DE102008014299A1 - Microphone i.e. UM930-Twin microphone, has microphone capsules in housing, and acoustical impedance sensor staying in connection with processor i.e. digital signal process, for signal processing and displacement determination - Google Patents
Microphone i.e. UM930-Twin microphone, has microphone capsules in housing, and acoustical impedance sensor staying in connection with processor i.e. digital signal process, for signal processing and displacement determination Download PDFInfo
- Publication number
- DE102008014299A1 DE102008014299A1 DE200810014299 DE102008014299A DE102008014299A1 DE 102008014299 A1 DE102008014299 A1 DE 102008014299A1 DE 200810014299 DE200810014299 DE 200810014299 DE 102008014299 A DE102008014299 A DE 102008014299A DE 102008014299 A1 DE102008014299 A1 DE 102008014299A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sound
- microphone
- signals
- distance
- sound pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
- H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
- H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
- H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
- H04R1/406—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers microphones
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Otolaryngology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Mikrofon mit entfernungsabhängiger Selektivität und ein Verfahren zur Verarbeitung von gemessenen Schallsignalen zur Entfernungsbestimmung von Schallquellen, wobei das Mikrofon ein Gehäuse mit zwei Mikrofonkapseln enthält.The The invention relates to a microphone with distance-dependent Selectivity and a method of processing measured Sound signals for determining the distance of sound sources, wherein the microphone contains a housing with two microphone capsules.
Für
den Einsatz kann ein in den
Aus der Physik der Schallabstrahlung ist bekannt, dass im Nahbereich eines Punktstrahlers, der Schalldruckpegel nicht dem Schallschnellepegel entspricht. Außerdem besteht im Nahbereich einer Schallquelle eine Phasendifferenz zwischen der Schallschnelle und dem Schalldruck.Out The physics of sound radiation is known to be at close range a spotlight, the sound pressure level not the sound velocity level equivalent. In addition, there is a sound source in the vicinity a phase difference between the sound velocity and the sound pressure.
Außerdem
erlaubt der Aufbau des Mikrofons
Weitere
Mikrofone und Funktionsweisen sind in den Druckschriften
Bei der Schallaufnahme mit Mikrofonen stören oft unerwünschte Nebengeräusche, die oft von Schallquellen aus größeren Entfernungen stammen.at The sound recording with microphones often interfere with unwanted Noise, often from sound sources from larger ones Distances come.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mikrofon mit entfernungsabhängiger Selektivität und ein Verfahren zur Verarbeitung von gemessenen Schallsignalen zur Entfernungsbestimmung von Schallquellen anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass durch digitale Signalverarbeitung die Schallfeldanteile aus einem Nahbereich eines Mikrofons von denen aus einem Fernbereich getrennt werden können. Die Unterschiede zwischen Schalldruck und Schallschnelle sollen dazu ausgenutzt werden, die Mikrofonsignale zu analysieren, die Entfernung zur Schallquelle zu bestimmen und entsprechend dem Analyseergebnis in ihrer Amplitude zu bewerten. Es soll auch eine Verbesserung des Abstandes zwischen Sprach- und Störsignal herbeigeführt werden.Of the Invention is based on the object, a microphone with distance-dependent Selectivity and a method of processing measured Indicate sound signals for distance determination of sound sources, which are formed so suitable that by digital signal processing the sound field components from a close range of a microphone of those can be separated from a remote area. The differences Between sound pressure and Schallschnelle should be exploited, the To analyze microphone signals, the distance to the sound source to determine and according to the analysis result in their amplitude to rate. It should also improve the distance between Speech and interference signal can be brought about.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst.The The object is achieved by the features of claims 1 and 4 solved.
In dem Mikrofon mit entfernungsabhängiger Selektivität mit mindestens zwei Mikrofonkapseln, enthaltend ein Gehäuse mit mindestens zwei Mikrofonkapseln, ist gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 zusätzlich ein Schallimpedanzsensor integriert, über den einzelne Schallfeldkomponenten in ihrer Entfernung und Richtung zur Schallquelle bestimmbar sind, wobei der Betrag und die Phase der Schallimpedanz angeben, in welcher Entfernung sich das Mikrofon von der Schallquelle befindet, wobei. die Schallimpedanz als vektorielle Größe die Richtung der am Mikrofon einfallenden Schallwellen anzeigt, wobei der Schallimpedanzsensor mit einem Prozessor in Form eines Digitalsignalprozessors – DSP – zur Signalverarbeitung und Entfernungsbestimmung in Verbindung steht.In the microphone with distance-dependent selectivity with at least two microphone capsules containing a housing with at least two microphone capsules, is according to the Characteristic part of claim 1 additionally a sound impedance sensor integrated, over the individual sound field components in their distance and direction to the sound source are determinable, wherein the magnitude and the phase of the acoustic impedance indicate in which Distance the microphone is from the sound source, where. the sound impedance as vectorial magnitude the direction indicates the incident on the microphone sound waves, wherein the sound impedance sensor with a processor in the form of a digital signal processor - DSP - to Signal processing and distance determination is related.
