DE19934724A1

DE19934724A1 - Method and device for recording and processing audio signals in a noisy environment

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Publication number: DE19934724A1
Application number: DE19934724A
Authority: DE
Inventors: Stefano Klinke; Dieter Leckschat; Roland Aubauer; Ralf Kern
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-04-19

Abstract

Um Audiosignale mit einem guten Nutzsignal-zu-Störsignal-Verhältnis unter Störschallbedingungen und mit einem guten Verhältnis zwischen dem direkten und dem reflektierten Schall in einer, insbesondere nicht nachhallfreien, Umgebung aufzunehmen und zu bearbeiten, werden von einer vorgegebenen Mikrofonanordnung aus aufgenommenen Audiosignalen durch Umwandlung erzeugte elektrische Signale derart bearbeitet, daß bei gleichen Schalldruckpegeln an den Mikrofonen der Mikrofonanordnung von diesen erzeugte, unterschiedlich starke elektrische Signale - unterschiedliche Empfindlichkeiten der Mikrofone - automatisch, d. h. ohne manuelle individuell und separat vorzunehmende Ausgleichsprozeduren, ausgeglichen werden. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, die Eigenschaften eines Array von Mikrofonen mit denen eines Verfahrens zum Ausgleichen der Empfindlichkeit von Mikrofonen zu kombinieren.In order to record and process audio signals with a good useful signal-to-interference signal ratio under background noise conditions and with a good ratio between the direct and the reflected sound in a, in particular not reverberation-free, environment, audio signals recorded by a given microphone arrangement are generated by conversion processed electrical signals such that at the same sound pressure levels on the microphones of the microphone assembly generated by them, differently strong electrical signals - different sensitivity of the microphones - automatically, d. H. can be compensated without manual, individual and separate compensation procedures. The invention is based on the consideration of combining the properties of an array of microphones with those of a method for compensating for the sensitivity of microphones.

Description

Bisherige Verfahren und Einrichtungen zum Aufnehmen und Bear beiten von Audiosignalen (z. B. Sprach-, und/oder Tonsignalen) in einer störschallerfüllten Umgebung basieren entweder auf der Verwendung eines Richtmikrofons (Gradientenmikrofone) er ster Ordnung oder auf ein Mikrofon-Array von zwei oder mehre ren Einzelmikrofonen (z. B. Kugelmikrofonen). Im letztgenann ten Fall werden zusätzliche digitale Filter verwendet, um die Frequenzgänge von den Mikrofonen auszugleichen.Previous methods and facilities for recording and Bear processing of audio signals (e.g. voice and / or sound signals) in a noisy environment are based either on the use of a directional microphone (gradient microphones) order or to a microphone array of two or more individual microphones (e.g. omnidirectional microphones). In the latter In this case, additional digital filters are used to ensure that Compensate frequency responses from the microphones.

Sowohl die Richtmikrofone als auch die Mikrofon-Arrays zählen zu den Freifeldmikrofonen, die durch ihre Richtwirkung eine Trennung von Nutz- und Störschall erlauben und deren Aus gangssignale über das "Delay-and-Sum-Prinzip" addiert werden.Both the directional microphones and the microphone arrays count to the free-field microphones, which have a directional effect Allow separation of useful and interference noise and their elimination output signals are added using the "delay-and-sum principle".

Mikrofonarrays sind Anordnungen aus mehreren räumlich ge trennt positionierten Mikrofonen, deren Signale so verarbei tet werden, daß die Empfindlichkeit der Gesamtanordnung eine Richtungsabhängigkeit aufweist. Die Richtwirkung ergibt sich aus den Laufzeitdifferenzen (Phasenbeziehungen), mit denen ein Schallsignal an den verschiedenen Mikrofonen des Arrays eintrifft. Beispiele dafür sind sogenannte Gradientenmikrofo ne oder Mikrofonarrays, die nach dem Delay-and-Sum-Beam formerprinzip arbeiten. Bei der technischen Realisierung von Mikrofonarrays besteht das Problem der Serienstreuung der verwendeten Einzelmikrofone hinsichtlich ihrer Empfindlich keit und ihres Frequenzgangs. Die Empfindlichkeit bezeichnet dabei die Eigenschaft eines Mikrofons, aus einem vorgegebenen Schalldruckpegel ein elektrisches Signal zu erzeugen. Der Frequenzgang stellt die Empfindlichkeit des Mikrofons über der Frequenz dar. Der von den Mikrofonherstellern angegebene Toleranzbereich liegt typischerweise zwischen ±2 und ±4 dB. Sind diese Mikrofoncharakteristiken innerhalb eines Mikrofon arrays unterschiedlich, so werden der Frequenzgang und die Richtcharakteristik der Gesamtanordnung negativ beeinflußt. In der Regel weist der Frequenzgang eine erhöhte Welligkeit auf, während die Richtwirkung deutlich abnimmt. Tabelle 1 zeigt in diesem Zusammenhang die Abnahme des Bündelungsmaßes eines Gradientenmikrofons zweiter Ordnung (Mikrofonarray aus zwei einzelnen Nierenmikrofonen), wenn die beiden Einzelmi krofone unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen. Das Bündelungsmaß bezeichnet hierbei die Unterdrückung von diffus einfallendem Schall gegenüber Nutzschall aus der Mikrofon hauptachse.Microphone arrays are arrangements of several ge separates positioned microphones whose signals are processed in this way tet that the sensitivity of the overall arrangement is a Has directional dependence. The directionality results from the maturity differences (phase relationships) with which a sound signal on the various microphones in the array arrives. Examples of this are so-called gradient microphones ne or microphone arrays that follow the delay-and-sum beam working principle. In the technical realization of Microphone arrays face the problem of serial spreading used individual microphones in terms of their sensitivity speed and its frequency response. Denoted the sensitivity thereby the property of a microphone, from a given one Sound pressure level to generate an electrical signal. The Frequency response overrides the sensitivity of the microphone represents the frequency. The one specified by the microphone manufacturers The tolerance range is typically between ± 2 and ± 4 dB. Are these microphone characteristics within a microphone arrays are different, so the frequency response and the Directional characteristics of the overall arrangement negatively affected. As a rule, the frequency response has an increased ripple while the directional effect decreases significantly. Table 1 shows in this context the decrease in the bundling dimension a second-order gradient microphone (microphone array off two individual cardioid microphones) when the two single mic crofones have different sensitivities. The Bundling measure here means the suppression of diffuse incident sound versus useful sound from the microphone main axis.

Bislang mußten die Empfindlichkeit und der Frequenzgang der Einzelmikrofone eines Arrays durch eine akustische Messung bestimmt und durch geeignete elektrische Verstärker und Fil ter aneinander angeglichen werden. Die Messung beinhaltet die Anregung des zu messenden Mikrofons mit einem über einen Lautsprecher erzeugten Schallreferenzsignal und die Aufnahme der von den Mikrofonen erzeugten elektrischen Signale. Aus den Mikrofonsignalen werden dann die für den Ausgleich not wendigen Verstärkungsfaktoren und Filterparameter berechnet und entsprechend eingestellt.So far, the sensitivity and frequency response of the Individual microphones of an array by means of an acoustic measurement determined and by suitable electrical amplifiers and fil be aligned with each other. The measurement includes the Excitation of the microphone to be measured with one over a Speakers generated sound reference signal and recording of the electrical signals generated by the microphones. Out the microphone signals are then necessary for the compensation agile gain factors and filter parameters are calculated and set accordingly.

