CN104205872A - 高动态范围麦克风系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及与用于接收声音并且产生表示声音的输出信号的麦克风系统相关联的系统、方法和计算机程序产品。麦克风系统具有：第一和第二麦克风，其分别具有第一和第二动态范围，麦克风接收声音并且基于所接收的声音分别产生第一和第二声音信号，其中第一动态范围和第二动态范围重叠从而形成过渡动态范围；以及在操作上耦合到第一麦克风和第二麦克风的处理逻辑。处理逻辑被配置成分别从第一和第二麦克风接收第一和第二声音信号，并且通过组合第一和第二声音信号来生成输出信号。

Description

高动态范围麦克风系统

背景技术

声压（也称为声学压力）是由声波导致的偏离环境气压的局部压力偏差。声压可以使用空气中的麦克风来测量，并且用于声压的SI单位为帕斯卡（Pa）。声压级是涉及参考值的声音的有效声压的对数度量。声压级以分贝（dB）为单位进行测量，其典型地在20μPa RMS的空气中的标准参考级以上，所述标准参考级通常被视为人类听觉的阈值。因此，当在标准参考级之上进行测量时，用于声压级的单位为“dB（SPL）”。

已经结合地使用了多个麦克风。例如，已经使用了通过频率划分的两个麦克风碳精盒（microphone capsule）的组合。这样的实现方式可以被推动以通过使用例如用于低频的大振膜碳精盒和用于高频的较小振膜来实现非常宽的频率响应。经组合的结果然后典型地实现比两个麦克风碳精盒单独可以实现的响应中的任一者更平滑且更宽的响应。组合通过频率划分的这种麦克风碳精盒的另一推动力在于当使用定向麦克风碳精盒时，在第一阶麦克风中的极性图案在本质上难以实现用于全音频带宽。通过将在低频中具有良好极性图案的麦克风碳精盒与在高频中具有良好极性图案的另一麦克风碳精盒相组合，可以实现宽带宽极性图案。

发明内容

本发明的实施例涉及与用于接收声音并且产生表示声音的输出信号的麦克风系统相关联的系统、方法和计算机程序产品。麦克风系统包括具有第一动态范围的第一麦克风，其中第一麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第一声音信号。第二麦克风具有第二动态范围并且接收声音并基于所接收的声音产生第二声音信号，其中第一动态范围和第二动态范围重叠从而形成过渡（transition）动态范围。麦克风系统还具有在操作上耦合到第一麦克风和第二麦克风的处理逻辑。处理逻辑被配置成从第一麦克风接收第一声音信号，从第二麦克风接收第二声音信号，并且通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号。

在一些实施例中，第一动态范围具有第一最小声压级和第一最大声压级，并且第二动态范围具有第二最小声压级和第二最大声压级。第一最小声压级低于第二最小声压级，并且第一最大声压级低于第二最大声压级。

在一些这样的实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于升到第一最大声压级以上的第一声音信号的声压级而从第一声音信号切换到第二声音信号来实现。在其它这样的实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于升到第二最小声压级以上的第一声音信号的声压级而从第一声音信号切换到第二声音信号来实现。在又一些这样的实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于落到第一最大声压级以下的第二声音信号的声压级而从第二声音信号切换到第一声音信号来实现。在又一些这样的实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于落到第二最小声压级以下的第二声音的声压级而从第二声音信号切换到第一声音信号来实现。

在一些实施例中，麦克风系统还包括第一模拟到数字转换器和第二模拟到数字转换器，所述第一模拟到数字转换器被配置成在处理逻辑接收第一声音信号之前接收第一声音信号并且将第一声音信号从模拟转换到数字，所述第二模拟到数字转换器被配置成在处理逻辑接收第二声音信号之前接收第二声音信号并且将第二声音信号从模拟转换到数字。在一些实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于第一麦克风变得饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号来实现。在一些实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于第二麦克风达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号来实现。

在一些实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过响应于第一声音信号或第二声音信号穿过过渡动态范围而基本上即刻在第一声音信号和第二声音信号之间进行切换来实现。在其它实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于第一麦克风在预定时间段内饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号来实现。在一些实施例中，处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于第二麦克风在预定时间段内达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号来实现。

在一些实施例中，第一麦克风和第二麦克风是微机电系统（MEMS）麦克风。在一些这样的实施例中，第一麦克风和第二麦克风共享移动设备外壳中的单个输入孔。在一些这样的实施例中，第一麦克风和第二麦克风部署在单个芯片上。

在一些实施例中，在第一动态范围具有第一最小声压级和第一最大声压级并且第二动态范围具有第二最小声压级和第二最大声压级的情况下，并且在第一最小声压级低于第二最小声压级，并且第一最大声压级低于第二最大声压级的情况下，麦克风系统还包括第三麦克风。第三麦克风具有第三动态范围并且接收声音并基于所接收的声音产生第三声音信号。第三动态范围具有高于第二最小声压级的最小声压级和高于第二最大声压级的最大声压级，处理逻辑在操作上耦合到第三麦克风。处理逻辑还被配置成从第三麦克风接收第三声音信号，并且通过组合第一声音信号、第二声音信号和第三声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于升到第二最大声压级以上的第二信号的声压级或至少部分地基于升到第三最小声压级以上的第二信号的声压级而从第二声音信号切换到第三声音信号来实现。

根据本发明的实施例，用于接收声音并且产生表示声音的输出信号的方法包括提供麦克风系统，所述麦克风系统包括具有第一动态范围的第一麦克风。第一麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第一声音信号。麦克风系统还具有拥有第二动态范围的第二麦克风，其中第二麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第二声音信号。第一动态范围和第二动态范围重叠从而形成过渡动态范围。第一动态范围具有最小声压级和最大声压级，并且第二动态范围具有最小声压级和最大声压级。第一最小声压级低于第二最小声压级，并且第一最大声压级低于第二最大声压级。该方法还包括从第一麦克风接收第一声音信号，从第二麦克风接收第二声音信号，并且通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于第一麦克风变得饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号以及至少部分地基于第二麦克风达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号来实现。