Im Mikrofon kann bereits eine erste analoge Signalvorverarbeitung stattfinden, wobei an einem ersten Ausgang des Mikrofons immer die Summe der Signale von Schalldruck und Schallschnelle (Niere nach vorn) anliegt und an einem zweiten Ausgang dagegen vielfältig konfiguriert wird, wahlweise
- – nur der Schalldruck (Kugel) oder
- – nur die Schallschnelle (Acht) oder
- – Schalldruck minus Schallschnelle (Niere nach hinten).
- - only the sound pressure (sphere) or
- - only the speed of sound (Eight) or
- - Sound pressure minus sound velocity (kidney to the back).
Durch eine Nachbearbeitung der Mikrofonsignale mit einem DSP sind wahlweise realisierbar:
- – eine kontinuierliche Einstellung der Richtcharakteristik zwischen Kugel, breite Niere, Niere, Superniere, Hyperniere und Acht,
- – eine Drehung der Nullstellen im Richtdiagramm auf unerwünschte Störgeräusche,
- – eine Veränderung der Übertragungsfunktion des Mikrofons wahlweise Linearisierung der Frequenz- und Phasengänge,
- – eine Klangveränderung durch nichtlineare Übertragungsfunktionen z. B. durch die nichtlineare Kennlinie einer Vakuumröhre oder Berücksichtigung der Hysteresiskurve eines Ausgangstransformators und
- – eine Analyse der Schalleinfallsrichtung und Bewertung der Mikrofonsignalanteile je nach Schalleinfallswinkel.
- A continuous adjustment of the directional characteristic between sphere, broad kidney, kidney, supercardioid, hypercardioid and eight,
- A rotation of the zeros in the directional diagram to unwanted noise,
- - a change in the transfer function of the microphone optionally linearization of the frequency and Phase transitions
- A sound change due to non-linear transfer functions z. B. by the non-linear characteristic of a vacuum tube or taking into account the hysteresis of an output transformer and
- - An analysis of the direction of sound incidence and evaluation of the microphone signal components depending on the sound incidence angle.
Das
Verfahren zur Verarbeitung von gemessenen Schallsignalen zur Entfernungsbestimmung
von Schallquellen mittels des vorgenannten Mikrofons nach den Ansprüchen
1 bis 3,
weist gemäß dem Kennzeichenteil
des Patentanspruchs 4 folgende Schritte auf:
- – Ermittlung des Schalldrucks,
- – Ermittlung der Schallschnelle indirekt über den Schalldruckgradienten durch Berechnung,
- – Berechnung der Impedanz aus Schalldruck und Schallschnelle,
according to the characterizing part of patent claim 4 has the following steps:
- - determination of the sound pressure,
- - determination of the sound velocity indirectly via the sound pressure gradient by calculation,
- - calculation of the impedance from sound pressure and sound velocity,
Der
Schalldruckgradient im Schallfeld resultiert aus den Kräften,
die zur Beschleunigung der „Luftteilchen” (F =
ma) notwendig sind, wobei mit der Dichte der Luft ρ0 die Beschleunigung nach Gleichung festgelegt
wird, wobei
der Schalldruckgradient grad p durch die zwei in
der Distanz Δx angebrachten als Mikrofonkapseln ausgebildeten
Druckmikrofone erfasst wird, wobei für die diskrete Mikrofondistanz Δx
die Bedingung eingehalten wird, dass sich der Schalldruckgradienten dp / dx durch
den Schalldruckdifferenzenquotienten Δp / Δx näherungsweisedarstellen lasst, wobei meist
eine Distanz von
wobei durch
zeitliche Integration der Schalldruckdifferenz die Schallschnelle
aus der Gleichung [V] nach folgender Gleichung berechnet wird: und mit
dem Schalldruck p zwischen den zwei Druckmikrofonen in den Mikrofonkapseln und der Schallschnelle v
die Impedanz Z einzelner Schallfeldanteile
berechnet wird.The sound pressure gradient in the sound field results from the forces necessary to accelerate the "air particles" (F = ma), with the density of the air ρ 0 being the acceleration according to equation is set, where
the sound pressure gradient grad p is detected by the two mounted in the distance .DELTA.x trained as microphone capsules pressure microphones, wherein for the discrete microphone distance .DELTA.x the condition is met, that the sound pressure gradient dp / dx by the sound pressure difference quotient .DELTA.p / .DELTA.x approximately let represent, being usually a distance from
whereby, by temporal integration of the sound pressure difference, the sound velocity is calculated from the equation [V] according to the following equation: and with the sound pressure p between the two pressure microphones in the microphone capsules and the sound velocity v the impedance Z of individual sound field components is calculated.
