DE2541032A1

DE2541032A1 - Acoustic suppressor circuit for directional microphones - is designed so that phase-shifted side signals not normal to microphone are attenuated

Info

Publication number: DE2541032A1
Application number: DE19752541032
Authority: DE
Inventors: Sigismund Dr Ing Entleutner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-15
Filing date: 1975-09-15
Publication date: 1977-03-17

Abstract

The acoustic signal correction circuit for directional microphone consists of an AND-gate constructed from the cross-connected microphone inputs (M1) (M2) and pairs of diodes in each leg (D1) (D2). The output from each pair of diodes is connected to further diodes (D3) and resistors (R). A load resistor (RA) is connected between the junction of the two resistors and earth. Each leg is connected to either positive or negative side of the supply voltage. The in-phase signals from the sound source normal to the microphone are passed by the circuit but phase-shifted signals incident at other angles are suppressed through the half-wave rectification action of the circuit.

Description

Elektrische Schaltung zur Elimination oder Verzerrung von akustischen Störsignalen, die phasenverschoben von zwei oder mehreren Mikr ofonen aufgenommen werden.Electrical circuit for the elimination or distortion of acoustic Interfering signals that are recorded out of phase by two or more microns will.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zur Elimination oder Verzerrung von akustischen Störsignalen, die phasenverschoben von zwei oder mehreren Mikrofonen aufgenommen werden.The invention relates to an electrical circuit for elimination or distortion of acoustic spurious signals that are out of phase with two or multiple microphones can be recorded.

Die Schaltung kann dazu benutzt werden Mikrofonanordnungen mit großer Richtwirkung aufzubauen, wobei der seitliche Störer nicht nur gedämpft, sondern auch verzerrt wird, was einer zusätzlichen Verstärkung des Nutzsignales aus der Hauptrichtung gleichkommt. Bisher übliche Richtmikrofonanordnungen aus zwei oder mehreren Einzelmikrofonen in einer Zeile, welche die Spannungen MI, N2 ... M. liefern, nutzen die phasenrichtige Addition von Nutzsignalen, die von der Nutzquelle NQ auf der Senkrechten SE zur Verbindungslinie der Mikrofone, konmen,aus.The circuit can be used for microphone arrangements with large Build up directivity, with the lateral interference not only attenuated, but is also distorted, resulting in an additional amplification of the useful signal from the Main direction equals. Previously common directional microphone arrangements of two or several single microphones in a row, which supply the voltages MI, N2 ... M., use the in-phase addition of useful signals from the useful source NQ the vertical SE to the line connecting the microphones, con, from.

(Fig.1). Diese Signale sind in Phase, da sie einen gleich langen Jeg von der Quelle bis zu den Mikrofonen haben. Signale von den Störquellen SQ außerhalb der Senkrechten haben eine gegenseitige Phasenverschiebung durch verschiedene Weglängen und werden deshalb bei der linearen Addition der Signale reduziert.(Fig.1). These signals are in phase because they have an equal Jeg from the source to the microphones. Signals from the sources of interference SQ outside of the perpendicular have a mutual phase shift due to different path lengths and are therefore reduced when the signals are added linearly.

