CN105874818A - 具有用作第二麦克风的扬声器的装置 - Google Patents
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Abstract
一种装置包括：至少一个第一麦克风，其具有第一声学灵敏度，用于提供第一麦克风信号；以及第二麦克风，其具有较低的第二声学灵敏度，用于提供第二麦克风信号，该装置还包括：信号处理器，其被构建成处理将要记录和/或发送的第一麦克风信号；以及过载检测器，其用于检测第一麦克风信号的过载，并且其中，在检测到过载的情况下，信号处理器被构建成在检测第一麦克风信号的过载的时间段期间处理第二麦克风信号以代替将要记录和/或发送的第一麦克风信号，该装置还包括：至少一个第一扬声器，其被构建成在第一扬声器的扬声器模式下接收第一扬声器信号并将其转换为声音，同时该装置被构建成在第一扬声器的麦克风模式下将第一扬声器用作第二麦克风。
Description
技术领域
本发明一般地涉及一种装置，该装置包括：至少一个第一麦克风，其具有第一声学灵敏度用于提供第一麦克风信号；以及第二麦克风，其具有较低的第二声学灵敏度用于提供第二麦克风信号。
背景技术
文件WO 2010/039437 A1在移动电话的实施方式中公开了这种装置。该移动电话包括提供四种不同的麦克风信号的四个麦克风。为了改善对着该移动电话说话的使用者的语音信号的质量，该移动电话包括动态选择麦克风信号以进一步处理提供具有最佳质量的语音主导信号的麦克风选择算法。其它未被选择的麦克风的麦克风信号用于捕获和识别背景噪声。信号处理器使用关于实际背景噪声的信息来提高信噪比，以改善利用所选择的麦克风捕获的语音信号的质量。
该移动电话还包括用于给出关于移动电话的位置和运动的指示的加速计。该信号处理器使用加速计的该信息来改善关于使用四个麦克风的麦克风信号中的哪一个的决定。移动电话还包括用于将扬声器信号转换为声音的扩音器、听筒扬声器和耳机。
像在WO 2010/039437 A1中描述的利用移动电话的测试已经揭示了，在一些特定使用情况下(如在有风的环境中或当使用者以一种麦克风过载的特殊方式说出有爆破音的话语时)，由信号处理器提供的语音信号的质量仍然较差。此外，用于连续检测四个麦克风信号中的哪一个麦克风信号包括最佳语音主导信号的算法是复杂的并且需要大量的处理能力，同时其仅仅提供较差的结果。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种如例如移动电话的装置，该装置在如有风的环境中或当使用者说出有爆破音的话语的使用情况下，提供一种具有较好质量的、将要记录和/或转换的改进的麦克风信号，而无需将额外的麦克风添加至该装置。该目的可以通过一种装置实现，该装置还包括：信号处理器，其被构建成处理将要记录和/或发送的第一麦克风信号；以及过载检测器，其用于检测第一麦克风信号的过载，并且其中，信号处理器被构建成在检测到过载的情况下在检测第一麦克风信号的过载的时间段期间处理第二麦克风信号以代替将要记录和/或发送的第一麦克风信号，该装置还包括：至少一个第一扬声器，其被构建成在第一扬声器的扬声器模式下接收扬声器信号并将其转换为声音，同时该装置被构建成在第一扬声器的麦克风模式下将第一扬声器用作第二麦克风。
如移动电话或听写机的装置的扬声器可以用作具有低声学灵敏度的麦克风。在需要用听写机捕获和记录声音的如听写机的装置的模式中，但是扬声器不在其扬声器模式下使用，该扬声器可以用作提供额外麦克风信号的麦克风。目前，由于移动电话包括一个以上的扬声器，而根据由使用者选择的扬声器模式，绝大部分时间仅有一个扬声器是激活的，在移动电话中可用的其它一个或两个扬声器可以在它们的麦克风模式下使用以提供在第一麦克风信号过载的情况下要切换到的额外的第二麦克风信号。
