EP1016314B1 - Verfahren zur optimierung des empfangs akustischer signale und elektrisches gerät - Google Patents
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- EP1016314B1 EP1016314B1 EP98916975A EP98916975A EP1016314B1 EP 1016314 B1 EP1016314 B1 EP 1016314B1 EP 98916975 A EP98916975 A EP 98916975A EP 98916975 A EP98916975 A EP 98916975A EP 1016314 B1 EP1016314 B1 EP 1016314B1
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- electrical
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- 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
Definitions
- the invention relates to a method according to the genus independent claim 1 and of an electrical device according to the genus of independent claim 5.
- Telephone terminals There are already electrical devices in the form of Telephone terminals known that have a voice input enable.
- the voice input takes place, for example via a hands-free microphone.
- the inventive method with the features of independent claim 1 and the invention electrical device with the characteristics of independent Claim 5 have the advantage that the phase-shifted superimposition of the electrical Microphone output signals have a characteristic directivity is achieved.
- the sensitivity can increase a predetermined point in the room can be increased so that a sound source arranged there particularly well through the Microphones can be recorded and a fade out Interference signal sources at other points in the room becomes.
- the Word recognition probability of a Speech recognition system is increased accordingly and the Word analysis simplified. The signal gets less from Background noise falsified.
- phase delays of the at least one phase delay element can be set. In this way, a location-independent setting is a Maximum reception for the beat signal possible.
- a Signal processing unit is provided, the electrical signals of the microphones are supplied and depending on the amplitudes of the electrical signals Coordinates of at least one sound source determined.
- the microphone from the recorded signals two or calculate three-dimensional images of the sound environment so that all sound sources can be determined locally.
- this information can then be the phase delay of the at least one phase delay element set in this way be that for a desired sound source Received maximum for the beat signal results.
- the Signal processing unit a speech analysis device is assigned and that the speech analysis device one Comparison of parameters of the electrical signals with in an assigned storage unit Language parameters carried out and with one depending of the comparison result Probability value of a sound source as a speech source identified.
- the phase delay of the at least one phase delay element be set to be at the location of the language source for the beat signal gives a maximum reception. Consequently are speech signals from this speech source with a high Sensitivity received, whereas interference signals from other sound sources are hidden.
- a particular advantage is that the Signal processing unit the phase delay of the at least one phase delay element depending the location of the identified language source so that yourself in the place of the language source for that Superposition signal results in a maximum reception.
- the phase delay of the at least one phase delay element automatically without User intervention, the location of the largest Sensitivity also adaptively to the location of the Language source can be updated. This represents for the User a significant improvement in ease of use represents.
- FIG. 1 shows a block diagram of a electrical input device with two voice inputs Microphones whose electrical output signals without Phase shift are superimposed
- Figure 2 a Block diagram of an electrical device with at least three microphones, their electrical output signals can be superimposed out of phase.
- 1 denotes a telecommunication terminal trained voice-input-capable electrical device.
- the Telecommunication terminal 1 comprises an adder 20 and a speech processing unit 70.
- An output 97 of the Adder 20 is with an input 107 of Speech processing unit 70 connected.
- An output 108 of the Speech processing unit 70 is not connected to one in FIG Telecommunications network shown connected.
- To the Telecommunications terminal 1 is a first microphone 5 and a second microphone 10 is connected.
- FIG. 1 At the same distance from the two microphones 5, 10 is a as in FIG Loudspeaker trained sound source 55 arranged Emits speech signals.
- the speech signals are from the two microphones 5, 10 according to that in FIG. 1 received dashed arrows.
- Speech source trained sound source 55 can be for example, the voice organ of a user of the Act telecommunications terminal 1.
- the microphones 5, 10 convert the received speech signals into electrical signals around and forward them to adder 20, where they can be superimposed by simple addition. Since the Speech source 55 of the two microphones 5, 10 is the same is spaced, the speech signal it emits by superimposing the electrical output signals of the Microphones 5, 10 scored twice in adder 20.
- the Language source 55 is thus in a place for which the beat signal at output 97 of the adder 20 results in a sensitivity or reception maximum.
- the Locations of the reception maxima are repeated with the Distance of the wavelength of the signal. Because language one represents statistically distributed frequency mix on average, only one reception maximum in the geometric Middle between the two microphones 5, 10 according to one dashed line 200 in Figure 1.
- FIG 2 is a telecommunications terminal trained speech input according to the invention electrical device 1 shown. It includes a first one Phase delay 30, a second Phase delay 35, a third Phase delay 40 and a fourth Phase delay element 45.
- the telecommunications terminal 1 also has a signal processing unit 50, a Speech analysis device 60 and a storage unit 65. Furthermore, there is a first one in the telecommunications terminal 1 Adder 20 and a second adder 25 as well a speech processing unit 70 is provided.
- To the Telecommunications terminal 1 is a first microphone 5, a second microphone 10 and a third microphone 15 connected. There is an output 104 of the first Microphone 5 to a first input 85 of the first Phase delay element 30 and to a first input 75 connected to the signal processing unit 50.
