CN104041073B - 近场零位与波束成形 - Google Patents

Abstract

本发明公开了允许麦克风阵列的选择性声音近场零位的设备和方法。一个实施例可采取包括扬声器和麦克风阵列在内的电子设备的形式。麦克风阵列可包括定位在距扬声器第一距离的第一麦克风和定位在距扬声器第二距离的第二麦克风。第一麦克风和第二麦克风被配置为接收声音信号。麦克风阵列还包括耦接至第二麦克风的复向量滤波器，该复向量滤波器应用于第二麦克风的输出信号，以生成阵列的在扬声器的位置处提供声音零位的声音灵敏度图案。

Description

近场零位与波束成形

相关专利申请的交叉引用

本专利申请是于2011年12月6日提交的并且标题为“Near-Field Null andBeamforming；”的美国专利申请13/312,498的部分继续申请，所述专 利申请的公开内容全文据此并入本文。

技术领域

本发明的论述涉及麦克风阵列的噪声降低，并且更具体地涉及为噪声 源所在位置的麦克风创建声音零位。

背景技术

便携式电子设备继续呈现越来越小的趋势，同时提供增强的和改善的 功能性。由于较小设备上的空间有限，会出现对组件的创造性定位和有时 不太理想的定位。例如，麦克风和扬声器可定位成彼此紧邻。这导致从扬 声器辐射的信号到麦克风炭精盒的高度耦合。尽管当麦克风不用于接收本 地讲话者的声音时这不是大问题，但对于声学回波消除器具有挑战性的是 在频谱上从麦克风信号减去扬声器回放信号，所述麦克风信号包括本地讲 话者的声音和扬声器信号这两者。

另外，由于一个或多个扬声器接近麦克风，因此来自扬声器的辐射信 号的声压级通常大于讲话者的声压级。这通常导致低信噪比(SNR)并为回波 消除器带来巨大的挑战；如果扬声器至麦克风的路径是非线性的，则挑战 可能更大。

发明内容

本发明公开了允许麦克风阵列的选择性声音近场零位的设备和方法。 一个实施例可采取包括扬声器和麦克风阵列在内的电子设备的形式。麦克 风阵列可包括定位成距扬声器第一距离的第一麦克风和定位成距扬声器第 二距离的第二麦克风。第一麦克风和第二麦克风被配置为接收声音信号。 麦克风阵列还包括耦接至第二麦克风的复向量滤波器。复向量滤波器(所 关注的频率范围内的量值和相位)应用于第二麦克风的输出信号以生成阵 列的在扬声器位置处提供声音零位的声音灵敏度图案。

另一个实施例可采取操作电子设备以在功能上提供声音近场单向麦克 风和远场全向麦克风的方法的形式。该方法包括在声换能器阵列处接收声 音信号。声换能器阵列具有多个麦克风。该方法还包括生成多个电信号， 其中声换能器阵列中的每个麦克风生成电信号。波束成形器被实施为在对 应于近场噪声源的地点的位置创建近场零位。另外，波束成形器在远场中 提供大致全向的声响应。远场波束成形器灵敏度可大致由下式定义：

其中S为声音信号，并且其中θ为波的法线与阵列的轴线 所夹的入射角，k为波数，并且d为第一麦克风与第二麦克风之间的距离。

尽管公开了多个实施例，但是通过以下具体实施方式，本发明的其他 实施例对于本领域的技术人员将变得显而易见。如将认识到，可对所述实 施例在各个方面进行修改，其均不脱离所述实施例的实质和范围。因此， 附图和具体实施方式应被视为实质上是示例性的，而不是限制性的。

