在某些实施例中，设备、方法和/或系统在所有或者多个所需的频率上可以拥有在元件之间相同的相位移动。对于每一个元件所需要的相位移动可以通过组合“正弦”部件和“余弦”部件来安排。对于每一个元件，这可以通过控制供应给希尔伯特网络的“0度”和“90度”输入的信号的振幅来实现。在某些方面，可以通过将元件安排在椭圆上而不是圆上来控制在两个轴之间的增益。对于一号家族的2:1比率或者对于二号家族2:1.4比率将导致2:1的增益率。也可以计划其他的安排，例如，其中，通过调整“正弦”部件和“余弦”部件之间的微分增益可以控制在两个轴之间的增益。

在某些披露的实施例中，选择在水平面中的n个元件的相位和振幅，使得它们在垂直方向中加到零，或者接近零。可以设计圆对称系统，其中，将延迟加到对称组，或者可以物理上偏置组。在某些实现中，可以安排垂直阵列，其中，可以延迟并组合来自单个元件的信号，以便在垂直方向中生产零响应，或者基本上零响应。

可以通过萨宾公式来计算对于房间中的混响时间的一个有用的计算：RT60=0.161xV/A，在20°C处，其中

V=以立方米表示的房间体积,

A=α·S=以平方米表示的相等的吸收表面或者区域,

RT60=以秒表示的混响时间,

S=以平方米表示的吸收表面-更强的吸收能力导致更低的混响时间。

如果由麦克风所“看到”的房间的表面区域是受限的，那么在由麦克风所接收到的信号中这可能导致混响时间的减少。对于听众这导致改进的清晰度。本公开的某些实施例使用宽频带的响应“零”，导致频率独立的，或者基本上频率独立的仰角和方位角中的响应。另外，更短时间反射的减少导致改进的清晰度。

某些披露的实施例拥有具有同样或者基本上同样的敏感且被安排在平面中或者基本上平面中的一组n个麦克风，并且将相位移动应用到这些麦克风中，使得这些相位移动计和为360度的倍数，或者大约360度。在这些实施例中，在垂直于或基本上垂直于平面的方向中，总和将是零或者基本上的零。

在某些实施例中，在平面中具有同样的或者基本上同样敏感的一组n/2个麦克风将它们的信号叠加。然后，可以从来自具有n倍增率的单个麦克风或者来自同一个平面中的另一组n/2个麦克风的组合信号减去该由此产生的信号。如果n是3或者大于3，则圆上麦克风的装置提供近似于该系统中的圆对称。图11(b)、(c)和(d)显示5+1麦克风的设置，作为该方法的实现。图11中的中间一行示出麦克风之间的相位关系，而底部一行显示方位角响应。该系统的频率响应以每十进位40db从高频降到低频，当低频信号被放大到给出整体平响应，或者基本上平响应时，引起增加的低频噪音。应该理解的是，如果噪音是重要的考虑因素的情况下，在某些配置中多个麦克风可能代替中心组。

例如，如图17所示出的，该麦克风阵列有两个5麦克风盒的阵列，一个阵列被相等地或者基本上相等地放在大约50mm半径的圆上，另一个阵列被相等地或者基本上相等地放在大约200mm半径的圆上，以及在中心的小圆圈中的五盒的群。在该示出的实施例中，使用五而不是一，以用于保持信噪比。然而，在某些应用中，使用一是可能的。利用标准化到100Hz的H(s)=100/((S+1)(S+1))来过滤该200mm系统，以便补偿12dB每倍频程并且利用由此导致的大约1KHz的下降。利用标准化到1KHz的H(s)=(4+S)(4+S)/(S+1)(S+1)来过滤50mm系统。然后减去这两个响应。这在图18a中被示出，用于单个的部分，以及在图18b中被示出，用于全部的响应。

在某些实施例中，在每一个相继的麦克风拥有它的信号相位的平面中的一组n个麦克风移动了大约360/n度。组合这些相位移动的信号以用于给出全部的响应。可以通过使用给出希尔伯特变换近似的电路对来执行相位移动。该系统的频率响应以每十进位大约20db从高频降至低频。

例如，配置均匀或者基本上均匀隔开的圆形阵列，其中，麦克风的相位增加到360度的倍数。在总和是360度的地方，响应的斜率是大约每十进位20db。如果总和是2X360=720度，那么斜率大约每十进位40db。在图19(a)示出的例子中，相位被计和到360度，并且显示了麦克风阵列的布置。图19(b)显示在19(a)所示的阵列的相位关系。图20(a)显示了在利用简单的纠正电路进行过滤之前的响应，而图20(b)显示了在利用简单的纠正电路进行过滤之后的响应。应该注意的是，对于语音范围，这仅仅试图覆盖一个十进位。

在某些实施例中，来自至少三个麦克风的信号被适当地延迟，并与适当的振幅进行组合，以便在垂直方向中或者基本上垂直方向中生成零或者基本上为零。图16示出来自示范的的三个麦克风装置的信号，该示范的三个麦克风装置已经被适当地延迟并与适当的振幅进行组合以便在垂直方向中生成零。这些麦克风相等地或者基本上相等地被隔开。然而，其也可以利用其它间隔排列来配置。