- An exit 86 of the first phase delay element 30 is with a first non-inverting input 87 of the first Addition member 20 connected.
- An output 105 of the second Microphone 10 is at a first input 88 of the second Phase delay element 35 and to a second input 76 connected to the signal processing unit 50.
- An exit 89 of the second phase delay element 35 is connected to a second non-inverting input 90 of the first Addition member 20 connected.
- An output 106 of the third Microphone 15 is at a first input 94 of the fourth Phase delay element 45 and to a third input 77 connected to the signal processing unit 50.
- An exit 95 of the fourth phase delay element 45 is with a first non-inverting input 96 of the second Addition member 25 connected.
- the microphone can have its output via a connecting line shown in dashed lines in Figure 2 to a first input 91 of the third Phase delay element 40 and to a fourth input 78 the signal processing unit 50 are connected.
- On Output 92 of the fourth phase delay element 40 is with a second non-inverting input 93 of the second Addition member 25 connected.
- An exit 97 of the first Adder 20 is with a third non-inverting input 98 of the second adder 25 connected.
- An output 99 of the second adder 25 is with an input 107 of the speech processing unit 70 connected.
- An output 108 of the speech processing unit 70 is to a not shown in Figure 2 Telecommunications network connected.
- the Has speech processing unit 70 according to Figure 1 and Figure 2 the task, the superimposed electrical voice signals for prepare the transmission in the telecommunications network and to deliver to this. If necessary, others can Microphones connected to the telecommunications terminal 1 and via appropriate phase delay and Addition elements with the other electrical voice signals superimposed and fed to the speech processing unit 70 become. In addition, the output signals of these are further Microphones also the signal processing unit 50 supply.
- the Signal processing unit 50 has a fifth input 79, which is connected to an output 110 of the memory unit 65 is.
- a first output 81 is the Signal processing unit 50 with a second input 100 of the first phase delay element 30 connected.
- On second output 82 of the signal processing unit 50 is connected a second input 101 of the second Phase delay element 35 connected.
- a third exit 83 of the signal processing unit 50 is with a second Input 102 of the third phase delay element 40 connected.
- a fourth exit 84 of the Signal processing unit 50 has a second input 103 of the fourth phase delay element 45 connected.
- Figure 2 is again a speaker trained sound source 55 shown, the speech signals emits and for example the speech organ of a user can represent.
- the speech signals the sound source 55 designed as a speech source Figure 2 is the language source 55 on a a dashed line 200 depicting the geometric location, in contrast to the arrangement according to FIG. 1 no longer the geometric center between the three microphones 5, 10, 15 forms, so that the three microphones 5, 10, 15 of the Speech source 55 are spaced differently.
- a non-central directional effect can be the location for which the beat signal of the electrical speech signals gives a maximum of reception appropriate choice of phase delay of each Phase delay elements 30, 35, 40, 45 can be specified. This can also for the non-central arrangement Speech source 55 according to FIG. 2 reaches a reception maximum become. Depending on the location of the language source 55, it can already be sufficient, only a single microphone output signal delay in the phase, so limited to this Use only one phase delay element required would. By using a phase delay element for however, each microphone is more flexible for the specification of the location for the language source 55, at which the Beat signal at input 107 of Speech processing unit 70 results in a maximum reception.
- the reception sensitivity of the Telecommunication terminal 1 for certain areas reinforce or reduce so that disturbing sound sources in Areas of low sensitivity essentially hidden and useful sound sources in the area increased Sensitivity can be received better. For every Sound source can be the reception sensitivity in one specified range.
- the signal processing unit 50 can optionally also calculate a three-dimensional image of the sound environment, so that all sound sources can be determined locally. At Only two microphones can be used determine two-dimensional image of the sound environment. at The use of more than three microphones can Accuracy in determining the location of sound sources increased be, but also require more computing effort is.
- the speech analysis device 60 is a Comparison of parameters of electrical Microphone output signals with in the memory unit 65 stored language parameters possible.
- the Signal processing unit 50 depending on the Comparative result for everyone in the sound environment detected sound source a value that the Probability indicates with which the respective Sound source was recognized as a speech source. The Sound source with the highest probability value then identified as a language source.
- phase delays with the microphones 5, 10, 15 connected phase delay elements 30, 35, 45 so be set at the location of the as the language source identified sound source for the beat signal Maximum reception results.
- the other sound sources will be thus essentially hidden as sources of interference.
- the appropriate adjustment of the phase delays can be done by the signal processing unit 50 also take place automatically, so that an adaptation of the phase shifts with the microphones 5, 10, 15 connected Phase delay elements 30, 35, 45 to a changing Location of the sound source identified as the language source is possible, so that despite a relative movement between the Voice source 55 and the telecommunications terminal 1 or the microphones 5, 10, 15 at the location of the speech source 55 for the beat signal maintains a receive maximum becomes.
