CN1534973A

CN1534973A - 可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统及其方法

Info

Publication number: CN1534973A
Application number: CNA031215386A
Authority: CN
Inventors: 黄文义
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-10-06

Abstract

本发明公开了一种可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统及其方法，主要包含有一由至少三个已知位置的麦克风组成的麦克风阵列、一可将模拟讯号数字化的转换器、一处理器、两个数字讯号增益控制器及一数字补偿软件。此音讯会议系统的方法主要是藉由高速的模拟数字转换器以及处理器将数个麦克风所接收声音讯号音源的时间差异区分出来，并据此计算出音源位置，进而选择特别的麦克风根据音源与麦克风的距离补偿其灵敏度。此麦克风灵敏度的音讯会议系统及其方法可维持甚或提升音讯会议品质，使不受限于与会人数及较大的空间，并能通过电话、网络或其它通讯方式进行远程会议。

Description

可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统及其方法，特别是一种可根据麦克风至音源间的距离对个别的麦克风灵敏度作出补偿，以达到自动提升音质的系统，适用于大型场所，并可透过电话、网络及其它通讯方式进行远程会议。

背景技术

一般在音讯会议系统中所使用的麦克风灵敏度不同于人耳，对于人耳接收音讯的灵敏度而言，当音源越远时，麦克风的灵敏度大幅降低。

美国专利US5848146披露了一种使用多个麦克风的音讯会议系统，其中使用了一受到控制的麦克风混合器；该混合器包括一混合器输出；复数个麦克风输入电路装置，用以接收并侦测最近麦克风的音讯；在该复数个麦克风输入电路装置上设有切换装置，藉以响应音讯及受控制的电路限值；以及包括讯号统合装置，以将该麦克风输入电路上的讯号与混合器输出加以整合。

本发明的动机则在研创将讲话者的音源位置以及离开麦克风的距离自动侦测定位，而对于麦克风的灵敏度作补偿，以使较大型的会议，以及远程会议亦能听到每一讲话者较好的音讯。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，其可增加麦克风的动态使用范围。

本发明的次一目的是提供一种可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，使演讲者不必拘限于固定的位置发表言论，无须受限于麦克风的架设位置。

本发明的又一目的是提供一种可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，不但能维持，甚至能提升音讯输出的品质及强度，不因演讲者与麦克风之间的距离而受损。

本发明的另一目的是提供一种可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，使在大型场所或众多与会人士的会议仍能维持高品质的音讯输出。

本发明的更一目的是提供一种可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，使可通过电话、网络或其它通讯方式执行远程会议。

本发明的再一目的是提供一种可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，可大大提高麦克风的使用效能。

本发明的又一目的是提供一种使用于可补偿麦克风灵敏度的音讯会议的方法。

为达到上述的目的，本发明的音讯会议系统包括一麦克风阵列，由至少位于已知位置的三个麦克风组成；一处理器；一可将模拟讯号数字化的转换器；两个数字讯号增益控制器，以及一数字补偿软件。此音讯会议系统的方法主要是藉由高速的模拟数字转换器以及处理器，将数个麦克风所接收声音讯号音源的时间差异区分出来，并据此计算出音源位置；并使音源位置由一距离与一方向角度代表；根据该方向角度以选择特别的麦克风以补偿其灵敏度，并根据该距离计算出所需补偿的讯号增益数值。

为便于对本发明的特点有更深入的了解，下面结合附图通过一实施例进行详细说明。

附图说明

图1是本发明第一实施例的架构示意图，其中三个麦克风恰排列于一正三角形的顶点，图中同时以数学式子显示各项几何关系；

图2是本发明第二实施例的架构示意图，其中至少三个麦克风恰排列成一直线，图中同时以数学式子显示各项几何关系；

图3是本发明的电路方块一实施例图。

附图标记说明：m1，m2，m3麦克风；S声源；P处理器；T1，T2，T3高速模拟数字转换器；G1，G2，G3第一级模拟讯号放大器；H1，H2，H3第二级模拟讯号放大器。