在一些实施例中，生成输出信号包括至少部分地基于第一麦克风在预定时间段内饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号以及至少部分地基于第二麦克风在预定时间段内达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号。

根据本发明的实施例，用于接收声音并且产生表示声音的输出信号的计算机程序产品具有包括计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可执行指令用于

从第一麦克风接收第一声音信号，从第二麦克风接收第二声音信号，并且通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过至少部分地基于第一麦克风变得饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号以及至少部分地基于第二麦克风达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号来实现。

在一些实施例中，用于生成输出信号的指令包括用于至少部分地基于第一麦克风在预定时间段内饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号以及至少部分地基于第二麦克风在预定时间段内达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号的指令。

附图说明

已经因此笼统地描述了本发明的实施例，现在将对附图做出参照，其中：

图1A是图示了根据本发明的实施例的麦克风系统的两个麦克风的动态范围的图表；

图1B是图示了根据本发明的实施例的麦克风系统的两个麦克风的过渡范围的图表；

图2是图示了诸如由根据本发明的实施例的麦克风系统生成的输出信号之类的输出信号的图表200；

图3是图示了根据本发明的实施例的麦克风系统生成的输出信号的示例的图表300；

图4是图示了根据本发明的实施例的用于捕获声音的示例性设备的外部组件的正视图的图；

图5是图示了根据本发明的实施例的示例性设备的外部组件的后视图的图；

图6是图示了根据本发明的实施例的示例性设备的内部组件的图；以及

图7是依照本发明的实施例的与麦克风系统相关联的示例性过程流。

具体实施方式

现在可以在下文中参照附图更加全面地描述本发明的实施例，在附图中示出本发明的一些而非全部的实施例。事实上，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应当被解释为局限于本文所阐述的实施例；而是，提供这些实施例以使得本公开可以满足适用的法律要求。遍及全文，相同的编号是指相同的元件。

麦克风被用于将音频输入接收到例如计算系统或非计算系统的系统中。有时，音频可以是用户的语音（例如当用户正在经由系统参与语音呼叫时）。在其它时候，音频可以是与音频录制或视频录制相关联的环境音频。如本文所使用的，麦克风还可以被称为麦克风系统。麦克风系统可以是包括麦克风的任何计算或非计算系统。麦克风系统的示例包括，但不限于，独立麦克风、移动计算设备（例如移动电话）、图像捕获设备（例如照相机）、游戏设备、膝上型计算机、便携式媒体播放器、平板计算机、电子阅读器、扫描仪、其它便携式或非便携式计算或非计算设备，以及，在一些实施例中，其一个或多个组件和/或与其相关联的一个或多个外围设备。

有时，麦克风内置于本文所描述的系统中。该内置式麦克风可以捕获作为距离系统预定距离内的广播的音频。在其它时候，有线麦克风被插入到与系统相关联的适当麦克风插孔中。在这样的时候，麦克风的用户可能不得不将麦克风带到靠近音频源（例如用户的嘴唇）以便经由麦克风将音频（例如用户的语音）输入到系统中。在又一些其它时候，无线麦克风可以由音频源携带，并且由无线麦克风接收的任何音频信号被无线传输（例如经由诸如近场通信（NFC）之类的一个或多个短程机制或者长程无线机制（例如射频（RF）通信））到与本文所描述的计算或非计算系统相关联的接收器。

麦克风在其功能性方面具有各种限制。麦克风的功能性方面的一个限制是麦克风的动态范围，即，特定麦克风针对其提供最佳功能性的声压级的范围。例如，微机电系统（MEMS）麦克风（也称为麦克风芯片麦克风或硅麦克风）可以用在诸如蜂窝电话之类的移动设备中并且典型地具有大约60dB的动态范围。在这样的有限动态范围下，典型的麦克风和它在其中进行操作的麦克风系统可能在高声压级处展现出不足之处。例如，这样的高声压级可能由冲电话叫喊的人员、演唱会的音频录制、汽车碰撞等等引起。在高声压级的情形中，典型的麦克风可能饱和并且捕获到声音的严重失真的表示。同样地，典型的麦克风和麦克风系统可能在低声压级处展现出不足之处。例如，低声压级可能由安静房间中远离电话的语音、安静声音的音频录制等等引起。在低声压级的情形中，典型的麦克风的本底噪声可能淹没这样的声音。

一般而言，本发明的实施例涉及用于提供具有两个或更多个麦克风的麦克风系统的系统、方法和计算机程序产品，所述两个或更多个麦克风被配置成具有重叠的动态范围以使得可以取决于其各自的声压级所呈现的饱和级、噪声级而从两个或更多个麦克风提取单个输出信号。在一些实施例中，麦克风系统用于接收声音并且产生表示声音的输出信号。麦克风系统具有拥有第一动态范围的第一麦克风，第一麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第一声音信号。它还具有拥有第二动态范围的第二麦克风，第二麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第二声音信号，其中第一动态范围和第二动态范围重叠从而形成过渡动态范围，并且处理逻辑在操作上耦合到第一麦克风和第二麦克风。处理逻辑被配置成从第一麦克风接收第一声音信号，从第二麦克风接收第二声音信号，并且通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号。在各种实施例中，来自多个麦克风的多个声音信号可以组合以使得输出信号的各部分在声音信号的单个周期内从多个声音信号取得，和/或使得输出的各部分从一个声音信号取得，直到指示一个或多个触发以使得用来生成输出信号的声音信号应当被切换为止。