- Sound sources can also be considered a sound source by the user Language source can be specified. For example, this is then advantageous if the telecommunications terminal 1 in a Car radio is integrated and as both the language source Driver as well as a passenger can be considered. It can then by changing the phase delays accordingly the one connected to the microphones 5, 10, 15 Phase delay elements 30, 35, 45 the driver or a Passenger can be selected as the language source 55, so that for the location of the selected language source is a maximum reception for the beat signal is set.
- the invention is not based on a telecommunications terminal 1 limited, but for all speech input electrical devices applicable. For example also be devices that have voice control.
- the speech processing unit 70 serves Evaluation and initiation of voice commands. Since it is at the evaluation of voice commands interference-free reception arrives separation of useful and interference signals according to the invention detection of the voice commands as error-free as possible without special mechanical aids such as Directional microphones or special filter algorithms for Elimination of the interference signals are required.
- the voice-input capable electrical device 1 When executing the voice-input capable electrical device 1 as a telecommunications terminal, it is due to the adaptive tracking of the reception maximum for the Superposition signal for a relative movement between the Telecommunications terminal 1 and the language source 55 not required that the telecommunications terminal 1 fixed is arranged. Therefore, the invention is also applicable to radio devices, Mobile phones, cordless phones and the like are applicable. The same applies to mobile voice-input electrical Devices with voice control. Electric voice input Devices with voice control can, for example, car radios, Personal computers, and the like, however wired or wireless telecommunications terminals.
- Signal processing unit 50 can be, for example, a digital one Signal processor are used.
- the inventive method and the inventive electrical equipment can be used for general optimization of receiving any acoustic signals, so that no limitation to electrical input Equipment is required.
- a speech analysis is then also not mandatory.
- To select a sound source as Useful sound sources are then appropriate criteria to be selected by the signal processing unit 50 are to be taken into account accordingly.
- Can also be provided be on an input unit by a user To have the sound source selected as the useful sound source.
- the not be selected as a useful sound source then faded out using suitable phase delays.
- the phase delays from the Signal processing unit 50 set so that a adaptive tracking of reception sensitivity in Dependence of the location of the useful sound source takes place, whereby the noise sources adaptive depending on their location be hidden.
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Description
Die Erfindung geht von einem Verfahren nach der Gattung des
unabhängigen Anspruchs 1 und von einem elektrischen Gerät
nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 5 aus.
Es sind bereits elektrische Geräte in Form von
Telefonendgeräten bekannt, die eine Spracheingabe
ermöglichen. Die Spracheingabe erfolgt dabei beispielsweise
über ein Freisprechmikrophon.
Aus z.B. US-A-4 802 227 ist bereits bekannt, dass
die Position der gewünschten Schallquelle mittels eines
Ortssignals über eine Eingabeeinheit vorgegeben wird.
Ferner wird auch nicht unterschieden, ob es sich bei
der Schallquelle um eine Sprachquelle handelt oder nicht.
Aus z.B. DE-A-19 540 795 und EP-A-0 795 851 wird
davon ausgegangen, dass es sich bei den ausgewählten
Schallquellen um Sprachquellen handelt, wobei in
DE-A-19 540 795 für die Auswahl der Schallquelle
das Kohärenzmaß und in EP-A-0 795 851 die
Leistungsverteilung gewählt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des
unabhängigen Anspruchs 1 und das erfindungsgemäße
elektrische Gerät mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 5 haben demgegenüber den Vorteil, daß durch die
phasenverschobene Überlagerung der elektrischen
Mikrophonausgangssignale eine charakteristische Richtwirkung
erzielt wird. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit an
einer vorgegebenen Stelle im Raum gesteigert werden, so daß
eine dort angeordnete Schallquelle besonders gut durch die
Mikrophone aufgenommen werden kann und eine Ausblendung von
Störsignalquellen an anderen Stellen im Raum ermöglicht
wird. Daraus resultiert eine gesteigerte Verständlichkeit
sowohl für das menschliche Ohr bei Übertragung von
Sprachsignalen beispielsweise über ein
Telekommunikationsnetz, als auch für ein
Sprachverarbeitungssystem bei einem sprachgesteuerten
elektrischen Gerät, so daß Störeinflüsse von vornherein
nicht mit aufgenommen werden und entsprechend auch nicht
durch aufwendige Maßnahmen unterdrückt werden müssen. Die
Worterkennungswahrscheinlichkeit eines
Spracherkennungssystems wird entsprechend gesteigert und die
Wortanalyse vereinfacht. Das Signal wird weniger von
Hintergrundgeräuschen verfälscht.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und des im
unabhängigen Anspruch 5 angegebenen elektrischen Gerätes
möglich.
Vorteilhaft ist es, daß verschiedene Phasenverzögerungen des
mindestens einen Phasenverzögerungsgliedes einstellbar sind.
Auf diese Weise ist eine ortsunabhängige Einstellung eines
Empfangsmaximums für das Überlagerungssignal möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, daß eine
Signalverarbeitungseinheit vorgesehen ist, der die
elektrischen Signale der Mikrophone zugeführt sind und die
in Abhängigkeit der Amplituden der elektrischen Signale
Koordinaten mindestens einer Schallquelle ermittelt.
