DE10026078C1

DE10026078C1 - Richtmikrofonanordnung und Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Richtmikrofonanordnung

Info

Publication number: DE10026078C1
Application number: DE10026078A
Authority: DE
Inventors: Stefano Klinke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Gigaset Communications GmbH
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2020-05-26
Also published as: HK1059017A1; US7120262B2; WO2001091512A2; EP1285554A2; US20030174852A1; DE50103013D1; CN100499875C; WO2001091512A3; CN1443432A; EP1285554B1

Abstract

Eine Anordnung von fünf Achtmikrofonen ist derart ausgestaltet, dass Empfangssignale generiert werden, die zumindest nahezu proportional zu sin(alpha), cos(alpha), sin(alpha)*cos(alpha), cos·2·(alpha) bzw. sin·2·(alpha) sind, d. h. sowohl Richtmikrofone erster Ordnung als auch Richtmikrofone zweiter Ordnung realisiert sind. Des Weiteren ist ein Verfahren zur Signalverarbeitung derart ausgestaltet, dass es geeignete Empfangssignale auswählt, verschiedene von der Ausrichtung phi der Hauptkeule abhängige trigonometrische Funktionen erzeugt und derart mit den Empfangssignalen verknüpft, so dass steuerbare Richtmikrofonanordnungen mit Charakteristiken erster und/oder zweiter Ordnung erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Richtmikrofonanordnung und ein Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Richtmikrofonanord nung.

Richtmikrofone sind ein wirkungsvolles Mittel, um das Sprach verstehen in störschallerfüllter Umgebung zu erleichtern, da sie eine von der Schalleinfallsrichtung abhängige Empfind lichkeit (Richtcharakteristik) aufweisen und damit eine räum liche Unterdrückung von Störgeräuschen bewirken.

Richtcharakteristik bzw. Richtwirkung beschreibt das Verhält nis der Empfindlichkeiten eines Mikrofons für Schallquellen, die aus allen Richtungen einer Ebene auf das Mikrofon auf treffen und hängt im wesentlichen von der Bauform des Mikro fons ab. Bekannte Richtcharakteristiken sind Kugel-, Acht-, Kardioid(Nieren-), Superkardioid(Supernieren-), Hyperkardi oid(Hypernieren-) und Keulencharakteristik.

Die Kugelcharakteristik zeichnet sich dadurch aus, dass der Schall aus allen Richtungen gleich stark aufgenommen wird. Ein Mikrofon mit Kugelcharakteristik ist beispielsweise der "Druckempfänger", dessen Membran, die nur mit der Vorderseite dem Schallfeld ausgesetzt ist, alle im Schallfeld befindli chen Druckschwankungen aufnimmt, gleichgültig aus welcher Richtung sie kommen. Da dieses Mikrofon keine bevorzugte Richtwirkung hat, weist es eine Kugelcharakteristik auf und wird häufig mit "Kugelmikrofon" bezeichnet.

Eine Achtcharakteristik zeichnet sich dadurch aus, dass der Schall aus zwei ausgewählten sich gegenüberliegenden Richtun gen besonders stark aufgenommen wird. Mikrofone mit Achtcha rakteristik - auch als "Achtmikrofone" bezeichnet - sind u. a. für das M/S Stereoverfahren entwickelt worden und ermöglichen eine nachträgliche Beeinflussung der Stereobasis bis hin zu Mono.

Ein Mikrofon mit Achtcharakteristik ist z. B. der "Druckgra dientenempfänger" bzw. "Druckdifferenzempfänger", der so kon struiert ist, dass der Schall sowohl von vorne, aber auch von hinten an die Membran gelangt, wobei hierfür 2 Schallein tritts-Öffnungen erforderlich sind, so dass bei seitlich ein treffendem Schall keine Auslenkung der Membran erfolgt und eine "achtförmige" Richtcharakteristik gewährleistet ist.

