DE112019005746T5 - Mikrofonvorrichtung und ein System, das die Mikrofonvorrichtung umfasst - Google Patents

Mikrofonvorrichtung und ein System, das die Mikrofonvorrichtung umfasst Download PDF

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Abstract

Es ist eine schaltbare Mikrofonvorrichtung beschrieben, die zwischen einem digitalen Ausgabemodus und einem analogen Ausgabemodus umgeschaltet werden kann. Es ist ferner ein System zur Benutzung einer derartigen Vorrichtung beschrieben, das das Umschalten zwischen analogen und digitalen Rechenmodi ermöglicht.

Description

  • Stand der Technik
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen eine schaltbare Mikrofonvorrichtung und ein System, das die schaltbare Mikrofonvorrichtung eingliedert.
  • Heutzutage werden elektronische Vorrichtungen in zunehmender Anzahl mit eingebetteten Mikrofonen angeboten, darunter persönliche Audio-Vorrichtungen, wie etwa Mobiltelefone, Tablet-Computer, Musikabspielgeräte usw., sowie so genannte „intelligente Vorrichtungen“, wie etwa Sprachassistentenvorrichtungen oder elektronische Vorrichtungen mit eingebetteter Stimmverarbeitungsfunktion, beispielsweise intelligente Fernsehapparate, Haushaltsmusikabspielgeräte usw. Derartige elektronische Vorrichtungen sind häufig mit ständig aktiver Lauschfähigkeit versehen.
  • Besonders für batteriebetriebene Vorrichtungen besteht der andauernde Wunsch, den Gesamtleistungsverbrauch derartiger Vorrichtung herabzusetzen, während gleichzeitig ein Vorrichtungsleistungsvermögen nicht erheblich beeinträchtigt wird.
  • Es ist eine Aufgabe von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, eine Mikrofonvorrichtung und ein System vorzusehen, die Obenstehendes ansprechen.
  • Kurzdarstellung
  • Dementsprechend ist eine schaltbare Mikrofonvorrichtung vorgesehen, umfassend:
    • einen Eingang zum Empfangen von zumindest einem analogen Sensoreingangssignal, das Schalldruck anzeigt, welcher durch einen Transducer empfangen wird;
    • einen Analog/Digital-Wandler (ADC) zum Umwandeln des analogen Sensoreingangssignals in ein umgewandeltes digitales Signal; und
    • eine Steuerung zum Umschalten der Vorrichtung zwischen:
      • einem digitalen Ausgabemodus, in dem die schaltbare Mikrofonvorrichtung ein digitales Mikrofonausgangssignal basierend auf dem umgewandelten digitalen Signal ausgibt; und
      • einem analogen Ausgabemodus, in dem die schaltbare Mikrofonvorrichtung ein analoges Mikrofonausgangssignal basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal ausgibt.
  • Durch Ermöglichen des Umschaltens zwischen analogen und digitalen Ausgabemodi kann die schaltbare Mikrofonvorrichtung wirksam in Systemen benutzt werden, die sowohl analoge als auch digitale Verarbeitungslösungen aufweisen. Zudem kann Vorsehen eines analogen Ausgabemodus ermöglichen, dass digitale Verarbeitungsaspekte der Vorrichtung heruntergefahren oder inaktiv gemacht werden, wodurch der Leistungsverbrauch der Vorrichtung selbst reduziert wird.
  • In einem bevorzugten Aspekt umfasst die Vorrichtung einen Transducer, der zum Vorsehen eines analogen Sensoreingangssignals konfiguriert ist, das Schalldruck anzeigt, welcher durch den Transducer empfangen wird. In einer derartigen Ausführungsform versteht es sich, dass die schaltbare Mikrofonvorrichtung als ein einzelnes Paket vorgesehen sein kann, beispielsweise als ein mitverpacktes Mikrofonelement, das in einem größeren Schaltungssystem integriert ist. In manchen Ausführungsformen kann die Vorrichtung mit mehrfachen Mikrofontransducern versehen sein, die zum Vorsehen von mehreren analogen Sensoreingangssignalen konfiguriert sind, wobei die mehrfachen Mikrofontransducer für einen bestimmten Amplituden- und/oder Frequenzbereich des empfangenen Schalldrucks optimiert sind.
  • Das mitverpackte Element kann mit dem Transducer und den Schaltelementen auf einem gemeinsamen Chip vorgesehen sein, oder mit dem Transducer, der auf einem Chip separat zu den Schaltelementen innerhalb einer gemeinsamen Packung vorgesehen ist.
  • Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Empfangen eines Steuersignals angeordnet, wobei die Steuerung basierend auf dem empfangenen Steuersignal zwischen den digitalen und analogen Ausgabemodi umschaltet.
  • In einem bevorzugten Aspekt ist die Steuerung ferner konfigurierbar zum Umschalten der Vorrichtung in:
    • einen hybriden Ausgabemodus, in dem die schaltbare Mikrofonvorrichtung sowohl das digitale Mikrofonausgangssignal basierend auf dem umgewandelten digitalen Signal als auch das analoge Mikrofonausgangssignal basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal ausgibt.
  • Durch Vorsehen eines derartigen dritten Ausgabemodus kann die Vorrichtung sowohl analoge als auch digitale Ausgangssignale vom Mikrofon ermöglichen, die für nachgeschaltete Signalverarbeitung sowohl der analogen als auch der digitalen Signale benutzt werden können.
  • In manchen Ausführungsformen versteht es sich, dass die Vorrichtung zum Ausgeben des analogen Mikrofonausgangssignals konfiguriert ist, wenn die Vorrichtung im digitalen Ausgabemodus ist.
  • Vorzugsweise ist die Vorrichtung zum Empfangen eines Taktsignals für den ADC angeordnet, wobei das Taktsignal als das Steuersignal zum Steuern des Umschaltens der Ausgabemodi der Vorrichtung arbeitet.
  • Benutzen eines Taktsignals als ein Steuersignal ermöglicht, dass eine Gesamtanschlussanzahl für die Vorrichtung reduziert sein kann.
  • In einem Aspekt ist die Steuerung zum Überwachen des empfangenen Taktsignals angeordnet, wobei die Steuerung die Vorrichtung in den analogen Ausgabemodus umschaltet, wenn das Taktsignal auf einem hohen Wert oder einem niedrigen Wert, die einen Schwellenzeitraum übersteigen, gehalten ist.
  • Es versteht sich, dass der Schwellenzeitraum derart ausgewählt sein kann, dass er länger als eine vordefinierte Zykluszeit oder ein Halbzyklus für den ADC sein kann. Es versteht sich, dass der vordefinierte Zeitraum Abweichung in der exakten ADC-Zykluszeit ermöglichen kann und/oder ermöglichen kann, dass der ADC zum Arbeiten in verschiedenen Modi basierend auf der zugeführten Taktfrequenz imstande sein kann.
  • Das Taktsignal kann dazu konfiguriert sein, durch einen externen Treiber niedrig gehalten oder hoch gehalten zu werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung nach Bedarf mit einem Pull-up- oder Pull-down-Element, beispielsweise einem Widerstand oder einer ähnlichen Lastvorrichtung, oder einem geeignet konfigurierten Transistor, beispielsweise einem MOSFET, versehen sein, um das Taktsignal in dem Fall auf einen hohen oder niedrigen Wert zu zwingen, in dem das externe Taktsignal in einem hochohmigen Zustand ist.
  • Vorzugsweise kann die Steuerung zum Umschalten der Vorrichtung in den digitalen Ausgabemodus konfiguriert sein, wenn sich das empfangene Taktsignal innerhalb eines zulässigen Frequenzbereichs befindet.
  • Der zulässige Frequenzbereich kann ein definierter Frequenzbereich für ADC-Betrieb sein, der zum Zulassen von Variationen in der ADC-Betriebsfrequenz und/oder Abweichung in der exakten Zyklusfrequenz des ADC definiert sein kann.
  • Alternativ kann die Vorrichtung mit einer Steuereingabe separat zu einer Takteingabe versehen sein, wobei die Steuereingabe das Umschalten der Ausgabemodi der Vorrichtung steuert.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner Verstärkerschaltungen zum Vorsehen eines gepufferten analogen Ausgangssignals basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal.
  • Die Verstärkerschaltungen können zum Gewährleisten benutzt werden, dass eine analoge Ausgabe von der Mikrofonvorrichtung zum Erfüllen der Anforderungen jeglicher vorrichtungsfremden Lasten zum Empfangen des analogen Ausgangssignals genügend ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Benutzung derartiger Verstärkerschaltungen ein verhältnismäßig schwaches Signal vom Transducer zur weiteren Verarbeitung puffern.
  • In einem Aspekt ist der ADC zum Umwandeln des gepufferten analogen Ausgangssignals in das umgewandelte digitale Signal konfiguriert.
  • Alternativ kann der ADC dazu konfiguriert sein, das analoge Sensoreingangssignal direkt umzuwandeln. Ein derartiger ADC kann einen eingebauten Puffer oder Verstärker umfassen.
  • In einem Aspekt umfassen die Verstärkerschaltungen eines oder mehr des Folgenden:
    • einen Verstärker mit anpassbarer Verstärkung;
    • eine Signalkompressionsfunktion; oder
    • ein analoges Filtermodul.
  • Die Verstärkerschaltungen können zum Anpassen der Verstärkung des analogen Signals; zum Ausführen einer Kompression des analogen Signals, beispielsweise einer logarithmischen oder standardmäßigen Kompandierungsfunktion; oder zum Ausführen eines Filterns des analogen Signals, beispielsweise eines Hochpass-, Tiefpass- oder Bandpassfilterns des Signals, konfiguriert sein.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung ferner ein digitales Signalverarbeitungsmodul, das zum Ausführen von digitaler Signalverarbeitung auf das umgewandelte digitale Signal zum Vorsehen eines verarbeiteten digitalen Signals angeordnet ist, und das digitale Mikrofonausgangssignal kann auf dem verarbeiteten digitalen Signal basieren.
  • Beispiele von digitaler Signalverarbeitung, die in der Mikrofonvorrichtung ausgeführt werden kann, können beinhalten:
    • Rauschverminderung des umgewandelten digitalen Signals;
    • Windgeräuschunterdrückung des umgewandelten digitalen Signals;
    • Filtern des umgewandelten digitalen Signals; und
    • Datenformatierung des digitalen Signals.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung:
    • eine digitale Ausgabeschnittstelle zum Ausgeben des digitalen Mikrofonausgangssignals; und
    • eine analoge Ausgabeschnittstelle zum Ausgeben des analogen Mikrofonausgangssignals.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen gemeinsamen Ausgabeanschluss, wobei die Steuerung das Antreiben des gemeinsamen Ausgabeanschlusses durch die digitale Ausgabeschnittstelle und die analoge Ausgabeschnittstelle steuert.
  • Durch Vorsehen eines gemeinsamen Ausgabeanschlusses kann die Vorrichtung dazu konfiguriert sein, eine niedrigere Anschlussanzahl aufzuweisen, was Vorteile beim Platzsparen und Leiten von externen Signalen bieten kann. Die Steuerung kann zum Umschalten zwischen der digitalen Ausgabeschnittstelle und der analogen Ausgabeschnittstelle, die mit dem gemeinsamen Ausgabeanschluss verbunden sind, konfiguriert sein, oder die Steuerung kann, soweit angemessen, die Ausgangssignale der digitalen Ausgabeschnittfläche und der analogen Ausgabeschnittfläche in drei Zuständen handhaben.
  • In einem alternativen Aspekt umfasst die digitale Ausgabeschnittstelle einen Bus, wie etwa einen eindrähtigen oder Mehrfachleitungsbus, zum Vorsehen eines parallelen Busausgangs, beispielsweise einen SLIMbus® Ausgang oder eine SoundWire® Schnittstelle. Ein derartiges System kann als ein Multidrop-Bus benutzt werden, wobei die digitale Ausgabe der Vorrichtung mehrfachen nachgeschalteten Vorrichtungen zugeführt werden kann.
  • In einer derartigen Ausführungsform umfasst die analoge Ausgabeschnittstelle zumindest einen analogen Ausgabeanschluss, wobei der zumindest eine analoge Ausgabeanschluss separat zum Mehrfachleitungsbus ist.
  • Zudem kann das Vorsehen eines separaten analogen Ausgabeanschlusses den Betrieb eines hybriden Ausgabemodus ermöglichen, in dem die schaltbare Mikrofonvorrichtung sowohl das digitale Mikrofonausgangssignal basierend auf dem umgewandelten digitalen Signal als auch das analoge Mikrofonausgangssignal basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal ausgibt.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mehrere digitale Signalwege für das analoge Sensoreingangssignal zum Vorsehen eines umgewandelten digitalen Signals mit einem hohen Dynamikbereich, wobei die digitalen Signalwege jeder Verstärkerschaltungen und einen ADC umfassen,
    wobei die Verstärkerschaltungen der verschiedenen Wege zum Vorsehen von verschiedenen Signalbereichen des analogen Sensoreingangssignals konfiguriert sind, und wobei die Ausgaben der ADCs der verschiedenen Wege zum Vorsehen eines umgewandelten digitalen Signals mit einem hohen Dynamikbereich kombiniert sind.
  • Beispielsweise können die verschiedenen Signalwege einen ersten, ungefähr Einheitsverstärkungsweg zum Vorsehen eines analogen Signals mit einem „regulären“ Betriebsbereich und einen zweiten Weg mit reduzierter Verstärkung zum Vorsehen eines analogen Signals mit einem höheren Bereich umfassen, um analoge Signale unterzubringen, die jegliche Verstärker sättigen können, welche auf einen „regulären“ Betriebsbereich abgestimmt sind.
  • In einem Aspekt basiert das analoge Mikrofonausgangssignal auf einer kombinierten Version der Ausgaben der Verstärkerschaltungen der verschiedenen Wege.
  • Alternativ basiert das analoge Mikrofonausgangssignal auf einem Signalbereich des analogen Sensoreingangssignals. In einer derartigen Konfiguration kann das analoge Mikrofonausgangssignal auf dem analogen Signal im „regulären“ Weg basieren.
  • Ein Beispiel einer Zweiwege-Frontend-Konfiguration findet sich in der Patentschrift Nr. 6,271,780, deren Inhalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
  • Ferner ist ein System vorgesehen, umfassend:
    • eine schaltbare Mikrofonvorrichtung wie oben beschrieben; und
    • einen Prozessor, der zum Steuern des Umschaltens der Mikrofonvorrichtung zwischen dem digitalen Ausgabemodus und dem analogen Ausgabemodus konfiguriert ist, wobei der Prozessor zum Steuern von Verarbeiten der Ausgabe der Mikrofonvorrichtung angeordnet ist.