例如，在某些应用中，可以使用两个麦克风，当它们被安装成接近反射平面使得第三个通过反射来生成时。

在某些实施例中，在水平面和在反相中通过距离为d进行分离的一对相等的敏感或者基本上相等的全向麦克风，引起双向8字形类型响应，最大振幅响应在d=波长/2的频率Fmax处，以及在更低频率处以每倍频程6db下降的响应。看图1显示了用于反相中的一组麦克风元件的典型的图8模型。具有在所需要的频率范围上以每倍频程6db上升的响应的补偿电路导致上至Fmax的平响应。在水平面中，该响应与方位角的余弦成比例。该仰角响应也与在垂直方向中或者基本上垂直方向中有零响应的仰角的余弦成比例，或者基本上成比例。可以在水平面中利用在直角处或者基本上在直角处的它们的轴将第二对已补偿的麦克风增加到第一对，并且它们通常将显示双向响应。如果现在通过相位从一个相对于另一个移动了90度（如图2中所显示的希尔伯特网络）的电路来组合来自这些麦克风的信号，那么由此导致的“交叉对”系统在方位角（水平的）角处拥有均匀的响应或者基本上均匀的响应，但是仰角（垂直的）响应与仰角的余弦成比例，见图2(a)。这些麦克风实施例特征为至少部分地对来自更高仰角的信号的低敏感，并且导致混响时间的减少。在某些情况中，如果例如天花板非常反光并且会议桌也非常反光，那么这是有用的。在某些实施例中，调整到相对于在直角处的一个的一个麦克风对的增益首先导致逐步改变到单麦克风对的图8模型的椭圆方位角波束。这允许将系统调整到拥有在两个轴之间的大约2:1的增益率。根据某些实施例，图3(a)在0°仰角（外圆）、30°（下一个圆）、60°（内圆）处显示“交叉对”的响应。图3(b)利用2:1的增益比显示交叉对。可以将方向寻找属性用于提高有多个免提电话系统的系统性能。如果将两个免提电话放置到长桌两端的任一端，那么方向寻找特征将允许最靠近说话人的麦克风的选择以及允许另外一个的至少部分的抑制以便减少噪音和混响。这是使用测量值的选择过程，而不是由两个系统所接收到的信号的相对振幅所确定的反馈过程。

在某些实施例中，可以将免提电话配置成“学习”对于特定方向和讲话人的最优增益，使得每当人讲话时都可以恢复该设置。

在某些实施例中，可以利用方位角来调整免提电话的敏感以便允许对于在桌子周围的各种位置有相等的总信号水平。

如果需要，可以利用适当的计算机软件来设置桌子的大小和免提电话位置。然而，在某些应用中，可以提供多个预设。

另外，应该理解的是，可以将此处披露的原理扩展到预定排列中的三个或更多个免提电话。

在某些实施例中，可以有利地使用此处方向寻找方法以用于确定对于用在这些环境中的其他类型的波束形成阵列的定相。在某些实施例中，将扬声器放置在离所有麦克风同样远，或者基本上同样远的位置是可能的。然后，来自这些麦克风的组合信号将是零，或者基本上零。例如，如在图4中所显示的，如果将麦克风放置在与安装表面的外部边的同心的，或者基本上同心的圆上，则在安装表面下的中心处放置的扬声器将满足等距离原则。在上面居中放置的扬声器也将满足该条件。穿过安装表面的对称洞的各种装置也可以被看作满足该条件。在图26和图32中，四个洞的组提供了该对称。在图40中，在有六个麦克风的地方，六个洞提供了必要的对称。图30中的该图的变形中，麦克风被纳入移动电话中。在侧边的两个插槽允许居中放置的扬声器元件到每一个麦克风有相等的距离。

在某些实施例或配置中，麦克风元件的系统可以在水平圆周围等间隔地、或者大约等间隔地安排，其中，n个麦克风元件具有相等敏感，或者基本上相等的敏感。如果相对于元件1的每一个元件的相位（以度为单位）与它从元件1的角（以度为单位）是相等的，或者大约相等的，那么来自所有麦克风元件的信号总和在垂直方向中将大约是零。因此，使用已披露的麦克风阵列来构建在垂直方向中具有宽频带零特征的麦克风的设备和/或系统是可能的。

在某些实施例中，方向寻找属性也可以存在。例如，如果来自希尔伯特电路的两个输出的信号乘以通过计和来自四个麦克风元件的信号而形成的信号，该四个麦克风然后通过匹配例如原始希尔伯特电路的0度边的一个部分被传递，那么由此导致的结果是对于当前说话人的方位角的正弦和余弦。因此，在平均超过1、2或者甚至5秒时间的单个测量中，唯一识别单个讲话人的方向。在某些方面，为了维持令人满意的精确度水平，可以将过滤器或者其他部件用于限制用在该计算中的信号最大频率少于Fmax的一半。在这些环境下，计和的麦克风元件的方位角响应是圆的。例如，看图5。图5(a)示出在0°、30°和60°仰角处的“交叉对”响应。图5(b)示出通过计和四个麦克风元件所获得的响应。外圆显示对于从在频率Fmax/3处的计和的麦克风所获得的参考信号的水平响应。下一个圆是Fmax/2，而内部十字形响应在Fmax处。正常处理的“交叉对”信号和计和的信号之间的相位差异与方位角相等。

在某些实施例中，提供麦克风阵列,其中，系统被配置以用于寻找参考信号在哪里乘以来自交叉图8对的正弦和余弦分量的方向。对于参考信号，使用已经存在的四个元件加上中心元件（看图11(c)）的系统可以被使用。该测量可以在大约1KHz的受限频率范围上进行，或者可以从800Hz上至3KHz，或者可以在300Hz到3KHz范围的范围上操作。

图6示出依照某些实施例的可以用于获得定向信息的电路。

麦克风的配置和装置可以改变。在一般条款中，某些实施例允许由相等增益，或者基本上相等增益的n个麦克风所组成的麦克风系统和设备的构建被安排在水平面或者基本上水平的面上，在直径为d的圆类型配置中，其中，d与系统操作所需要的最高频率处的波长的一半相等。将第一个麦克风放置在参考线（x轴）上。每一个相继的麦克风的相位与它到x轴的角相等。图7根据具有某些实施例，示出一些可能的元件布局，显示了在可能的方位角波束形状和元件之间的相位关系的矢量图。在图7中，类型A排列响应双向麦克风（例如：带麦克风）是相似的。类型C与交叉双向麦克风特征相似，但是在两个双向对之间具有宽频带90度相位移动。在某些实施例中，可以使用两个双向麦克风（比如：带麦克风）来获取相似的结果，其中，每一个带麦克风连接到希尔伯特网络的输入。然而，它们可以不在一个平面上。在类型D和E排列中，通过确定对于每一个元件的相位的“正弦”和“余弦”分量并且将这些分量增加到希尔伯特电路的各自输入来提供对于每一个元件的相位。在这些情况中，同样的方向寻找能力应用到在希尔伯特电路的输出处的信号。通过调整希尔伯特网络的一个输入的增益，可以控制两个轴之间的增益差异。