附图说明

图1示出了具有配置有声音近场零位的麦克风阵列的示例性电子设 备。

图2A示出了图1的设备的麦克风阵列，其中扬声器位于与阵列同轴 的声音近场中。

图2B示出了图1的设备的麦克风阵列，其中扬声器位于相对于阵列处 于非轴向位置的声音近场中。

图3示出了当图2中所示的扬声器被驱动时阵列中的麦克风的示例性 输出信号。

图4示出了滤波后图3的信号之一的修正形式。

图5示出了具有近场零位和远场全向灵敏度的示例性声音灵敏度图 案。

图6示出了被配置为提供选择性声音灵敏度图案的可供选择的麦克风 阵列。

图7示出了示例性声音灵敏度图案。

图8示出了另一个示例性声音灵敏度图案。

图9示出了具有三个麦克风的麦克风阵列。

图10示出了在大约60和90度处具有零位的另一个声音灵敏度图案。

图11示出了具有五个麦克风并提供至少三个声音零位区域的麦克风阵 列。

具体实施方式

为了减少或消除某些电子设备中的麦克风-扬声器回波耦合，可在近场 中实施波束成形技术以便在扬声器的位置处创建声音零位。具体地，可应 用多个麦克风以形成阵列，来自该阵列的信号可按一定方式处理，使得来 自扬声器的声音得以降低或消除。

在一个实施例中，例如可使用两个麦克风来形成麦克风阵列。麦克风 阵列可与扬声器同轴。另外，在一些实施例中，阵列可与用户同轴。阵列 中的麦克风之一的位置可比另一个麦克风更靠近扬声器。由于近场效应， 在该麦克风处的声压级可比距扬声器更远的麦克风的声压级显著更大，原 因在于声压和距所述源的距离之间成反比关系。可将具有相对于频率的量 值和相位的复向量应用于最近的麦克风，以帮助均衡由麦克风所输出的信号，并在组合麦克风信号时有效地减少或消除麦克风-扬声器回波耦合。

在一些实施例中，复补偿向量的结果是麦克风阵列在近场中形成心形 灵敏度图案。心形灵敏度图案包括近场源，诸如扬声器的声音零位。相比 之下，该向量还导致在讲话者可能所处的远场中，麦克风阵列作为全向麦 克风运行。因此，该向量导致从扬声器发出的声音被抑制，同时实现对本 地讲话者的高灵敏度。

在其他实施例中，可在麦克风阵列中应用附加的麦克风。这些附加的 麦克风可允许可包括多个声音零位的二阶、三阶、四阶和五阶灵敏度图 案。例如，在一些实施例中，可在阵列中应用三个麦克风，并且可形成包 括如下两个声音零位的声音灵敏度图案：扬声器的声音零位和第二噪声源 (诸如系统风扇等)的声音零位。在其他实施例中，声音零位的布置可以 是动态的并随所确定的噪声源位置的变化而变化。

参见图1，示出了示例性电子设备100。电子设备100在图1中为笔记 本电脑。然而，应当理解，电子设备100仅作为例子呈现，并且本文所述 的技术可实施为包括蜂窝电话、智能电话、媒体播放器、台式计算机、电 视机、照相机等等的各种不同电子设备。

电子设备100包括显示器102、照相机106、扬声器108和麦克风阵列 110。电子设备100可配置为提供音频和视频回放，以及音频和视频录制。 通常可通过扬声器108提供音频回放。

可通过设备100提供包括基于音频的电话呼叫和视频呼叫在内的远程 通信功能性。由于麦克风阵列110位于扬声器108的近侧，因此使用设备 100提供此类服务会遇到前述关于信噪比(SNR)和麦克风-扬声器回波耦合的 问题。

转到图2A，麦克风阵列110被示出为邻近扬声器108。扬声器108可 由扬声器驱动器112驱动，所述扬声器驱动器可从设备100的系统接收音 频信号。麦克风阵列110可耦接至音频处理114，所述音频处理可配置为处 理来自麦克风阵列110中的麦克风的信号，并将信号提供给设备100的系 统。音频处理114可包括用于处理从麦克风阵列110接收的信号的处理 器、滤波器、数字信号处理软件、存储器等等。可提供放大器116以在处 理信号之前放大从麦克风阵列110接收的信号。应当理解，模数转换器 (未示出)也可结合放大器116一起使用，使得可将数字信号提供给音频 处理114。如将在下文更详细讨论，麦克风阵列110中的至少一个所述麦克 风可耦接至复向量滤波器118。另外，至少一个所述麦克风可耦接至另一 个滤波器119。

通常，麦克风阵列110可包括可与扬声器108同轴的两个麦克风。但 应当理解，在其他实施例中，扬声器108可不与阵列110同轴。另外，在 一些实施例中，麦克风阵列110可与用户的预期位置大致同轴。这两个麦 克风可定位成彼此隔开距离“d”。在一些实施例中，距离d可介于10- 40mm之间，诸如大约20mm。在其他实施例中，麦克风之间的距离d可更 大或更小。

