EP1008277A2 - Schallaufnahmeeinrichtung, insbesondere für eine sprechstelle - Google Patents

Schallaufnahmeeinrichtung, insbesondere für eine sprechstelle

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EP1008277A2
EP1008277A2 EP98928096A EP98928096A EP1008277A2 EP 1008277 A2 EP1008277 A2 EP 1008277A2 EP 98928096 A EP98928096 A EP 98928096A EP 98928096 A EP98928096 A EP 98928096A EP 1008277 A2 EP1008277 A2 EP 1008277A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sound
recording device
sound recording
reference position
recorders
Prior art date
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Application number
EP98928096A
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English (en)
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EP1008277B1 (de
Inventor
Gerhard Kock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BEYER DYNAMIC GMBH & CO.
Original Assignee
Interkom Electronic Kock & Mreches GmbH
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Publication date
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Publication of EP1008277A2 publication Critical patent/EP1008277A2/de
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Publication of EP1008277B1 publication Critical patent/EP1008277B1/de
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/005—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers
    • H04R1/406—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/40—Details of arrangements for obtaining desired directional characteristic by combining a number of identical transducers covered by H04R1/40 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/401—2D or 3D arrays of transducers

Definitions

  • the invention relates to a sound recording device, in particular for a microphone unit according to the preamble of claim 1.
  • Sound recorders are known as individual microphones that are available with or without directional characteristics. If sound recording devices are used in connection with microphone units for conference systems or lecterns, a high level of feedback security, good decoupling from ambient noise and extensive independence of the signal level from changing speech directions and positions are desirable.
  • Microphones without directional characteristics can be used in changing speech directions and positions, but they offer only a low level of feedback security and poor decoupling from ambient noise.
  • a small amplification factor would have to be selected and at the same time a very small speech distance had to be maintained, so that the sound level of the speaker on the microphone is sufficiently large to mask ambient noise.
  • Changes in speech directions and positions then cause comparatively larger changes in distance and thus also sound level fluctuations than if a large speaking distance can generally be maintained.
  • microphones offer
  • the invention has for its object to improve a sound recording device, in particular for microphone units, in such a way that both high feedback security and good decoupling from ambient noise as well as extensive independence of the signal level from changing sound directions and positions as well as security against POP noise is achieved .
  • the sound emitted by a sound source is picked up by at least two sound recorders simultaneously.
  • the received signals from all sound recorders it is possible to record the sound at a more uniform level even if the direction of propagation or the position of the sound source changes, than would be possible with a single sound pickup.
  • the addition of the amplitudes of the individual output signals of the sound recorders leads overall to a level increase of sound signals which have their origin in the reference point, but also to a level reduction of ambient signals. Because of the alignment with the reference point, the useful signals of the sound pickups are correlated, but interference signals and their noise voltages are not correlated.
  • the directivity of the entire sound recording device advantageously differs from the directivity of conventional directional microphones, because the directivity does not diverge from the sound sensor to the sound source, but converges at the reference point, similar to the focus of a concave mirror. This also achieves the desired feedback security and decoupling from ambient noise and further improves it compared to the possible directivity of individual sound pickups. At the same time, a greater distance between the sound source and sound recorders is possible, which prevents pop sounds that can arise from explosive sounds caused by air flow. In addition, there is the possibility of accommodating the sound recording device in a compact housing at an increased distance from the speaker, so that the clear view to the front is not obstructed. Changes in the position of the sound source are also compensated for within a limited range around the reference point. This greatly reduces the volume fluctuation problem feared by movements of the speaker.
  • the sound recorders are at a uniform distance from the reference position and are arranged on a circular or spherical section, the center of which is formed by the reference position.
  • these delay elements can be assigned between the reference position and the sound sensors.
  • the transmission dimension is adjustable to uniform signal levels of all sound sensors.
  • transmission measure includes amplification, attenuation and unchanged amplitude of the signal.
  • the sound recorders can have directional characteristics and be oriented such that the axes of their main reception directions each point to the reference position.
  • the restricted sound pick-up angle of the individual sound pickups does not have a disadvantage, since there are several sound pickups whose sound pick-up angles overlap and thus ensure a uniform sound sensitivity within the pick-up area of the sound pick-up device.
  • the sound recorders are preferably designed directly as acoustic-electrical transducers.
  • the sound recorders can be designed as inlets for acoustic waveguides, which lead to one or more common acoustic-electrical transducers.
  • an optical marking for the target position of the sound source can be provided.
  • the optical marking is expediently formed by at least two light sources, each of which emits a characteristic light from the sound recording device in the direction of the desired position of the sound source only in the solid angle of the most favorable sound recording.
  • This measure automatically signals the speaker deviations from the optimal speaking position so that he can correct his position at any time.
  • a further development provides that the arrangement of the sound pickups and / or their main receiving direction and / or the running time of the delay elements can be adapted to a change in the actual position of the sound source in such a way that the reference position of the sound recording device can be tracked with the actual position of the sound source.
  • This measure makes it possible to give the speaker more freedom of movement without loss of feedback security and decoupling from ambient noise and to pay less attention to a static speech position. It can also be adapted to speakers of different heights.
  • the arrangement of the sound recorders can be moved and / or pivoted individually or in groups, and a drive for moving and / or pivoting can be controlled manually or by automatic position detection of the sound source.
  • the duration of the delay elements can also be controlled manually or by automatic position detection of the sound source.
  • the change in the transit time is also possible in combination with a change in the arrangement of the sound pickups and / or their main reception direction.
  • Suitable methods for position detection can be based on the reception of heat radiation from the speaker's face, radar, ultrasound or video image processing.