在某些实施例中，使用图7的C所示的配置，在大约0度和180度来安装元件1和3的相对的相位是可能的，并且，元件2和4也被设置为大约0度和180度，方位角波束形状与A相似，但是被旋转了45度。这在图8中进一步被示出。使用示出的配置，通过将来自与所需要角的余弦成比例的1和3的信号的比例和与正弦成比例的2和4的比例进行组合，可以将波束旋转到任意的或者所需要的角度。因此，在某些实施例中，可以产生“可操纵的”8字形波束。在某些实施例中，可以将已测量的声音方向用于调整该双向系统的轴。因此，可以旋转已披露的8字形图案，并且可以作为定向系统将其用在它自己身上。另外，这些配置将显著减少了作为房间区域干涉噪音的数量，并且，因此，减少了由麦克风阵列所“看到”的被反射声音的比例。

在某些实施例中，可以配置包括相等增益或者基本上相等增益的、安装在水平面或者基本上水平的面上的、在直径为2d的圆中的至少三个麦克风的麦克风阵列，其中，在系统操作的所需要的最高频率处，d与波长的一半大约相等。可以将第一个麦克风放在参考线上（例如：在X轴上）。每一个相继的麦克风的相位与它到X轴的角的两倍相等。例如，在某些实施例中，具有240度（或者负120度）的相位步骤的三个元件配置与显示在图7(b)中具有相反相位的元件配置特征相似。对于具有显示在方位角波束形状和元件之间相位关系的矢量图的某些实施例，图9示出元件的布局。

该系统拥有在频率Fmax处（其中，d=波长）具有最大振幅响应的响应和在某些更低频率处以每倍频程大约12db速度下降的响应。具有在所需要的频率范围上以每倍频程12db速度上升的响应的补偿电路导致上至Fmax的平响应。在水平面中，该响应与方位角余弦的平方成比例。以每倍频程大约12db速度下降导致了信噪比的显著损失，即，在300Hz处的S/N比率是40db，比在3KHz处的更差。可以将图9(a)所示的四个元件实施例用作定向麦克风系统的一部分。图10示出对于显示在附图9(a)和(b)中的实施例的响应，示出一组偏置45°的麦克风元件的结果和通过结合(a)和(b)的比例来获得的波束旋转。该特定实施例在22.5°处的水平中将拥有大约3db的下降。

某些披露的实施例可以包括被安排在基本上水平的面上直径为2d的圆中的相等增益和相等相位的n个麦克风，其中，d与在系统操作所需要的最高频率处的波长的一半大约相等，某些披露的实施例还包括在圆中心处的具有是其他元件的增益n倍的增益以及180度的相位移动的额外的麦克风。图11利用显示方位角波束形状和元件之间的相位关系的矢量图，示出用于某些实施例的元件布局。因此，某些实施例拥有在频率Fmax处（其中，d=波长）具有最大振幅响应的响应和在更低频率处以每倍频程大约12db速度下降的响应。具有在所需要的频率范围上以每倍频程12db速度上升的响应的补偿电路导致上至Fmax的基本上平响应。在基本上水平的面中，该响应与方位角余弦的平方大约成比例。应当看到的是，可以将扬声器放在具有在挡板中适当被放置的洞的麦克风阵列下面，使得由中心的麦克风所接收到的信号的相位与由外部麦克风所接收到的信号的相位相等，因此，实现了对较早系统的相似的消除。另外，图10(a)所示的实施例在定向麦克风系统中可以是有用的。

在某些实施例中，麦克风阵列的方位角的响应特征可以被改变，例如，通过将麦克风安排在椭圆而不是圆上，其可以被显示以用于在两个轴上提供不同的增益。在某些实施例中，比如图7和图11的那些，这可以通过调整不同麦克风的增益来实现。图15示出将元件安排在具有0.75轴比的椭圆上的情况。这些装置使得将扬声器信号的消除安排在已组合的系统中更困难。图14示出提供“正方形”波束的系统，该“正方形”波束对于大型正方形会议桌可能是有用的。

可以从麦克风的至少一个垂直阵列来构建某些实施例，其中，适当地调整来自单个麦克风的信号以用于给出在垂直方向中的宽频带零，或者基本上为零。在这些实施例中，麦克风阵列系统拥有在频率Fmax处（其中，d=波长/2）具有最大振幅响应的响应和在更低频率处以每倍频程大约12db速度下降的响应。例如，在Fmax/100到Fmax的范围中，可以使用具有在所需要的频率范围上以每倍频程大约12db速度上升的响应的补偿电路，导致上至Fmax的平响应。在基本上垂直平面中，该响应与仰角余弦的平方成比例。

在某些实施例中，麦克风阵列将包括基本上等间隔的、与它们之间的距离d一致的至少三个麦克风。图22示出利用线性振幅刻度和线性频率刻度显示的频率响应，麦克风之间的距离是150mm的示范系统的频率响应。图23以常规的方式示出示范系统的频率响应，其中，麦克风之间的距离是150mm。间隔d对应于可以被计算为(d/v)的延迟，其中，v是声音的速率。可以将来自外部麦克风的信号放大并组合在一起。然后，将它们穿过延迟信号时间(d/v)的延迟系统。我们将该结果叫作信号A。将来自中心麦克风的信号放大并分为两个分量。一个分量被延迟时间(2d/v)。然后将这两个分量进行组合以用于形成信号B。如果声音信号来自于至少三个麦克风的轴上的方向，并且我们将该信号描述为在第一麦克风处的sin(ωt)，其中ω是单位为弧度每秒的角频率，而t是时间，则下面的信号由这些麦克风引起。

信号A可以包括来自具有(2d/v)延迟的每一个麦克风的部件，其中，该(2d/v)延迟从这样一个事实出现：信号首先到达一个麦克风，并且然后在延迟(2d/v)后，到达另一个麦克风；可以将该信号表示为(sin(ωt)+sin(ωt+2d/v))；该延迟系统通过(d/v)进一步延迟该信号以用于给出(sin(ω(t+d/v))+sin(ω(t+3d/v)))；以及

信号B包括到达中心麦克风处的、比到达第一麦克风的信号迟(d/v)的信号，该信号可以被表示为sin(ω(t+d/v))，其与该信号的被延迟(2d/v)的拷贝进行组合，如上文中心麦克风所描述的sin(ω(t+3d/v))；而该组合的信号也因此是(sin(ω(t+d/v))+sin(ω(t+3d/v)))。