Auf diese Weise lassen sich je nach Anzahl und Standortwahl
der Mikrophone aus den aufgenommenen Signalen zwei- bzw.
dreidimensionale Bilder der Schallumgebung errechnen, so daß
sich alle Schallquellen örtlich ermitteln lassen. Aufgrund
dieser Informationen kann dann die Phasenverzögerung des
mindestens einen Phasenverzögerungsgliedes so eingestellt
werden, daß sich für eine gewünschte Schallquelle ein
Empfangsmaximum für das Überlagerungssignal ergibt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der
Signalverarbeitungseinheit eine Sprachanalysevorrichtung
zugeordnet ist und daß die Sprachanalysevorrichtung einen
Vergleich von Parametern der elektrischen Signale mit in
einer zugeordneten Speichereinheit abgelegten
Sprachparametern durchführt und mit einem in Abhängigkeit
des Vergleichsergebnisses ermittelten
Wahrscheinlichkeitswert eine Schallquelle als Sprachquelle
identifiziert. Auf diese Weise kann die Phasenverzögerung
des mindestens einen Phasenverzögerungsgliedes so
eingestellt werden, daß sich an dem Ort der Sprachquelle für
das Überlagerungssignal ein Empfangsmaximum ergibt. Somit
werden Sprachsignale von dieser Sprachquelle mit einer hohen
Empfindlichkeit empfangen, wohingegen Störsignale von
anderen Schallquellen ausgeblendet werden.
Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die
Signalverarbeitungseinheit die Phasenverzögerung des
mindestens einen Phasenverzögerungsgliedes in Abhängigkeit
des Ortes der identifizierten Sprachquelle so einstellt, daß
sich an der Stelle der Sprachquelle für das
Überlagerungssignal ein Empfangsmaximum ergibt. Auf diese
Weise erfolgt die Einstellung der Phasenverzögerung des
mindestens einen Phasenverzögerungsgliedes automatisch ohne
Eingriff eines Benutzers, wobei der Ort der größten
Empfindlichkeit zusätzlich adaptiv dem Standort der
Sprachquelle nachgeführt werden kann. Dies stellt für den
Benutzer eine erhebliche Verbesserung des Bedienkomforts
dar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild eines
spracheingabefähigen elektrischen Gerätes mit zwei
Mikrophonen, deren elektrische Ausgangssignale ohne
Phasenverschiebung überlagert werden, und Figur 2 ein
Blockschaltbild eines elektrischen Gerätes mit mindestens
drei Mikrophonen, deren elektrische Ausgangssignale
phasenverschoben überlagert werden können.
In Figur 1 kennzeichnet 1 ein als Telekommunikationsendgerät
ausgebildetes spracheingabefähiges elektrisches Gerät. Das
Telekommunikationsendgerät 1 umfaßt ein Additionsglied 20
und eine Sprachverarbeitungseinheit 70. Ein Ausgang 97 des
Additionsgliedes 20 ist mit einem Eingang 107 der
Sprachverarbeitungseinheit 70 verbunden. Ein Ausgang 108 der
Sprachverarbeitungseinheit 70 ist an ein in Figur 1 nicht
dargestelltes Telekommunikationsnetz angeschlossen. An das
Telekommunikationsendgerät 1 ist ein erstes Mikrophon 5 und
ein zweites Mikrophon 10 angeschlossen. Dabei ist ein
Ausgang 104 des ersten Mikrophons 5 an einen ersten
nichtinvertierenden Eingang 87 des Additionsgliedes 20
angeschlossen und ein Ausgang 105 des zweiten Mikrophons 10
ist an einen zweiten nichtinvertierenden Eingang 90 des
Additionsgliedes 20 angeschlossen. In gleichem Abstand von
den beiden Mikrophonen 5, 10 ist gemäß Figur 1 eine als
Lautsprecher ausgebildete Schallquelle 55 angeordnet, die
Sprachsignale abgibt. Die Sprachsignale werden von den
beiden Mikrophonen 5, 10 gemäß den in Figur 1
eingezeichneten gestrichelten Pfeilen empfangen. Bei der als
Sprachquelle ausgebildeten Schallquelle 55 kann es sich
beispielsweise um das Sprachorgan eines Benutzers des
Telekommunikationsendgerätes 1 handeln. Die Mikrophone 5, 10
wandeln die empfangenen Sprachsignale in elektrische Signale
um und leiten sie an das Additionsglied 20 weiter, wo sie
durch einfache Addition überlagert werden. Da die
Sprachquelle 55 von den beiden Mikrophonen 5, 10 gleich
beabstandet ist, wird das von ihr abgegebene Sprachsignal
durch Überlagerung der elektrischen Ausgangssignale der
Mikrophone 5, 10 im Additionsglied 20 doppelt gewertet. Die
Sprachquelle 55 befindet sich somit an einem Ort, für den
das Überlagerungssignal am Ausgang 97 des Additionsgliedes
20 ein Empfindlichkeits- oder Empfangsmaximum ergibt. Die
Orte der Empfangsmaxima wiederholen sich dabei mit dem
Abstand der Wellenlänge des Signals. Da Sprache ein
statistisch verteiltes Frequenzgemisch darstellt, stellt
sich im Mittel nur ein Empfangsmaximum in der geometrischen
Mitte zwischen den beiden Mikrophonen 5, 10 gemäß einer
gestrichelten Linie 200 in Figur 1 ein.