如图所示，阵列110中的第一麦克风120可位于与第二麦克风122相 比离扬声器108更远的位置。第一麦克风120离扬声器108的距离和第二 麦克风122离扬声器108的距离之间的差值导致第一麦克风与第二麦克风 相比接收声波较晚并且具有与第二麦克风相比更低的振幅。通常，延迟可 被定义为：(d₂-d₁)/c，其中c为声速。另外，声波的振幅基于每个麦克风距 扬声器的距离。对于第一麦克风，振幅可被定义为1/d₂，并且对于第二麦 克风，振幅可被定义为1/d₁。因此，所接收的信号之间的振幅差值可主要 基于麦克风距近场中的扬声器的相对距离，并且其可成反比关系(如，距 离越大，振幅越小)。相比之下，远场中的声源通常将具有相同或基本上 类似的振幅。实际上，声音远场可基于距阵列110的距离粗略地定义，其 中由每个所述麦克风所感测的声波振幅具有大致相等的振幅。即，该源距 离阵列足够远，使得相对于麦克风响应于来自声源的声音而产生的信号的 相对振幅而言，阵列中的麦克风之间的距离通常无关紧要。

图3示出了在感测到声波时从第一麦克风120和第二麦克风122输出 的示例性信号124、126。应当理解，未在图3中示出时间延迟。尽管所示 信号124、126具有相似的形状(例如，相似的频谱分布)，但由第二麦克 风120输出的信号126的振幅远大于第一麦克风120的信号的振幅。

复向量可应用于第二麦克风122的信号126，所述复向量补偿近场效 应，并作为波束成形滤波器运行以生成麦克风阵列110的所需声音灵敏 度。例如，在该例子中，所需声音灵敏度可采取心形曲线的形式，所述心 形曲线在扬声器108的位置处呈现声音零位。通常，为了形成所需的心形 灵敏度图案，使来自麦克风122的信号延迟并将其从麦克风120的信号中 减去。应当理解，根据扬声器108与麦克风阵列110的空间关系，可能需 要不同的近场灵敏度图案。即，当扬声器108与阵列110同轴时，心形图 案可能是合适的，但当扬声器与阵列不同轴时，另一种图案可能更合适。

再次参见图2A，麦克风所生成的信号可由下式表示：

x₁＝S_n(ω)，并且

通常，(d₁/d₂)定义了由于声音在空气中的传播而导致的扬声器之间的物理增 益关系。其通常在数字领域中处理，因此麦克风之间的物理关系受到最小 采样率约束。即，麦克风之间的距离与系统的采样率相关。然而出于本发 明的目的使用了模拟领域，使得不呈现相同的约束。滤波后信号的组合 为：

其中S表示声音信号，ω表示信号的频率，θ为阵列110的轴线与从第二麦 克风引出的线之间的角度，所述线与到达第一麦克风的声波的路径形成直 角三角形，k为波数，T为增加的时间延迟，d为麦克风120、122之间的距 离，并且j为虚数。由于波束成形器固有地具有频率依赖性，因此提供补 偿向量“A”(也可称为“增益因数A”)以帮助调整和补偿频率依赖性。 如果滤波器118被设计成使得滤波结果匹配物理关系(如，A＝(d₁/d₂)，并 且T＝(d₂-d₁/c))，则

y＝0。

因此，阵列110被配置为通过在近场中创建声音零位来消除近场信 号。可通过设计/调整滤波器118和119(如，T和A因子)来实现零位的 定位。具体地，使T在0与d/c之间变化会旋转零位的位置，(即T＝d/c 时)将低于设备(如图2A所示)，并且T＝0时会将零位置于阵列的侧 面。改变A会使零位朝向或远离设备移动(即A＝1时会使零位移动至远 场，并且设定A<1将使零位更靠近设备)