信号A和B被看作是相同的，或者基本上相同的。如果它们现在被减去，来自轴方向的由此导致的信号是零，或者根本是基本上零，或者是大多数所需要的频率。

下面我们看一下对在到轴大约直角，或者直角处的信号的麦克风单元的响应。来自该方向的信号同时到达，或者基本上同时到达所有至少三个麦克风。在这些麦克风处的信号又一次被表示为sin(ωt)。信号A现在是两个相同分量或者基本上相同分量的总和，一个来自每一个外部麦克风。这表示为2sin(ωt)。然后这被延迟以用于生产2sin(ω(t+d/v))。信号B是sin(ω.t)和延迟的版本sin(ω(t+2d/v))的总和，给出：sin(ωt)+sin(ω(t+2d/v))。我们现在从信号B中减去信号A，给出：

2sin(ω(t+d/v))–(sin(ωt)+sin(ω(t+2d/v)))

=2sin(ω(t+d/v))-2sin(ω(t+d/v))cos(ωd/v)

=2(1–cos(ωd/v))sin(ω(t+d/v)).

该麦克风单元的频率响应通过信号2(1–cos(ωd/v))的振幅给出。该响应的检查显示了在零频率处它是零，或者基本上零，并且当(ωd/v)是2π的倍数时，并且在π、3π等处有值2。现在ω=2πf，其中，f是每秒周期中的频率。当ωd/v=π时，我们有值为4的最大响应。因此，2πfd/v=π。因此，最大响应的频率f通过f=v/2d给出。现在v=340.3米每秒，因此，如果d=170.15mms，那么f=1000Hz。

由振幅项2(1-cos(ωd/v))所确定的响应的形状是如此，使得在500Hz和1500Hz处，振幅是最大值的一半或者大约一半。

Signal A=sin(ω(t-d/vsinθ+d/v))+sin(ω(t+d/vsinθ+d/v))

=2sin(ω(t+d/v))×cos(ωd/vsinθ)

Signal B=sin(ωt)+sin(ω(t+2d/v))

=2sin(ω(t+d/v))×cos(ωd/v)

Signal A-Signal B=2sin(ω(t+d/v))(cos(ωd/v sinθ)-cos(ωd/v)).

在某些实施例中，利用适当的过滤，可以将单元用在3比1和5比1之间的频率范围上，这取决于使用的麦克风插入的噪音性能。3比1涉及大约2倍的信噪损失，或者大约6db；而5比1涉及大约4倍的信噪损失，或者大约12db。可以将不同的单元进行组合以用于提供所需要的频率覆盖范围。在某些实施例中，利用适当的过滤，可以将单元用在300Hz至3KHz、300Hz至3.3KHz、200Hz至3KHz、300Hz至5KHz、200Hz至5KHz、或者150Hz至6KHz之间的频率范围上，这取决于使用的麦克风插入的噪音性能。

此处披露的例子通常已经使用模拟的过滤部件以用于实现由一些情况所需要的宽频带90度相位移动。对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以使用用于每一个麦克风元件的A/D转换器和各种已知的数字处理部件（如：数字过滤、或者卷积方法、或者傅里叶变换方法）的组合来复制所有这些电路以用于实现同样的目的。在某些情况下，使用模拟的过滤方法和数字方法的组合可能是有益的，例如，在所需要的输出信号是数字信号的地方。

对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在使用希尔伯特电路的那些实施例中，使用模拟部件或方法来组合对于0度和90度输入的输入信号可能是有利的，因为这可以减少在A/D转换器上的动态范围要求（例如：看图48）。相似地，在输出信号是麦克风元件组总和之间的差的某些实施例中，在将通过模拟部件的信号进行组合后进行数字化可能有利的。

在某些应用中，包括通常使用的信号处理部件和方法以用于消除由麦克风所接收到的来自扬声器的信号和在房间内发出的各种回声可能是有用的。对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以采用数字部件以用于满足要求（比如：在由ITU提出的推荐书ITU-T G.168中那些要求）。

某些数字网络回声消除器可以是放在电路的4-线部分的操作声音的设备（其可以是单个电路路径或者承载多路复用信号的路径），并且可以用于通过从电路回声中减去预估的回声来减少回声（看图49）。以64kbit/s与数字回声消除器(DEC)接口功能相似。然而，例如可以将24或者30数字回声消除器分别对应于1544kbit/s或2048kbit/s的初级数字层级来进行组合。这可以使用数字技术而应用到回声消除器的设计中，并且意图用在延迟超过由ITU-T G.114和ITU-T G.131详细说明的极限的电路中。对于用在国际连接上的回声控制设备，彼此兼容可能是所希望的。根据该推荐所设计的回声消除器可以彼此兼容、可以与依照ITU-T G.165所设计的回声消除器兼容、以及与依照ITU-T G.164所设计的回声抑制器兼容。在某些应用中，兼容性可以限定为如下：1)特定类型的回声控制设备（称为类型I）设计成，使得当将实际的连接装备一对该设备时，可以实现满意的性能；以及2)另一个特定类型的回声控制设备（称为类型II）已经同样地被设计。如果用另一类型的回声控制设备代替一种类型的回声控制设备而没有将连接的性能降低到不满意的水平是可能的，那么，可以将类型II说成与类型I兼容。在这个意义上，兼容性并不指的是可以有必要将同样的测试装置或方法用于测试类型I和类型II的回声控制设备。

在不被需求所覆盖的设计细节中可以允许变化。该推荐书用于数字回声消除器的设计，并且限定测试，该测试在比ITU-T G.165中详细说明的更广泛的网络条件下确保回声消除器性能是充足的，比如：在声音、传真、剩余的声学回声信号和/或移动网络上的性能。

对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以通过以下部件或方法来确定扬声器麦克风系统的脉冲响应，比如，在扬声器处引入伪随机序列、以及利用来自麦克风的输出信号来计算其相关功能。长度通常可能是100-200毫秒的该脉冲响应现在可以与扬声器输入信号以及从麦克风输出信号中减去的结果进行卷积，因此消除了回声。例如，看图50。可以将在某些应用中的该系统独自用于校准或者用在与ITU-T G.168相关的其他的处理的结合中。