Eine weitere Möglichkeit, eine Achtcharakteristik zu erzie len, die zudem flexibler ist als die rein mechanische Anord nung des Druckgradientenempfängers, ist eine Anordnung aus 2 einfachen Kugelmikrofonen die örtlich leicht versetzt sind (Array). Die Richtwirkung ergibt sich hierbei durch elektro nische Subtraktion des (aus Sicht des einfallenden Schalls) vorderen Kugelmikrofonsignals von dem verzögerten Signal des hinteren Kugelmikrofons. Die genaue Form der Richtcharakte ristik wird durch den Mikrofonabstand und die interne elekt rische Verzögerung festgelegt.

Der Druckdifferenz- bzw. Druckgradientenempfänger liefert bei einem unter einem Winkel α einfallenden Schall ein zu cos(α) proportionales Signal und ist daher ein Richtmikrofon mit ei ner Richtcharakteristik erster Ordnung.

Der Verzicht auf Nahbesprechungsmikrofone am Telefon, in Vi deokonferenzen oder bei der automatischen Spracherkennung führt zu einer Überlagerung von Sprache mit Nachhall und Hin tergrundgeräuschen. Diese unerwünschten Signalanteile werden durch den Einsatz eines Richtmikrofons mit einer der eingangs genannten Charakteristiken, insbesondere durch ein steuerba res (Richt-)Mikrofonarray, dessen Hauptkeule, insbesondere automatisch, auf den Sprecher fokussiert wird, kompensiert.

"Steuerbar" bedeutet hierbei, dass sich die (Aus-)Richtung der Hauptkeule, die durch einen Winkel (ϕ) bestimmt ist, wel cher voreingestellt oder durch Verfahren der Ortung und der Sprachdetektion automatisch auf einen Sprecher ausgerichtet wird (d. h. variierbar ist), durch, insbesondere digitale, Nachbearbeitung "signal processing" der - aufgrund eines ein fallenden Schalls von den Richtmikrofonen erzeugten - Emp fangssignale einstellen lässt.

In bekannter Weise ergibt sich ein steuerbares Richtmikrofon erster Ordnung daher, wenn ein von einem Richtmikrofon erster Ordnung (z. B. Druckdifferenzempfänger) erzeugtes Signal mit tels "signal processing" nachbearbeitet wird, so dass dem Signal eine gewünschte Richtung (ϕ) der Hauptkeule eingear beitet wird und sich schließlich ein Signal ergibt, welches proportional zu cos(ϕ + α) ist.

Richtmikrofonanordnungen mit Richtcharakteristik der zweiten Ordnung, insbesondere steuerbare Richtmikrofonanordnungen, sind jedoch nicht bekannt.

Aus der DE 44 98 516 C2 ist ein Richtungsgradientenmikrofon system bekannt, bei dem maximal drei Mikrofone mit gleicher Gradientenordnung und Frequenzgang auf einer Achse zu liegen kommen, wobei von den Mikrofonen erzeugte Signale einem Pro zessor zugeführt werden, der ein Ausgangssignal mit einer Gradientenordnung erzeugt, die um mindestens zwei Gradienten ordnungen größer ist als die Gradientenordnung jedes der Mik rofone.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, eine An ordnung und ein Verfahren anzugeben, die eine, insbesondere steuerbare, Richtmikrofoncharakteristik zweiter Ordnung ge währleisten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 9 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 weist eine erfindungsgemäße Richtmikrofonan ordnung
ein erstes Richtmikrofon mit Achtcharakteristik ("Achtmik rofon") und ein zweites Achtmikrofon, die derart angeord net sind, dass die Hauptachse des ersten Achtmikrofons und die Hauptachse des zweiten Achtmikrofons parallel zu einer ersten Achse verlaufen,
ein drittes Achtmikrofon und ein viertes Achtmikrofon, die derart angeordnet sind, dass die Hauptachse des dritten Achtmikrofons und die Hauptachse des vierten parallel zu einer zweiten Achse verlaufen, wobei die erste Achse und die zweite Achse sind orthogonal zueinander,
ein fünftes Achtmikrofon, das derart angeordnet ist, dass die Hauptachse des fünften Achtmikrofons zur Hauptachse des ersten Achtmikrofons orthogonal verläuft,
7 eine Einrichtung zur Phasenverschiebung, die dem zweiten Achtmikrofon und dritten Achtmikrofon nachgeschaltet ist,
auf.

