EP3704869A1 - Konfigurierbares mikrofonarray und verfahren zum konfigurieren eines mikrofonarrays - Google Patents

Konfigurierbares mikrofonarray und verfahren zum konfigurieren eines mikrofonarrays

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Publication number
EP3704869A1
EP3704869A1 EP18748888.7A EP18748888A EP3704869A1 EP 3704869 A1 EP3704869 A1 EP 3704869A1 EP 18748888 A EP18748888 A EP 18748888A EP 3704869 A1 EP3704869 A1 EP 3704869A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
microphone array
signal
sound
microphone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18748888.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Lee
Marios Athineos
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.)
Sennheiser Electronic Se & Co Kg
Original Assignee
Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sennheiser Electronic GmbH and Co KG filed Critical Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Publication of EP3704869A1 publication Critical patent/EP3704869A1/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
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    • G10K2210/10—Applications
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    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones

Definitions

  • the invention relates to microphone arrays and in particular microphone arrays with automatic beam focusing (automatic beam focusing).
  • Microphone arrays use a variety of microphone capsules and combine their output signals to achieve a specific directivity of the microphone array in a particular direction.
  • the direction of a sound source can be detected by analyzing delays between the sound signals arriving at the microphone capsules. Accordingly, a directivity of a microphone array can be achieved by combining delayed output of the microphones. While directivity in a particular, unchanging direction is sufficient for some applications, other applications such as e.g. Conference phones multiple focus areas or even a variable directivity of the microphone array, the direction of increased sensitivity can be controlled by adjusting or changing the respective delays.
  • Microphone arrays can also use automatic beam focusing to automatically adjust their directivity to a currently active speaker.
  • the microphone array may detect the direction of a currently active speaker by detecting the direction of a sound signal having the maximum volume or energy among all the sound signals.
  • the microphone array can scan sound signals from various predetermined directions of a given search area. It can detect and compare the respective energies of sound signals from these directions, determine a direction of maximum sound energy and adjust the delays for its microphone capsules in such a way that a directivity results in the direction determined.
  • a microphone array is known, for example, from US 2017/164101 A1. It can be used, for example, for a conference telephone, which can focus on a speaker positioned anywhere in the room or moving and can follow him.
  • the interfering sound sources can be electronic devices, such as beamer (or projectors), speakers, fans or air conditioning.
  • the microphone array can perceive the source of interference.
  • the background noise can even be the sound signal with the highest energy in the search range, so that the microphone array focuses on the source of interference.
  • the focus of the microphone array between a speaker and the source of interference jump back and forth, which can degrade the signal quality of the speech signal. It is particularly disturbing when the microphone array receives and amplifies the sound of the interference source.
  • An underlying problem of the invention is therefore to prevent a microphone array with multiple focus areas or with automatic beam focusing focusing on sources of acoustic interference.
  • the problem is to be solved flexibly for different types of acoustic interference sources, namely those whose spatial position relative to the fixed microphone array is known only with the installation of the microphone array, and at least over a certain period of time (eg the typical length of a telephone call ) or permanently immobile, such as a fan.
  • the problem is also to be solved for temporarily occurring sources of interference, the spatial position is indeed fixed, but only prove during a telephone call as sources of interference, such. an open window.
  • the problem is also to be solved for mobile, so not fixed microphone array.
  • the microphone array according to the invention can detect a predefined, automatically generated control beacon signal which is played from a direction in which a disturbing sound source is located and which configure according to the direction and the detected control sound signal.
  • the control sound signal may include, for example, an audio signature.
  • the invention relates to a method in which the microphone array searches a defined search area for sound sources that are being played back detects predefined control sound signal, determines the direction from which it comes, and then configures the microphone array according to the control sound signal and the direction determined
  • the configuration may include, for example, a special gain / attenuation or the elimination of the detected direction from the search area, or the cancellation of a previously configured special gain / attenuation or elimination of a direction.
  • a configurable microphone array includes a plurality of microphone capsules, a configurable directivity beamforming unit, at least one directional control unit for automatically controlling and adjusting the configurable directivity, and a configuration control unit having a control signal detector capable of detecting one of the microphone capsules - To detect tes Schalisignal as a predefined control sound signal and its receive direction and to generate at least one of the control sound signal corresponding control signal. With the control signal, the direction control unit is configured according to the control sound signal.
  • both the beamforming unit and the directional control unit and the configuration control unit may receive input signals directly from the microphone capsules.
  • the directional control unit may also be integrated into the beamforming unit in some embodiments.
  • An advantage of the invention is that it provides a convenient and user-friendly solution to support a quick, flexible and easy configuration of microphone arrays.
  • regions of the search area can be marked so that the microphone array can process signals from the different regions differently. The number of these regions is variable.
  • the solution according to the invention is intuitive and easy to use.
  • Another advantage is that the configuration does not require a defined position or orientation of the microphone array in space, i.
  • the microphone array can be positioned as desired or even contained in a mobile device. The configuration can then be adapted to the current situation. Eliminating regions of the search range can significantly reduce microphone array error rates and improve audio quality.
  • FIG. 2 is a block diagram of a microphone array according to a first embodiment
  • FIG. 3 is a block diagram of a microphone array according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram of a microphone array according to a third embodiment
  • Fig. 5 is a block diagram of the beam shaping unit in the third embodiment
  • Fig. 7 exemplary sound sequences as a control Schallsigna! E.
  • FIG. 1 shows by way of example a conference room with a ceiling-mounted configurable microphone array 100 and with a plurality of acoustic interference sources, for example a projector 120, an air-conditioning system 130 and a pair of loudspeakers 140, 140 '.
  • the microphone array 100 in this example is mounted centrally in the room, above a table 150.
  • Fig. 1 a) is a schematic side view of the conference room
  • Fig. 1 b) is a schematic top view.
  • the microphone array 100 may initially search for sound sources in all directions of its search range or detection range, detect one or more dominant sound sources, and record and output their sound signals.
  • the sound sources may be speakers, eg participants of a telephone conference, sitting at the table 150, standing in the conference room or moving in it.
  • the search area can extend to the entire room. Different techniques can be used for the search for sound sources, eg a predefined grid of test points 107. It is also possible for a region 105 of the room to be fundamentally excluded from the search range, eg. B. structurally conditioned by the microphone array. While conventional microphone arrays can be disturbed by unwanted noise from various sources of interference 120, 130, 140, the invention provides an easy way to hide one or more specific sources of interference from the detection range of the microphone array: A user can use a portable electronic device 110 that is capable of reproducing sound suitable, such as a smartphone or an acoustic remote control, place between the configurable microphone array 100 and the interference source 30, and can play with the portable electronic device 110 a specific control sound signal.
  • a portable electronic device 110 that is capable of reproducing sound suitable, such as a smartphone or an acoustic remote control, place between the configurable microphone array 100 and the interference source 30, and can play with the portable electronic device 110 a specific control sound signal.
  • the microphone array 100 detects sound signals and the spatial direction from which it receives the sound signals. For this purpose, the direction of the highest volume of all sound signals can be detected. In this case, in one embodiment, only a portion of the existing microphone capsules is used, whereby the processing cost is reduced. In another embodiment, all microphone capsules are used.
  • the search for a dominant sound source can be repeated at regular intervals, eg. B. every 30 ms, or be performed permanently.
  • the beamforming of the microphone array is focused on it in the present or the next time period, and its sound signal is picked up and output.
  • the direction can be detected, for example, as a pair of elevation and azimuth angles.
  • the microphone array 100 uses a grid of test points 107, it can also detect the direction of incidence of the sound signal through the particular test point or points instead of the angles. In this case it is also possible to interpolate between several test points in order to detect a direction lying between test points.
  • several or all test points of the grid may be analyzed simultaneously or at least within the above-mentioned time period.
  • the raster contains only a few test points corresponding to known positions of potential sound sources.
  • the pair of elevation and azimuth angles or the detected or interpolated test point represents a spatial sector whose magnitude corresponds to a spatial resolution of the microphone array as the direction of incidence of the sound signal.
  • This method for the detection of a sound signal can be used both for useful signals, ie for example speech signals which are output for further processing, as well as for the specific control sound signal, which are used according to the invention for controlling the microphone array.
  • These are specific in that they contain coded information or signature. This can be eg a simple tone sequence or melody, a sound signal with a certain modulation or a special audio watermark.
  • the control sound signal may be in the audible frequency range or at least partially in the ultrasonic range. An example will be described below in connection with FIG. 7.
  • the microphone array 100 can detect the control sound signals and decouple to obtain the information contained therein by comparing the received sound signal with one or more predefined control sound signals.
  • the microphone array 100 performs a corresponding configuration, for example with regard to its beam control and spatial directivity.
  • the received control sound signal since it is a sound signal, can be output via the normal audio output of the microphone array.
  • the microphone array suppresses the output of the control sound signal after it has detected that the received control sound signal corresponds to a predefined control sound signal and therefore is not a voice signal.
  • the detection of the control sound signal occurs simultaneously with the search for the dominant sound signal and independently, so that the control sound signal can be detected even if it is not the dominant sound signal. Both processes are similar and can use the same microphone signals as described below. Different types of configuration are possible.
  • the detected spatial direction from which a control sound signal was received can be excluded from the search range of the microphone array.
  • the user can hold the portable device 110, for example, between the microphone array 100 and the air conditioning system 130.
  • the microphone array detects the control sound signal and its direction, internally decodes the information contained therein to an electrical control signal with the meaning "Close this Direction out "and configures itself by excluding the corresponding direction from its search range, at least useful signals from this direction are then ignored
  • the direction to be excluded is a spatial direction, ie it can be defined by an angle pair of an elevation angle e Azimuth angle ⁇ j> a or, for example, as a test point or a group of test points 137.
  • the microphone array 100 stores this information until it is overwritten or deleted, for example, by another configuration.
  • adjacent sectors or directions may be excluded from the search area if the microphone array receives sound therefrom during the described configuration. It is also possible to change the size of the exclusion Sector by the portable electronic device 110 is placed closer to the microphone array 100 (to enlarge the sector) or further away from the microphone array (to reduce the sector) when playing the control sound signal. The user can repeat the process for one or more other sources of interference.
  • the micro- phone array will then exclude all of them from the search area by generating and storing respective exclusion sectors, eg in Fig. 1 a first exclusion sector 125 for a projector 120, a second exclusion sector 135 for an air conditioner 130 and a third and fourth dispatch sector 145 , 145 'for a wall-hung pair of speakers 140, 140'.
  • FIG. 1 b) shows their azimuth angle ⁇ 8 .
  • the third and fourth exclusion sectors 145, 145 have the same elevation angle for the speakers hanging on the wall, but different azimuth angles. Due to the limited spatial resolution, the term "angle" or "direction" always means angle ranges.
  • Each test point 107, 137, 147 in Figure 1 a) represents a beam having a particular elevation and azimuth angle range or beam through the microphone array and the test point, and the portable device 110 may be placed anywhere along that beam. The detected or excluded area, however, may be smaller with greater distance of the portable device 110 from the microphone array due to the spatial resolution.
  • the microphone array 00 may recognize and distinguish a plurality of different predefined control sound signals reproduced by the portable device 110 that correspond to various control commands.
