CN104303521A - 机动车和用于机动车中的麦克风布置结构的麦克风 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在机动车(10)中采集声音的麦克风(18)，该麦克风具有：麦克风罩(32)，该麦克风罩具有至少一个声音输入开口(34)；在麦克风罩(32)中设置的麦克风膜；在麦克风罩(32)中设置的、用于根据麦克风膜的运动产生单个电膜信号的驱动电路(38)。能够从麦克风罩(32)外部触及地设置的并且与麦克风罩(32)相连的连接触点(42)输出电麦克风信号。本发明的目的在于提供一种用于在机动车中采集声音的麦克风布置结构，该麦克风布置结构仅需要少量结构空间。为此同样在麦克风罩(32)中设置接口电路(40)，该接口电路设计为用于将驱动电路(38)的单个膜信号直接转换为根据预定的总线标准的数字总线信号，并且将该总线信号作为麦克风信号通过连接触点(42)输出到数据总线(28)。

Description

机动车和用于机动车中的麦克风布置结构的麦克风
技术领域
本发明涉及一种用于在机动车中采集声音的麦克风。该麦克风具有麦克风罩，在该麦克风罩中集成有麦克风膜以及用于由膜运动产生电信号的驱动电路。由所述麦克风可以通过连接触点获取电麦克风信号。本发明还涉及一种机动车，在该机动车中提供一种能够通过多个根据本发明的麦克风得以实现的麦克风布置结构。
背景技术
为了可以在机动车中尽可能减少噪音地，即以高质量采集声音信号、特别是语音，可以在机动车内部空间设置多个麦克风。为此由DE 20 2009010 884 U1已知一种用以内置在机动车中的定向的圆柱麦克风，其中在麦克风壳体中设置麦克风罩、放大器电路以及用于固定连接线缆的线缆支架。所述连接线缆由麦克风壳体中向外导引出来，从而可以获取麦克风罩的信号。如果在机动车中设置多个这种圆柱麦克风，则会造成如下缺陷，即为了进行分析而必须将其线缆从每个圆柱麦克风敷设到中央计算单元，该中央计算单元也被称为音响主机。由此会造成易受干扰的布线并且导致总体上麦克风布置结构的可伸缩性较差。因为如果在机动车内部空间中设置麦克风越多，则造成音响主机上产生的线缆空间的直径越大。
由EP 1 053 912 A2已知一种定向麦克风，该定向麦克风集成在机动车的仪表板中。为此在仪表板的印刷电路板上焊接麦克风罩。为了获得定向效应，所述印刷电路板或者也可以是仪表板的其它结构元件具有一种贯通开口布置结构，用于定向采集声音。通过这种布置结构，印刷电路板上的麦克风罩不需要分离的布线。取而代之的是，具有在印刷电路板上设置的印刷导线的麦克风罩可以通过总线系统与语音处理系统相连，该语音处理系统独立于麦克风罩而在机动车的适当位置上定位。这种解决方案具有如下缺陷，即仅可以在也已存在印刷电路板的地方提供麦克风罩，在所述印刷电路板上焊接有用于总线系统的相应的接口电路。从而麦克风罩例如不能安放在机动车的车内天花板中，因为此处不存在这种印刷电路板。
由DE 10 2010 034 237 A1已知一种用于机动车的类似的麦克风系统，该麦克风系统包括多个在机动车中分布的麦克风设备。所述麦克风设备通过总线系统与机动车的音响主机相连。所述麦克风设备中的每一个都各自包括具有三个单独的麦克风罩的麦克风簇。麦克风罩的PDM信号(PDM-脉冲密度调制)由信号转换器转换为PCM信号(PCM-脉冲编码调制)。为了进行总线通信，所述麦克风设备各自具有一个总线控制器。所述总线系统是同步MOST总线系统，其具有两个在环状结构中的光导体。每个麦克风设备的麦克风簇的麦克风罩的信号都应该可以组合成波束成形信号。为了可以在单个的麦克风设备中在时间上恰好前后相继地调谐各自麦克风簇的麦克风罩的信号——如同为所述波束成形所需的那样，为麦克风簇的电路元件提供共同的时钟信号。麦克风簇的单个麦克风的麦克风信号也必须由共同的总线控制器进行组合并且一起被发送到音响主机。基于这个原因，包括麦克风簇、从PDM向PCM转换的转换器设备和总线控制器的单个麦克风设备依然相对较大。
发明内容
本发明的目的是，提供一种麦克风布置结构，用于机动车中的声音采集，该麦克风布置结构仅需要少量结构空间。
