CN114556968A - 用于电话会议的带有挡板的二阶梯度麦克风系统 - Google Patents

用于电话会议的带有挡板的二阶梯度麦克风系统 Download PDF

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Abstract

一种音频设备，其包括外壳，所述外壳具有侧面，所述侧面面向所述外壳的外部，所述外壳还具有设置在所述侧面上的第一安装位置。所述侧面具有第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述第一安装位置与所述第二部分相反。所述音频设备还包括设置在所述第一部分上的第一全向麦克风。所述音频设备还包括设置在所述第一安装位置上的第二麦克风。所述第二麦克风可以是二阶麦克风。所述二阶麦克风具有一阶麦克风，所述一阶麦克风设置在安装在距所述第一安装位置一距离处的第一平台内。所述音频设备还包括设置在所述第二部分上的第一扬声器。所述第一扬声器进一步被设置成使得所述第一扬声器的音频输出落入所述第二麦克风的空位内。

Description

用于电话会议的带有挡板的二阶梯度麦克风系统
背景技术
电话会议设备被普遍使用，使得位于远处的人们可以在不使用手持设备的情况下进行会议。电话会议设备的麦克风和扬声器两者位于电话会议设备上。因此，可能会出现噪音和反馈两者的问题，从而降低声音的质量。例如，扬声器投射的音频可能会被反馈到麦克风中，其然后传回给正在讲话的远程人。换句话说，远端语音通过近端麦克风阵列返回到远端。同样，当使用二阶麦克风检测低于特定频率阈值的音频信号时，可能会出现音频噪声异常。
发明内容
一般来说，在一个方面，一个或多个实施例涉及音频设备。所述音频设备包括外壳，所述外壳具有侧面，所述侧面面向所述外壳的外部，所述外壳还具有设置在所述侧面上的第一安装位置。所述侧面具有第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述第一安装位置与所述第二部分相对。所述音频设备还包括设置在所述第一部分上的第一全向麦克风。所述音频设备还包括设置在所述第一安装位置上的第二麦克风。所述第二麦克风可以是二阶麦克风。所述二阶麦克风具有一阶麦克风，所述一阶麦克风设置在安装在距所述第一安装位置一距离处的第一平台内。所述音频设备还包括设置在所述第二部分上的第一扬声器。所述第一扬声器进一步被设置成使得所述第一扬声器的音频输出落入所述第二麦克风的空位内。
一个或多个实施例还涉及处理音频信号的方法。所述方法包括在音频设备处接收声音信号作为输入信号。所述音频设备包括全向麦克风和第一二阶麦克风。所述方法还包括将所述全向麦克风用于高于大约四千赫的频率以产生高通输出。所述方法还包括将所述第一二阶麦克风用于低于大约四千赫的频率以产生低通输出。所述方法还包括将所述高通输出和所述低通输出相加以产生净输出。所述方法还包括处理所述净输出。
一个或多个实施例还涉及制造方法。所述制造方法包括制造外壳，所述外壳包括侧面，所述侧面面向所述外壳的外部。所述外壳还包括设置在所述侧面上的第一安装位置。所述侧面具有第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述第一安装位置与所述第二部分相反。所述制造方法还包括将第一全向麦克风连接到所述第一部分。所述制造方法还包括将第二麦克风连接到所述第一安装位置。所述第二麦克风包括二阶麦克风。所述二阶麦克风包括一阶麦克风，所述一阶麦克风设置在安装在距所述第一安装位置一距离处的第一平台内。所述制造方法还包括连接设置在所述第二部分上的第一扬声器。所述第一扬声器进一步被设置成使得所述第一扬声器的音频输出落入所述第二麦克风的空位内。
根据以下描述和所附权利要求，本发明的其他方面将是显而易见的。
附图说明
图1A和图1B示出根据本发明的一个或多个实施例的音频设备和用于音频设备的参考轴。
图2A和图2B示出根据本发明的一个或多个实施例的使用图1A和图1B所示的音频设备处理音频信号的方法。
图3、图4和图5示出根据本发明的一个或多个实施例的电话会议音频设备的示例。
图6示出根据本发明的一个或多个实施例的在图3所示的音频设备或图3至图5所示的电话会议音频设备中使用的二阶麦克风的示例。
图7示出二阶麦克风(诸如图6中所示的二阶麦克风)中的音频接收的极坐标图的图表。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明的具体实施例进行详细描述。为了一致起见，各附图中相同的元件用相同的附图标记表示。
在本发明的实施例的以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更彻底理解。然而，对于本领域的普通技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述众所周知的特征件，以避免不必要地使描述变得复杂。
在整个申请中，序数(例如，第一、第二、第三等)可以用作元件(即应用中的任何名词)的形容词。序数的使用并不暗示或产生元件的任何特定顺序，也不将任何元件限制为仅仅是单个元件，除非明确公开，诸如通过使用术语“之前”、“之后”、“单一”和其他此种术语。相反，序数的使用是为了区分元件。举例来说，第一元件不同于第二元件，并且第一元件可以包含多于一个元件，并且在元件的顺序中在第二元件之后(或之前)。