参照下文描述的实施方式，本发明的这些和其它方面将变得明显并得到阐述。本领域技术人员应该理解，可以组合各个实施方式。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一实施方式的包括麦克风和用作低灵敏度麦克风的两个扬声器的移动电话的部分。
图2示出了根据本发明的第二实施方式的包括用作低灵敏度麦克风的扬声器的移动电话的部分。
图3示出了根据本发明的第三实施方式的包括用作低灵敏度麦克风的扬声器的移动电话的部分。
图4示出了在其麦克风模式下使用的扬声器的声学灵敏度的仿真结果。
图5示出了针对不同声道的扬声器的声学灵敏度的仿真结果。
图6示出了针对固定声道但不同分流电阻器的扬声器的声学灵敏度的仿真结果。
具体实施方式
图1示出了包括用于提供第一麦克风信号MS1的第一麦克风2和用于放大第一麦克风信号MS1的麦克风输入放大器3的移动电话1的部分。移动电话1还包括信号处理器4，该信号处理器4被构建成处理第一麦克风信号MS1以改善信噪比并且以用于进一步处理第一麦克风信号MS1的格式提供第一麦克风信号MS1作为输出信号OS。输出信号OS可以被记录在移动电话1中或外部的存储介质上，或可以通过电话网络由移动电话1发送至另一移动电话。
移动电话1还包括第一扬声器5，其被保持在靠近使用者的耳朵以倾听作为输入信号IS从移动电话1的存储介质或通过电话网络从另一移动电话接收的第一扬声器信号SS1的声音。信号处理器4对输入信号IS进行处理并且经由扬声器输出放大器6将第一扬声器信号SS1提供至第一扬声器5。
移动电话1还包括用于检测第一麦克风信号MS1的过载的过载检测器7。如果第一麦克风信号MS1的信号电平超过过载信号电平(例如，该过载信号电平可以是120dB SPL(与20μPa的听觉阈值相关的声压级)，则检测到过载。在这样的情况下，第一麦克风2重载(override)并且由第一麦克风2捕获的第一麦克风信号MS1将不提供有用的麦克风信号。
如果过载检测器7检测到第一麦克风信号MS1的过载，则信号处理器4被构建成在检测第一麦克风信号MS1的过载时间段期间处理第二麦克风信号以代替将要记录和/或发送的第一麦克风信号MS1。为了避免移动电话1针对单独的第二麦克风的额外成本，移动电话1被构建成在第一扬声器5的麦克风模式下将第一扬声器5用作第二麦克风。这在第一扬声器5不在其扬声器模式下用作扬声器以为使用者提供声音的使用情况下是可能的。在麦克风模式下，第一扬声器5提供第一扬声器麦克风信号SMS1以由信号处理器4进一步处理。
移动电话1包括在免提扬声器电话模式下使用以向移动电话1的一个或多个使用者提供声音的第二扬声器8。如果由使用者选择免提扬声器电话模式，则第二扬声器8将在其扬声器模式下使用，并且提供在从移动电话1的存储介质或通过电话网络的从另一移动电话的输入信号IS中接收的第二扬声器信号SS2的声音。如果使用者不选择免提扬声器模式，那么第二扬声器8将不在其扬声器模式下使用，并且因此可以在其麦克风模式下作为第二麦克风使用以提供第二扬声器麦克风信号SMS2。移动电话1包括控制电路9，切换该控制电路9以在扬声器模式下使用第一扬声器5或第二扬声器8，而第一扬声器5或第二扬声器8中的另一方在扬声器的麦克风模式下用做第二麦克风。
移动电话1还包括扬声器开关10，该扬声器开关10用于在第一扬声器5和第二扬声器8的扬声器模式下将它们的扬声器接触件与扬声器输出放大器6连接，并且在它们的麦克风模式下与麦克风输入放大器11连接。麦克风输入放大器11被构建成放大由第一扬声器5或第二扬声器8在它们的麦克风模式下提供的扬声器麦克风信号SMS1和SMS2。信号处理器4被构建成在过载检测器7检测到第一麦克风信号MS1的过载的时间段期间以记录和或发送的方式处理第一扬声器麦克风信号SMS1和第二扬声器麦克风信号SMS2以用第二麦克风信号代替第一麦克风信号MS1。