  • the microphone array 100 may decode them to receive and implement the respective control command, ie to configure themselves accordingly. For example, an earlier configuration of an exclusion sector can be overridden. This can be a control sound signal! This is useful, for example, when a source of interference has been moved or when a false exclusion sector has been inadvertently defined, and such control is easier to implement in embodiments where the search is done after a dominant sound source and the detection of control sound signals are separate concurrent processes, as described below In other embodiments, it may happen that the microphone array does not receive the control sound signal because it comes from a direction excluded from the search area.
  • the control information may be "clear the exclusion of adjacent sectors" and from an adjacent, not excluded sector.
  • a special control sound signal is defined for deleting all exclusion sectors.
  • the microphone array may store one or more configurations for later retrieval, e.g. B. for several different conference rooms.
  • the microphone array may be configured by a control command to modify the processing of sound signals from the corresponding spatial direction, eg, a particular gain factor may be applied thereto. This direction is referred to below as a marking sector.
  • this control command can be canceled by another control command.
  • the control sound signal reproduced by the portable electronic device 110 is preferably not a voice signal but in one embodiment a synthesized or electronically generated acoustic signal. This makes it easier to distinguish between useful (speech) signals that can be recorded simultaneously. In particular, no speech recognition is then necessary for decoding, which is usually very complicated.
  • the microphone array 100 includes an array 200 of a plurality of microphone capsules 210 that has a configurable directivity.
  • the arrangement 200 also contains control electronics (not shown), for. B. Analog-to-digital converter (ADC) and adjustable delay elements.
  • the microphone array 100 further includes a direction control unit 250 and a configuration control unit 240.
  • the direction control unit 250 is adapted to control the configurable directivity of the microphone array 200, eg, to adjust the adjustable delay elements.
  • the configuration control unit 240 is adapted to determine whether a sound signal detected by the microphone assembly 200 is a control sound signal and corresponds to a predefined control sound signal.
  • the configuration control unit 240 is further adapted to send one or more control signals CTR to the direction control unit 250 to configure it in accordance with the detected sound signal and the predefined control sound signal, respectively.
  • the configuration control unit 240 and / or the direction control unit 250 may be implemented by one or more processors, eg, signal processor units.
  • the microphone assembly 200 includes delay elements for microphone signals received by the microphone capsules 210, and therefore has a directivity in itself.
  • the Delay elements configurable, and the direction control unit 250 generates control signals 255 for their configuration.
  • the recorded sound signals, and thus the output signal 230 of the microphone arrangement 200 contain not only control signals, but also voice signals which are received from one or more directions determined by the beam focusing. These are output at an output 220 for voice output and further processing such as filtering (not shown).
  • the configuration control unit 240 in one embodiment, may detect a dominant sound source and align the directivity of the microphone array with beam shaping using the direction control unit 250, as described above.
  • the configuration control unit 240 includes a comparator 241, a control signal generator 242, and a direction detector 243.
  • the direction detector 243 is adapted to detect a first direction from which the microphone assembly 200 received a sound signal.
  • the comparator 241 is adapted to compare the received sound signal with at least a first predefined control sound signal and to detect that the received sound signal corresponds to the control sound signal.
  • the control signal generator 242 is adapted to generate at least one electrical control signal CTR according to the type and direction of the received control sound signal. If the comparator 241 no predefined Kontroli-sound signal! detected, the received sound signal can be considered as a useful signal and output at the output 220. However, if the comparator 241 is e.g.
  • the control signal generator 242 outputs the information corresponding to the control sound signal by means of the electrical control signal CTR.
  • the control signal generator 242 may output the information corresponding to the control sound signal as a separate control signal.
  • the electrical control signal CTR, and possibly also the separate control signal is output to the direction control unit 250 to control the microphone array 200 in accordance with the received (useful) sound signal and if necessary, to configure according to the received control sound signal with respect to the first direction.
  • the microphone array 100 includes an electronic memory 500 or is connected to such a memory in which data is stored that defines one or more predefined control circuit signals and their meaning or configuration commands.
  • the configuration control unit 240 may record the recorded Sound signal, or certain derived parameters, with the one or more stored in the memory 500 predefined control sound signals or their parameters compare and detect that the recorded sound signal with one of the predefined control Schalisignale matches, for example, the first control Schallsig - no. This can be done in the comparator 241. Thereafter, the configuration control unit 240 may generate the electrical control signal CTR in accordance with the detected control sound signal. With the aid of the electrical control signal CTR, the direction control unit 250 can be configured.
  • the search for sound signals in the direction detector 243 and the receipt of sound signals formerly found or firmly defined sound sources as useful signals, which are then output, may require focusing in different directions for the beam shaping. This can be done alternately in time multiplex or simultaneously. In the first case, short pauses can be used for the search. In the second case, for example, one part of the microphone capsules 210 can be used for the search and another part for the reception of the useful signals. Alternatively, in the second case, at least a portion of the microphone capsules 210 may have two or more different, individually configurable delay elements, so that these microphone capsules can be used simultaneously for both processes. Preferably, fewer microphone capsules are used for the search than for receiving the useful signals.
  • the direction control unit 250 may be configured to produce a directivity for the microphone assembly 200 in which the first direction is suppressed. This means that sound signals from the direction from which the control sound signal was received are ignored.
  • the search for a dominant sound source and the detection of control sound signals are separate, concurrent processes, at least the search for a dominant sound source in the first direction is then omitted or suppressed. In a variant, this may also mean that no sound is picked up at all from the first direction, while in another variant the detection of control sound signals continues to be possible also from the first direction.
  • the direction control unit 250 may be configured to disable the search for a dominant sound source.
  • a current focus can be maintained or a default configuration can be set, eg an omnidirectional sensitivity or a agreed directivity.
  • a previously made configuration of the direction control unit 250 may be reversed, such as the suppression of a first direction or the suppression of a second direction deviating from the first direction.
  • the first and second directions represent spatial regions and may be considered as marker sectors.
  • Another possible application for tag sectors is speaker recognition or identification of speakers or participants in a telephone conference. For example, marks or labels may be inserted into the audio signal 220 as metadata.
  • 3 shows a block diagram of a microphone array according to a second embodiment.
  • the output signals 315 of an array of microphone capsules 310 are output to a sound signal direction detector 350, a control signal detector 30 and a beam shaping unit 320. Digitization by means of analog-to-digital converters (ADC) can take place directly on the microphone capsules 310 or in the other blocks 320, 30, 350.
  • the beam-shaping unit 320 contains, for example, adjustable delay elements in order to be able to obtain a microphone signal with a specific directivity.
  • the delay elements within the beamforming unit 320 are controlled in accordance with a direction signal 355 indicating the current direction of a dominant speech signal to be detected and output by the beamforming unit 320.
  • the direction signal 355 is generated by the sound signal direction detector 350 scanning different directions simultaneously or sequentially for a dominant sound source.
  • the output signals 315 from different microphone capsules are correlated in pairs and the results analyzed (GCC, Generalized Cross Correlation).
  • GCC Generalized Cross Correlation
  • SRP-PHAT Stepered Response Power - PHAse Transform
  • the output signals from less than half of the existing microphone capsules are used for direction detection. By specifying fixed grid points, the associated signal delays are also fixed, so that the signals for different directions can be queried, accumulated and compared simultaneously.
  • each halftone dot can be omitted one at a time in this search by the sound signal direction detector 350 deactivating it or ignoring the corresponding measured value.
  • each disabled Halftone dot an exclusion sector.
  • one marker can also be set individually for each grid point, thereby defining a marker sector.
  • the marking may cause special processing of sound signals of the corresponding marking sector, eg an increased or reduced amplification, activation of speech recognition and / or automatic translation.
  • a control signal corresponding to the marking may be output together with the direction control signal 355 to the beam shaping unit or to a subsequent further unit (not shown). For an exclusion sector, it is not necessary for the sound signal direction detector 350 to output a particular control signal.
  • the sound signal direction detector 350 receives a direction signal XS which indicates the direction of reception of the control sound signal and thus the direction concerned. If a plurality of different configuration commands are possible, for example in the case of a marker sector several different markers, the sound signal direction detector 350 may receive in addition to the direction signal XS a control signal indicating the type of mark, eg "gain.” But it may also be a control signal CS directly be given to the beam shaping unit 320 or to other external units.
  • a control signal CS directly be given to the beam shaping unit 320 or to other external units.
  • This also gets the (possibly digitized) output signals 315 of the microphone capsules to detect whether and from which direction control sound signals are received , Again, it is possible to use the output signals of only a portion of the existing microphone capsules 310, and / or perform the detection of control signals only at certain grid points. However, a better detection of the control sound signal and / or the reception direction can be achieved if the output signals of all existing microphone capsules 310 are used.
  • control signal detector 30 may, for example, contain a plurality of individual detectors 330 which detect the reception of a control sound signal by means of cross-correlation of the received signal of a respective microphone capsule with a predefined control sound signal.
  • the detection signals 335 of the individual detectors 330 are correlated with one another in a correlation unit 340 in order to determine the reception direction XS of the control sound signal.
  • One or more control sound signals or their parameters may be stored in a memory 500 for providing to the individual detectors.
  • the control signal detector 30 may also successively check the input sound signal 315 in a time-division multiplexing manner for a plurality of different control sound signals, and / or there may be a plurality of control signal detectors 30 which output separate direction signals XS and control signals CS.
  • the detection of the control sound signals in the control signal detector 30 occurs simultaneously with the audio output at the output 325 of the beam shaping unit 320, and regardless of their orientation. Therefore, the con- trast sound signal, if it has a certain minimum volume, can be played from any direction of the search range to be recognized, and it does not have to be the highest energy sound signal in the search range.
  • the search area includes a plurality of detection sectors S1, S2. S3, which are not mobile, but permanent or at least fixed for a certain period of time, eg for the typical duration of a telephone call.
  • each detection sector S1, S2, S3 can point to a participant in a telephone conference.
  • the detection sectors can also be programmed in and exist until their reprogramming or up to a reconfiguration. This feature is useful for detecting only sound sources whose directions are temporarily fixed but not yet known when installing the microphone array.
  • There is also one or more control signal detectors 40 which in one embodiment are the same control Isig na I detectors 30 as above. In this case, control sound signals can be received from all directions.
  • each Kontrolisignai detector 40 is aligned only to one of the detection sectors S1, S2, S3, so that its output signal S1x, S2x, S3x refers only to the respective detection sector.
  • Each control signal detector 40 includes a plurality of individual detectors 430, each of which detects a control sound signal, and a correlation unit 440 which calculates the reception direction of the control sound signal from the output signals 435 of the individual detectors and / or a detected control sound signal to one of the detection sectors S1, S2, S3 assigned.
  • the beam-shaping unit 420 contains in each case one sub-module 421, 422, 423 per detection sector S1, S2, S3, which focuses on the respective detection sector and picks up sound signals from there.
  • the output signals of the sub-modules 421, 422, 423 are combined, superimposed or added together in a combiner 424 to obtain an audio output signal 425 of the microphone array.
  • Each of the sub-modules 421, 422, 423 can be configured, modified and / or switched on or off by the corresponding output signal S1 x, S2x, S3x for the respective detection sector.
  • both the correlation units 440 and the submodules 421, 422, 423 of the beamforming unit are programmed accordingly.
