CN116325794A - 麦克风单元、麦克风元阵列和带有麦克风元阵列的网络 - Google Patents

麦克风单元、麦克风元阵列和带有麦克风元阵列的网络 Download PDF

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Abstract

一种麦克风单元(1)包括:仅一个PCB(2);多个声电式换能器(3),其安装在PCB(2)背侧,具有数字输出;通孔(20),其对应于每个换能器(3)设置在PCB(2)上;A2B音频接口(4),其安装在PCB的背侧(2a)并电连接到换能器(3);和输入/输出电连接器(5、105),其安装在PCB的背侧(2a)并电连接到所述A2B音频接口(4);该多个换能器(3)包括中心换能器(30)和至少三个周边换能器(31),该周边换能器(31)被布置成距中心换能器(30)相同的径向距离(r)并且等角度间隔开。一种麦克风元阵列(100)包括通过一个或多个A2b网络来连接的多个麦克风单元(1)。

Description

麦克风单元、麦克风元阵列和带有麦克风元阵列的网络
技术领域
本发明涉及声学工程领域,尤其涉及一种具有至少四个麦克风音头(capsules)的麦克风单元,涉及一种通过连接所述麦克风单元来获得的麦克风阵列(以下称为“元阵列”),并涉及一种包括一个或更多麦克风单元和/或元阵列的网络。
背景技术
通过串联连接多个声电换能器来获得的麦克风阵列是已知的。所述麦克风阵列可以具有不同的几何形状,例如三维形状(球形、圆柱形、四面体或其它形状)或平面形状,并且可以具有不同的物理结构(刚性或柔性)。
US2019/0379969A1描述了平面麦克风阵列,其中换能器布置成圆形、径向、或随机分布,而不解决麦克风阵列的波束形成的问题。阵列的换能器由通过I2S总线来连接的MEMS(微机电系统)类型的数字换能器组成。这种MEMS数字换能器体积小且价格低廉,但它们会受到连接问题的影响。事实上,在数字数据的传输过程中,信号上经常会遇到电磁噪声的严重问题,这主要是由于使用了I2S总线,因为I2S总线存在以下问题:
-I2S接口设计用于非常小的距离,最多只有几厘米;
-MEMS传感器的电源必须通过与I2S总线分开的电线来提供;
-在一定数量的MEMS换能器上共享相同I2S接口的能力是有限的(最多两个),因此在大型麦克风阵列的情况下会导致不必要的复杂布线。
CN2010958793U描述了一种包括PCB的麦克风单元,在该PCB上安装了由具有A2B数字输出的MEMS音头组成的换能器。此外,换能器随机布置在PCB上;因此,这样的麦克风单元不适于来自换能器的信号的最佳波束形成。只有一个电连接器安装在PCB上,从而通过电缆将麦克风单元连接到外部设备。因此,只有一个电连接器,这样的麦克风单元不能连接到另一个麦克风单元从而在菊花链(daisy-chain)配置中创建麦克风单元的元阵列。
CN2010518820U描述了一种包括麦克风阵列的麦克风单元,该麦克风阵列具有圆形地、直列地、或矩形地布置的换能器,其通过A2B总线或INICNET来操作。然而,这种麦克风单元不包括位于中心的麦克风,或者麦克风单元的PCB上的输入和输出连接器。因此,这样的麦克风单元不能实现最佳的波束形成并且不能用于在菊花链配置中创建麦克风单元的元阵列。
JPS6172500A描述了一种圆形分布的模拟麦克风,带有中心麦克风,用于“圆形会议桌”应用。这种解决方案不是换能器阵列,因为换能器的各个信号是单独检测和处理的,而不是全部一起实现波束形成。实际上,这样的麦克风分布提供了单一的音频输出信号,该音频输出信号是通过麦克风信号的模拟组合来获得的。因此,这样的解决方案不能执行任何波束形成。该文档没有描述包括PCB上的换能器阵列的麦克风单元,而是描述了分布在房间内的多麦克风系统。