这提供的优势在于，在第一麦克风信号MS1仅提供劣质声学信息的仅持续几毫秒或甚至几分钟的时间段内，第一麦克风信号MS1由输出信号OS中的第二麦克风信号MS2代替。因为第二麦克风5或8包括比第一麦克风2低的声学灵敏度，所以第二麦克风5或8将不会重载，并且改善了输出信号OS中的声学信息的质量。
测试已经示出了，在将被捕获的语音或声音被风噪声覆盖的有风的环境的情况下以及在移动电话1的使用者在麦克风过载的特殊方式下说出爆破音的话语的情况下，第一麦克风被过载短或较长的时间段。信号处理器4被构建成在第一麦克风1与在其麦克风模式下的第一扬声器5或第二扬声器8之间动态地切换，以选择哪一个麦克风信号被用于进一步处理。这使在输出信号OS中的声音信息的持续的高质量成为可能。
在另一实施方式中，过载检测器7被构建成检测在特定频率范围内的第一麦克风信号MS1的信号电平是否超过频率范围专有过载信号电平。例如，风噪声的影响不仅是在例如1Hz至100Hz的很低的频率的区域内响亮，而且可以使麦克风隔膜偏转至不同的操作点，导致麦克风语音记录性能下降方式。影响低频率的这些操作点最常被高通滤波器过滤出来以便防止麦克风信号的过载，然而在其它频率范围(例如，语音)中发现的信号分量的退化(degradation)仍然存在。因此，在第一麦克风信号MS1处测量的针对很低的频率的过载条件需要显著较低的信号电平或振幅。过载条件不限制于固定的信号电平或一系列频率依赖信号电平，但是可以借助于信号处理单元4扩展至第一麦克风信号的时频分析。
在另一实施方式中，如果，例如，靠近装置或移动电话的机器在例如10kHz至11kHz的频率范围内制造噪声，则该频率范围可以用于检测第一麦克风2的过载。对于该特定的情况，可以以将抑制在10kHz和11kHz之间的频率范围的第一麦克风信号MS1与带通第二麦克风信号SMS2混合的方式对信号处理单元4进行编程。
对于扬声器输出放大器，出于成本、性能和效率的原因，使用D类放大器已经被证明是有益处的。
经由连接件12将控制电路9连接至移动电话1的主控制器以切换以在扬声器模式下使用第一扬声器5或第二扬声器8，而第一扬声器5或第二扬声器8中的另一方在扬声器的麦克风模式下用作第二麦克风。该主控制器控制由使用者选择的移动电话1的模式并且将是否选择免提扬声器模式的信息提供至控制电路9。在参照图2更详细地解释的另一有利的实施方式中，在控制电路9和主控制器之间没有这样的连接件12，但是控制电路9检测信号处理器4是否提供了用于第一扬声器5的第一扬声器信号SS1或用于第二扬声器8的第二扬声器信号SS2。接收扬声器信号的该扬声器处于其扬声器模式下，并且因此两个扬声器中的另一个扬声器处于其麦克风模式下并且用作第二麦克风。该自动检测降低了移动电话的硬件成本和复杂性。
信号处理器4处理一种算法使得能够用第一扬声器麦克风信号SMS1或第二扬声器麦克风信号SMS2作为具有最小失真的第二麦克风信号来代替第一麦克风信号MS1。这包括切换算法，其首先使麦克风信号SMS1或SMS2的信号电平适应于第一麦克风信号SMS1并且其次最小化这些信号之间的相位差。凭借切换噪声的非可听性，在零交叉时的切换得到最佳结果。在更优选的实施方式中，信号处理器4被构建成当在第一麦克风信号和第二麦克风信号之间切换时进行交叉渐变(cross fade)。此外，这减小了在切换时的任何失真。
图2公开了根据本发明的进一步的实施方式的第一扬声器5和将其与信号处理器4连接的元件。在该实施方式中，扬声器开关10由分流电阻器13和调节分流电阻器13的欧姆电阻的控制电路14代替。控制电路14检测是否存在来自信号处理器4的第一扬声器信号SS1，并且将分流电阻器13的电阻减小至约零欧姆以确保第一扬声器5在其扬声器模式下的完整的声级。如果控制电路14检测到不存在来自信号处理器4的第一扬声器信号SS1，那么控制电路14在扬声器阻抗的范围内增加分流电阻器13的电阻以确保第一扬声器麦克风信号SMS1没有被扬声器输出放大器6短路，并确保其进入麦克风输入放大器11。