在整个申请中，术语“约”在用于可测量的物理性质时，是指由本领域普通技术的工程师或制造技术人员预期或确定的工程公差。具体地，术语“约”是指物理性质完全满足或在工程公差内。工程公差的准确量化程度取决于所生产的产品和所测量的技术特性。对于非限制性示例，如果两个角度的值在彼此的百分之十以内，则两个角度可以“大约全等”。然而，如果工程师确定特定产品的工程公差应该更严格，那么“大约全等”可能是两个角度具有彼此相差百分之一以内的值。同样，在其他实施例中可以放宽工程公差，使得“大约全等”的角度具有彼此相差百分之二十以内的值。
一般而言，本发明的实施例涉及改进的音频设备，并且具体地，涉及改进的电话会议系统。一个或多个实施例拒绝由从系统的扬声器发出的远端音频引起的不期望的音频反馈，同时在系统的麦克风处为近端用户提供高保真接收。一个或多个实施例还通过使用麦克风的组合来检测接收到的音频信号的不同频谱来减少不期望的噪声或音频信号异常。因此，通过使用麦克风的组合，远端的讲话者将很少听到或听不到反馈到系统中的讲话者自己的声音，并且近端的讲话者对远端的听众来说听起来很清晰。
“近端”是指音频设备所在的第一物理位置。术语“远端”是指远离音频系统的第二物理位置。可能存在多个“远端”位置。近端的音频设备与远端的第二音频设备通信连接，诸如通过有线介质和/或无线介质与音频和视频电子信号和/或光信号通信连接。
图1A示出根据本发明的一个或多个实施例的音频设备(100)。音频设备(100)是至少能够进行音频通信的电话会议系统。此外，音频设备可以能够进行视觉通信(例如，发送视频内容和/或接收视频内容)。音频设备(100)具有外壳(102)。外壳(102)是保护音频设备的硬件的壳体。外壳(102)可以是用于保持或安装音频设备(100)的其他组件的任何合适的材料，诸如但不限于塑料、金属、复合材料等。
外壳(102)具有可以面向在近端的用户的面对侧(104)。当音频设备安装在表面(106)上，诸如在桌子或书桌上时，面对侧(104)面向用户并且可以具有垂直于表面并且通常面向近侧用户的取向。然而，面对侧(104)可以相对于表面成角度。外壳(102)可以附接到壁或其他垂直或成角度的表面。不管外壳(102)如何安装或外壳(102)如何搁置在表面(106)上，面对侧(104)通常将面向近端用户。
面对侧(104)可具有多种尺寸和形状，但具有由第一轴线(108)、第二轴线(110)和第三轴线(112)限定的取向。由图1A中的点表示的第一轴线(108)垂直于面对侧(104)并且被取向成朝向外壳(102)内部和外部。在图1A中，第一轴线垂直于页面并延伸出页面。第二轴线(110)平行于面对侧(104)并垂直于第一轴线(108)。第三轴线(112)平行于面对侧(104)并且垂直于第一轴线(108)和第二轴线(110)两者。如果外壳(102)搁置在大约平行于地面的表面(106)(诸如平坦的桌子或书桌)上，则第一轴线(108)通常指向近端用户，第二轴线(110)垂直取向，并且第三轴线(112)水平取向。这些轴线的示例在图3至图5中示出。
面对侧(104)包括至少第一部分(114)、至少第二部分(116)和至少第一安装位置(118)。第一安装位置(118)设置在第一部分(114)和第二部分(116)之间。这种布置也在图3中示出。
第一安装位置(118)可以由至少一个第一壁(120)限定，尽管可以是麦克风可以安装在其上的任何物理平台或连接器。使用术语“至少一个第一壁”，因为第一安装位置(118)可以由弯曲的单个壁限定，或者可以由在拐角处彼此相交的多个表面限定。在后一种情况下，第一壁(120)直接连接到面对侧(104)的第一部分(114)。
在任一情况下，第一壁(120)可以向内设置到外壳(102)中或向外远离外壳(102)设置。换句话说，第一安装位置(118)可以嵌入到外壳中，或者可以从外壳向外突出，尽管在另一个实施例中可以与面对侧(104)齐平。不管第一安装位置(118)向内、向外设置还是与面对侧(104)齐平，第一壁(120)都可以相对于第一轴线(108)以第一锐角(122)设置。如果第一壁(120)是弯曲的，则第一锐角(122)被限定在第一部分(114)和第一壁(120)的相交处。第一安装位置(118)以锐角向内设置到外壳(102)中的示例在图3至图5中示出。
全向麦克风(124)设置在面对侧(104)的第一部分(114)上。“布置在......上”是指任何直接或间接的安装方案，包括胶合、与另一个组件的整体形成、螺栓连接、拧紧、钉合、夹住、张力装配、安装或用于将组件固定在一起的任何其他合适的方法。虽然其他类型的麦克风可以设置在面对侧(104)的第一部分(114)上，但是可以使用如下文进一步描述的全向麦克风以帮助反馈抑制。
第二麦克风(126)设置在第一安装位置(118)的第一壁(120)上。第二麦克风(126)是二阶麦克风，其示例在图6中示出。如图6所示，第二麦克风(126)可以包括平台，也称为挡板，其安装在距第一壁(120)的一定距离处并且大致平行于第一壁(120)。所述平台可以是直径约1.5英寸的盘，在这种情况下，距第一壁(120)的距离可以是约0.45英寸。一阶麦克风(诸如但不限于心形驻极体胶囊(cardioid electret capsule))可以设置在平台中。平台可以具有其他形状和尺寸，并且可以与第一壁(120)分开其他距离。虽然其他类型的麦克风可以设置在第一安装位置(118)的第一壁(120)上，但是可以使用如下文进一步描述的二阶麦克风以帮助反馈抑制。