在各种实施例中，多于两个的麦克风可以用在麦克风系统中以覆盖较宽的动态范围。例如，覆盖较窄的动态范围的三个或更多个高质量麦克风可以结合使用以生成高质量输出信号。

现在参照图1A，该图表图示了根据本发明的实施例的麦克风系统的两个麦克风的动态范围。图表100具有以dB（SPL）为单位的单个变量，其表示标准参考级之上的声压级。如图1A中所示，第一麦克风（称为“麦克风1”）具有10dB（SPL）到90dB（SPL）的动态范围或声压级范围。同样如在图1A中所示，第二麦克风（称为“麦克风2”）具有60dB（SPL）到140dB（SPL）的动态范围或声压级范围。因此，存在从60dB（SPL）到90dB（SPL）的麦克风1和麦克风2的动态范围的重叠，其还称为过渡范围，如图1B中所示。

如图1A和1B中所示，麦克风的动态范围的低端可以称为特定麦克风的噪声级，从而指示当声音的声压级逼近和/或经过麦克风的噪声级时，在噪声不成问题的情况下麦克风变得不能够精确地表示声音。麦克风的动态范围的该低端还可以称为麦克风的最小声压级。类似地，如图1A和1B中所示，麦克风的动态范围的高端可以称为麦克风的高失真级、麦克风的最大声压级和/或麦克风在此处饱和的声压级。

现在参照图2，图示了诸如本发明的实施例的麦克风系统生成的输出信号之类的输出信号的图表200。图表200图示了由从不同麦克风声音信号取得的信号部分构成的输出信号的各部分。在所示的示例中，麦克风系统的第一麦克风（称为麦克风1）具有比第二麦克风（称为麦克风2）更低的动态范围。在一些实施例中，麦克风系统可以具有处理逻辑，其被配置成分析麦克风1和麦克风2产生的信号中的一个或二者。当处理器分析麦克风1产生的第一声音信号时，处理器确定第一声音信号是否越过预定阈值，诸如“低SPL阈值”和/或“高SPL阈值”。低SPL阈值可以例如与麦克风2的最小声压级对应，并且高SPL阈值可以例如与麦克风1的最大声压级对应。在该示例中，低SPL阈值和高SPL阈值限定麦克风1与麦克风2之间的过渡范围。

在麦克风系统的一些实施例中，通过基于确定特定触发何时发生而在多个麦克风之间切换来生成输出信号。在一些实施例中，例如，处理器可以确定用于从第一声音信号切换到由麦克风2产生的第二声音信号的触发。触发可以在由第一麦克风产生的第一声音信号进入到过渡范围中时（例如在第一声音信号越过低SPL阈值时）或者在第一声音信号穿过过渡范围时（例如在第一声音信号越过低SPL阈值并随后越过高SPL阈值时）发生。同样地，处理器可以确定用于从第二声音信号切换到第一声音信号的触发。触发可以在第二声音信号进入到过渡范围中时（例如在第二声音信号越过高SPL阈值时）或者在第二声音信号穿过过渡范围时（例如在第二声音信号越过高SPL阈值并随后越过低SPL阈值时）发生。

在一些实施例中，处理器仅监视一个声音信号以确定用于在麦克风之间转移的触发。例如，在一个实施例中，处理器监视由麦克风1产生的第一声音信号。如果第一声音信号的声压级越过低SPL阈值，从而产生触发，则处理器切换到第二声音信号以用于生成输出信号。然而，在该示例中，处理器继续监视第一声音信号以便确定下一个触发。例如，一旦第一声音信号的声压级穿越回低SPL阈值，处理器就切换回到第一声音信号以用于生成输出信号。在另一示例中，处理器继续监视第二声音信号以确定所有触发。处理器可以使用第二声音信号生成输出信号，直到第二声音信号逾越高SPL阈值和低SPL阈值，从而完全穿过过渡范围。一旦第二声音信号逾越低SPL阈值，则处理器可以切换到第一声音信号以用于生成输出信号，然而，处理器可以继续监视第二声音信号以确定下一个触发。例如，或者在越过低SPL阈值时，在越过高SPL阈值时，或者在接连越过低SPL阈值和高SPL阈值时，处理器可以切换回到第二声音信号以用于生成输出信号。

在各种实施例中，当处理器确定触发已经发生时，处理器即刻或基本上即刻在声音信号之间切换以用于生成输出信号。例如，在一个实施例中，处理器监视第一声音信号并且确定第一声音信号的声压级越过低SPL阈值和高SPL阈值二者，从而指示用于从第一声音信号切换到第二声音信号以用于生成输出信号的触发。在该示例中，一经检测到触发，处理器就在声音信号之间切换以用于生成输出信号。

相比之下，在各种其它实施例中，当处理器确定触发已经发生时，处理器并不即刻或基本上即刻在声音信号之间切换以用于生成输出信号，而是，在声音信号之间切换之前等待预定时间段。例如，在一个实施例中，处理器监视第一声音信号并且确定声压级跨越低SPL阈值。当检测到该触发时，处理器在切换到第二声音信号以用于生成输出信号之前等待预定时间段。在这方面，等待一段时间可以允许系统避免以快速的步伐来回切换。例如，如果处理器检测到触发并且立即切换到另一声音信号，则声压级可能快速回落到低SPL阈值以下，因而使切换回到第一声音信号成为必要。通过等待预定时间段，系统可以避免这样的双重切换，而是维持基于第一声音信号的输出信号的生成。