图3公开了根据本发明的进一步实施方式的第一扬声器5和将其与信号处理器4连接的元件。在该实施方式中，扬声器开关10由分流电阻器13和调节分流电阻器13的欧姆电阻的控制电路14修改。控制电路14检测是否存在来自信号处理器4的第一扬声器信号SS1并且切换至处于其扬声器模式的第一扬声器5。如果控制电路14检测到不存在来自信号处理器4的第一扬声器信号SS1，那么控制电路14切换至麦克风输入放大器11且调节分流电阻器13的电阻以调节如从图4可见的频率响应。
由于麦克风是基于静电麦克风原理的而扬声器是基于电动扬声器原理的，所以在其麦克风模式下使用的扬声器的麦克风信号需要一些额外的信号处理。通过声学灵敏度和频率响应优化动态麦克风。图4至图6公开了基于声音很大的声压级(120dB)的仿真来在特定使用情况下支持实际麦克风。
图4示出了麦克风声学灵敏度[V]对比于频率[Hz]的仿真，其中，安装在封闭盒中的第二扬声器8在其麦克风模式下使用。在正常电话操作(非免提模式)中，声音传播至未在其扬声器模式下使用的第二扬声器8的膜。使用具有1ccm后部体积的封闭盒中的矩形扬声器(13x18x4.5mm)。当扬声器暴露于120dB的声压级时，不同的曲线表示放大器的输入阻抗(1Ω、10Ω、100Ω和1,000Ω)。请注意品质因数和输入阻抗的依赖性。
图5示出了其中第一扬声器5在免提模式下用作第二麦克风的仿真。由于应该靠近使用者的耳朵保持第一扬声器5，所以第一扬声器5经常不被设置在扬声器盒中。这样的设置方式需要不同地建模，这是由于声音从前侧和后侧接近第一扬声器。至第一扬声器5的开放的背侧的路径导致不同的频率响应。建模的是具有5mm(曲线15)的端口距离(前-后)、2cm(曲线16)和5cm(曲线17)直到10cm(曲线18)的两个路径。所有的仿真都是利用1kΩ的输入阻抗来进行。
图6示出了利用图5的设置方式对麦克风声学灵敏度[V]对比于频率[Hz]的仿真，但是其中路径被恒定保持在1cm的长度。当放大器的输入阻抗被设定为1Ω(曲线19)、32Ω(曲线20)、320Ω(曲线21)、1000Ω(曲线22)时，第一扬声器5在其麦克风模式下的声学灵敏度显著下降。
基于这些仿真结果，麦克风输入放大器11的高阻抗改善了第二麦克风信号的质量。因此，有利的是增加分流电阻器13的欧姆电阻超过常规的扬声器阻抗的值(例如，500Ω、1kΩ或甚至更大)。
在另一实施方式中，该装置是听写机以利用该听写机捕获并记录声音。在记录模式期间，扬声器不在其扬声器模式下使用，并且因此，扬声器可以被用作提供额外的麦克风信号的第二麦克风。本领域的技术人员应该理解的是，存在可以以相同的方式利用本发明的许多其它装置。
在另一实施方式中，该装置包括在其外壳的不同部分上的三个或更多个扬声器。该装置将选择在其麦克风模式下使用的扬声器以提供最接近于将要记录或发送的声音的第二麦克风信号。
Claims (11)
1.一种装置，所述装置包括：
第一麦克风，其用于提供第一麦克风信号，所述第一麦克风具有第一声学灵敏度；
第二麦克风，其用于提供第二麦克风信号，所述第二麦克风具有低于所述第一麦克风的所述第一声学灵敏度的第二声学灵敏度；
信号处理器，其被配置为处理将要记录和/或发送的所述第一麦克风信号；以及
过载检测器，其被配置为检测所述第一麦克风信号的过载，其中，所述信号处理器被配置为处理所述第二麦克风信号，并且当所述第一麦克风信号的过载被检测到时，被配置为在所述第一麦克风信号的所述过载被检测到的时间段期间用所述第二麦克风信号代替将要记录和/或发送的所述第一麦克风信号。
2.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括第一扬声器，所述第一扬声器当处于扬声器模式时被配置为接收第一扬声器信号并且将所述第一扬声器信号转换为声音，并且当处于麦克风模式时被配置为作为所述第二麦克风来操作。