扬声器(128)设置在面对侧(104)的第二部分(116)上。扬声器(128)可以是能够将电信号或光信号转换成音频波的任何扬声器。在音频设备(100)是电信设备的情况下，扬声器(128)至少用于投射从远端传送的语音或其他声音。
音频设备(100)可以具有附加的部分和安装位置。例如，外壳(102)可以具有相对于面对侧(104)设置的第二安装位置(130)。第二安装位置(130)可以相对于第一部分(114)与第一安装位置(118)相反。外壳(102)还可以具有相对于第一部分(114)与第二部分(116)相反设置的第三部分(132)(即，以类似于图1所示的布置)。
第二安装位置(130)可以由至少一个第二壁(134)限定，尽管可以是麦克风可以安装在其上的任何物理平台或连接器。使用术语“至少一个第二壁”，因为第二安装位置(130)可以由弯曲的单个壁限定，或者可以由在拐角处彼此相交的多个表面限定。在后一种情况下，第二壁(134)直接连接到面对侧(104)的第一部分(114)，与第一安装位置(118)相反。
在任一情况下，第二壁(134)可以向内设置到外壳(102)中或向外远离外壳(102)设置。换句话说，第二安装位置(130)可以嵌入到外壳中，或者可以从外壳向外突出，尽管在另一个实施例中可以与面对侧(104)齐平。在一个实施例中，第二安装位置(130)在相对于外壳(102)向内或向外设置或与外壳(102)齐平方面可以不同于第一安装位置(118)来设置。不管第二安装位置(130)向内、向外设置还是与面对侧(104)齐平，第二壁(134)都可以相对于第一轴线(108)以第二锐角(136)设置。如果第二壁(134)是弯曲的，则第二锐角(136)被限定在第一部分(114)和第二壁(134)的相交处。第一安装位置(118)以锐角向内设置到外壳(102)中的示例在图3至图5中示出。
第二全向麦克风(未示出)可以设置在面对侧(104)的第一部分(114)上。三个或更多个全向麦克风，诸如微机电麦克风，可以设置在面对侧(104)的第一部分(114)上。
第三麦克风(138)可以设置在第二安装位置(130)的第二壁(134)上。第三麦克风(138)也可以是二阶麦克风，其示例也在图6中示出。如图6所示，第三麦克风(138)可以包括平台，也称为挡板，其安装在距第二壁(134)的一定距离处。虽然其他类型的麦克风可以设置在第二安装位置(130)的第二壁(134)上，但可以使用如下文进一步描述的二阶麦克风以帮助反馈抑制，并且相对于在第一安装位置(118)的第一壁(120)上仅使用单个二阶麦克风来改进音频接收覆盖角。
第二扬声器(140)可以设置在面对侧(104)的第三部分(132)上。第二扬声器(140)也可以是能够将电信号或光信号转换成音频波的任何扬声器。在音频设备(100)是电信设备的情况下，第二扬声器(140)也至少用于投射由其他电信设备从远端传送的语音或其他声音。
第一锐角(122)和第二锐角(136)被定义为“锐角”，因为如在第一轴线(108)和第三轴线(112)之间测量的那样，两个角度小于九十度。这种布置也在图1B以及图3至图5中示出。
转向图1B，更详细地示出了上述轴线和角度。具体地，图1B示出了音频设备的自上而下视图。第一轴线(108)相对于图1B是垂直的，并且相对于搁置在相对于重力方向的平坦表面上的音频设备而言是垂直的。第三轴线(112)相对于图1B和平坦表面是水平的。图1A中描述的第二轴线(110)可以被设想为延伸进出图1B、通过第一轴线(108)和第三轴线(112)的交点。
关于图1A描述的第一壁(120)和第二壁(134)的方向被示为第一轴线(108)和第三轴线(112)之间的向量。这些向量相对于第一轴线(108)和第三轴线(112)形成的角度被示为第一锐角(122)和第二锐角(136)。
在一个实施例中，第一锐角(122)和第二锐角(136)是全等的。在一个实施例中，第一锐角(122)大约为正二十度，并且第二锐角(136)大约为负二十度。然而，在其他实施例中，第一锐角(122)和第二锐角(136)不需要全等，并且可以在大约0度到大约90度之间的任何地方变化。
如关于图3进一步描述的，各种麦克风可以被配置和/或放置在外壳(102)的面对侧(104)、壁(120、134)或部分(114、116、132)上以帮助反馈抑制。例如，至少一个全向麦克风(124)可以被配置为接收高于大约四千赫的频率。第二麦克风(126)和第三麦克风(138)可以被配置为接收低于大约四千赫的频率。这些范围可以基于第一壁(120)与第二麦克风(126)的挡板之间的距离而变化，因为改变该距离会改变在第二麦克风(126)和第三麦克风(138)处接收音频信号时可能出现声学异常的频率。
音频设备(100)可以包括附加特征。例如，音频设备(100)还可以包括处理器(142)和软件、其他硬件电子设备(诸如专用集成电路)，以用于处理由音频设备(100)的各种麦克风生成并从一个或多个远端设备接收到的电子信号。处理器(142)，可能连同软件，可以被配置为实施最大能量算法以从第二麦克风(126)和第三麦克风(138)声音信号中选择哪个将由处理器(142)处理。该过程关于图3进一步描述。
音频设备(100)可以具有的另一个特征是支架(144)。支架可以用于将音频设备(100)外壳(102)放置在诸如桌子或书桌的表面上。在一个实施例中，支架(144)可以是旋转支架，使得近端用户可以改变外壳(102)相对于近端用户的取向。换句话说，旋转支架允许外壳相对于音频设备的安装表面旋转。在一个或多个实施例中，支架(144)可以允许将音频设备(100)附接到壁等。