换言之，处理器可以在检测到用于切换的触发之后等待预定时间段，除非在预定时间段届满之前检测到用于切换的另一触发。本描述可以参考其中第一声音信号越过低SPL阈值并且作为响应，处理器开始时钟计数预定时间段的上述情形。如果，在预定时间段期间，另一触发被指示，则处理器可以确定要么不需要采取行动，要么应当即刻或基本上即刻做出切换。例如，如果另一触发是声压级回落到低SPL阈值以下，则处理器可以确定不切换是适当的。另一方面，如果另一触发是声压级升到接近高SPL阈值或在其之上，则处理器可以确定立即切换到第二声音信号以用于生成输出信号是必要的。在其中高SPL阈值是或接近于第一麦克风的饱和级的情形中，这样的实施例可能是必要的，以确保并不因为等待整个预定时间段而发生信号降级，而不管声压级正在逼近或实际上已经跨越第一麦克风的饱和级这一事实。

参照回图2，图表200示出由麦克风系统生成的输出信号的示例，其中虚线信号从具有较低动态范围的第一麦克风取得并且实线信号从具有较高动态范围的第二麦克风取得。如所示，输出信号在信号的单个周期内由第一和第二声音信号的组合生成。因此，在该实施例中，一旦处理器确定触发，切换就典型地是即刻的或接近于即刻的。

相比之下，现在参照图3，图表300示出由麦克风系统生成的输出信号的示例，其中虚线信号从具有较低动态范围的第一麦克风取得并且实线信号从具有较高动态范围的第二麦克风取得。如所示，输出信号由第一和第二声音信号的组合生成，但是并未被示出为在输出信号的一个周期内的组合。该示例可以图示以下情形：其中处理器正在确定声压级的RMS并且基于RMS声压级而不是瞬时声压级来确定其触发。在该示例中，第二声音信号，即由第二麦克风生成的声音信号在输出信号的幅度以及输出信号的RMS二者高于例如低SPL阈值时被用于输出信号。在这方面，输出信号维持高质量，特别是对于信号的较高SPL段。一旦处理器确定声音的声压级已经减小，例如，第一或第二声音信号的RMS已经减小到阈值以下，诸如在低SPL阈值以下，则处理器从第二声音信号切换到第一声音信号以用于生成输出信号，如图3中从实线信号到虚线信号的改变所示。

在一些实施例中，当声音信号在过渡区域内，即在麦克风系统的两个麦克风的动态区域的重叠内部时，第一声音信号和第二声音信号可以如以上图2中所示的那样组合，使得输出信号的较低幅度部分从第一声音信号生成并且输出信号的较高幅度部分从第二声音信号生成，从而创建输出信号。在一些这样的实施例中，声音信号可以通过相对第一声音信号（来自较低动态范围麦克风）加权例如第二声音信号（来自较高动态范围麦克风）来组合。此外，在各种实施例中，抑制（smothering）滤波器可以被应用于过渡范围内的第一和/或第二声音信号中的一个或二者，使得第一和/或第二声音信号中的一些或全部在过渡范围内被压制。

现在参照图4，示出图示了用于捕获声音的示例性设备的外部组件的正视图的图。如所图示的，设备112可以包括外壳305、麦克风310、扬声器320、键区330、功能键340、显示器350和照相机按钮360。

外壳305可以包括被配置成包含或至少部分地包含设备112的组件的结构。例如，外壳305可以由塑料、金属或者其它天然或合成材料或材料的（多个）组合形成并且可以被配置成支撑麦克风310、扬声器320、键区330、功能键340、显示器350和照相机按钮360。

麦克风310可以包括能够将气压波换能成对应的电信号的任何组件。例如，用户可以在电话呼叫期间对麦克风310说话。麦克风310可以用来从用户或从设备112周围的环境接收音频。在本文论述的一些实施例中，麦克风310表示多于一个的麦克风，诸如两个、三个或更多个麦克风。在一些实施例中，麦克风310包括例如共享外壳305中的相同孔的多个麦克风。在一些实施例中，多个麦克风全部是MEMS麦克风，并且在一些实施例中，多个麦克风在单个芯片上共享空间。

扬声器320可以包括能够将电信号换能成对应的声波的任何组件。例如，用户可以通过扬声器320聆听音乐。

键区330可以包括能够向设备112提供输入的任何组件。键区330可以包括标准电话键区。键区330还可以包括一个或多个专用键。在一个实现方式中，键区330的每个键可以例如是推动式按钮。键区330还可以包括触摸屏。用户可以利用键区330来录入诸如文本或电话号码之类的信息，或者激活特殊功能。

功能键340可以包括能够向设备112提供输入的任何组件。功能键340可以包括准许用户使设备112执行一个或多个操作的键。与功能键340的键相关联的功能性可以取决于设备112的模式而改变。例如，功能键340可以执行多种多样的操作，诸如录制音频、建立电话呼叫、播放各种媒体、设置各种照相机特征（例如聚焦、变焦等）或访问应用。功能键340可以包括提供光标功能和选择功能的键。在一个实现方式中，功能键340的每个键可以例如是推动式按钮。

显示器350可以包括能够提供视觉信息的任何组件。例如，在一个实现方式中，显示器350可以是液晶显示器（LCD）。在另一实现方式中，显示器350可以是其它显示技术中的任一个，诸如等离子体显示器面板（PDP）、场发射显示器（FED）、薄膜晶体管（TFT）显示器等等。显示器350可以被用来显示例如文本、图像和/或视频信息。显示器350还可以作为取景器操作，如稍后将描述的那样。显示器350还可以用作用户接口以使得用户能够配置录制音频和/或调整录制的音频的过程。照相机按钮360可以是使得用户能够拍照的推动式按钮。