  • the control by means of control sound signals is independent of whether the position of the detection sectors S1, S2, S3 is fixed or changeable.
  • 5 shows, in one embodiment, a block diagram of the beam shaping unit 420 for a microphone array of the third embodiment.
  • the beam-shaping unit 420 can be regarded as a multi-focus beamforming unit and contains one or more submodules 421, 422, 423, each receiving a plurality or all of the microphone signals 315 as input signals.
  • Each submodule 421, 422, 423 in this example is connected via a configuration bus CFB to a controller 4201, eg a processor, by means of which the respective configuration of each submodule can be read out or changed.
  • a controller 4201 eg a processor
  • each submodule has the same structure and contains a single-focus beamforming unit 421 b and a configuration control unit 421 d.
  • the single-focus beam shaping unit 421 b forms a directional characteristic from the microphone signals 315, whereby the first detection sector S1 is covered and sound signals can be picked up from there and output at the output of the submodule.
  • each detection sector S1, S2, S3, ie the directional characteristics of the single-focus beamforming units and also of the correlation unit 440, and other parameters can be programmed by means of the controller 4201. This can be arranged inside or outside the multi-focus beam shaping unit 420.
  • the configuration control unit 421 d receives the output signal S1 x, S2x, S3x of the respective control signal detector 40.
  • the control signal contains information according to a control sound signal received in the respective detection sector. This can e.g. a gain or attenuation factor to be applied to (useful) sound signals received in this sector, or a turn-off signal by which the respective detection sector becomes an exclusion sector.
  • the configuration control unit 421d stores this configuration and generates a control signal DC1 for the single-focus beamforming unit 421b to shape the beam accordingly.
  • the configuration control unit 421 d can be configured or read out by the controller 4201 via the bus CFB. However, this is normally only a safety or backup access, since the type of configuration of the microphone array according to the invention in operation is easier and quicker to perform than a configuration via the controller 4201.
  • FIG. 6 shows, in one embodiment of the invention, a flowchart of a method for configuring a microphone array.
  • the method 600 is performed automatically by the microphone array 600 and includes (simultaneously) searching 610 a plurality of directions for sound signals by arranging a plurality of microphone capsules, detecting 620 a sound signal from a first direction, and detecting 625 the first direction, determining 630 that detected sound signal to a first predefined Nominated Kontroil sound signal corresponds to generating 640 a first electrical control signal according to the first predefined control sound signal, and configuring 650 of the microphone array according to the first predefined control sound signal.
  • the search 610 of the search range for sound signals or sound sources can take place in several directions simultaneously or successively.
  • determining 630 that the detected sound signal corresponds to a first predefined control sound signal may also include the detection of a signature.
  • the first electrical control signal is generated by the portable electronic device 110 according to the first predefined control sound signal.
  • configuring 650 includes excluding the first direction from the search area. In another embodiment, configuring 650 includes limiting the search range to the first direction so that sounds other than the first direction are not scanned for sound signals. In one embodiment, configuring 650 includes deleting or undoing a current configuration or setting a default configuration. In a further embodiment, in addition, a computer with a user interface (e.g., a screen and input keys) and control programs may also be used to clear or revise a previously made configuration.
  • a user interface e.g., a screen and input keys
  • method 600 further includes determining 660 that the detected sound signal! a second predefined control sound signal that differs from the first predefined control sound signal, also generating 670 a second electrical control signal according to the second control sound signal, and the configuring 680 of the microphone array according to the second electrical control signal.
  • the configuring 680 of the microphone array according to the second electrical control signal may include storing a current configuration or modifying processing for sound signals received from the first direction, eg, modifying a gain value for sound signals from the first direction.
  • determining 660 that the detected sound signal corresponds to a second predefined control sound signal comprises detecting a signature in a sound signal.
  • determining 630, 660 includes the received sound signal corresponding to a predefined control sound signal, comparing parameters of the received sound signal with stored parameters corresponding to the predefined control sound signal.
  • the portable electronic device is a portable computer or a smartphone.
  • the control sound signal or the control sound signals can be generated automatically by an algorithm or program, eg in an app.
  • a user may use a sound generating device, such as a smartphone or a tablet computer, to broadcast structured audible signals. This can receive and translate a microphone array to mark areas of its search range.
  • a structured audible signal may include a signature meaning "mark this area.”
  • Another structured audible signal may include a signature meaning "delete the mark of that area” or "store the current configuration.”
  • the control sound signal may also contain variable, non-predetermined information, such as a name under which a configuration is to be stored.
  • FIG. 7 shows frequency profiles of two exemplary tone sequences, which may be contained as structured audible signals in a control sound signal or a signature.
  • Each tone sequence begins in this example with an identifier that makes the sound signal more easily detectable as a control sound signal.
  • the identifier consists of a tone of a fixed frequency for a time duration of ti-to, which serves to synchronize the following tone sequence. Then follows a sequence of four tones with different frequencies, each of which has a given length (in this case about the same length) and contains the actual information.
  • the tone sequence has the frequencies f3-fs-f4-f3, in the second case the frequencies f2-f3-fi-f ⁇ .
  • the sequences can be recognized by the microphone array and assigned to control commands or control signals.
  • the tone sequence can be very short, e.g. 30 ms or 100 ms, and only needs to be long enough for the microphone array to identify and locate it.
  • the frequencies lie in a range detectable by the microphone array, typically between 16 Hz and 20 kHz or slightly higher. Higher frequencies over 12-15 kHz have the advantages that they are better to locate and for many people are barely or no longer audible and therefore less disturbing.
  • the sequence may also be hidden as an audio watermark in another audio signal that serves as a carrier. It should be noted that the illustrated sound sequences can be greatly simplified to explain the principle.
  • the control sound signals may also contain longer sequences with more information, e.g. can also be encrypted.
  • the invention facilitates and improves the operation and configuration of microprocessor arrays compared to conventional solutions, such as graphical input using a site plan. According to the invention, no site plan is necessary.
  • the solution according to the invention unlike, for example, GPS-based solutions, can also be used in closed spaces, and the probability of errors is reduced.
  • Another advantage of the invention is that a return channel from the microphone array to the electronic portable device 110 used for configuration is not necessarily needed.
  • the invention relates to a non-transient computer-mountable storage medium having instructions stored thereon, when executed by a computer performing a method of configuring a microphone array as described above.
  • the invention is advantageously applicable to configurable microphone arrays, especially those using automatic beam focusing.

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Abstract

Mikrofonarrays mit automatischer Strahlfokussierung können Schallquellen innerhalb eines Suchbereichs selbstständig finden, und deren Schall aufnehmen und ausgeben, z. B. für Konferenztelefone. Dabei kann es leicht passieren, dass sie auf störende Schallquellen fokussieren und Störgeräusche aufnehmen. Um dies zu verhindern, gibt ein Nutzer über ein tragbares elektronisches Gerät (110), wie ein Smartphone mit einer speziellen App, ein vordefiniertes Kontroll-Schallsignal aus Richtung (137) einer störenden Schallquelle (130) wieder. Das Mikrofonarray (100) detektiert das vordefinierte Kontroll-Schallsignal und die Richtung (137) seines Empfangs und konfiguriert sich daraufhin automatisch entsprechend dem Kontroll-Schallsignal und der Empfangsrichtung. Z.B. kann die Empfangsrichtung gedämpft oder aus dem Suchbereich des Mikrofonarrays eliminiert werden, oder eine vorher konfigurierte Dämpfung oder Eliminierung einer Richtung kann wieder aufgehoben werden. Vorteilhafterweise ist die Konfiguration sehr einfach durchzuführen und erfordert keine definierte Ausrichtung des Mikrofonarrays im Raum. Die Eliminierung von Teilen des Suchbereichs kann Fehlerraten reduzieren und die Audioqualität verbessern.

Description

Konfigurierbares Mikrofonarray und Verfahren zum Konfigurieren eines ik- rofonarrays
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Mikrofonarrays und insbesondere Mikrofonarrays mit automatischer Strahlfokussierung (automatic beam focusing).
Hintergrund Mikrofonarrays benutzen eine Vielzahl von Mikrofonkapsein und kombinieren deren Ausgangssignale, um eine spezifische Richtwirkung des Mikrofonarrays in eine bestimmte Richtung zu erreichen. Die Richtung einer Schallquelle kann detektiert werden, indem Verzögerungen zwischen den an den Mikrofonkapseln ankommenden Schallsignalen analysiert werden. Entsprechend kann eine Richtwirkung eines Mikrofonarrays erreicht werden, indem verzögerte Ausgangssignaie der Mikrofone kombiniert werden. Während für manche Anwendungen eine Richtwirkung in eine bestimmte, unveränderliche Richtung ausreicht, erfordern andere Anwendungen wie z.B. Konferenztelefone mehrere Fokusbereiche oder sogar eine variable Richtwirkung des Mikrofonarrays, wobei die Richtung einer erhöhten Empfindlichkeit durch Einstellen bzw. Ändern der jeweiligen Verzögerungen kontrolliert werden kann.
Mikrofonarrays können auch automatische Strahlfokussierung benutzen, um ihre Richtwirkung automatisch auf einen gerade aktiven Sprecher einzustellen. Zum Beispiel kann das Mikrofonarray die Richtung eines gerade aktiven Sprechers feststellen, indem die Richtung eines Schallsignals detektiert wird, das unter allen Schallsignalen die maximale Lautstärke oder Energie aufweist. In der Praxis kann das Mikrofonarray Schallsignale aus verschiedenen, vorgegebenen Richtungen eines vorgegebenen Suchbereichs absuchen. Es kann die jeweiligen Energien von Schallsignalen aus diesen Richtungen feststellen und vergleichen, eine Richtung maximaler Schallenergie feststellen und die Verzögerungen für seine Mikrofonkapseln so einstellen, dass eine Richtwirkung in die festgestellte Richtung ent- steht. Ein solches Mikrofonarray ist z.B. aus US 2017/164101 A1 bekannt. Es kann z.B. für ein Konferenztelefon eingesetzt werden, das auf einen beliebig im Raum positionierten oder sich bewegenden Sprecher fokussieren und ihn verfolgen kann. Es können jedoch Problerne auftreten, wenn sich im Suchbereich eine Schallquelle befindet, deren Schall nicht vom Mikrofonarray aufgenommen werden soll. Zum Beispiel kann es passieren, dass störender Schall durch ein offenes Fenster oder eine offene Tür hörbar ist. Für Mikrofonarrays, die z.B. in Konferenzräumen installiert sind, können die störenden Schallquellen elektronische Geräte sein, so wie Beamer (bzw. Projektoren), Lautsprecher, Lüfter oder eine Klimaanlage. Insbesondere wenn sich die störende Schallquelle dicht bei dem Mikrofonarray befindet oder bei Stille im Raum, z. B. während längerer Sprechpausen, kann das Mikrofonarray die Störquelle wahrnehmen. Der Störschall kann sogar das Schallsignal mit der höchsten Energie im Suchbereich sein, so dass das Mikrofonarray auf die Störquelle fokussiert. Bei Sprechpausen kann dann der Fokus des Mikrofonarrays zwischen einem Sprecher und der Störquelle hin- und herspringen, was die Signalqualität des Sprachsignals verschlechtern kann. Besonders störend ist es, wenn das Mikrofonarray den Schall der Störquelle aufnimmt und verstärkt.