In Figur 2 ist ein als Telekommunikationsendgerät
ausgebildetes erfindungsgemäßes spracheingabefähiges
elektrisches Gerät 1 dargestellt. Es umfaßt ein erstes
Phasenverzögerungsglied 30, ein zweites
Phasenverzögerungsglied 35, ein drittes
Phasenverzögerungsglied 40 und ein viertes
Phasenverzögerungsglied 45. Das Telekommunikationsendgerät 1
weist weiterhin eine Signalverarbeitungseinheit 50, eine
Sprachanalysevorrichtung 60 und eine Speichereinheit 65 auf.
Ferner ist im Telekommunikationsendgerät 1 ein erstes
Additionsglied 20 und ein zweites Additionsglied 25 sowie
eine Sprachverarbeitungseinheit 70 vorgesehen. An das
Telekommunikationsendgerät 1 ist ein erstes Mikrophon 5, ein
zweites Mikrophon 10 und ein drittes Mikrophon 15
angeschlossen. Dabei ist ein Ausgang 104 des ersten
Mikrophons 5 an einen ersten Eingang 85 des ersten
Phasenverzögerungsgliedes 30 und an einen ersten Eingang 75
der Signalverarbeitungseinheit 50 angeschlossen. Ein Ausgang
86 des ersten Phasenverzögerungsgliedes 30 ist mit einem
ersten nichtinvertierenden Eingang 87 des ersten
Additionsgliedes 20 verbunden. Ein Ausgang 105 des zweiten
Mikrophons 10 ist an einen ersten Eingang 88 des zweiten
Phasenverzögerungsgliedes 35 und an einen zweiten Eingang 76
der Signalverarbeitungseinheit 50 angeschlossen. Ein Ausgang
89 des zweiten Phasenverzögerungsglieds 35 ist mit einem
zweiten nichtinvertierenden Eingang 90 des ersten
Additionsgliedes 20 verbunden. Ein Ausgang 106 des dritten
Mikrophons 15 ist an einen ersten Eingang 94 des vierten
Phasenverzögerungsgliedes 45 und an einen dritten Eingang 77
der Signalverarbeitungseinheit 50 angeschlossen. Ein Ausgang
95 des vierten Phasenverzögerungsgliedes 45 ist mit einem
ersten nichtinvertierenden Eingang 96 des zweiten
Additionsgliedes 25 verbunden. Ein weiteres, in Figur 2
nicht dargestelltes Mikrophon kann mit seinem Ausgang über
eine in Figur 2 gestrichelt dargestellte Verbindungsleitung
an einen ersten Eingang 91 des dritten
Phasenverzögerungsgliedes 40 und an einen vierten Eingang 78
der Signalverarbeitungseinheit 50 angeschlossen werden. Ein
Ausgang 92 des vierten Phasenverzögerungsgliedes 40 ist mit
einem zweiten nichtinvertierenden Eingang 93 des zweiten
Additionsgliedes 25 verbunden. Ein Ausgang 97 des ersten
Additionsgliedes 20 ist mit einem dritten
nichtinvertierenden Eingang 98 des zweiten Additionsgliedes
25 verbunden. Ein Ausgang 99 des zweiten Additionsgliedes 25
ist mit einem Eingang 107 der Sprachverarbeitungseinheit 70
verbunden. Ein Ausgang 108 der Sprachverarbeitungseinheit 70
ist an ein in Figur 2 nicht dargestelltes
Telekommunikationsnetz angeschlossen. Die
Sprachverarbeitungseinheit 70 gemäß Figur 1 und Figur 2 hat
die Aufgabe, die überlagerten elektrischen Sprachsignale für
die Übertragung im Telekommunikationsnetz vorzubereiten und
an dieses abzugeben. Gegebenenfalls können noch weitere
Mikrophone an das Telekommunikationsendgerät 1 angeschlossen
und über entsprechende Phasenverzögerungs- und
Additionsglieder mit den übrigen elektrischen Sprachsignalen
überlagert und der Sprachverarbeitungseinheit 70 zugeführt
werden. Zusätzlich sind die Ausgangssignale dieser weiteren
Mikrophone auch der Signalverarbeitungseinheit 50
zuzuführen. Bei dem in Figur 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel, das für den Anschluß von maximal vier
Mikrophonen vorgesehen ist, weist die
Signalverarbeitungseinheit 50 einen fünften Eingang 79 auf,
der mit einem Ausgang 110 der Speichereinheit 65 verbunden
ist. An die Signalverarbeitungseinheit 50 ist außerdem eine
Sprachanalysevorrichtung 60 zum gegenseitigen Datenaustausch
angeschlossen. Weiterhin ist ein erster Ausgang 81 der
Signalverarbeitungseinheit 50 mit einem zweiten Eingang 100
des ersten Phasenverzögerungsgliedes 30 verbunden. Ein
zweiter Ausgang 82 der Signalverarbeitungseinheit 50 ist mit
einem zweiten Eingang 101 des zweiten
Phasenverzögerungsgliedes 35 verbunden. Ein dritter Ausgang
83 der Signalverarbeitungseinheit 50 ist mit einem zweiten
Eingang 102 des dritten Phasenverzögerungsgliedes 40
verbunden. Ein vierter Ausgang 84 der
Signalverarbeitungseinheit 50 ist mit einem zweiten Eingang
103 des vierten Phasenverzögerungsgliedes 45 verbunden.