Die akustische Messung der Mikrofonparameter bedeutet einen hohen technischen Aufwand und verursacht dementsprechende Ko sten bei der Fertigung von Mikrofonarrays. Zudem erfolgt der Abgleich bei der Herstellung des Mikrofonarrays, so daß die ser nur für diesen einen Betriebszustand gültig ist. Andere Betriebszustände, z. B. unterschiedliche Versorgungsspannun gen und Alterungseffekte der Mikrofone, bleiben unberücksich tigt.The acoustic measurement of the microphone parameters means one high technical effort and causes corresponding knock-out most in the production of microphone arrays. In addition, the Balance in the manufacture of the microphone array, so that the is only valid for this one operating state. Other Operating states, e.g. B. different supply voltage conditions and aging effects of the microphones remain unconsidered does.

Aus der US-5,463,694 ist ein Gradientenmikrofonsystem be kannt, bei dem von der Überlegung ausgegangen wird, daß Mi krofone im wesentlichen einen gleichen Frequenzgang und eine gleiche Empfindlichkeit haben. Mit dem Begriff "Empfindlich keit" bezeichnet man die Eigenschaft eines Mikrofons aus ei nem vorgegebenen Schalldruckpegel ein vorgegebenes elektri sche Signal zu erzeugen.From US-5,463,694 is a gradient microphone system be knows, which is based on the consideration that Mi krofone essentially have the same frequency response and one have the same sensitivity. With the term "sensitive "is the property of a microphone made from egg a given electrical pressure level generate a signal.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, Au diosignale mit einem guten Nutzsignal-zu-Störsignal-Ver hältnis unter Störschallbedingungen und mit einem guten Ver hältnis zwischen dem direkten und dem reflektierten Schall in einer, insbesondere nicht nachhallfreien, Umgebung aufzuneh men und zu bearbeiten.The object underlying the invention is Au diosignals with a good useful signal-to-interference signal ver Ratio under noise conditions and with a good Ver ratio between direct and reflected sound in to record an environment, especially one that is not reverberant men and edit.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 19 gelöst.This object is achieved by the features of patent claims 1 and 19 solved.

Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, daß von einer vorgegebenen Mikrofonanordnung aus aufgenommenen Audiosignalen durch Umwandlung erzeugte elektrische Signale derart bearbeitet werden, daß bei gleichen Schalldruckpegeln an den Mikrofonen der Mikrofonanordnung von diesen erzeugte, unterschiedlich starke elektrische Signale - unterschiedliche Empfindlichkeiten der Mikrofone - automatisch, d. h. ohne ma nuelle individuell und separat vorzunehmende Ausgleichsproze duren, ausgeglichen werden.The idea on which the invention is based is that recorded from a given microphone arrangement Audio signals generated by conversion electrical signals processed in such a way that at the same sound pressure level generated by the microphones of the microphone arrangement, electrical signals of different strengths - different Sensitivities of the microphones - automatically, d. H. without ma nelle compensation process to be carried out individually and separately duren, be balanced.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, die Eigen schaften eines Array von Mikrofonen mit denen eines Verfah rens zum Ausgleichen der Empfindlichkeit von Mikrofonen zu kombinieren.The invention is based on the consideration, the Eigen array of microphones with that of a process to compensate for the sensitivity of microphones combine.

Die Vorteile dieser Vorgehensweise sind zum einen die einfa che Realisierung in Verbindung mit dem dabei erreichten (op timalen) Ergebnis und zum anderen das gute Verhältnis zwi schen der Komplexität der Mikrofonanordnung (Arrays) und dem Ergebnis.The advantages of this approach are, on the one hand, the simple che realization in connection with the achieved (op timalen) result and on the other hand the good relationship between the complexity of the microphone arrangement (arrays) and the Result.

Das mit der Erfindung erzielbare Ergebnis ist gegenüber dem Ergebnis, das mit dem US-Patent 5,463,694 erreichbar ist, deutlich verbessert. Dies wird an der nachfolgenden Tabelle ersichtlich:The result that can be achieved with the invention is compared to that Result achievable with U.S. Patent 5,463,694 clearly improved. This is shown in the table below evident:

Die Tabelle zeigt den Zusammenhang zwischen "Unterschied der Empfindlichkeit der Mikrofone (Delta)" und "Bündelungsmaß"
The table shows the relationship between "difference in sensitivity of the microphones (delta)" and "bundling dimension"

Mit dem Verfahren bzw. der Einrichtung kann für jede stör schallerfüllte Umgebung ein optimales Bündelungsmaß der Mi krofonanordnung erreicht werden, weil es die Empfindlichkeit der Mikrofone immer automatisch ausgleicht.With the procedure or the device can be disturbing for everyone sound-filled environment an optimal bundling dimension of the Mi arrangement can be achieved because of its sensitivity the microphones always compensate automatically.

Ein Parameter, um ein Richtmikrofon zu beurteilen, ist das Bündelungsmaß. Dieses beschreibt, anschaulich ausgedrückt, inwieweit eine Unterdrückung von diffus (allseitig) einfal lendem Schall gegenüber einem Nutzschall aus der Hauptachse erreicht wird. Dabei ist das Bündelungsmaß eine logarithmi sche Größe und wird demnach in Dezibel ausgedrückt.One parameter for assessing a directional microphone is that Bundling dimension. To put it graphically, this describes to what extent a suppression of diffuse (all-round) occurs sound compared to a useful sound from the main axis is achieved. The bundling measure is a logarithm size and is therefore expressed in decibels.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the Un claims specified.

Die vorgestellte Lösung besteht vorzugsweise aus einem Array von Mikrofonen und Filtern, um die Empfindlichkeit der Mikro fone auszugleichen und den gewünschten Frequenzgang des Arrays zu erreichen. The solution presented preferably consists of an array of microphones and filters to the sensitivity of the micro equalize fone and the desired frequency response of the To reach arrays.

Gegenüber den bekannten Mikrofon-Arrays, die komplizierte di gitale Filter benötigen, um die Frequenzgänge der Mikrofone auszugleichen, braucht das vorgestellte Verfahren bzw. die vorgestellte Einrichtung nur die Ausgleichung der Empfind lichkeit. Und das kann entweder mit einem einfachen digitalen Filter oder mit einer analogen Schaltung realisiert werden.Compared to the well-known microphone arrays, the complicated di gital filters need to adjust the frequency response of the microphones to compensate, the method presented or presented device only the adjustment of the sensitivity possibility. And that can be done with either a simple digital Filters or can be realized with an analog circuit.

Mit dem vorgestellten Array, in dem im einfachsten Fall zwei einfache Richtmikrofone benutzt werden, werden Bündelungsmaße erreicht, die mit einem einfachen Richtmikrofon nicht er reichbar sind. Ein Array mit Kugelmikrofonen kann diese Er gebnisse erreichen, aber nur wenn das Array mit mehr als zwei Mikrofonen gebaut ist. Außerdem wird vorzugsweise für jedes Mikrofon ein Filter benötigt, um die Frequenzgänge von den verschiedenen Mikrofonen auszugleichen.With the presented array, in the simplest case two simple directional microphones are used, bundling dimensions achieved that with a simple directional microphone not he are reachable. An array with omnidirectional microphones can do this results, but only if the array has more than two Microphones is built. It is also preferred for each A filter is required to filter the frequency response from the microphone balance different microphones.

Um die Empfindlichkeit der Mikrofone auszugleichen, sollte man die Mikrofone mit einer Schallquelle, die orthogonal zu der Achse der Mikrofone angeordnet ist, anregen, um die Kor rektur der Empfindlichkeit zu berechnen. Aber in der Praxis ist dies nicht immer möglich.To balance the sensitivity of the microphones, should one the microphones with a sound source that is orthogonal to the axis of the microphones is arranged to stimulate the cor rectify sensitivity. But in practice this is not always possible.