3.根据权利要求1所述的装置，所述装置包括：至少一个第二扬声器以及控制电路，所述控制电路切换以在所述扬声器模式下使用所述第一扬声器或所述第二扬声器，而所述第一扬声器和所述第二扬声器中的另一方在所述扬声器的所述麦克风模式下被用作第二麦克风。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，在信号电平超过过载信号电平的情况下或者如果在特定频率范围内所述第一麦克风信号的所述信号电平超过频率范围专有过载信号电平，则所述过载检测器检测出所述第一麦克风信号的所述过载。
5.根据权利要求2所述的装置，所述装置包括：扬声器输出放大器，优选地D类放大器，所述扬声器输出放大器用于放大在所述第一扬声器或所述第二扬声器的扬声器模式下提供至所述第一扬声器或所述第二扬声器的所述扬声器信号，并且所述装置包括：麦克风输入放大器，所述麦克风输入放大器用于放大由所述第一扬声器或所述第二扬声器在它们的麦克风模式下提供的扬声器麦克风信号，并且所述装置包括：
扬声器开关，所述扬声器开关用于在所述第一扬声器和所述第二扬声器的扬声器模式下将所述第一扬声器和所述第二扬声器的扬声器接触件与所述扬声器输出放大器连接，并且在它们的麦克风模式下与所述麦克风输入放大器连接。
6.根据权利要求2所述的装置，所述装置包括：扬声器输出放大器，优选地D类放大器，所述扬声器输出放大器用于放大在所述第一扬声器或所述第二扬声器的扬声器模式下提供至所述第一扬声器或所述第二扬声器的所述扬声器信号，并且所述装置包括：
麦克风输入放大器，该麦克风输入放大器用于放大由所述第一扬声器或所述第二扬声器在它们的麦克风模式下提供的所述扬声器麦克风信号，并且所述装置包括：
分流电阻器，该分流电阻器被布置在所述扬声器输出放大器的输出端与所述第一扬声器或所述第二扬声器的所述扬声器接触件之间，其中，所述控制电路被布置成在所述扬声器模式下将所述分流电阻器的阻抗值切换至约零，并且在所述第一扬声器或第二扬声器的所述麦克风模式下切换至多达约10k欧姆的所述扬声器的扬声器阻抗。
7.根据权利要求1所述的装置，所述装置包括：
扬声器输出放大器，优选地D类放大器，所述扬声器输出放大器用于放大在所述第一扬声器或所述第二扬声器的扬声器模式下提供至所述第一扬声器或所述第二扬声器的所述扬声器信号，并且所述装置包括：
麦克风输入放大器，其用于放大由所述第一扬声器或所述第二扬声器在它们的麦克风模式下提供的所述扬声器麦克风信号，并且所述装置包括：
分流电阻器，其被布置在地和所述麦克风输入放大器的输入端之间，其中，所述控制电路被布置为调节所述分流电阻器的阻抗值，以修改从所述第一扬声器或所述第二扬声器获得的所述麦克风信号的所述频率响应。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，所述信号处理器被构建成当在所述第一麦克风信号和所述第二麦克风信号之间切换时，处理来自所述第一扬声器的所述第二麦克风信号以在最小失真的情况下代替所述第一麦克风信号。
9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述信号处理器被构建成当在所述第一麦克风信号和所述第二麦克风信号之间切换时进行交叉渐变。
10.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一扬声器是被构建成靠近人耳使用的扬声器，并且其中，所述第二扬声器是用于所述装置的免提方式的扬声器。
11.根据权利要求2所述的装置，所述装置被实现为移动电话并且包括在上行链路信道和下行链路信道中传递语音和数据信号的通信装置。
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