GB2545359A描述了一种用于捕获和输出音频的设备,它是一个独立的系统,由模拟麦克风的圆形阵列组成,具体数量在2到8个之间,外加一个扬声器。因此,它不是包括其上安装换能器的PCB的麦克风单元。此类文件未提及接口或A2B总线,或PCB上允许菊花链连接的电连接器。该文档无意中提到麦克风可能被布置在中心位置,但没有描述在波束形成方面的任何优势。
KR101403372B1描述了一种麦克风单元,其具有布置成三角形、正方形和正五边形的多边形配置的MEMS音头阵列。麦克风单元在多边形的顶点提供麦克风音头,并在中心提供麦克风音头,但没有提供关于中心音头的存在以及如何改进波束形成的技术理由。每个麦克风单元提供单个连接器,用于将麦克风单元连接到中心控制单元。因此,麦克风单元不提供输入和输出连接器。因此,这样的解决方案不允许通过菊花链配置来连接麦克风单元从而形成元阵列。事实上,麦克风单元以星形配置连接到中心控制单元,而不是顺序连接。由于采用这种星形连接,布线冗余、笨重、复杂、昂贵且更容易产生噪声。此外,该文档没有提到A2B总线,由于麦克风单元通过模拟信号连接到外部设备,从而使系统本质上容易产生噪声,并且需要采用非常短的电缆来限制噪声响起。
DE102013019194A1描述了多个PCB,每个PCB只有两个具有全向指向性的模拟麦克风音头。每对具有全向指向性的模拟麦克风音头的组合提供具有心形指向性的单个麦克风信号。PCB通过A2B总线一个接一个地串联,并在车辆内间隔开。每对模拟麦克风捕获PCB所在点附近的声音。各个PCB之间不会以任何方式相互作用。因此,它们不构成集中的元阵列,它们不能一起用于实现波束形成。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种麦克风单元来消除现有技术的缺点,该麦克风单元可靠并且适于最小化信号上的噪声,优化单个麦克风单元的波束形成,并连接到菊花链配置中的其它麦克风单元,因此形成适于连接到具有主处理器的网络的元阵列,该主处理器配置为执行元阵列的麦克风单元的换能器的信号的波束形成。
本发明的另一个目的是提供一种通用且易于组合从而实现麦克风元阵列的麦克风单元。
本发明的另一个范围是提供这样的麦克风单元或麦克风元阵列,其是通用的并且可用于不同类型的应用,例如在汽车工业中,其中麦克风元阵列可以服务于车辆中的多个位置(乘客)。
本发明的另一个目的是提供这样一种麦克风单元或麦克风元阵列,其易于制造和安装并且易于集成到A2B网络中。
根据本发明,这些目的通过独立权利要求1的麦克风单元和通过所述麦克风单元来获得的麦克风元阵列来实现。
本发明的有利实施例出现在从属权利要求中。
根据本发明的麦克风单元由权利要求1来限定。
为了实现相对于现有技术的麦克风阵列的显著优点,在根据本发明的麦克风单元的设计中已经解决了以下问题:
-优化换能器的位置从而实现稳健的波束形成(在中心存在音头);
-优化麦克风单元的形状从而简化元阵列的创建;
-麦克风单元之间可靠且无噪声的电气接口(A2B总线);
-麦克风单元之间实用、简单且廉价的电连接系统(UTP电缆)。
根据本发明的麦克风单元的特征在于换能器在单个PCB上的最佳分布,该PCB包括中心换能器和至少三个周边换能器,所述至少三个周边换能器被布置成距中心换能器相同的径向距离并且彼此角度等距。使用位于中心的换能器至关重要,因为它提供了非常稳健的波束形成。
麦克风单元的换能器连接到A2B接口。以这种方式,麦克风单元能够使用简单的非屏蔽双绞线(UTP电缆)通过A2B数字总线以级联(菊花链配置)来连接,从而获得麦克风元阵列。
借助A2B数字总线,可以通过单个双绞线来传输大量通道,延迟非常低,并且传输对噪声特别稳健。
有利地,换能器在麦克风单元中的分布可以具有等边三角形的形状,其中,中心换能器布置在三角形的中心并且周边换能器布置在三角形的顶点。类似地,麦克风单元的PCB形状像外接于换能器的等边三角形。
麦克风单元的这种三角形形状允许在没有几何限制的情况下制作更大的麦克风元阵列,同时保持换能器的整体分布尽可能均匀。使用这种三角形麦克风单元的灵活性允许为麦克风阵列组装无限数量的几何形状,可以在几分钟内重新配置并始终重复使用相同的麦克风单元。