  • Das System kann als eine batteriebetriebene persönliche Audio-Vorrichtung vorgesehen sein, wie etwa ein Mobiltelefon, ein Tablet-Computer, ein persönliches Musikabspielgerät usw. Das System kann außerdem als eine „intelligente Vorrichtung“, wie etwa eine Sprachassistentenvorrichtung, oder eine elektronische Vorrichtung mit eingebetteter Stimmverarbeitungsfunktion, beispielsweise intelligente Fernsehapparate, Haushaltsmusikabspielgeräte usw., vorgesehen sein. Der Prozessor kann als ein Anwendungsprozessor (AP) oder eine zentrale Recheneinheit (CPU) einer derartigen Vorrichtung vorgesehen sein. Der Prozessor kann zum Empfangen der Ausgabe der schaltbaren Mikrofonvorrichtung angeordnet sein, oder der Prozessor kann zum Steuern des Leitens der Ausgabe der schaltbaren Mikrofonvorrichtung an zusätzliche Verarbeitungsmodule des Systems konfiguriert sein.
  • Vorzugsweise steuert der Prozessor ein Taktsignal, das der Mikrofonvorrichtung zum Steuern der Modusumschaltung der Mikrofonvorrichtung zugeführt wird. Alternativ kann der Prozessor ein Steuersignal steuern, das der Mikrofonvorrichtung zum Steuern der Modusumschaltung der Mikrofonvorrichtung zugeführt wird.
  • Vorzugsweise umfasst das System ferner:
    • ein analoges Signalverarbeitungsmodul, wobei das analoge Signalverarbeitungsmodul zum Empfangen eines analogen Mikrofonausgangssignals von der schaltbaren Mikrofonvorrichtung angeordnet ist; und
    • ein digitales Signalverarbeitungsmodul, wobei das digitale Signalverarbeitungsmodul zum Empfangen eines digitalen Mikrofonausgangssignals von der schaltbaren Mikrofonvorrichtung angeordnet ist.
  • Die analogen und digitalen Signalverarbeitungsmodule sind zum Verarbeiten von Audio angeordnet, das durch einen Transducer empfangen wird. Das analoge Signalverarbeitungsmodul kann ein analoges Maschinenlernsystem umfassen. Vorzugsweise ist das analoge Signalverarbeitungsmodul zum ständig aktiven Rechnen auf verhältnismäßig niedriger Leistung konfiguriert. Das digitale Signalverarbeitungsmodul kann einen DSP oder ein digitales Maschinenlernsystem umfassen. Vorzugsweise ist das digitale Signalverarbeitungsmodul zum hochgenauen Rechnen mit verhältnismäßig hoher Leistungsstärke konfiguriert. Es versteht sich, dass die Verarbeitungsmodule als Teil des Prozessors des Systems vorgesehen sein können oder als diskrete Verarbeitungseinheiten vorgesehen sein können, deren Betrieb durch den Prozessor des Systems gesteuert werden kann.
  • Vorzugsweise ist der Prozessor angeordnet zum Umschalten des Systems zwischen:
    • einem analogen Rechenmodus, in dem die Mikrofonvorrichtung in den analogen Ausgabemodus zum Zuführen des analogen Mikrofonausgangssignals zum analogen Signalverarbeitungsmodul geschaltet wird; und
    • einem digitalen Rechenmodus, in dem die Mikrofonvorrichtung in den digitalen Ausgabemodus zum Zuführen des digitalen Mikrofonausgangssignals zum digitalen Signalverarbeitungsmodul geschaltet wird.
  • In manchen Ausführungsformen versteht es sich, dass die Mikrofonvorrichtung das analoge Mikrofonausgangssignal weiter ausgeben kann, wenn die Mikrofonvorrichtung in den digitalen Ausgabemodus geschaltet wird.
  • Vorzugsweise ist das System ferner derart konfiguriert, dass:
    • wenn es im analogen Rechenmodus ist, der Prozessor zum Erhalten des digitalen Signalverarbeitungsmoduls in einem inaktiven Zustand oder Zustand auf niedriger Leistung konfiguriert ist; und,
    • wenn es im digitalen Rechenmodus ist, der Prozessor zum Erhalten des analogen Signalverarbeitungsmoduls in einem inaktiven Zustand oder Zustand auf niedriger Leistung konfiguriert ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Prozessor dazu angeordnet, das System ferner umzuschalten in:
    • einen hybriden Rechenmodus, in dem die Mikrofonvorrichtung in einen hybriden Ausgabemodus zum Zuführen des analogen Mikrofonausgangssignals zum analogen Signalverarbeitungsmodul und zum Zuführen des digitalen Mikrofonausgangssignals zum digitalen Signalverarbeitungsmodul umgeschaltet wird.
  • In einem derartigen hybriden Rechenmodus können die analogen und digitalen Signalverarbeitungsmodule parallel arbeiten, wobei die Ausgänge beider Module durch den Prozessor vereinigt oder kombiniert werden. Während das digitale Signalverarbeitungsmodul zum Vorsehen von verhältnismäßig höherer Genauigkeit als das analoge Signalverarbeitungsmodul konfiguriert sein kann, kann das analoge Signalverarbeitungsmodul zum Vorsehen einer schnelleren Ansprechzeit konfiguriert sein. In einer derartigen Konfiguration kann die Vereinigung der Ausgänge sowohl des analogen als auch digitalen Signalverarbeitungsmoduls eine Leistungsverbesserung des Gesamtsystems vorsehen.
  • Alternativ ist für Ausführungsformen, in denen die Mikrofonvorrichtung das analoge Mikrofonausgangssignal weiter ausgibt, wenn die Mikrofonvorrichtung in den digitalen Ausgabemodus geschaltet wird, das System derart konfiguriert, dass:
    • wenn es im analogen Rechenmodus ist, der Prozessor zum Erhalten des digitalen Signalverarbeitungsmoduls in einem inaktiven Zustand oder Zustand auf niedriger Leistung konfiguriert ist; und,
    • wenn es im digitalen Rechenmodus ist, der Prozessor zum Aktivieren beider zum Erhalten des analogen Signalverarbeitungsmoduls und des digitalen Signalverarbeitungsmoduls konfiguriert ist.
  • Vorzugsweise schaltet der Prozessor das System aus dem analogen Rechenmodus in den digitalen Rechenmodus basierend auf einem oder mehr des Folgenden:
    • einer Benutzereingabe, wie etwa einem mechanischen Knopfdruck;
    • einem Stimmenaktivitätserkennungsmodul (VAD), das das Vorhandensein von Sprache im empfangenen Audio anzeigt;
    • einem Stimmenkennworterkennungsmodul (VKD), das das Vorhandensein eines Kennworts oder Aktivierungsworts im empfangenen Audio anzeigt;
    • einem Sprecheridentifikations- oder -verifizierungsmodul, das die Identität oder Autorisierung eines Sprechers des empfangenen Audios anzeigt; und
    • einem Befehlserkennungsmodul, das zum Erkennen von Befehlen angeordnet ist, die in Sprache im empfangenen Audio vorhanden sind.
  • Das System kann zwischen den verschiedenen Betriebsmodi basierend auf Verarbeitungsanforderungen wechseln. In einem bevorzugten Aspekt arbeitet das System in einem ständig aktiven Modus auf verhältnismäßig niedriger Leistung unter Nutzung des analogen Rechenmodus, bis eine Anforderung für eine Ausgabe mit höherer Genauigkeit vorliegt, die einen Übergang zum digitalen Rechenmodus erfordern kann. Für ständig aktive Lauschanwendungen, beispielsweise für Sprecheridentifikation oder -verifizierung oder automatische Spracherkennung, kann der Übergang infolge dessen ausgelöst werden, dass das System das Vorhandensein von Stimme oder Sprache im empfangenen Audio oder das Vorhandensein eines gesprochenen Kennworts oder Aktivierungsworts im empfangenen Audio erkennt. Es versteht sich, dass eine derartige VAD- oder VKD-Ausgabe durch die Ausgabe des analogen Signalverarbeitungsmoduls vorgesehen sein kann, das in einem ständig aktiven Modus arbeiten kann.
  • In einem weiteren Aspekt kann das System zum Übergang aus dem analogen in den digitalen Rechenmodus basierend auf der Ausgabe eines Sprecheridentifikations- oder - verifizierungsprozesses angesteuert werden. Insbesondere kann das System zum Ausführen eines ständig aktiven Sprecheridentifikations-oder-verifizierungsprozesses auf das empfangene Audio unter Benutzung des analogen Signalverarbeitungsmoduls konfiguriert sein, und wobei das System in den digitalen Rechenmodus übergeleitet wird, wenn das analoge Signalverarbeitungsmodul einen Sprecher im empfangenen Audio identifiziert oder verifiziert. In manchem Aspekt kann das digitale Signalverarbeitungsmodul dann zum Ausführen von weiterer Sprecheridentifikation oder - verifizierung auf das empfangene Audio und/oder zum Ausführen von Sprach- oder Befehlserkennung auf das empfangene Audio benutzt werden.
  • Vorzugsweise schaltet der Prozessor das System aus dem digitalen Rechenmodus in den analogen Rechenmodus basierend auf einem oder mehr des Folgenden:
    • einer Benutzereingabe, beispielsweise einer Anzeige zum Herunterfahren des Systems;
    • dass der Prozessor bestimmt, dass eine Sitzung geendet hat; und
    • einem System-Timeout.
  • Der Prozessor kann zum Überleiten des Systems zurück in den analogen Rechenmodus aus dem digitalen Rechenmodus basierend auf jeglichen geeigneten Parametern agieren.
  • Während die oben beschriebenen Merkmale eine Mikrofonvorrichtung und die Signale, die durch Mikrofontransducer erzeugt werden, betreffen, versteht es sich, dass dieselben Prinzipien und Merkmale für alternative Vorrichtungen mit anderen Typen von Transducern angewendet werden können, bei denen es erwünscht sein kann, schaltbare analoge und digitale Ausgabemodi vorzusehen, beispielsweise optische Transducer, kapazitive Transducer, kraftabtastende Transducer, induktive Abtasttransducer, Näherungsdetektionstransducer, Ultraschalltransducer.
  • Dementsprechend ist eine schaltbare Transducervorrichtung vorgesehen, umfassend:
    • einen Eingang zum Empfangen eines analogen Sensoreingangssignals von einem Transducer;
    • einen Analog/Digital-Wandler (ADC) zum Umwandeln des analogen Sensoreingangssignals in ein umgewandeltes digitales Signal; und
    • eine Steuerung zum Umschalten der Vorrichtung zwischen:
      • einem digitalen Ausgabemodus, in dem die schaltbare Transducervorrichtung ein digitales Ausgangssignal basierend auf dem umgewandelten digitalen Signal ausgibt; und
      • einem analogen Ausgabemodus, in dem die schaltbare Transducervorrichtung ein analoges Ausgangssignal basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal ausgibt.
  • Ferner ist ein System vorgesehen, umfassend:
    • eine schaltbare Transducervorrichtung wie oben beschrieben; und
    • einen Prozessor, der zum Steuern von Umschalten der Transducervorrichtung zwischen dem digitalen Ausgabemodus und dem analogen Ausgabemodus konfiguriert ist, wobei der Prozessor zum Steuern von Verarbeiten der Ausgabe der Transducervorrichtung angeordnet ist.
  • Zusätzlich oder alternativ versteht es sich, dass ein System mit einer Ausgabe einer Mikrofonvorrichtung versehen werden kann, die von der oben beschriebenen, schaltbaren Mikrofonvorrichtung abweicht.
  • Dementsprechend ist ferner ein System vorgesehen, umfassend:
    • zumindest eine Mikrofonvorrichtung zum Vorsehen eines Mikrofonsignals, das Schalldruck anzeigt, welcher durch einen Transducer des Mikrofons empfangen wird;
    • ein analoges Signalverarbeitungsmodul, wobei das analoge Signalverarbeitungsmodul zum Empfangen eines analogen Mikrofonsignals von einer Mikrofonvorrichtung angeordnet ist;
    • ein digitales Signalverarbeitungsmodul, wobei das digitale Signalverarbeitungsmodul zum Empfangen eines digitalen Mikrofonsignals von einer Mikrofonvorrichtung angeordnet ist; und
    • einen Prozessor, der angeordnet ist zum Steuern von Umschalten des Systems zwischen:
      • einem analogen Rechenmodus, in dem das analoge Signalverarbeitungsmodul aktiviert ist und das digitale Signalverarbeitungsmodul in einem Zustand auf niedriger Leistung oder inaktiven Zustand erhalten wird; und
      • einem digitalen Rechenmodus, in dem das digitale Signalverarbeitungsmodul aktiviert ist und das analoge Signalverarbeitungsmodul in einem Zustand auf niedriger Leistung oder inaktiven Zustand erhalten wird.
  • Die analogen und digitalen Signalverarbeitungsmodule sind zum Verarbeiten von Audio angeordnet, das durch einen Mikrofontransducer empfangen wird.
  • Die analogen oder digitalen Signalverarbeitungsmodule können zum Ausführen von einem oder mehr des Folgenden konfiguriert sein:
    • einem Stimmenaktivitätserkennungsprozess (VAD), der das Vorhandensein von Sprache in empfangenem Audio anzeigt;
    • einem Stimmenkennworterkennungsprozess (VKD), der das Vorhandensein eines Kennworts oder Aktivierungsworts in empfangenem Audio anzeigt;
    • einem Sprecheridentifikations- oder -verifizierungsprozess, der die Identität oder Autorisierung eines Sprechers des empfangenen Audios anzeigt;
    • einem Spracherkennungsprozess, der zum Erkennen von Sprache im empfangenen Audio angeordnet ist; und
    • einem Befehlserkennungsprozess, der zum Erkennen von Befehlen angeordnet ist, die in Sprache im empfangenen Audio vorhanden sind.
  • Vorzugsweise umfasst das analoge Signalverarbeitungsmodul ein analoges Maschinenlernsystem. Vorzugsweise ist das analoge Signalverarbeitungsmodul für ständig aktives Rechnen auf verhältnismäßig niedriger Leistung konfiguriert.
  • Vorzugsweise umfasst das digitale Signalverarbeitungsmodul ein digitales Maschinenlernsystem. Vorzugsweise ist das digitale Signalverarbeitungsmodul für hochgenaues Rechnen mit hoher Leistungsstärke konfiguriert.
  • Vorzugsweise ist der Prozessor angeordnet zum weiteren Steuern von Umschalten des Systems zwischen:
    • einem hybriden Rechenmodus, in dem sowohl das analoge Signalverarbeitungsmodul als auch das digitale Signalverarbeitungsmodul aktiviert sind.