Siehe hierzu folgende Literaturstellen: Pöschl Klaus, Mathematische Methoden in der Hochfrequenztechnik 1956/S,294-295 Neinke H.H., Einführung in die Elektrotechnik höherer Frequenzen 1966/S,210-213 Moeller Franz, Leitfaden der Elektrotechnik, Elektrische BTachrichtentechnik, Band 6, Teil 1, 1964/5. 181 Damit eine Auslöschung z.B. bei 900 aus der Senkrechten SE eintritt muß der gegenseitige Abstand der Mikrofone die halbe tellenlange betragen. Bei breiten Frenuenzbandern des aTutzsignales z.B. Sprache (300 Hz - 3000 Kz) bedeutet dies für 300 Hz einen Abstand d von 50 cm. Für 3000 Hz einen Abstand d von 5 cm. Es miissen also viele Mikrofone im gegenseitigen Abstand von 5 cm auf einer Zeileangeordnet werden, wobei bei einer Gesamtausdehnung von 50 cm für 300 Hz erst die Richtcharakteristik in Form einer Acht erzeugt wird. Zur Erzeugung einer schärfere Richtcharakteristik muß die anordnung ein Vielfaches von 50 cm groß sein. Für 3000 Hz wäre dann die Anordnung sehr groß gegenüber der Wellenlänge und hätte eine viel schärfere Richtcharakteristik als bei 300 Hz. Bei gleicher Bewertung aller Mikrofone bei der linearen Addition der Signale entstehen sehr starke Nebenmaxima. Die größten Nachteile der linearen Addition der einzelnen Mikrofonsignale sind also: Starke Frequenzabgängigkeit der Richtcharakteristik, starke Nebenmaxima, viele Mikrofone und große Ausdehnung der Anordnung.See the following references: Pöschl Klaus, Mathematische Methods in high frequency technology 1956 / S, 294-295 Neinke H.H., Introduction to the Electrical engineering of higher frequencies 1966 / S, 210-213 Moeller Franz, Guide to electrical engineering, Electrical communication technology, Volume 6, Part 1, 1964/5. 181 With that an extinction E.g. at 900 from the vertical SE the mutual distance of the microphones must be entered half be whole. In the case of broad frenuity bands of the aTutzsignales e.g. speech (300 Hz - 3000 Kz) this means a distance for 300 Hz d of 50 cm. For 3000 Hz a distance d of 5 cm. So you need a lot of microphones be arranged at a mutual distance of 5 cm on a line, with one Total extension of 50 cm for 300 Hz first the directional characteristic in the form of a Eight is generated. To generate a sharper directional characteristic, the arrangement must be a multiple of 50 cm. The arrangement would then be very large for 3000 Hz compared to the wavelength and would have a much sharper directional characteristic than at 300 Hz. With the same evaluation of all microphones with the linear addition of the Signals develop very strong secondary maxima. The main disadvantages of linear addition of the individual microphone signals are: Strong frequency dependence of the directional characteristic, strong secondary maxima, many microphones and large size of the arrangement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu finden welche das Nutzsignal aus der Senkrechten durchläßt und die seitlichen Störsignale eliminiert oder verzerrt und damit unverständlich macht.The invention is based on the object of finding a circuit which lets through the useful signal from the vertical and the lateral interference signals eliminated or distorted and thus rendered incomprehensible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus den zwei oder mehr Eingangssignalen MI, M2 ... Mi durch eine elektrische "UND"-Schaltung ein Ausgangssignal gebildet wird, welches die Einhüllende E der gemeinsamen Fläche der Eingangssignale darstellt (Fig. 1, 2, 3).According to the invention, this object is achieved in that the two or more input signals MI, M2 ... Mi through an electrical "AND" circuit an output signal is formed, which is the envelope E of the common area represents the input signals (Fig. 1, 2, 3).

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß die Ausdehnung der Mikrofonanordnung geringer als bei herkömmlichen Mikrofonzeilen ist. Es sind weniger Mikrofone notwendig. Die Richtwirkung ist größer. Es treten keine Nebenmaximas aus. Durch die Verzerrung der seitlichen Störsignale erhöht sich die Verständlichkeit des Nutzsignales aus der Mitte.The advantages achieved by the invention are that the expansion the microphone arrangement is smaller than with conventional microphone rows. There are fewer microphones necessary. The directivity is greater. There are no secondary maxims the end. The distortion of the lateral interfering signals increases the intelligibility of the useful signal from the center.

Das folgende Beispiel mit zwei Mikrofonen, dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung ohne die Erfindung zu begrenzen.The following example with two microphones serves as a further explanation of the invention without limiting the invention.