  • the activity and / or the position of the sound source can be determined by a correlator to which the signals of the sound pickups are fed.
  • the position of the sound source can be determined by measuring the time difference between the zero crossings of the signals from different sound pickups.
  • the correlator can determine activity by means of the criterion of simultaneous or largely simultaneous arrival of Determine gnale on the sound pickups. This criterion indicates that a sound source is in the reference position or close to the reference position.
  • the detection of activity can be used, for example, to connect the sound recording device to a loudspeaker system.
  • the correlator can determine the position of the sound source by evaluating the phase shifts in the amplitude values arriving from the individual sound pickups, since these phase shifts are a measure of the distance of the sound source from the reference position.
  • the electrical signals of the acoustic-electrical transducers after digitization are fed to a digital signal processor which emulates an addition device, delay elements, transmission elements and / or a correlator.
  • the sound recorders can also be designed as segments of an acoustic-electrical transducer extended in one, two or three-dimensional direction, the surface of which corresponds at least approximately or in sections to a circular or spherical section.
  • This embodiment represents an alternative to an embodiment in which a large number of individual acoustic-electrical transducers are arranged directly next to one another on a circular or spherical section.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the sound recording device according to the invention with acoustic-electrical transducers on a circular section,
  • Fig. 8 is a sound recording device with waveguides
  • a reference position 1 corresponds to the ideal or target position of a sound source.
  • the sound pickups 2 are arranged such that direction vectors 4 point in different directions between the reference position 1 and the sound pickups 2.
  • the sound pickups 2, which are designed directly as acoustic-electrical transducers, are directional microphones whose axes of their main reception directions 3 intersect in the reference position 1.
  • the amplitudes of the output signals of the individual sound recorders 2 are added in a downstream addition device 6 and passed to a discharging signal path 7. Due to the identical spacing of all sound pickups 2 to reference position 1, the output signals when the sound source is arranged in or in the vicinity of reference position 1 are essentially in phase and of the same strength and are therefore added to the maximum possible output signal strength.
  • the output signal strength decreases with increasing steepness.
  • the output signal strength remains largely independent of the position of the sound source when it is in a region between the reference position 1 and the sound pickups 2. This is explained by the fact that the sound source approaches individual sound pickups 2 on or adjacent to their axis of the main receiving direction 3 and their signal level then rises, while the sound source simultaneously emerges from the main receiving direction 3 of other sound pickups 2 and the signal level thereupon drops. The addition of all output signals largely compensates for these two effects.
  • FIG. 2 shows an embodiment in which the arrangement of the sound pickups 2 also extends into the third dimension.
  • the sound pickups 2 are arranged on a spherical section 5. This arrangement results in a further improved concentration of the recording on the reference position 1, because height deviations are also taken into account.
  • Fig. 3 shows a sound recording device with sound sensors 2 in a straight line.
  • the sound recorders 2 are at different distances from the reference position 1, namely the intersection of the main reception directions 3 Sound sensor 2 arranged.
  • This arrangement leads to a more compact design of the call station. It can be seen that the transit time of the sound from the reference position 1 to the sound transducers 2 is different due to the different distances. The recording volume is also lower for the more distant sound recorders 2.
  • the transmission dimensions of the transmission elements 18 correspond to an attenuation.
  • the middle four sound sensors 2 can be arranged virtually as if they were at the same distance from the reference position 1 as the outer sound sensors 2.
  • Fig. 4 shows an optical device for marking the optimal speech position.
  • This device comprises two light sources 9, each emitting light in a limited solid angle. The solid angles are aligned so that the zones of light propagation overlap and the reference position 1 lies in the center of this overlap area 10. Only in this overlap area 10 does a speaker see both light sources 9, which signals to him that he is in the area of the cheapest sound recording. If he sees only one of the light sources 9, then he is outside the most favorable recording area and he can correct his position.
  • the outputs of all sound sensors 2 are connected to a correlator 11.
  • An output of the correlator 11 is connected via a threshold value detector 12 to a control input of a switch 13 at the output of the addition device 6.
  • the correlator 11 checks the output signals of the sound pickups 2 for the correspondence of their amplitudes and phases. Only when a sound source is arranged at the reference position 1, all amplitudes and phases agree, which corresponds to a high correlation factor. As the distance of the sound source from the reference position 1 increases, individual or more amplitude and phase values deviate more and more from others, as a result of which the correlation factor is reduced.
  • the absolute value of the amplitude remains largely without influence on the determined correlation factor. This makes it possible to automatically recognize whether a sound source is in the vicinity of reference position 1 or not.
  • the correlation factor provides a very reliable and interference-proof criterion for the activity of a sound source in or in the vicinity of the reference position 1.
  • the output signal of the correlator 11 can thus be used via the threshold value detector 12 and the control input of the switch 13 for the automatic connection of microphone signals in conference systems.
  • FIG. 6 shows an arrangement for pivoting the sound pickups 2.
  • the sound pickups 2 are fixedly mounted on a carrier 19, which in turn is pivotably mounted.
  • a drive element 16 in the form of a pressure cylinder is coupled to the carrier 19, so that the carrier 19 can be pivoted.
  • control buttons can be used which are connected to a control device 15. Is at the same time an optical device for marking tion of the optimal speaking position, the setting is made considerably easier for the user.
  • an automatic setting can also be carried out in that the position of the speaker's face or head is automatically determined in a position detection device 14 by means of known methods, such as evaluating the thermal radiation of the face, evaluating radar or ultrasonic sensors or evaluating a video image and with the aid of this information, the drive element 16 is controlled via the control device 15 in such a way that the changed reference position 1 'comes as close as possible to the determined position of the head.