在某些应用中，包括通常使用的信号处理部件以用于消除由一个免提电话系统从另一个免提电话系统所接收到的信号将是有用的。在使用半双工系统的地方，可以忽略该消除部件，但是对于全双工来说，提供来自其它免提电话的信号的一些抑制将是所希望的。可以提供部件以保留方向寻找系统的现存状态，或者防止来自免提电话的扬声器的，位于已确定阀值上的信号存在时的变化。

在某些实施例中，某些麦克风阵列配置的组合提供可操纵的定向特征。例如，如在图12中所示出的，可以将图9(a)中所显示类型的实施例与图7(a)中所显示类型的实施例以适当的比例进行组合以用于提供可操纵的波束阵列。图9(a)的响应的0.4倍和图7(a)的响应0.6倍的组合在大约-6db处给出具有两波瓣的响应。遵循已概述的、以及图10中和图8中的原则，以及此处相关的讨论，波束是可操纵的。拥有图12中所示出的配置的麦克风阵列可以提供对不需要的声音的显著减少。在某些实施例中，对不需要的声音的减少将大于5%、10%、20%、25%、30%、40%、50%、60%或者70%。在某些实施例中，对不需要的声音的减少将是大约5%、10%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%或者70%。在图12所示的麦克风阵列系统拥有与扬声器信号有关的消除属性。

在图13中示出另一个例子。将图7(a)和图11(a)中所显示类型的实施例进行组合以用于给出比以前情况更广泛的波束但是微不足道的侧波瓣。对于图13(a)中所示出的实施例，使用图8中描述的原则，波束是可操纵的。对于图13(b)中所示出的实施例以及此处已披露的实施例，可以将麦克风元件安排在大约45°间隔处，并且这些麦克风元件将提供45°的增量。邻近对的比例，即：可以将0°/180°和45°/225°进行混合以用于提供从0°到45°的各种角度。

可以将此处已披露的麦克风阵列用在多个不同的应用中。例如，可以将某些配置用于可用在会议室设置中的免提电话系统，或者用于提供优秀的手机会议能力。

依照某些实施例，在图24中示出免提电话设备16。图24示出在圆周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的麦克风元件12。该圆限定了远离麦克风元件所处平面的垂直轴，并且其与扬声器轴以及对于扬声器和麦克风的安装结构同心或者基本上同心。因此，对于从垂直轴上的点到每一个麦克风元件的声音信号的路径长度是相等的，或者基本上相等的。对于该垂直轴的声音源，路径长度有所不同。麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图24(a)在侧视图中显示该设备，而图24(b)在顶视图中显示该设备。该免提电话拥有位于四个麦克风12之上的向上发射的扬声器10。将免提电话扬声器10安排在壳体11中以用于在相对于表面15的大致向上和/或向外的方向传播声音，其中，免提电话设置成邻接或抵靠该表面15而放置在大致水平的、面向上的表面中（在免提电话安装在桌面上的情况下)。然而，应该理解的是，可以将这些免提电话安装或放在桌子上、墙上、或者其他有用的表面和方向上，这取决于特定的应用。麦克风元件12在透音的的支撑结构11内的直径为大约60mm的圆上被相等地隔开，或者基本上被相等隔开。通常将麦克风12分布在免提电话外围的周围以用于接收由位于电话前面或者电话圆周周围的、并且参加与一个或多个远端谈话者的电话会议的一个或多个参与者发出的语音或者其他声音。麦克风理想地是拥有广泛动态范围的麦克风，使得由麦克风所接收到的扬声器信号在消除电路之前没有被过度扭曲。理想情况下可以将麦克风12放在远离扬声器10的输出距离为D的地方，通常不少于大约12.5-15.0cm，但是如果麦克风的动态范围允许它的话，则也可以少于该值。在某些方面，将会将麦克风放置在同样远离扬声器10的输出，因为对于最小化在操作期间从扬声器到麦克风所耦合的声音的数量（即，导致可在组合信号中被消除的声学回声），并且最小化对于麦克风的动态范围要求是实际的。在该实施例中，将麦克风元件显示为被安装在支撑结构17中。然而，如何在免提电话中安装麦克风元件可能有所变化。应当理解的是，麦克风元件的数量可能从4到16会有所变化，或者如果需要的话甚至更多。另外，笼统地讲，麦克风元件的数量越大，设备的信噪比越好。同样在图24(a)中以示意图形式显示的是电路、电池、Wi-Fi和/或蓝牙部件13。但并没有显示在图24中的免提电话也可以是硬接线的，用于插入墙式电源插座或者其他电子连接以便为设备提供动力。图24不显示各部分之间的接线，然而，该设备的接线在免提电话领域普通技术人员的知识范围内。同样示出的是手动驱动拨号和信令开关以及液晶字母数字显示的多按钮装置14。

依照某些实施例，图25示出另一个设备26。图25示出在圆周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的五个麦克风元件12。该圆限定了远离麦克风元件所处平面的垂直轴，并且其与扬声器轴以及对于扬声器和麦克风的安装结构同心或者基本上同心。因此，对于从垂直轴上的点到每一个麦克风元件的声音信号的路径长度是相等的，或者基本上相等的。对于该垂直轴的声音源，路径长度有所不同。麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图25(a)在侧视图中显示该设备，而图25(b)在顶视图中显示该设备。该设备拥有位于五个麦克风12之下的向上发射的扬声器10。将扬声器10安排在充分透音的的壳体11中以用于在相对于表面15的大致向上和/或向外的方向传播声音，设备设置成邻接或抵靠该表面15而放置在大致水平的、面向上的表面中（在设备安装于桌面的情况下）。麦克风元件12在透音的的支撑结构11内的直径为大约60mm的圆上被相等地隔开，或者基本上被相等隔开。通常将麦克风12分布在设备外围的周围以用于接收由位于电话前面或者电话圆周周围的、并且参加与一个或多个远端谈话者的电话会议的一个或多个参与者发出的语音或者其他声音。麦克风理想地是拥有广泛动态范围的麦克风，使得由麦克风所接收到的扬声器信号在消除电路之前没有被过度扭曲。通常可以将麦克风12放在远离扬声器10的输出距离为D的地方，通常不少于大约10.0-15.0cm。在某些方面，将麦克风放置在同样远离扬声器10的输出，因为对于最小化从扬声器到在操作期间必须被消除的麦克风所耦合的声音的数量（即，声学回声）来说是实际的。在该实施例中，将麦克风元件显示为被安装在位于支撑结构11上端的支撑结构17中。同样在图25(a)中以示意图形式显示的是电路、电池、Wi-Fi和/或蓝牙部件13。并没有显示在图25中的免提电话也可以是硬接线的，用于插入墙式电源插座或者其他电子连接以便为设备提供动力。图25不显示各部分之间的接线，然而，该设备的接线在免提电话领域普通技术人员的知识范围内。同样示出的是手动驱动拨号和信令开关以及液晶字母数字显示的多按钮装置14。