Zusammenfassung der Erfindung Ein der Erfindung zu Grunde liegendes Problem besteht daher darin, zu verhindern, dass ein Mikrofonarray mit mehreren Fokusbereichen oder mit automatischer Strahlfokussie- rung auf akustische Störquellen fokussiert. Insbesondere soll das Problem flexibel für verschiedene Arten von akustischen Störquellen gelöst werden, nämlich solche, deren räumliche Lage relativ zum fest installierten Mikrofonarray erst mit der Installation des Mikro- fonarrays bekannt ist, und die zumindest über einen gewissen Zeitraum (z.B. die typische Länge eines Telefonats) oder dauerhaft unbeweglich sind, wie z.B. ein Lüfter. Außerdem soll das Problem auch für temporär auftretende Störquellen gelöst werden, deren räumliche Lage zwar fest ist, die sich aber erst während eines Telefonats als Störquellen erweisen, wie z.B. ein geöffnetes Fenster. Darüber hinaus soll das Problem auch für bewegliche, also nicht fest installierte Mikrofonarrays gelöst werden.
Zumindest die genannten Probleme werden durch ein Mikrofonarray nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 14 gelöst.
Das erfindungsgemäße Mikrofonarray kann ein vordefiniertes, automatisch erzeugtes Kontroll-Schailsignal detektieren, das aus einer Richtung abgespielt wird, in der sich eine stö- rende Schallquelle befindet, und sich entsprechend der Richtung und dem detektierten Kontroll-Schallsignal konfigurieren. Das Kontroll-Schallsignal kann z.B. eine Audiosignatur enthalten. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem das Mikrofonarray einen definierten Suchbereich auf Schallquellen durchsucht, das abgespielte vordefinierte Kontroll-Schallsignal erkennt, die Richtung feststellt, aus der es kommt, und daraufhin das Mikrofonarray entsprechend dem Kontroll-Schallsignal und der festgestellten Richtung konfiguriert Die Konfiguration kann z.B. eine besondere Verstärkung/Dämpfung oder die Eliminierung der festgestellten Richtung aus dem Suchbereich umfassen, oder die Löschung einer früher konfigurierten besonderen Verstärkung/Dämpfung oder Eliminierung einer Richtung.
Ein konfigurierbares Mikrofonarray gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine Mehrzahl von Mikrofonkapseln, eine Strahlformungseinheit mit konfigurierbarer Richtwirkung, mindestens eine Richtungssteuerungseinheit zum automatischen Kontrollieren und Einstellen der konfigurierbaren Richtwirkung, und eine Konfigurationskontrolleinheit mit einem Kontrollsignal-Detektor, die geeignet ist, ein von den Mikrofonkapseln detektier- tes Schalisignal als ein vordefiniertes Kontroll-Schallsignal sowie dessen Empfangsrichtung zu erkennen und mindestens ein dem Kontroll-Schallsignal entsprechendes Steuerungssignal zu erzeugen. Mit dem Steuerungssignal wird die Richtungssteuerungseinheit gemäß dem Kontroll-Schallsignal konfiguriert. Dabei können in einigen Ausführungsformen sowohl die Strahlformungseinheit als auch die Richtungssteuerungseinheit und die Konfi- gurationskontrolieinheit Eingangssignale direkt von den Mikrofonkapseln erhalten. Die Richtungssteuerungseinheit kann in einigen Ausführungsformen auch in die Strahlformungseinheit integriert sein. Ein Vorteil der Erfindung ist, dass sie eine bequeme und nutzerfreundliche Lösung bereitstellt, um eine rasche, flexible und einfache Konfiguration von Mikrofonarrays zu unterstützen. Insbesondere können Regionen des Suchbereichs markiert werden, so dass das Mikrofonarray Signale aus den verschiedenen Regionen unterschiedlich verarbeiten kann. Die Anzahl dieser Regionen ist variabel. Die erfindungsgemäße Lösung ist intuitiv und einfach zu benutzen. Ein weiterer Vorteil ist, dass für die Konfiguration keine definierte Position bzw. Ausrichtung des Mikrofonarrays im Raum notwendig ist, d.h. das Mikrofonarray kann beliebig positioniert werden oder sogar in einem mobilen Gerät enthalten sein. Die Konfiguration kann dann für die jeweilige momentane Situation angepasst werden. Die Eliminierung von Regionen des Suchbereichs kann Fehlerraten von Mikrofonarrays erheblich re- duzieren und die Audioqualität verbessern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in der folgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen vorgestellt. Darin zeigt Fig. 1 einen Konferenzraum mit einem an der Decke montierten Mikrofon array und störenden Schallquellen,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Mikrofonarrays gemäß einer ersten Ausführung sform;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Mikrofonarrays gemäß einer zweiten Ausfüh-
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Mikrofonarrays gemäß einer dritten Ausführungsform;
Fig. 5 ein Blockdiagramm der Strahlformungseinheit in der dritten Ausführungsform;
Fig. 6 ein Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform; und
Fig. 7 beispielhafte Tonsequenzen als Kontroll-Schallsigna!e.
Detaillierte Beschreibung
Fig. 1 zeigt exemplarisch einen Konferenzraum mit einem an der Decke montierten konfi- gurierbaren Mikrofonarray 100 und mit mehreren akustischen Störquellen, zum Beispiel einem Projektor 120, einer Klimaanlage 130 und einem Lautsprecherpaar 140, 140'. Das Mikrofonarray 100 ist in diesem Beispiel mittig im Raum montiert, oberhalb eines Tisches 150. Fig. 1 a) ist eine schematische Seitenansicht des Konferenzraums und Fig. 1 b) ist eine schematische Ansicht von oben. Das Mikrofonarray 100 kann anfangs in allen Rich- tungen seines Suchbereichs oder Erfassungsbereichs nach Schallquellen suchen, eine o- der mehrere dominante Schallquellen detektieren und deren Schallsignale aufnehmen und ausgeben. Die Schallquellen können Sprecher sein, z.B. Teilnehmer einer Telefonkonferenz, die am Tisch 150 sitzen, im Konferenzraum stehen oder sich darin bewegen. Der Suchbereich kann sich auf den gesamten Raum erstrecken. Für die Suche nach Schall- quellen können verschiedene Techniken benutzt werden, z.B. ein vordefiniertes Raster von Testpunkten 107. Es kann auch ein Bereich 105 des Raumes grundsätzlich vom Suchbereich ausgenommen werden, z. B. konstruktiv durch das Mikrofonarray bedingt. Während konventionelle Mikrofonarrays durch unerwünschten Schall verschiedener Störquellen 120, 130, 140 gestört werden können, bietet die Erfindung eine einfache Möglichkeit, eine oder mehr spezifische Störquellen aus dem Erfassungsbereich des Mikrofonarrays auszublenden: Ein Nutzer kann ein tragbares elektronisches Gerät 110, das zur Wiedergabe von Schall geeignet ist, wie z.B. ein Smartphone oder eine akustische Fernbedienung, zwischen dem konfigurierbaren Mikrofonarray 100 und der Störquelle 30 platzieren, und kann mit dem tragbaren elektronischen Gerät 110 ein spezifisches Kontroll-Schallsignal abspielen. Dies kann z.B. ein aufgenommenes oder ein von einem Computerprogramm erzeugtes synthetisches Schallsignal sein. Ein Sprachsignal wäre wenig geeignet, weil es Spracherkennung und Training auf bestimmte Sprecher erfordern würde. Grundsätzlich detektiert das Mikrofonarray 100 Schallsignale und die räumliche Richtung, aus der es die Schallsignale empfängt. Dazu kann die Richtung der größten Lautstärke aller Schallsignale detektiert werden. Dabei wird in einer Ausführungsform nur ein Teil der vorhandenen Mikrofonkapseln benutzt, wodurch der Verarbeitungsaufwand reduziert wird. In einer anderen Ausführungsform werden alle Mikrofonkapseln benutzt. Die Suche nach einer dominanten Schallquelle kann in regelmäßigen Abständen wiederholt werden, z. B. alle 30 ms, oder permanent durchgeführt werden. In jedem Zeitabschnitt wird eine dominante Schallquelle detektiert, die Strahlformung des Mikrofonarrays wird im gegenwärtigen oder im nächsten Zeitabschnitt auf sie fokussiert und ihr Schallsignal wird aufgenommen und ausgegeben, Die Richtung kann z.B. als ein Paar von Elevations- und Azimutwinkel erfasst werden. Wenn das Mikrofonarray 100 ein Raster von Testpunkten 107 benutzt, kann es die Einfallsrichtung des Schallsignals auch durch den jeweiligen Testpunkt oder die Testpunkte anstatt der Winkel detektieren. Dabei kann auch zwischen mehreren Testpunkten interpoliert werden, um eine zwischen Testpunkten liegende Richtung zu detektieren. In einer Ausführungsform können mehrere oder alle Testpunkte des Rasters gleich- zeitig oder zumindest innerhalb des oben genannten Zeitabschnitts analysiert werden. In einer Ausführungsform enthält das Raster nur wenige Testpunkte, die bekannten Positionen potentieller Schallquellen entsprechen. In jedem Fall repräsentiert das Paar von Elevations- und Azimutwinkel bzw. der festgestellte oder interpolierte Testpunkt einen räumlichen Sektor, dessen Größe einer räumlichen Auflösung des Mikrofonarrays entspricht, als Einfallsrichtung des Schallsignals.