Durch eine digitale Signalverarbeitung werden die Mikrofonsignale in ihre spektralen Komponenten zerlegt und aus dem Analyseergebnis die Richtung und der Abstand einzelner Schallfeldanteile zur Schallquelle bestimmt, wobei aus der Information über den Abstand und der Richtung der einzelnen Schallfeldkomponenten die Signalanteile unerwünschter Schallquellen unterdrückt oder besonders gewünschte Signalanteile hervorgehoben werden.By a digital signal processing, the microphone signals in their spectral components decomposed and from the analysis result the direction and determines the distance of individual sound field components to the sound source, being from the information about the distance and the direction the individual sound field components, the signal components unwanted Sound sources suppressed or particularly desired Signal components are highlighted.
Die Gleichheit und die Unterschiede zwischen den Mikrofonsignalen entscheiden darüber, nach welchem Signalanalyseverfahren die Signalanteile voneinander getrennt werden.The Equality and the differences between the microphone signals decide about which signal analysis method the signal components be separated from each other.
Folgendes
erstes Signalanalyseverfahren kann zum Einsatz kommen:
Die
Signale der Schallschnelle sind in ihren Beträgen winkelabhängig,
wobei durch Pegelvergleich mit dem winkelunabhängigen Schalldrucksignal
eine Trennung der Signalanteile von vorn und von der Seite durchgeführt
wird und wobei die einzelnen Signale in ihre spektralen Anteile
zerlegt und je nach Frequenz oder Frequenzband richtungsabhängig
bewertet werden.The following first signal analysis method can be used:
The signals of the sound velocity are dependent on the angle, wherein by level comparison with the angle-independent sound pressure signal, a separation of the signal components from the front and from the side is performed and the individual signals are broken down into their spectral components and evaluated depending on the direction or frequency depending on the frequency band.
Folgendes
zweites Signalanalyseverfahren kann zum Einsatz kommen:
Die
Signale unterscheiden sich in ihrer Laufzeit zwischen den einzelnen
Mikrofonkapseln, wobei durch eine Kreuzkorrelation die Laufzeitdifferenz
bestimmt wird, wobei eine zeitliche Struktur der Signale dafür
vorgesehen wird, um eine Signaltrennung herbeizuführen.The following second signal analysis method can be used:
The signals differ in their transit time between the individual microphone capsules, whereby by a Cross-correlation, the delay difference is determined, wherein a temporal structure of the signals is provided to cause a signal separation.
Folgendes
drittes Signalanalyseverfahren kann zum Einsatz kommen:
Über
die Kohärenz der Signalanteile wird ermittelt, ob die Signale
vom Direktschall oder vom störenden diffusen Nachhall dominiert
werden.The following third signal analysis method can be used:
The coherence of the signal components determines whether the signals are dominated by direct sound or by disturbing diffuse reverberation.
Folgendes
viertes Signalanalyseverfahren kann zum Einsatz kommen:
Durch
einen Phasenvergleich zwischen Schalldruck und Schallschnelle wird
zwischen ebenen und stehenden Wellen unterschieden, wobei in einer
ebenen Welle, bei Direktschall, der Phasenwinkel zwischen Schalldruck und
Schallschnelle 0 Grad ist und in einer stehenden Welle ein Phasenwinkel
von 90 Grad vorhanden ist.The following fourth signal analysis method can be used:
A phase comparison between sound pressure and sound velocity distinguishes between plane and standing waves, whereby in a plane wave, in direct sound, the phase angle between sound pressure and sound velocity is 0 degrees and in a standing wave there is a phase angle of 90 degrees.
Eine Verschärfung der Richtcharakteristik über die Hyperniere hinaus kann nur durch Analyse der Signale und die Trennung der Signale in einzelne Komponenten erreicht werden.A Tightening of the directional characteristic over the Hypercardioid can only do so by analyzing the signals and the separation the signals are achieved in individual components.
Die Trennung der Signale kann zeitlich oder frequenzmäßig durchgeführt werden.The Separation of the signals can be time or frequency be performed.
Die Schalleinfallsrichtung einzelner Signalanteile kann durch Signalanalyse bestimmt werden.The Sound incidence direction of individual signal components can be analyzed by signal analysis be determined.
Durch eine anschließende richtungsabhängige Bewertung können einzelne Signalanteile verstärkt oder gedämpft werden.By a subsequent directional rating Single signal components can be amplified or attenuated become.
Mit dem erfindungsgemäßen Mikrofon kann gleichzeitig zum Schalldruck die Schallschnelle aufgenommen werden, wobei aus einem Vergleich zwischen Schallschnellepegel und Schalldruckpegel eine Bestimmung der Entfernung des Mikrofons zur Schallquelle durchgeführt werden kann.With The microphone according to the invention can simultaneously for sound pressure the sound velocity are recorded, being off a comparison between sound velocity level and sound pressure level a determination of the distance of the microphone to the sound source performed can be.
Bei mehreren Schallquellen mit digitaler Signalverarbeitung können die Mikrofonsignale in ihre spektralen Anteile zerlegt werden und diese entsprechend der ermittelten Entfernung zur Schallquelle bewertet werden.at multiple sound sources with digital signal processing the microphone signals are decomposed into their spectral components and these are evaluated according to the determined distance to the sound source.
Die Mikrofonsignale von Schallquellen können im Nahbereich des Mikrofons von Signalen von Schallquellen aus größere Entfernung getrennt werden.The Microphone signals from sound sources may be in close range of the microphone of signals from sound sources larger Distance to be separated.