音频设备(100)可以具有的另一特征是一个或多个光学照相机，诸如光学照相机(146)。光学照相机(146)可以用于收集视频数据并传输视频数据以呈现在远端设备上的屏幕上，从而实现视频会议。类似地，可以存在一个或多个屏幕，诸如屏幕(148)，以用于显示由远端设备拍摄并传输到音频设备(100)的视频图像。可替代地，或者可能除了屏幕之外，音频设备(100)可以包括用于将视频投影到表面上的投影仪。当与屏幕(148)或投影仪连接时，音频设备(100)可以被表征为视听会议系统。
其他变化是可能的。例如，扬声器(128)、第二麦克风(126)、全向麦克风(124)、第三麦克风(138)和第二扬声器(140)都可以沿着或大约沿着平行于第三轴线(112)的一条线放置。然而，这些组件中的一个或多个可以相对于彼此具有不同的取向。例如，全向麦克风(124)可以设置在第一部分(114)上，使得全向麦克风(124)相对于支架(144)沿第二轴线(110)在第二麦克风(126)和第三麦克风(138)上方。类似地，扬声器(128)和第二扬声器(140)可以相对于支架(144)沿第二轴线(110)设置在第二麦克风(126)和第三麦克风(138)的上方或下方。设想这些组件如何相对于彼此安装的其他变型。
虽然图1A和图1B示出了组件的配置，但在不脱离本发明的范围的情况下可以使用其他配置。例如，可以组合各种组件以创建单个组件。作为另一示例，由单个组件执行的功能可以由两个或更多个组件执行。
转到图2A和图2B，在一个或多个实施例中，图2A和图2B中所示的方法中的两种可以同时执行。图2A和图2B所示的方法认识到语音的高保真数据收集需要处理大约0.1千赫到大约11千赫之间的频率。图2A和图2B所示的方法还认识到，由于反射表面(即，壁)与二阶麦克风的挡板之间的距离，设置在安装位置的壁上的二阶麦克风的频率响应产生高于大约四千赫的声学异常。因为声学异常的频率范围取决于壁与二阶麦克风的挡板之间的距离，所以如果壁与二阶麦克风的挡板之间的距离变化，则选择的四千赫的值可能变化。
图2A示出根据本发明的一个或多个实施例的使用图1A和图1B所示的音频设备(100)处理音频信号的方法。图2A所示的方法假定至少存在图1A中的全向麦克风(124)和第二麦克风(126)。图2A所示的方法可以被表征为噪声抑制或噪声消除过程的一部分。
在步骤200，音频设备接收声音信号作为输入信号。在(一个或多个)全向麦克风和(一个或多个)二阶麦克风两者处接收到相同的声音信号。在两组麦克风处接收到的相同声音信号基于频率阈值被不同地处理。换句话说，在每组麦克风接收相同的声音信号的同时，基于频率阈值对不同类型的麦克风产生的信号进行不同的滤波。在一个示例中，频率阈值可以是大约四千赫，但是对于特定应用，这个数字可以被调整为不同的频率。
在步骤202，(一个或多个)全向麦克风用于频率阈值以上的频率。可替代地，由(一个或多个)全向麦克风产生的信号由高通滤波器处理。高通滤波过程是允许高于阈值频率的信号通过但滤除或衰减低于阈值频率的信号的过程。在任何一种情况下，都会形成高通输出。
在步骤204处与步骤202和200同时地，(一个或多个)二阶麦克风用于低于频率阈值的频率。可替代地，由(一个或多个)二阶麦克风产生的信号由低通滤波器处理。低通滤波过程是允许低于阈值频率的信号通过但滤除或衰减低于阈值频率的信号的过程。在任何一种情况下，都会形成低通输出。
在步骤206，将步骤202的高通输出和步骤204的低通输出相加以产生净输出。可以通过使用处理器将两个信号加在一起来执行对两个输出的求和。
最后，在步骤208，处理净输出。例如，可选地，可以对净输出执行一个或多个附加的滤波步骤。在任何情况下，无论是否进一步滤波，净输出都被电子传输到远端音频设备，用于在远端音频设备处转换成音频信号。图2A的方法之后可能终止。
图2B示出根据本发明的一个或多个实施例的使用图1A和图1B所示的音频设备(100)处理音频信号的方法。图2B所示的方法可以被认为是图2A的步骤204的扩展。因此，图2B假设正在使用二阶麦克风。可以在到达图2A中的步骤206之前执行图2B中的其余步骤。
图2B所示的方法假设图1A的全向麦克风(124)、第二麦克风(126)和第三麦克风(138)中的所有三个存在于音频设备(100)中。图2B所示的方法还假设第二麦克风(126)和第三麦克风(138)是二阶麦克风，诸如图6所示的麦克风。需注意，可能存在多于两组的二阶麦克风，但对于该示例，仅存在两个二阶麦克风：第二麦克风和第三麦克风。
在步骤250，比较在两个二阶麦克风(即，本示例中的第二麦克风和第三麦克风)处接收到的信号强度之间进行。来自第二麦克风所面对的方向的声波导致第二麦克风产生比第三麦克风产生的音频信号更大的音频信号，反之亦然。因此，可以通过确定第二麦克风和第三麦克风中的哪一个检测到最大音频信号(即，最大语音能量)来执行声音方向的确定。可以使用最大能量算法来选择更大强度的音频信号。
在步骤252，基于第二麦克风处的音频信号大于在第三麦克风处接收的相同音频信号的确定，来自第二麦克风的信号将用于进一步处理。相反，在步骤254，基于第三麦克风处的音频信号大于在第二麦克风处接收的相同音频信号的确定，来自第三麦克风的信号将用于进一步处理。在任何一种情况下，仍有可能使用来自产生较低的音频信号的麦克风的信号，但是通常较大的音频信号将用于支持较弱的音频信号。