  • FIG. 7 shows a sound recording device with a device for changing the main receiving direction 3.
  • the sound recorders 2 are again directional microphones. These have the special feature that their main receiving directions 3 can be changed by electrical control signals.
  • Various solutions are known for this, for example by superimposing the signals of two sound transducers 2 assembled close together.
  • the sound pickups 2 are mounted on a straight line.
  • Corresponding delay elements 8 and transmission elements 18 are connected downstream of each sound sensor 2 for the delay time and amplitude compensation.
  • the delay times of the delay elements 8 and the transmission dimensions of the transmission elements 18 are continuously adjustable from a control device 15.
  • the output signals of the sound pickups 2 are fed to a correlator 11 in the control device 15, which correlates the “transit time differences of the sound to the sound pickups 2 calculated.
  • the position of the sound source can in turn be determined from these differences in transit time.
  • the control device 15 then sends commands for setting the main receiving direction 3 for each of the sound pickups 2 without mechanical movements having to be carried out, and commands for setting the delay 8 and transmission elements 18 in order to correct delay and amplitude differences. In this case, too, there is a changed reference position 1 '.
  • the control device 15 can additionally decide whether the sound source is within the desired range and carry out the connection to the signal paths that lead away.
  • correlator 11 can also be connected behind the delay elements 8 and 18. Furthermore, it is possible to design correlator 11, transit time 8 and transmission elements 18 as a digital signal processor, that is to say to carry out all evaluations and settings by software.
  • FIG. 8 shows a sound recording device with waveguides 17 which lead to a single acoustic-electrical converter.
  • sound inlets of acoustic waveguides 17 are provided instead at the locations of the acoustic-electrical transducers previously installed there.
  • the sound inlets can be attached in such a way that a distinctive directional effect is produced for sound reception, as is known, for example, in the case of directional tubes for microphones which operate on the interference principle.
  • the waveguide 17, the generally consist of simple pipes, all are now performed together on a single acoustic-electrical transducer.
  • the lengths of the waveguides 17 can be chosen so skillfully that the transit time of the sound from the reference position 1 to the acoustic-electrical transducer is the same through all the waveguides 17.
  • FIG. 9a shows a representation of a one-dimensional
  • FIG. 9b shows a representation of a two- or three-dimensionally stretched acoustic-electrical transducer.
  • its surface follows at least approximately or in sections of a circular or spherical section.
  • This version corresponds to a very large number of acoustic-electrical transducers that are directly adjacent to one another.
  • the transducer is designed with a mechanically continuous membrane, the individual sections act as individual acoustic-electric transducers, the signals of which are added integrally here.

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Description

Schallaufnahmeeinrichtung, insbesondere für eine Sprechstelle
Die Erfindung betrifft eine Schallaufnahmeeinrichtung, insbesondere für eine Sprechstelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Schallaufnahmeeinrichtungen sind als einzelne Mikrofone bekannt, die mit oder ohne Richtcharakteristiken verfügbar sind. Werden Schallaufnahmeeinrichtungen im Zusammenhang mit Sprechstellen für Konferenzanlagen oder Rednerpulten benutzt, so ist eine hohe Rückkopplungssicherheit, eine gute Entkopplung von Umgebungsgeräuschen und eine weitgehende Unabhängigkeit des Signalpegels von wechselnden Sprechrichtungen und - Positionen erwünscht.
Mikrofone ohne Richtcharakteristik lassen zwar an sich wechselnden Sprechrichtungen und -Positionen zu, sie bieten aber nur eine geringe Rückkopplungssicherheit und eine schlechte Entkopplung von Umgebungsgeräuschen. Um diesen Nachteil auszugleichen, müßte ein kleiner Verstärkungsfaktor gewählt und gleichzeitig ein sehr kleiner Sprechabstand eingehalten werden, damit der Schallpegel des Sprechers am Mikrofon ausreichend groß ist, um Umgebungsgeräusche zu verdecken. Änderungen der Sprechrichtungen und -Positionen bewirken dann aber vergleichsweise größere Abstandsänderungen und damit auch Schallpegelschwankungen, als wenn generell ein großer Sprechabstand eingehalten werden kann. Darüberhinaus treten unangenehme Popp-Geräusche auf, die bei Explosivlauten durch Luftströmung verursacht werden. Umgekehrt bieten Mikrofone mit
Richtcharakteristik eine hohe Rückkopplungssicherheit und ei- ne gute Entkopplung von Umgebungsgeräuschen außerhalb ihres Schallaufnahmewinkels . Durch den beschränkten Schallaufnahmewinkel ergeben sich aber Schallpegelschwankungen bei Änderungen der Sprechrichtung und -position. Somit sind Schallpegelschwankungen bei Änderungen der Sprechrichtung und -position letztlich bei beiden Arten von Mikrofonen vorhanden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schallaufnahmeeinrichtung, insbesondere für Sprechstellen dahingehend zu verbessern, daß sowohl eine hohe Rückkopplungssicherheit und eine gute Entkopplung von Umgebungsgeräuschen als auch eine weitgehende Unabhängigkeit des Signalpegels von wechselnden Schallrichtungen und -Positionen sowie eine Sicherheit gegen POP-Geräusche erzielt wird.
Diese Aufgabe wird bei einer Schallaufnahmeeinrichtung, insbesondere für Sprechstellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kennzeichen dieses Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der weiteren Beschreibung.