图2B示出了示例性实施例，其中近场源偏离阵列的轴线。使用如上 所示的方程式，

同样，T可设定为(d₂-d₁)/c并且A可设定为(d₁/d₂)以将零位置于y＝0的所需 位置，从而在扬声器的位置处提供近场零位。设定T为(d₂-d₁)/c(或 dcos(θ)，其中d为麦克风之间的距离)将基于噪声源与阵列的物理关系改 变零位的布置。在一些实施例中，可调控A和/或T以改变近场灵敏度图案 和近场中零位的布置。因此，波束成形器可被定制和/或动态配置为将声音 零位布置在近场中以减少近场噪声源，诸如扬声器108。

尽管近场声音灵敏度具有零位，诸如由心形灵敏度图案产生的零位， 但在一些实施例中远场声音灵敏度可为全向的。在其他实施例中，远场灵 敏度图案可具有一个或多个零位和数个零位，并且远场中的灵敏度图案可 不同于近场的灵敏度图案。在一些实施例中，滤波后远场的输出信号可由 如下方程式定义：

即，前述方程式示出了阵列110的远场灵敏度。因此，阵列110可在近场 中提供零位，但在远场中具有全向灵敏度。

结合补偿向量A的方程式的逐步推导包括分配律、三角恒等式和复指 数，如下所示。开始于用于近场的相同方程式：

y＝As(ω)–A S(ω)[e^-jwTe^kd]，

使用分配律抽取S(ω)以得出：

Y(ω,θ)＝S(ω)[A-e^-j(ωT+(kd))]，

其中k和d均为向量，它们的乘积由kd cosθ给出，并且其中k和d现在为 向量的量值。该方程式描述了由于远场中的源而引起的波束成形器的输出 (即，由于源S(ω)所引起的两个麦克风处的压力是相等的)。然后，全部 乘以指数–j以得出：

Y(ω,θ)＝S(ω)[A-e^-jkde^-jkdcosθ]。

由该复指数的分配律得出：

Y(ω,θ)＝S(ω)[A-e^{-jkd(1+cosθ)}]。

欧拉公式将该复指数与三角函数相关以得出：

Y(ω,θ)＝S(ω)[A-cos(kd(1+cosθ)-jsin(kd(1+cosθ))]。

使用分配律全部乘以kd项以得到：

Y(ω,θ)＝S(ω)[A-cos(kd+kdcosθ)-jsin(kd(1+cosθ))]。

取Y的量值并使用三角恒等式得出：

|Y(ω,θ)|＝|S(ω)|[(A-cosφ)²+sin²φ]，

其中Φ由kd(1+cosθ)给出。(A-cosφ)与(A-cosφ)相乘得出：

三角恒等式可将其化简为：

可根据经验确定频率补偿向量A，以将声音零位置于扬声器108的位 置上方。在一些实施例中，频率补偿向量A可通常为小于1的某个数。在 其他实施例中，补偿向量A可大于1，这会将零位布置在阵列110的另一 侧上。例如，在一些实施例中，频率补偿向量A可小于0.6，诸如大约0.5、0.4、0.3、0.2或0.1。然而，应当理解，频率补偿向量A可以是能提 供所需声音灵敏度图案(如，将声音零位布置在扬声器的位置处)的小于 1的任何合适的数。

图4示出了在滤波器已被应用于信号126之后的输出信号126’。如可 看出，信号126’和124的振幅大致相等。此外，滤波器的应用实现了所需 的声音灵敏度图案。该图案在图5中示出为在扬声器108的位置处具有零 位140的心形曲线。在图5中，麦克风120、122可隔开大约20mm，并且 第二麦克风122可与扬声器108隔开大约20mm。在其他实施例中，麦克风120、122与扬声器108之间的间距可能变化，并且可相应调整频率补偿 因数。通常，声音零位140可具有在零位所处的近场中将声音信号降低大 约6dB或更多的效应。例如，在一个实施例中，所述近场包括距扬声器小 于100mm的距离。相比之下，麦克风阵列的声音灵敏度可在远场中全向 地起作用(例如，该阵列在远场中提供近似代表全向麦克风的声音灵敏度图案)。这通过阵列110根据离阵列的距离而在远场中提供大致均匀的灵 敏度来实现。因此，滤波器可实现扬声器108所需的抑制，同时实现对于 用户讲话的高灵敏度。