附图说明
本发明的附加特征将从以下详细描述中体现出来,这些详细描述仅指说明性而非限制性实施例,如附图所示,其中:
图1是根据本发明的平面三角形状的麦克风单元的背侧的视图。
图1A是表示图1的麦克风单元的背侧的视图。
图2A、图2B、图2C和图2D是根据本发明的麦克风单元的四个不同实施例的前视图,分别具有方形、五边形、六边形和圆形形状。
图3是说明A2B网络的电气图,其包括连接到具有七个麦克风单元的麦克风元阵列的A2B主机;
图4是说明A2B网络的电气图,包括三个A2B主机以及以一个或多个元阵列组织的总共21个麦克风单元;
图5是图解说明车辆的立体图,其中安装具有多个麦克风单元的元阵列并连接到A2B网络,例如图3和图4中的一个;
图6A、图6B和图6C是分别通过3、4和5个图1的三角形麦克风单元来获得的三维圆顶形麦克风元阵列的三个立体图;
图7是包括4个图1的三角形麦克风单元的四面体麦克风元阵列的立体图;
图8是包括6个图1的三角形麦克风单元的平面麦克风元阵列的视图;
图9是包括8个图1的三角形麦克风单元的八面体麦克风元阵列的立体图;
图10A和图10B是示出分别包括图1的8个和16个三角形麦克风单元的圆柱形麦克风元阵列的两个示例的两个立体图;
图11是包括20个图1的三角形麦克风单元的二十面体麦克风元阵列的立体图;并且
图12是包括13个图1的三角形麦克风单元的平面麦克风元阵列的视图。
具体实施方式
参考图1和图1A,公开了根据本发明的三角形麦克风单元,总体上用附图标记1表示。
麦克风单元1包括PCB 2和安装在PCB上的多个换能器3。
PCB 2是刚性平面PCB,并具有适于朝向声源的前侧2b(图1A)和安装有换能器3的背侧2a(图1)。
在PCB 2中对应每个换能器3设置有通孔20,从而使得声源发出的声波穿过PCB 2并撞击换能器3。
每个换能器3为声电换能器,并具有数字输出;也就是说,换能器3适于将声音信号转换为数字类型的电信号。
每个换能器3都包含一个MEMS(微机电系统)音头,可提供良好的性价比和长期稳定性。MEMS音头具有数字输出,例如PDM(脉冲密度调制)类型。
有利地,换能器3的数字输出通过PCB 2的相应迹线21连接到A2B音频接口4。音频接口A2B B是一种收发器,适于接收换能器3的数字信号,并将所述数字信号转换为适合的格式,以便在A2B音频总线中发送,具有抗噪性方面(即使在长连接时)和连接可靠性方面的显著优势。
A2B音频接口4通过PCB 2的相应迹线22、122连接到电输入连接器5和电输出连接器105。电连接器5、105适于连接到使用简单双绞线(UTP电缆)的A2B音频总线。
多个换能器3包括中心换能器30和至少三个周边换能器31,这些周边换能器被布置成距中心换能器30相同的径向距离r并且等角间隔开。以此方式,周边换能器与两个最近的周边换能器间隔相同的距离L。
图1和图1A示出了四个换能器3的三角形布置,其中中心换能器30布置在等边三角形的中心,周边换能器31布置在等边三角形的三个顶点,因此三个周边换能器31等距间隔120°角,即一个周边换能器与最近的两个周边换能器之间的距离L等于等边三角形的边。在这种情况下,PCB 2具有三角形形状以便尽可能有效地外接换能器的三角形布置。
换能器3、A2B音频接口4、和电连接器5、105安装在PCB的背侧2a。因此,PCB的前侧2b(即面向声场的一侧)非常平坦、光滑且没有任何障碍物。这是一个非常重要的声学特征,尤其是当要实现具有许多并排布置的麦克风单元的大型平面麦克风元阵列时。
麦克风单元1可具有多于四个的换能器3,呈正多边形布置,其中中心换能器30设置在正多边形的几何中心,周边换能器31布置在正多边形的顶点。
图2A示出了五个换能器3的正方形布置,其中中心换能器30布置在正方形的中心,并且周边换能器31布置在正方形的四个顶点,使得四个周边换能器31以90°角度等距。在这种情况下,PCB 2具有正方形形状。