Durch diese Anordnung ist gewährleistet, dass mit einer mini malen Anzahl von Richtmikrofonen aus einer Schallwelle, die aus einer Richtung mit dem Winkel α (bezogen auf die erste Achse) Empfangssignale generiert werden, die zumindest nahezu proportional zu sin(α), cos(α), sin(α).cos(α), cos²(α) bzw. sin²(α) sind, d. h. sowohl Richtmikrofone erster Ordnung (Empfangssignal proportional cos(α)) als auch Richtmikrofone zweiter Ordnung (Empfangssignal proportional cos²(α)) reali siert sind, wobei die Filtereinrichtung eine Phasenverschie bung ausgleicht. Zudem benötigt die Anordnung nur einen ge ringen Raum, da der Abstand zwischen dem erste Achtmikrofon und dem zweiten Achtmikrofon sowie der Abstand zwischen dem dritten Achtmikrofon und vierten Achtmikrofon in der Größen ordnung von 3 cm liegt.

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 9 wird

a) eine erste Anordnung aus zwei Achtmikrofonen mit zueinan der parallelen Hauptachsen werden derart angesteuert, dass sich ein erstes Empfangssignal proportional zu A . cos²(α) ergibt,
b) eine zweite Anordnung aus zwei Achtmikrofonen mit zuein ander parallelen Hauptachsen werden derart angesteuert, dass sich ein zweites Empfangssignal proportional zu B . sin²(α) ergibt,
c) ein fünftes Achtmikrofon mit einer zu einem Achtmikrofon der ersten Achtmikrofonanordnung oder einem Achtmikrofon der zweiten Achtmikrofonanordnung orthogonalen Hauptachse wird derart angesteuert, dass sich ein drittes Empfangs signal proportional zu C.cos(α).sin(α) ergibt,
d) ein Achtmikrofon der ersten Achtmikrofonanordnung und ein Achtmikrofon der zweiten Achtmikrofonanordnung, deren Hauptachsen zueinander orthogonal verlaufen, werden der art angesteuert, dass sich ein viertes Empfangssignal proportional zu D.cos(α) + E.sin(α) ergibt,
e) das vierte Empfangssignal um 90° phasenverschoben und mit der Summe des ersten Empfangssignals, des zweiten Emp fangssignals sowie dritten Empfangssignals linear kombi niert wird, wobei
A := cos²(ϕ)
B := sin²(ϕ)
C := -2cos(ϕ).sin(ϕ)
D := cos(ϕ)
E := -sin(ϕ)
eingestellt wird, und wobei
α := Richtung aus der eine Schallwelle kommt
ϕ := gewünschte Richtung der Hauptkeule
ist.

Wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 9 ist eine einfache Realisierung einer steuerbaren Richtcharakteristik, die zumindest annähernd einer Richtcha rakteristik der zweiten Ordnung entspricht, wobei durch die teilweise Mehrfachverwendung bzw. Signalverarbeitung einzel ner durch die Achtmikrofone aufgrund eines mit α einfallen den Schalls erzeugter Empfangssignale erreicht wird, dass ein eine minimale Anzahl von Achtmikrofonen zur Erzeugung einer Richtcharakteristik zweiter Ordnung genügt. Zudem wird mit diesem Verfahren auch eine Richtcharakteristik erster Ordnung erzeugt (viertes Empfangssignal), so dass je nach Bedarf wahlweise die Richtcharakteristik erster oder zweiter Ordnung gewählt werden kann, wobei auch die Richtcharakteristik erster und zweiter in Kombination gewählt werden können, so dass insgesamt die Erzeugung unterschiedlicher Formen von Richt charakteristiken möglich ist.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine Nachbear beitung der von den Achtmikrofonen erzeugten Empfangssignale, je nach Einsatz der Richtmikrofonanordnung, so wird bei spielsweise bei einem Einsatz in Systemen, wo der zu empfan gende Schall aus einer bevorzugten Richtung kommt, durch ein durch die Steuereinrichtung durchgeführtes "signal proces sing" eine Hauptkeulenrichtung (Winkel ϕ) festgelegt und in Systemen, wo der zu empfangende Schall keine bevorzugte Rich tung aufweist, ebenfalls durch spezielle Algorithmen des "signal processing" eine Hauptkeulerichtung je nach aktueller Schalleinfallsrichtung eingestellt.