在图5中，用户150被示出处于声音远场中并与麦克风阵列110同 轴，从而显示用户可位于近场零位的方向，并且在该方向的远场灵敏度将 不受影响。即，由于远场中的全向灵敏度，用户150可与零位在同一条直 线上并仍将接收到用户的讲话。在其他实施例中，用户可不与阵列同轴， 并且阵列仍将接收到用户的讲话。另外，用户150可与麦克风阵列100共 面或不共面。实际上，用户150可相对于阵列110和扬声器108的平面升 高。例如，用户可在相对于麦克风阵列升高20至60度(在一个实施例 中，用户可升高大约40度)。由于远场中麦克风阵列110的大致全向声音 灵敏度，用户150可定位在远场中的多个位置，并且麦克风阵列将能够接 收到用户的讲话，同时抑制可能源自近场(例如，源自扬声器108)的“噪声”。

应当理解，可基于前述原理采用复向量和增益因数A来实施更复杂的波束成形方案。在一些实施例中，可实施允许动态布置零位的动态波束成形器。图6示出了动态零位布置电路200的示例性电路图。在高电平处，图6中所示的电路包括图2A的两个电路。与之前的例子一样，动态零位布置电路200可包括隔开距离d的麦克风120、122。来自麦克风122的信号输出可路经滤波器118，以由具有增益因数A的复向量进行滤波。另外， 来自麦克风122的信号可经受延迟T202并传到差值电路204，以从来自麦 克风120的滤波后的信号(由滤波器209进行滤波)中减去。将该差值提 供给二次滤波器206，所述二次滤波器将在下文更详细地讨论。

除了进行滤波和提供给差值电路204之外，麦克风120的输出还被提 供给延迟电路208。将延迟电路208的输出提供给差值电路210，所述差值 电路还接收滤波器118的输出。将差值电路210的输出提供给另一个差值 电路212，该另一个差值电路还接收来自滤波器电路206的输出。将差值电 路212的输出提供给波束成形电路214，该波束成形电路可包括一个或多个 处理器、存储器等等以确定噪声源的位置，并动态地调整滤波器电路206 的滤波器，以在麦克风阵列110的灵敏度方面创建声音零位来解释噪声 源。

用于波束成形电路214的微分波束成形方程式可通常采取与上述方程 式类似的形式。然而，可选定A和β以改变所需零位的位置，同时T由麦 克风之间的延迟时间固定，即，＝d/c。在这种情况下，可使用A(如上所 述)使零位更靠近设备(A＝1时为远场并且A<1时会使零位更靠近设备) 并且β相对于设备旋转零位的位置。通常，β＝0时会将零位布置在阵列下 方，并且β＝1时会将零位布置于阵列的侧面。

通常，当A选定为1时，所述输出可采取在相反方向取向的两种心形 灵敏度图案的形式。如果A不再选定为1，则灵敏度图案不再为心形图 案。如上所讨论的，A的选择也可在近场中创建零位。在一些实施例中， 成形可包括单极和偶极分量。其他滤波参数的选择可提供其他灵敏度图 案。因此，可提供用以排除远场噪声源的远场中的零位，同时不损失对用 户的声音灵敏度。此外，用户可位于远场中的任何位置。

另外，滤波器206包括β，所述β对输出进行组合以提供所需的波束 形式灵敏度。β与A一样在频域中操作。即，A和β为频率的函数。为了 实现简单的心形图案，β可设定为0。为了实现偶极灵敏度图案，诸如图7 中所示的图案，β可设定为-1。为了实现超心形图案，诸如图8中所示的 超心形图案，β可设定为-26。这些波束形式作为例子提供，并且其他形状 也可能实现。

在一些实施例中，可基于来自波束成形器电路214的反馈动态地选定 β。可在测试了一个或多个替代物以确定哪个提供最大抗噪度之后设定β。 例如，可预先设定A，并且可调控/测试β直到发现所需的灵敏度图案。因 此，对于远场可自动进行β的选择以使噪声最小化。在其他实施例中，可 选择性地修改β和A以基于波束成形形状实现所需的抗噪度。在这种情况 下，波束成形电路214可向滤波器电路118和206中的每一个提供反馈。 当发现A的所选值可能不太适合特定环境时，诸如在房间中存在大量声反 射的情况下，这可能尤其有用。