Mit dem mit zwei Mikrofonkapseln versehenen Mikrofon sind die hardwaremäßigen Voraussetzungen geschaffen, gleichzeitig Schalldruck und Schalldruckdifferenz aufzunehmen. Aus diesen beiden Größen kann in einer nachfolgenden Signalverarbeitung die Impedanz der einzelnen Schallfeldanteile berechnet werden und entsprechend ihrer Impedanz voneinander getrennt werden, so dass aus der Abhängigkeit der Impedanz von der Entfernung, die Entfernung der Schallquelle vom Mikrofon bestimmt werden kann.With The microphone provided with two microphone capsules are the hardware ones Conditions created, at the same time sound pressure and sound pressure difference take. From these two sizes can in a subsequent signal processing the impedance of the individual Sound field components are calculated and according to their impedance be separated from each other, so that out of dependence the impedance of the distance, the distance of the sound source can be determined by the microphone.
Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.further developments and further embodiments of the invention are in subclaims specified.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen näher erläutert.The Invention is based on an embodiment by means of explained in more detail several drawings.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Erfindungsgemäß ist
im Mikrofon zusätzlich ein Schallimpedanzsensor integriert, über
den einzelne Schallfeldkomponenten in ihrer Entfernung und Richtung
zu mindestens einer Schallquelle bestimmbar sind, wobei der Betrag
und die Phase der Schallimpedanz angeben, in welcher Entfernung
r sich das Mikrofon
Im
Mikrofon
- – nur der Schalldruck (Kugel) oder
- – nur die Schallschnelle (Acht) oder
- – Schalldruck minus Schallschnelle (Niere nach hinten).
- - only the sound pressure (sphere) or
- - only the speed of sound (Eight) or
- - Sound pressure minus sound velocity (kidney to the back).
Durch eine Nachbearbeitung der Mikrofonsignale mit einem Digitalsignalprozessor – DSP – sind wahlweise realisierbar:
- – eine kontinuierliche Einstellung der Richtcharakteristik zwischen Kugel, breite Niere, Niere, Superniere, Hyperniere und Acht,
- – eine Drehung der Nullstellen im Richtdiagramm auf unerwünschte Störgeräusche,
- – eine Veränderung der Übertragungsfunktion des Mikrofons wahlweise Linearisierung der Frequenz- und Phasengänge,
- – eine Klangveränderung durch nichtlineare Übertragungsfunktionen z. B. durch die nichtlineare Kennlinie einer Vakuumröhre oder Berücksichtigung der Hysteresiskurve eines Ausgangstransformators und
- – eine Analyse der Schalleinfallsrichtung und Bewertung der Mikrofonsignalanteile je nach Schalleinfallswinkel.
- A continuous adjustment of the directional characteristic between sphere, broad kidney, kidney, supercardioid, hypercardioid and eight,
- A rotation of the zeros in the directional diagram to unwanted noise,
- A change in the transfer function of the microphone optionally linearization of the frequency and phase responses,
- A sound change due to non-linear transfer functions z. B. by the non-linear characteristic of a vacuum tube or taking into account the hysteresis of an output transformer and
- - An analysis of the direction of sound incidence and evaluation of the microphone signal components depending on the sound incidence angle.
Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von
gemessenen Schallsignalen zur Entfernungsbestimmung von Schallquellen
mittels eines Mikrofons
- – Ermittlung des Schalldrucks,
- – Ermittlung der Schallschnelle indirekt über den Schalldruckgradienten durch Berechnung,
- – Berechnung der Impedanz aus Schalldruck und Schallschnelle,
- - determination of the sound pressure,
- - determination of the sound velocity indirectly via the sound pressure gradient by calculation,
- - calculation of the impedance from sound pressure and sound velocity,
Im Allgemeinen ist aus der technischen Akustik ist bekannt, dass in einer akustischen Welle neben dem Schalldruck p auch eine Schallschnelle v → vorhanden ist.in the Generally it is known from the technical acoustics that in an acoustic wave in addition to the sound pressure p and a sound velocity v → present is.
Die Erfindung nutzt die Existenz der beiden Größen aus.The Invention uses the existence of the two sizes out.
Der Schalldruck p verringert sich bei einem Punktstrahler mit der Entfernung r von der Schallquelle nach Gleichung The sound pressure p decreases with a distance radiator with the distance r from the sound source according to equation
Die Schallschnelle v verringert sich dagegen mit ihrem Abstand r zur Schallquelle nach Gleichung On the other hand, the sound velocity v decreases with its distance r to the sound source according to the equation
Wird
die spezifische Impedanzals Funktion der Entfernung
r, wie in
- 1. kr < 1 Nahbereich N und
- 2. kr > 1 Fernbereich F
- 1. kr <1 near-field N and
- 2. kr> 1 long range F
Im
Nahbereich N gilt nach Gleichung:
Die Impedanz Z ist abhängig vom Abstand r zur Schallquelle. Im Nahbereich wächst |Z| mit wachsender Entfernung zur Schallquelle proportional zum Abstand r. In der Impedanz-Abstand-Charakteristik ist eine ansteigende Gerade vorhanden.The impedance Z is dependent on the distance r to the sound source. In the vicinity grows | Z | with increasing distance to the sound source proportional to the distance r. In the impedance-distance characteristic is a rising straight line available.