Dieses Verfahren zur Detektion eines Schallsignals kann sowohl für Nutzsignale benutzt werden, also z.B. Sprachsignale, die zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden, als auch für die spezifischen Kontroll-Schallsignaie, die erfindungsgemäß zur Steuerung des Mikrofonarrays dienen. Diese sind spezifisch dadurch, dass sie eine kodierte Information oder Signatur enthalten. Das kann z.B. eine einfache Tonfolge oder Melodie sein, ein Schallsignal mit einer bestimmten Modulation oder ein spezielles Audio-Wasserzeichen. Das Kontroll-Schallsignal kann im hörbaren Frequenzbereich oder zumindest teilweise im Ultraschallbereich liegen. Ein Beispiel wird weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben. Das Mikrofonarray 100 kann die Kontroll-Schallsignale detektieren und deko- dieren, um die darin enthaltene Information zu erhalten, indem es das empfangene Schallsignal mit einem oder mehreren vordefinierten Kontroll-Schallsignalen vergleicht. Wenn das empfangene Kontroll-Schallsignal einem vordefinierten Kontroll-Schallsignal entspricht, führt das Mikrofonarray 100 eine entsprechende Konfiguration durch, z.B. bezüg- lieh seiner Strahlsteuerung und räumlichen Richtwirkung. Außerdem kann das empfangene Kontroll-Schallsignal, da es ein Schallsignal ist, über den normalen Audioausgang des Mikrofonarrays ausgegeben werden. In einer Ausführungsform unterdrückt allerdings das Mikrofonarray die Ausgabe des Kontroll-Schallsignals, nachdem es erkannt hat, dass das empfangene Kontroll-Schallsignal einem vordefinierten Kontroll-Schallsignal entspricht und daher kein Sprach- bzw. Nutzsignal ist. In einer Ausführungsform erfolgt die Detektion des Kontroll-Schallsignals gleichzeitig mit der Suche nach dem dominanten Schallsignal und unabhängig davon, so dass das Kontroll-Schallsignal auch dann erkannt werden kann, wenn es nicht das dominante Schallsignal ist. Beide Prozesse sind ähnlich und können dieselben Mikrofonsignale benutzen, wie weiter unten beschrieben. Verschiedene Arten der Konfiguration sind möglich. Zum Beispiel kann die detektierte räumliche Richtung, aus der ein Kontroll-Schallsignal empfangen wurde, aus dem Suchbereich des Mikrofonarrays ausgeschlossen werden. Dadurch ist es für den Nutzer sehr einfach möglich, eine Störquelle aus dem Suchbereich des Mikrofonarrays zu entfernen: in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel kann der Nutzer das tragbare Gerät 110 z.B. zwischen das Mikrofonarray 100 und die Klimaanlage 130 halten. Wenn der Nutzer ein spezifisches Kontroll-Schallsignal abspielt, das z.B. von einem Smartphone mittels einer App erzeugt werden kann, dann erkennt das Mikrofonarray das Kontroll-Schallsignal und dessen Richtung, dekodiert die darin enthaltene Information intern zu einem elektrischen Steuersignal mit der Bedeutung„Schließe diese Richtung aus", und konfiguriert sich, indem es die ent- sprechende Richtung aus seinem Suchbereich ausschließt. Zumindest Nutzsignale aus dieser Richtung werden dann ignoriert. Die auszuschließende Richtung ist eine räumliche Richtung, d.h. sie kann durch ein Winkelpaar von einem Elevationswinkel 9e und einem Azimutwinkel <j>a oder z.B. als ein Testpunkt oder eine Gruppe von Testpunkten 137 festgelegt werden. Sie wird im Folgenden als Ausschlusssektor bezeichnet. Das Mikrofonarray 100 speichert diese I formation, bis sie z.B. durch eine weitere Konfiguration überschrieben oder gelöscht wird.
In einer Ausführungsform können angrenzende Sektoren oder Richtungen aus dem Suchbereich ausgeschlossen werden, wenn das Mikrofonarray während der beschriebenen Konfiguration Schall von dort empfängt. Es ist auch möglich, die Größe des Ausschluss- Sektors zu steuern, indem das tragbare elektronische Gerät 110 beim Abspielen des Kontroll-Schallsignals näher an das Mikrofonarray 100 (zur Vergrößerung des Sektors) oder weiter entfernt vom Mikrofonarray (zur Verkleinerung des Sektors) platziert wird. Der Nutzer kann den Vorgang für eine oder mehrere weitere Störquellen wiederholen. Das Mikro- fonarray wird diese dann alle aus dem Suchbereich ausschließen, indem es jeweils Ausschlusssektoren generiert und speichert, z.B. in Fig. 1 einen ersten Ausschlusssektor 125 für einen Projektor 120, einen zweiten Ausschlusssektor 135 für eine Klimaanlage 130 und einen dritten und vierten Ausschiusssektor 145, 145' für ein an der Wand hängendes Paar von Lautsprechern 140, 140'. Während in Fig. 1 a) Elevationswinkel üe der Ausschlusssek- toren dargestellt sind, zeigt Fig. 1 b) deren Azimutwinkel φ8. Zum Beispiel haben die dritten und vierten Ausschlusssektoren 145,145' für die an der Wand hängenden Lautsprecher denselben Elevationswinkel, aber verschiedene Azimutwinkel. Aufgrund der begrenzten räumlichen Auflösung sind mit dem Begriff„Winkel" bzw.„Richtung" immer Winkelbereiche gemeint. Jeder Testpunkt 107, 137, 147 in Fig. 1 a) stellt einen Strahl mit einem bestimmten Elevations- und Azimutwinkelbereich bzw. einen Strahl durch das Mikrofonarray und den Testpunkt dar, und das tragbare Gerät 110 kann irgendwo entlang dieses Strahls platziert sein. Der detektierte bzw. ausgeschlossene Bereich kann jedoch bei größerer Entfernung des tragbaren Gerätes 1 10 vom Mikrofonarray aufgrund der räumlichen Auflösung kleiner sein. In einer Ausführungsform kann das Mikrofonarray 00 mehrere verschiedene, vordefinierte und vom tragbaren Gerät 1 10 abgespielte Kontroll-Schallsignale, die verschiedenen Steuerbefehlen entsprechen, erkennen und unterscheiden. Das Mikrofonarray 100 kann diese dekodieren, um den jeweiligen Steuerbefehl zu erhalten und umzusetzen, d.h. sich entsprechen zu konfigurieren. Beispielsweise kann eine frühere Konfiguration eines Ausschlusssektors aufgehoben werden. Dazu kann ein Kontroll-Schallsigna! mit der darin enthaltenen Steuerungsinformation „Lösche den Ausschluss dieses Sektors" definiert werden. Diese ist z.B. nützlich, wenn eine Störquelle bewegt wurde oder wenn versehentlich ein falscher Ausschlusssektor definiert wurde. Eine entsprechende Steuerung ist einfacher zu implementieren in Ausfüh- rungsformen, bei denen die Suche nach einer dominanten Schallquelle und die Detektion von Kontroll-Schallsignalen getrennte, gleichzeitig ablaufende Prozesse sind, wie weiter unten beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann es passieren, dass das Mikrofonarray das Kontroll-Schallsignal nicht empfängt, weil es aus einer vom Suchbereich ausgeschlossenen Richtung kommt. In diesem Fall kann die Steuerungsinformation jedoch „Lösche den Ausschluss benachbarter Sektoren" lauten und aus einem benachbarten, nicht ausgeschlossenen Sektor abgespielt werden. In einer Ausführungsform ist ein spezielles Kontroll-Schallsignal zur Löschung aller Ausschlusssektoren definiert. In einer Ausführungsform kann das Mikrofonarray eine oder mehr Konfigurationen für späteren Abruf speichern, z. B. für mehrere verschiedene Konferenzräume. Als ein weiteres Beispiel kann das Mikrofonarray durch einen Steuerungsbefehl so konfiguriert werden, dass die Verarbeitung von Schallsignalen aus der entsprechenden räumlichen Richtung modifiziert wird, z.B. kann ein bestimmter Verstärkungsfaktor darauf angewandt werden. Diese Richtung wird im Folgenden als Markierungssektor bezeichnet, Auch dieser Steuerungsbefehl kann durch einen anderen Steuerungsbefehl aufgehoben werden. Das von dem tragbaren elektronischen Gerät 1 10 wiedergegebene Kontroll-Schallsignal ist vorzugsweise kein Sprachsignal, sondern in einer Ausführungsform ein synthetisiertes bzw. elektronisch erzeugtes akustisches Signal. Dadurch ist es einfacher zu unterscheiden von Nutz- (Sprach-) Signalen, die gleichzeitig aufgenommen werden können. Insbesondere ist dann zur Dekodierung keine Spracherkennung notwendig, die meist sehr aufwän- dig ist.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Mikrofonarrays in einer ersten Ausführungsform. Das Mikrofonarray 100 enthält eine Anordnung 200 einer Mehrzahl von Mikrofonkapseln 210, die eine konfigurierbare Richtwirkung hat. Dazu enthält die Anordnung 200 auch Steuerungselektronik (nicht dargestellt), z. B. Analog-Digital-Wandler (ADC) und einstellbare Ver- zögerungselemente. Das Mikrofonarray 100 enthält weiterhin eine Richtungskontrolleinheit 250 und eine Konfigurationskontrolleinheit 240. Die Richtungskontrolleinheit 250 ist dafür angepasst, die konfigurierbare Richtwirkung der Mikrofonanordnung 200 zu steuern, z.B. die einstellbaren Verzögerungselemente einzustellen. Die Konfigurationskontrolleinheit 240 ist dafür angepasst, festzustellen, ob ein von der Mikrofonanordnung 200 detektiertes Schallsignal ein Kontroll-Schallsignal ist und einem vordefinierten Kontroll-Schallsignal entspricht. Die Konfigurationskontrolleinheit 240 ist ferner dafür angepasst, ein oder mehrere Steuerungssignale CTR an die Richtungskontrolleinheit 250 zu schicken, um diese gemäß dem detektierten Schallsignal bzw. dem vordefinierten Kontroll-Schallsignai zu konfigurieren. Die Konfigurationskontrolleinheit 240 und/oder die Richtungskontrolleinheit 250 kann durch einen oder mehrere Prozessoren realisiert werden, z.B. Signalprozessor-Einheiten. In der dargestellten Ausführungsform enthält die Mikrofonanordnung 200 Verzögerungselemente für von den Mikrofonkapseln 210 aufgenommene Mikrofonsignale, und hat daher in sich eine Richtwirkung. Zur Veränderung der Richtwirkung bzw. Strahlformung sind die Verzögerungselemente konfigurierbar, und die Richtungskontrolleinheit 250 erzeugt Kontrollsignale 255 für deren Konfiguration. Die aufgenommenen Schallsignale, und damit das Ausgangssignal 230 der Mikrofonanordnung 200, enthalten aber nicht nur Kontrollsignale, sondern auch Sprach- bzw. Nutzsignale, die aus einer oder mehreren durch die Strahlfo- kussierung bestimmten Richtungen empfangen werden. Diese werden zur Sprachausgabe und zur weiteren Verarbeitung wie z.B. Filterung (nicht dargestellt) an einem Ausgang 220 ausgegeben. Die Konfigurationskontrolleinheit 240 kann in einer Ausführungsform eine dominante Schallquelle detektieren und die Richtwirkung des Mikrofonarrays durch Strahlformung mittels der Richtungskontrolleinheit 250 entsprechend darauf ausrichten, wie oben beschrieben.
In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform enthält die Konfigurationskontrolleinheit 240 einen Komparator 241 , einen Steuerungssignalgenerator 242 und einen Richtungsdetektor 243. Der Richtungsdetektor 243 ist dafür angepasst, eine erste Richtung zu detektieren, aus der die Mikrofonanordnung 200 ein Schallsignal empfangen hat. Der Komparator 241 ist angepasst zum Vergleichen des empfangenen Schallsignals mit mindestens einem ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal und zum Detektieren, dass das empfangene Schallsignal dem Kontroll-Schallsignal entspricht. Der Steuerungssignalgenerator 242 ist dafür angepasst, mindestens ein elektrisches Steuerungssignal CTR entsprechend der Art und Richtung des empfangenen Kontroll-Schallsignals zu erzeugen. Wenn der Komparator 241 kein vordefiniertes Kontroli-Schallsigna! detektiert hat, kann das empfangene Schallsignal als ein Nutzsignal betrachtet und am Ausgang 220 ausgegeben werden. Wenn aber der Komparator 241 z.B. das erste vordefinierte Kontroll-Schallsignal detektiert hat, wird dieses dekodiert und umgesetzt, z.B. indem der Steuerungssignalgenerator 242 mittels des elektrischen Steuerungssignals CTR die dem Kontroll-Schallsignal entsprechende Information ausgibt. Alternativ kann der Steuerungssignalgenerator 242 die Information entsprechend dem Kontroll-Schallsignal als separates Kontrollsignal ausgeben, Das elektrische Steuerungssignal CTR, und ggf. auch das separate Kontrollsignal, wird an die Richtungskontrolleinheit 250 ausgegeben, um die Mikrofonanordnung 200 gemäß dem empfangenen (Nutz-) Schallsignal und ggf. gemäß dem empfangenen Kontroll-Schallsignal bezüglich der ersten Richtung zu konfigurieren.