Weiterhin ist in Figur 2 wiederum eine als Lautsprecher
ausgebildete Schallquelle 55 dargestellt, die Sprachsignale
abgibt und beispielsweise das Sprachorgan eines Benutzers
darstellen kann. Die drei Mikrophone 5, 10, 15 empfangen
gemäß den gestrichelten Pfeilen in Figur 2 die Sprachsignale
der als Sprachquelle ausgebildeten Schallquelle 55. Gemäß
Figur 2 befindet sich die Sprachquelle 55 an einem durch
eine gestrichelte Linie 200 dargestellten geometrischen Ort,
der im Gegensatz zur Anordnung nach Figur 1 nicht mehr die
geometrische Mitte zwischen den drei Mikrophonen 5, 10, 15
bildet, so daß die drei Mikrophone 5, 10, 15 von der
Sprachquelle 55 unterschiedlich beabstandet sind.
Soll nun eine nichtmittige Richtwirkung erreicht werden,
kann der Ort, für den das Überlagerungssignal der
elektrischen Sprachsignale ein Empfangsmaximum ergibt, durch
geeignete Wahl der Phasenverzögerung der einzelnen
Phasenverzögerungsglieder 30, 35, 40, 45 vorgegeben werden.
Dadurch kann auch für die nichtmittige Anordnung der
Sprachquelle 55 gemäß Figur 2 ein Empfangsmaximum erreicht
werden. Je nach Ort der Sprachquelle 55 kann es bereits
ausreichend sein, nur ein einziges Mikrophonausgangssignal
in der Phase zu verzögern, so daß beschränkt auf diesen
Anwendungsfall nur ein Phasenverzögerungsglied erforderlich
wäre. Durch Verwendung eines Phasenverzögerungsgliedes für
jedes Mikrophon besteht jedoch eine größere Flexibilität für
die Vorgabe des Ortes für die Sprachquelle 55, bei der das
Überlagerungssignal am Eingang 107 der
Sprachverarbeitungseinheit 70 ein Empfangsmaximum ergibt. Da
es für die Einstellung eines Empfangsmaximums auch auf die
Anbringungsorte der Mikrophone 5, 10, 15 ankommt, kann bei
einem vorgegebenen Ort für die Sprachquelle 55 ein
Empfangsmaximum für das Überlagerungssignal sowohl durch
geeignete Anordnung der Mikrophone 5, 10, 15 als auch durch
geeignete Wahl der Phasenverzögerungen der
Phasenverzögerungsglieder 30, 35, 40, 45 eingestellt werden.
Sind jedoch die Anbringungsorte der Mikrophone 5, 10, 15
nicht veränderbar, so kann das Empfangsmaximum für das
Überlagerungssignal nur durch Variation der
Phasenverzögerungen der Phasenvergzögerungsglieder 30, 35,
40, 45 erreicht werden.
Durch geeignete Wahl der Anbringungsorte für die Mikrophone
5, 10, 15 und der Phasenverzögerungen der mit den
Mikrophonen 5, 10, 15 verbundenen Phasenverzögerungsglieder
30, 35, 45 läßt sich die Empfangsempfindlichkeit des
Telekommunikationsendgerätes 1 für bestimmte Bereiche
vestärken bzw. verringern, so daß störende Schallquellen in
Bereichen geringer Empfindlichkeit im wesentlichen
ausgeblendet und Nutzschallquellen im Bereich erhöhter
Empfindlichkeit verbessert empfangen werden können. Für jede
Schallquelle kann dabei die Empfangsempfindlichkeit in einem
vorgegebenen Bereich festgelegt werden.