  • In einem weiteren Aspekt ist ein System vorgesehen, umfassend:
    • eine schaltbare Mikrofonvorrichtung wie oben beschrieben; und
    • eine nachgeschaltete Verarbeitungseinheit, die an die schaltbare Mikrofonvorrichtung gekoppelt ist, um das analoge Mikrofonausgangssignal zu empfangen,
    • wobei die nachgeschaltete Verarbeitungseinheit einen zweiten Analog/DigitalWandler (ADC) umfasst, der zum Umwandeln des empfangenen analogen Mikrofonausgangssignals in ein ergänzendes umgewandeltes digitales Signal betriebsfähig ist, wobei der zweite ADC eine höhere Bandbreite als der ADC der schaltbaren Mikrofonvorrichtung aufweist, sodass eine Bandbreite des ergänzenden umgewandelten digitalen Signals größer als eine Bandbreite des digitalen Mikrofonausgangssignals ist, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird, und
    • wobei das System zum Aktivieren des zweiten ADC konfiguriert ist, wenn das umgewandelte digitale Signal, das durch den ADC der schaltbaren Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird, anzeigt, dass das analoge Sensoreingangssignal bestimmten Audioinhalt enthält.
  • Das System kann ferner eine Steuerung umfassen, die zum Empfangen des umgewandelten digitalen Signals, das durch den ADC der schaltbaren Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird, und zum Aktivieren des zweiten ADC konfiguriert ist, wenn das umgewandelte digitale Signal, das durch den ADC der schaltbaren Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird, anzeigt, dass das analoge Sensoreingangssignal bestimmten Audioinhalt enthält.
  • Die nachgeschaltete Verarbeitungseinheit kann an die schaltbare Mikrofonvorrichtung gekoppelt sein, um das digitale Mikrofonausgangssignal zu empfangen.
  • Die nachgeschaltete Verarbeitungseinheit kann ferner einen Kombinierer zum Kombinieren des digitalen Mikrofonausgangssignals und des ergänzenden umgewandelten digitalen Signals zum Erzeugen eines digitalen Signals mit voller Bandbreite umfassen.
  • Alternativ kann der zweite ADC derart konfiguriert sein, dass eine Bandbreite des zweiten ADC eine Bandbreite des ADC der schaltbaren Mikrofonvorrichtung umfasst, sodass die Bandbreite des ergänzenden umgewandelten digitalen Signals die Bandbreite des digitalen Mikrofonausgangssignals umfasst, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird.
  • Der bestimmte Audioinhalt kann Sprache umfassen.
  • Der bestimmte Audioinhalt kann ein Auslöserwort oder einen Auslöserausdruck umfassen.
  • Die nachgeschaltete Verarbeitungseinheit kann ferner einen analogen Signalpuffer umfassen, der zum Speichern des analogen Mikrofonausgangssignals, das von der schaltbaren Mikrofonvorrichtung empfangen wird, über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg konfiguriert ist.
  • In wiederum einem weiteren Aspekt ist eine schaltbare Mikrofonvorrichtung vorgesehen, umfassend:
    • einen Eingang zum Empfangen eines analogen Sensoreingangssignals, das einen Schalldruck anzeigt, welcher durch einen Transducer empfangen wird;
    • einen ersten Analog/Digital-Wandler (ADC) zum Umwandeln des analogen Sensoreingangssignals in ein erstes umgewandeltes digitales Signal;
    • einen zweiten ADC zum Umwandeln des analogen Sensoreingangssignals in ein zweites umgewandeltes digitales Signal, wobei der zweite ADC eine höhere Bandbreite als der erste ADC aufweist, sodass eine Bandbreite des zweiten umgewandelten digitalen Signals größer als eine Bandbreite des ersten umgewandelten digitalen Signals ist,
    • wobei die schaltbare Mikrofonvorrichtung zum Aktivieren des zweiten ADC konfiguriert ist, wenn das erste umgewandelte digitale Signal anzeigt, dass das analoge Sensoreingangssignal bestimmten Audioinhalt enthält.
  • Die Vorrichtung kann ferner eine Steuerung umfassen, die zum Empfangen des ersten umgewandelten digitalen Ausgangssignals und zum Aktivieren des zweiten ADC konfiguriert ist, wenn das erste umgewandelte digitale Signal anzeigt, dass das analoge Sensoreingangssignal bestimmten Audioinhalt enthält.
  • Die Vorrichtung kann ferner einen Kombinierer zum Kombinieren des ersten umgewandelten digitalen Signals und des zweiten umgewandelten digitalen Signals zum Erzeugen eines digitalen Ausgangssignals mit voller Bandbreite umfassen.
  • Der bestimmte Audioinhalt kann Sprache umfassen.
  • Alternativ kann der bestimmte Audioinhalt ein Auslöserwort oder einen Auslöserausdruck umfassen.
  • Die Vorrichtung kann ferner zumindest einen Mikrofontransducer umfassen, der zum Vorsehen des analogen Sensoreingangssignals konfiguriert ist, welches Schalldruck anzeigt, der durch den zumindest einen Mikrofontransducer empfangen wird.
  • Die Vorrichtung kann ferner Verstärkerschaltungen umfassen, die zum Ausgeben eines gepufferten analogen Ausgangssignals basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal konfiguriert sind.
  • Die Vorrichtung kann ferner einen analogen Signalpuffer umfassen, der zum Speichern des gepufferten analogen Ausgangssignals, das durch die Verstärkerschaltungen ausgegeben wird, über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg konfiguriert ist.
  • Der erste DAC kann in einem digitalen Signalweg zwischen dem Eingang und einer Ausgabeschnittstelle der Vorrichtung vorgesehen sein.
  • Der zweite DAC kann in einem analogen Signalweg zwischen dem Eingang und einer Ausgabeschnittstelle der Vorrichtung vorgesehen sein, wobei der analoge Signalweg dazu konfiguriert ist, der Ausgabeschnittstelle ein analoges Ausgangssignal zuzuführen, wenn der zweite DAC deaktiviert ist.
  • In einem weiteren Aspekt ist ein System vorgesehen, umfassend:
    • eine schaltbare Mikrofonvorrichtung; und
    • einen Prozessor,
    • wobei der Prozessor zum Empfangen des ersten umgewandelten digitalen Signals und zum Ausgeben eines Steuersignals an die schaltbare Mikrofonvorrichtung zum Aktivieren des zweiten ADC konfiguriert ist, wenn das erste umgewandelte digitale Signal anzeigt, dass das analoge Sensoreingangssignal bestimmten Audioinhalt enthält.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Es werden nun Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
    • 1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Mikrofonvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 eine Querschnittansicht einer Verpackungskonfiguration der Mikrofonvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 3 eine Querschnittansicht einer alternativen Verpackungskonfiguration der Mikrofonvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Mikrofonvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 5(a) bis (c) Darstellungen von weiteren Ausführungsformen einer Mikrofonvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung, die Ausgangssignale mit hohem Dynamikbereich ermöglichen;
    • 6 eine Darstellung einer ersten Konfiguration einer Ausgabeschnittstelle für die Mikrofonvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 7 eine Darstellung einer zweiten Konfiguration einer Ausgabeschnittstelle für die Mikrofonvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
    • 8 eine Darstellung eines Systems, das eine Mikrofonvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eingliedert;
    • 9 eine Darstellung eines Systems, das eine schaltbare Transducervorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung eingliedert;
    • 10 eine Darstellung eines weiteren Systems, das eine Mikrofonvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung eingliedert; und
    • 11 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Mikrofonvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Ausführungsform einer schaltbaren Mikrofonvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt.
  • Die Vorrichtung 10 ist mit einem Mikrofontransducer 12 versehen, der zum Vorsehen eines analogen Sensoreingangssignals angeordnet ist, welches Schalldruck anzeigt, der durch den Transducer 12 empfangen wird. Das analoge Sensorsignal wird Verstärkerschaltungen 14 zugeführt, die zum Puffern, Verstärken und/oder Konditionieren des empfangenen analogen Eingangssignals konfiguriert sind. Die gepufferte Ausgabe der Verstärkerschaltungen 14 wird einem Analog/Digital-Wandler (ADC) 16 zugeführt, der das analoge Signal in ein digitales Signal umwandelt. Es versteht sich, dass der ADC 16 zum Empfangen eines Taktsignals zum Takten des Betriebs des ADC 16 angeordnet sein kann. Ein derartiges Taktsignal kann von einem vorrichtungsinternen Oszillator zugeführt werden und/oder kann aus einem externen Taktsignal empfangen oder davon abgeleitet werden.
  • Das umgewandelte digitale Signal, das durch den ADC 16 vorgesehen ist, kann ein digitales Mehrleitungs- oder Mehrdrahtausgangssignal umfassen oder kann ein moduliertes digitales Eindrahtsignal umfassen, beispielsweise ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal oder pulsdichtenmoduliertes (PDM) Signal. Das umgewandelte digitale Signal vom ADC 16 wird einer Ausgabeschnittstelle 18 zugeführt, die zum Ausgeben eines digitalen Mikrofonausgangssignals von der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 10 an nachgeschaltete Verarbeitungsmodule konfiguriert ist.
  • Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Signalweg, der das umgewandelte digitale Signal zuführt, umfasst die schaltbare Mikrofonvorrichtung 10 ferner einen analogen Signalweg, wobei die Ausgabe der Verstärkerschaltungen 14 ebenfalls der Ausgabeschnittstelle 18 zugeführt wird, als ein analoges Mikrofonausgangssignal zur Übertragung an nachgeschaltete Verarbeitungsmodule.
  • Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 10 umfasst ferner eine Steuerung 20, die zum Umschalten der Vorrichtung 10 zwischen zwei Modi betriebsfähig ist:
    • einem digitalen Ausgabemodus, in dem die Vorrichtung 10 das digitale Mikrofonausgangssignal basierend auf dem umgewandelten digitalen Signal ausgibt; und
    • einem analogen Ausgabemodus, in dem die Vorrichtung 10 ein analoges Mikrofonausgangssignal basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal ausgibt.
  • Analoge Rechensysteme können aufgrund ihres reduzierten Leistungsverbrauchs einen Vorteil gegenüber digitalen Systemen bieten. Digitale Systeme können hingegen für verhältnismäßig komplizierte und hochgenaue Prozess leichter gebaut werden. In einer derartigen Situation ist es anerkannt, dass ein potentieller Bedarf an Rechensystemen sowohl mit analogen als auch digitalen Rechensystemen besteht, die dementsprechend sowohl analoge als auch digitale Eingangssignale erfordern. Derartige hybride Verarbeitungslösungen können besondere Vorteile bei Audioverarbeitungsvorrichtungen bieten, bei denen eine Anforderung vorliegen kann, einen anfänglichen, ständig aktiven Lauschzustand auf verhältnismäßig niedriger Leistung aufzuweisen, der einen hochgenauen Verarbeitungszustand mit hoher Leistungsstärke leistungsansteuern kann.
  • Durch Vorsehen einer schaltbaren Mikrofonvorrichtung kann dementsprechend eine einzelne Vorrichtung sowohl die analogen als auch digitalen Signale für jegliche derartige nachgeschaltete Verarbeitungsmodule vorsehen.
  • Vorsehen einer einzelnen Mikrofonvorrichtung, die zwischen einer digitalen oder einer analogen Ausgabe umschalten kann, kann daher eine Herabsetzung des Gesamtleistungsverbrauchs eines Systems ermöglichen. Beispielsweise können, wenn die Vorrichtung in einem bestimmten Modus arbeitet, die Komponenten des anderen Signalwegs dann deaktiviert oder in einem Zustand auf verhältnismäßig niedriger Leistung erhalten werden, um den Gesamtleistungsverbrauch der Vorrichtung herabzusetzen. Zudem kann Leistungsverbrauch hinsichtlich des Betreibens von externen oder internen Zusammenschaltungen durch Signale mit mehrfachen Flanken nach Bedarf herabgesetzt werden.
  • Zudem sieht Vorsehen einer einzelnen Mikrofonvorrichtung, die zwischen einer digitalen oder einer analogen Ausgabe umschalten kann, eine Vorrichtung vor, bei der die Ausgabe nach Bedarf zum Gebrauch in einem größeren System zugeschnitten sein kann. Für Systeme mit einem Bedarf sowohl an analogen als auch an digitalen Mikrofonausgaben kann lediglich ein einzelner Mikrofontransducer benutzt sein, was potentiell zu einer Verringerung des Innenraums, der für eine Vorrichtung erforderlich ist, sowie der Anzahl von externen Mikrofonports führt, die für die Vorrichtung erforderlich sind.
  • Die Vorrichtung 10 ist zum Empfangen eines externen Steuereingangs 22 konfiguriert, der mit der Steuerung 20 verkoppelt ist. Der Steuereingang 22 wird zum Steuern des Umschaltens der Vorrichtung 10 zwischen den analogen und digitalen Ausgabemodi benutzt. In einem Aspekt kann der Steuereingang 22 als dedizierter Steueranschluss oder -anschlüsse, der/die an der Vorrichtung 10 vorgesehen ist/sind, vorgesehen sein, der/die die Steuerung 20 zum Umschalten zwischen den Ausgabemodi wie erforderlich anweist.
  • In einem alternativen Aspekt kann der Steuereingang 22 als ein Taktsignal vorgesehen sein, das zum Takten des ADC 16 benutzt wird. In einer derartigen Ausführungsform kann die Steuerung 20 zum Überwachen der Frequenz des Taktsignalsteuereingangs und zum Steuern der Vorrichtungsumschaltung basierend auf der überwachten Frequenz konfiguriert sein. Beispielsweise kann, wenn das Taktsignal innerhalb eines zulässigen Frequenzbereichs für Normalbetrieb des ADC 16 liegt (beispielsweise im Bereich von 1 bis 3 MHz), die Steuerung 20 die Vorrichtung 10 in einen digitalen Ausgabemodus zum Ausgeben des umgewandelten digitalen Signals aus dem ADC 16 umschalten.
  • Wenn die überwachte Frequenz jedoch außerhalb eines derartigen Frequenzbereichs liegt, beispielsweise wenn das Taktsignal auf einem hohen Wert oder auf einem niedrigen Wert gehalten ist, die einen Schwellenzeitraum übersteigen, welcher mit einer vordefinierten Zykluszeit oder einem Halbzyklus für den ADC gleichbedeutend sein kann, dann kann die Steuerung 20 die Vorrichtung 10 in einen analogen Ausgabemodus umschalten, um das analoge Mikrofonausgangssignal auszugeben und um möglicherweise außerdem die Komponenten des digitalen Signalwegs zu deaktivieren oder in einen Leistungsmodus auf verhältnismäßig niedriger Leistung zu versetzen, um Energie zu sparen.