Eine Schaltung, welche die Einhüllende E der gemeinsamen Fläche von zwei Eingangssignalen MI, M2 bildet läßt sich wie folgt aufbauen. Die verstärkten Signale Mol, T 2 der beiden Mikrofone werden über je eine Diode D7, D2 im Punkt AP zusammengeführt und über einen gemeinsamen Widerstand RG an eine Gleichspannung +UG, die größer als der Scheitelwert der Signale sein muß, gelegt (Fig.3). Diese Schaltung stellt eine analoge "ffT-Schaltung für positive Halbwellen der Signale MI und M2 dar. Der Punkt AP nimmt die niedrigste Spannung UAP der Spannungen M1, M2 an (Fig.4). Da hier nur die positive Halbwelle der gemeinsamen Fläche entspricht, wird nur die positive Halbwelle EP über eine Diode D3 und dem Serienwiderstand R an den Ausgangswiderstand RA gegeben. Für die negative gemeinsame Halbwelle wird die gleiche Schaltung mit umgepolten Dioden und negativer Gleichspannung -UG verwendet, welche dann die negative Halbwelle EN ebenfalls über eine Diode und Widerstand an den Ausgangswiderstand RA liefert (Fig.3, 5). Es ergibt sich eine Ausgangsspannung E aus EP und EN welche der Einhüllenden der gemeinsamen Fläche von MI und M2 entspricht und nur durch Teilung an den lfiderständen R und RA verkleinert ist (Fig. 4, 5).A circuit which the envelope E of the common area of two input signals MI, M2 can be formed like build follows. The amplified signals Mol, T 2 of the two microphones are each via a diode D7, D2 merged at point AP and connected to a common resistor RG DC voltage + UG, which must be greater than the peak value of the signals, placed (Fig. 3). This circuit represents an analog "ffT circuit for positive half-waves of the signals MI and M2. The point AP takes the lowest voltage UAP of the voltages M1, M2 on (Fig. 4). Since here only the positive half-wave corresponds to the common area, is only the positive half-wave EP via a diode D3 and the series resistor R. given to the output resistance RA. For the negative common half-wave, the same circuit with reversed polarity diodes and negative DC voltage -UG is used, which then the negative half-wave EN also via a diode and resistor the output resistance RA supplies (Fig.3, 5). An output voltage results E from EP and EN which corresponds to the envelope of the common area of MI and M2 and is only reduced by dividing at the oil resistances R and RA (Fig. 4, 5).

Wirkungsweise der Schaltung: Impulsartige Störungen von seitlichen Störquellen die eine gegenseitige Laufzeitdifferenz T haben und sich nicht über lappen und auch nicht die gleiche Form haben müssen (Echo, Reflexion) haben keine gemeinsame Fläche und werden daher vollkommen eliminiert, E=0 (Fig. 6).Mode of operation of the circuit: Impulse-like interference from the side Sources of interference that have a mutual transit time difference T and do not overlap lobes and do not have to have the same shape (echo, reflection) do not have any common area and are therefore completely eliminated, E = 0 (Fig. 6).

überlappen sich die Störimpulse in positiver und negativer Halbwelle so ist E immer noch Null (Fig. 7).the interference pulses overlap in positive and negative half-waves so E is still zero (Fig. 7).

Erst bei noch kürzerem Laufzeitunterschied T, also bei über lappung gleichpoliger Halbwellen wird nur die gemeinsame FlE-che durchgelassen (Fig.8). Dies ergibt eine starke Reduzierung und Verzerrung des Signales.Only if the transit time difference T is even shorter, i.e. if there is an overlap homopolar half-waves only the common surface is allowed to pass (Fig. 8). This results in a strong reduction and distortion of the signal.

Bei vollkommender fSberdeckung (T=0) liegt die Störquelle auf der Mittelsenkrechten der Mikrofonzeile und kommt einer Nutzquelle gleich (Fig.9). Die Einhüllende der gemeinsamen Fläche ist das unverzerrte Eingangssignal.With complete coverage (T = 0), the source of interference is on the The vertical line of the microphone and is equivalent to a useful source (Fig. 9). the The envelope of the common area is the undistorted input signal.