术语“更大”和“更弱”是指声波的相对幅度，以及因此由于声波而在麦克风处生成的电信号的量。音频信号在一个麦克风处可能比在另一个麦克风处大，因为麦克风指向不同的方向。因此，当在两个麦克风处接收到相同的音频信号时，这些音频信号的幅度在一个麦克风处将小于在另一个麦克风处。
作为例外，如果扬声器直接从第一轴线讲话(即两个扬声器之间的距离完全相等)，则在两个麦克风处接收到的音频信号的幅度是相同的。这种事件很少见，但如果发生，则可以选择一个或两个麦克风来接收和处理音频信号。
换句话说，位于房间的左半部的讲话者被指向左的麦克风拾取。相反，位于房间的右半部分的讲话者被指向右的麦克风拾取。算法(基于最大能量)选择两个麦克风中最好的一个来将音频传输到远端。
以这种方式，对于具有上述尺寸的音频设备，有效地增加了二阶麦克风的窄波束。对于上述示例性尺寸，单个麦克风波束的-3dB(分贝)宽度为+/-33度。对于所公开的布置中的两个麦克风波束的系统(对于两个锐角的正负二十度)，有效的-3dB覆盖宽度增加到+/-53度。
在另一个实施例中，音频信号可以由第二麦克风和第三麦克风两者处理。在这种情况下，两个麦克风还有效地用于立体音频拾取。
虽然这些流程图中的各个步骤是按顺序呈现和描述的，但普通技术人员将理解，一些或所有步骤可以以不同的顺序执行，可以组合或省略，并且一些或所有步骤可以并行执行。此外，可以主动或被动地执行所述步骤。例如，根据本发明的一个或多个实施例，一些步骤可以使用轮询来执行或被中断驱动。举例来说，根据本发明的一个或多个实施例，确定步骤可能不需要处理器来处理指令，除非接收到用于表示该条件存在的中断。作为另一个示例，根据本发明的一个或多个实施例，可以通过执行测试(诸如检查数据值以测试所述值是否与测试条件一致)来执行确定步骤。
图3、图4和图5示出了根据本发明的一个或多个实施例的电话会议音频设备的单个示例的不同视图。因此，图3至图5应该一起看，并且因此在不同的视图中共享涉及相同的对象的共同的附图标记。电话会议设备(500)是图1A和图1B所示的音频设备(100)的具体示例。
电话会议设备(500)的部件参考三个定义的轴线进行描述：第一轴线(502)、第二轴线(504)和第三轴线(506)，所述轴线都相互垂直。所有三个轴线相对于近端用户的取向将取决于电话会议设备(500)相对于用户如何定位或安装而变化。
然而，为了便于参考，作为示例，假设电话会议设备(500)搁置在相对于地面水平的桌子上并且桌子本身相对于重力方向是水平的。换句话说，假设电话会议设备(500)搁置在位于平坦地板上的平坦桌子上。如果电话会议设备搁置在桌子上，则底部表面是电话会议设备与桌子直接相邻的表面。在另一个示例中，电话会议设备可以靠壁安装。在这种情况下，底部表面位于音频设备下方并垂直于壁。
在该示例中，第一轴线(502)是通常指向一个或多个近端用户的水平轴线。因此，第一轴线(502)以与第一安装位置(508)和第二安装位置(510)指向电话会议设备(500)的内部相同的方式向外指向(一个或多个)近端用户并且还指向电话会议设备(500)的内部。第二轴线(504)是平行于桌子的水平轴线，其通过电话会议设备(500)的中心从一侧延伸到另一侧。第三轴线(506)延伸穿过电话会议设备(500)并且相对于桌子垂直地沿着重力方向向上和向下延伸。
需注意，在图4中，第一轴线(502)是如图所示的“上和下”，因为图4是电话会议设备(500)的“自上而下”视图。然而，第一轴线(502)指向图3的内和外，因为图3是电话会议设备(500)的“侧视图”(即，近端用户在直接看设备的面对侧(526)时所看到的)。类似地，在图4中，第二轴线(506)指向图4的内和外，但在图3中是“上和下”。在图5中，三个正交轴线的方向相应地成角度。因此，图3至图5中所示的轴线的相同的附图标记是指相同的轴线。
对于上述定义的轴线，现在定义如本文所用的术语“锐角”。“锐角”是与“theta”(θ)(512)相同取向的任何角度，如图4所示，并且具体地被定义为如在平行于由第一轴线(502)和第二轴线(504)限定的参考平面的平面中测量的小于九十度的角度。因此，例如，第一安装位置(508)的第一壁(518)以第一锐角向内设置(相对于电话会议设备(500)的面向近端用户的面对表面(526))。同样地，第二安装位置(510)的第二壁(520)以与第一锐角相反取向的第二锐角向内设置。作为具体的非限制性示例，第一安装位置(508)的锐角可以是正二十度，并且第二安装位置(510)的锐角可以是负二十度。在这种情况下，“正”表示从第一轴线(502)开始测量并朝向第二轴线(504)向左绘制的角度(如图4所示)，并且在这种情况下，“负”表示从第一轴线(502)开始测量并朝向第二轴线(504)向右绘制的角度(如图4所示)。然而，如果方便的话，可以颠倒对“正”和“负”锐角的提及。
每个安装位置的锐角可以是全等的，但不必相同。附加地，虽然安装位置被示为关于第一轴线(502)、第二轴线(504)和第三轴线(506)对称，但是安装位置不需要关于这些轴线中的一个或多个对称。
每个安装位置可以具有不同的形状，并且安装位置不需要具有相同的形状。例如，安装位置可以由单个弯曲壁限定，或者由相对于彼此以多个角度设置的多个壁限定，如在第一轴线(502)和第二轴线(504)、或三个轴线中的任一个之间限定。