Alternativ ist es auch möglich, die Empfindlichkeit unabhän gig von der Position der Schallquelle auszugleichen. Dies ist aber nur dann möglich, wenn die Schallquelle nur Tieffre quenzanteile hat und deren Wellenlänge viel größer ist als der Abstand zwischen den Mikrofonen. Bei einer Mikrofonanord nung mit zwei Mikrofonen sollte die Wellenlänge z. B. größer als der doppelte Mikrofonabstand sein, während die Wellenlän ge bei der Mikrofonanordnung mit mehr als zwei Mikrofonen größer als die Summe der einzelnen Mikrofonabstände sein sollte.Alternatively, it is also possible to make the sensitivity independent gig to compensate for the position of the sound source. This is but only possible if the sound source is only low quenz shares and whose wavelength is much larger than the distance between the microphones. With a microphone arrangement voltage with two microphones should the wavelength z. B. larger than double the microphone distance while the wavelengths ge with the microphone arrangement with more than two microphones be greater than the sum of the individual microphone distances should.

Die Mikrofone sind darüber hinaus paarweise vorzugsweise so positioniert, daß ihre Hauptachsen auf einer gemeinsamen Ach se liegen. Es sind aber auch Abweichungen hiervon bezüglich eines Kipp- bzw. Verstellwinkels, der z. B. im Bereich zwi schen 0° und 40° variieren kann, und bezüglich eines Versatz abstandes, der z. B. kleiner als der oder gleich dem Mikro fonabstand ist, möglich. In all diesen Abweichungsfällen gibt es vorzugsweise immer ein Bezugsmikrofon mit einer Bezugs hauptachse, gegenüber dem bzw. der die jeweils anderen Mikro fone der Mikrofonanordnung um einen Verstellwinkel zur Hauptachse und einem Versatzabstand angeordnet sind.The microphones are also preferably in pairs positioned that their main axes are on a common axis se lie. But there are also deviations from this a tilt or adjustment angle, the z. B. in the area between can vary between 0 ° and 40 °, and with respect to an offset distance, the z. B. less than or equal to the micro distance is possible. In all of these deviations there are it is always a reference microphone with a reference main axis, opposite to which the other micro fone the microphone arrangement by an adjustment angle Main axis and an offset distance are arranged.

Die Signale von den Mikrofonen werden z. B. von einem Block verarbeitet, um die Empfindlichkeit der Mikrofone auszuglei chen. Danach wird die Differenz sowie die Summe von den zwei Signalen gebildet und daraus eine Linearkombination gebildet, um ein Signal mit einer Richtcharakteristik höherer Ordnung als die von den zwei Mikrofonen des Arrays zu erhalten.The signals from the microphones are e.g. B. from a block processed to compensate for the sensitivity of the microphones chen. After that, the difference as well as the sum of the two Signals are formed and a linear combination is formed from them, a signal with a higher-order directional characteristic than that obtained from the two microphones in the array.

Zuletzt wird das Signal mit einem Filter verarbeitet, um den gewünschten Frequenzgang und Empfindlichkeit des Arrays zu erreichen.Finally, the signal is processed with a filter around which desired frequency response and sensitivity of the array to reach.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Mikrofonanordnung ein grenzflächig (an einer "akutischen Grenzfläche"; eine "akutische Grenzfläche" ist in der Akustik eine harte Fläche, z. B. ein Tisch in einem Raum, die Fensterscheibe oder das Dach in einem Auto etc.) aufgebautes Gradientenmikrofon zwei ter Ordnung (Quadrupolmikrofon) ist, weil dadurch der Signal- /Eigengeräuschstörabstand verbessert wird. Dabei wird außer dem der Störabstand zwischen Nutzsignal und Umgebungsgeräusch bei einer Schallaufnahme in Situationen mit hohem Umgebungs geräusch, wie z. B. in Fahrzeugen oder öffentlichen Räumen vergrößert. Die subjektive Verständlichkeit aufgenommener Sprache wird somit in halliger Umgebung, wie z. B. in Räumen mit stark reflektierenden Wänden (Auto, Telefonzelle, Kirche) erhöht.In addition, it is advantageous if the microphone arrangement an interface (at an "acute interface"; an "acoustic interface" is a hard surface in acoustics, e.g. B. a table in a room, the window pane or that Roof in a car etc.) built-in gradient microphone two ter order (quadrupole microphone) because the signal / Self-noise ratio is improved. It will save which is the signal-to-noise ratio between useful signal and ambient noise when recording sound in high environment situations noise, such as B. in vehicles or public spaces enlarged. The subjective intelligibility of recorded Language is thus in a reverberant environment, such as B. in rooms with highly reflective walls (car, phone booth, church) elevated.

Das Quadrupolmikrofon besteht aus der Kombination zweier Gra dientenmikrofone erster Ordnung mit nierenförmiger Charakte ristik, deren Ausgangssignale voneinander subtrahiert werden. The quadrupole microphone consists of a combination of two Gra service microphones of first order with kidney-shaped characters statistics whose output signals are subtracted from each other.

Durch diese Maßnahme wird das Bündelungsmaß von 4.8 auf 10 dB erhöht. Das Bündelungsmaß gibt hierbei den Gewinn an, mit dem das in der Mikrofonhauptachse einfallende Nutzsignal gegen über dem diffus einfallenden Störsignal verstärkt wird. Durch die geeignete Anordnung der Einzelmikrofone des Quadrupolmi krofons an einer Grenzfläche wird die Nutzsignalempfindlich keit des Mikrofons um weitere 6 dB gesteigert und der im un teren Frequenzbereich prinzipiell geringe Eigengeräuschab stand von Gradientenmikrofon höherer Ordnung signifikant ver bessert.As a result of this measure, the bundling dimension is reduced from 4.8 to 10 dB elevated. The bundling measure indicates the profit with which against the useful signal incident in the main microphone axis is amplified above the diffuse incident signal. By the appropriate arrangement of the individual microphones of the Quadrupolmi the useful signal becomes sensitive at an interface speed of the microphone increased by a further 6 dB and that in the un lower frequency range, in principle, low self-noise understood significantly higher-order gradient microphone improves.

Wesentlich an der vorgeschlagenen Lösung ist der im Vergleich zu bisherigen Lösungen geringe Aufwand, mit dem die Nutzsi gnalverbesserung erzielt wird. Gleichzeitig sind die äußeren Abmessungen des Grenzflächenquadrupolmikrofons bei einer ver gleichbaren Richtwirkung geringer als bei bekannten Anordnun gen. Bei der vorgeschlagenen Anordnung werden Interferenzen des eintreffenden Direktschalls mit dem von der Grenzfläche reflektierten Schall, die die Richtwirkung eines grenzflä chennahen Mikrofons stören können, vermieden.What is essential about the proposed solution is the comparison to previous solutions little effort with which the Nutzsi signal improvement is achieved. At the same time, the outside Dimensions of the interfacial quadrupole microphone with a ver comparable directivity less than with known arrangements In the proposed arrangement, interference of the incoming direct sound with that from the interface reflected sound, the directivity of an interfac disturbed microphones, avoided.

Mit dem grenzflächigen Aufbau des Gradientenmikrofons wird das in der Hauptachse einfallende Mikrofonnutzsignal gegen über dem Mikrofoneigengeräusch um 6 dB angehoben.With the interface structure of the gradient microphone the microphone useful signal incident in the main axis against raised by 6 dB above the microphone noise.