图2B示出了六个换能器3的五边形布置,其中中心换能器30布置在五边形的中心,并且周边换能器31布置在五边形的五个顶点,使得五个周边换能器31以72°角度等距。在这种情况下,PCB 2具有五边形形状。
图2C示出了七个换能器3的六边形布置,其中中心换能器30布置在六边形的中心,并且周边换能器31布置在六边形的六个顶点,使得六个周边换能器31以60°角度等距。在这种情况下,PCB 2具有六边形形状。
类似地,换能器的布置和PCB的形状可以根据具有多于六个边的正多边形来提供。
图2D示出了八个换能器3的七边形布置,其中中心换能器30布置在七边形的中心,并且周边换能器31以51.4°角度等距地布置在七边形的七个顶点。使得七个周边换能器31以51.4°角度等距。在这种情况下,PCB 2具有圆形形状。
显然,当换能器根据正多边形布置时,PCB 2可以总是具有外接多边形的圆形。
中心换能器30用作参考麦克风并提供非常稳健的波束形成。
A2B音频接口4允许以特别稳健和有效的数字格式来获得音频信号,即使远距离(超过40m)也可以传输,具有高噪声抑制能力和仅50μs的延迟。
参考图3,每个麦克风单元1可以通过A2B总线6来连接到另一个麦克风单元1从而获得包括多个级联连接的麦克风单元1的麦克风元阵列100。综上所述,获得了包括第一麦克风单元1a和最后麦克风单元1n的开放式菊花链。
总线A2B 6由一对双绞线组成,适于承载由换能器3检测到的数字信号和麦克风单元1的电源。
一定数量的麦克风单元可以连接在同一条总线A2B 6上;特别是最多七个麦克风单元1,每个麦克风单元1有4个通道。第一麦克风单元1a在一侧连接到A2B主机7,在另一侧连接到下一个麦克风单元1b;每个中间麦克风单元1b、1c、1d...1n-1连接在两个麦克风单元(即前一个和后一个麦克风单元)之间,而最后麦克风单元1n仅连接到前一个麦克风单元1n-1.
连接两个相邻麦克风单元1的A2B总线6最长可达15米。A2B总线6承载数字音频信号和电源。A2B总线6具有端子,端子由插入到麦克风单元的电连接器5、105中的导体而构成。麦克风单元的电连接器5、105不昂贵且易于组装。
麦克风元阵列100可以集成在A2B网络200中,其中麦克风元阵列的第一麦克风单元1a连接到A2B主机7,A2B主机7管理麦克风元阵列的所有麦克风单元1;因此,麦克风元阵列的所有麦克风单元1在网络中作为从机(slaves)而运行。第一麦克风单元1a通过A2B总线6连接到A2B主机7。
A2B主机7为网络中的所有信号提供数字时钟,从而保持麦克风单元1的换能器3的操作完全同步。A2B主机7最多可以从麦克风单元接收28个信号。
A2B主机7连接到电源P从而为所有麦克风单元供电。
A2B主机7通过两个TDM-16类型的数字接口70而连接到主处理器8。
必须考虑到A2B主机7可以根据网络配置来管理一定数量的从机;因此,在每个麦克风单元1具有四个麦克风的情况下,麦克风元阵列100最多可以包括七个麦克风单元1。
如果主处理器8具有两个以上的传入TDM-16接口,则可以使用多个A2B主机7,因此可以连接具有更多麦克风单元1的一个或多个麦克风元阵列100。
由每个麦克风单元1的换能器3检测到的声学信号以数字同步格式发送到主机A2B7,主机A2B 7将它们发送到主处理器8。然后,由主处理器8接收到的信号被主处理器8同步采集和分析,主处理器8配置为处理所述信号,从而通过任何波束形成算法(例如“正则化Kirkeby反演”或“MVDR-最小方差无失真响应”)来获得所述信号的波束形成。
图4图示了A2B网络300,其中三个A2B主机7连接到主处理器8。每个A2B主机7都连接到麦克风元阵列100。在这种情况下,作为同一网络200的一部分,三个麦克风元阵列100可以在物理上紧密排列组合,从而获得包括几个麦克风元阵列(它们是同一网络的一部分)的麦克风组300或包含所有麦克风单元1的单个麦克风元阵列。