然而，在图3的示例中，每个安装位置具有由第一壁和对应的相反的第二壁限定的三角形实体的形状。因此，例如，第一安装位置(508)的第一壁(518)与第一安装位置(508)的第二壁(522)相反。类似地，第二安装位置(510)的第三壁(520)与第二安装位置(510)的第四壁(524)相反。第一壁(518)和第二壁(522)以第三角度接合，并且第三壁(520)和第四壁(524)以第四角度接合，如图3所示。电话会议设备(500)的面对侧(526)的所有壁和所有其他部分可以彼此邻接(彼此附接或彼此一体形成)或可以彼此不连续(即，在面对侧(526)的壁或区段之间可能存在间隙)。
几个可操作的麦克风连接到电话会议设备(500)的面对侧(526)。全向麦克风(528)和全向麦克风(530)设置在第一安装位置(508)和第二安装位置(510)之间的面对侧(526)的第一部分(532)中。全向麦克风可以被配置为仅接收高于大约四千赫的频率，或者处理器可以仅处理由全向麦克风接收的声音信号的高于大约四千赫的部分。如上面关于图1A和图1B所示，这个频率范围可以变化。
附加地，第一二阶麦克风(534)可以设置在第一安装位置(508)的第一壁(518)上。附加的二阶麦克风(536)可以设置在第二安装位置(510)的第三壁(52)上。
第一二阶麦克风(534)可以是设置在第一挡板(538)中或安装在第一挡板(538)上的一阶麦克风。第一挡板(538)进而安装在从第一壁(518)向外的第一距离处。安装可以通过一个或多个立柱，诸如图4所示的立柱(540)来完成。可以选择第一距离以用于第一二阶麦克风(534)的正确操作。单个二阶麦克风的“正确操作”对于本领域技术人员来说是已知的，诸如在美国专利4,965,775中所描述的(尽管多个二阶麦克风与本文所示的其他特征相结合的布置是未知的，并且由于本文别处给出的原因，表示对类似音频设备的改进)。如图所示，第一挡板(538)呈盘形形状，但可以具有不同的形状。第一挡板(538)可以平行于第一壁(518)。
类似地，附加的二阶麦克风(536)可以是设置在第二挡板(542)中或安装在第二挡板(542)上的附加的一阶麦克风。第二挡板(542)进而安装在从第三壁(520)向外的第二距离处。安装可以通过一个或多个立柱，诸如图4所示的立柱(544)来完成。可以选择第二距离以用于附加的二阶麦克风(536)的正确操作。如图所示，第二挡板(542)呈盘形形状，但可以具有不同的形状。第二挡板(542)可以平行于第三壁(520)。
在一个实施例中，第一二阶麦克风(534)和附加的二阶麦克风(536)可以被配置为接收低于大约四千赫的音频信号。可替代地，处理器可以被配置为仅处理在两个二阶麦克风处接收的音频信号的低于大约四千赫的部分。这些值可以改变，如上面关于图1A和图1B所述。
另外，第一扬声器(546)和第二扬声器(548)可以设置在电话会议设备(500)的面对侧(526)上。具体地，第一扬声器(546)设置在面对侧(526)的第二部分(514)上，并且第二扬声器(548)设置在面对侧(526)的第三部分(516)上。如图3所示，第二部分(514)相对于第一安装位置(508)与第一部分(532)相反。第三部分(516)相对于第二安装位置(510)与第一部分(532)相反。
每个扬声器和二阶麦克风也被放置成使得扬声器发出的音频信号在二阶麦克风的空位(null)中。因此，例如，第一扬声器(546)可以定位成使得它驻留在第一二阶麦克风(534)的空位中。类似地，第二扬声器(548)可以定位成使得它驻留在附加的二阶麦克风(536)的空位中。以这种方式，可以减少或消除从远端到麦克风中的音频反馈。
图5示出电话会议设备(500)的另一视图。第一轴线(502)、第二轴线(504)和第三轴线(506)以透视图示出。如可以看出，第一二阶麦克风(534)和附加的二阶麦克风(536)在平行于由第一轴线(502)和第二轴线(504)限定的参考平面的平面内以锐角设置在电话会议设备(500)的内部。锐角可以由于第一壁(518)和第二壁(520)相对于面对侧(526)形成的锐角而形成，所述面对侧(526)至少部分地沿着由第二轴线(504)和第三轴线(506)限定的平面。因为二阶麦克风挡板平行于这些侧面来安装，所以二阶麦克风指向与这些侧面相同的锐角。
图6示出根据本发明的一个或多个实施例的在图1A和图1B所示的音频设备(100)中或图3至图5所示的电话会议音频设备(500)中使用的二阶麦克风的示例。因此，二阶麦克风(600)可以是图3至图5的二阶麦克风(534)或二阶麦克风(536)。单个二阶麦克风(600)的操作和使用在美国专利4,965,775中进行了描述(尽管多个二阶麦克风与本文所示的其他特征相结合的布置是未知的，并且由于本文别处给出的原因，表示对类似音频设备的改进)。
二阶麦克风(600)包括经由一个或多个立柱(诸如立柱(608))安装在距音频反射表面(606)一段距离(604)处的盘(602)。距离(604)可以变化以改变二阶麦克风(600)的操作频率范围，尽管在一个具体示例中距离可以是0.45英寸。类似地，盘(602)的尺寸和形状可以变化，尽管在一个具体示例中盘(602)的直径可以是1.5英寸。
可以是一阶麦克风的麦克风接收器(610)可以设置在盘(602)的中心，或者可以设置在盘(602)内的其他地方。麦克风接收器(610)可以是多种不同的麦克风元件，尽管在具体实施例中，麦克风接收器(610)可以是心形驻极体胶囊。麦克风接收器(610)经由电引线(未示出)连接到处理器或处理电子设备，所述电引线穿过音频反射表面(606)设置并进入麦克风接收器(610)。