由于图4中图示的设备112在本质上是示例性的，所以设备112旨在被宽泛地解释成包括任何类型的电子设备，其包含诸如本文所描述的麦克风系统之类的一个或多个声音捕获组件。例如，设备112可以包括无线电话、个人数字助理（PDA）、便携式计算机、照相机或腕表。在其它实例中，设备112可以包括例如安全设备或军用设备。因此，尽管图4和5图示了设备112的示例性外部组件，但是在其它实现方式中，设备112可以包含比图4和5中描绘的外部组件更少的、与之不同的或附加的外部组件。此外，或可替换地，设备112的一个或多个外部组件可以包括设备112的一个或多个其它外部组件的能力。例如，显示器350可以是输入组件（例如触摸屏）。此外，或可替换地，外部组件可以与图4和5中描绘的外部组件不同地布置。

现在参照图5，该图图示了示例性设备的外部组件的后视图。如所图示的，除先前描述的组件之外，设备112可以包括照相机470、透镜部件472、接近度传感器476和闪光灯474。

照相机470可以包括能够捕获图像或图像流（视频）的任何组件。照相机470可以是数字照相机或数字摄像机。当设备112的用户操作照相机470时显示器350可以作为取景器操作。照相机470可以提供用于照相机设置的自动和/或手动调整。在一个实现方式中，设备112可以包括在显示器350上可显示的照相机软件以允许用户调整照相机设置。例如，用户可以能够通过操作功能键340来调整照相机设置。

透镜部件472可以包括能够操纵光以使得图像可以被捕获的任何组件。透镜部件472可以包括许多光学透镜元件。光学透镜元件可以具有不同形状（例如凸面的、双凸的、平凸的、凹面的等）和不同的分离距离。光学透镜元件可以由玻璃、塑料（例如丙烯酸树脂）或树脂玻璃制成。光学透镜可以是多涂层的（例如抗反射涂层或紫外（UV）涂层）以最小化不想要的效应，诸如透镜眩光和不精确的颜色。在一个实现方式中，透镜部件472可以永久地固定到照相机470。在其它实现方式中，透镜部件472可以与具有不同光学特性的其它透镜可互换。透镜部件472可以提供用于可变孔径尺寸（例如可调f数）。

接近度传感器476（在图3中未示出）可以包括能够收集和提供可以被用来使得照相机470能够恰当地捕获图像的距离信息的任何组件。例如，接近度传感器476可以包括红外（IR）接近度传感器，其允许照相机470基于例如反射的IR强度、调制的IR或三角测量来计算到对象（诸如人脸）的距离。在另一实现方式中，接近度传感器476可以包括声学接近度传感器。声学接近度传感器可以包括测量超声声波的回声返回的计时电路。在包括接近度传感器476的实施例中，接近度传感器可以被用来在场景的图像帧的捕获之前、期间或之后确定到一个或多个移动对象（其可能对焦或者可能没有对焦）的距离。

闪光灯474可以包括在照相机470捕获图像时提供光照的任何类型的发光组件。例如，闪光灯474可以是发光二极管（LED）闪光灯（例如白色LED）或氙气闪光灯。在另一实现方式中，闪光灯474可以包括闪光灯模块。

尽管图5图示了示例性外部组件，但是在其它实现方式中，设备112可以包括比图5中描绘的示例性外部组件更少的、附加的和/或不同的组件。例如，在其它实现方式中，照相机470可以是电影摄像机。此外，或可替换地，取决于设备112，闪光灯474可以是便携式闪光操纵器。此外，或可替换地，设备112可以是单透镜反射式照相机。在再一些实现方式中，设备112的一个或多个外部组件可以不同地布置。

现在参照图6，该图图示了用于捕获声音的示例性系统的内部组件。如所图示的，设备112可以包括麦克风310、扬声器320、键区330、功能键340、显示器350、存储器500、收发器520和控制单元530。

存储器500可以包括存储涉及设备112的操作和使用的数据和指令的任何类型的存储组件。例如，存储器500可以包括存储器组件，诸如随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）和/或可编程只读存储器（PROM）。此外，存储器500可以包括存储组件，诸如磁性存储组件（例如硬驱动）或者其它类型的计算机可读或计算机可执行介质。存储器500还可以包括外部存储组件，诸如通用串行总线（USB）存储器棒、数字照相机存储器卡和/或订户身份模块（SIM）卡。

存储器500可以包括包含执行一个或多个功能的计算机可读或计算机可执行指令的代码组件510。这些功能包括发起和/或施行本文所论述的一个或多个步骤和/或过程。然而，功能不局限于图7中图示的那些。代码组件510可以结合与设备112相关联的一个或多个其它硬件或软件组件工作以发起和/或施行图7中图示的过程或者本文描述的其它步骤或过程。此外，代码组件510可以包括提供除如本文所描述的之外的其它功能性的计算机可读或计算机可执行指令。

收发器520可以包括能够无线地或经由有线连接发射和接收信息的任何组件。例如，收发器520可以包括提供与网络或另一设备的无线通信的无线电电路。

控制单元530可以包括可以解释和施行指令并且可以控制设备112的总体操作的任何逻辑。如本文所使用的逻辑可以包括硬件、软件和/或硬件和软件的组合。控制单元530可以包括例如通用处理器、微处理器、数据处理器、协同处理器和/或网络处理器。控制单元530可以从存储器500、从设备112的其它组件和/或从设备112外部的源（例如网络或另一设备）存取指令。

控制单元530可以提供用于与设备112相关联的不同操作模式。例如，第一模式是借此使用多个麦克风来如图2中图示的那样捕获声音的模式，而第二模式中多个麦克风被用来如图3中图示的那样捕获声音。此外，控制单元530可以同时在多个模式中操作。例如，控制单元530可以在照相机模式、随身听模式和电话模式中操作。例如，当在照相机模式中时，逻辑可以使得设备112能够捕获视频和/或音频。