Bei der erfindungsgemäßen Schallaufnahmeeinrichtung wird der von einer Schallquelle ausgesandte Schall von wenigstens zwei Schallaufnehmern gleichzeitig aufgenommen. Durch Kombination der empfangenen, Signale aller Schallaufnehmer gelingt es, den Schall auch bei Änderung der Ausbreitungsrichtung oder Position der Schallquelle mit einem gleichmäßigeren Pegel aufzunehmen, als dies mit nur einem einzigen Schallaufnehmer möglich wäre. Gleichzeitig führt die Addition der Amplituden der einzelnen Ausgangssignale der Schallaufnehmer insgesamt zu einer Pege- lanhebung von Schallsignalen, die ihren Ursprung im Bezugspunkt haben, aber gleichfalls zu einer Pegelabsenkung von Umgebungssignalen. Aufgrund der Ausrichtung auf den Bezugspunkt sind nämlich die Nutzsignale der Schallaufnehmer korreliert, Störsignale und ihre Geräuschspannungen jedoch nicht korreliert. Dadurch verbessert sich der Geräuschspannungsabstand des addierten Signals mit jeder Verdoppelung der Anzahl der Schallaufnehmer um 3 dB. Durch entsprechende Wahl der Anzahl und Anordnung der Schallaufnehmer können Lage und Größe der Zone der günstigsten Schallaufnahme sowie der Geräuschspan- nungsabstand gewählt werden. Dadurch ergibt sich eine Richtwirkung der gesamten Schallaufnahmeeinrichtung auch dann, wenn die einzelnen Schallaufnehmer selbst keine Richtcharakteristik aufweisen.
Die Richtwirkung der gesamten Schallaufnahmeeinrichtung unterscheidet sich vorteilhaft von der Richtwirkung üblicher Richtmikrofone, denn die Richtwirkung divergiert nicht vom Schallaufnehmer zur Schallquelle, sondern sie konvergiert im Bezugspunkt, ähnlich dem Fokus eines Hohlspiegels. Dadurch wird auch die gewünschte Rückkopplungssicherheit und Entkopplung von Umgebungsgeräuschen erreicht und gegenüber einer eventuellen Richtwirkung einzelner Schallaufnehmer nochmals verbessert. Zugleich wird ein größerer Abstand zwischen Schallquelle und Schallaufnehmern möglich, was Popp-Geräusche verhindert, die bei Explosivlauten durch Luftströmung entstehen können. Außerdem besteht die Möglichkeit, die Schallaufnahmeeinrichtung in einem kompakten Gehäuse in vergrößertem Abstand vom Sprecher unterzubringen, so daß die freie Sicht nach vorn nicht behindert wird. Auch Veränderungen der Position der Schallquelle werden innerhalb eines begrenzten Bereichs um den Bezugspunkt herum ausgeglichen. Damit ist das bisher gefürchtete Lautstärkeschwankungsproblem durch Bewegungen des Sprechers stark verringert .
Im einfachsten Fall weisen die Schallaufnehmer einen einheitlichen Abstand von der Bezugsposition auf und sind auf einem Kreis- oder Kugelabschnitt angeordnet, dessen Mittelpunkt durch die Bezugsposition gebildet ist.
Dadurch ergeben sich zwangsläufig einheitliche Laufzeiten zwischen der Bezugsposition und den Schallaufnehmern. Somit können die Signale der Schallaufnehmer unmittelbar addiert werden .
Bei unterschiedlichem Abstand können zwischen der Bezugsposition und den Schallaufnehmern diesen Laufzeitglieder zugeordnet sein.
Unterschiedliche Abstände können aus konstruktiven oder gestalterischen Gesichtspunkten erforderlich sein. Um dennoch einheitliche Laufzeiten zu erhalten, lassen sich die unterschiedlichen akustischen Laufzeiten durch Laufzeitglieder ausgleichen, so das kürzere Laufzeiten von Schallaufnehmern, die näher an der Bezugsposition angeordnet sind, künstlich verlängert werden.
Bei Einsatz von Laufzeitgliedern können einzelnen oder allen Schallaufnehmern zusätzlich Übertragungsglieder zugeordnet sein, deren Übertragungsmaß auf einheitliche Signalpegel aller Schallaufnehmer einstellbar ist.
Da bei kürzerem Abstand der Schallpegel höher ist als bei längerem Abstand, wird dieser Effekt durch die Übertragungsglieder wieder ausgeglichen und so in Verbindung mit den Laufzeitgliedern der gewünschte größere Abstand genau simuliert. Der Begriff Übertragungsmaß schließt Verstärkung, Dämpfung und unveränderte Amplitude des Signals ein.
Ferner können die Schallaufnehmer Richtcharakteristiken aufweisen und so ausgerichtet sein, daß die Achsen ihrer Hauptempfangsrichtungen jeweils auf die Bezugsposition weisen.
Hierdurch läßt sich die Rückkopplungssicherheit und Entkopplung von Umgebungsgeräuschen nochmals verbessern. Der eingeschränkte Schallaufnahmewinkel der einzelnen Schallaufnehmer wirkt sich dabei nicht nachteilig aus, da ja mehrere Schallaufnehmer vorhanden sind, deren Schallaufnahmewinkel sich überlappen und so innerhalb des Aufnahmebereiches der Schallaufnahmeeinrichtung für eine gleichmäßige Schallempfindlichkeit sorgen.
Vorzugsweise sind die Schallaufnehmer unmittelbar als akustisch-elektrische Wandler ausgebildet.
Mechanisch-konstruktiv ist diese Ausführung besonders einfach realisierbar. Außerdem lassen sich elektrische Signale ohne Qualitätsverluste leichter weiter bearbeiten, insbesondere filtern, verzögern, verstärkten oder dämpfen. Alternativ können die Schallaufnehmer als Einlasse akustischer Wellenleiter ausgebildet sein, die zu einem oder mehreren gemeinsamen akustisch-elektrischen Wandlern führen.