该目的通过根据权利要求1的麦克风以及根据权利要求13的机动车得以实现。本发明的有利改进方案由从属权利要求给出。
在根据本发明的麦克风中，以公知的方式在麦克风罩中设置麦克风膜。麦克风罩具有至少一个声音输入开口，空气声音可以通过该声音输入开口由麦克风罩外部到达麦克风膜并且使麦克风膜运动。在麦克风罩中此外还设置驱动电路。此处驱动电路可以理解为一个电子电路，通过该电子电路以公知的方式根据麦克风膜的运动产生一个电膜信号。为了理解本发明，重要的一点在于所述电膜信号此处是指描述麦克风膜的运动并且代表声音中所包含的音频信号的唯一信号。多个电信号并不设置为组合成一个波束成形信号。在麦克风罩上设置可以由外部触及的连接触点，通过该连接触点，麦克风可以输出电麦克风信号。但是这个麦克风信号并非直接是驱动电路的电信号。更确切地说，在根据本发明的麦克风中，在驱动电路和连接触点之间还连接另一电路，该电路在此被称为接口电路。该接口电路同样在麦克风罩中设置并且设计为用于将驱动电路的单个膜信号转换为根据预定的总线标准的数字总线信号。然后将该总线信号作为麦克风信号通过连接触点输出。因此如果借助麦克风膜来采集声学信号，则由此通过根据本发明的麦克风直接产生总线信号，该总线信号可以被输出到数据总线。由此当麦克风罩的连接触点与所述总线相连时，麦克风可以直接作为数据总线的总线节点运行。
根据本发明的麦克风还具有如下优点，即现在提供单个的构件、也就是麦克风罩，该麦克风罩可以直接连接到数据总线并且因此可以将音频信号直接馈入数据总线中。
另一优点在于，接口电路设计为用于将麦克风信号接入数据总线的时分复用信号中。然后多个根据本发明的麦克风可以沿着数据总线的总线线路设置并且所有麦克风的麦克风信号作为时分复用信号通过同一总线线路被传输到中央处理设备、例如音响主机或信息娱乐系统。这有利地减少了用于这种麦克风布置结构的布线费用。
优选地，根据本发明的麦克风的接口电路设计为用于通过数据总线双向通信并且在此接收诊断询问，以及关于该诊断询问根据麦克风的元件的功能性能产生诊断信息。因此可以通过数据总线有利地引发麦克风的自检测，通过这种自检测例如可以检查麦克风膜、驱动电路和接口电路的功能可靠性。其可以以自动化的方式例如在每次启动机动车时通过控制设备实施并且在识别出故障时推荐驾驶员寻找维修站。
为了以有利的方式进一步减少布线费用，优选仅设有两个输出插脚作为用于输出麦克风信号的连接触点。然后麦克风例如可以通过双绞线与中央处理设备相连。输出插脚例如可以通过导线构成。
另一优点在于，除了用于输出麦克风信号的连接触点之外，用于接收另一麦克风的总线信号的输入触点也设置在麦克风罩上。该另一麦克风在此优选同样是根据本发明的麦克风的一种实施方式。然后通过输入触点接收该另一麦克风的总线信号。然后接口电路必须设计为用于使得接收到的总线信号依次通过到达用于输出自身麦克风信号的上述连接触点。这种实施方式是上述可能性的一种具体变型方案，从而借助共同的总线线路向中央处理单元聚集地传输多个麦克风的麦克风信号。
作为特别优选的实施方式，接口电路设计为用于产生根据A2B总线标准的总线信号。这种总线标准实现了通过未屏蔽的双绞总线以对于多个麦克风信号的传输而言足够高的带宽来传输时分复用信号。换言之，可以借助A2B接口电路同时实现所有上述优点。
另一优点在于，麦克风膜通过微电子机械系统——或者简称MEMS——提供。这种系统的另一名称是硅麦克风。由此可以将麦克风膜、驱动电路和接口电路设置在一共同的印刷电路板上。由此可以得到麦克风的特别紧凑的构造。
优选地，驱动电路和接口电路通过连接触点幻象供电。然后可以通过总线线路也实现为麦克风供给电能。这会实现进一步节省线路。
驱动电路可以具有放大器电路和连接在该放大器电路下游的转换器电路。在此，放大器电路设计为用于根据麦克风膜的运动产生电模拟信号，转换器电路设计为用于由模拟信号产生数字信号。数字信号在此特别是指下列信号之一：I2S信号(I2S-集成电路内置音频接口，IC-集成电路)，PDM信号或PCM信号。麦克风的这种实施方式具有如下优点，即驱动电路产生数字音频电流，该音频电流然后在麦克风罩内可以被传输到另一集成电路上，所述电路是指接口电路，即例如A2B总线控制器。这种实施方式的优点在于可以使用标准元件用以一方面实现驱动电路并且另一方面实现接口电路。根据本发明的麦克风的另一种(未特别指明的)实施方式提出，驱动电路和接口电路作为一共同的集成电路(IC)实现。那么麦克风罩中的唯一一个IC就够用了。