Aus den ihr zugeführten Ausgangssignalen der Mikrophone 5,
10, 15 kann die Signalverarbeitungseinheit 50 optional auch
ein dreidimensionales Bild der Schallumgebung errechnen, so
daß sich alle Schallquellen örtlich ermitteln lassen. Bei
Verwendung von nur zwei Mikrophonen läßt sich dabei nur ein
zweidimensionales Bild der Schallumgebung bestimmen. Bei
Verwendung von mehr als drei Mikrophonen kann die
Genauigkeit bei der Ortsermittlung der Schallquellen erhöht
werden, wobei jedoch auch mehr Rechenaufwand erforderlich
ist. Mittels der Sprachanalysevorrichtung 60 ist ein
Vergleich von Parametern der elektrischen
Mikrophonausgangssignale mit in der Speichereinheit 65
abgelegten Sprachparametern möglich. Dabei ermittelt die
Signalverarbeitungseinheit 50 in Abhängigkeit des
Vergleichsergebnisses für jede in der Schallumgebung
detektierte Schallquelle einen Wert, der die
Wahrscheinlichkeit angibt, mit der die jeweilige
Schallquelle als Sprachquelle erkannt wurde. Die
Schallquelle mit dem höchsten Wahrscheinlichkeitswert wird
dann als Sprachquelle identifiziert. Mit dieser Information
können die Phasenverzögerungen der mit den Mikrophonen 5,
10, 15 verbundenen Phasenverzögerungsglieder 30, 35, 45 so
eingestellt werden, daß sich an dem Ort der als Sprachquelle
identifizierten Schallquelle für das Überlagerungssignal ein
Empfangsmaximum ergibt. Die anderen Schallquellen werden
somit als Störquellen im wesentlichen ausgeblendet. Die
entsprechende Einstellung der Phasenverzögerungen kann durch
die Signalverarbeitungseinheit 50 auch automatisch erfolgen,
so daß auch eine Adaption der Phasenverschiebungen der mit
den Mikrophonen 5, 10, 15 verbundenen
Phasenverzögerungsglieder 30, 35, 45 an einen sich ändernden
Ort der als Sprachquelle identifizierten Schallquelle
möglich ist, so daß trotz einer Relativbewegung zwischen der
Sprachquelle 55 und dem Telekommunikationsendgerät 1 bzw.
den Mikrophonen 5, 10, 15 an dem Ort der Sprachquelle 55 für
das Überlagerungssignal ein Empfangsmaximum aufrechterhalten
wird.
Bei mehreren mit hohen Wahrscheinlichkeitswerten erkannten
Schallquellen kann auch vom Benutzer eine Schallquelle als
Sprachquelle vorgegeben werden. Dies ist zum Beispiel dann
von Vorteil, wenn das Telekommunikationsendgerät 1 in ein
Autoradio integriert ist und als Sprachquelle sowohl der
Fahrer als auch ein Beifahrer in Betracht kommen. Es kann
dann durch entsprechende Änderungen der Phasenverzögerungen
der mit den Mikrophonen 5, 10, 15 verbundenen
Phasenverzögerungsglieder 30, 35, 45 der Fahrer oder ein
Beifahrer als Sprachquelle 55 ausgewählt werden, so daß für
den Ort der gewählten Sprachquelle ein Empfangsmaximum für
das Überlagerungssignal eingestellt wird.
Sind die Mikrophone 5, 10, 15 Bestandteil einer
Freisprecheinrichtung des Telekommunikationsendgerätes 1, so
können Sprachsignale einer Sprachquelle 55 örtlich
zielgerichtet und nahezu ungestört aufgenommen werden. Die
Sprachverständlichkeit der durch die Freisprecheinrichtung
aufgenommenen Sprachsignale wird dadurch erheblich
verbessert.
Die Erfindung ist nicht auf ein Telekommunikationsendgerät 1
beschränkt, sondern für alle spracheingabefähigen
elektrischen Geräte anwendbar. Dies können beispielsweise
auch Geräte sein, die eine Sprachsteuerung aufweisen. In
diesem Fall dient die Sprachverarbeitungseinheit 70 der
Auswertung und Veranlassung von Sprachbefehlen. Da es bei
der Auswertung von Sprachbefehlen besonders auf
störungsfreien Empfang ankommt, ermöglicht die
erfindungsgemäße Trennung von Nutz- und Störsignalen eine
möglichst fehlerfreie Detektion der Sprachbefehle, ohne daß
besondere mechanische Hilfsmittel wie zum Beispiel
Richtmikrophone oder spezielle Filteralgorithmen zur
Eliminierung der Störsignale erforderlich sind.
Bei Ausführung des spracheingabefähigen elektrischen Gerätes
1 als Telekommunikationsendgerät ist es aufgrund der
adaptiven Nachführung des Empfangsmaximums für das
Überlagerungssignal bei einer Relativbewegung zwischen dem
Telekommunikationsendgerät 1 und der Sprachquelle 55 nicht
erforderlich, daß das Telekommunikationsendgerät 1 ortsfest
angeordnet ist. Daher ist die Erfindung auch auf Funkgeräte,
Mobiltelefone, Schnurlostelefone und dergleichen anwendbar.
Dasselbe gilt für mobile spracheingabefähige elektrische
Geräte mit Sprachsteuerung. Spracheingabefähige elektrische
Geräte mit Sprachsteuerung können beispielsweise Autoradios,
Personalcomputer, und dergleichen sein, jedoch auch
drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationsendgeräte.