  • Das Taktsignal kann dazu konfiguriert sein, durch einen externen Treiber niedrig gehalten oder hoch gehalten zu werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung 10 nach Bedarf mit einem Pull-up- oder Pull-down-Element, beispielsweise einem Widerstand oder einer ähnlichen Lastvorrichtung, oder einem geeignet konfigurierten Transistor, beispielsweise einem MOSFET, versehen sein, um das Taktsignal in dem Fall auf einen hohen oder niedrigen Wert zu zwingen, in dem das externe Taktsignal in einem hochohmigen Zustand ist.
  • Durch Vorsehen des Steuereingangs 22 als das Taktsignal, das zum Takten des ADC 16 benutzt wird, können dementsprechend die gesamte Anschlusszahl und externe Verbindungen für die Vorrichtung 10 verringert oder minimiert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 und 3 versteht es sich, dass die schaltbare Mikrofonvorrichtung 10 als ein einzelnes verpacktes Element vorgesehen sein kann.
  • In 2 ist eine erste Verpackungsausführungsform der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 10a gezeigt, wobei der Mikrofontransducer 12 als ein Teil eines einzelnen integrierten Schaltungschips 24 mit dem Rest der Komponenten, wie in 1 angezeigt, vorgesehen ist.
  • In 3 ist eine zweite Verpackungsausführungsform der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 10b gezeigt, wobei der Mikrofontransducer 12 als ein separates Element 12a vorgesehen ist, das mit einem integrierten Schaltungschip 26 verbunden ist, welcher den Rest der Komponenten, wie in 1 angezeigt, umfasst. In beiden Ausführungsformen, die in 2 und 3 gezeigt sind, sind die Komponenten innerhalb einer gemeinsamen Packung 28 zum Gebrauch in einem größeren elektronischen System vorgesehen, und sind mit einem Akustikport 25 für den Mikrofontransducer 12 und einer veranschaulichenden Ausgabeanschlussfläche oder -schnittstelle 27 versehen, die die Ausgabe von Signalen von der Vorrichtung 10a, 10b ermöglicht. Es versteht sich, dass die Ausgabeanschlussfläche oder -schnittstelle jegliche geeigneten Anordnungen von Lötanschlussflächen oder -stiften oder Ähnlichem umfassen kann, die zum Verbinden der Vorrichtung 10a, 10b mit einem größeren Schaltkreis benutzt sein können. Zudem versteht es sich, dass sich die Ausgabeanschlussfläche oder -schnittstelle 27 überall an der Vorrichtung 10a, 10b befinden kann, um geeigneten Zugang zu den Ausgangssignalen zu ermög lichen.
  • Zusätzlich zu den oben beschriebenen analogen und digitalen Ausgabemodi kann die Steuerung 20 ferner zum Ermöglichen des Umschaltens in einen dritten Betriebsmodus, der als hybrider Ausgabemodus bezeichnet wird, angeordnet sein, in dem die schaltbare Mikrofonvorrichtung 10 sowohl das digitale Mikrofonausgangssignal als auch das analoge Mikrofonausgangssignal ausgibt. Die Benutzung eines derartigen hybriden Ausgabemodus ermöglicht sowohl analoge als auch digitale Ausgangssignale von der Mikrofonvorrichtung 10, die für gleichlaufende nachgeschaltete Signalverarbeitung sowohl von analogen als auch digitalen Signalen benutzt werden können.
  • Es versteht sich, dass andere Konfigurationen einer schaltbaren Mikrofonvorrichtung benutzt sein können. Unter Bezugnahme auf 4 ist eine zweite Ausführungsform einer schaltbaren Mikrofonvorrichtung 110 gezeigt, wobei mit der Ausführungsform von 1 gemeinsame Elemente mit um 100 erhöhten Bezugszeichen wiedergegeben sind.
  • In der Ausführungsform von 4 ist der analoge Signalweg mit zusätzlichen analogen Pufferschaltungen 124 versehen, die zum weiteren Puffern des analogen Ausgangssignals von der Vorrichtung 110 und zum Gewährleisten, dass eine analoge Ausgabe von der Mikrofonvorrichtung 110 zum Erfüllen der Anforderungen jeglicher vorrichtungsfremden Lasten zum Empfangen des analogen Ausgangssignals genügt, benutzt werden. Die zusätzlichen analogen Pufferschaltungen 124 können einen Verstärker mit anpassbarer Verstärkung umfassen, der zum Vorsehen einer anpassbaren Verstärkung des analogen Ausgangssignals bei Bedarf vorsieht. Es versteht sich, dass die Verstärkung eines derartigen Verstärkers durch die integrierte Steuerung 120 und/oder durch ein externes Steuersignal gesteuert werden kann. Es versteht sich, dass der Verstärker mit anpassbarer Verstärkung, der in 124 vorgesehen ist, derart gesteuert werden kann, dass die Verstärkung des Verstärkers dynamisch angepasst wird, um Begrenzen des analogen Ausgangssignals zu vermeiden.
  • In einem weiteren Aspekt versteht es sich, dass die analogen Pufferschaltungen 124 zusätzlich oder alternativ eine Signalkompressionsfunktion umfassen können, wobei das analoge Ausgangssignal verringerte Verstärkung bei verhältnismäßig großen Eingangssignalen aufweist, um den Dynamikbereich des Ausgangssignals zu reduzieren. Eine derartige Kompressionsfunktion kann logarithmisch oder modelliert auf standardmäßige Compandfunktionen (Komprimieren/Expandieren) wie etwa A-Iaw oder mu-law sein. Es versteht sich, dass der Betrieb einer derartigen Kompressionsfunktion durch die integrierte Steuerung 120 und/oder durch ein externes Steuersignal gesteuert werden kann.
  • In einem weiteren Aspekt versteht es sich, dass die analogen Pufferschaltungen 124 zusätzlich oder alternativ ein analoges Filtermodul umfassen, in dem das analoge Ausgangssignal bei Bedarf gefiltert werden kann. Beispiele derartigen Filterns können Hochpassfiltern des analogen Ausgangssignals zum Beseitigen von Interferenzen wie etwa Kontaktrauschen und/oder akustisches Rauschen aus der Packung, Tiefpassfiltern zum Beseitigen von unnötigen Ultraschallgeräuschen aus dem analogen Filtermodul und/oder eine Kombination von Hochpass- sowie Tiefpassfiltern beinhalten.
  • Unter Bezugnahme auf 5(a) bis (c) sind Variationen einer dritten Ausführungsform einer schaltbaren Mikrofonvorrichtung 210a, 210b, 210c gezeigt, wobei mit der Ausführungsform von 1 gemeinsame Elemente mit um 200 erhöhten Bezugszeichen wiedergegeben sind. Die Ausführungsformen, die in 5(a) bis (c) dargestellt sind, richten sich an schaltbare Mikrofonvorrichtungen mit hohen Dynamikbereichen.
  • In der Ausführungsform von 5(a) weist die schaltbare Mikrofonvorrichtung 210a einen digitalen Signalweg auf, der dazu konfiguriert ist, ein Zweiwege-Frontend aufzuweisen, um die Umwandlung von Signalen mit hohem Dynamikbereich zu ermöglichen. In einer derartigen Konfiguration ist ein erster digitaler Signalweg mit ersten Verstärkerschaltungen 214a und einem ersten ADC 216a vorgesehen und ein zweiter digitaler Signalweg mit zweiten Verstärkerschaltungen 214b und einem zweiten ADC 216b vorgesehen. Die ersten Verstärkerschaltungen 214a sind dazu konfiguriert, ungefähr normale oder Verstärkung Eins zum Vorsehen von Umwandlung von verhältnismäßig „normalem“ Audio, das durch den Transducer 212 empfangen wird, aufzuweisen. Jedoch kann Audio mit hoher Amplitude bewirken, dass Verstärker 214a oder ADC 216a begrenzen oder sich sättigen. Dementsprechend sind die zweiten Verstärkerschaltungen 214b dazu konfiguriert, eine reduzierte Verstärkung aufzuweisen, beispielsweise -20 dB, sodass jegliches Audio mit hoher Amplitude, das durch den Transducer 212 empfangen wird, den zweiten ADC 216b nicht übersättigt. Die nachfolgenden Ausgaben des ersten und zweiten ADC 216a, 216b können zum Vorsehen des resultierenden umgewandelten digitalen Ausgangssignals ausgewählt oder gemischt werden, welches der Ausgabeschnittstelle 218 zugeführt wird.
  • In dieser Ausführungsform ist der analoge Signalweg vom Ausgang der ersten Verstärkerschaltungen 214a des ersten digitalen Signalwegs geführt, der zusätzliche analoge Pufferschaltungen 224 ähnlich jenen der Ausführungsform von 4 aufweisen kann, um das analoge Mikrofonausgangssignal zuzuführen.
  • Alternativ kann das analoge Mikrofonausgangssignal auf einer kombinierten Version der Ausgaben der ersten und zweiten Verstärkerschaltungen 214a, 214b der digitalen Signalwege basiert sein. Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform, die in 5(b) dargestellt ist, ist die schaltbare Mikrofonvorrichtung 210b derart konfiguriert, dass die Ausgabe der ersten Verstärkerschaltungen 214a und die Ausgabe der zweiten Verstärkerschaltungen 214b zu den analogen Pufferschaltungen 224 weitergeleitet werden, wo die Signale zum Vorsehen einer zusammengesetzten analogen Ausgabe für die Schnittstelle 218 kombiniert werden können.
  • Es versteht sich, dass die analogen Pufferschaltungen 224 von 5(b) zum Implementieren eines Verstärkers mit anpassbarer Verstärkung, einer Signalkompressionsfunktion und/oder eines analogen Filtermoduls konfiguriert sein können, wie oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 5(a) beschrieben.
  • Im Bemühen, verbesserte Dynamikbereichsleistung vorzusehen, kann eine schaltbare Mikrofonvorrichtung mit mehrfachen Mikrofontransducern versehen sein, wobei jeder Mikrofontransducer auf einen spezifischen Abschnitt des erwünschten Dynamikbereichs zugeschnitten ist. Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform, die in 5(c) dargestellt ist, umfasst die schaltbare Mikrofonvorrichtung 210c einen ersten Mikrofontransducer 212a, der zum Umwandeln von Audio, das innerhalb eines ersten Frequenzbereichs und/oder Amplitude empfangen wird, konfiguriert oder optimiert ist, und einen zweiten Mikrofontransducer 212b, der zum Umwandeln von Audio, das innerhalb eines einem zweiten Frequenzbereichs und/oder Amplitude empfangen wird, konfiguriert oder optimiert ist.
  • Es versteht sich, dass die Ausführungsform von 5(c) ferner derart angepasst sein kann, dass die Ausgabe sowohl der ersten Verstärkerschaltungen 214a als auch der zweiten Verstärkerschaltungen 214b in den analogen Pufferschaltungen 224 kombiniert wird, um eine zusammengesetzte analoge Ausgabe für die Schnittstelle 218 vorzusehen. Zudem versteht es sich, dass die analogen Pufferschaltungen 224 von 5(c) zum Implementieren eines Verstärkers mit anpassbarer Verstärkung, einer Signalkompressionsfunktion und/oder eines analogen Filtermoduls konfiguriert sein können, wie oben unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von 5(a) beschrieben.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung versteht es sich, dass die Mikrofonvorrichtung 10, 110, 210 mit einem integrierten digitalen Signalverarbeitungsmodul (DSP) 17, durch einen gestrichelten Umriss/Kasten in 1 angezeigt, versehen sein kann, der jedoch außerdem in den anderen gezeigten Mikrofonvorrichtungsausführungsformen genutzt sein kann. Das DSP 17 kann zum Ausführen von einiger vorrichtungsinterner Signalverarbeitung des umgewandelten digitalen Signals konfiguriert sein, bevor es aus der Vorrichtung ausgegeben wird. beispielsweise kann das DSP 17 zum Ausführen von einem oder mehr des Folgenden konfiguriert sein:
    • Rauschverminderung des umgewandelten digitalen Signals;
    • Windgeräuschunterdrückung des umgewandelten digitalen Signals;
    • Filtern des umgewandelten digitalen Signals; und
    • Datenformatierung des digitalen Signals
  • Wie oben beschrieben, kann die Ausgabeschnittstelle einen Mehrleitungs- oder Mehrdrahtausgabe aus der Vorrichtungspackung vorsehen.
  • Alternativ kann die Ausgabeschnittstelle 18, 118, 218 eine einzelne Ausgabeanschlussfläche oder -stift für die Vorrichtungspackung, die zwischen einer analogen oder einer digitalen Ausgabe umgeschaltet werden kann. Ein Beispiel einer ersten Konfiguration einer derartigen Ausgabeschnittstelle ist in 6 vorgesehen. In 6 umfasst die Ausgabeschnittstelle 18 einen digitalen Signalknoten 30, der an den Ausgang des digitalen Signalwegs der Vorrichtung gekoppelt ist, und einen analogen Signalknoten 32, der an den Ausgang des analogen Signalwegs der Vorrichtung gekoppelt ist. Zudem umfasst die Ausgabeschnittstelle die Ausgabeanschlussfläche 34. Ein Schalter 36 ist zwischen den Signalknoten 30, 32 und der Ausgabeanschlussfläche 34 vorgesehen, um den jeweiligen digitalen Signalknoten 30 und analogen Signalknoten 32 selektiv mit der Ausgabeanschlussfläche 34 zu verkoppeln. Der Betrieb des Schalters 36 wird durch die Vorrichtungssteuerung 20 gesteuert, die zwischen dem digitalen oder analogen Signalknoten 30, 32, basierend darauf, ob die Vorrichtung 10 im digitalen Ausgabemodus oder im analogen Ausgabemodus ist, umschaltet. Es versteht sich, dass der Schalter 36 als geeignete Transistoren, beispielsweise MOSFETs, implementiert sein kann.
  • Eine alternative Konfiguration der Ausgabeschnittstelle 18 ist in 7 vorgesehen. In dieser Ausführungsform umfasst die Schnittstelle den digitalen Signalknoten 30 und analogen Signalknoten 32 und die Ausgabeanschlussfläche oder -stift 34 von 6. Der digitale Signalknoten 30 ist mit der Ausgabeanschlussfläche 34 über einen ersten Dreizustandspuffer 44 verbunden. Der analoge Signalknoten 32 ist mit der Ausgabeanschlussfläche 34 über einen zweiten Dreizustandspuffer 46 verbunden. Die Konfiguration des jeweiligen ersten und zweiten Dreizustandspuffers 44, 46 wird durch die Steuerung 20 gesteuert.