关于麦克风罩本身还可得出一种有利的实施方式，即麦克风罩包括金属杯，在该金属杯中至少设有麦克风膜和驱动电路。优选也在该金属杯中设置接口电路。所述金属优选为铝。这种设置金属杯的方式屏蔽了驱动电路和接口电路以隔离干扰性的电磁辐射。铝可以低消耗地通过压制合适地成型。
根据本发明的麦克风的另一种实施方式规定，接口电路设计为用于接收外部时钟信号并将该外部时钟信号提供给驱动电路。由此带来的优点在于，尽管多个麦克风的驱动电路连接在分离的麦克风罩中并且与数据总线上的分离的接口电路相连，仍能够使得这些驱动电路同步。所述时钟信号可以是数据总线的总线时钟信号。然后可以舍弃额外的时钟发生器。
如上所述，本发明也涉及一种机动车。这种机动车优选是乘用车。根据本发明的机动车具有包括多个麦克风的麦克风布置结构，所述麦克风分别展示了根据本发明的麦克风的实施方式。所有麦克风都通过一共同的总线线路与中央接收单元相连。麦克风分别产生关于相应局部采集的声音的总线信号并且将其在总线线路上的总线信号组合为可以由中央接收单元接收的时分复用信号。然后信息娱乐系统可以接收麦克风信号作为音频输入信号并且进行进一步处理。
根据本发明的机动车具有如下优点，即多个单个麦克风可以分布在一个机动车内部空间内，例如分布在车内天花板中，并且在此仅须为每个麦克风提供少量结构空间。总线线路也可以非常简单地，特别是以较小的直径构造而成，因为所有麦克风都共同使用总线线路。麦克风布置结构因此也可以具有优良的可伸缩性，因为为了提供另一麦克风无须再敷设额外的麦克风到接收单元的完整线路。
这种麦克风信号然后可以由接收单元以最佳音频质量转发到信息娱乐系统。在这种意义上，机动车的一种优选实施方式如下设计，即接收单元构成选择电路。为此接收单元设计为用于，从所有麦克风的总线信号中提取各自的麦克风信号(即单个通过数据总线接收的数据包再次组合在一起)并且针对每个提取出的麦克风信号测定关于质量度量的值。然后将这个具有最大质量度量值的提取出的麦克风信号作为真正的音频输入信号转发到信息娱乐系统。由此以有利的方式确保了一直为信息娱乐系统提供具有最佳音频质量的那个麦克风信号。作为质量度量例如可以评估信噪比。此处所用的评估算法自身在现有技术中是已知的。例如可以通过对各自麦克风信号进行长期取平均值来测定安静水平并且然后在麦克风信号中发生水平变化时计算实际水平与所述安静水平的比例。当然也存在对每个麦克风信号的单独访问，从而也可以由多个麦克风信号构成一个组合信号，例如波束成形信号。
在信息娱乐系统内部可以设计为，将音频输入信号传输到信息娱乐系统的电话模块和/或语音识别模块。这些模块然后以具有较高音频质量的音频输入信号特别可靠地运行。
附图说明
下面再次借助具体的实施例阐述本发明。其中示出：
图1示出根据本发明的机动车的一种优选实施方式的示意图；
图2示出可以集成在图1的机动车中的根据本发明的麦克风的一种实施方式的示意图；和
图3示出可以集成在图2的麦克风中的接口电路的框形图。
这些实施例表示本发明的优选实施例。
具体实施方式
在图1中示出机动车10的俯视图，该机动车例如可以是乘用车。为了更好地定位而示出了车轮12和车门14的位置。音响主机16在机动车10中位于前部，例如位于中央控制台中或仪表板A下面，通过所述音响主机例如可以提供一个信息娱乐系统。音响主机16例如可以包括电话模块，即UTMS模块或LTE模块。音响主机16也可以包括语音识别模块。例如可以提供该模块为程序模块。为了用于打电话或语音识别而可以采集机动车10的乘员的语音信号，例如可以在机动车10的车内天花板中设置麦克风18、20。麦克风18、20例如可以设置在驾驶员座22、副驾驶座24和后排座26上方。麦克风18各自为根据本发明的麦克风的一种实施方式。麦克风20包括多个麦克风罩，所述麦克风罩通过一共同的印刷电路板彼此相连。麦克风20的确切构造不影响本发明的理解并且因此在此不再详述。