Diese Alternative bietet die Möglichkeit, Laufzeiten und Dämpfungen auch akustisch zu realisieren, so daß als Ausgleich dafür die anschließende elektronische Schaltung einfacher ausgebildet werden kann.
Weiterhin kann eine optische Markierung für die Sollposition der Schallquelle vorgesehen sein.
Diese Maßnahme erleichtert Sprechern, ihre optimalen Sprechpositionen zu finden und beizubehalten.
Die optische Markierung ist zweckmäßig durch wenigstens zwei Lichtquellen gebildet, die jeweils von der Schallaufnahmeeinrichtung aus in Richtung der Sollposition der Schallquelle jeweils nur im Raumwinkel der günstigsten Schallaufnahme ein charakteristisches Licht abstrahlen.
Durch diese Maßnahme werden dem Sprecher automatisch Abweichungen von der optimalen Sprechposition signalisiert, so daß er seine Position jederzeit korrigieren kann.
Eine Weiterbildung sieht vor, daß die Anordnung der Schallaufnehmer und/oder ihre Hauptempfangsrichtung und/oder die Laufzeit der Laufzeitglieder an eine Änderung der Istposition der Schallquelle derart anpaßbar ist, daß die Bezugsposition der Schallaufnahmeeinrichtung der Istposition der Schallquelle nachführbar ist. Diese Maßnahme ermöglicht es, ohne Einbuße der Rückkopplungs- sicherheit und Entkopplung von Umgebungsgeräuschen dem Sprecher mehr Bewegungsfreiheit zu schaffen und weniger auf einestatisch beschränkte Sprechposition zu achten. Außerdem kann so auch eine Anpassung an Sprecher unterschiedlicher Körpergröße erfolgen.
Dabei kann die Anordnung der Schallaufnehmer einzeln oder in Gruppen verschiebbar und/oder verschwenkbar sein und ein Antrieb zum Verschieben und/oder Verschwenken kann manuell oder durch automatische Positionserkennung der Schallquelle steuerbar sein.
Auch die Laufzeit der Laufzeitglieder kann manuell oder durch automatische Positionserkennung der Schallquelle steuerbar sein. Die Änderung der Laufzeit ist auch in Kombination mit einer Änderung der Anordnung der Schallaufnehmer und/oder deren Hauptempfangsrichtung möglich.
Geeignete Verfahren zur Positionserkennung können auf dem Empfang von Wärmestrahlung des Gesichts des Sprechers, Radar, Ultraschall oder Videobildverarbeitung beruhen.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Aktivität und/oder die Position der Schallquelle durch einen Korrelator ermittelbar, dem die Signale der Schallaufnehmer zugeführt sind. Alternativ ist die Position der Schallquelle durch Messung der Zeitdifferenz der Nulldurchgänge der Signale unterschiedlicher Schallaufnehmer ermittelbar.
Der Korrelator kann Aktivität durch das Kriterium zeitlich gleichzeitig oder weitgehend gleichzeitig eintreffender Si- gnale an den Schallaufnehmern feststellen. Dieses Kriterium deutet darauf hin, daß sich eine Schallquelle in der Bezugsposition oder nahe der Bezugsposition befindet. Das Erkennen von Aktivität läßt sich beispielsweise dazu nutzen, die Schallaufnahmeeinrichtung auf eine Lautsprecheranlage durchzuschalten.
Weiterhin kann der Korrelator die Position der Schallquelle durch Auswertung der Phasenverschiebungen der von den einzelnen Schallaufnehmern eintreffenden Amplitudenwerte ermitteln, da diese Phasenverschiebungen ein Maß für den Abstand der Schallquelle von der Bezugsposition sind.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind die elektrischen Signale der akustisch-elektrischen Wandler nach Digitalisierung einem digitalen Signalprozessor zugeführt, der eine Additionsvorrichtung, Laufzeitglieder , Übertragungsglieder und/oder einen Korrelator nachbildet.
Dies ermöglicht eine sehr präzise Signalverarbeitung mit hoher Wiederholgenauigkeit. Besonders Verzögerungszeiten lassen sich ohne Qualitätsverluste realisieren und auch variieren. Zudem ist eine Durchführung mehrerer Signalverarbeitungsmaßnahmen durch denselben Signalprozessor möglich.
Die Schallaufnehmer können auch als Segmente eines in ein-, zwei- oder dreidimensionaler Richtung ausgedehnten akustischelektrischen Wandlers ausgebildet sein, dessen Oberfläche zumindest näherungsweise oder in Abschnitten einem Kreis- oder Kugelabschnitt entspricht. Diese Ausführung stellt eine Alternative zu einer Ausführung dar, bei welcher eine Vielzahl einzelner akustischelektrischer Wandler unmittelbar nebeneinander auf einem Kreis- oder Kugelabschnitt angeordnet sind.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert .
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schallaufnahmeeinrichtung mit akustisch-elektrischen Wandlern auf einem Kreisabschnitt,
Fig. 2 eine Anordnung der akustisch-elektrischen Wandler auf einem Kugelabschnitt,
Fig. 3 eine Schallaufnahmeeinrichtung mit akustisch-elektrischen Wandler in einer geraden Zeile,
Fig. 4 eine optische Einrichtung zur Markierung der optimalen Sprechposition,
Fig. 5 eine Schallaufnahmeeinrichtung mit Aktivitätserkennung, Fig. 6 eine Anordnung zum Schwenken der Schallaufnehmer ,
Fig. 7 eine Schallaufnahmeeinrichtung mit einer Vorrichtung zur Änderung der Hauptempfangsrichtung,
Fig. 8 eine Schallaufnahmeeinrichtung mit Wellenleitern und
Fig. 9a, b Darstellungen ein- und mehrdimensional gedehnter akustisch-elektrischen Wandler.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schallaufnahmeeinrichtung mit Schallaufnehmern 2 auf einem Kreisabschnitt 5. Eine Bezugsposition 1 entspricht der Ideal- oder Sollposition einer Schallquelle. Die Schallaufnehmer 2 sind so angeordnet, daß Richtungsvektoren 4 zwischen der Bezugsposition 1 und den Schallaufnehmern 2 in unterschiedliche Richtungen zeigen. Bei den unmittelbar als akustisch-elektrische Wandler ausgebildeten Schallaufnehmern 2 handelt es sich um Richtmikrofone, deren Achsen ihrer Hauptempfangsrichtungen 3 sich in der Bezugsposition 1 schneiden. Die Amplituden der Ausgangssignale der einzelnen Schallaufnehmer 2 werden in einer nachgeschalteten Additionsvorrichtung 6 addiert und auf einen abführenden Signalweg 7 gelei- — tet. Aufgrund der identischen Abstände aller Schallaufnehmer 2 zur Bezugsposition 1 sind die Ausgangssignale bei Anordnung der Schallquelle im oder in der Nähe der Bezugsposition 1 im wesentlichen gleichphasig und gleich stark und werden deshalb zur maximal möglichen Ausgangssignalstärke addiert.
Bei seitlicher Abweichung der Schallquelle von der Bezugsposition 1 nimmt die Ausgangssignalstärke mit zunehmender Steilheit ab. Dagegen bleibt die Ausgangssignalstärke weitgehend unabhängig von der Position der Schallquelle, wenn diese sich in einem Bereich zwischen der Bezugsposition 1 und den Schallaufnehmern 2 befindet. Dies erklärt sich dadurch, daß die Schallquelle sich einzelnen Schallaufnehmern 2 auf oder benachbart zu deren Achse der Hauptempfangsrichtung 3 annähert und deren Signalpegel daraufhin ansteigt, während die Schallquelle gleichzeitig aus der Hauptempfangsrichtung 3 anderer Schallaufnehmer 2 heraustritt und deren Signalpegel daraufhin sinkt. Durch die Addition aller Ausgangssignale kompensieren sich diese beiden Effekte weitgehend.
Während bei Fig. 1 die Anordnung der Schallaufnehmer 2 auf einen Kreisabschnitt 5 beschränkt ist, zeigt Fig. 2 eine Ausführung, bei der sich die Anordnung der Schallaufnehmer 2 auch in die dritte Dimension erstreckt. Dort sind die Schallaufnehmer 2 auf einem Kugelabschnitt 5 angeordnet. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine nochmals verbesserte Konzentration der Aufnahme auf die Bezugsposition 1, weil auch Höhenabweichungen berücksichtigt werden.
Fig. 3 zeigt eine Schallaufnahmeeinrichtung mit Schallaufnehmern 2 in einer geraden Zeile. Dadurch sind die Schallaufnehmer 2 in unterschiedlichen Abständen zur Bezugsposition 1, nämlich dem Schnittpunkt der Hauptempfangsrichtungen 3 der Schallaufnehmer 2 angeordnet. Diese Anordnung führt zu einer kompakteren Ausführung der Sprechstelle. Es ist ersichtlich, daß die Laufzeit des Schalls von der Bezugsposition 1 zu den Schallaufnehmern 2 aufgrund der unterschiedlichen Abstände unterschiedlich ist. Ebenso ist die Aufnahmelautstärke bei den weiter entfernten Schallaufnehmern 2 geringer. Diese Unterschiede werden hier durch nachgeschaltete Laufzeit- 8 und Übertragungsglieder 18 ausgeglichen, die den dichter an der Bezugsposition 1 angeordneten Schallaufnehmern 2 zugeordnet sind. Die Übertragungsmaße der Übertragungsglieder 18 entsprechen einer Dämpfung. Durch die Laufzeit- 8 und Übertragungsglieder 18 lassen sich die mittleren vier Schallaufnehmer 2 virtuell so anordnen, als befänden sie sich im gleichen Abstand von der Bezugsposition 1 wie die äußeren Schallaufnehmer 2.
Fig. 4 zeigt eine optische Einrichtung zur Markierung der optimalen Sprechposition. Diese Einrichtung umfaßt zwei Lichtquellen 9, die jeweils in einem begrenzten Raumwinkel Licht aussenden. Die Raumwinkel sind so ausgerichtet, daß sich die Zonen der Lichtausbreitung überschneiden und die Bezugsposition 1 im Zentrum dieses Überschneidungsbereichs 10 liegt. Nur in diesem Überschneidungsbereich 10 sieht ein Sprecher beide Lichtquellen 9, was ihm signalisiert, daß er sich im Bereich der günstigsten Schallaufnahme befindet. Sieht er nur eine der Lichtquellen 9, so befindet er sich außerhalb des günstigsten Aufnahmebereichs und er kann seine Position korrigieren.