Grenzflächig aufgebaute Gradientenmikrofone höherer Ordnung können überall dort sinnvoll eingesetzt werden, wo eine qua litativ hochwertige Aufnahme von akustischen Signalen in ge störter Umgebung benötigt wird. Neben einer hohen Störsignal unterdrückung bewirkt die hohe Richtwirkung des Mikrofons auch eine deutliche Unterdrückung des Nachhalls in Räumen, so daß auch in ruhigen Räumen eine deutliche höhere Sprachver ständlichkeit erzielt wird. Beispiele für den Einsatz der vorgestellten Erfindung können Freisprecheinrichtungen von Telefonen und automatische Spracherkennungssysteme aber auch Konferenzmikrofone sein. Interface microphones of higher order can be used wherever a qua litatively high quality recording of acoustic signals in ge disturbing environment is needed. In addition to a high interference signal Suppression causes the microphone to be highly directional also a clear suppression of reverberation in rooms, so that even in quiet rooms a significantly higher Sprachver consistency is achieved. Examples of the use of the presented invention can hands-free devices from Phones and automatic speech recognition systems as well Conference microphones.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Fig. 1 bis 8 erläutert.Embodiments of the invention are explained with reference to FIGS. 1 to 8.

Die Realisierung der Empfindlichkeitsabgleichung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Wenn die beiden Mikrofone einen annähernd gleichen Frequenzgang aufweisen, ist der Empfind lichkeitsabgleich in einem eingeschränkten Frequenzbereich hinreichend, um über den gesamten Übertragungsbereich das ge wünschte Bündelungsverhalten zu erreichen. In praktischen Fällen ist die Bedingung "gleicher Frequenzgang" in guter Nä herung erfüllt.The realization of the sensitivity adjustment is shown in FIGS. 1 and 2. If the two microphones have approximately the same frequency response, the sensitivity adjustment in a limited frequency range is sufficient to achieve the desired bundling behavior over the entire transmission range. In practical cases, the condition "same frequency response" is met in good approximation.

Vorteilhaft kann das in der Fig. 2 dargestellte Filter als Tiefpaß mit einer Eckfrequenz von beispielsweise 100 Hz aus geführt werden.The filter shown in FIG. 2 can advantageously be implemented as a low-pass filter with a corner frequency of, for example, 100 Hz.

Die möglichen Anwendungen für ein Gradientenmikrofon der zweiten Ordnung sind in allen Fällen, wo man eine gute Über tragung der Sprache in geräuschvollen Umgebungen braucht. Beispielsweise kann es ein Mikrofon für eine Freisprechanlage im Auto oder das Mikrofon für ein Spracherkennungssystem sein, das im Freisprechbetrieb funktioniert.The possible applications for a gradient microphone second order are in all cases where you have a good over language in noisy environments. For example, it can be a microphone for a hands-free system in the car or the microphone for a speech recognition system be that works in hands-free mode.

Automatic adjustment of the microphone sensitivity

Die vorgestellte Lösung des Problems des Mikrofonempfindlich keitsabgleichs beruht auf einem automatischen Abgleich der Mikrofonsignalpegel während des Betriebs der Mikrofone in ei nem Array. Hierbei ist der vorhandene Umgebungsgeräusch- bzw. der Nutzsignalpegel ausreichend. Die von den Mikrofonen auf genommenen Mikrofonsignalpegel bzw. die -amplituden werden unabhängig von ihrer Phasenlage gemessen und aneinander ange glichen. Dabei muß angenommen werden, daß die an den Mikrofo nen eintreffenden Schalldruckpegel praktisch gleich bzw. die Abweichungen deutlich unter der Toleranz der Mikrofonempfind lichkeit liegen. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn der Ab stand zwischen der vom Schallpegel dominierenden Schallquelle und dem Mikrofonarray deutlich größer als der Abstand zwi schen den abzugleichenden Mikrofonen ist und keine ausgepräg ten Raummoden auftreten. Die Signalpegelmessung kann durch jede Art der Hüllkurvenmessung bzw. durch eine echte Effek tivwertmessung erfolgen. Die Zeitkonstante dieser Messung muß dabei größer als die maximale Signallaufzeit zwischen den ab zugleichenden Mikrofonen sein. Der Empfindlichkeitsabgleich kann durch eine der Signalpegelabweichung entgegenwirkende Verstärkung bzw. Abschwächung durchgeführt werden.The presented solution to the problem of microphone sensitive adjustment is based on an automatic adjustment of the Microphone signal level during operation of the microphones in an egg an array. The existing ambient noise or the useful signal level is sufficient. The on from the microphones taken microphone signal level or the amplitudes measured regardless of their phase position and attached to each other like. It must be assumed that the microphone the incoming sound pressure level is practically the same or the Deviations well below the tolerance of the microphone sensitivity lie. This condition is met if the Ab stood between the sound source dominating the sound level and the microphone array is significantly larger than the distance between between the microphones to be calibrated and none th room modes occur. The signal level measurement can by any type of envelope measurement or by a real effect effective value measurement. The time constant of this measurement must thereby greater than the maximum signal transit time between the microphones at the same time. The sensitivity adjustment can be counteracted by a signal level deviation Reinforcement or weakening are carried out.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild des automatischen Mikrofo nempfindlichkeitsabgleichs für n Mikrofone eines Arrays. Mi krofon 1 ist dabei das Referenzmikrofon, auf dessen Mikrofon signalpegel die Pegel der anderen Mikrofone 2 bis n angegli chen werden. Das Schaltbild besteht aus Blöcken steuerbarer Verstärkung bzw. Abschwächung und Einheiten zur Signalpegel messung. Aus den gemessenen Signalpegeln werden Differenz- bzw. Fehlersignale e_n erzeugt, die als Stellgröße der varia blen Verstärker bzw. Abschwächer dienen. Insgesamt handelt es sich um n - 1 Regler, deren Führungsgröße der Signalpegel des Referenzmikrofons ist. Um die im vorigen Absatz genannte Ab standsbedingung einzuhalten, ist auch ein paarweiser Abgleich benachbarter Mikrofone vorstellbar (in Fig. 3 nicht ge zeigt). Fig. 3 shows the block diagram of the automatic microphone sensitivity adjustment for n microphones of an array. Mi krofon 1 is the reference microphone, on the microphone signal level, the levels of the other microphones 2 to n angegli chen. The circuit diagram consists of blocks of controllable amplification or attenuation and units for signal level measurement. Difference or error signals e _{n are} generated from the measured signal levels and serve as manipulated variables of the variable amplifiers or attenuators. Overall, there are n - 1 controllers, the reference variable of which is the signal level of the reference microphone. In order to comply with the condition mentioned in the previous paragraph, a pairwise comparison of adjacent microphones is also conceivable (not shown in FIG. 3).

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild des automatischen Mikrofo nempfindlichkeitsabgleichs für zwei Mikrofone, wobei die Si gnalpegel beider Mikrofone geregelt werden. Vorteil dieser Lösung gegenüber der Lösung mit einem ungeregelten Referenz mikrofon nach Fig. 3 ist die geringere Varianz der Aus gangspegel, da auf die mittlere Empfindlichkeit der Mikrofone geregelt werden kann. Fig. 4 shows the block diagram of the automatic microphone sensitivity adjustment for two microphones, the signal level of both microphones being regulated. The advantage of this solution compared to the solution with an unregulated reference microphone according to FIG. 3 is the lower variance of the output level, since the mean sensitivity of the microphones can be regulated.