在一些实施例中，可利用两个以上的麦克风以在零位布置方面提供进 一步的灵活性。例如，如图9中所示，可提供具有三个麦克风120、122、 224的阵列220。使用三个麦克风120、122、224时，不仅可通过阵列220 的声音灵敏度图案的形状，而且还可通过声音灵敏度图案的取向来选定声 音零位。例如，在图10中，可创建超心形灵敏度图案，然后将其旋转以在 大约60度和90度处有效地产生声音零位，如图所示。

通常，零位布置的自由度数等于麦克风的数量。在一些实施例中，创 建与麦克风一样多的零位，或甚至比麦克风数量更多的零位可能是可行 的。然而，一个或多个零位在空间上可依赖于另一个零位，或相对于另一 个零位固定。

在一些实施例中，麦克风120、122、224之一可位于系统风扇附近， 以抵消由风扇所生成的噪声。应当理解，具有大于两个麦克风的麦克风阵 列的电路图通常可采取与图6中针对双麦克风的情况所示的类似的形式。 为简单起见，该电路未示出。然而，随着越来越多的麦克风被增加，电路 的尺寸将成倍增加。具体地，可提供一个以上的滤波器118以帮助滤除近 场回波。例如，可为一个或多个麦克风提供滤波器，所述一个或多个麦克 风可位于例如生成噪声的系统风扇、硬盘驱动器或键盘附近。通常，可能 希望提供足够多的麦克风和/或滤波器以创建针对每个已知噪声源的声音零 位，使得系统的操作不会干扰或降低系统对用户希望系统接收的用户讲话 或声音进行注册的能力。应当理解，一个或多个麦克风可位于计算设备的 外壳内侧。因此，阵列的麦克风彼此可不共面，并且进一步地，彼此也可不同轴。另外，可提供一个以上的滤波器206以帮助进一步限定声音灵敏 度图案的轮廓并在远场以及近场中创建声音零位。

通常，在阵列中采用甚至更多麦克风时，可提供零位布置和声音图案 灵敏度这两者的更多选择性。例如，在图11中，具有五个麦克风122、 124、224、232、234的阵列230被示出为提供三个声音零位区域240、 242、244。应当理解，可限定三个以上的零位区域，并且零位区域可在空 间上分布。另外，零位区域可基于噪声源位置自适应地设定。

在一个实施例中，设备可选择性地测试一个或多个滤波值(如，A和/ 或β)，以确定所测试值中的哪个提供最佳噪声降低和/或改善的信噪比。 在一些实施例中，系统可被配置为顺序地测试由例如表或数据库提供的滤 波值。在其他实施例中，系统可被配置为测试选定数量的滤波值(如，介 于2与100之间)，然后基于值的相对有效性而迭代地修改和测试新值。 例如，首先可测试第一值和第二值。如果第一值取得了比第二值更好的结 果，那么可修改第一值(例如，可略微增加和略微减小)，然后再次测 试。该过程可重复有限数量的迭代，或直到系统不能通过修改值实现进一 步改善。

另外，可利用所接收信号的振幅来确定哪个麦克风输出应进行滤波以 及应当怎样进行滤波。例如，如果一个麦克风提供比其他麦克风更大振幅 的信号，那么可首先将噪声源位置限定为处于具有比其他麦克风更高振幅 的麦克风更近的某个位置。因此，可选择性地应用滤波和滤波值以在噪声 源可能所处的空间中创建零位。通过调谐β可创建多种波束图案，其中零 位以特定角度定位。

此外，在一些实施例中，当已确定噪声源的位置且已针对该位置创建 了声音零位时，设备可被配置为在设备移动时自适应地保留零位。即，可 使用移动传感器和/或取向传感器(例如，加速计和/或陀螺仪)确定设备相 对于噪声源的移动和/或取向，并调整阵列的声音灵敏度图案以保留声音零 位的有效性。

前文描述了一些示例性实施例，这些实施例提供了具体的声音灵敏度 图案，所述声音灵敏度图案具有选择性零位定位，以帮助降低扬声器与麦 克风之间的回波耦合并改善系统的信噪比。具体地，实施例提供了信号的 软件处理以获得近似的近场单向麦克风和远场全向麦克风，使得可降低近 场噪声并改善远场声音效果。虽然上述讨论呈现了具体实施例，但本领域 的技术人员将认识到，可在不脱离所述实施例的实质和范围的情况下在形式和细节上作出改变。因此，本文所述的具体实施例应被理解为实例而非 限制本发明的范围。