  • Wenn die Vorrichtung 10 im digitalen Ausgabemodus ist, wird der erste Dreizustandspuffer 44 durch die Steuerung 20 zum Ermöglichen, dass das digitale Ausgangssignal die Ausgabeanschlussfläche 34 durchläuft, gesteuert. Zur selben Zeit wird der zweite Dreizustandspuffer 46 durch die Steuerung 20 deaktiviert, wodurch eine Hochimpedanzausgabe des Puffers 46 vorgesehen wird.
  • Gleicherweise wird, wenn die Vorrichtung 10 im analogen Ausgabemodus ist, der erste Dreizustandspuffer 44 durch die Steuerung 20 deaktiviert, um den Puffer in den Hochimpedanzmodus zu versetzen, während der zweite Dreizustandspuffer 46 aktiviert wird, um das analoge Ausgangssignal zur Ausgabeanschlussfläche 34 zu führen.
  • Es versteht sich, dass die Ausgabeanschlussfläche 34 jegliche Lötanschlussfläche oder - stift umfassen kann, die an der Vorrichtung zum Ermöglichen von Ausgabe von Signalen aus der Vorrichtung vorgesehen sein können.
  • Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 10, 110, 210 ist vorzugsweise als Teil eines größeren Verarbeitungssystems vorgesehen. Unter Bezugnahme auf 8 ist eine beispielhafte Implementierung eines derartigen Systems 300 gezeigt. Es versteht sich, dass das System 300 als Teil einer größeren elektronischen Vorrichtung 301 vorgesehen sein kann, beispielsweise einer tragbaren elektronischen Vorrichtung wie etwa ein Mobiltelefon, ein Tablet-Computer, ein persönliches Musikabspielgerät, oder einer intelligenten Vorrichtung, wie etwa einer Sprachassistentenvorrichtung, oder einer elektronischen Vorrichtung mit eingebetteter Stimmverarbeitungsfunktion, beispielsweise ein intelligenter Fernsehapparat, ein Haushaltsmusikabspielgerät oder eine andere Haushaltseinrichtung.
  • Eine schaltbare Mikrofonvorrichtung 302 wie oben beschrieben ist in 8 gezeigt, die zum Vorsehen eines analogen und/oder digitalen Mikrofonausgangssignals angeordnet ist. Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 302 ist mit einer Verarbeitungseinheit 304 verkoppelt, die einen Anwendungsprozessor (AP) oder eine zentrale Recheneinheit (CPU) für eine elektronische Vorrichtung umfasst. Der Prozessor 304 ist zum Steuern des Umschaltens der Mikrofonvorrichtung 302 zwischen den verschiedenen Ausgabemodi der Vorrichtung 302 angeordnet, entweder durch Steuern der Frequenz eines Taktsignals, das der Vorrichtung 302 zugeführt wird, oder durch Steuern eines dedizierten Steuersignals, das der Vorrichtung 302 zugeführt wird.
  • Das System 300 umfasst ferner ein analoges Signalverarbeitungsmodul 306 und ein digitales Signalverarbeitungsmodul 308. Es ist anerkannt, dass, da ein analoges Rechenmodul verhältnismäßig leicht für ständig aktives Rechnen auf verhältnismäßig niedriger Leistung konfiguriert und optimiert sein kann, und da ein digitales Rechenmodul verhältnismäßig einfach für hochgenaues Rechnen mit verhältnismäßig hoher Leistungsstärke ausgelegt sein kann, das Vorsehen eines hybriden Analog/Digital-Rechensystems erhebliche Vorteile gegenüber Systemen des Stands der Technik mit lediglich entweder einem analogen oder einem digitalen Rechensystem bieten kann. Vorzugsweise umfasst das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 ein analoges Maschinenlernsystem, und vorzugsweise umfasst das digitale Signalverarbeitungssystem 308 einen DSP oder ein digitales Maschinenlernsystem.
  • Dementsprechend ist der Prozessor 304 zum Steuern des Betriebs des analogen Signalverarbeitungsmoduls 306 und des digitalen Signalverarbeitungsmoduls 308 konfiguriert. Insbesondere ist der Prozessor 304 angeordnet zum Umschalten des Systems 300 zwischen:
    • einem analogen Rechenmodus, in dem die Mikrofonvorrichtung 302 in den analogen Ausgabemodus zum Zuführen des analogen Mikrofonausgangssignals zum analogen Signalverarbeitungsmodul 306 geschaltet wird; und
    • einem digitalen Rechenmodus, in dem die Mikrofonvorrichtung 302 in den digitalen Ausgabemodus zum Zuführen des digitalen Mikrofonausgangssignals zum digitalen Signalverarbeitungsmodul 308 geschaltet wird.
  • Der Prozessor 304 ist ferner derart konfiguriert, dass:
    • wenn er im analogen Rechenmodus ist, der Prozessor 304 das digitale Signalverarbeitungsmodul 308 in einem inaktiven Zustand oder Zustand auf niedriger Leistung erhält; und,
    • wenn er im digitalen Rechenmodus ist, der Prozessor 304 das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 in einem inaktiven Zustand oder Zustand auf niedriger Leistung erhält.
  • Alternativ kann der Prozessor 304 zum Ermöglichen, dass das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 aktiv bleibt, wenn er im digitalen Rechenmodus ist, konfiguriert ist, um Verarbeiten eines analogen Mikrofonausgangssignals von der Vorrichtung 302 zu ermöglichen, wenn die Vorrichtung 302 zum Ausgeben des analogen Mikrofonausgangssignals konfiguriert ist, wenn es im digitalen Ausgabemodus ist.
  • Der Prozessor 304 kann das System 300 in den analogen Rechenmodus schalten, wenn die Vorrichtung 301 in einem Modus auf verhältnismäßig niedriger Leistung vorgesehen sein soll, beispielsweise in einem Standby- oder ständig aktiven Lauschmodus, der ermöglicht, dass das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 das Audio verarbeitet, welches durch die Mikrofonvorrichtung 302 empfangen wird.
  • Die Verarbeitung, die durch das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 ausgeführt wird, kann aus einem oder mehr des Folgenden ausgewählt sein:
    • einem Stimmenaktivitätserkennungsprozess (VAD), der das Vorhandensein von Sprache im empfangenen Audio anzeigt;
    • einem Stimmenkennworterkennungsprozess (VKD), der das Vorhandensein eines Kennworts oder Aktivierungsworts im empfangenen Audio anzeigt;
    • einem Sprecheridentifikations- oder -verifizierungsprozess, der die Identität oder Autorisierung eines Sprechers des empfangenen Audios anzeigt; und
    • einem Befehlserkennungsprozess, der zum Erkennen von Befehlen angeordnet ist, die in Sprache im empfangenen Audio vorhanden sind.
  • Sobald das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 erkennt, dass Aktivität erfolgt ist, die zusätzliche Verarbeitungsleistung erfordern kann, das Modul 306 beispielsweise eine positive Anzeige für einen der oben aufgeführten Prozesse vorsieht, dann kann das Modul 306 den Prozessor 304 entsprechend darauf hinweisen und/oder die Ausgabe 310 des analogen Signalverarbeitungsmoduls 306 anderen nachgeschalteten Verarbeitungsmodulen zuführen.
  • Der Prozessor 304 kann dann das System 300 in den digitalen Rechenmodus umschalten, wodurch die Mikrofonvorrichtung 302 angewiesen wird, ein digitales Ausgangssignal zuzuführen und das digitale Signalverarbeitungsmodul 308 zu initialisieren oder aufzurufen. Der Prozessor kann außerdem das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 anweisen, in einen Zustand auf niedriger Leistung oder inaktiven Zustand überzugehen, wenn das System im digitalen Rechenmodus ist. Das digitale Signalverarbeitungsmodul 308 kann dann digitale Systemverarbeitung des empfangenen Audios ausführen, die eine „zweite Durchführung“ der oben aufgeführten Vorgänge und/oder jegliche weitere oder zusätzliche Signalverarbeitung des empfangenen Audio umfassen kann. Das digitale Signalverarbeitungsmodul 308 kann dann dem Prozessor 304 jegliche Ausgaben melden und/oder die Ausgabe 312 des digitalen Signalverarbeitungsmoduls 308 anderen nachgeschalteten Verarbeitungsmodulen zuführen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der Prozessor 304 zum Übergehen in den digitalen Rechenmodus basierend auf jeglicher anderen Eingabe konfiguriert sein, beispielsweise auf einer externen Benutzereingabe, die anzeigt, dass die Vorrichtung 301 aus einem inaktiven in einen aktiven Zustand wechseln soll, oder einer Anzeige, dass die Vorrichtung 301 auf Netzstrom oder mit einem verhältnismäßig hohem Niveau an Batterieleistung arbeitet.
  • Der Prozessor 304 kann zum Umschalten des Systems 300 zurück in den analogen Rechenmodus konfiguriert sein, d.h. die Mikrofonvorrichtung 302 anweisen, ein analoges Ausgangssignal vorzusehen, während das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 initialisiert oder aufgerufen wird, und/oder das digitale Signalverarbeitungsmodul 308 anweist, in einen Zustand auf niedriger Leistung oder einen inaktiven Zustand überzugehen. Der Übergang in den analogen Rechenmodus kann durch jegliche geeignete Eingabe ausgelöst werden, beispielsweise einer Benutzereingabe, wie etwa einer Anzeige zum Herunterfahren des Systems 301; dass der Prozessor 304 bestimmt, dass eine Benutzerinteraktionssitzung geendet hat oder dass eine Sitzung zeitlich abgelaufen ist; oder eines verhältnismäßig niedrigen Batterieleistungspegels für die Vorrichtung 301.
  • Durch Vorsehen eines Systems, das zwischen analogen und digitalen Rechenmodi umschalten kann, kann eine Vorrichtung, wenn erforderlich, mit dem verringerten Leistungsverbrauch eines analogrechenbasierten, ständig aktiven Lauschmodus und der hochgenauen Verarbeitung eines digitalrechenbasierten Modus versehen sein.
  • In einem weiteren Aspekt kann der Prozessor 304 Umschalten des Systems in einen hybriden Rechenmodus ermöglichen, in dem die Mikrofonvorrichtung 302 in einen hybriden Ausgabemodus zum gleichzeitigen Zuführen des analogen Mikrofonausgangssignals zum analogen Signalverarbeitungsmodul 306 und Zuführen des digitalen Mikrofonausgangssignals zum digitalen Signalverarbeitungsmodul 308 umgeschaltet wird. Die Benutzung eines hybriden Verarbeitungsmoduls kann ermöglichen, dass das analoge und digitale Modul 306, 308 parallel arbeiten. Die Ausgaben 310, 312 der Module können dann zum Vorsehen von verbesserter Genauigkeit vereinigt oder kombiniert werden.
  • In der Ausführungsform von 8 sind das analoge und digitale Modul 306, 308 mit demselben Stift oder Busausgang der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 302 verbunden. Es versteht sich ferner, dass, wie oben beschrieben, die schaltbare Mikrofonvorrichtung 302 mit separaten analogen und digitalen Ausgängen versehen sein kann, wobei das analoge Signalverarbeitungsmodul 306 mit einem analogen Ausgang von Vorrichtung 302 verbunden ist und das digitale Signalverarbeitungsmodul 308 mit einem digitalen Ausgang von Vorrichtung 302 verbunden ist.
  • In der Ausführungsform von 8 ist der Prozessor 304 als Element gezeigt, das separat zu den analogen und digitalen Modulen 306, 308 ist, beispielsweise als separate integrierte Schaltungsvorrichtungen. Alternativ versteht es sich, dass eines oder mehr der Module 306, 308 integral als Teil der Prozessoreinheit 304 vorgesehen sein kann.
  • In einem alternativen Aspekt versteht es sich, dass das System von 8 mit analogen und digitalen Mikrofonausgangssignalen von alternativen Mikrofonvorrichtungen versehen werden kann, beispielsweise von einem dedizierten analogen Mikrofon und einem dedizierten digitalen Mikrofon, wobei das dedizierte analoge Mikrofon während eines digitalen Rechenmodus heruntergefahren oder inaktiv gemacht werden kann, und wobei das dedizierte digitale Mikrofon während eines analogen Rechenmodus heruntergefahren oder inaktiv gemacht werden kann.
  • Die oben beschriebene, schaltbare Mikrofonvorrichtung 10/110/210 erzeugt typischerweise ein digitales Ausgangssignal mit verhältnismäßig begrenzter Bandbreite an der Ausgabeschnittstelle 18, aufgrund von Einschränkungen des ADC 16. Beispielsweise kann, wenn der ADC 16 ein Taktsignal auf einer Frequenz von 768 kHz empfängt (wobei die Taktsignalfrequenz basierend auf einer Audiosignalbandbreite von 16 kHz und einer 48x Überabtastrate ausgewählt sein kann), die nutzbare Bandbreite des umgewandelten digitalen Signals, das durch den ADC 16 ausgegeben wird, ungefähr 8 kHz betragen. Diese nutzbare Signalbandbreite ist für Anwendungen genügend, die begrenzte Signalbandbreite erfordern, wie etwa Spracherkennung, ist jedoch für das Erkennen von Signalen mit höherer Bandbreite nicht genügend.
  • In manchen Anwendungen kann es wünschenswert sein, zum Erkennen und Verarbeiten von Signalen mit höherer Bandbreite imstande zu sein. Beispielsweise kann in manchen Anwendungen Signalinhalt auf Ultraschallsignalfrequenzen nützliche Information enthalten.
  • Beispielsweise können Stimmenassistenten oder biometrische Stimmsysteme für so genannte „Spoofing-“ oder „Replay-“ Angriffe anfällig sein, bei denen dem Stimmenassistenten oder biometrischen Stimmsystem eine Aufzeichnung oder andere Wiedergabe der Stimme eines autorisierten Benutzers durch einen anderen als den autorisierten Benutzer vorgespielt wird, in einem Versuch, Zugang zu einer Stimmenschnittstelle des Stimmenassistenten oder biometrischen Stimmsystems zu erlangen.
  • Es hat sich außerdem herausgestellt, dass es möglich ist, Zugang zu einer Stimmenschnittstelle unter Benutzung von Audio zu erlangen, das im Ultraschallfrequenzband codiert ist (manchmal als „Dolphin Attack“ bezeichnet). Da derartige Angriffe Ultraschallfrequenzen nutzen, können sie von einem menschlichen Benutzer nicht so einfach erkannt werden.