Das Richtdiagramm der Anordnung hat keine Nebenmaximas, da ab einer bestimmten Laufzeitdifferenz T die gemeinsame Einhüllende E zimmer Null ist. Treten Störsignale S und Nutzsignale N zugleich auf, so sind die positiven Halbwellen des Störsignales S bei positiven Nutzsignal N nicht beiden Signalen Ml, M2 der zwei Kanäle gemeinsam und werden eliminiert (Fig.10). Die negativen Halbwellen des Störsignales S dagegen werden in der Sinhüllenden E ausgegeben, da sie die gemeinsame Flache reduzieren (Fig.10). Man kann diese Tatsache auch so betrachten, daß das Ausgangssignal E aus dem unverzerrten Nutzsignal N und den hinzuaddierten negativen Halbwellen SH des Störsignale les S besteht (Fig.11). Bei negativen Halbwellen des Nutzsignales sind die Verhältnisse entsprechend umgekehrt (Fig.10,11).The directional diagram of the arrangement has no secondary maxima, since from one certain transit time difference T the common envelope E room is zero. Step Interference signals S and useful signals N appear at the same time, then the positive half-waves of the Interference signal S with positive useful signal N not both signals Ml, M2 of the two Channels common and are eliminated (Fig. 10). The negative half-waves of the interfering signal S, on the other hand, are output in the sin envelope E, since they are the common area reduce (Fig. 10). One can also view this fact in such a way that the output signal E from the undistorted useful signal N and the added negative half-waves SH of the interfering signals les S consists (Fig.11). With negative half-waves of the useful signal the ratios are reversed accordingly (Fig. 10, 11).

Das Störsignal wird also halbwellengleichgerichtet wobei die Polarität der Halbwellengleichrichtung von der momentanen Polarität des Nutzsignales abhängt. Außerdem wir die verbleibende Halbwelle des Störsignales auch bei großen Amplituden von S auf die Größe des momentanen Nutzsignales begrenzt. Alle diese nichtlinearen Vorgänge führen z.B. bei Sprache als Störquelle zu einer starken Reduzierung der Amplitude und zu einer starken Verzerrung und geringen Verständlichkeit desStörers, was wiederum eine Verständlichkeitserhöhung des Nutzsignales aus der Mittelachse bedeutet. Durch zusätzliche Verwendung von Richtmikrofonen als Einzelmikrofon wird der Richteffekt noch verstärkt. Soll aus einer vorhandenen Stereoaufnahme ein Sprecher, der bei der Aufnahme nicht in der Mittelachse der Mikrofone war, hervorgehoben werden, so kann man durch nachträgliche Verzögerung eines Kanals für das Nutzsignal wieder Gleichphasigkeit erzeugen und die beiden Signale nach obiger nichtlinearer Methode verarbeiten. Die Methode gemäß der Erfindung kann auch auf 3 oder mehr Mikrofone ausgedehnt werden wobei entsprechend mehr "UND"-Schaltungen die einzelnen Kanalsignale M1, M2 ... Mi zusammenführen (Fig.3). Hierbei ergeben sich erhebliche Vorteile in Bezug auf scharfe Richtcharakteristik und Nebenmaximafreiheit, da erst viele "UND" -Bedingungen erfüllt werden müssen bevor sich eine gemeinsame Fläche E ergibt. Dies ist nur bei nahezu Phasengleichheit und bei relativ großen Phasendifferenzen der Signale möglich (Fig.2).The interference signal is half-wave rectified with the polarity the half-wave rectification depends on the momentary polarity of the useful signal. In addition, we use the remaining half-wave of the interference signal even with large amplitudes limited by S to the size of the current useful signal. All of these non-linear Processes lead, for example, with speech as a source of interference to a strong reduction in Amplitude and strong distortion and poor intelligibility of the interferer, which in turn increases the intelligibility of the useful signal from the central axis means. With the additional use of directional microphones as a single microphone the straightening effect is reinforced. Should a speaker from an existing stereo recording which was not in the center axis of the microphones when recording, are highlighted, in this way one can again delay a channel for the useful signal Generate in-phase and the two signals according to the above non-linear method to process. The method according to the invention can also be applied to 3 or more microphones are expanded with correspondingly more "AND" circuits the individual channel signals Merge M1, M2 ... Mi (Fig. 3). This results in considerable advantages in Relation to sharp directional characteristics and freedom from secondary maxima, since only many "AND" -Conditions must be met before a common area E results. this is only when the phase is almost identical and when the phase differences are relatively large Signals possible (Fig. 2).

Claims

Claim

Electrical circuit for the elimination or distortion of acoustic Noise signals picked up out of phase by two or more microphones are characterized in that the two or more input signals M1, M2 ... Mi formed an output signal by an electrical "AND" circuit which represents the envelope E of the common area of the input signals (Figures 1, 2, 3). L e r s e i t e