Die Weiterbildung nach Anspruch 3 und/oder 4 erlaubt die Er zeugung von Empfangssignalen, exakterer Proportionalität zu cos(α).sin(α) und cos²(α), für die diese Richtmikrofone ver antwortlich sind.

Die Weiterbildung nach Anspruch 5 und/oder 6 erlaubt die Er zeugung von Empfangssignalen, exakterer Proportionalität zu cos(α) und -sin(α), für die diese Richtmikrofone verantwort lich sind.

Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 7 handelt es sich um ei ne einfache Form eines Richtmikrofons mit Achtcharakteristik (Achtmikrofon).

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 8 gewährleistet eine höhere Flexibilität der Anordnung bezüglich der Richtcharakteristik, da die Achtcharakteristik durch zwei Kugelcharakteristiken erzeugt wird und daher sowohl Achtcharakteristiken als auch Kugelcharakteristiken bei Bedarf verfügbar sind. Zudem hat diese Weiterbildung den Vorteil eines höheren Freiheitsgrades bei der Abstimmung der Anordnung, da die Kugelmikrofone der Kugelmikrofonpaare, die jeweils ein Achtmikrofon realisieren, umpositioniert werden können.

Die Weiterbildung nach Anspruch 10 erlaubt eine exaktere Bil dung der Richtcharakteristik zweiter Ordnung, da zur exakten Erzeugung einer solchen Charakteristik zweiter Ordnung ein Signalanteil mit Kugelcharakteristik erforderlich ist, falls man ihn nicht - wie im Allgemeinen der Fall - vernachlässigt, wobei die Kugelcharakteristik beispielsweise durch mit Hilfe einer Weiterbildung gemäß Anspruch 8 erzielen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzi gen Figur erläutert. Diese zeigt:

Eine steuerbare Richtmikrofonanordnung mit fünf Achtmikrofonen (abstrakte Darstellung)

In der FIGUR ist eine erste Achse x1 zu sehen und eine zweite Achse x2 zu sehen. Desweiteren sind fünf Richtmikrofone (Achtmikrofone) Mik1, Mik2, Mik3, Mik4 und Mik5 mit achtför miger Richtcharakteristik (Achtcharakteristik) zu sehen, wo bei diese Achtmikrofone jeweils durch ein Paar von versetzt angeordneten Richtmikrofonen mit Kugelcharakteristik (Kugel mikrofone) gebildet werden, wobei die Achtcharakteristik durch Subtraktion der von den einzelnen Kugelmikrofonen des Kugelmikrofonpaares erzeugten Signale erzielt wird.

Alternativ zu den Kugelmikrofonpaaren ist auch der Einsatz von anderen Druckgradientenempfängern als Achtmikrofon bzw. eine Mischform der einzelnen Varianten, insbesondere mit Ku gelmikrofonpaaren z. B. bei einer Notwendigkeit mindestens ei ner Kugelcharakteristik, möglich.

Auf der ersten Achse x1 ist das erste Achtmikrofon Mik1 und versetzt dazu das zweite Mikrofon Mik2 derart angeordnet, dass ihre Hauptachsen parallel, insbesondere nahezu deckungs gleich, zur ersten Achse x1 verlaufen.

Die Hauptachse der in der Figur dargestellten Achtmikrofone Mik1, Mik2, Mik3, Mik4 und Mik5 verläuft dabei senkrecht und mittig zu den Kugelmikrofonpaaren. Bei der Ausführungsform der Achtmikrofone als Druckgradientenempfänger verläuft die Hauptachse senkrecht und mittig zur Membran bzw. zu der/den Schalleintrittsöffnungen.