  • Ferner kann die Leistung von Stimmenassistenten und biometrischen Stimmsystemen durch Ultraschallinterferenz ungünstig beeinflusst werden. Derartige Interferenz kann beispielsweise aus Ultraschallquellen entstehen, wie etwa Ultraschallbewegungsdetektoren.
  • Daher kann es wünschenswert sein, dazu imstande zu sein, Signale mit einer Bandbreite zu erkennen und zu verarbeiten, die eine Bandbreite aufweisen, welche größer als die nutzbare Bandbreite des digitalen Mikrofonausgangssignals, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird, oder die nutzbare Bandbreite des umgewandelten digitalen Signals, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 10/110/210 ausgegeben wird, ist, wie etwa Ultraschallsignale, um böswillige Angriffe auf Stimmenassistenten oder biometrische Stimmsysteme zu erkennen oder Interferenz zu erkennen, die die Leistung eines Stimmenassistenten oder biometrischen Stimmsystems verschlechtern könnten.
  • Eine Art und Weise zum Erhöhen der nutzbaren Bandbreite eines umgewandelten digitalen Signals, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 10/110/210 ausgegeben wird (und damit der nutzbaren Bandbreite des digitalen Mikrofonausgangssignals, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird), wäre, die Frequenz des Taktsignals zu erhöhen, das durch den ADC 16 empfangen wird. Dies könnte jedoch nicht möglich sein, da das digitale Mikrofonausgangssignal und/oder das umgewandelte digitale Signal möglicherweise zwischen mehrfachen verschiedenen Vorrichtungen oder Subsystemen geteilt werden müssen, die nicht dazu imstande sein könnten, dynamische Anpassung der Frequenz des Taktsignals, das dem ADC 16 zugeführt wird, und die daraus folgende Änderung der Bandbreite des umgewandelten digitalen Signals und des digitalen Mikrofonausgangssignals zu bewältigen.
  • Unter Bezugnahme auf 10 ist eine weitere beispielhafte Implementierung eines Systems, das eine schaltbare Mikrofonvorrichtung der oben beschriebenen Art eingliedert, allgemein bei 1000 gezeigt. Es versteht sich, dass das System 1000 als Teil einer größeren elektronischen Host-Vorrichtung 1010 vorgesehen sein kann, beispielsweise einer tragbaren elektronischen Vorrichtung wie etwa ein Mobiltelefon, ein Tablet-Computer, ein persönliches Musikabspielgerät, oder einer intelligenten Vorrichtung, wie etwa einer Sprachassistentenvorrichtung, oder einer elektronischen Vorrichtung mit eingebetteter Stimmverarbeitungsfunktion, beispielsweise ein intelligenter Fernsehapparat, ein Haushaltsmusikabspielgerät oder eine andere Haushaltseinrichtung.
  • Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ist mit einer ersten Prozessoreinheit oder Steuerung 1030 verkoppelt, die beispielsweise eine zentrale Recheneinheit (CPU) einer elektronischen Host-Vorrichtung umfassen kann. Die erste Prozessoreinheit 1030 ist zum Steuern des Umschaltens der Mikrofonvorrichtung 1020 zwischen den verfügbaren Ausgabemodi der Vorrichtung 1020 angeordnet, entweder durch Steuern der Frequenz eines Taktsignals, das der Vorrichtung 1020 zugeführt wird, oder durch Steuern eines dedizierten Steuersignals, das der Vorrichtung 1020 zugeführt wird.
  • Das System 1000 enthält außerdem eine zweite Prozessoreinheit 1040, die der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1020 nachgeschaltet ist. Die zweite Prozessoreinheit 1040 kann beispielsweise ein Codec, ein Anwendungsprozessor der Host-Vorrichtung 1010 oder dergleichen sein. Obgleich die zweite Prozessoreinheit 1040 aus Gründen der Übersichtlichkeit als separat zur ersten Prozessoreinheit 1030 gezeigt ist, wird man erkennen, dass die Funktionalität der ersten und zweiten Prozessoreinheiten 1030, 1040 in einer einzelnen Prozessoreinheit integriert sein könnte. Beispielsweise kann die erste Prozessoreinheit 1030 außerdem die Elemente der unten beschriebenen, zweiten Prozessoreinheit 1040 enthalten und daher die Funktionalität der unten beschriebenen, zweiten Prozessoreinheit 1040 implementieren.
  • Der analoge Ausgang der Schnittstelleneinheit der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1020 ist an einen analogen Eingang der zweiten Verarbeitungsvorrichtung 1040 gekoppelt, sodass die zweite Verarbeitungsvorrichtung 1040 das analoge Mikrofonausgangssignal empfängt, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird. Der digitale Ausgang der Schnittstelleneinheit der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1020 kann an einen digitalen Eingang der zweiten Verarbeitungsvorrichtung 1040 gekoppelt sein, sodass die zweite Verarbeitungsvorrichtung 1040 das digitale Mikrofonausgangssignal empfängt, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird.
  • Die zweite Prozessoreinheit 1040 enthält einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 1042 (der als zweiter ADC bezeichnet werden kann, um ihn vom ADC 16 der schaltbaren Mikrofonvorrichtung zu unterscheiden). Der zweite ADC 1042 ist an den analogen Eingang der zweiten Prozessoreinheit 1040 gekoppelt, um das analoge Signal zu empfangen, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird. Der zweite ADC 1042 ist zum Vorsehen eines ergänzenden oder zweiten umgewandelten digitalen Ausgangssignals mit einer höheren nutzbaren Bandbreite als das digitale Mikrofonausgangssignal, welches durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird, konfiguriert. Daher hat der ADC 1042 eine höhere Bandbreite als der ADC 16 der schaltbaren Mikrofoneinheit 1020, sodass beispielsweise Ultraschallsignalinhalt im analogen Signal, das durch die Verstärkerschaltungen 14 der schaltbaren Mikrofoneinheit 1020 ausgegeben wird, im ergänzenden umgewandelten digitalen Signal, das durch den ADC 1042 ausgegeben wird, zurückgehalten wird. Zu diesem Zweck kann der ADC 1042 ein Taktsignal auf einer höheren Frequenz als jener eines Taktsignals, das dem ADC 16 der schaltbaren Mikrofoneinheit 1020 zugeführt wird, empfangen. Beispielsweise kann, damit der zweite ADC 1042 Ultraschallsignalinhalt auf Frequenzen bis zu 40 kHz zurückhält, die Frequenz des Taktsignals, das dem zweiten ADC 1042 zugeführt wird, in der Größenordnung von 3,84 MHz liegen.
  • Der ADC 1042 ist normalerweise deaktiviert, kann jedoch aktiviert werden, wenn das ergänzende umgewandelte digitale Signal (mit hoher Bandbreite) erwünscht ist. Beispielsweise kann ein Aktivierungssignal EN durch die Steuerung 1030 an den ADC 1042 übertragen werden, um den ADC 1042 zu aktivieren, wenn das umgewandelte digitale Ausgangssignal, das durch den ADC 16 der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird (und das als das erste umgewandelte digitale Ausgangssignal bezeichnet werden kann), oder das digitale Mikrofonausgangssignal anzeigt, dass bestimmter Audioinhalt, wie etwa Sprache oder ein Auslöserwort oder -ausdruck (beispielsweise „Hey Siri“, „OK Google“, „Alexa“ usw.), die zum Aufrufen eines Stimmenassistenten eines biometrischen Stimmsystems beabsichtigt sind, erkannt wurde.
  • Wenn der ADC 1042 aktiviert ist, wird das analoge Signal, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird, durch den ADC 1042 in ein ergänzendes umgewandeltes digitales Ausgangssignal mit hoher Bandbreite umgewandelt. Dieses ergänzende umgewandelte digitale Ausgangssignal mit hoher Bandbreite enthält Signalinhalt auf höherer Frequenz als das digitale Mikrofonausgangssignal, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird. Beispielsweise kann das ergänzende umgewandelte digitale Ausgangssignal mit hoher Bandbreite, das durch den ADC 1042 ausgegeben wird, Ultraschallfrequenzsignalinhalt des analogen Signals, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgeben wird, enthalten, welcher im digitalen Mikrofonausgangssignal nicht zurückgehalten ist.
  • In manchen Beispielen ist die Bandbreite des ergänzenden umgewandelten digitalen Ausgangssignals mit hoher Bandbreite komplementär zur Bandbreite des digitalen Mikrofonausgangssignals, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird, wenn die digitale Mikrofonvorrichtung 1020 im oben beschriebenen, hybriden Modus arbeitet, in dem sowohl ein digitales Mikrofonausgangssignal als auch ein analoges Mikrofonausgangssignal durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung ausgegeben wird. Wenn beispielsweise das digitale Mikrofonausgangssignal Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 8 kHz enthält, dann kann das ergänzende umgewandelte digitale Ausgangssignal Frequenzen im Bereich von 8 kHz bis 40 kHz enthalten. Die zweite Prozessoreinheit 1040 kann einen Kombinierer oder Addierer enthalten, der zum Kombinieren des ergänzenden umgewandelten digitalen Ausgangssignals mit dem digitalen Mikrofonausgangssignal zum Erzeugen eines digitalen Signals mit voller Bandbreite konfiguriert ist, das zur weiteren Verarbeitung an ein oder mehr weiter nachgeschaltete, digitale Verarbeitungsmodule ausgegeben werden kann. Das ergänzende umgewandelte digitale Ausgangssignal kann gefiltert und/oder anderweitig verarbeitet werden, beispielsweise durch ein Filtersubmodul und/oder anderes Verarbeitungssubmodul, die als Teil der zweiten Prozessoreinheit 1040 oder extern zur zweiten Prozessoreinheit 1040 vorgesehen sein können, bevor es mit dem digitalen Mikrofonausgangssignal kombiniert wird, um die Signalverstärkung des ergänzenden umgewandelten digitalen Ausgangssignals mit jener des digitalen Mikrofonausgangssignals mit niedrigerer Bandbreite zum Erzeugen des digitalen Signals mit voller Bandbreite abzugleichen.
  • In anderen Beispielen kann die Bandbreite des ergänzenden umgewandelten digitalen Ausgangssignals die Bandbreite des digitalen Mikrofonausgangssignals umfassen, wenn die digitale Mikrofonvorrichtung 1020 im oben beschriebenen, hybriden Modus arbeitet (beispielsweise kann, wenn das digitale Mikrofonausgangssignal Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 8 kHz enthält, das ergänzende umgewandelte digitale Ausgangssignal dann Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 40 kHz enthalten), in welchem Falle Kombinieren des ergänzenden umgewandelten digitalen Signals mit dem digitalen Mikrofonausgangssignal nicht notwendig ist und das ergänzende umgewandelte digitale Signal an das (die) weiter nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) als das digitale Signal mit voller Bandbreite zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden kann.
  • In anderen Beispielen, in denen erwartet wird, dass die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 nicht im oben beschriebenen, hybriden Modus arbeitet, kann die Bandbreite des ADC 1042 der zweiten Prozessoreinheit 1040 derart konfiguriert sein, dass die Bandbreite des ergänzenden umgewandelten digitalen Ausgangssignals die Bandbreite des digitalen Mikrofonausgangssignals umfasst (beispielsweise kann, wenn das digitale Mikrofonausgangssignal Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 8 kHz enthält, das ergänzende umgewandelte digitale Ausgangssignal dann Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 40 kHz enthalten), sodass die zweite Prozessoreinheit 1040 zum Ausgeben eines digitalen Signals mit voller Bandbreite zur weiteren Verarbeitung durch das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodus(e) imstande ist, selbst wenn die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 nicht zum Arbeiten im oben beschriebenen, hybriden Modus imstande ist.
  • Verarbeiten des digitalen Signals mit voller Bandbreite durch das (die) weiter nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) kann identifizieren, dass kein Ultraschallfrequenzsignalinhalt im digitalen Signal mit voller Bandbreite vorhanden ist. Dies kann einen versuchten Spoofing- oder Replay-Angriff anzeigen, da Ultraschallfrequenzinhalt gewöhnlich in einem echten Sprachbefehl, wie etwa einem Auslöserwort oder -ausdruck, erwartet würde. Daher kann (können) das (die) weiter nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) geeignete Maßnahmen ergreifen, wie etwa eine Warnung oder ein Signal ausgeben, um Zugang zu einer Sprachschnittstelle der Host-Vorrichtung 1010 zu verhindern.
  • Verarbeiten des digitalen Signals mit voller Bandbreite durch das (die) weiter nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) kann identifizieren, dass Ultraschallfrequenzsignalinhalt im digitalen Signal mit voller Bandbreite vorhanden ist. Dies kann einen versuchten Dolphin Attack in Situationen anzeigen, in denen kein Sprachaudiosignal erkannt wurde. Daher kann (können) das (die) weiter nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) geeignete Maßnahmen ergreifen, wie etwa eine Warnung oder ein Signal ausgeben, um Zugang zu einer Sprachschnittstelle der Host-Vorrichtung 1010 zu verhindern.
  • Das Vorhandensein von Ultraschallfrequenzsignalinhalt im digitalen Signal mit voller Bandbreite kann, zusätzlich oder alternativ, das Vorhandensein von Ultraschallinterferenzen anzeigen, die die Leistung eines Stimmenassistenten oder biometrischen Stimmsystems beeinträchtigen könnten. Wenn beispielsweise Ultraschallfrequenzsignalinhalt auf bestimmten Frequenzen (beispielsweise 40 kHz), die typischerweise durch Ultraschallvorrichtungen, wie etwa Bewegungsdetektoren, benutzt werden, wie etwa 40 kHz, durch das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) erkannt wird, dann kann (können) das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) geeignete Maßnahmen ergreifen, wie etwa den Audiosignalinhalt als potentiell durch Ultraschallinterferenz beeinflusst kennzeichnen, sodass zusätzliches Verarbeiten zum Abschwächen der möglichen Interferenz ausgeführt werden kann, wenn der Audioinhalt verarbeitet wird.