图26示出依照某些实施例的另一个免提电话设备35。图26示出在圆周周围被均匀隔开的四个麦克风元件12。该圆限定了远离麦克风元件所处平面的垂直轴，并且其与扬声器轴以及对于扬声器和麦克风的安装结构11、17同心或者基本上同心。因此，对于从垂直轴上的点到每一个麦克风元件的声音信号的路径长度是相等的，或者基本上相等的。对于该垂直轴的声音源，路径长度有所不同。麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图26(a)在侧视图中显示该设备，而图26(b)在顶视图中显示该设备该免提电话拥有位于四个麦克风12之下的向上发射的扬声器10。将扬声器10安排在充分透音的的壳体11中以用于在相对于表面15的大致向上和/或向外的方向传播声音，其中，免提电话设置成邻接或抵靠该表面15而放置在大致水平的、面向上的表面中（在免提电话安装在桌面上的情况下)。如在图26(b)中可以被看到的，设备的上表面在挡板中有30英寸的圆洞，以便允许声音从扬声器中流出。挡板中的这些洞提供从扬声器到每一个麦克风元件交替相等的，或者基本上相等的路径。麦克风理想地是拥有广泛动态范围的麦克风，使得由麦克风所接收到的扬声器信号在消除电路之前没有被过度扭曲。麦克风元件12在透音的的支撑结构11内的直径为大约60mm的圆上被相等地隔开，或者基本上被相等隔开。通常可以将麦克风12放在远离扬声器10的输出距离为D的地方，通常不少于大约2cm，该麦克风是同样远离扬声器10的输出，因为对于最小化从扬声器到在操作期间必须被消除的麦克风所耦合的声音的数量（即，声学回声）来说是实际的。在该实施例中，将麦克风元件显示为被安装在位于支撑结构11上端的支撑结构17中。

图44(a)和(b)示出依照某些实施例的另一种免提电话设备220。图44与图26所示的设备相似。除了如在图44(b)中可以被看到的之外，设备的上表面在挡板中有矩形插槽221或者洞以便允许声音从扬声器流出。挡板中的这些洞提供从扬声器到每一个麦克风元件交替相等的，或者基本上相等的路径。另外，在该实施例中，可以将手动驱动拨号和信令开关的多按钮装置65以及液晶字母数字显示器66安装在麦克风上该设备的上表面。

依照某些实施例，图27示出另一个免提电话设备45。图27示出在圆周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的七个麦克风元件12。该圆限定了远离麦克风元件所处平面的垂直轴，并且其与扬声器轴以及对于扬声器和麦克风的安装结构同心或者基本上同心。因此，对于从垂直轴上的点到每一个麦克风元件的声音信号的路径长度是相等的，或者基本上相等的。对于该垂直轴的声音源，路径长度有所不同。麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度，或者基本上相等路径长度的的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图27(a)在侧视图中显示该设备，而图27(b)在顶视图中显示该设备。该免提电话拥有位于五个麦克风12之下的向上发射的扬声器10。将免提电话扬声器10安排在充分透音的的壳体11中以用于在相对于表面15的大致向上和/或向外的方向传播声音，其中，免提电话设置成邻接或抵靠该表面15而放置在大致水平的、面向上的表面中（在免提电话安装在桌面上的情况下)。麦克风理想地是拥有广泛动态范围的麦克风，使得由麦克风所接收到的扬声器信号在消除电路之前没有被过度扭曲。麦克风元件12在透音的的支撑结构11内的直径为大约60mm的圆上被相等地隔开，或者基本上被相等隔开。通常将麦克风12分布在免提电话外围的周围以用于接收由位于电话前面或者电话圆周周围的、并且参加与一个或多个远端谈话者的电话会议的一个或多个参与者发出的语音或者其他声音。通常可以将麦克风12放在远离扬声器10的输出距离为D的地方，通常不少于大约10-15.0cm,该麦克风是同样远离扬声器10的输出，因为对于最小化从扬声器到在操作期间必须被消除的麦克风所耦合的声音的数量（即，声学回声）来说是实际的。在该实施例中，将麦克风元件显示为被安装在位于支撑结构11上端的支撑结构17中。

依照某些实施例，在图28中示出免提电话设备56。图28示出在同心的，或者基本上同心的配置周围被均匀隔开的麦克风元件12。麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图28(a)在侧视图中显示该设备，而图28(b)利用被示出设备的圆周57在顶视图中显示该设备。该免提电话拥有位于四个麦克风12之上的向下发射的扬声器50。否则该实施例与图24中所显示的实施例相似。麦克风元件12在透音的的支撑结构11内的直径为大约60mm的圆上被相等地隔开，或者基本上相等隔开。

依照某些实施例，图29示出另一个免提电话设备68。图26示出在圆周周围被均匀隔开的四个麦克风元件12。此处，麦克风12定位在向下发射的扬声器50之上。图29(a)在侧视图中显示该设备，而图29(b)在顶视图中显示该设备。此处将扬声器50安排在充分透音的的壳体11中以用于传播声音。另外，在表面15上设备被四条腿64所支撑。另外，在该实施例中，可以将手动驱动拨号和信令开关的多按钮装置65以及液晶字母数字显示器66安装在麦克风上该设备的上表面。

图30示出被纳入移动电话73的另一个免提电话设备。将四个麦克风元件70等距离地，或者基本上等距离地放置在60mm的圆周周围。提供了插槽或矩形开口71以用于允许声音从没有显示出来的、并且位于电话内的扬声器来传播。提供了键72以用于驱动免提电话模式。尽管这也可以从设备接口来执行，而无需键驱动器。