Dieses versetzte Platzieren des ersten Achtmikrofons Mik1 und zweiten Achtmikrofons Mik2 auf einer Achse ergibt eine Richt mikrofonanordnung zweiter Ordnung, da sie bei Einfall eines Schalls unter dem Winkel α (als Bezugsachse für Winkel wird die erste Achse x1 angenommen) ein Empfangsignal proportional zu cos²(α) liefert.

Auf der zweiten Achse x2 ist das dritte Achtmikrofon Mik3 und versetzt das vierte Achtmikrofon Mik4 derart angeordnet, dass ihre Hauptachsen jeweils parallel, insbesondere nahezu de ckungsgleich, zur zweiten Achse x2 verlaufen.

Diese Platzierung ergibt ebenfalls eine Richtmikrofonanord nung zweiter Ordnung, erzeugt jedoch bei Einfall eines Schalls unter dem Winkel α, wobei die Bezugsachse wiederum die erste Achse x1 ist, ein Empfangssignal proportional zu sin²(α), da die zweite Achse x2 orthogonal zur ersten Achse x1 verläuft.

Insbesondere wenn das zweite Achtmikrofon Mik2 und das dritte Achtmikrofon Mik3 dicht nebeneinander platziert sind, so dass sie nahezu deckungsgleich zu liegen kommen, wobei insbesonde re die Mittelpunkte der Mikrofone nahezu deckungsgleich zu liegen kommen, werden Anforderungen an den Platzbedarf bei der Realisierung einer Richtmikrofonanordnung zweiten Ordnung auf ein Minimum reduziert.

Hierbei sind die Mittelpunkte bei Verwendung von Kugelmikro fonpaaren zur Realisierung von Achtmikrofonen durch den Mittelpunkt der Verbindungsstrecke der beiden Kugelmikrofone bzw. bei Verwendung von anderen Druckdifferenzempfängern durch den Mittelpunkt der Membran bestimmt.

Durch diese Platzierung wird bei einem unter dem Winkel α einfallenden Schall zum einen vom zweiten Achtmikrofon Mik2 ein Empfangssignal proportional zu cos(α) und zum anderen vom dritten Achtmikrofon Mik3 ein Empfangssignal proportional zu sin(α) erzeugt.

Das fünfte Achtmikrofon Mik5 ist insbesondere derart plat ziert, dass es nahezu deckungsgleich mit dem ersten Achtmik rofon Mik1 zu liegen kommt, insbesondere so dass die Mittel punkte (siehe oben) nahezu deckungsgleich zu liegen kommen.

Aus dieser Platzierung ergibt sich durch die Versetzung vom ersten Achtmikrofon Mik1 und dem zweiten Achtmikrofon Mik2 in Verbindung mit der orthogonalen Beziehung vom zweiten Acht mikrofon Mik2 zum dritten Achtmikrofon Mik3 bei einem unter dem Winkel α einfallenden Schall ein Empfangssignal propor tional zu cos(α) . sin(α).

Die genaue Platzierung der einzelnen Achtmikrofone Mik1 . . . Mik5, d. h. der jeweilige Versetzungsabstand der Mikro fone auf den jeweiligen Achsen x1, x2, ob Deckungsgleichheit mit den Achsen x1, x2 bzw. den jeweiligen Mittelpunkten oder ob Parallelität zu den Achsen x1, x2 gegeben ist, hängt von verschiedenen Parametern ab, beispielsweise vor allem von To leranzen der verwendeten Mikrofone oder gewünschten Genauig keit der Richtcharakteristik, daneben auch in geringem Maße vom zu erwartendes Einsatzgebiet (Geräuschkulisse, Übertra gungsfunktion des Raums), so dass sie letztendlich durch Si mulation und/oder Versuchaufbauten in Verbindung mit geeigne ten Messungen ermittelt werden muss und daher leichte Varia tionen möglich sind.