Fig. 5 zeigt eine Schallaufnahmeeinrichtung mit Aktivitätserkennung. Dazu sind die Ausgänge aller Schallaufnehmer 2 mit __ einem Korrelator 11 verbunden. Ein Ausgang des Korrelators 11 ist über einen Schwellwertdetektor 12 mit einem Steuereingang eines Schalters 13 am Ausgang der Additionsvorrichtung 6 verbunden. Der Korrelator 11 prüft die Ausgangssignale der Schallaufnehmer 2 auf Übereinstimmung ihrer Amplituden und Phasen. Nur wenn eine Schallquelle an der Bezugsposition 1 angeordnet ist, stimmen alle Amplituden und Phasen überein, was einem hohen Korrelationsfaktor entspricht. Mit zunehmendem Abstand der Schallquelle von der Bezugsposition 1 weichen einzelne oder mehrere Amplituden- und Phasenwerte mehr und mehr von anderen ab, wodurch sich der Korrelationsfaktor verringert .
Der Absolutwert der Amplitude bleibt in weiten Grenzen ohne wesentlichen Einfluß auf den ermittelten Korrelationsfaktor. Dadurch kann automatisch erkannt werden, ob sich eine Schallquelle in der Nähe der Bezugsposition 1 befindet oder nicht. Der Korrelationsfaktor liefert ein sehr zuverlässiges und störsicheres Kriterium für die Aktivität einer Schallquelle in oder in der Nähe der Bezugsposition 1. Das Ausgangssignal des Korrelators 11 kann so über den Schwellwertdetektor 12 und den Steuereingang des Schalters 13 zur automatischen Durchschaltung von Mikrofonsignalen in Konferenzanlagen verwendet werden.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung zum Schwenken der Schallaufnehmer 2. Die Schallaufnehmer 2 sind fest auf einem Träger 19 montiert, der wiederum schwenkbar gelagert ist. Mit dem Träger 19 ist ein Antriebselement 16 in Form eines Druckzylinders gekoppelt, so daß der Träger 19 geschwenkt werden kann. Um die Schallaufnehmer 2 auszurichten, können Steuertasten benutzt werden, die an eine Steuereinrichtung 15 angeschlossen sind. Ist gleichzeitig eine optische Einrichtung zur Markie- rung der optimalen Sprechposition eingebaut, so wird dem Benutzer die Einstellung erheblich erleichtert.
Statt einer manuellen Einstellung kann auch eine automatische Einstellung vorgenommen werden, indem die Position des Gesichts oder Kopfes des Sprechers in einer Positionserkennungvorrichtung 14 mittels bekannter Verfahren, wie Auswertung der Wärmestrahlung des Gesichts, Auswertung von Radar-, oder Ultraschallsensoren oder Auswertung eines Videobildes automatisch ermittelt wird und mit Hilfe dieser Information das Antriebselement 16 über die Steuereinrichtung 15 derart angesteuert wird, daß die veränderte Bezugsposition 1' der ermittelten Position des Kopfes möglichst nahekommt.
Fig. 7 zeigt eine Schallaufnahmeeinrichtung mit einer Vorrichtung zur Änderung der Hauptempfangsrichtung 3. Bei den Schallaufnehmern 2 handelt es sich wieder um Richtmikrofone. Diese besitzen die Besonderheit, daß ihre Hauptempfangsrichtungen 3 durch elektrische Steuersignale verändert werden können. Dafür sind verschiedene Lösungen bekannt, beispielsweise durch Überlagerung der Signale zweier nah zusammengebauter Schallaufnehmer 2.
Die Schallaufnehmer 2 sind auf einer Geraden angebracht . Für den Laufzeit- und Amplitudenausgleich sind entsprechende Laufzeit- 8 und Übertragungsglieder 18 jedem Schallaufnehmer 2 nachgeschaltet. Die Verzögerungszeiten der Laufzeitglieder 8 sowie die Übertragungsmaße der Übertragungsglieder 18 sind von einer Steuereinrichtung 15 aus kontinuierlich verstellbar. Die Ausgangssignale der Schallaufnehmer 2 werden einem Korrelator 11 in der Steuereinrichtung 15 zugeführt, der die „ Laufzeitunterschiede des Schalls zu den Schallaufnehmern 2 errechnet. Aus diesen Laufzeitunterschieden wiederum kann die Position der Schallquelle bestimmt werden. Daraufhin sendet die Steuereinrichtung 15 Befehle zur Einstellung der Hauptempfangsrichtung 3 für jeden der Schallaufnehmer 2, ohne daß mechanische Bewegungen ausgeführt werden müssen, und Befehle zur Einstellung der Laufzeit- 8 und Übertragungsglieder 18, um Laufzeit- und Amplitudenunterschiede zu korrigieren. Auch in diesem Fall ergibt sich eine geänderte Bezugsposition 1 ' . Aufgrund der vorliegenden Positionsinformation der Schallquelle kann die Steuereinrichtung 15 zusätzlich entscheiden, ob die Schallquelle innerhalb des gewünschten Bereichs liegt, und die Durchschaltung auf die abführenden Signalwege vornehmen.
Die dargestellte Schaltung kann in der Weise verändert werden, daß der Korrelator 11 auch hinter den Laufzeit- 8 und Übertragungsgliedern 18 angeschlossen werden kann. Ferner ist es möglich, Korrelator 11, Laufzeit- 8 und Übertragungsglieder 18 als digitalen Signalprozessor auszubilden, also alle Auswertungen und Einstellungen durch Software vorzunehmen.
Fig. 8 zeigt eine Schallaufnahmeeinrichtung mit Wellenleitern 17, die zu einem einzigen akustisch-elektrischen Wandler führen. Damit ist es möglich, die Anzahl der akustisch-elektrischen Wandler und somit die Kosten hierfür zu reduzieren. Dazu werden an den Orten der bisher dort angebrachten akustisch-elektrischen Wandler statt dessen jeweils Schallein- lässe akustischer Wellenleiter 17 vorgesehen. Die Schallein- lässe können derart angebracht werden, daß für den Schallempfang jeweils eine ausgeprägte Richtwirkung entsteht, wie beispielsweise bei Richtrohren für Mikrofone bekannt, die nach _ dem Interferenzprinzip arbeiten. Die Wellenleiter 17, die im allgemeinen aus einfachen Rohren bestehen, werden nun alle gemeinsam auf einen einzigen akustisch-elektrischen Wandler geführt. Die Längen der Wellenleiter 17 können so geschickt gewählt werden, daß die Laufzeit des Schalls von der Bezugsposition 1 zum akustisch-elektrischen Wandler durch alle Wellenleiter 17 gleich ist.