Der hier vorgestellte automatische Mikrofonabgleich läßt sich schaltungstechnisch einfach realisieren und erfordert keine weiteren Abgleichschritte, wie z. B. einen aufwendigen aku stischen Abgleich. Selbst für geringe Mikrofonarraystückzah len sind eindeutige Kostenvorteile gegeben. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren einen kontinuierlichen Abgleich, so daß auch über die Zeit auftretende Empfindlichkeitsänderungen der Mikrofone berücksichtigt werden.The automatic microphone adjustment presented here can be easy to implement in terms of circuitry and does not require any further adjustment steps, such as B. an elaborate battery statistical comparison. Even for small microphone array pieces len there are clear cost advantages. Furthermore the method enables a continuous adjustment, so that also changes in sensitivity occurring over time of the microphones are taken into account.

Automatic adjustment of the microphone frequency response

Bei dem automatischen Abgleich des Mikrofonfrequenzgangs han delt es sich um eine Verallgemeinerung des Mikrofonempfind lichkeitsabgleichs. Für den Frequenzabgleich muß angenommen werden, daß die spektrale Verteilung des an den Mikrofonen eintreffenden Schalls in den zu kompensierenden Frequenzbe reichen ähnlich ist bzw. daß Abweichungen deutlich unterhalb der Toleranzbereiche des Mikrofonfrequenzgangs liegen. Diese Bedingung ist wieder bei einer gegenüber dem Mikrofonabstand weit entfernt liegenden Schallquelle erfüllt (siehe Abstands bedingung weiter oben).With the automatic adjustment of the microphone frequency response han it is a generalization of the microphone sensitivity matching. For the frequency adjustment must be assumed that the spectral distribution of the on the microphones incoming sounds in the frequency to be compensated range is similar or that deviations are significantly below the tolerance ranges of the microphone frequency response. This The condition is again one with the microphone distance far away sound source fulfilled (see distance condition above).

Der Abgleich erfolgt in Teilbändern des Mikrofonübertragungs frequenzbereichs und kann entweder durch eine Entzerrung mit entsprechenden analogen oder digitalen Filtern erfolgen. Im anschaulichsten Fall handelt es sich um eine Filterstruktur parallel (wie in Fig. 5 gezeigt) oder seriell geschalteter Bandpässe, deren Verstärkung unabhängig voneinander gesteuert werden kann. Der Summenfrequenzgang der Filter des ungeregel ten Referenzmikrofons (Abb. 3 fil_x1, fil_x2 . . . fil_xn) ist im gewünschten Übertragungsfrequenzbereich eben. Der Fre quenzgang des Vergleichsmikrofons wird durch Anheben bzw. Ab senken (Verstärken bzw. Dämpfen) der Filterteilbänder (fil_y1, fil_y2 . . . fil_yn) dem des Referenzmikrofons angeglichen. Die dafür erforderlichen Steuersignale g₁, g₂, g_n werden direkt aus den für die einzelnen Frequenzbereiche gewonnenen Fehler signalen abgeleitet (g₁ ~ e₁, g₂ ~ e₂ . . . g_n ~ e_n). Für einen präzisen Abgleich ist gewöhnlich eine hohe Anzahl von Band paßfiltern erforderlich. The adjustment takes place in sub-bands of the microphone transmission frequency range and can be done either by equalization with corresponding analog or digital filters. In the most illustrative case, it is a filter structure of parallel (as shown in FIG. 5) or series-connected bandpass filters, the gain of which can be controlled independently of one another. The total frequency response of the filters of the unregulated reference _microphone ( Fig. 3 fil _x1 , fil _x2 _... fil _xn ) is flat in the desired transmission frequency range. The frequency response of the comparison microphone is adjusted to that of the reference microphone by raising or lowering (amplifying or damping) the filter _sub-bands (fil _y1 , fil _{y2 ...} fil _yn ). The control signals g ₁ , g ₂ , g _n required for this are derived directly from the error signals obtained for the individual frequency ranges (g ₁ ~ e ₁ , g ₂ ~ e ₂ ... G _n ~ e _n ). A high number of bandpass filters is usually required for precise matching.

Eine deutliche Aufwandsreduzierung der Filterstruktur kann vorgenommen werden, wenn die in bestimmten Frequenzbereichen dominierenden Mikrofonparameter, wie z. B. die Ausführung der Schalleintrittsöffnung, das Front-/Rückvolumen, die Membran nachgiebigkeit und deren elektrische Ersatzschaltbilder be kannt sind und Abweichungen zwischen Mikrofonen auf Änderun gen einzelner Parameter zurückgeführt werden können. Durch entsprechende Entzerrungsfilter, die diese Abweichungen ge zielt rückgängig machen, ist ein Abgleich bei einem ver gleichsweise geringen Aufwand möglich. Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild einer Abgleichvorrichtung, die aus einem steuerbaren Entzerrungsfilter, Bewertungsfiltern und Pegel meßeinheiten besteht. Das Entzerrungsfilter wird wieder über das Differenzsignal e der Pegelmeßeinheiten angesteuert, wo bei im allgemeinen sowohl der Amplituden- als auch der Pha senfrequenzgang verändert wird.The filter structure can be significantly reduced if the microphone parameters dominating in certain frequency ranges, such as e.g. B. the design of the sound inlet opening, the front / rear volume, the membrane compliance and their electrical equivalent circuit diagrams are known and deviations between microphones can be traced back to changes in individual parameters. Appropriate equalization filters, which specifically undo these deviations, enable comparison at a comparatively low cost. Fig. 6 shows the block diagram of a matching device, which consists of a controllable equalization filter, weighting filters and level measuring units. The equalization filter is driven again via the differential signal e of the level measuring units, where in general both the amplitude and the phase frequency response is changed.

Die für den Empfindlichkeitsabgleich genannten Vorteile gel ten auch für den automatischen Abgleich des Mikrofonfrequenz gangs.The advantages mentioned for the sensitivity adjustment gel also for the automatic adjustment of the microphone frequency gangs.

Easily control the sensitivity of microphones with in integrated amplifier whose operating point is controlled by an external Wiring is adjustable, e.g. B. a field effect transistor Preamplifier (FET preamplifier)

Bei praktisch allen zur Zeit in Telekommunikations- und Kon sumeranwendungen verwendeten Mikrofonkapseln handelt es sich um Elektretwandler mit integriertem Feldeffekttransistor- Vorverstärker. Dieser Vorverstärker dient zur Verringerung der sehr hohen Mikrofonquellimpedanz und zur Verstärkung des Mikrofonsignals. In der Regel handelt es sich hierbei um die Sourceschaltung eines Feldeffekttransistors. Durch Verände rung der Speiseimpedanz und der Versorgungsspannung läßt sich der Arbeitspunkt des Transistors und damit auch die Empfind lichkeit des Mikrofons ändern. Änderungen des Mikrofonfre quenzgangs sind möglich, wenn nicht nur reelle, sondern auch komplexe Speiseimpedanzen zugelassen werden.With practically everyone at the moment in telecommunication and con Microphone capsules used in all applications electrical converters with integrated field effect transistor Preamplifier. This preamplifier is used for reduction the very high microphone source impedance and to amplify the Microphone signal. As a rule, this is the Source circuit of a field effect transistor. Through changes The supply impedance and the supply voltage can be adjusted the operating point of the transistor and thus also the sensitivity change the microphone. Changes to the microphone fre quenzgangs are possible, if not only real, but also complex feed impedances are permitted.