Um eine Steuerbarkeit der beschriebenen Achtmikrofonanordnung zu erzielen, sind die genannten Achtmikrofone Mik1 . . . Mik5 mit einer Steuereinrichtung µP, beispielsweise einem Mikroprozes sor verknüpft. Steuerbarkeit bedeutet hierbei, dass die je weiligen Empfangssignale der einzelnen Achtmikrofone Mik1 . . . Mik5 derart, vorzugsweise digital, weiterverarbeitet werden, dass ihnen jeweils von einem Winkel ϕ abhängige Koef fizienten bzw. Faktoren zugeordnet werden, wobei der Winkel ϕ (ebenfalls auf die erste Achse x1 bezogen) die gewünschte Ausrichtung der Hauptkeule ist.

Ob die Ausrichtung festgelegt wird oder variierbar sein soll, hängt von der geplanten Einsatzart einer Richtmikrofonanord nung ab und spiegelt sich in den zur Festlegung von der Aus richtung ϕ verwendeten Algorithmen wider.

Durch die Steuereinrichtung wird die beschriebene Achtmikro fonanordnung des Weiteren zudem derart angesteuert, dass sie nun eine steuerbare Richtmikrofonanordnung der ersten Ordnung und/oder eine steuerbare Richtmikrofonanordnung der zweiten Ordnung realisiert.

Eine Richtmikrofonanordnung mit allgemeiner Richtcharakteris tik der zweiten Ordnung wird mit einem Ausgangssignal der An ordnung, welches proportional zu

K + L.cos(α + ϕ) + M.cos²(α + ϕ)

ist, erzielt, wobei der Term (Koeffizient) K sich durch ein Signal mit Kugelcharakteristik, der Term L.cos(α + ϕ) bei ei nem Signal mit Achtcharakteristik der ersten Ordnung und der Term M.cos(α + ϕ) bei einem Signal mit Achtcharakteristik der zweiten Ordnung ergibt und wobei der Term K im allgemeinen vernachlässigbar ist, so dass es im Wesentlichen genügt, eine Achtcharakteristik erster Ordnung und eine Achtcharakteristik zweiter Ordnung zu erzeugen.

Für eine Achtcharakteristik der ersten Ordnung wird die An ordnung daher in einem Verfahrensschritt derart angesteuert, dass zwei der von den Achtmikrofonen Mik1 . . . Mik5 ausgewählt werden, die bei einem mit α einfallenden Schall, Empfangs signale erzeugen, von denen eines proportional zu cos(α) (drittes Achtmikrofon Mik3) und eines proportional zu sin(α) (zweites Achtmikrofon Mik2) ist, erzeugen, wobei diese Emp fangssignale linear gemäß folgender Formel

D.cos(α) + E.sin(α)

kombiniert werden.

Damit man eine zu cos(α + ϕ) proportionale Form erhält, wird nun in einem Signalverarbeitungsschritt der Faktor D = cos(ϕ) und der Faktor E = -sin(ϕ) erzeugt, so dass sich nach dem Ad ditionstheorem

cos(x + y) = cos(y).cos(x) - sin(y).sin(x)

das Signal (viertes Empfangssignal)

cos(α + ϕ) = cos(ϕ).cos(α) - sin(ϕ).sin(α)

ergibt.

Für die Erzeugung einer Achtcharakteristik der zweiten Ord nung werden daher in einem weiteren Verfahrensschritt zwei weitere Achtmikrofonen (erstes Achtmikrofon Mik1 und zweites Achtmikrofon Mik2) von den Achtmikrofonen Mik1 . . . Mik5 gewählt, die bei dem mit α einfallenden Schall, ein erstes Empfangs signal, welches proportional zu cos²(α) ist erzeugen sowie das dritte Achtmikrofon Mik2 und vierte Achtmikrofon Mik4 ausgewählt, die in Verbindung zu einander ein zweites Emp fangssignal proportional zu sin²(α) erzeugen.