In einer Ausführungsform enthält das Mikrofonarray 100 einen elektronischen Speicher 500 oder ist an einen solchen Speicher angeschlossen, in dem Daten gespeichert sind, die ein oder mehrere vordefinierte Kontroll-Schalisignale und deren Bedeutung bzw. Konfigurationsbefehle definieren. Die Konfigurationskontrolleinheit 240 kann das aufgenommene Schallsignal, oder bestimmte daraus abgeleitete Parameter, mit dem einen oder den mehreren in dem Speicher 500 gespeicherten vordefinierten Kontroll-Schallsignalen bzw. deren Parametern vergleichen und detektieren, dass das aufgenommene Schallsignal mit einem der vordefinierten Kontroll-Schalisignale übereinstimmt, z.B. dem ersten Kontroll-Schallsig- nal. Dies kann in dem Komparator 241 erfolgen. Daraufhin kann die Konfigurationskontrolleinheit 240 das elektrische Steuerungssignal CTR gemäß dem detektierten Kontroll- Schallsignal generieren. Mit Hilfe des elektrischen Steuerungssignals CTR kann die Richtungskontrolleinheit 250 konfiguriert werden.
Die Suche nach Schallsignalen im Richtungsdetektor 243 und das Empfangen von Schall- Signalen früher gefundener oder fest definierter Schallquellen als Nutzsignale, die dann ausgegeben werden, kann für die Strahlformung eine Fokussierung in unterschiedliche Richtungen erfordern. Dies kann abwechselnd im Zeitmultiplex oder gleichzeitig erfolgen. Im ersten Fall können kurze Sprechpausen für die Suche genutzt werden. Im zweiten Fall kann z.B. ein Teil der Mikrofonkapseln 210 für die Suche und ein anderer Teil für das Emp- fangen der Nutzsignale benutzt werden. Alternativ kann im zweiten Fall zumindest ein Teil der Mikrofonkapseln 210 zwei oder mehr verschiedene, einzeln konfigurierbare Verzögerungselemente haben, so dass diese Mikrofonkapseln für beide Prozesse gleichzeitig benutzt werden können. Bevorzugt werden weniger Mikrofonkapseln für die Suche benutzt als für das Empfangen der Nutzsignale. Es sind verschiedene Arten der Konfiguration der Richtungskontrolleinheit 250 durch die Konfigurationskontrolieinheit 240 möglich. In einer Ausführungsform kann die Richtungskontrolleinheit 250 so konfiguriert werden, dass sie für die Mikrofonanordnung 200 eine Richtwirkung erzeugt, bei der die erste Richtung unterdrückt wird. Das heißt, dass Schall- signale aus der Richtung, aus der das Kontroll-Schallsignal empfangen wurde, ignoriert werden. In Ausführungsformen, bei denen die Suche nach einer dominanten Schallquelle und die Detektion von Kontroll-Schallsignalen getrennte, gleichzeitig ablaufende Prozesse sind, wird dann zumindest die Suche nach einer dominanten Schallquelle in der ersten Richtung ausgelassen bzw. unterdrückt. Dies kann in einer Variante auch bedeuten, dass aus der ersten Richtung überhaupt kein Schall mehr aufgenommen wird, während in einer anderen Variante die Detektion von Kontroll-Schallsignalen weiterhin auch aus der ersten Richtung möglich ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Richtungskontrolleinheit 250 so konfiguriert werden, dass die Suche nach einer dominanten Schallquelle abgeschaltet wird. Dabei kann eine gegenwärtige Fokussierung beibehalten oder eine Standardkonfiguration eingestellt werden, z.B. eine omnidirektionale Empfindiichkeit oder eine be- stimmte Richtwirkung. In einer weiteren Ausführungsform kann eine vorher gemachte Konfiguration der Richtungskontrolleinheit 250 rückgangig gemacht werden, wie z.B. die Unterdrückung einer ersten Richtung oder die Unterdrückung einer von der ersten Richtung abweichenden zweiten Richtung. Wie oben beschrieben, stellen die erste und die zweite Richtung räumliche Bereiche dar und können als Markierungssektoren betrachtet werden. Eine weitere mögliche Anwendung für Markierungssektoren ist die Sprecher-Erkennung oder Identifikation von Sprechern bzw. Teilnehmern einer Telefonkonferenz. Z.B. können Marken oder Labels als Metadaten ins Audiosignal 220 eingefügt werden. Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Mikrofonarrays gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei werden die Ausgangssignale 315 einer Anordnung von Mikrofonkapseln 310 an einen Schallsignal-Richtungsdetektor 350, einen Kontrollsignal-Detektor 30 und eine Strahlformungseinheit 320 ausgegeben. Eine Digitalisierung mittels Analog-Digital-Wand- lern (ADC) kann direkt an den Mikrofonkapseln 310 oder in den anderen Blöcken 320,30,350 erfolgen. Die Strahlformungseinheit 320 enthält z.B. einstellbare Verzögerungselemente, um ein Mikrofonsignal mit einer bestimmten Richtwirkung erhalten zu können. Die Verzögerungselemente innerhalb der Strahlformungseinheit 320 werden gesteuert gemäß einem Richtungssignal 355, das die aktuelle Richtung eines dominanten Sprach- bzw. Schallsignals angibt, das von der Strahlformungseinheit 320 erfasst und aus- gegeben werden soll. Das Richtungssignal 355 wird erzeugt von dem Schallsignal-Richtungsdetektor 350, der verschiedene Richtungen gleichzeitig oder sequentiell nach einer dominanten Schallquelle absucht. Dazu werden die Ausgangssignale 315 von verschiedenen Mikrofonkapseln z.B. paarweise miteinander korreliert und die Ergebnisse analysiert (GCC, Generalized Cross Correlation). Dabei kann z.B. der sogenannte SRP-PHAT (Stee- red Response Power - PHAse Transform)-Algorithmus verwendet werden, wie in US2017/164101 A1 beschrieben. Hierzu kann es ausreichen, die Ausgangssignale nur eines Teils der Mikrofonkapseln zu verwenden, um Rechenaufwand zu reduzieren. In einer Ausführungsform werden für die Richtungsdetektion die Ausgangssignale von weniger als der Hälfte der vorhandenen Mikrofonkapseln verwendet. Durch Vorgabe fester Raster- punkte stehen auch die zugehörigen Signalverzögerungen fest, und so können die Signale für verschiedene Richtungen gleichzeitig abgefragt, akkumuliert und verglichen werden.
Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung kann jeder Rasterpunkt einzeln bei dieser Suche ausgelassen werden, indem der Schallsignal-Richtungsdetektor 350 ihn deaktiviert oder den entsprechenden Messwert ignoriert. In diesem Fall entspricht jeder deaktivierte Rasterpunkt einem Ausschlusssektor. Alternativ kann auch für jeden Rasterpunkt einzeln eine Markierung gesetzt werden, wodurch ein Markierungssektor definiert wird. Die Markierung kann eine besondere Verarbeitung von Schallsignalen des entsprechenden Markierungssektors bewirken, z.B. eine erhöhte oder reduzierte Verstärkung, Aktivierung einer Spracherkennung und/oder automatischen Übersetzung. Ein der Markierung entsprechendes Steuersignal kann zusammen mit dem Richtungssteuersignal 355 an die Strahlformungseinheit oder an eine nachfolgende weitere Einheit (nicht dargestellt) ausgegeben werden. Für einen Ausschlusssektor ist es nicht nötig, dass der Schallsignal-Richtungsdetektor 350 ein bestimmtes Steuersignal ausgibt. Zum Erzeugen bzw. Realisieren des Aus- schlusssektors oder Markierungssektors erhalt der Schallsignal-Richtungsdetektor 350 ein Richtungssignal XS, das die Empfangsrichtung des Kontroll-Schallsignals und damit die betroffene Richtung angibt. Wenn mehrere verschiedene Konfigurationsbefehle möglich sind, z.B. im Fall eines Markierungssektors mehrere verschiedene Markierungen, kann der Schallsignal-Richtungsdetektor 350 zusätzlich zum Richtungssignal XS ein Steuersignal erhalten, das die Art der Markierung angibt, z.B.„Verstärkung". Es kann aber auch ein Steuersignal CS direkt an die Strahlformungseinheit 320 oder an andere, externe Einheiten gegeben werden.