尽管图6图示了示例性内部组件，但是在其它实现方式中，设备112可以包括比图6中描绘的示例性内部组件更少的、附加的和/或不同的组件。例如，在一个实现方式中，设备112可以不包括收发器520。在再一些实现方式中，设备112的一个或多个内部组件可以包括设备112的一个或多个其它组件的能力。例如，收发器520和/或控制单元530可以包括其自身的板载存储器。

在一些实施例中，如本文所论述的麦克风系统包括图6中图示的一个或多个组件。例如，在一个实施例中，麦克风系统包括存储器500、控制单元530和麦克风310。在一些实施例中，控制单元530包括与由麦克风310表示的两个或更多个麦克风通信的一个或多个处理器。在一些实施例中，麦克风系统还包括一个或多个模拟到数字转换器，和/或一个或多个缓冲器，和/或一个或多个其它组件。在一些实施例中，第一模拟到数字转换器在操作上连接到第一麦克风以用于将第一声音信号从模拟转换到数字信号。另外，第二模拟到数字转换器可以在操作上连接到第二麦克风以用于将第二声音信号从模拟转换到数字信号。在一些实施例中，（多个）模拟到数字转换器的（多个）输出可以在操作上连接到控制单元530，诸如连接到控制单元530的处理器。在一些实施例中，麦克风系统还包括用于在信号被控制单元530接收之前对其进行缓冲的一个或多个缓冲器。例如，在一个实施例中，缓冲器在操作上连接到在操作上连接到第一麦克风的模拟到数字转换器的输出，并且另一缓冲器在操作上连接到在操作上连接到第二麦克风的另一模拟到数字转换器的输出。

现在参照图7，示出用于根据本发明的实施例的示例性麦克风系统的过程流700。在块710处，与麦克风系统相关联的第一麦克风可以接收声音。在块720处，与麦克风系统相关联的第二麦克风可以接收声音。在块730处，由第一麦克风产生的并且对应于所接收的声音的第一声音信号被调节（condition）。在块740处，由第二麦克风产生的并且对应于所接收的声音的第二声音信号也被调节。调节可以是指各种预处理步骤。例如，在一些实施例中，调节可以包括从模拟到数字的转换，诸如通过使用用于每个声音信号的分离的模拟到数字转换器。

在一些实施例中，作为另一示例，第一和第二声音信号中的一个或二者在被发送到处理器之前穿过一个或两个缓冲器。在一些实施例中，针对每个麦克风使用分立的缓冲器，从而提供基于瞬时值和/或历史值计算关于第一和第二声音信号的转移和/或加权参数的机会。此外，当前的转移和/或加权参数可以用作用于处理器的输入以控制（多个）缓冲器的输出处的转移和/或加权。因此，这样的技术可以称为将“将来”值用于转移和/或加权。

参照回图7，在块750处，处理器从第一麦克风接收经调节的第一声音信号。类似地，在块760处，处理器从第二麦克风接收经调节的第二声音信号。由块770表示的最后步骤是生成输出信号。输出信号可以通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成。组合第一和第二声音信号可以通过在输出信号的单个周期内组合声音信号来完成，或者可以在（多个）声音信号的RMS声压值指示触发使得生成输出信号的声音信号应当被切换时完成。例如，声压值跨越第一麦克风的饱和级，从而指示由第二麦克风产生的第二声音信号应当被用来生成输出信号而不是先前使用的第一麦克风的第一声音信号。

在一些实施例中，过程流可以按照图7中所示的顺序执行，而在其它实施例中，过程流可以按照不同于图7中呈现的顺序执行并且可以包括比所示的那些更少的步骤，或者可以包括在本文中其它地方论述的其它步骤或在本文中未论述的其它步骤。

在各种实施例中，使用如本文所描述的多个麦克风以实现较大声压级范围可以与其中多个麦克风被用来实现较大频率带宽的现有技术配置组合。在一些实施例中。例如，在一个实施例中，第一麦克风具有低频率带宽以及低声压级范围，并且第二麦克风具有与第一麦克风的低频率带宽重叠的高频率带宽和与第一麦克风的低声压级范围重叠的高声压级范围，使得实现宽频率带宽和宽声压级范围二者。

在本文所描述的各种实施例中，滤波可以在第一声音信号到第二声音信号和从第二声音信号到第一声音信号之间的切换或者在其中多个麦克风被用来实现较大声压级范围的情况下多个声音信号之间的切换之前、期间或之后应用。例如，在一个实施例中，可以使用时间对准滤波，并且在另一实施例中，可以使用平滑滤波。

如参考各种实施例所论述的，在来自多个麦克风的声音信号之间的切换可以实时或基本上实时完成。然而，在一些应用中可能有益的是录制来自包括在本文所公开的系统的各种实施例中的一个或多个麦克风的一个或多个声音信号。因此，在一些实施例中，切换可以作为后处理完成，即，在已经录制一个或多个声音信号之后，后处理在一些实施例中可以对信号进行滤波或者以其它方式调节信号。在其它实施例中，后处理可以在一个或多个信号上执行以便对它们进行组合，诸如通过确定切换点以便生成输出信号。例如，在一些实施例中，可以在执行改变被用来针对各个时间点生成输出信号的声音信号的切换之前核实关于一个或多个声音信号的各种准则。在一些实现方式中，录音师工程师或制作人或其它管理员可以在授权被用来生成输出信号的声音信号之间的切换之前核实一个或多个准则。