如果每个麦克风元阵列100具有包括4个换能器3的七个麦克风单元1,则图4的网络200包含84个换能器3,导致具有最小体积的声音信号的非常准确的重建。
很明显,可以实现具有灵活布线和组装的可靠的麦克风元阵列网络。麦克风单元1之间不需要刚性连接,即使在大空间中也可以自由定位,因此覆盖大体积,或者可以布置在麦克风元阵列100的任何配置中,根据其目的进行了优化。
不必采用任何预定义的几何形状来实现麦克风元阵列100。然而,麦克风元阵列100的一些特定几何形状对于改善其声学性能可能是最佳的。
要获得元阵列,麦克风单元1必须通过A2B总线6进行电连接。为了获得紧凑的麦克风元阵列,麦克风单元的PCB 2可以布置在相邻位置并通过焊接连接或使用刚性或柔性连接器保持在一起。
通过A2B总线6的灵活布线允许使用麦克风单元1覆盖任何物体的表面,例如机器、车辆、人体或墙壁。可以通过多种方式利用这种使用的灵活性:
-麦克风单元1可以单独使用,将它们放置在物体和身体的内部或外部,例如服装、帽子和其它服装配件;
-多个麦克风单元1可以放置在一个大的空间内,使得每个麦克风单元1捕捉来自特定方向的声音;
-多个麦克风单元1可用于实现任何类型的麦克风阵列,例如平面、圆柱形、球形或圆顶形阵列,具有各种尺寸和数量的换能器。
图5示出了车辆V,其中安装了紧凑型麦克风元阵列100,所述麦克风元阵列100包括通过A2B总线来级联连接的多个麦克风单元1。麦克风元阵列100是A2B网络200的一部分,其中第一麦克风单元连接到A2B主机7,后者又连接到主处理器8。
由主处理器8对来自麦克风元阵列100的麦克风单元1的换能器3的信号执行的波束形成增强了来自特定方向的声音并抑制了从其它方向传来的声音。这在不同的应用中特别有用,例如免提通信、ILZ(个性化聆听区)或ANC(主动降噪)。
图6A、图6B和图6C示出了圆顶形麦克风元阵列100的三种不同布局,分别包括3、4和5个三角形麦克风单元,因此包括12、16和20个换能器3。PCB 2的横向边缘通过焊接、胶合、互锁、连接件等固定机构9来固定,分别得到底面为三角形、正方形、五边形的棱锥体。
在这种情况下,由于麦克风单元1的数量少于七个,因此可以将麦克风元阵列100插入仅具有一个A2B主机的A2B网络200中,例如图3中所示的。麦克风元阵列的圆顶形配置对于视频会议应用特别有趣,即,当麦克风阵列必须位于桌子的中心并且通过波束形成获得的虚拟麦克风是指向参与者的嘴。
图7示出了具有4个三角形麦克风单元1和16个换能器3的三维麦克风元阵列100。麦克风单元PCB 2的横向边缘通过固定机构9来固定,从而形成正四面体。在这种情况下,由于麦克风单元1的数量少于七个,因此可以将麦克风元阵列100插入到只有一个A2B主机的A2B网络200中,例如如图3所示。
规则的四面体几何形状是现有技术麦克风阵列的典型特征,其仅包括布置在四面体的顶点的四个换能器。相反,图7的麦克风元阵列100包括四个三角形麦克风单元,每侧一个,每个麦克风单元配备有四个换能器,因此这种方案的性能明显高于现有技术的四面体麦克风阵列。
图8图示了包括六个三角形麦克风单元1和24个换能器3的平面麦克风元阵列100。麦克风单元的PCB 2的横向边缘通过固定机构9来固定。当空间信息包含在半空间中时,这种几何形状是首选。在这种情况下,由于麦克风单元1的数量少于七个,因此可以将麦克风元阵列100插入到只有一个A2B主机的A2B网络200中,例如如图3所示。
图9图示了包括八个三角形麦克风单元1的三维麦克风元阵列100,用于总共32个换能器。麦克风单元PCB 2的横向边缘通过固定机构9来固定,从而形成正八面体。
在这种情况下,由于麦克风单元1的数量高于七个,因此有必要使用具有两个主设备7的A2B网络200,例如如图4所示。
仅包括布置在八面体顶点的八个换能器的正八面体麦克风阵列是已知的。相反,图9的麦克风元阵列100包括八个三角形麦克风单元,每侧一个,每个麦克风单元配备有四个换能器,因此这种方案的性能明显高于现有技术的八面体麦克风阵列。