依照某些实施例，在图31中示出免提电话设备86。图31示出放在圆周结构中心或者基本上接近圆周结构中心的交叉双向麦克风元件82。该圆限定了远离麦克风元件所处平面的垂直轴，并且其与扬声器轴以及对于扬声器和麦克风的安装结构同心或者基本上同心。因此，对于从垂直轴上的点到每一个麦克风元件的声音信号的路径长度是相等的，或者基本上相等的。对于该垂直轴的声音源，路径长度有所不同。交叉双向麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图31(a)在侧视图中显示该设备，而图31(b)在顶视图中显示该设备。该免提电话拥有位于麦克风元件82之上的向上发射的扬声器10。将扬声器10安排在壳体11的上端以用于在相对于表面15的大致向上和/或向外的方向中传播声音。在该配置中，将麦克风元件82堆放在每一个上面。将麦克风元件82放在远离扬声器10的输出距离为D的地方，通常不少于大约5-15.0cm，该麦克风是同样远离扬声器10的输出，因为对于最小化从扬声器到在操作期间必须被消除的麦克风所耦合的声音的数量（即，声学回声）来说是实际的。在该实施例中，将麦克风元件显示为被安装在支撑结构的较低端附近。

依照某些实施例，图32显示使用交叉双向麦克风元件的排列的另一变化。此处，利用放在圆周结构中心或者基本上接近圆周结构中心的交叉双向麦克风元件82来示出设备96。此处，将麦克风元件放在设备上部，并且通过充分透音的的圆顶97来覆盖。此处，将圆顶用于保护麦克风，但是可以使用或者不使用任何可接受的覆盖，这取决于特定的应用。交叉双向麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图32(a)在侧视图中显示该设备，而图32(b)在顶视图中显示该设备。此处，将向上发射的扬声器10定位在设备的较低部分。

依照某些实施例，图33显示使用双向麦克风元件的免提电话设备107的配置的另一变化。此处，将麦克风元件82堆放在扬声器10附近或者扬声器10之上。将挡板中的洞30用于指引来自向上发射的扬声器的声音。

依照某些实施例，图34显示使用双向麦克风元件的免提电话设备115的配置的另一变化。此处，将麦克风元件82放在（设备上表面之下并且在扬声器10之上。

依照某些实施例，图35显示使用双向麦克风元件的免提电话设备126的配置的另一变化。此处，将麦克风元件82定位在设备的较低部分，在位于设备上部的向下发射的扬声器之下。

依照某些实施例，图36显示使用双向麦克风元件的免提电话设备135的另一种配置。此处，将麦克风元件82堆放在扬声器10附近和扬声器10之上。将向下发射的扬声器定位在设备的较低部分。该设备由支撑结构64相对于表面15被抬起。

依照某些实施例，在图37中示出免提电话设备147。图37示出在同心的，或者基本上同心的配置周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的六个麦克风元件12。麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图37(a)在侧视图中显示该设备，而图37(b)利用被示出设备的外圆周146在顶视图中显示该设备。该免提电话在设备上部拥有位于六个麦克风12之上的向上发射的扬声器10，并且该扬声器被充分透音的的圆顶146所覆盖。

依照某些实施例，在图38中示出免提电话设备156。图38示出在同心的，或者基本上同心的在设备上部拥有直径为120mm的配置周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的六个麦克风元件12。麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图38(a)在侧视图中显示该设备，而图38(b)利用被示出设备的外圆周155在顶视图中显示该设备。此处，该设备拥有位于设备上部并且该上部的表面上的六个麦克风元件12之下的向上发射的扬声器10。

图39示出与图38中所显示的免提电话设备相似的免提电话设备165。此处除了六个麦克风元件12。此处，设备拥有位于六个麦克风元件12之下的向上发射的扬声器10，并且，麦克风元件位于设备上部但是位于设备上表面之下。

依照某些实施例，图40示出另一个免提电话设备177。图40示出在直径为大约120mm的圆周周围被均匀隔开的并且被暴露在设备上表面的六个麦克风元件12。图40(a)在侧视图中显示该设备，而图40(b)在顶视图中显示该设备。该设备拥有位于六个麦克风12之下的向上发射的扬声器10。将扬声器10安排在壳体中。如在图40(b)中可以被看到的，设备的上表面在挡板中有圆洞171，以便允许声音从扬声器中流出。挡板中的这些洞提供了从扬声器到每一个麦克风元件交替相等的，或者基本上相等的路径。

依照某些实施例，图45示出另一个免提电话设备230。图45示出在直径为大约120mm的圆周周围被均匀隔开的并且被暴露在设备上表面的六个麦克风元件12。图45也示出靠近设备中心的六个麦克风元件231群的第二群，用于总共十二个麦克风元件。改变麦克风元件的数量当然是可能的。在图45(b)中，在平面视图中显示麦克风元件231，但是在图45(a)中，在侧视图中没有显示出来。该设备拥有位于十二个麦克风元件之下的向上发射的扬声器10。将扬声器10安排在壳体11中。如在图45(b)中所看到的，设备的上表面在挡板中拥有圆形插槽232以用于提供从扬声器到每一个麦克风元件相等的，或者基本上相等的路径长度。

依照某些实施例，图41示出另一个免提电话设备186。图41示出在圆周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的六个麦克风元件12。麦克风元件定相成，使从具有相等路径长度，或者基本上相等路径长度的的源到达的信号被消除，或者基本上被消除。图41(a)在侧视图中显示该设备，而图41(b)在顶视图中显示该设备。该免提电话拥有位于六个麦克风之上的向下发射的扬声器10。将免提电话扬声器10安排在充分透音的的壳体11中以用于传播声音。麦克风元件12被相等地放置，或者基本上相等放置在大约120mm的圆上，并且被显示为被安装在壳体11的较低部分，即，在位于支撑结构11的较低端的支撑结构17中。

依照某些实施例，图42示出另一个免提电话设备197。图42示出在圆周周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的六个麦克风元件12。此处，麦克风12定位在向下发射的扬声器50之上。图42(a)在侧视图中显示该设备，而图42(b)在顶视图中显示该设备。此处，将向下发射的扬声器50安排在壳体中。另外，该设备由安放在表面15上的四条腿64来支撑。