作为总结，本发明的实施例涉及用于提供具有两个或更多个麦克风的麦克风系统的系统、方法和计算机程序产品，所述两个或更多个麦克风被配置成具有重叠的动态范围以使得可以取决于其各自的声压级所呈现的饱和级、噪声级而从两个或更多个麦克风提取单个输出信号。在一些实施例中，麦克风系统用于接收声音并且产生表示声音的输出信号。麦克风系统具有拥有第一动态范围的第一麦克风，第一麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第一声音信号。它还具有拥有第二动态范围的第二麦克风，第二麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第二声音信号，其中第一动态范围和第二动态范围重叠从而形成过渡动态范围，并且处理逻辑在操作上耦合到第一麦克风和第二麦克风。处理逻辑被配置成从第一麦克风接收第一声音信号，从第二麦克风接收第二声音信号，并且通过组合第一声音信号和第二声音信号生成输出信号。

依照本发明的实施例，关于系统（或设备）的术语“模块”可以是指系统的硬件组件、系统的软件组件或系统的包括硬件和软件二者的组件。如本文所使用的，模块可以包括一个或多个模块，其中每个模块可以驻留在硬件或软件的分离片段中。

如本文所使用的，术语“自动”是指在事件或状况发生时由计算机软件施行的功能、过程、方法或其任何部分而无需用户的介入。

尽管刚才已经在上文中描述了本发明的许多实施例，但是本发明可以以许多不同形式体现并且不应当被理解为受限于本文所阐述的实施例；而是，提供这些实施例以使得本公开将满足适用的法律要求。同样，将理解到，在可能的情况下，本文所描述和/或设想到的本发明的任一实施例的优点、特征、功能、设备和/或操作方面中的任一个可以包括在本文所描述和/或设想到的本发明的任何其它实施例中，和/或反之亦然。此外，在可能的情况下，本文以单数形式表述的任何术语意指还包括复数形式和/或反之亦然，除非以其它方式明确陈述。如本文所使用的，“至少一个”应当意指“一个或多个”并且这些短语旨在是可互换的。因此，术语“一”和/或“一个”应当意指“至少一个”或“一个或多个”，即便在本文中同样使用短语“一个或多个”或“至少一个”。遍及全文相同的编号是指相同的元件。

如本领域普通技术人员有鉴于本公开将领会到的，本发明可以包括和/或体现为装置（包括，例如，系统、机器、设备、计算机程序产品和/或类似物）、作为方法（包括，例如，商业方法、计算机实现的过程和/或类似物），或者作为前述的任何组合。因此，本发明的实施例可以采取完全商业方法实施例、完全软件实施例（包括固件、常驻软件、微代码、数据库中存储的过程等等）、完全硬件实施例、或者组合商业方法、软件和在本文中一般可以称为“系统”的硬件方面的实施例的形式。另外，本发明的实施例可以采取包括具有存储在其中的一个或多个计算机可执行程序代码部分的计算机可读存储介质的计算机程序产品的形式。如本文所使用的，可以包括一个或多个处理器的处理器可以“被配置成”以各种方式执行某个功能，包括例如，通过使一个或多个通用电路通过施行在计算机可读介质中体现的一个或多个计算机可执行程序代码部分来执行功能，和/或通过使一个或多个专用电路执行功能。

将理解到，可以利用任何适合的计算机可读介质。计算机可读介质可以包括，但不限于，非暂时性计算机可读介质，诸如有形电子、磁性、光学、电磁、红外和/或半导体系统、设备、和/或其它装置。例如，在一些实施例中，非暂时性计算机可读介质包括有形介质，诸如便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪速存储器）、压缩盘只读存储器（CD-ROM）和/或一些其它的有形光学和/或磁性存储设备。然而，在本发明的其它实施例中，计算机可读介质可以是暂时性的，诸如例如，包括在其中体现的计算机可执行程序代码部分的传播信号。

用于实施本发明的操作的一个或多个计算机可执行程序代码部分可以包括面向对象的、脚本的和/或非脚本的编程语言，诸如例如，Java、Perl、Smalltalk、C++、SAS、SQL、Python、Objective C、JavaScript和/或类似物。在一些实施例中，用于实施本发明的实施例的操作的一个或多个计算机可执行程序代码部分以常规过程性编程语言编写，诸如“C”编程语言和/或类似的编程语言。计算机程序代码可以可替换地或附加地以一个或多个多范式编程语言编写，诸如例如F#。

本文参照装置和/或方法的流程图图示和/或框图来描述本发明的一些实施例。将理解到，流程图图示和/或框图中包括的每个块，和/或流程图图示和/或框图中包括的块的组合可以由一个或多个计算机可执行程序代码部分实现。这些一个或多个计算机可执行程序代码部分可以被提供给通用计算机的处理器、专用计算机和/或一些其它可编程数据处理装置以便产生特定机器，使得经由计算机的处理器和/或其它可编程数据处理装置施行的一个或多个计算机可执行程序代码部分创建用于实现由（多个）流程图和/或（多个）框图表示的步骤和/或功能的机制。

一个或多个计算机可执行程序代码部分可以存储在能够引导、指令和/或导致计算机和/或其它可编程数据处理装置以特定方式发挥作用的暂时性和/或非暂时性计算机可读介质（例如存储器等）中，使得存储在计算机可读介质中的计算机可执行程序代码部分产生包括实现（多个）流程图和/或（多个）框图中指定的步骤和/或功能的指令机制的制造品。

一个或多个计算机可执行程序代码部分还可以被加载到计算机和/或其它可编程数据处理装置上以使一系列操作步骤在计算机和/或其它可编程装置上执行。在一些实施例中，这产生计算机实现的过程，使得在计算机和/或其它可编程装置上施行的一个或多个计算机可执行程序代码部分提供操作步骤以实现（多个）流程图中指定的步骤和/或（多个）框图块中指定的功能。可替换地，计算机实现的步骤可以与操作者和/或人类实现的步骤组合和/或对其进行取代以便实施本发明的实施例。