Es ist auch möglich, die Phasenverzögerungen und Additionen
statt mit diskreten Baugruppen in der
Signalverarbeitungseinheit 50 oder einer separaten
Signalverarbeitungseinheit zu realisieren. Als
Signalverarbeitungseinheit kann beispielsweise ein digitaler
Signalprozessor eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße
elektrische Gerät lassen sich ganz allgemein zur Optimierung
des Empfangs beliebiger akustischer Signale einsetzen, so
daß keine Beschränkung auf spracheingabefähige elektrische
Geräte erforderlich ist. Eine Sprachanalyse ist dann auch
nicht erforderlich. Zur Auswahl einer Schallquelle als
Nutzschallquelle sind dann entsprechend geeignete Kriterien
zu wählen, die von der Signalverarbeitungseinheit 50
entsprechend zu berücksichtigen sind. Auch kann vorgesehen
sein, an einer Eingabeeinheit von einem Benutzer eine
Schallquelle als Nutzschallquelle auswählen zu lassen. Die
nicht als Nutzschallquelle ausgewählten Schallquellen werden
dann mittels geeigneter Phasenverzögerungen ausgeblendet.
Dabei werden die Phasenverzögerungen von der
Signalverarbeitungseinheit 50 so eingestellt, daß eine
adaptive Nachführung der Empfangsempfindlichkeit in
Abhängigkeit des Ortes der Nutzschallquelle erfolgt, wobei
die Störschallquellen in Abhängigkeit ihres Ortes adaptiv
ausgeblendet werden.
Claims (9)
- Verfahren zur Optimierung des Empfangs akustischer Signale, wobei von mindestens zwei Mikrofonen (5, 10, 15) empfangene akustische Signale in elektrische Ausgangssignale umgewandelt werden, wobei von den elektrischen Ausgangssignalen abgeleitete Signale überlagert werden und wobei mindestens ein elektrisches Signal vor der Überlagerung in seiner Phase verzögert wird, dadurch gekennzeichnet, daß von den elektrischen Ausgangssignalen Sprachparameter abgeleitet werden, daß die Sprachparameter mit vorgegebenen Sprachparametern verglichen werden und daß mit einem in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ermittelten Wahrscheinlichkeitswert mindestens eine Schallquelle (55) als Sprachquelle identifiziert wird, daß eine als Sprachquelle identifizierte Schallquelle (55) ausgewählt wird und daß die Phase des mindestens einen elektrischen Signals vor der Überlagerung in Abhängigkeit des Ortes der angeschlossenen Mikrofone (5, 10, 15) so verzögert wird, daß sich an der Stelle der ausgewählten Sprachquelle für das Überlagerungssignal ein Empfangsmaximum ergibt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallquelle (55) mit dem höchsten Wahrscheinlichkeitswert als Sprachquelle ausgewählt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schallquelle (55) durch Benutzervorgabe als Sprachquelle vorgegeben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit der Amplituden der elektrischen Ausgangssignale Ortskoordinaten mindestens einer Schallquelle (55) ermittelt werden.
- Elektrisches Gerät (1), insbesondere Telekommunikationsendgerät, wobei mindestens zwei Mikrofone (5, 10, 15) an das elektrische Gerät (1) anschließbar sind, die empfangene akustische Signale in elektrische Ausgangssignale umwandeln, wobei mindestens ein Mittel (20, 25), insbesondere ein Additionsglied, vorgesehen ist, das von den elektrischen Ausgangssignalen angeschlossener Mikrophone (5, 10, 15) abgeleitete Signale überlagert, und wobei mindestens ein Phasenverzögerungsglied (30, 35, 40, 45) vorgesehen ist, das ein elektrisches Signal vor der Überlagerung in seiner Phase verzögert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sprachanalysevorrichtung (60) vorgesehen ist, die einen Vergleich von Parametern der elektrischen Signale mit in einer zugeordneten Speichereinheit (65) abgelegten Sprachparametern durchführt und mit einem in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ermittelten Wahrscheinlichkeitswert mindestens eine Schallquelle (55) als Sprachquelle identifiziert, wobei eine Auswahl einer als Sprachquelle identifizierten Schallquelle (55) erfolgt, und daß eine Signalverarbeitungseinheit (50) vorgesehen ist, die der Sprachanalysevorrichtung (60) zugeordnet ist und die die Phasenverzögerung des mindestens einen Phasenverzögerungsgliedes (30, 35, 40, 45) in Abhängigkeit des Ortes der angeschlossenen Mikrofone (5, 10, 15) so einstellt, daß sich an der Stelle der ausgewählten Sprachquelle für das Überlagerungssignal ein Empfangsmaximum ergibt.
- Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Phasenverzögerungen des mindestens einen Phasenverzögerungsgliedes (30, 35, 40, 45) einstellbar sind.
- Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverarbeitungseinheit (50) vorgesehen ist, der die elektrischen Signale der Mikrophone (5, 10, 15) zugeführt sind und die in Abhängigkeit der Amplituden der elektrischen Signale Ortskoordinaten mindestens einer Schallquelle (55) ermittelt.
- Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (50) die Schallquelle (55) mit dem höchsten Wahrscheinlichkeitswert als Sprachquelle auswählt.
- Elektrisches Gerät (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl einer Schallquelle (55) durch Benutzervorgabe erfolgt.
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