Die Impedanz ist rein imaginär.The Impedance is purely imaginary.
Erreicht
der Abstand r die Entfernung im Bereich um kr = 0, vollzieht sich
in
Im Fernbereich F gilt nach Gleichung In the far range F applies according to equation
Die Impedanz ist reell. In der Impedanz-Abstand-Charakteristik ist eine konstante Gerade parallel zur r-Koordinate vorhanden.The Impedance is real. In the impedance-distance characteristic is a constant straight line parallel to the r-coordinate.
Ein Mikrofon, welches neben dem Schalldruck auch die Impedanz des Schallfeldes erfasst, erfordert zum eigentlichen Schalldrucksensor einen weiteren Sensor für die Schallschnelle. Mikrofone, die die Schallschnelle erfassen, lassen sich in der Praxis nur sehr schwer realisieren. Deshalb wird die Schallschnelle meistens indirekt über den Schalldruckgradienten ermittelt.One Microphone, which in addition to the sound pressure and the impedance of the sound field recorded, requires the actual sound pressure sensor another Sensor for the speed of sound. Microphones that speed the sound It is very difficult to realize in practice. Therefore, the speed of sound is usually over indirectly determines the sound pressure gradient.
Der Schalldruckgradient im Schallfeld resultiert aus den Kräften, die zur Beschleunigung der „Luftteilchen” (F = ma) notwendig sind. Mit der Dichte der Luft ρ0 wird die Beschleunigung nach Gleichung The sound pressure gradient in the sound field results from the forces necessary to accelerate the "air particles" (F = ma). With the density of air ρ 0 , the acceleration becomes equation
Der
Schalldruckgradient grad p kann durch die zwei in der Distanz Δx
angebrachten Druckmikrofone erfasst werden. Für die diskrete
Mikrofondistanz Δx muss die Bedingung eingehalten werden,
dass sich der Schalldruckgradienten dp / dx durch den Schalldruckdifferenzenquotienten Δp / Δx näherungsweisedarstellen lässt.
In der Mikrofonpraxis reicht dazu meist eine Distanz von
Durch zeitliche Integration der Schalldruckdifferenz kann die Schallschnelle aus der Gleichung [V] nach folgender Gleichung berechnet werden.By temporal integration of the sound pressure difference can be the speed of sound can be calculated from the equation [V] according to the following equation.
Mit dem Schalldruck zwischen den zwei Druckmikrofonen in den Mikrofonkapseln und der Schallschnelle v kann die Impedanz Z einzelner Schallfeldanteile berechnet werden.With the sound pressure between the two pressure microphones in the microphone capsules and the sound velocity v, the impedance Z of individual sound field components can be calculated.
Im Bereich der Mikrofontechnik hat sich die digitale Signalverarbeitung noch nicht durchgesetzt. Erste Mikrofone mit integriertem Digital-Signal-Prozessor (DSP) sind zwar bekannt, aber der DSP hat in diesen Mikrofonen in erster Linie die Aufgabe, den großen Dynamikbereich, den klassische Analogmikrofone besitzen, in einen qualitativ äquivalenten digitalen Datenstrom zu wandeln. Die besten verfügbaren Analog-Digital-Wandler (ADC) besitzen einen Signal-Rauschabstand von ca. 120 dB, der für hochwertige Mikrofone nicht ausreicht. Deshalb wird der große Pegelbereich der analogen Mikrofone, der heute bis über 150 dB, insbesondere bei Messmikrofonen reichen kann, auf zwei oder mehrere ADCs in ihrem Pegelbereich verteilt und über einen DSP miteinander verrechnet.in the The field of microphone technology has become the digital signal processing not yet enforced. First microphones with integrated digital signal processor (DSP) are known, but the DSP has in these microphones in first and foremost the task, the large dynamic range, the classic analog microphones have, in a qualitatively equivalent to convert digital data stream. The best available Analog-to-digital converters (ADC) have a signal-to-noise ratio of about 120 dB, which is not sufficient for high quality microphones. Therefore, the large level range of analog microphones, today up to more than 150 dB, especially with measuring microphones can range to two or more ADCs in their level range and charged to each other via a DSP.
Das zweikanalige Mikrofon UM930-TWIN besitzt zwei Mikrofonkapseln, die in einer Distanz von Δx montiert sind. Die Signale beider Mikrofonkaseln stehen vorerst analog an zwei Ausgängen parallel zur Verfügung. Aus konstruktiven Gründen ist vorgesehen, dass nicht die primären Schalldrucksignale den Ausgängen zugeführt werden, sondern im Mikrofon eine erste analoge Signalvorverarbeitung stattfindet. Somit liegt am ersten Ausgang des Mikrofons immer die Summe der Signale von Schalldruck und Schallschnelle (Niere nach vorn) an. Am zweiten Ausgang dagegen kann vielfältig konfiguriert werden. Zum Beispiel:
- – nur der Schalldruck (Kugel)
- – nur die Schallschnelle (Acht)
- – Schalldruck minus Schallschnelle (Niere nach hinten).