Ein solches Steuersignal CS wird, ebenso wie das Richtungssignal XS, bereitgestellt von dem Kontrollsignal-Detektor 30. Dieser bekommt ebenfalls die (ggf. digitalisierten) Aus- gangssignale 315 der Mikrofonkapseln, um zu detektieren, ob und aus welcher Richtung Kontroll-Schallsignale empfangen werden. Auch hier ist es möglich, die Ausgangssignale nur eines Teils der vorhandenen Mikrofonkapseln 310 zu nutzen, und/oder die Detektion von Kontrollsignalen nur an bestimmten Rasterpunkten durchzuführen. Es kann aber eine bessere Detektion des Kontroll-Schallsignais und/oder der Empfangsrichtung erreichbar sein, wenn die Ausgangssignale aller vorhandenen Mikrofonkapseln 310 genutzt werden. Der Kontrollsignal-Detektor 30 kann in einer Ausführungsform z.B. mehrere Einzeldetektoren 330 enthalten, die mittels Kreuzkorrelation des Empfangssignals jeweils einer Mikrofonkapsel mit einem vordefinierten Kontroll-Schallsignal den Empfang eines Kontroll- Schallsignals detektieren. Die Detektionssignale 335 der Einzeldetektoren 330 werden in einer Korrelationseinheit 340 miteinander korreliert, um die Empfangsrichtung XS des Kontroll-Schallsignais festzustellen. In einem Speicher 500 können ein oder mehrere Kontroll- Schallsignale oder deren Parameter gespeichert sein, um sie den Einzeldetektoren bereitzustellen. Der Kontrollsignal-Detektor 30 kann auch das Eingangsschallsignal 315 im Zeit- multiplex-Verfahren nacheinander auf mehrere verschiedene Kontroll-Schallsignale über- prüfen, und/oder es können mehrere Kontrollsignal-Detektoren 30 vorhanden sein, die separate Richtungssignale XS und Steuersignale CS ausgeben. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform erfolgt die Detektion der Kontroll-Schallsignale im Kontrollsignal- Detektor 30 gleichzeitig mit der Audioausgabe am Ausgang 325 der Strahlformungseinheit 320, und unabhängig von deren Ausrichtung. Daher kann das Kon- trotl-Schallsignal, wenn es eine bestimmte Mindestlautstärke aufweist, aus jeder beliebigen Richtung des Suchbereiches abgespielt werden, um erkannt zu werden, und es muss nicht das Schallsignal mit der höchsten Energie im Suchbereich sein.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Mikrofonarrays gemäß einer dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform enthält der Suchbereich mehrere Detektionssektoren S1 , S2. S3, die aber nicht beweglich, sondern dauerhaft oder zumindest für einen gewissen Zeit- räum festgelegt sind, z.B. für die typische Dauer eines Telefonats. Beispielsweise kann jeder Detektionssektor S1 , S2, S3 auf einen Teilnehmer einer Telefonkonferenz zeigen. Die Detektionssektoren können auch einprogrammiert sein und bis zu deren Umprogram- mierung bzw. bis zu einer Re-Konfiguration bestehen. Diese Funktion ist nützlich, um nur Schallquellen zu erfassen, deren Richtungen zwar temporär fest, aber bei der Installation des Mikrofonarrays noch nicht bekannt sind. Es gibt ebenfalls ein oder mehrere Kontroll- signal-Detektoren 40, die in einer Ausführungsform die gleichen Kontrol Isig na I-Detektoren 30 wie oben sind. In diesem Fall können Kontroll-Schallsignale aus allen Richtungen empfangen werden. In einer anderen Ausführungsform ist jedoch jeder Kontrolisignai-Detektor 40 nur auf einen der Detektionssektoren S1 , S2, S3 ausgerichtet, so dass sich dessen Ausgangssignal S1x, S2x, S3x nur auf den jeweiligen Detektionssektor bezieht. Jeder Kontrollsignal-Detektor 40 enthält mehrere Einzeldetektoren 430, die jeweils ein Kontroll- Schallsignal erkennen, sowie eine Korrelationseinheit 440, die aus den Ausgangssignaien 435 der Einzeldetektoren die Empfangsrichtung des Kontroll-Schallsignals errechnet und/oder ein erkanntes Kontroll-Schallsignal einem der Detektionssektoren S1 , S2, S3 zu- ordnet. Die Strahlformungseinheit 420 enthält in einem Ausführungsbeispiel jeweils ein Submodul 421 , 422, 423 pro Detektionssektor S1 , S2, S3, das auf den jeweiligen Detektionssektor fokussiert und von dort Schallsignale aufnimmt. Die Ausgangssignale der Sub- module 421 , 422, 423 werden in einem Kombinierer 424 miteinander kombiniert, überlagert oder addiert, um ein Audio-Ausgangssignal 425 des Mikrofonarrays zu erhalten. Jedes der Submodule 421 , 422, 423 kann durch das entsprechende Ausgangssignal S1 x, S2x, S3x für den jeweiligen Detektionssektor konfiguriert, modifiziert und/oder ein- oder ausgeschaltet werden. Wenn die Lage der Detektionssektoren programmierbar ist, z.B. durch Kontroll- Schallsignale wie oben beschrieben, dann werden sowohl die Korrelationseinheiten 440 als auch die Submodule 421 , 422, 423 der Strahlformungseinheit entsprechend program- miert. Grundsätzlich ist die Steuerung durch Kontroll-Schallsignale jedoch unabhängig davon, ob die Lage der Detektionssektoren S1 , S2, S3 fest oder veränderlich ist. Fig. 5 zeigt, in einer Ausführungsform, ein Blockdiagramm der Strahlformungseinheit 420 für ein Mikrofonarray der dritten Ausführungsform. Die Strahlformungseinheit 420 kann als Multifokus-Strahlformungseinheit angesehen werden und enthält ein oder mehrere Sub- module 421 , 422, 423, die jeweils mehrere oder alle Mikrofonsignale 315 als Eingangssig- nale erhalten. Jedes Submodul 421 , 422, 423 ist in diesem Beispiel über einen Konfigurationsbus CFB mit einem Controller 4201 , z.B. einem Prozessor, verbunden, durch den sich die jeweilige Konfiguration jedes Submoduls auslesen oder ändern lässt. Jedes Submodul ist im Prinzip gleich aufgebaut und enthält eine Einzelfokus-Strahlformungseinheit 421 b und eine Konfigurationskontrolleinheit 421 d. Die Einzelfokus-Strahlformungseinheit 421 b formt eine Richtcharakteristik aus den Mikrofonsignalen 315, womit der erste Detektions- sektor S1 abgedeckt wird und Schallsignale von dort aufgenommen und am Ausgang des Submoduls ausgegeben werden können. Die Lage jedes Detektionssektors S1 , S2, S3, d.h. die Richtcharakteristiken der Einzelfokus-Strahlformungseinheiten und auch der Korrelationseinheit 440, und andere Parameter können mittels des Controllers 4201 program- mierbar sein. Dieser kann innerhalb oder außerhalb der Multifokus-Strahlformungseinheit 420 angeordnet sein.
Die Konfigurationskontrolleinheit 421 d bekommt das Ausgangssignal S1 x, S2x, S3x des jeweiligen Kontrollsignal-Detektors 40. Das Steuersignal enthält Informationen gemäß einem in dem jeweiligen Detektionssektor empfangenen Kontroll-Schallsignal. Dies kann z.B. ein Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktor, der für in diesem Sektor empfangene (Nutz- )Schallsignale anzuwenden ist, oder ein Abschaltsignal, durch das der jeweilige Detektionssektor zu einem Ausschlusssektor wird. Die Konfigurationskontrolleinheit 421d speichert diese Konfiguration und erzeugt ein Steuerungssignal DC1 für die Einzelfokus-Strahlformungseinheit 421 b, damit diese den Strahl entsprechend formt. Die Konfigurationskon- trolleinheit 421 d kann über den Bus CFB vom Controller 4201 konfiguriert oder ausgelesen werden. Dies ist jedoch normalerweise nur ein Sicherheits- oder Backup-Zugang, da die erfindungsgemäße Art der Konfiguration des Mikrofonarrays im Betrieb einfacher und schneller durchzuführen ist als eine Konfiguration über den Controller 4201.
Fig. 6 zeigt in einer Ausführungsform der Erfindung ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Konfiguration eines Mikrofonarrays. Das Verfahren 600 wird automatisch von dem Mikrofonarray 600 ausgeführt und umfasst das (gleichzeitige) Absuchen 610 einer Mehrzahl von Richtungen nach Schallsignalen mittels einer Anordnung mehrerer Mikrofonkapseln, Detektieren 620 eines Schallsignals aus einer ersten Richtung und Detektieren 625 der ersten Richtung, Feststellen 630, dass das detektierte Schallsignal einem ersten vordefi- nierten Kontroil-Schallsignai entspricht, Erzeugen 640 eines ersten elektrischen Steuersignals gemäß dem ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal, und Konfigurieren 650 des Mikrofonarrays gemäß dem ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal. Das Absuchen 610 des Suchbereichs nach Schallsignalen bzw. Schallquellen kann in mehreren Richtungen gleichzeitig oder nacheinander erfolgen. In einer Ausführungsform kann das Feststellen 630, dass das detektierte Schallsignal einem ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal entspricht, auch die Detektion einer Signatur umfassen. Auch in diesem Fall wird das erste elektrische Kontrollsignal von dem tragbaren elektronischen Gerät 110 gemäß dem ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal erzeugt.
In einer Ausführungsform umfasst das Konfigurieren 650 das Ausschließen der ersten Richtung aus dem Suchbereich. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Konfigurieren 650 das Begrenzen des Suchbereichs auf die erste Richtung, so dass andere als die erste Richtung nicht nach Schallsignalen abgesucht werden. In einer Ausführungsform umfasst das Konfigurieren 650 das Löschen oder Rückgängigmachen einer gegenwärtigen Konfiguration bzw. das Einstellen einer Standard-Konfiguration. In einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich auch ein Computer mit einer Benutzerschnittstelle (z.B. einem Bildschirm und Eingabetasten) und Steuerungsprogrammen benutzt werden, um eine früher gemachte Konfiguration zu löschen oder zu überarbeiten.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren 600 weiterhin das Feststellen 660, dass das detektierte Schallsigna! einem zweiten vordefinierten Kontroll-Schallsignal entspricht, das sich vom ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal unterscheidet, außerdem das Erzeugen 670 eines zweiten elektrischen Kontrollsignals gemäß dem zweiten Kontroll-Schallsignal, und das Konfigurieren 680 des Mikrofonarrays gemäß dem zweiten elektrischen Kontrollsignal. Das Konfigurieren 680 des Mikrofonarrays gemäß dem zweiten elektrischen Kontrollsignal kann das Speichern einer gegenwärtigen Konfiguration oder das Modifizieren einer Verarbeitung für Schallsignale umfassen, die aus der ersten Richtung empfangen werden, z.B. das Modifizieren eines Verstärkungswertes für Schallsignale aus der ersten Richtung. In einer Ausführungsform umfasst das Feststellen 660, dass das detektierte Schallsignal einem zweiten vordefinierten Kontroll-Schallsignal entspricht, das Detektieren einer Signatur in einem Schallsignal. In einer Ausführungsform umfasst das Feststellen 630,660, dass das empfangene Schallsignal einem vordefinierten Kontroll-Schallsignal entspricht, das Vergleichen von Parametern des empfangenen Schallsignals mit gespeicherten Parametern, die dem vordefinierten Kontroll-Schallsignal entsprechen. In einer Ausführungsform ist das tragbare elektronische Gerät ein tragbarer Computer oder ein Smartphone. Das Kontroll-Schallsignal oder die Kontroll-Schallsignale können automatisch nach einem Algorithmus oder Programm erzeugt werden, z.B. in einer App. In einer Ausführungsform kann ein Nutzer ein Schall erzeugendes Gerat nutzen, so wie ein Smart- phone oder einen Tablet-Computer, um strukturierte hörbare Signale auszusenden. Diese kann ein Mikrofonarray empfangen und übersetzen, um Bereiche seines Such- bzw. Erfassungsbereichs zu markieren. Zum Beispiel kann ein strukturiertes hörbares Signal eine Signatur mit der Bedeutung„Markiere diesen Bereich" enthalten. Ein anderes strukturiertes hörbares Signal kann eine Signatur mit der Bedeutung„Lösche die Markierung dieses Be- reichs" oder„Speichere die momentane Konfiguration" enthalten. In einer Ausführungsform kann das Kontroll-Schallsignal auch variable, nicht vorher festgelegte Informationen enthalten, wie z. B. einen Namen, unter dem eine Konfiguration gespeichert werden soll.
Fig. 7 zeigt Frequenzverläufe zweier exemplarischer Tonsequenzen, die als strukturierte hörbare Signale in einem Kontroll-Schallsignal oder einer Signatur enthalten sein können. Jede Tonsequenz beginnt in diesem Beispiel mit einer Kennung, die das Schallsignal leichter als Kontroll-Schallsignal detektierbar macht. In den gezeigten Beispielen besteht die Kennung aus einem Ton einer festen Frequenz für eine zeitliche Dauer von ti-to , der der Synchronisation für die folgende Tonsequenz dient. Dann folgt eine Sequenz von vier Tönen mit unterschiedlichen Frequenzen, die jeweils eine vorgegebene (in diesem Fall etwa gleiche) Länge haben und die eigentliche Information beinhalten. In einem Fall hat die Tonsequenz die Frequenzen f3-fs-f4-f3, im zweiten Fall die Frequenzen f2-f3-fi-f<. Die Sequenzen können vom Mikrofonarray erkannt und Steuerbefehlen oder Steuersignalen zugeordnet werden. Die Tonsequenz kann sehr kurz sein, z.B. 30 ms oder 100 ms, und muss nur lang genug sein, dass das Mikrofonarray es identifizieren und orten kann. Die Frequen- zen liegen in einem von dem Mikrofonarray erfassbaren Bereich, typischerweise zwischen 16 Hz und 20 kHz oder etwas höher. Dabei haben höhere Frequenzen über 12-15 kHz die Vorteile, dass sie besser zu orten sind und für viele Menschen kaum oder nicht mehr hörbar sind und daher weniger stören. Die Sequenz kann auch als Audio-Wasserzeichen in einem anderen Audiosignal versteckt sein, das als Träger dient. Es ist zu beachten, dass die dar- gestellten Tonsequenzen stark vereinfacht sein können, um das Prinzip zu erläutern. Die Kontroll-Schallsignale können auch längere Sequenzen mit mehr Informationen enthalten, die z.B. auch verschlüsselt sein können.