Claims (19)

1.一种电子设备，包括：

扬声器；和

麦克风阵列，所述麦克风阵列包括：

定位成距所述扬声器第一距离的第一麦克风；

定位成距所述扬声器第二距离的第二麦克风，其中所述第一麦克风和所述第二麦克风被配置为接收声音信号；

耦接至所述第二麦克风的复向量滤波器，其中所述复向量滤波器应用于所述第二麦克风的输出信号，以生成所述阵列的在所述扬声器的位置处提供声音零位的声音灵敏度图案；

第一延迟电路，所述第一延迟电路耦接至所述第二麦克风；

第一差值电路，所述第一差值电路耦接至所述第一延迟电路和所述第一麦克风；

乘法器电路，所述乘法器电路耦接至所述第一差值电路的输出；

第二差值电路，所述第二差值电路耦接至所述乘法器电路的输出；

第二延迟电路，所述第二延迟电路耦接至所述第一麦克风；

第三差值电路，所述第三差值电路耦接至所述复向量滤波器的输出和所述第二延迟电路；其中来自所述第三差值电路的输出被提供给所述第二差值电路；和

波束成形电路，所述波束成形电路耦接至所述第二差值电路的输出，其中所述波束成形电路被配置为通过调整所述复向量滤波器或所述乘法器电路的值来形成所述阵列的所述声音灵敏度图案。

2.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述复向量滤波器包括增益因数A，以补偿所述第二麦克风的输出信号与来自所述第一麦克风的输出信号之间的振幅差值。

3.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述波束成形电路被配置为将值选择性地提供给所述乘法器电路，其中所述声音灵敏度图案至少部分地基于所提供的值来确定。

4.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述波束成形电路被配置为将所述增益因数A选择性地提供给所述复向量滤波器，其中所述声音灵敏度图案至少部分地基于所提供的值来确定。

5.根据权利要求3所述的电子设备，其中所述波束成形电路被配置为动态地改变所提供的值。

6.根据权利要求2所述的电子设备，其中所述增益因数A是固定的。

7.根据权利要求2所述的电子设备，其中远场中的所述滤波器的效应由如下方程式描述：

其中S为所述声音信号，ω为所述信号的频率，A为增益因数，Φ＝kd(1+cosθ)，θ为所述信号的传播角度，k为波数，并且d为所述第一麦克风和所述第二麦克风之间的距离。

8.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一麦克风、所述第二麦克风和所述扬声器是同轴的。

9.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第二麦克风的位置比所述第一麦克风更靠近所述扬声器。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其中所述麦克风阵列在近场中用作单向麦克风。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述近场包括距所述扬声器小于100mm的距离。

12.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述麦克风阵列在远场中用作全向麦克风。

13.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述声音灵敏度图案包括心形图案。

14.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述第一麦克风和所述第二麦克风定位成隔开10至60mm。

15.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述第一麦克风和所述第二麦克风定位成隔开20mm。

16.根据权利要求14所述的电子设备，其中所述扬声器定位成距所述第二麦克风10至30mm。

17.一种操作电子设备以在功能上提供声音近场单向麦克风和远场全向麦克风的方法，所述方法包括：

在声换能器阵列处接收声音信号，其中所述声换能器阵列包括多个麦克风；

生成多个电信号，其中所述声换能器阵列中的每个麦克风生成电信号；

根据复向量对所述电信号中的至少一个进行滤波，使得对远场声源的输出响应由下式定义

其中S为所述声音信号，ω为所述信号的频率，A为增益因数，Φ＝kd(1+cosθ)，θ为所述信号的传播角度，k为波数，并且d为第一麦克风和第二麦克风之间的距离，

其中所述滤波生成所述输出响应以具有所述声换能器阵列的提供近场零位的声音灵敏度图案。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

延迟所述电信号中的所述至少一个；

从所述电信号中的另一个信号减去延迟后的信号，以输出延迟后的信号与所述另一个信号之间的差值；以及

将所述差值乘以至少部分地确定所述声音灵敏度图案的形状的值。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括动态调整所述增益因数A和至少部分地确定所述声音灵敏度图案的形状的所述值中的至少一者。