可选地，一个或多个脚部，诸如脚部(614)，可用于固定立柱，诸如立柱(608)。脚部还可以提供减振，使得音频反射表面(606)中的(无论是由音频波还是由音频设备的其他振动引起的)振动对麦克风接收器(610)检测到的声波信号贡献较少信号或没有贡献信号。脚部也可以称为垫、阻尼器、环或密封件。
图6中所示的一些组件对应于图5中所示的组件。例如，二阶麦克风(600)可以是指第一二阶麦克风(534)或附加的二阶麦克风(536)。所述盘可以是第一挡板(538)或第二挡板(542)。音频反射表面(606)可以是第一安装位置(508)的第一壁(518)或第二安装位置(510)的第二壁(520)。立柱(608)可以是立柱(540)。
实施例设想许多不同配置的许多不同音频设备。例如，电话会议设备(500)可以包括照相机并且形成电话会议音频和视频设备。在另一个示例中，电话会议设备(500)还可以与用于显示由远端设备发送的视频数据的屏幕联接。还设想了其他变型。因此，图3至图6中所示的示例不一定限制要求保护的发明或音频或视频设备的其他可能配置，如本文其他地方所述。
图7示出二阶麦克风(诸如图6中所示的二阶麦克风)中的音频接收的极坐标图的图表(700)。图表(700)的中心点(702)是二阶麦克风的位置。二阶麦克风可以是图1A中的第二麦克风(126)或第三麦克风(138)。作为另一个示例，二阶麦克风可以是图5中的第一二阶麦克风(534)或附加的二阶麦克风(536)。
通常，极坐标图显示与角度相关的幅度。在图7中绘制的半径反映二阶麦克风到音源的物理距离。二阶麦克风(即，极坐标图的中心点)到音频源的距离越大，音频信号衰减越多。音频信号的强度的衰减程度以分贝(dB)为单位测量。在图7中，如果音频源位于从中心点(702)沿半径(704)的点(703)处，则测量到0dB的衰减。
角度(706)指示在参考方向(在这种情况下为半径704)与绘制在中心点(702)和音频源的位置之间的假想线之间形成的角度。因此，如果音频源位于点(707)处，则角度将约为70度。
图(708)示出二阶麦克风可以检测声波的物理区域。二阶麦克风检测声波的能力随着到声波源的距离以及声波源相对于二阶麦克风的角度两者而变化。
例如，在图(700)上dB为-4的距离处，二阶麦克风可以接收大约320度和40度(分别在二阶麦克风的左侧和右侧)之间的音频信号。在这些角度之外，二阶麦克风无法检测到相应距离处的声波。
即使对于非常接近二阶麦克风的点，也存在二阶麦克风无法检测到声波或者只能微弱地检测到声波的角度。例如，在图(700)上dB为-18的距离处，二阶麦克风无法检测到大约280度到大约80度(分别在二阶麦克风的左侧和右侧)的角度范围之外的声波。
二阶麦克风无法检测到声波的那些物理位置称为二阶麦克风的空位。因此，例如，点(710)在二阶麦克风的空位处。点(710)对应于在二阶麦克风左侧约280度处到第二环(712)的距离。二阶麦克风无法检测到从点(710)发出的任何声波或可以检测极少声波，并且点(710)因此是二阶麦克风的空位。
图(708)对于特定种类的二阶麦克风可以是唯一的。不同的二阶麦克风可以有不同的dB(分贝)图。
一个或多个实施例利用了图7中展示的二阶麦克风的空位。例如，如上所示，扬声器可以放置在二阶麦克风的空位处。因此，例如，在图5中，第一扬声器(546)可以放置在第一二阶麦克风(534)的空位处，并且第二扬声器(548)可以放置在附加的二阶麦克风(536)的空位处。以这种方式，可以避免来自扬声器的不期望的音频反馈。
对于所示的具体实施例，在音频设备的性能方面获得了若干改进。两个麦克风盘的角度为+/-20度。位于房间的左半部的讲话者被指向左的麦克风拾取。相反，位于房间的右半部分的讲话者被指向右的麦克风拾取。算法(基于最大能量)选择两个麦克风中最好的一个来将音频传输到远端。以这种方式，有效地增加了二阶麦克风的窄波束。单个麦克风波束的-3dB宽度为+/-33度。对于所公开的布置中的两个麦克风波束的系统，有效的-3dB覆盖宽度增加到+/-53度。两个麦克风还有效地用于立体音频拾取。
附加地，由于反射表面和挡板之间的距离，二阶心形系统的频率响应可能产生高于特定频率的异常。对于如所示出的物理配置，该频率约为4kHz。
然而，高质量语音可能需要达11kHz的频率。为了避免这个问题，全向麦克风阵列用于这些更高的频率。对于低于约4kHz的频率，使用二阶麦克风。对于大于约4kHz的频率，使用全向麦克风阵列。
在典型的会议室环境中，与较高频率相比，回响和噪声在低于4kHz的频率范围内要差得多。因此，二阶麦克风系统在减少语音拾取中的整体回响和噪声方面的优势明显，即使它仅用于低于4kHz的频率。
最后，在所描述的电话会议系统中，二阶麦克风定位朝向左和右扬声器放置空位，这有利于最小化麦克风拾取扬声器声音的问题。因此，一个或多个实施例可以提供全双工操作，允许近端扬声器和远端扬声器两者彼此交谈而不会被音频设备切断。
虽然已经参考有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于本公开的本领域技术人员将会理解，可设计出不脱离本文公开的本发明的范围的其他实施例。因此，应该仅由所附权利要求限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种音频设备，其包括：
外壳，其包括侧面，所述侧面面向所述外壳的外部，所述外壳还包括设置在所述侧面上的第一安装位置，