虽然已经描述并在附图中示出了某些示例性实施例，但是要理解到，这样的实施例仅仅是对宽泛的发明的说明而非限制，并且本发明不受限于所示出和描述的特定构造和布置，这是因为除以上段落中阐述的那些之外的各种其它改变、组合、省略、修改和置换是可能的。本领域技术人员将领会到，可以配置刚才描述的实施例的各种适配、修改和组合而不脱离于本发明的精神和范围。因此，要理解到，在随附权利要求的范围内，可以除如本文特定描述的那样之外地实践本发明。

Claims (20)

1.一种用于接收声音并且产生表示声音的输出信号的麦克风系统，所述麦克风系统包括：

具有第一动态范围的第一麦克风，所述第一麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第一声音信号；

具有第二动态范围的第二麦克风，所述第二麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第二声音信号，其中第一动态范围和第二动态范围重叠从而形成过渡动态范围；以及

在操作上耦合到所述第一麦克风和第二麦克风的处理逻辑，所述处理逻辑被配置成：

从所述第一麦克风接收第一声音信号；

从所述第二麦克风接收第二声音信号；

通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号。

2.权利要求1的麦克风系统，其中：

第一动态范围具有第一最小声压级和第一最大声压级，并且第二动态范围具有第二最小声压级和第二最大声压级；

第一最小声压级低于第二最小声压级；并且

第一最大声压级低于第二最大声压级。

3.权利要求2的麦克风系统，其中所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于升到第一最大声压级以上的第一声音信号的声压级而从第一声音信号切换到第二声音信号。

4.权利要求2的麦克风系统，其中所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于升到第二最小声压级以上的第一声音信号的声压级而从第一声音信号切换到第二声音信号。

5.权利要求2的麦克风系统，其中所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于落到第一最大声压级以下的第二声音信号的声压级而从第二声音信号切换到第一声音信号。

6.权利要求2的麦克风系统，其中所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这通过：

至少部分地基于落到第二最小声压级以下的第二声音的声压级而从第二声音信号切换到第一声音信号。

7.权利要求1的麦克风系统，还包括：

第一模拟到数字转换器，其被配置成在所述处理逻辑接收第一声音信号之前接收第一声音信号并且将第一声音信号从模拟转换到数字；以及

第二模拟到数字转换器，其被配置成在所述处理逻辑接收第二声音信号之前接收第二声音信号并且将第二声音信号从模拟转换到数字。

8.权利要求1的麦克风系统，其中：

所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于所述第一麦克风变得饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号。

9.权利要求1的麦克风系统，其中：

所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于所述第二麦克风达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号。

10.权利要求1的麦克风系统，其中所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

响应于第一声音信号或第二声音信号穿过过渡动态范围而基本上即刻在第一声音信号和第二声音信号之间进行切换。

11.权利要求1的麦克风系统，其中所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于所述第一麦克风在预定时间段内饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号。

12.权利要求1的麦克风系统，其中所述处理逻辑被配置成通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于所述第二麦克风在预定时间段内达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号。

13.权利要求1的麦克风系统，其中所述第一麦克风和第二麦克风是微机电系统（MEMS）麦克风。

14.权利要求13的麦克风系统，其中所述第一麦克风和第二麦克风共享移动设备外壳中的单个输入孔。

15.权利要求13的麦克风系统，其中所述第一麦克风和第二麦克风部署在单个芯片上。

16.权利要求2的麦克风系统，还包括：

具有第三动态范围的第三麦克风，所述第三麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第三声音信号；

其中第三动态范围具有高于第二最小声压级的最小声压级和高于第二最大声压级的最大声压级；

其中所述处理逻辑在操作上耦合到所述第三麦克风；

其中所述处理逻辑还被配置成：

从所述第三麦克风接收第三声音信号；并且

通过组合第一声音信号、第二声音信号和第三声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于升到第二最大声压级以上的第二信号的声压级或至少部分地基于升到第三最小声压级以上的第二信号的声压级而从第二声音信号切换到第三声音信号。

17.一种用于接收声音并且产生表示声音的输出信号的方法，所述方法包括：

提供麦克风系统，所述麦克风系统包括：

具有第一动态范围的第一麦克风，所述第一麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第一声音信号；和

具有第二动态范围的第二麦克风，所述第二麦克风接收声音并且基于所接收的声音产生第二声音信号，其中第一动态范围和第二动态范围重叠从而形成过渡动态范围；

其中第一动态范围具有最小声压级和最大声压级，并且第二动态范围具有最小声压级和最大声压级；

其中第一最小声压级低于第二最小声压级；并且

第一最大声压级低于第二最大声压级；以及

从所述第一麦克风接收第一声音信号；

从所述第二麦克风接收第二声音信号；以及

通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于所述第一麦克风变得饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号；以及

至少部分地基于所述第二麦克风达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号。

18.权利要求17的方法，其中生成输出信号包括：

至少部分地基于所述第一麦克风在预定时间段内饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号；以及

至少部分地基于所述第二麦克风在预定时间段内达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号。

19.一种用于接收声音并且产生表示声音的输出信号的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：

包含计算机可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可执行指令用于：

从第一麦克风接收第一声音信号；

从第二麦克风接收第二声音信号；并且

通过组合第一声音信号和第二声音信号来生成输出信号，这至少部分地通过：

至少部分地基于所述第一麦克风变得饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号；以及

至少部分地基于所述第二麦克风达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号。

20.权利要求19的计算机程序产品，其中用于生成输出信号的指令包括用于以下各项的指令：

至少部分地基于所述第一麦克风在预定时间段内饱和而从第一声音信号切换到第二声音信号；以及

至少部分地基于所述第二麦克风在预定时间段内达到噪声级而从第二声音信号切换到第一声音信号。