麦克风18相对较小并且因此可以不带任何问题地集成在车内天花板中。麦克风18产生数字输出信号，该数字输出信号通过共同的单个总线线路28使麦克风18、20与音响主机16的接收单元30相连。总线线路28例如可以是未屏蔽的双绞线。接收单元30例如可以是可在市场上购买到的A2B接收电路。
麦克风18，20各自可以通过总线线路28在各自分配的时隙内分段向接收单元30借助时分复用方法传输数字麦克风信号作为总线信号。麦克风18为此具有自己的接口电路，该接口电路能够将各自自己的数字麦克风信号插入时分复用信号中。与此相对地，麦克风20需要外置的接口电路，因为此处多个麦克风罩的麦克风信号必须在其可以被传输之前相互组合。这使得麦克风20相对较大。
下面借助图2和图3详细阐述单个麦克风18的构造。
图2对此示出单个的麦克风18。麦克风18可以具有麦克风罩32，该麦克风罩例如可以由铝制成。麦克风罩32具有一个声音输入开口34。麦克风罩32也可以具有多个声音输入开口。通过声音输入开口34，环境36的声音可以由(未示出的)麦克风膜到达麦克风罩32的内部。驱动电路38在麦克风膜运动时以公知的方式产生电信号。驱动电路38也可以包括数字化电路，借助该数字化电路，膜运动的模拟信号可以被转换为数字音频信号，例如I2S信号、PDM信号或PCM信号。为了实现相应的转换器电路可以采用公知的技术。
驱动电路38传输代表声音信号的数字信号到接口电路40，该接口电路使得驱动电路38和麦克风18的连接件42耦合，通过该连接件使得麦克风18与总线线路28的导引到接收单元30的那个部段电连接。麦克风18的额外的连接件44与总线线路28的导引到另一麦克风18的那个部段电连接。连接触点42、44例如可以是插脚，所述插脚由线缆构成。为了更好的可视性而示出总线线路28的线缆28’、28”。
接口电路40可以具有电路板或印刷电路板46，在其上可以设置用于将数据传输到接收单元30的通信模块48和用于通过连接件44接收数据的通信模块50。此处为圆形的印刷电路板46的直径D例如可以为15mm。由印刷电路板16、46的厚度和在其上设置的模块48、50、52的高度组合而成的高度H例如可以是4至5mm。配设的元件48、50、52例如可以具有直至3mm的高度。在图2中未示出用于接口电路40和驱动电路38的支撑元件。
通信模块48、50可以通过总线驱动器52耦合。驱动电路38也可以与总线驱动器52耦合。总线驱动器52例如可以是A2B模块。
通信模块48、50和总线驱动器52的示例性布置结构在图3中示出。此外，为了阐述本发明还同样以其相对于所述模块的位置和大小示出了不重要的构件。通信模块48，50可以通过总线驱动器52使数据依次通过麦克风18，从而也可以为通过连接件44向接口电路40发送数据的其它麦克风而通过所述依次通过将这些数据转发到接收单元30。接收单元30的诊断询问也可以沿相反的方向依次通过。
总线驱动器52此外还可以将驱动电路38的数据插入数据流中。例如此处可以涉及时分复用方法。特别适用的是总线标准A2B，从而在麦克风18和麦克风20的示出的级联电路(菊花链)中将具有足够高采样率的(例如8kHz或16kHz)的所有麦克风的数字化音频数据传输到接收单元30。然后在接收单元30中可以由麦克风18、20的足以达到预定质量标准的信号——即例如最响的信号或具有最高SNR(信噪比)值的信号——转发到例如信息娱乐系统16的电话模块或语音识别模块。
通过示例可以看到，总线接口的完整集成可以如何直接在麦克风的罩中实现。通过该接口使得麦克风罩连接到车辆总线、特别是A2B总线上。这在机动车中进行麦克风的设置和布线时提供了更多的灵活性。

Claims (15)

1.一种用于在机动车(10)中采集声音的麦克风(18)，该麦克风具有：
-麦克风罩(32)，该麦克风罩具有至少一个声音输入开口(34)；
-在麦克风罩(32)中设置的麦克风膜(38)；
-在麦克风罩(32)中设置的、用于根据麦克风膜的运动产生单个电膜信号的驱动电路(38)；