依照某些实施例，图43示出另一个免提电话设备209。图43示出在直径为大约120mm的圆周周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的并且被暴露在设备上表面的六个麦克风元件205的内部分组。图43也示出在直径为大约300mm的圆周周围被均匀隔开，或者基本上被均匀隔开的并且被暴露在设备上表面的六个麦克风元件201的外部分组。图43(a)在侧视图中显示该设备，而图43(b)在顶视图中显示该设备。该设备拥有位于麦克风元件之下的向上发射的扬声器10。将扬声器10安排在壳体中。如在图43(b)中可以被看到的，设备的上表面在挡板中有圆洞171，以便允许声音从扬声器中流出。挡板中的这些洞提供从扬声器到每一个麦克风元件交替相等的，或者基本上相等的路径。

图46示出关于如何使用此处已披露的实施例的小会议桌的例子。图43(a)在侧视图中显示该配置，而图43(b)在顶视图中显示该配置。在该配置中，免提电话240位于桌子242中心的附近，并且人或者人们243位于桌子周围。座位线241离桌子242大约400mm。此处，由于距离而产生的衰减差别大约为4.2db，而由于仰角而产生的衰减差别大约为-1.4db。

图47示出使用两个免提电话的另一个会议室类型设置。在较大的会议桌上部署两个或者更多个免提电话以用于实现具有良好信噪比的必要的覆盖可能是有用的。图47显示具有用在大会议桌上的两个免提电话的例子，其中，适当的放置允许敏感变化在3db以下或者甚至2db以下。这显示在大会议桌上两个免提电话的使用，其中，它们每一个都距侧边等距离或者基本上等距离，以及距一端同样距离，或者基本上同样距离处被放置。标有箭头的行显示对于来自座位线上不同位置的讲话人在每一个免提电话处的信号的相对衰减。座位线外面所显示的衰减图是基于由每一个免提电话所接收到的信号功率的增加。相等的衰减是对于以这种方式使用的第二级系统的纠正。用在会议链接每一端处的该系统将提供将有助于区别不同贡献者的立体声装置。

此处已披露的免提电话实施例可以通过接线被直接连接，或者通过蓝牙或者通过Wi-Fi连接或者红外连接到主站。主站会是连接到电话网络或者Skype或者其他部件的连接部件。一个系统中多个免提电话之间的通信可以是通过直接接线，或者Wi-Fi或者蓝牙系统或者通过独立免提电话之间的红外传送。

尽管麦克风和/或免提电话设备被描述在几个实施例中，应当理解的是，这些实施例只是说明性的技术。只要不违背本技术的精神和范围，可以作进一步的变化。

Claims (8)

1.一种设备，包括：

至少三个麦克风；

扬声器；

壳体，其中，所述壳体配置成在基本上第一方向中支撑所述至少三个麦克风和所述扬声器；并且所述至少三个麦克风和所述扬声器设置成这样的空间关系，使得在三维空间中实现这样一种响应，即在垂直方向上基本上为零而在水平面中基本上是可加性的，以在具有从所述至少三个麦克风出发的基本相等声音路径的位置在所需的声频范围上实现基本上零响应，并且所述设备能够在远离包含所述至少三个麦克风的第一方位的第二朝向仰角范围上提供对声音的响应；并且所述设备的未补偿响应从高频以每倍频程6dB的倍数下降至低频。

2.一种设备，包括：

至少三个麦克风；

壳体，其中，所述壳体配置成在基本上第一方向中支撑所述至少三个麦克风；并且所述至少三个麦克风设置成这样的空间关系，使得在三维空间中实现这样一种响应，即在垂直方向上基本上为零而在水平面中基本上是可加性的，以在具有从所述至少三个麦克风出发的基本相等声音路径的位置在所需的声频范围上实现基本上零响应，并且所述设备能够在远离包含所述至少三个麦克风的第一方位的第二朝向仰角范围上提供对声音的响应；并且所述设备的未补偿响应从高频以每倍频程6dB的倍数下降至低频。

3.一种设备，包括：

至少两个双向麦克风；

扬声器；

壳体，其中，所述壳体配置成在基本上第一方向中支撑所述至少两个双向麦克风和所述扬声器；并且所述至少两个双向麦克风和所述扬声器设置成这样的空间关系，使得在三维空间中实现这样一种响应，即在垂直方向上基本上为零而在水平面中基本上是可加性的，以在具有从所述至少两个双向麦克风出发的基本相等声音路径的位置在所需的声频范围上实现基本上零响应，并且所述设备在远离包含所述至少两个双向麦克风的第一方位的第二朝向仰角范围上能够提供对声音的响应；并且所述设备的未补偿响应从高频以每倍频程6dB的倍数下降至低频。

4.一种设备，包括：

至少两个双向麦克风；

壳体，其中，所述壳体配置成在基本上第一方向中支撑至少两个双向麦克风；并且所述至少两个双向麦克风设置成这样的空间关系，使得在三维空间中实现这样一种响应，即在垂直方向上基本上为零而在水平面中基本上是可加性的，以在具有从所述至少两个双向麦克风出发的基本相等声音路径的位置在所需的声频范围上实现基本上零响应，并且所述设备能够在远离包含所述至少两个双向麦克风的第一方位的第二朝向仰角范围上提供对声音的响应；并且所述设备的未补偿响应从高频以每倍频程6dB的倍数下降至低频。

5.一种用于减少免提电话中声学回声数量和用于改进声音性能的方法，所述方法包括使用权利要求1-4中的任一种设备。

6.一种用于减少免提电话中回声的方法，包括权利要求1-4中的任一种设备，其中，每一个麦克风元件信号被数字化，并且，希尔伯特变换由数字部件所执行。

7.一种用于减少免提电话中回声的方法，包括权利要求1-4中的任一种设备，其中，来自阵列中每一个麦克风元件的信号在通过数字部件执行希尔伯特变换之前通过模拟部件进行组合。

8.一种用于减少免提电话中回声的方法，包括权利要求1-4中的任一种设备，其中，如在ITU-T G.168中所披露的数字处理被用于实行回声消除。