- - only the sound pressure (sphere)
- - only the speed of sound (eight)
- - Sound pressure minus sound velocity (kidney to the back).
Durch die „Verrechnung” der Kapselsignale im Mikrofon nach der klassischen Methode der Addition gewichteter Mikrofonsignale stehen dem Anwender auch ohne DSP gleichzeitig zwei Richtcharakteristiken zur Verfügung.By the "accounting" of the capsule signals in the microphone according to the classical method of adding weighted microphone signals the user also has two directional characteristics without DSP at the same time to disposal.
Erst durch die Nachbearbeitung der Mikrofonsignale mit einem DSP werden zahlreiche neue Möglichkeiten realisierbar. Zum Beispiel:
- – eine kontinuierliche Einstellung der Richtcharakteristik zwischen Kugel, breite Niere, Niere, Superniere, Hyperniere und Acht,
- – eine Drehung der Nullstellen im Richtdiagramm auf unerwünschte Störgeräusche,
- – eine Veränderung der Übertragungsfunktion des Mikrofons z. B. Linearisierung der Frequenz- und Phasengänge,
- – eine Klangveränderung durch nichtlineare Übertragungsfunktionen z. B. durch die nichtlineare Kennlinie einer Vakuumröhre oder Berücksichtigung der Hysteresiskurve eines Ausgangstransformators und
- – eine Analyse der Schalleinfallsrichtung und Bewertung der Mikrofonsignalanteile je nach Schalleinfallswinkel.
- A continuous adjustment of the directional characteristic between sphere, broad kidney, kidney, supercardioid, hypercardioid and eight,
- A rotation of the zeros in the directional diagram to unwanted noise,
- - A change in the transfer function of the microphone z. B. linearization of the frequency and phase responses,
- A sound change due to non-linear transfer functions z. B. by the non-linear characteristic of a vacuum tube or taking into account the hysteresis of an output transformer and
- - An analysis of the direction of sound incidence and evaluation of the microphone signal components depending on the sound incidence angle.
Durch die erfindungsgemäße Signalverarbeitung soll eine Trennung der Signalanteile von räumlich unterschiedlich angeordneten Schallquellen erreicht werden. Diese Aufgabe konzentriert sich nur auf Mikrofone, deren mechanische Abmessungen klein gegenüber der Wellenlänge sind.By the signal processing according to the invention is intended to be Separation of signal components from spatially different arranged sound sources can be achieved. This task is focused only on microphones whose mechanical dimensions are small compared the wavelength are.
Die Aufnahme der Schallsignale erfolgt mit dem zweikanaligen Mikrofon UM930-TWIN. Die Signalverarbeitung erfolgt mit DSP. Dafür steht auch ein Evaluationsboard zur Verfügung.The The sound signals are recorded with the two-channel microphone UM930-TWIN. The signal processing is done with DSP. Therefore An evaluation board is also available.
Die Gleichheit und die Unterschiede zwischen den Mikrofonsignalen entscheiden darüber, nach welchem Signalanalyseverfahren die Signalanteile voneinander getrennt werden können, wobei folgende Signalanalyseverfahren zum Einsatz kommen können:
- 1) Die Signale der Schallschnelle sind in ihren Beträgen winkelabhängig. Durch Pegelvergleich mit dem winkelunabhängigen Schalldrucksignal kann eine Trennung der Signalanteile von vorn und von der Seite erfolgen. Zweckmäßig ist es, die einzelnen Signale in ihre spektralen Anteile zu zerlegen und je nach Frequenz oder Frequenzband richtungsabhängig zu bewerten.
- 2) Die Signale unterscheiden sich in ihrer Laufzeit zwischen den einzelnen Mikrofonkapseln. Durch eine Kreuzkorrelation kann die Laufzeitdifferenz bestimmt werden. Die zeitliche Struktur der Signale ist dafür verantwortlich, ob eine Signaltrennung möglich wird.
- 3) Über die Kohärenz der Signalanteile kann ermittelt werden, ob die Signale vom Direktschall oder vom störenden diffusen Nachhall dominiert werden.
- 4) Durch Phasenvergleich zwischen Schalldruck und Schallschnelle kann zwischen ebenen und stehenden Wellen unterschieden werden. In einer ebenen Welle, Direktschall, ist der Phasenwinkel zwischen Schalldruck und Schallschnelle 0 Grad. Dagegen verursachen stehende Wellen einen Phasenwinkel von 90 Grad.
- 1) The signals of the sound velocity are angle-dependent in their amounts. By level comparison with the angle-independent sound pressure signal, the signal components can be separated from the front and from the side. It is expedient to decompose the individual signals into their spectral components and to evaluate them depending on the direction of the frequency or frequency band.