-能够从麦克风罩(32)外部触及地设置的并且与麦克风罩(32)相连的连接触点(42)，用于输出电麦克风信号；
其特征在于，
接口电路(40)，该接口电路同样在所述麦克风罩(32)中设置并且设计为用于将驱动电路(38)的单个膜信号转换为根据预定的总线标准的数字总线信号，并且将该总线信号作为麦克风信号通过连接触点(42)输出到数据总线(28)。
2.根据权利要求1所述的麦克风(18)，其中，所述接口电路(40)设计为用于通过以下方式产生总线信号：该接口电路将麦克风信号接入数据总线(28)的时分复用信号中。
3.根据权利要求1或2所述的麦克风，其中，所述接口电路(40)设计为用于通过数据总线(28)双向通信并且在此接收诊断询问，以及根据麦克风(18)的元件的功能性能产生诊断消息。
4.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风，其中，设有两个输出插脚(42)作为用于输出麦克风信号的连接触点(42)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风，其中，除了用于输出麦克风信号的连接触点(42)之外，用于接收根据权利要求1的另一麦克风的总线信号的输入触点(44)也设置在麦克风罩(32)上，接口电路(40)设计为用于使得接收到的总线信号依次通过到达连接触点(42)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风，其中，所述接口电路(40)设计为用于产生根据A2B总线标准的总线信号。
7.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风(18)，其中，所述麦克风膜通过MEMS提供。
8.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风(18)，其中，所述驱动电路(38)和接口电路(40)通过连接触点(42)幻象供电。
9.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风(18)，其中，所述驱动电路(38)具有放大器电路和连接在该放大器电路下游的转换器电路，其中，放大器电路设计为用于根据麦克风膜的运动产生电模拟信号，转换器电路设计为用于由模拟信号产生I2S信号或PDM信号或PCM信号。
10.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风(18)，其中，所述麦克风罩(32)包括金属杯，在该金属杯中至少设有麦克风膜和驱动电路(38)。
11.根据权利要求10所述的麦克风(18)，其中，在所述金属杯中也设有接口电路(40)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风(18)，其中，所述接口电路(40)设计为用于接收外部时钟信号并将该外部时钟信号提供给驱动电路(38)。
13.一种具有包括多个麦克风(18)的麦克风布置结构的机动车(10)，该多个麦克风分别根据前述权利要求中任一项所述地设计，其中，所有麦克风(18)都通过一共同的总线线路(28)与中央接收单元(30)相连并且设计为用于通过总线线路(28)将麦克风的各自的总线信号作为时分复用信号传输到接收单元(30)。
14.根据权利要求13所述的机动车(10)，其中，所述接收单元(30)与信息娱乐系统(16)耦合，该信息娱乐系统设计为用于处理音频输入信号，其中，接收单元(30)设计为用于，从所有已接收的总线信号中分别提取麦克风信号并且针对每个提取出的麦克风信号测定关于质量度量的值并且将具有最大值的提取出的麦克风信号作为音频输入信号转发到信息娱乐系统(16)。
15.根据权利要求14所述的机动车(10)，其中，所述信息娱乐系统(16)包括电话模块和/或语音识别模块，该电话模块和/或语音识别模块分别与用于接收音频输入信号的接收单元耦合。
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