Fig. 9a zeigt eine Darstellung eines eindimensional und Fig. 9b eine Darstellung eines zwei- oder dreidimensional gedehnten akustisch-elektrischen Wandlers. Nach Fig. 9 folgt dessen Oberfläche zumindest näherungsweise oder in Abschnitten einem Kreis- oder Kugelabschnitt. Diese Ausführung entspricht einer sehr großen Anzahl von akustisch-elektrischen Wandlern, die einander unmittelbar benachbart sind. Selbst wenn der Wandler mit einer mechanisch durchgehenden Membran ausgeführt ist, wirken die einzelnen Abschnitte als einzelne akustischelektrische Wandler deren Signale hier integral addiert werden. Auch hier ist eine Richtwirkung wie bei Einzelwandlern gegeben .

Claims

P_ a_L e_n_ t .a_n_s p. r ü c „h e
1. Schallaufnahmeeinrichtung, insbesondere für eine Sprechstelle, bei der von einer Schallquelle aus Schall abgegeben und von wenigstens zwei Schallaufnehmern (2) aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufnehmer (2) in einem Abstand zu einer Bezugsposition (1), die der Ideal- oder Sollposition der Schallquelle entspricht, angeordnet sind, daß Richtungsvektoren (4) zwischen dieser Bezugsposition (1) und den jeweiligen Schallaufnehmern (2) in unterschiedliche Richtungen zeigen und daß die Schallaufnehmer (2) elektrisch oder akustisch mit einer gemeinsamen Additionsvorrichtung (6) für die Amplituden der Signale verbunden sind.
2. Schallaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufnehmer (2) einen einheitlichen Abstand von der Bezugsposition (1) aufweisen und auf einem Kreis- oder Kugelabschnitt (5) angeordnet sind, dessen Mittelpunkt durch die Bezugsposition (1) gebildet ist.
3. Schallaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei unterschiedlichem Abstand zwischen der Bezugsposition (1) und den Schallaufnehmern (2) diesen Lauf- zeitglieder (8) zugeordnet sind.
4. Schallaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von Laufzeitgliedern (8) einzelnen oder allen Schallaufnehmern (2) zusätzlich Übertragungsglieder (18) zugeordnet sind, deren Übertragungsmaß auf einheitliche Signalpegel aller Schallaufnehmer (2) einstellbar ist.
5. Schallaufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufnehmer (2) Richtcharakteristiken aufweisen und so ausgerichtet sind, daß die Achsen ihrer Hauptempfangsrichtungen (3) jeweils auf die Bezugsposition (1) weisen.
6. Schallaufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufnehmer (2) unmittelbar als akustisch-elektrische Wandler ausgebildet sind.
7. Schallaufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufnehmer (2) als Einlasse akustischer Wellenleiter (17) ausgebildet sind, die zu einem oder mehreren gemeinsamen akustisch-elektrischen Wandlern führen .
8. Schallaufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Markierung für die Sollposition der Schallquelle vorgesehen ist.
9. Schallaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Markierung durch wenigstens zwei Lichtquellen (9) gebildet ist, die jeweils von der Schallaufnahmeeinrichtung aus in Richtung der Sollposition der Schallquelle jeweils nur im Raumwinkel der günstigsten Schallaufnahme ein charakteristisches Licht abstrahlen.
10. Schallaufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis_ 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Schallauf- nehmer (2) und/oder deren Hauptempfangsrichtung (3) und/oder die Laufzeit der Laufzeitglieder (8) an eine Änderung der Istposition der Schallquelle derart anpaßbar ist, daß die Bezugsposition (1) der Schallaufnahmeeinrichtung der Istposition der Schallquelle nachführbar ist.
11. Schallaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Schallaufnehmer (2) einzeln oder in Gruppen verschiebbar und/oder verschwenkbar ist und daß ein Antrieb (16) zum Verschieben und/oder Verschwenken manuell oder durch automatische Positionserkennung der Schallquelle steuerbar ist.
12. Schallaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeit der Laufzeitglieder (8) manuell oder durch automatische Positionserkennung der Schallquelle steuerbar ist.
13. Schallaufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivität und/oder die Position der Schallquelle durch einen Korrelator (11) ermittelbar ist, dem die Signale der Schallaufnehmer (2) zugeführt sind oder daß die Position der Schallquelle durch Messung der Zeitdifferenz der Nulldurchgänge der Signale unterschiedlicher Schallaufnehmer ermittelbar ist.
14. Schallaufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale der akustisch-elektrischen Wandler nach Digitalisierung einem digitalen Signalprozessor zugeführt sind, der eine Additionsvorrichtung (6) Laufzeitglieder (8), Übertragungsglieder (18) und/oder einen Korrelator (11) nachbildet.
15. Schallaufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallaufnehmer (2) als Segmente eines in ein-, zwei- oder dreidimensionaler Richtung ausgedehnten akustisch-elektrischen Wandlers ausgebildet sind, dessen Oberfläche zumindest näherungsweise oder in Abschnitten einem Kreis- oder Kugelabschnitt entspricht.
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