  • In manchen Beispielen kann die zweite Prozessoreinheit 1040 einen analogen Signalpuffer 1046 zum Speichern des analogen Signals, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird, über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg enthalten. Beispielsweise kann der analoge Signalpuffer 1046 die letzten 10 Sekunden des analogen Signals, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 ausgegeben wird, speichern, sodass, wenn der ADC 1042 durch die erste Prozessoreinheit 1030 aktiviert wird (in Reaktion auf das Erkennen eines bestimmten Audiosignals, wie etwa Sprache oder eines Auslöserworts oder -ausdrucks), der ADC 1042 basierend auf dem analogen Signal, das im Puffer 1046 gespeichert ist, ein ergänzendes umgewandeltes digitales Signal mit hoher Bandbreite erzeugen kann. Daher kann Signalinhalt mit hoher Bandbreite aus dem Zeitraum, unmittelbar bevor der ADC 1042 aktiviert wurde, verarbeitet werden, beispielsweise zum Identifizieren von möglichen Angriffen oder Interferenz, wie oben beschrieben. Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1020 kann gleicherweise ein digitales Mikrofonausgangssignal basierend auf einem analogen Signal erzeugen, das über den vorbestimmten Zeitraum hinweg in einem ähnlichen analogen Signalpuffer gespeichert wird, welcher als Teil der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1020 vorgesehen ist. Dieses digitale Mikrofonausgangssignal, das auf dem gepufferten analogen Signal basiert, kann mit dem ergänzenden umgewandelten digitalen Signal mit hoher Bandbreite, das durch den ADC 1042 basierend auf dem gepufferten analogen Mikrofonausgangssignal erzeugt wird, kombiniert werden, um ein digitales Signal mit voller Bandbreite für den Zeitraum unmittelbar bevor der ADC 1042 aktiviert wurde, zu erzeugen, welches wie oben beschrieben verarbeitet werden kann, beispielsweise zum Identifizieren von möglichen Angriffen oder Interferenz.
  • Das System 1000 erlaubt daher, dass Signalinhalt mit hoher Bandbreite, der im digitalen Mikrofonausgangssignal nicht zurückgehalten werden kann, zurückgehalten und durch nachgeschaltete digitale Verarbeitungsmodule verarbeitet wird, um Angriffe, Interferenz und dergleichen zu erkennen.
  • Unter Bezugnahme auf 11 ist eine weitere Ausführungsform einer schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1100 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1100 ist dazu imstande, ein umgewandeltes digitales Ausgangssignal mit einer höheren Bandbreite als das umgewandelte digitale Signal vorzusehen, das durch die schaltbare Mikrofonvorrichtung 10/110/210 ausgegeben wird.
  • Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1100 ähnelt der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 10 von 1, und daher sind Elemente, die sowohl der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 10 als auch der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1100 gemeinsam sind, durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet. Derartige gemeinsame Elemente arbeiten auf die oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Art und Weise und werden daher hier nicht detaillierter beschrieben.
  • Wie bei der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 10 enthält die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1100 von 11 einen ersten ADC 16, der ein analoges Signal, das von den Verstärkerschaltungen 14 empfangen wird, in ein erstes umgewandeltes digitales Ausgangssignal umwandelt. Der erste ADC 16 in diesem Beispiel ist ein ADC mit verhältnismäßig niedriger Bandbreite, beispielsweise kann der erste ADC 16 ein Taktsignal auf einer Frequenz von 768 kHz empfangen, was eine nutzbare Bandbreite des umgewandelten digitalen Signals, das durch den ersten ADC 16 ausgegeben wird, von ungefähr 8 kHz zur Folge hat, wie oben besprochen.
  • Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1100 enthält außerdem einen zweiten ADC 1102, der im analogen Signalweg zwischen dem Ausgang der Verstärkerschaltungen 14 und der Ausgabeschnittstelle 18 vorgesehen ist. Der zweite ADC 1102 ist zum Vorsehen eines zweiten umgewandelten digitalen Ausgangssignals mit einer höheren nutzbaren Bandbreite als das erste umgewandelte digitale Signal, das durch den ADC 16 ausgegeben wird, konfiguriert (d.h., der zweite ADC 1102 weist eine höhere Bandbreite als der erste ADC 16 auf), sodass beispielsweise Ultraschallsignalinhalt im analogen Signal, das durch die Verstärkerschaltungen 14 ausgegeben wird, im zweiten umgewandelten digitalen Signal zurückgehalten wird, das durch den zweiten ADC 1102 ausgegeben wird. Zu diesem Zweck kann der zweite ADC 1102 ein Taktsignal auf einer höheren Frequenz als jener eines Taktsignals empfangen, welches dem ersten ADC 16 zugeführt wird. Beispielsweise kann, damit der ADC 1102 Ultraschallsignalinhalt auf Frequenzen bis zu 40 kHz zurückhalten kann, die Frequenz des Taktsignals, das dem zweiten ADC 1102 zugeführt wird, in der Größenordnung von 3,84 MHz liegen.
  • Der zweite ADC 1102 ist normalerweise deaktiviert, sodass der analoge Signalweg der Ausgabeschnittstelle 18 ein analoges Signal zuführt, wie oben beschrieben. Der zweite ADC 1102 kann aktiviert werden, wenn das zweite umgewandelte digitale Signal (mit hoher Bandbreite) erwünscht ist. Beispielsweise kann ein Aktivierungssignal EN durch die Steuerung 20 oder durch einen Prozessor einer Host-Vorrichtung, die die Mikrofonvorrichtung 1000 eingliedert, an den zweiten ADC 1102 übertragen werden, um den zweiten ADC 1102 zu aktivieren, wenn das erste umgewandelte digitale Ausgangssignal, das durch den ersten ADC 16 ausgegeben wird, anzeigt, dass bestimmter Audioinhalt, wie etwa Sprache oder ein Auslöserwort oder -ausdruck (beispielsweise „Hey Siri“, „OK Google“, „Alexa“ usw.), die zum Aufrufen eines Stimmenassistenten eines biometrischen Stimmsystems beabsichtigt sind, erkannt wurde.
  • Wenn der zweite ADC 1102 aktiviert wird, wird das analoge Signal, das durch die Verstärkerschaltungen 14 ausgegeben wird, in ein zweites umgewandeltes digitales Ausgangssignal mit hoher Bandbreite durch den zweiten ADC 1102 umgewandelt. Dieses zweite umgewandelte digitale Ausgangssignal mit hoher Bandbreite enthält Signalinhalt auf höherer Frequenz als das erste umgewandelte digitale Ausgangssignal, das durch den ersten ADC 16 ausgegeben wird. Beispielsweise kann das zweite umgewandelte digitale Ausgangssignal mit hoher Bandbreite, das durch den zweiten ADC 1102 ausgegeben wird, Ultraschallfrequenzsignalinhalt des analogen Signals, das durch die Verstärkerschaltungen 14 ausgegeben wird, enthalten, welcher im ersten umgewandelten digitalen Ausgangssignal, das durch den ersten ADC 16 ausgegeben wird, nicht zurückgehalten wird.
  • Das zweite umgewandelte digitale Ausgangssignal mit hoher Bandbreite wird durch den zweiten ADC 1102 an die Ausgabeschnittstelle 18 ausgegeben.
  • In manchen Beispielen ist die Bandbreite des zweiten umgewandelten digitalen Ausgangssignals mit hoher Bandbreite komplementär zur Bandbreite des ersten umgewandelten digitalen Ausgangssignals. Wenn beispielsweise das erste umgewandelte digitale Ausgangssignal Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 8 kHz enthält, dann kann das zweite umgewandelte digitale Ausgangssignal Frequenzen im Bereich von 8 kHz bis 40 kHz enthalten. Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1000 kann einen Kombinierer oder Addierer 1004 enthalten, der zum Kombinieren des ersten und zweiten umgewandelten digitalen Ausgangssignals zum Erzeugen eines digitalen Signals mit voller Bandbreite konfiguriert ist, das zur weiteren Verarbeitung an ein oder mehr weiter nachgeschaltete, digitale Verarbeitungsmodule ausgegeben werden kann (nach geeignetem Filtern und/oder anderer Verarbeitung des zweiten umgewandelten digitalen Ausgangssignals, falls notwendig, beispielsweise durch ein Filtersubmodul und/oder anderes Verarbeitungssubmodul, die als Teil der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1100 vorgesehen sein können, um die Signalverstärkung des zweiten umgewandelten digitalen Ausgangssignals mit jener des ersten umgewandelten digitalen Ausgangssignals mit niedrigerer Bandbreite zum Erzeugen des digitalen Signals mit voller Bandbreite abzugleichen).
  • Obgleich der Kombinierer oder Addierer 1104 im dargestellten Beispiel derart gezeigt ist, dass er als Teil das Ausgabeschnittstelle vorgesehen ist, wird der Fachmann erkennen, dass der Kombinierer/Addierer 1104 an jeder anderen zweckmäßigen Stelle in der schaltbaren Mikrofonvorrichtung 1100 vorgesehen sein könnte.
  • In anderen Beispielen kann die Bandbreite des zweiten umgewandelten digitalen Ausgangssignals die Bandbreite des ersten digitalen Ausgangssignals umfassen (beispielsweise kann, wenn das erste umgewandelte digitale Ausgangssignal Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 8 kHz enthält, das zweite umgewandelte digitale Ausgangssignal dann Frequenzen im Bereich von 0 Hz bis 40 kHz enthalten), in welchem Falle Kombinieren des ersten und zweiten umgewandelten digitalen Signals nicht notwendig ist und das zweite umgewandelte digitale Signal an das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) als das digitale Signal mit voller Bandbreite zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden kann.
  • Verarbeiten des digitalen Signals mit voller Bandbreite durch das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) kann identifizieren, dass kein Ultraschallfrequenzsignalinhalt im digitalen Signal mit voller Bandbreite vorhanden ist. Dies kann einen versuchten Spoofing- oder Replay-Angriff anzeigen, da Ultraschallfrequenzinhalt gewöhnlich in einem echten Sprachbefehl, wie etwa einem Auslöserwort oder -ausdruck, erwartet würde. Daher kann (können) das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) geeignete Maßnahmen ergreifen, wie etwa eine Warnung oder ein Signal ausgeben, um Zugang zu einer Sprachschnittstelle einer Host-Vorrichtung, die die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1100 und das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) eingliedert, zu verhindern.
  • Verarbeiten des digitalen Signals mit voller Bandbreite durch das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) kann identifizieren, dass Ultraschallfrequenzsignalinhalt im digitalen Signal mit voller Bandbreite vorhanden ist. Dies kann einen versuchten Dolphin Attack in Situationen anzeigen, in denen kein Sprachaudiosignal erkannt wurde. Daher kann (können) das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) geeignete Maßnahmen ergreifen, wie etwa eine Warnung oder ein Signal ausgeben, um Zugang zu einer Sprachschnittstelle einer Host-Vorrichtung, die die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1100 und das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) eingliedert, zu verhindern.
  • Das Vorhandensein von Ultraschallfrequenzsignalinhalt im digitalen Signal mit voller Bandbreite kann, zusätzlich oder alternativ, das Vorhandensein von Ultraschallinterferenzen anzeigen, die die Leistung eines Stimmenassistenten oder biometrischen Stimmsystems beeinträchtigen könnten. Wenn beispielsweise Ultraschallfrequenzsignalinhalt auf bestimmten Frequenzen (beispielsweise 40 kHz), die typischerweise durch Ultraschallvorrichtungen, wie etwa Bewegungsdetektoren, benutzt werden, wie etwa 40 kHz, durch das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) erkannt wird, dann kann (können) das (die) nachgeschaltete(n) digitale(n) Verarbeitungsmodul(e) geeignete Maßnahmen ergreifen, wie etwa den Audiosignalinhalt als potentiell durch Ultraschallinterferenz beeinflusst kennzeichnen, sodass zusätzliches Verarbeiten zum Abschwächen der möglichen Interferenz ausgeführt werden kann, wenn der Audioinhalt verarbeitet wird.
  • In manchen Beispielen kann die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1100 einen analogen Signalpuffer 1106 zum Speichern des analogen Signals, das durch die Verstärkerschaltungen 14 ausgegeben wird, über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg enthalten. Beispielsweise kann der analoge Signalpuffer 1106 die letzten 10 Sekunden des analogen Signals, das durch die Verstärkerschaltungen 14 ausgegeben wird, speichern, sodass, wenn der zweite ADC 1102 durch die Steuerung 20 aktiviert wird (in Reaktion auf das Erkennen eines bestimmten Audiosignals, wie etwa Sprache oder eines Auslöserworts oder -ausdrucks), der zweite ADC 1102 basierend auf dem analogen Signal, das im Puffer 1106 gespeichert ist, ein zweites umgewandeltes digitales Signal mit hoher Bandbreite erzeugen kann, sodass Signalinhalt mit hoher Bandbreite aus dem Zeitraum, unmittelbar bevor der zweite ADC 1102 aktiviert wurde, verarbeitet werden kann, beispielsweise zum Identifizieren von möglichen Angriffen oder Interferenz, wie oben beschrieben. Der erste ADC 16 kann gleicherweise ein erstes umgewandeltes digitales Ausgangssignal basierend auf dem analogen Signal erzeugen, das im Puffer 1006 gespeichert wird, das mit dem zweiten umgewandelten digitalen Signal mit hoher Bandbreite, das durch den zweiten ADC 1102 basierend auf dem gepufferten analogen Mikrofonausgangssignal erzeugt wird, kombiniert werden kann, um ein digitales Signal mit voller Bandbreite für den Zeitraum unmittelbar bevor der zweite ADC 1102 aktiviert wurde, zu erzeugen, welches wie oben beschrieben verarbeitet werden kann, beispielsweise zum Identifizieren von möglichen Angriffen oder Interferenz.
  • Die schaltbare Mikrofonvorrichtung 1100 erlaubt daher, dass Signalinhalt mit hoher Bandbreite, der im digitalen Mikrofonausgangssignal nicht zurückgehalten werden kann, im zweiten digitalen Ausgangssignal zurückgehalten und zur Verarbeitung durch nachgeschaltete digitale Verarbeitungsmodule verfügbar gemacht wird, um Angriffe, Interferenz und dergleichen zu erkennen.