Die Erfindung erleichtert und verbessert die Bedienung und Konfiguration von Mtkro- fonarrays im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, wie z.B. grafische Eingabe unter Be- nutzung eines Lageplans. Erfindungsgemäß ist kein Lageplan nötig. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Lösung anders als z.B. GPS-basierte Lösungen auch in geschlossenen Räumen benutzt werden, und die Fehlerwahrscheinlichkeit wird reduziert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass ein Rückkanal vom Mikrofonarray zu dem zur Konfiguration benutzten elektronischen tragbaren Gerät 110 nicht unbedingt nötig ist. In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein nicht-transientes, computeriesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Instruktionen, bei deren Ausführung ein Computer ein Verfahren zur Konfiguration eines Mikrofonarrays wie oben beschrieben durchführt.
Die Erfindung ist vorteilhaft anwendbar für konfigurierbare Mikrofonarrays, insbesondere für solche, die automatische Strahlfokussierung benutzen.
Es versteht sich und ist ausdrücklich vorgesehen, dass die verschiedenen beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können. Auch wenn eine solche Kombination nicht ausdrücklich genannt ist, wird sie als eine Ausführungsform der Erfindung angesehen. Baueinheiten wie z.B. die Richtungskontrolieinheit bzw. Riehtungssteuerungseinheit oder die Strahlformungseinheit können als Hardware-Module, Software-Module oder gemischte Module realisiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) mit:
einer Mikrofonanordnung (200) mit einer Mehrzahl von Mikrofonkapseln (210, 310); einem Kontrollsignal-Detektor (240, 30, 40), der Ausgangssignale (230, 315) der Mikrofonanordnung (310) erhält und ausgebildet ist, daraus mindestens ein vordefiniertes Kontroll-Schallsignal sowie dessen Empfangsrichtung zu detektieren, und der mindestens ein erstes Steuerungssignal (CTR, XS, S1 x, S2x, S3x) ausgibt, das einem detektierten Kontroll-Schallsignal und dessen Empfangsrichtung entspricht,
wobei das Kontroll-Schallsignal eine synthetisch erzeugte Tonfolge und kein Sprachsignal ist;
mindestens einer Richtungssteuerungseinheit (250, 350, 421 d - 423d), die ein zweites Steuerungssignal (255, 355, DC1 ) zur Richtungssteuerung erzeugt und dieses ausgibt; und
mindestens einer Strahlformungseinheit (200, 320, 421 b, 422b, 423b), die Ausgangssignale (230, 315) der Mikrofonanordnung (3 0) und das zweite Steuerungssignal (255, 355, DC1 ) zur Richtungssteuerung erhält,
wobei die Strahiformungseinheit (200, 320, 421 b, 422b, 423b) dazu ausgebildet ist, aus den Ausgangssignalen (230, 315) der Mikrofonanordnung (310) eine vom zweiten Steuerungssignal (255, 355, DC1 ) bestimmte Richtcharakteristik des Mikrofonarrays mit mindestens einer Vorzugsrichtung zu bilden, aus der Vorzugsrichtung ein Nutzsignal zu empfangen und das Nutzsignal auszugeben (220, 325, 425), und
wobei das erste Steuerungssignal (CTR, XS, S1x, S2x, S3x) an die Richtungssteuerungseinheit (250, 350, 421 d - 423d) ausgegeben wird und die Richtcharakteristik der Strahlformungseinheit bezüglich der ersten Richtung verändert.
2. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach Anspruch 1 , wobei mehrere Kontroll- Schallsignale vordefiniert sind, und wobei der Kontrollsignal-Detektor (240, 30, 40) dazu ausgebildet ist, die Ausgangssignale (230, 315) der Mikrofonanordnung (310) mit den mehreren Kontroll-Schallsignalen zu vergleichen und jeweils ein Kontroll-Schallsignal zu detektieren, und wobei das mindestens eine erste Steuerungssignal (CTR, XS, S1 x, S2x, S3x) dem jeweils detektierten Kontroll-Schallsignal entspricht.
3. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Steuerungssignal (CTR, XS, S1x, S2x, S3x) die Richtungssteuerungseinheit so konfiguriert, dass die erste Richtung als Vorzugsrichtung der Strahlformungseinheit gemäß dem zweiten Steuerungssignal ausgeschlossen wird und das Mikrofonarray die erste Richtung aus seinem Empfangsbereich ausblendet.
4. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach einem der Ansprüche 1 - 3, wobei vor dem Detektieren des Kontroll-Schallsignals die Richtungssteuerungseinheit so konfiguriert war, dass die erste Richtung oder eine der ersten Richtung benachbarte zweite Richtung als Vorzugsrichtung der Strahlformungseinheit gemäß dem zweiten Steuerungssignal ausgeschlossen ist, und wobei das erste Steuerungssignal (CTR, XS, S1 x, S2x, S3x) bewirkt, dass die Ausschließung aufgehoben wird.
5. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Richtungssteuerungseinheit (350) die Ausgangssignale (230, 315) der Mikrofonanordnung (310) erhält und dazu ausgebildet ist, daraus eine Richtung einer dominanten Schallquelle zu detektieren, wobei das zweite Steuerungssignal (355) von der Richtung der dominanten Schallquelle abhängt.
6. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach Anspruch 5, wobei die Richtungssteuerungseinheit (350) die Ausgangssignale (230,315) nur eines Teils der Mikrofonkapseln in der Mikrofonanordnung (310) nutzt,
7. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Richtungssteuerungseinheit (350) zum Detektieren einer Richtung einer dominanten Schallquelle ein Raster von Testpunkten (107) mit festgelegten Positionen benutzt.
8. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach einem der Ansprüche 5 - 7, wobei für einzelne Testpunkte (107) des Rasters von Testpunkten definiert werden kann, dass sie nicht für die Suche benutzt werden.
9. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei die Richtungssteuerungseinheit (421 d, 422d, 423d) eine Richtcharakteristik mit einer festgelegten, von den Ausgangssignalen (230, 315) der Mikrofonanordnung (310) unabhängigen Richtung erzeugt.
10. Konfigurierbares Mikrofonarray ( 00) nach Anspruch 9, wobei die Strahlformungseinheit (421 b - 423b) eine Einzelfokus-Strahlformungseinheit ist, und wobei das Mikrofonarray mehrere Einzelfokus-Strahlformungseinheiten mit unterschiedlichen Richtcharakteristiken enthält, deren Ausgangssignale in einem Kombinierer (424) überlagert oder addiert werden, um das auszugebende Nutzsignal (425) zu erzeugen.
11. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei der Kontrollsignal-Detektor (240, 30, 40) dazu ausgebildet ist, in jedem der ihm zugeführten Ausgangssignale (230, 315) der Mikrofonanordnung (310) das mindestens eine Kontroll- Schailsignal zu detektieren (330, 430), jeweils ein Detektionssignal (355) zu erzeugen, und die Detektionssignale (335) miteinander zu korrelieren (340, 440), um die Empfangsrichtung des Kontroll-Schallsignals zu detektieren.
12. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach einem der Ansprüche 1 - 10, wobei der Kontrollsignal-Detektor (240, 30, 40) dazu ausgebildet ist, in mindestens einem der ihm zugeführten Ausgangssignale (230, 315) der Mikrofonanordnung (310) das mindestens eine Kontroll-Schallsignal zu detektieren (330, 430), und weiterhin dazu ausgebildet ist, die ihm zugeführten Ausgangssignale (230, 315) miteinander zu korrelieren, um die Empfangsrichtung des Schallsignals zu detektieren.
13. Konfigurierbares Mikrofonarray (100) nach einem der Ansprüche 1 - 12, wobei der Kontrol Isigna I-Detektor mindestens ein Steuerungssignai (CS) an die Strahlformungseinheit (320, 420) ausgibt, um eine Ausgabe des Kontroll-Schallsignals als Nutzsignal zu unterdrücken.
14. Verfahren zum Konfigurieren eines Mikrofonarrays (100) für Sprachsignale, wobei das Mikrofonarray eine Anordnung (200) einer Mehrzahl von Mikrofonkapseln (210, 310) enthält, und wobei das Verfahren automatisch ausgeführt wird und die folgenden Schritte enthält:
Kombinieren von Ausgangssignalen der Mikrofonkapseln miteinander mittels Strahlformung, wobei eine Richtcharakteristik entsteht und wobei entsprechend der Richtcharakteristik detektierte Schallsignale als Nutzsignale an einem Ausgang (325, 425) des Mikrofonarrays ausgegeben werden;
automatisches Suchen (610) innerhalb eines räumlichen Suchbereichs mit einem Kontrollsignal-Detektor nach Schallsignalen;
Detektieren (620) eines Schallsignals aus einer ersten Richtung und Detektieren (625) der ersten Richtung; Feststellen (630) in dem Kontrollsignai-Detektor, dass das detektierte Schallsignal einem ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal entspricht und eine synthetisch erzeugte Tonfolge und kein Sprachsignal ist;
Erzeugen (640) eines ersten elektrischen Steuersignals (CTR, XS, S1 x, S2x, S3x) gemäß dem ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal und gemäß der ersten Richtung; und
automatisches Konfigurieren (650) des Mikrofonarrays gemäß dem ersten vordefinierten Kontroll-Schallsignal und gemäß der ersten Richtung, wobei die Richtcharakteristik bezüglich der ersten Richtung geändert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Mehrzahl von verschiedenen Kontroll- Schallsignalen vordefiniert ist, die beim automatischen Konfigurieren (650) zu unterschiedlichen Konfigurationen des Mikrofonarrays führen.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei das automatische Konfigurieren (650) ein Ausschließen der ersten Richtung aus der Richtcharakteristik umfasst.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 - 16, wobei das automatische Konfigurieren (650) eine geänderte Verstärkung von Schallsignalen, die aus der ersten Richtung empfangen werden, umfasst.
EP18748888.7A 2017-11-01 2018-07-27 Konfigurierbares mikrofonarray und verfahren zum konfigurieren eines mikrofonarrays Pending EP3704869A1 (de)

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US15/800,864 US10171906B1 (en) 2017-11-01 2017-11-01 Configurable microphone array and method for configuring a microphone array
PCT/EP2018/070382 WO2019086151A1 (de) 2017-11-01 2018-07-27 Konfigurierbares mikrofonarray und verfahren zum konfigurieren eines mikrofonarrays

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