图10A和10B图示了两个圆柱形麦克风元阵列300。
图10A的麦克风元阵列300包括八个三角形麦克风单元1和总共32个换能器。麦克风单元的PCB 2的横向边缘通过固定机构9来固定,从而获得大致圆柱形的形状。在这种情况下,由于麦克风单元1的数量高于七个,因此有必要使用具有两个A2B主机7的A2B网络200,例如如图4所示。
图10B的麦克风元阵列300包括16个麦克风单元1和总共64个换能器。在这种情况下,由于麦克风单元1的数量高于14,因此有必要使用具有三个A2B主机7的A2B网络200,例如如图4所示。
当空间信息主要位于一个平面中并且来自上方和下方的声音不太相关时,所述圆柱形麦克风阵列特别有用。
图11图示了包括20个三角形麦克风单元1和总共80个换能器的三维麦克风元阵列300。
麦克风单元PCB 2的横向边缘通过固定机构9来固定,从而形成正二十面体。
在这种情况下,由于麦克风单元1的数量高于14,因此有必要使用具有三个A2B主机7的A2B网络200,例如如图4所示。
图12图示了平面麦克风元阵列300,其包括13个三角形麦克风单元1,用于总共52个换能器。麦克风单元的PCB 2的横向边缘通过固定机构9来固定。
在这种情况下,由于麦克风单元1的数量在7至14之间,因此有必要使用具有两个A2B主机7的A2B网络200,例如如图4所示。
当空间信息被封闭在半空间中时,可以使用这样的麦克风元阵列300,如图8的麦克风元阵列100,但显然图12的麦克风元阵列300具有比图8的麦克风元阵列100高得多的性能,因为换能器3的数量增加了一倍以上。

Claims (11)

1.一种麦克风单元(1),包括:
-仅一个PCB(2),其具有适于朝向声源的前侧(2b)以及背侧(2a),
-多个换能器(3),其安装在该PCB的所述背侧(2a)上;每个换能器(3)为具有数字输出的声电类型,适于将声音信号转换成数字类型的电信号,
-通孔(20),其对应于每个换能器(3)设置在PCB(2)中,从而使得由该声源发出的声波穿过该PCB(2)并撞击该换能器(3),
-A2B音频接口(4),其安装在该PCB的所述背侧(2a)并电连接到所述换能器(3);所述A2B音频接口(4)是收发器,适于从该换能器(3)接收数字信号并将所述数字信号转换为适于在A2B音频总线中发送的A2B格式,和
-输入电连接器(5)和输出电连接器(105),其安装在该PCB的所述背侧(2a)上并电连接到所述A2B音频接口(4);所述输入和输出电连接器(5、105)适于连接使用单个双绞线的各个A2B音频总线(6),从而使得所述麦克风单元(1)能够连接到在菊花链配置中的一个或两个相邻的麦克风单元(1),形成适于连接到A2B网络(300)的元阵列(100),该A2B网络(300)具有主处理器(8),该主处理器(8)配置为执行来自该元阵列(100)的该麦克风单元(1)的所有该换能器(3)的信号的波束形成;
其中,单个麦克风单元的所述多个换能器(3)包括中心换能器(30)和至少三个周边换能器(31),所述周边换能器(31)被布置成距中心换能器(30)相同的径向距离(r)并且等角度间隔开。
2.根据权利要求1所述的麦克风单元(1),其中,所述换能器(3)通过该PCB(2)的迹线(21)来电连接到所述A2B音频接口(4),并且所述输入和输出电连接器(5、105)通过该PCB(2)的迹线(22、122)来电连接到所述A2B音频接口(4)。
3.根据权利要求1或2所述的麦克风单元(1),其中,每个换能器(3)由MEMS(微机电系统)音头组成。
4.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风单元(1),包括等边三角形布置的四个换能器(3),其中,该中心换能器(30)设置在该等边三角形的中心,并且该周边换能器(31)对应于该等边三角形的三个顶点而设置。