其中所述侧面包括第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述第一安装位置与所述第二部分相反；
第一全向麦克风，其设置在所述第一部分上；
第二麦克风，其设置在所述第一安装位置上，所述第二麦克风包括二阶麦克风，所述二阶麦克风包括一阶麦克风，所述一阶麦克风设置在安装在距所述第一安装位置一距离处的第一平台内；以及
第一扬声器，其设置在所述第二部分上，其中所述第一扬声器进一步被设置成使得所述第一扬声器的音频输出落入所述第二麦克风的空位内。
2.根据权利要求1所述的音频设备，其中所述第一安装位置相对于所述侧面的表面嵌入所述外壳内。
3.根据权利要求1所述的音频设备，其中所述第一安装位置相对于所述侧面的表面从所述外壳向外突出。
4.根据权利要求1所述的音频设备，其中所述音频设备还包括：
第二扬声器，其设置在所述侧面的第三部分上，与所述第一扬声器相反；以及
第三麦克风，其设置在第二安装位置上，所述第二安装位置设置在所述侧面上，其中：
所述第二安装位置相对于所述侧面的所述第一部分与所述第一安装位置相反；
所述第三麦克风包括附加的二阶麦克风，
所述附加的二阶麦克风包括设置在安装在远离所述第二安装位置所述距离处的第二平台内的附加的一阶麦克风，并且
所述第二扬声器进一步被设置成使得所述第二扬声器的第二音频输出落入所述第三麦克风的第二空位内。
5.根据权利要求4所述的音频设备，其还包括：
第二全向麦克风，其设置在所述第一部分上。
6.根据权利要求5所述的音频设备，其中：
所述第一全向麦克风和所述第二全向麦克风用于高于大约四千赫的频率，并且
所述第二麦克风和所述第三麦克风用于低于大约四千赫的频率。
7.根据权利要求4所述的音频设备，其中：
所述第一安装位置相对于所述侧面成第一锐角；
所述第一安装位置形成向内设置在所述外壳内的第一嵌入部；
所述第二安装位置相对于所述侧面成第二锐角；
所述第二安装位置形成向内设置在所述外壳内的第二嵌入部；
所述第一平台大致平行于所述第一安装位置；并且
所述第二平台大致平行于所述第二安装位置。
8.根据权利要求7所述的音频设备，其中：
所述第一锐角在约正五度与约正四十五度之间；
所述第二锐角在约负五度与约负四十五度之间。
9.根据权利要求7所述的音频设备，其中所述第一锐角与所述第二锐角全等。
10.根据权利要求4所述的音频设备，其中：
所述第一安装位置相对于所述侧面成第一锐角；
所述第一安装位置设置在所述外壳的外部；
所述第二安装位置相对于所述侧面成第二锐角；
所述第二安装位置设置在所述外壳的外部；
所述第一平台大致平行于所述第一安装位置；并且
所述第二平台大致平行于所述第二安装位置。
11.根据权利要求4所述的音频设备，其还包括：
处理器，其被配置为：
通过实施最大能量算法将所述第二麦克风处的第一信号强度与所述第三麦克风处的第二信号强度进行比较以确定更大的信号强度，其中确定更大的信号；并且
进一步处理所述更大的信号。
12.根据权利要求1所述的音频设备，其中所述外壳还包括旋转支架，所述旋转支架允许所述外壳相对于供所述外壳搁置的表面旋转。
13.根据权利要求5所述的音频设备，其包括麦克风阵列，所述麦克风阵列包括所述第一全向麦克风和所述第二全向麦克风。
14.根据权利要求1所述的音频设备，其还包括：
连接到所述外壳的光学照相机。
15.根据权利要求14所述的音频设备，其中所述音频设备包括视听会议系统。
16.一种处理音频信号的方法，其包括：
在音频设备处接收声音信号作为输入信号，其中所述音频设备包括全向麦克风和第一二阶麦克风；
将所述全向麦克风用于高于大约四千赫的频率以产生高通输出；
将所述第一二阶麦克风用于低于大约四千赫的频率以产生低通输出；
将所述高通输出和所述低通输出相加以产生净输出；以及
处理所述净输出。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述音频设备还包括附加的二阶麦克风，其中所述第一二阶麦克风以相对于所述音频设备的侧面的第一锐角面向第一方向，并且其中所述附加的二阶麦克风以相对于所述音频设备的所述侧面的第二锐角面向第二方向，并且其中所述方法还包括：
将在所述第一二阶麦克风处接收的音频信号的第一信号强度与在所述附加的二阶麦克风处接收的所述音频信号的第二信号强度进行比较；
选择在所述第一二阶麦克风处接收的音频信号和在所述附加的二阶麦克风处接收的音频信号中的一个作为更大的信号；并且
其中接收和处理低于大约四千赫的音频信号是使用所述更大的信号来执行的。
18.一种制造方法，其包括：
制造外壳，所述外壳包括面向所述外壳的外部的侧面，所述外壳还包括设置在所述侧面上的第一安装位置，
其中所述侧面包括第一部分和第二部分，所述第一部分相对于所述第一安装位置与所述第二部分相反；
将第一全向麦克风连接到所述第一部分；
将第二麦克风连接到所述第一安装位置，所述第二麦克风包括二阶麦克风，所述二阶麦克风包括一阶麦克风，所述一阶麦克风设置在安装在距所述第一安装位置一距离处的第一平台内；以及
连接第一扬声器，所述第一扬声器设置在所述第二部分上，其中所述第一扬声器进一步被设置成使得所述第一扬声器的音频输出落入所述第二麦克风的空位内。
19.根据权利要求18所述的方法，其还包括：
将所述第一安装位置相对于所述侧面的表面嵌入所述外壳内。
20.根据权利要求18所述的方法，其还包括：
将所述第一安装位置设置为相对于所述侧面的表面从所述外壳向外突出。
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