- 2) The signals differ in their transit time between the individual microphone capsules. Cross-correlation can be used to determine the transit time difference. The temporal structure of the signals is responsible for whether a signal separation is possible.
- 3) The coherence of the signal components can be used to determine whether the signals are dominated by direct sound or by disturbing diffuse reverberation.
- 4) By comparing the phase between sound pressure and sound velocity it is possible to differentiate between plane and standing waves. In a plane wave, direct sound, the phase angle between sound pressure and sound velocity is 0 degrees. In contrast, standing waves cause a phase angle of 90 degrees.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Kombination von zwei oder mehrkanaligen Mikrofonen in Verbindung mit der digitalen Signalverarbeitung zahlreiche neue Möglichkeiten die Aufnahmequalität von Sprache eröffnet, um Musik zu verbessern. Die Einstellung der Richtcharakteristik durch lineare Operationen bereitet keine Probleme. Eine Verschärfung der Richtcharakteristik über die Hyperniere hinaus gelingt nur durch Analyse der Signale und die Trennung der Signale in einzelne Komponenten. Die Trennung der Signale kann zeitlich oder frequenzmäßig erfolgen. Die Schalleinfallsrichtung einzelner Signalanteile kann durch Signalanalyse bestimmt werden. Durch eine anschließende richtungsabhängige Bewertung können einzelne Signalanteile verstärkt oder gedämpft werden.In summary can be found that the combination of two or more channels Microphones in connection with digital signal processing numerous new possibilities the recording quality of language opened to improve music. The setting of the directional characteristic through linear operations does not pose any problems. A tightening the directional characteristic beyond the hypercardioic succeeds only by analyzing the signals and separating the signals into individual ones Components. The separation of the signals can be temporal or frequency respectively. The sound incidence direction of individual signal components can be determined by signal analysis. By a subsequent directional evaluation can be individual signal components strengthened or dampened.
Von einer punktförmigen Schallquelle nimmt der Schalldruck mit der Entfernung mit eins durch r ab. Die Schallschnelle dagegen verringert sich mit eins durch r Quadrat solange, bis der Schalldruckpegel gleich dem Schallschnellepegel ist. Wird mit einem Mikrofon gleichzeitig zum Schalldruck die Schallschnelle aufgenommen, kann aus einem Vergleich von Schallschnellepegel mit dem Schalldruckpegel eine Abschätzung des Abstandes des Mikrofons zur Schallquelle erfolgen. Bei mehreren Schallquellen kann mit digitaler Signalverarbeitung die Mikrofonsignale in ihre spektralen Anteile zerlegt werden und diese entsprechend der ermittelten Entfernung zur Schallquelle bewertet werden. Die Mikrofonsignale von Schallquellen im Nahbereich des Mikrofons können damit von Signalen von Schallquellen aus größere Entfernung getrennt werden.From a point sound source, the sound pressure decreases with the distance one through r. On the other hand, the sound velocity decreases with one by r square until the sound pressure level equals the sound velocity level. If the sound velocity is recorded with a microphone at the same time as the sound pressure, a comparison of the sound velocity level with the sound pressure level can be used to estimate the sound pressure level Distance of the microphone to the sound source done. In the case of several sound sources, the microphone signals can be decomposed into their spectral components with digital signal processing and these can be evaluated according to the determined distance to the sound source. The microphone signals from sound sources in the vicinity of the microphone can thus be separated from signals from sound sources from a greater distance.
- 11
- Mikrofonmicrophone
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- erste Mikrofonkapselfirst microphone capsule
- 44
- zweite Mikrofonkapselsecond microphone capsule
- NN
- Nachbereichpost set
- FF
- Fernbereichremote area
- rr
- Entfernung/AbstandDistance / distance
- ZZ
- Impedanzimpedance
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - Fellbaum, K.: Tagungsband der 18. Konferenz ESSV2007 Cottbus [0004] - Fellbaum, K .: Proceedings of the 18th Conference ESSV2007 Cottbus [0004]
- - Görne, T.: Mikrofone in Theorie und Praxis, 1994, Elektor-Verlag GmbH Aachen [0005] - Görne, T .: Microphones in Theory and Practice, 1994, Elektor-Verlag GmbH Aachen [0005]
- - Eargle, J.: The Microfone Book, 2001, by Butterworth-Heinemann [0005] - Eargle, J .: The Microfone Book, 2001, by Butterworth-Heinemann [0005]
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810014299 DE102008014299A1 (en) | 2008-03-10 | 2008-03-10 | Microphone i.e. UM930-Twin microphone, has microphone capsules in housing, and acoustical impedance sensor staying in connection with processor i.e. digital signal process, for signal processing and displacement determination |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810014299 DE102008014299A1 (en) | 2008-03-10 | 2008-03-10 | Microphone i.e. UM930-Twin microphone, has microphone capsules in housing, and acoustical impedance sensor staying in connection with processor i.e. digital signal process, for signal processing and displacement determination |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008014299A1 true DE102008014299A1 (en) | 2009-09-17 |