Fig. 7 und 8 zeigen jeweils die Schaltung für eine einfa che Empfindlichkeits- und Frequenzgangsteuerung von Elektret- Mikrofonen, die ohne externe, steuerbare Verstärker oder Ab schwächer auskommt. Die einfachste Realisierung besteht in der Empfindlichkeits- und Frequenzgangsteuerung über die Mi krofonversorgungsspannung U_L, die im Fall des automatischen Empfindlichkeitsabgleichs bzw. -ausgleichs direkt aus dem Differenzsignal der gemessenen Schallpegel bzw. Signalpegel U_L = (v . e_n) + U₀ abgeleitet werden kann (v bezeichnet dabei ei nen Verstärkungsfaktor und U eine konstante Spannungsgröße, z. B. Ausgangsspannung vor Empfindlichkeits- und Frequenz gangausgleich). Der Steuerungsbereich der Mikrofonempfind lichkeit über die Versorgungsspannung des Mikrofons liegt bei bis zu 25 dB, je nach Speiseimpedanz (siehe Tabelle 2). FIGS. 7 and 8 respectively show the circuit for a simp che sensitivity and frequency response control of electret microphones, the less does not require external, controllable amplifier or Ab. The simplest implementation consists in the sensitivity and frequency response control via the microphone supply voltage U _L , which in the case of automatic sensitivity adjustment or compensation is derived directly from the difference signal of the measured sound level or signal level U _L = (v. E _n ) + U ₀ (v denotes an amplification factor and U a constant voltage value, e.g. output voltage before sensitivity and frequency response compensation). The control range of the microphone sensitivity via the supply voltage of the microphone is up to 25 dB, depending on the feed impedance (see Table 2).

Alternativ ist es auch möglich, die Empfindlichkeits- und Frequenzgangsteuerung derart zu realisieren, daß die Mikro fonspeiseimpedanz Z_L mit einer Steuerspannung U_ST, die im Fall des automatischen Empfindlichkeits- und Frequernzgangab gleichs bzw. -ausgleichs direkt aus dem Differenzsignal der gemessenen Schallpegel bzw. Signalpegel U_ST ≈ ((v . e_n) + U₀') ab geleitet werden kann (v bezeichnet dabei einen Verstärkungs faktor und U₀' eine konstante Spannungsgröße, z. B. Ausgangs spannung vor Empfindlichkeits- und Frequenzgangausgleich).Alternatively, it is also possible to implement the sensitivity and frequency response control in such a way that the microphone feed impedance Z _L with a control voltage U _ST which, in the case of automatic sensitivity and frequency response, is equalized or compensated directly from the difference signal of the measured sound level or Signal level U _ST ≈ ((v. E _n ) + U ₀ ') can be derived from (v denotes an amplification factor and U ₀ ' a constant voltage, e.g. output voltage before sensitivity and frequency response compensation).

Eine elektronische Steuerung der Speieseimpedanz Z_L kann für reelle Werte durch einen gesteuerten Feldeffekttransistor und für komplexe Werte durch die Gyratorschaltung erfolgen. Der Steuerungsbereich der Mikrofonempfindlichkeit über die Spei seimpedanz liegt bei bis zu 10 dB in Abhängigkeit der Mikro fonversorgungsspannung (siehe Tabelle 2).Electronic control of the feed impedance Z _L can be carried out for real values by a controlled field effect transistor and for complex values by the gyrator circuit. The control range of the microphone sensitivity via the feed impedance is up to 10 dB depending on the microphone supply voltage (see Table 2).

Der Vorteil dieser Art der Empfindlichkeits- und Frequenz gangsteuerung liegt in der Minimierung des Schaltungsaufwands und der damit verbundenen Kosten. Der Steuerungsbereich ist für die meisten Anwendungen ausreichend hoch.The advantage of this type of sensitivity and frequency gear control lies in minimizing the shift effort and the associated costs. The control area is sufficiently high for most applications.

Der erfinderische Schritt bei dem Empfindlichkeits- bzw. Fre quenzgangabgleich ist die Trennung von Amplituden- und Pha seninformation des an den Mikrofonen eintreffenden Schalls, was einen automatischen Abgleich während des Betriebs von Mi krofonen in einem Array ermöglicht. Während die Phasenbezie hung für die Ausbildung der Richtcharakteristik eines Arrays herangezogen wird, steht die Amplitudenbeziehung für einen Abgleich der Mikrofonempfindlichkeiten und der Amplitudenfre quenzgänge zur Verfügung. Herstellungstoleranzen dieser Mi krofonparameter lassen sich damit kompensieren, so daß sich der gewünschte Frequenzgang und die Richtcharakteristik der Gesamtanordnung ausbildet.The inventive step in the sensitivity or Fre quenzgangabgleich is the separation of amplitude and Pha information about the sound arriving at the microphones, which means an automatic adjustment during the operation of Wed. allows krofonen in an array. While the phase relation hung for the formation of the directional characteristic of an array the amplitude relationship stands for one Comparison of the microphone sensitivity and the amplitude fre quenzgange available. Manufacturing tolerances of this Mi Krofon parameters can be compensated so that the desired frequency response and the directional characteristic of the Forms overall arrangement.

Der erfinderische Schritt bei der Empfindlichkeitssteuerung von Mikrofonen mit integriertem FET-Vorverstärker ist die Nutzung der Versorgungsspannung bzw. des Speisewiderstands zur Veränderung des FET-Arbeitspunkts und damit der Verstär kung des FET-Vorverstärkers.The inventive step in sensitivity control of microphones with integrated FET preamplifier is the Use of the supply voltage or the supply resistance to change the FET operating point and thus the gain of the FET preamplifier.

Das vorgestellte Mikrofonabgleichprinzip kann für alle Multi mikrofonanordnungen verwendet werden, deren richtungsabhängi ge Empfindlichkeit durch Ausnützung der Phasenbeziehungen zwischen den Einzelmikrofonsignalen gewonnen wird. Diese Mi krofonanordnungen können überall dort sinnvoll eingesetzt werden, wo eine qualitativ hochwertige Aufnahme von akusti schen Signalen in gestörter Umgebung benötigt wird. Die Richtcharakteristik dieser Anordnungen erlaubt dabei die Ab schwächung von Störschall (Umgebungsgeräusche, Hall) außer halb der Mikrofonhauptachse sowie die Trennung benachbarter Schallquellen (andere Sprecher). Der automatische Mikrofonab gleich ermöglicht durch die Umgehung eines aufwendigen aku stischen Abgleichs erhebliche Kosteneinsparungen bei der Her stellung und ermöglicht so auch den Einsatz von Mikrofon arrays in Konsumeranwendungen wie z. B. in Freisprecheinrich tungen für Kommunikationsendgeräte oder zur Sprachsteuerung von Geräten. Weitere Anwendungen von Mikrofonarrays, bei de nen die Erfindung sinnvoll eingesetzt werden kann, sind Kon ferenzmikrofone.The microphone matching principle presented can be used for all Multi microphone arrangements are used, the directional ge sensitivity by utilizing the phase relationships between the individual microphone signals. This Wed microphone arrangements can be used sensibly anywhere there where a high quality recording of acousti signals in a disturbed environment is required. The Directional characteristics of these arrangements allow the Ab attenuation of noise (ambient noise, reverberation) except half of the microphone main axis and the separation of neighboring ones Sound sources (other speakers). The automatic microphone made possible by bypassing an elaborate battery comparison, considerable cost savings in manufacturing position and thus also enables the use of a microphone arrays in consumer applications such as B. in speakerphone tion for communication terminals or for voice control of devices. Other applications of microphone arrays, at de NEN the invention can be used meaningfully are Kon reference microphones.