具体实施方式

本发明可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统包括至少三个已知位置的麦克风m1，m2，m3。请参阅第1图，本发明的第一实施例包含有三麦克风，排列于正三角形的三个顶点位置m1，m2，m3，藉此形成一麦克风阵列。由于该演讲者或音源S至各个麦克风之间的距离不同，故该演讲者的位置S可根据同一音源传送至各个麦克风之间的时间差异而计算出来。

演讲者的位置S可通过找出m2S与y轴的夹角(Θ)和m2S至S的距离(d)来解决。兹以数学方法来解决此一问题：

先定义下列条件的圆：

r1，r2，r3以S为圆心，而分别通过m1，m2，m3的圆；r12以m2为圆心，半径为(t1-t2)值×音速的圆；r32以m2为圆心，半径为(t3-t2)值×音速的圆。

(其中，t1，t2，t3分别为声音讯号由S传至m1，m2，m3的时间)

r1穿过m1且和r12相切，亦即m2和s间的距离与r1和r12的总和相同；

r3穿过 m3且和r32相切，亦即m2和s间的距离与r3和r32的总和相同；

令d＝m2至S之间的距离，则

d-r12＝S至m1之间的距离

d-r32＝S至 m3之间的距离

在图1中，将分离会议麦克风所环绕的区域为六区。计算Θ和d只需要其中三区，亦即分别具最大t2，t3，及t1。

另m1，m2与m3以(x，y)坐标表示为：

m1＝(x1，y1)

m2＝(x2，y2)

m3＝(x3，y3)

藉此可得下两式：

d-r12＝((d*cosΘ-x1)²+(d*sinΘ-y1)²)^1/2

d-r32＝((d*cosΘ-x3)²+(d*sinΘ-Y1)²)^1/2

此两式又等同于下两式：

L²-r12²+2*d*r12＝2*d×1*cosΘ+2*sinΘ*y1*d

L²-r32²+2*d*r32＝2*d×3*cosΘ+2*sinΘ*y3*d

其中L为m1，m2，m3所构成三角形的边长

令

a’＝(l²-r12²)/d

b’＝(l²-r32²)/d

cosΘ+bsinΘ＝c

Θ＝cos^-1x

则

x＝(-2*c+-(4*c²-4*(c²-b²)(1-b²))^1/2/(2*(1-b²))

d＝(L²-r12²)/(2*x1*cosΘ-2*y1*sinΘ-2*r12)

其中

b＝(2*y1*b’-2a’*y3)/(2*x1*b’-2a’*x3)，

c＝(2*b’*r12-2*a’*r32)/(2*x1*b1-2*a’*x3)

一旦得知演讲者的位置(S)，便能选择个别的麦克风以补偿其受距离影响而衰减的敏感度。

兹进一步地推导各麦克风接收音源的时间差异如下：

在图1中，进一步地假设

dc为S和m1，m2与m3的中心点的距离，亦即此(x，y)坐标是的原点O

α为x轴与SO联机的夹角；

d1为S和m1之间的距离；

d2为S和m2之间的距离；

d3为S和m3之间的距离；

则

t1＝d1/v＝{(d*cosα-L/2)²+(d*sinα+31/2/2*L)²}^1/2/v

t2＝d2/v＝{(d*cosα)²+(d*sinα-3^1/2/2*L)²}^1/2/v

t3＝d3/v＝{(d*cosα+L/2)²+(d*sinα+3^1/2/2*L)²}^1/2/v

若L＝10公分，α＝45°及d＝5公尺，则可得

t1＝0.0146542秒

t2＝0.0145023秒

t3＝0.0148580秒

请参阅图2，揭示本发明的第二实施例，其中共包含至少三个麦克风(m0，m1，m2)排列于一直线上。由三角形(m1，m0，S)可得下式：

假设L1为m0至m1的距离，L2为m1至m2的距离，t1为音源至m1以及m2的时间差，t2为音源至m0与m2的时间差，r为音源与m1的距离，而Θ为m0，m1与音源S所形成的夹角，则

r²＝L1²+(r+t1*v)²-2*L1*(r+t1*v)cosΘ；

其中v是为音速，20℃室温下约为每秒343公尺。

由三角形(m0，m2，S)可得下式：

(r+t1*v+t2*v)²＝L2²+(r+t1*v)²+2*L2*(r+t1*v)*cosΘ

由上两式可导出：

r＝(L2*L1²+L2²*L1+t1²*v²*L2-2*L1*t1*t2*v²-L1*t2²*v²)/(2*L1*t2*v-2*t1*v*L2)