Des weiteren wird das dritte Achtmikrofon Mik3 und das fünfte Achtmikrofon Mik5 ausgewählt, die in Verbindung zueinander ein drittes Empfangssignal proportional zu sin(α).cos(α) er zeugen.

Erstes, zweites und drittes Empfangssignal werden daraufhin in einem Signalverarbeitungsschritt gemäß folgender Formel

A . cos²(α) + B.sin²(α) + C.cos(α).sin(α)

kombiniert.

Damit sich ein Signal gemäß cos²(α + ϕ) ergibt, werden die Faktoren A, B und C durch Signalverarbeitung unter Anwendung des Additionstheorems

cos²(x + y) = [cos(y).cos(x) - sin(y).sin(x)]² = cos²(y).cos²(x) - 2.sin(y).sin(x).cos(y).cos(x) + sin²(y).sin²(x)

auf folgende Weise entwickelt
A = cos²(ϕ)
B = sin²(ϕ)
C = -2.sin(ϕ).cos(ϕ),
so dass sich die Achtcharakteristik zweiter Ordnung gemäß cos²(ϕ + α) ergibt.

Um letztendlich die steuerbare Richtmikrofonanordnung mit allgemeiner Richtcharakteristik der zweiten Ordnung zu reali sieren, wird zunächst eine Phasenverschiebung um 90°, welche zwischen der Achtcharakteristik der ersten Ordnung und der Achtcharakteristik der zweiten Ordnung besteht, mittels einer Einrichtung (beispielsweise Hilbertsfilter), die dem zweiten Achtmikrofon Mik2 und dem dritten Achtmikrofon Mik3 nachge schaltet wird, ausgeglichen, so dass ein fünftes Empfangssignal entsteht und anschließend werden das erste, zweite, drit te und vierte Empfangsignal mit Faktoren gewichtet addiert.

Falls der Anteil der Kugelcharakteristik (Term K) an der all gemeinen Richtcharakteristik der zweiten Ordnung nicht ver nachlässigt weiden soll, kann dieser Anteil, beispielsweise bei einer Realisierung der Achtmikrofone Mik1 . . . Mik5 durch Ku gelmikrofone, durch Abgreifen mindestens eines der von den einzelnen Kugelmikrofonen erzeugten Signale und anschließende Signalverarbeitung als ein fünftes Empfangssignal erzeugt werden.

Alternativ bietet sich auch die Möglichkeit, das erste und zweite Empfangssignal derart linear zu kombinieren, dass sich ein fünftes Empfangssignal mit Kugelcharakteristik ergibt, dass dann zur Summe aus dem ersten, zweiten, dritten und vierten Empfangssignal mit einem Faktor gewichtet addiert wird.

Claims

1. Richtmikrofonanordnung mit folgenden Merkmalen:

a) Ein erstes Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik1) und ein zweites Mikrofon mit achtförmiger Richt charakteristik (Mik2) sind derart angeordnet, dass die Hauptachse des ersten Mikrofons mit achtförmiger Richt charakteristik (Mik1) und die Hauptachse des zweiten Mik rofons mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik2) paral lel zu einer ersten Achse (x1) verlaufen,
b) ein drittes Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik3) und ein viertes Mikrofon mit achtförmiger Richt charakteristik (Mik4), die derart angeordnet sind, dass die Hauptachse des dritten Mikrofons mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik3) und die Hauptachse des vierten (Mik4) parallel zu einer zweiten Achse (x2) verlaufen,
c) die erste Achse (x1) und die zweite Achse sind orthogonal zueinander,
d) ein fünftes Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik5) ist derart angeordnet, dass die Hauptachse des fünften Mikrofons mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik5) zur Hauptachse des ersten Mikrofons mit achtförmi ger Richtcharakteristik (Mik1) orthogonal verläuft,
e) eine Einrichtung zur Phasenverschiebung (PV) ist zwei Achtmikrofonen (Mik2, Mik3), deren Hauptachsen orthogonal zueinander verlaufen, nachgeschaltet.

2. Richtmikrofonanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (µP) mit dem ersten Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik1) sowie zweiten Mikrofon mit achtförmiger Richtcha rakteristik (Mik2), dem dritten Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik3) sowie vierten Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik4) und/oder dem fünften Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik5) derart verbunden ist, dass die jeweilige Ausrichtung Hauptkeule der Richtmikrofonanordnung variierbar ist.

3. Richtmikrofonanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik1) und das fünfte Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik5) derart angeordnet sind, dass das erste Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik1) und das fünfte Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik5) benachbart zu liegen kommen.

4. Richtmikrofonanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik1) und das fünfte Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik5) derart angeordnet sind, dass der Mittelpunkt des ersten Mikrofons mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik1) und der Mittelpunkt des fünften Mikrofons mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik5) nahezu deckungs gleich zu liegen kommen.

5. Richtmikrofonanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik2) und das fünfte Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik3) derart angeordnet sind, dass das zweite Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik2) und dritte Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik3) na hezu deckungsgleich zu liegen kommen.

6. Richtmikrofonanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik2) und das fünfte Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik3) derart angeordnet sind, dass der Mittelpunkt des zweiten Mikrofons mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik2) und der Mittelpunkt des dritten Mikrofons mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik3) nahezu deckungs gleich zu liegen kommen.

7. Richtmikrofonanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Mikrofone mit achtförmiger Richtcharakteris tik (Mik1, Mik2, Mik3, Mik4, Mik5) als Druckgradienten empfänger ausgestaltet sind.

8. Richtmikrofonanordnung nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Mikrofone mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik1, Mik2, Mik3, Mik4, Mik5) durch jeweils zwei versetzt angeordnete Ku gelmikrofone realisiert sind.

9. Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Richtmikrofon anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit folgenden Merkmalen:

a) Eine erste Anordnung aus zwei Achtmikrofonen (Mik1, Mik2) mit zueinander parallelen Hauptachsen wird derart ange steuert, dass sich ein erstes Empfangssignal proportional zu A . cos²(α) ergibt,
b) eine zweite Anordnung aus zwei Achtmikrofonen (Mik3, Mik4) mit zueinander parallelen Hauptachsen werden derart angesteuert, dass sich ein zweites Empfangssignal propor tional zu B . sin²(α) ergibt,
c) ein fünftes Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik5) mit einer zu einem Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik der ersten Achtmikrofonanordnung oder einem Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik der zweiten Achtmikrofonanordnung orthogonalen Hauptachse wird derart angesteuert, dass sich ein drittes Empfangs signal proportional zu C . cos(α) . sin(α) ergibt,
d) ein Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik2) der ersten Achtmikrofonanordnung und ein Mikrofon mit achtförmiger Richtcharakteristik (Mik3) der zweiten Achtmikrofonanordnung deren Hauptachsen zueinander orthogonal verlaufen werden derart angesteuert, dass sich ein vier tes Empfangssignal proportional zu D . cos(α) + E . sin(α) ergibt,
e) das vierte Empfangssignal um 90° phasenverschoben und mit der Summe des ersten Empfangssignals, des zweiten Emp fangssignals sowie dritten Empfangssignals jeweils mit Faktoren gewichtet linear kombiniert wird, wobei
A := cos²(ϕ)
B := sin²(ϕ)
C := -2cos(ϕ) . sin(ϕ)
D := cos(ϕ)
E := -sin(ϕ)
eingestellt wird, und wobei
α := Richtung aus der eine Schallwelle kommt
ϕ := gewünschte Richtung der Hauptkeule
ist.

10. Verfahren zur Signalverarbeitung nach Anspruch 9, da durch gekennzeichnet, dass

a) das erste Empfangssignal und das zweite Empfangssignal derart linear kombiniert werden, dass ein fünftes Emp fangssignal mit einer kugelförmigen Richtmikrofoncharakte ristik gebildet wird,
b) das erste Empfangssignal, zweite Empfangssignal, dritte Empfangssignal, vierte Empfangssignal und fünfte Empfangs signal jeweils mit Faktoren gewichtet linear kombiniert werden.