Das Abgleichprinzip wurde bereits in einer einfachen elektro nischen Schaltung realisiert und auf seine Tauglichkeit mit einem Gradientenmikrofon zweiter Ordnung getestet. Das Gra dientenmikrofon besteht aus der Zusammenschaltung zweier Nie renmikrofone, deren Empfindlichkeit durch die Schaltung auto matisch abgeglichen wird. Die Empfindlichkeitssteuerung des abzugleichenden Mikrofons erfolgt nach dem in Abschnitt 3.3 vorgestellten Prinzip. Der Mikrofonabgleich funktioniert schon bei geringen Umgebungsgeräuschen (Zimmerlautstärke) und ist unabhängig von der Schalleinfallsrichtung.The principle of adjustment was already in a simple electro African circuit realized and its suitability tested with a second-order gradient microphone. The Gra The service microphone consists of the interconnection of two never ren mics, the sensitivity of which by the circuit auto is balanced mathematically. The sensitivity control of the Microphones to be calibrated take place according to the in section 3.3 principle presented. The microphone adjustment works even with low ambient noise (room volume) and is independent of the direction of sound.

Die Empfindlichkeitssteuerung von Mikrofonen mit eingebautem FET-Vorverstärker kann außerdem vorteilhaft zur automatischen Aussteuerung von Mikrofonsignalen eingesetzt werden. Diese Schaltungen werden im allgemeinen als "Automatic Gain Con trol" Schaltungen bezeichnet. Anwendungen dieser Schaltungen finden sich in praktisch allen Konsumergeräten, die einen Mi krofonaufnahmekanal besitzen (Kassettenrekorder, Diktiersy steme, (Freisprech-)Telefone).The sensitivity control of microphones with built-in FET preamplifier can also be advantageous for automatic Control of microphone signals can be used. This Circuits are commonly referred to as "Automatic Gain Con trol "circuits. Applications of these circuits can be found in practically all consumer devices that have a Mi own a recording channel (cassette recorder, dictation system steme, (hands-free) phones).

Tabelle 2 Table 2

Claims

1. A method for recording and processing audio signals in a noise-filled environment with the following features:

a) at least two microphones () are arranged in pairs in a predetermined microphone spacing () with respect to a sound source located in the noise environment, forming a microphone arrangement (),
b) the microphones (), a first microphone () and at least a second microphone () are arranged in relation to a main axis, which is determined by the first microphone (), such that the second microphone () is at a predetermined Tilt or adjustment angle () to the main axis and / or by a predetermined offset distance () to the main axis or the first microphone () is arranged,
c) by the microphones () from the recorded audio signals generated by conversion electrical signals are processed such that at the same sound pressure levels on the microphones () generated by these, different electrical signals () - different sensitivities and / or different frequency responses of the Microphones () - are automatically compensated.

2. The method according to claim 1, characterized in net that if the first microphone () has a first electrical signal and every second microphone () each has a second electrical Si gnal () generates the first electrical signal () and the second electrical signal () or the second electrical Signals () are processed in pairs so that the respective because of different sensitivity and / or frequency in the electrical Si generated by the microphones () gnalen () are automatically compensated.

3. The method according to claim 2, characterized in that when compensating different sensitivities

a) the first electrical signal () and the second electrical signal () are filtered,
b) signal level differences () are formed from the filtered electrical signals (),
c) the unfiltered electrical signals () at least partially as a function of the signal level differences () be changed with respect to the respective signal levels until the signal level differences () each essentially assume the value "0".

4. The method according to claim 3, characterized in that

a) summation signals () and difference signals () are formed in pairs from the unfiltered electrical signals (),
b) a common useful signal is formed from the respective sum signals () and difference signals () in each case to achieve a higher-order directional characteristic by forming linear combinations and / or delay times according to the "delay-and-sum principle",
c) the useful signal () is filtered to achieve the desired frequency and the desired sensitivity.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized records that the first electrical signal () and the second electrical signal Signal () filtered arbitrarily, e.g. B. low, high or bandpass are filtered if the sound source is essentially or is arranged thogonal to the main axis ().

6. The method according to claim 3 or 4, characterized records that the first electrical signal () and the second electrical signal Signal () be low pass filtered if the sound source not substantially orthogonal to the major axis () is ordered and the wavelength of the low-pass filtered Fre sequences with the microphone arrangement () with two microphones () larger than twice the microphone distance () and for the microphone arrangement () with more than two microphones () larger than is the sum of the individual microphone distances ().

7. The method according to claim 2, characterized in that when compensating different sensitivities

a) signal levels are measured in each case from the first electrical signal () and the second electrical signal (),
b) signal level differences () are formed from the measured signal levels of the electrical signals (),
c) the electrical signals () are at least partially changed as a function of the signal level differences () with respect to the respective signal levels until the signal level differences () each essentially assume the value "0".

8. The method according to claim 7, characterized in that

a) from the electrical signals () each pair pairs Sum signals () and differential signals () are formed,
b) a common useful signal is formed from the respective sum signals () and difference signals () in each case to achieve a higher-order directional characteristic by forming linear combinations and / or delay times according to the "delay-and-sum principle",
c) the useful signal () is filtered to achieve the desired frequency and the desired sensitivity.

9. The method according to claim 2, 7 or 8, characterized in that when compensating for different fre quency gears

a) the first electrical signal () and the second electrical signal () are filtered n times with n ∈ N,
b) signal levels are measured in each case from the filtered first electrical signal () and the filtered second electrical signal (),
c) signal level differences () are formed from the measured signal levels of the filtered electrical signals (),
d) the filtering of the electrical signals () at least partially as a function of the signal level differences () with respect to the respective signal levels is changed until the signal level differences () each assume the value "0" in essence.

10. The method according to claim 9, characterized in that the first electrical signal () and the second electrical signal () are filtered n times with n ∈ N bandpass.

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that

a) from the first electrical signal () or from a first total signal of the n-times filtered first electrical signal () and from a second total signal of the n-times filtered second electrical signal () paired sum signals () and difference signals () be formed
b) a common useful signal is formed from the respective sum signals () and difference signals () in each case to achieve a higher-order directional characteristic by forming linear combinations and / or delay times according to the "delay-and-sum principle",
c) the useful signal () is filtered to achieve the desired frequency and the desired sensitivity.

12. The method according to claim 2, 7 or 8, characterized in that when compensating for different frequency frequencies Fre

a) the first electrical signal () and / or the second electrical signal () are filtered for equalization,
b) the first electrical signal () and the second electrical signal () are filtered for evaluation,
c) signal levels are measured in each case from the evaluated first electrical signal () and the evaluated second electrical signal (),
d) signal level differences () are formed from the measured signal levels of the evaluated electrical signals (),
e) the equalization filtering of the electrical signals () at least partially as a function of the signal level differences () with respect to the respective signal levels are changed until the signal level differences () each assume the value "0".

13. The method according to claim 12, characterized in that

a) from the first electrical signal () or from the equalized first electrical signal () and from the equalized second electrical signals () each pairwise summensi signals () and difference signals () are formed,
b) a common useful signal is formed from the respective sum signals () and difference signals () in each case to achieve a higher-order directional characteristic by forming linear combinations and / or delay times according to the "delay-and-sum principle",
c) the useful signal () is filtered to achieve the desired frequency and the desired sensitivity.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized in that the microphone arrangement () from two directional or gradient mi krofonen is formed.

15. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized in that the microphone arrangement () is formed from three spherical microphones becomes.

16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized characterized in that the tilt or adjustment angle () is specified such that the tilt or adjustment angle () an angle in the range between has 0 ° and 40 °.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized characterized in that the offset distance () is specified such that the Ver block spacing () less than or equal to the microphone spacing stand () is.

18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized characterized in that the microphone arrangement () at an "acoustic interface" is arranged.