  • Während die oben beschriebenen Merkmale eine Mikrofonvorrichtung und die Signale, die durch Mikrofontransducer erzeugt werden, betreffen, versteht es sich, dass dieselben Prinzipien und Merkmale für alternative Vorrichtungen mit anderen Typen von Transducern angewendet werden können, bei denen es erwünscht sein kann, schaltbare analoge und digitale Ausgabemodi vorzusehen, beispielsweise optische Transducer, kapazitive Transducer, kraftabtastende Transducer, induktive Abtasttransducer, Näherungsdetektionstransducer, Ultraschalltransducer. Unter Bezugnahme auf 9 ist die Ausführungsform von 1 mit einem Mehrzwecktransducer 13 wiedergegeben, der die Mikrofonvorrichtung 12 von 1 ersetzt. Es versteht sich, dass die obige Beschreibung von Merkmalen für die Ausführungsform von 1 gleicherweise für die Merkmale der Ausführungsform von 9 entsprechend gilt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann modifiziert oder angepasst werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (38)

  1. Schaltbare Mikrofonvorrichtung, umfassend: einen Eingang zum Empfangen eines analogen Sensoreingangssignals, das Schalldruck anzeigt, welcher durch einen Transducer empfangen wird; einen Analog/Digital-Wandler (ADC) zum Umwandeln des analogen Sensoreingangssignals in ein umgewandeltes digitales Signal; und eine Steuerung zum Umschalten der Vorrichtung zwischen: einem digitalen Ausgabemodus, in dem die schaltbare Mikrofonvorrichtung ein digitales Mikrofonausgangssignal basierend auf dem umgewandelten digitalen Signal ausgibt; und einem analogen Ausgabemodus, in dem die schaltbare Mikrofonvorrichtung ein analoges Mikrofonausgangssignal basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal ausgibt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend zumindest einen Mikrofontransducer, der zum Vorsehen des analogen Sensoreingangssignals konfiguriert ist, das Schalldruck anzeigt, welcher durch den zumindest einen Mikrofontransducer empfangen wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung zum Empfangen eines Steuersignals angeordnet ist, wobei die Steuerung basierend auf dem empfangenen Steuersignal zwischen dem analogen und digitalen Ausgabemodus umschaltet.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Vorrichtung umzuschalten in: einen hybriden Ausgabemodus, in dem die schaltbare Mikrofonvorrichtung sowohl das digitale Mikrofonausgangssignal basierend auf dem umgewandelten digitalen Signal als auch das analoge Mikrofonausgangssignal basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal ausgibt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die schaltbare Mikrofonvorrichtung das analoge Mikrofonausgangssignal ausgibt, wenn die Vorrichtung im digitalen Ausgabemodus ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung zum Empfangen eines Taktsignals angeordnet ist, wobei das Taktsignal als das Steuersignal zum Steuern des Umschaltens der Ausgabemodi der Vorrichtung arbeitet.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerung zum Überwachen des empfangenen Taktsignals angeordnet ist, wobei die Steuerung die Vorrichtung in den analogen Ausgabemodus umschaltet, wenn das Taktsignal auf einem hohen Wert oder einem niedrigen Wert, die einen Schwellenzeitraum übersteigen, gehalten ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Steuerung zum Umschalten der Vorrichtung in den digitalen Ausgabemodus konfiguriert ist, wenn sich das empfangene Taktsignal innerhalb eines zulässigen Frequenzbereichs befindet.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorrichtung mit einer Steuereingabe versehen ist, wobei die Steuereingabe das Umschalten der Ausgabemodi der Vorrichtung steuert.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Vorrichtung ferner Verstärkerschaltungen zum Vorsehen eines gepufferten analogen Ausgangssignals basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Verstärkerschaltungen eines oder mehr des Folgenden umfassen: einen Verstärker mit anpassbarer Verstärkung; eine Signalkompressionsfunktion; oder ein analoges Filtermodul.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung ferner eine Ausgabeschnittstelle zum Vorsehen eines gepufferten analogen Ausgangssignals basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal umfasst.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Vorrichtung ferner ein digitales Signalverarbeitungsmodul umfasst, das zum Ausführen von digitaler Signalverarbeitung auf das umgewandelte digitale Signal zum Vorsehen eines verarbeiteten digitalen Signals angeordnet ist, und wobei das digitale Mikrofonausgangssignal auf dem verarbeiteten digitalen Signal basiert.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vorrichtung umfasst: eine digitale Ausgabeschnittstelle zum Ausgeben des digitalen Mikrofonausgangssignals; und eine analoge Ausgabeschnittstelle zum Ausgeben des analogen Mikrofonausgangssignals.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung einen gemeinsamen Ausgabeanschluss umfasst, wobei die Steuerung das Antreiben des gemeinsamen Ausgabeanschlusses durch die digitale Ausgabeschnittstelle und die analoge Ausgabeschnittstelle steuert.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die digitale Ausgabeschnittstelle einen Bus umfasst, wie etwa einen eindrähtigen oder Mehrfachleitungsbus, und wobei die analoge Ausgabeschnittstelle zumindest einen analogen Ausgabeanschluss umfasst, und wobei der zumindest eine analoge Ausgabeanschluss separat zum digitalen Bus ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Vorrichtung mehrere digitale Signalwege für das analoge Sensoreingangssignal zum Vorsehen eines umgewandelten digitalen Signals mit einem hohen Dynamikbereich umfasst, wobei die digitalen Signalwege jeweils eine Verstärkerschaltung und einen ADC umfassen, wobei die Verstärkerschaltungen der verschiedenen Wege zum Vorsehen von verschiedenen Signalbereichen des analogen Sensoreingangssignals konfiguriert sind, und wobei die Ausgaben der ADCs der verschiedenen Wege zum Vorsehen eines umgewandelten digitalen Signals mit einem hohen Dynamikbereich kombiniert sind.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das analoge Mikrofonausgangssignal auf einer kombinierten Version der Ausgaben der Verstärkerschaltungen der verschiedenen Wege basiert.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei das analoge Mikrofonausgangssignal auf der Ausgabe der Verstärkerschaltungen von einem der digitalen Signalwege basiert.
  20. System, umfassend: eine schaltbare Mikrofonvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19; und einen Prozessor, der zum Steuern des Umschaltens der Mikrofonvorrichtung zwischen dem digitalen Ausgabemodus und dem analogen Ausgabemodus konfiguriert ist.
  21. System nach Anspruch 20, wobei der Prozessor ein Taktsignal steuert, das der Mikrofonvorrichtung zum Steuern der Modusumschaltung der Mikrofonvorrichtung zugeführt wird, oder wobei der Prozessor ein Steuersignal steuert, das der Mikrofonvorrichtung zum Steuern der Modusumschaltung der Mikrofonvorrichtung zugeführt wird.
  22. System nach Anspruch 20 oder 21, wobei das System ferner umfasst: ein analoges Signalverarbeitungsmodul, wobei das analoge Signalverarbeitungsmodul zum Empfangen eines analogen Mikrofonausgangssignals von der schaltbaren Mikrofonvorrichtung angeordnet ist; und ein digitales Signalverarbeitungsmodul, wobei das digitale Signalverarbeitungsmodul zum Empfangen eines digitalen Mikrofonausgangssignals von der schaltbaren Mikrofonvorrichtung angeordnet ist.
  23. System nach Anspruch 22, wobei der Prozessor angeordnet ist zum Umschalten des Systems zwischen: einem analogen Rechenmodus, in dem die Mikrofonvorrichtung in den analogen Ausgabemodus zum Zuführen des analogen Mikrofonausgangssignals zum analogen Signalverarbeitungsmodul geschaltet wird; und einem digitalen Rechenmodus, in dem die Mikrofonvorrichtung in den digitalen Ausgabemodus zum Zuführen des digitalen Mikrofonausgangssignals zum digitalen Signalverarbeitungsmodul geschaltet wird.
  24. System nach Anspruch 23, wobei das System ferner derart konfiguriert ist, dass: wenn es im analogen Rechenmodus ist, der Prozessor zum Erhalten des digitalen Signalverarbeitungsmoduls in einem inaktiven Zustand oder Zustand auf niedriger Leistung konfiguriert ist; und, wenn es im digitalen Rechenmodus ist, der Prozessor zum Erhalten des analogen Signalverarbeitungsmoduls in einem inaktiven Zustand oder Zustand auf niedriger Leistung konfiguriert ist.
  25. System nach Anspruch 23, wobei die schaltbare Mikrofonvorrichtung weiterhin ein analoges Mikrofonausgangssignal ausgibt, wenn die schaltbare Mikrofonvorrichtung in den digitalen Ausgabemodus geschaltet ist, wobei das System derart konfiguriert ist, dass: wenn es im analogen Rechenmodus ist, der Prozessor zum Erhalten des digitalen Signalverarbeitungsmoduls in einem inaktiven Zustand oder Zustand auf niedriger Leistung konfiguriert ist; und, wenn es im digitalen Rechenmodus ist, der Prozessor zum Aktivieren beider konfiguriert ist, zum Erhalten des analogen Signalverarbeitungsmoduls und des digitalen Signalverarbeitungsmoduls.
  26. System nach Anspruch 23 oder 24, wobei der Prozessor dazu angeordnet ist, das System ferner umzuschalten in: einen hybriden Rechenmodus, in dem die Mikrofonvorrichtung in einen hybriden Ausgabemodus zum Zuführen des analogen Mikrofonausgangssignals zum analogen Signalverarbeitungsmodul und zum Zuführen des digitalen Mikrofonausgangssignals zum digitalen Signalverarbeitungsmodul umgeschaltet wird.
  27. System nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei der Prozessor das System aus dem analogen Rechenmodus in den digitalen Rechenmodus basierend auf einem oder mehr des Folgenden umschaltet: einer Benutzereingabe, wie etwa einem mechanischen Knopfdruck; einem Stimmenaktivitätserkennungsmodul (VAD), das das Vorhandensein von Sprache im empfangenen Audio anzeigt; einem Stimmenkennworterkennungsmodul (VKD), das das Vorhandensein eines Kennworts oder Aktivierungsworts im empfangenen Audio anzeigt; einem Sprecheridentifikations- oder -verifizierungsmodul, das die Identität oder Autorisierung eines Sprechers des empfangenen Audios anzeigt; einem Befehlserkennungsmodul, das zum Erkennen von Befehlen angeordnet ist, die in Sprache im empfangenen Audio vorhanden sind.
  28. System nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei der Prozessor das System aus dem digitalen Rechenmodus in den analogen Rechenmodus basierend auf einem oder mehr des Folgenden umschaltet: einer Benutzereingabe, beispielsweise einer Anzeige zum Herunterfahren des Systems; dass der Prozessor bestimmt, dass eine Sitzung geendet hat; und einem System-Timeout.
  29. Elektronische Vorrichtung, die das System nach einem der Ansprüche 23 bis 28 umfasst, wobei die elektronische Vorrichtung eine tragbare elektronische Vorrichtung umfasst, wie etwa ein Mobiltelefon, einen Tablet-Computer, ein persönliches Musikabspielgerät, oder wobei die elektronische Vorrichtung eine intelligente Vorrichtung, wie etwa eine Sprachassistentenvorrichtung, oder eine elektronische Vorrichtung mit eingebetteter Stimmverarbeitungsfunktion umfasst, wie etwa einen intelligenten Fernsehapparat oder eine andere Haushaltseinrichtung, oder ein Haushaltsmusikabspielgerät.
  30. System, umfassend: zumindest eine Mikrofonvorrichtung zum Vorsehen eines Mikrofonsignals, das Schalldruck anzeigt, welcher durch einen Transducer des Mikrofons empfangen wird; ein analoges Signalverarbeitungsmodul, wobei das analoge Signalverarbeitungsmodul zum Empfangen eines analogen Mikrofonsignals von einer Mikrofonvorrichtung angeordnet ist; ein digitales Signalverarbeitungsmodul, wobei das digitale Signalverarbeitungsmodul zum Empfangen eines digitalen Mikrofonsignals von einer Mikrofonvorrichtung angeordnet ist; und einen Prozessor, der angeordnet ist zum Steuern von Umschalten des Systems zwischen: einem analogen Rechenmodus, in dem das analoge Signalverarbeitungsmodul aktiviert ist und das digitale Signalverarbeitungsmodul in einem Zustand auf niedriger Leistung oder inaktiven Zustand erhalten wird; und einem digitalen Rechenmodus, in dem das digitale Signalverarbeitungsmodul aktiviert ist.
  31. System nach Anspruch 30, wobei das analoge Signalverarbeitungsmodul in einem Zustand auf niedriger Leistung oder inaktiven Zustand erhalten wird, wenn das System in den digitalen Rechenmodus umgeschaltet wird.
  32. System nach Anspruch 30 oder 31, wobei die analogen und digitalen Signalverarbeitungsmodule zum Verarbeiten von Audio angeordnet sind, das durch einen Mikrofontransducer empfangen wird.
  33. System nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die analogen und digitalen Signalverarbeitungsmodule zum Ausführen von einem oder mehr des Folgenden konfiguriert sein können: einem Stimmenaktivitätserkennungsprozess (VAD), der das Vorhandensein von Sprache in empfangenem Audio anzeigt; einem Stimmenkennworterkennungsprozess (VKD), der das Vorhandensein eines Kennworts oder Aktivierungsworts in empfangenem Audio anzeigt; einem Sprecheridentifikations- oder -verifizierungsprozess, der die Identität oder Autorisierung eines Sprechers des empfangenen Audios anzeigt; einem Spracherkennungsprozess, der zum Erkennen von Sprache im empfangenen Audio angeordnet ist; und einem Befehlserkennungsprozess, der zum Erkennen von Befehlen angeordnet ist, die in Sprache im empfangenen Audio vorhanden sind.
  34. System nach einem der Ansprüche 30 bis 33, wobei das analoge Signalverarbeitungsmodul ein analoges Maschinenlernsystem umfasst, vorzugsweise wobei das analoge Signalverarbeitungsmodul für ständig aktives Rechnen auf verhältnismäßig niedriger Leistung konfiguriert ist.
  35. System nach einem der Ansprüche 30 bis 34, wobei das digitale Signalverarbeitungsmodul ein digitales Maschinenlernsystem umfasst, vorzugsweise wobei das digitale Signalverarbeitungsmodul für hochgenaues Rechnen mit verhältnismäßig hoher Leistungsstärke konfiguriert ist.
  36. System nach einem der Ansprüche 30 bis 35, wobei der Prozessor angeordnet ist zum weiteren Steuern von Umschalten des Systems zwischen: einem hybriden Rechenmodus, in dem sowohl das analoge Signalverarbeitungsmodul als auch das digitale Signalverarbeitungsmodul aktiviert sind.
  37. Schaltbare Transducervorrichtung, umfassend: einen Eingang zum Empfangen eines analogen Sensoreingangssignals von einem Transducer; einen Analog/Digital-Wandler (ADC) zum Umwandeln des analogen Sensoreingangssignals in ein umgewandeltes digitales Signal; und eine Steuerung zum Umschalten der Vorrichtung zwischen: einem digitalen Ausgabemodus, in dem die schaltbare Transducervorrichtung ein digitales Ausgangssignal basierend auf dem umgewandelten digitalen Signal ausgibt; und einem analogen Ausgabemodus, in dem die schaltbare Transducervorrichtung ein analoges Ausgangssignal basierend auf dem analogen Sensoreingangssignal ausgibt.
  38. System, umfassend: eine schaltbare Transducervorrichtung nach Anspruch 37; und einen Prozessor, der zum Steuern des Umschaltens der Transducervorrichtung zwischen dem digitalen Ausgabemodus und dem analogen Ausgabemodus konfiguriert ist, wobei der Prozessor zum Steuern des Verarbeitens der Ausgabe der Transducervorrichtung angeordnet ist.
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