Family
ID=40953078
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200810014299 Withdrawn DE102008014299A1 (en) | 2008-03-10 | 2008-03-10 | Microphone i.e. UM930-Twin microphone, has microphone capsules in housing, and acoustical impedance sensor staying in connection with processor i.e. digital signal process, for signal processing and displacement determination |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102008014299A1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4237527A1 (en) * | 1992-11-06 | 1994-05-11 | Decker Hans Joachim Dipl Ing | Frame leak testing, esp. of motor vehicle body - involves generating sound inside body and detecting and evaluating sound outside body |
US6134968A (en) * | 1999-07-19 | 2000-10-24 | The Boeing Company | Portable acoustic impedance measurement system |
JP2003098003A (en) * | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Sound source separating directional microphone device and method |
US6947570B2 (en) * | 2001-04-18 | 2005-09-20 | Phonak Ag | Method for analyzing an acoustical environment and a system to do so |
-
2008
- 2008-03-10 DE DE200810014299 patent/DE102008014299A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4237527A1 (en) * | 1992-11-06 | 1994-05-11 | Decker Hans Joachim Dipl Ing | Frame leak testing, esp. of motor vehicle body - involves generating sound inside body and detecting and evaluating sound outside body |
US6134968A (en) * | 1999-07-19 | 2000-10-24 | The Boeing Company | Portable acoustic impedance measurement system |
US6947570B2 (en) * | 2001-04-18 | 2005-09-20 | Phonak Ag | Method for analyzing an acoustical environment and a system to do so |
JP2003098003A (en) * | 2001-09-20 | 2003-04-03 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | Sound source separating directional microphone device and method |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
Eargle, J.: The Microfone Book, 2001, by Butterworth-Heinemann |
Fellbaum, K.: Tagungsband der 18. Konferenz ESSV2007 Cottbus |
Görne, T.: Mikrofone in Theorie und Praxis, 1994, Elektor-Verlag GmbH Aachen |
LAURIKS,W.,et.al.:Acoustical Properties of Elastic Porous Materials.In:Journal of Sound and Vibration, 1989,131(1),S.143-156 $Kap.3.2,(S.145-147)$ * |
LAURIKS,W.,et.al.:Acoustical Properties of Elastic Porous Materials.In:Journal of Sound and Vibration, 1989,131(1),S.143-156 Kap.3.2,(S.145-147) MINTEN,M.,et.al.:Absorption Characteristics of an Acoustic Material at oblique Incidence Measured with the Two-Microphone Technique.In:Journal of Sound and Vibration, 1988,120(3),S.499-510 Kap.1,2,3.1 |
MINTEN,M.,et.al.:Absorption Characteristics of an Acoustic Material at oblique Incidence Measured with the Two-Microphone Technique.In:Journal of Sound and Vibration, 1988,120(3),S.499-510 $Kap.1,2,3.1$ * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011108234B4 (en) | Microphone array device | |
EP1251493B1 (en) | Method for noise reduction with self-adjusting spurious frequency | |
DE60212528T2 (en) | A method of improving near-voice activity detection in a speaker localization system using beamforming | |
DE60027438T2 (en) | IMPROVING A HARMFUL AUDIBLE SIGNAL | |
Benesty et al. | Speech enhancement | |
Benesty et al. | On the importance of the Pearson correlation coefficient in noise reduction | |
DE102013022403B3 (en) | Sensor system for acoustic measurement of the properties of a transmission path of a measurement system between loudspeaker and microphone | |
DE112009000805T5 (en) | noise reduction | |
DE102008039329A1 (en) | An apparatus and method for calculating control information for an echo suppression filter and apparatus and method for calculating a delay value | |
WO2009049773A1 (en) | Device and method for generating a multi-channel signal using voice signal processing | |
DE102009034264B4 (en) | Apparatus for processing a sound signal and method for processing a sound signal | |
EP1771034A2 (en) | Microphone calibration in a RGSC-beamformer | |
CN108604452A (en) | Voice signal intensifier | |
DE112012006780T5 (en) | Beam shaping device | |
DE102010023615A1 (en) | Signal processing apparatus and signal processing method | |
Lima et al. | A volumetric SRP with refinement step for sound source localization | |
Gerkmann et al. | Spectral masking and filtering | |
DE102018109247A1 (en) | Method for accurately calculating the direction of arrival of sound on a microphone array | |
DE102009052539A1 (en) | Signal processing unit, signal processing method and recording medium | |
Epain et al. | Super-resolution sound field imaging with sub-space pre-processing | |
DE102008004674A1 (en) | Signal recording with variable directional characteristics | |
DE69836152T2 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR FACTTURING AN ASSEMBLED WAVE FIELD IN INDEPENDENT COMPONENTS | |
DE102015204010B4 (en) | Method for suppressing a noise in an acoustic system | |
Benesty et al. | Time-domain noise reduction based on an orthogonal decomposition for desired signal extraction | |
AT510359A1 (en) | METHOD FOR ACOUSTIC SIGNAL TRACKING |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
ON | Later submitted papers | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20121002 |