Θ＝cos^-1{(r²-L1²-(r+t1*v)²)/(2*L1*(r+t1*v))

若L1＝L2时则，

r＝(2*L2+t1²*v²-2*t1*t2*v²-t2*t2*v²)/(2*(t2-t1)*v)

Θ＝90°

此时，藉使用四个麦克风的系统即可避免发生于L1*t2逼近t1*L2时产生的数值错误。

故麦克风至音源的距离r，以及方向角度Θ可以公式导出；一但得知演讲者音源的位置，即可根据音源的方向角度以选择应补偿的麦克风，并根据音源至麦克风的距离，计算所需补偿的讯号增益数值。

实施时，本发明的系统包括一麦克风阵列，由至少三个已知位置的麦克风m1，m2，m3组成，以接收演讲者声源S的模拟讯号；并包括高速模数转换器T1，T2，T3，使能在极短的时间内完成模拟讯号转换为数字讯号，而可判断各麦克风接收时间的差异；又包括一处理器P，以计算各麦克风接收到音源讯号的时间差异而将音源位置定位，并根据音源位置而选择所要补偿的麦克风，以及控制所需补偿的讯号放大增益。在实施时，可由软件控制作数字讯号的放大补偿。亦可如附图三所示，在麦克风m1，m2，m3与高速模数转换器T1，T2，T3之间设模拟讯号增益放大器G1，G2，G3而由处理器P控制；甚至可以再设第二级的放大器H1，H2，H3，一样由处理器P控制。

由上述所揭示的技术，本发明提供了一种根据讲话者音源至麦克风的距离的远近，自动补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统。

Claims

1.一种可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，包括：

一麦克风阵列，由至少三个已知位置的麦克风组成，接收模拟声音讯号；

一高速模数转换器，将模拟讯号转换为数字讯号；以及

一处理器，通过计算各麦克风接收到音源讯号的时间差异定位音源位置，并根据音源位置而选择所要补偿的麦克风，以及控制所需补偿的讯号增益。

2.如权利要求1所述的可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，其中组成该麦克风阵列的复数个麦克风排列成一三角形。

3.如权利要求1所述的可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，其中麦克风排列成一直线。

4.如权利要求1所述的可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，其中麦克风排列成多角度的几何形状。

5.如权利要求1所述的可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，其中处理器是包括一数字讯号补偿软件，以控制对选择的麦克风作数字讯号补偿。

6.如权利要求1所述的可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，其中在麦克风与高速模数转换器之间设有由处理器控制的模拟讯号增益放大器。

7.如权利要求6所述的可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统，其中讯号增益放大器为二级放大器。

8.一种用于可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统的方法，包括下列步骤：

架构一麦克风阵列，由至少三个麦克风排列在已知位置，并由麦克风接收音源的模拟式讯号；

由一高速模数转换器将麦克风所接收模拟讯号转换为数字讯号；

通过一处理器辨别各麦克风接收音源讯号的时间差异，由此将音源位置定位；

根据音源位置选择需要补偿的麦克风；以及

根据音源至麦克风的距离对选出的麦克风进行补偿。

9.如权利要求8所述的用于可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统的方法，其中音源位置由一距离与一方向角度表示。

10.如权利要求8所述的用于可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统的方法，其中对麦克风作补偿的步骤是根据麦克风的原始灵敏度以及该麦克风至音源的距离进行补偿的。

11.如权利要求8所述的用于可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统的方法，在麦克风接收的模拟讯号后，先由处理器控制进行模拟讯号增益放大，然后再由高速模数转换器转换成数字信号。

12.如权利要求8所述的用于可补偿麦克风灵敏度的音讯会议系统的方法，借助一软件控制而进行数字讯号放大，以对所选择的麦克风灵敏度作补偿。