5.根据权利要求4所述的麦克风单元(1),其中,该PCB(2)具有外接该换能器(3)的该等边三角形布置的三角形形状。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的麦克风单元(1),包括正多边形布置的多于四个换能器(3),其中,该中心换能器(30)设置在该正多边形的中心,并且该周边换能器(31)对应于该正多边形的顶点而设置。
7.根据权利要求6所述的麦克风单元(1),其中,该PCB(2)具有正多边形形状或外接该换能器(3)的该正多边形布置的圆形形状。
8.一种麦克风元阵列(100),包括根据前述权利要求中任一项所述的多个麦克风单元(1),该多个麦克风单元(1)通过A2B音频总线(6)以菊花链配置的级联来电连接,该A2B音频总线(6)使用双绞线;其中,所述元阵列(100)适于连接到具有主处理器(8)的A2B网络(300),该主处理器(8)配置为对来自该元阵列(100)的该麦克风单元(1)的所有该换能器(3)的信号执行波束形成。
9.根据权利要求8所述的麦克风元阵列(100),其中,该麦克风单元的该PCB(2)具有横向边缘,该横向边缘通过固定机构(9)来相互固定从而获得紧凑的元阵列(200),该元阵列(200)具有平面的二维或三维形状。
10.一种A2B网络(300),包括:
-至少一个根据权利要求8或9所述的麦克风元阵列(100),
-至少一个A2B主机(7),其通过A2B总线(6)来连接到所述麦克风元阵列(100)的第一麦克风单元(1a)并且配置为由此控制所述麦克风元阵列的所有该麦克风单元(1)并且同步来自所有麦克风单元的所述换能器(3)的信号,
-电源(P),其连接到所述A2B主机(7),从而为该麦克风元阵列的该麦克风单元供电,
-主处理器(8),其连接到所述主机A2B(7)并配置为执行来自该元阵列(100)的该麦克风单元(1)的所有该换能器(3)的信号的波束形成。
11.一种车辆(V),包括根据权利要求10所述的A2B网络,其中,所述麦克风元阵列(100)布置搭载在该车辆上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116709282B (zh) * 2023-06-20 2024-05-24 河北初光汽车部件有限公司 一种可方便拆装的汽车蓝牙音频系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0763199B2 (ja) * 1984-09-18 1995-07-05 日本電信電話株式会社 電気音響変換装置
KR101403372B1 (ko) 2013-04-11 2014-06-03 충남대학교산학협력단 정다면체 마이크로폰 어레이 장치 및 상기 정다면체 마이크로폰 어레이 장치를 이용한 3차원 공간에서의 소음원 측정 방법
DE102013019194B4 (de) 2013-11-15 2016-03-24 Audi Ag Kraftfahrzeug-Mikrofonsystem mit adaptiver Richtcharakteristik
EP3571852A1 (en) 2017-02-24 2019-11-27 Huawei Technologies Co., Ltd. Microphone assembly having a reconfigurable geometry
GB2545359B (en) 2017-03-03 2018-02-14 Asdsp Ltd Device for capturing and outputting audio
CN210958793U (zh) * 2019-11-15 2020-07-07 江苏开沃汽车有限公司 一种车载阵列式麦克风
CN210518820U (zh) * 2020-04-08 2020-05-12 歌尔股份有限公司 音频电子装置及其设置有音频电子装置的设备

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