19. Paint the device for recording and editing audio signals in a noise-filled environment with the following characteristics:

a) at least two microphones () are arranged in pairs in a predetermined microphone spacing () with respect to a sound source located in the ambient noise-filled environment,
b) the microphones (), a first microphone () and at least a second microphone () are arranged with respect to a main axis, which is determined by the first microphone (), such that the second microphone () is at a predetermined Tilt or adjustment angle () to the main axis and / or by a predetermined offset distance () to the main axis or the first microphone () is arranged,
c) first filters () filter a first electrical signal generated by the first microphone () by conversion and a second electrical signal () generated by every second microphone () by conversion, the signals having different sensitivities and / or frequency responses,
d) means for forming signal level differences () generate signal level differences () in pairs from the filtered electrical signals (),
e) control means () are connected to the means for forming signal level differences () in such a way that the unfiltered electrical signals () are at least partially changed depending on the signal level differences () with respect to the respective signal levels until the signal level differences () each essentially assume the value "0".

20. The device according to claim 19, characterized in that

a) sum-forming means () are provided which form pair signals sum signals () and difference signals () from the un-filtered electrical signals (),
b) the means () for the formation of linear combinations and / or delay times are provided which, according to the "delay-and-sum principle" to achieve a higher-order directional characteristic from the respective sum signals () and difference signals () each have a common useful signal form,
c) a second filter () is provided, which filters the useful signal () to achieve the desired frequency response and the desired sensitivity.

21. Device according to claim 19 or 20, characterized ge indicates that the first filter () is a low, high or bandpass filter, if the sound source is substantially orthogonal to the Main axis () is arranged.

22. The device according to claim 21, characterized records that the first filter () is a low pass filter when the sound source not substantially orthogonal to the major axis () is arranged and the wavelength of the low-pass filtered Frequencies in the microphone arrangement () with two microphones () greater than twice the microphone distance () and with the Mi arrangement () with more than two microphones () larger than is the sum of the individual microphone distances ().

23. Paint the device for recording and processing audio signals in a noise-filled environment with the following features:

a) at least two microphones () are arranged in pairs in a predetermined microphone spacing () with respect to a sound source located in the ambient noise-filled environment,
b) the microphones (), a first microphone () and at least a second microphone () are arranged with respect to a main axis, which is determined by the first microphone (), such that the second microphone () is at a predetermined Tilt or adjustment angle () to the main axis and / or by a predetermined offset distance () to the main axis or the first microphone () is arranged,
c) means () for measuring signal levels measure signal levels from a first electrical signal () generated by the first microphone () by conversion and from a second electrical signal () generated by every second microphone () by conversion, the signals have different sensitivities,
d) means for forming signal level differences () generate signal level differences () in pairs from the measured electrical signals (),
e) control means () are connected to the means for forming signal level differences () in such a way that the electrical signals () are changed at least partially depending on the signal level differences () with respect to the respective signal levels until the signal level differences () essentially assume the value "0".

24. The device according to claim 23, characterized in that

a) summation means () are provided, which form pair signals sum signals () and difference signals () from the electrical signals (),
b) the means () for the formation of linear combinations and / or delay times are provided which, according to the "delay-and-sum principle" to achieve a higher-order directional characteristic from the respective sum signals () and difference signals () each have a common useful signal form,
c) a filter () is provided which filters the useful signal () in order to achieve the desired frequency response and the desired sensitivity.

25. Paint the device for recording and editing audio signals in a noise-filled environment with the following characteristics:

a) at least two microphones () are arranged in pairs in a predetermined microphone spacing () with respect to a sound source located in the ambient noise-filled environment,
b) the microphones (), a first microphone () and at least a second microphone () are arranged with respect to a main axis, which is determined by the first microphone (), such that the second microphone () is at a predetermined Tilt or adjustment angle () to the main axis and / or by a predetermined offset distance () to the main axis or the first microphone () is arranged,
c) Filters () filter a first electrical signal () generated by the first microphone () by conversion and a second electrical signal () generated by conversion by every second microphone (), the signals having different frequency responses with n-fold n ∈ N ,
d) means () for measuring signal levels measure signal levels of the filtered first electrical signal () and of the filtered,
e) means for forming signal level differences () generate signal level differences () in pairs from the filtered electrical signals (),
f) control means () are connected and designed with the means for forming signal level differences () in such a way that the filtering of the electrical signals () at least partially depending on the signal level differences () with respect to the respective signal levels are changed until the Signal level differences () essentially assume the value "0".

26. Device according to claim 25, characterized records that the filter () is a bandpass filter.

27. The device according to claim 25 or 26, characterized in that

a) summation means () are provided, from the he most electrical signal () or from a first signal overall of the n-fold filtered first electrical signal () and from a second total signal of the n-fold filtered second electrical signal () each in pairs Form sum signals () and difference signals (),
b) the means () for the formation of linear combinations and / or delay times are provided which, according to the "delay-and-sum principle" to achieve a higher-order directional characteristic from the respective sum signals () and difference signals () each have a common useful signal form,
c) a filter () is provided which filters the useful signal () in order to achieve the desired frequency response and the desired sensitivity.

28. Paint the device for recording and editing audio signals in a noise-filled environment with the following features:

a) at least two microphones () are arranged in pairs in a predetermined microphone spacing () with respect to a sound source located in the ambient noise-filled environment,
b) the microphones (), a first microphone () and at least a second microphone () are arranged with respect to a main axis, which is determined by the first microphone (), such that the second microphone () is at a predetermined Tilt or adjustment angle () to the main axis and / or by a predetermined offset distance () to the main axis or the first microphone () is arranged,
c) equalization filters () filter a first electrical signal () generated by the first microphone () by conversion and a second electrical signal () generated by conversion by every second microphone (), the signals having different frequency responses,
d) evaluation filters () filter the first electrical signal () and the second electrical signal (),
e) means () for measuring signal levels measure signal levels of the filtered first electrical signal () and of the filtered second electrical signal (),
f) means for forming signal level differences () generate signal level differences () in pairs from the filtered electrical signals (),
g) control means () are connected to the means for forming signal level differences () in such a way that the equalization filtering of the electrical signals () are at least partially changed depending on the signal level differences () with respect to the respective signal levels until the signal level differences () each essentially assume the value "0".

29. The device according to claim 28, characterized in that

a) summation means () are provided, which form paired sum signals () and difference signals () from the first electrical signal () or from the equalized first electrical signal () and from the equalized second electrical signal (),
b) the means () for the formation of linear combinations and / or delay times are provided which, according to the "delay-and-sum principle" to achieve a higher-order directional characteristic from the respective sum signals () and difference signals () each have a common useful signal form,
c) a filter () is provided which filters the useful signal () in order to achieve the desired frequency response and the desired sensitivity.

30. Device according to one of claims 19 to 29, characterized in that when the microphone () is designed as a microphone with an integrated amplifier, whose operating point is adjustable by an external circuit, the control means () are designed such that

a) via a microphone supply voltage (), which results from the sum of a constant voltage () and the product of the signal level difference signal () and amplification factor (), the sensitivity and / or the frequency response is controllable or
b) a physical control variable, which is proportional to the product of the signal level difference signal () and amplification factor () supplemented by a constant variable (), ei ne microphone feed impedance () is adjustable such that the sensitivity and / or the frequency response is controllable.

31. Device according to one of claims 19 to 30, there characterized by that the microphone arrangement () two directional or gradient microphones having.

32. Device according to one of claims 19 to 30, there characterized by that the microphone arrangement () has three spherical microphones.

33. Device according to one of claims 19 to 32, there characterized by that the tilt or adjustment angle () is predetermined such that the tilt or adjustment angle () an angle in the range between has 0 ° and 40 °.

34. Device according to one of claims 19 to 33, there characterized by that the offset distance () is predetermined such that the offset distance () less than or equal to the microphone distance () is.

35. Device according to one of claims 19 to 34, there characterized by that the microphone arrangement () at an acoustic interface is ordered.