NO20093511A1 - Toroidemikrofon - Google Patents

Abstract

Videokonferanseretningsmikrofon som innbefatter to mikrofonelementer arrangert sammenfallende på en vertikalakse. De to mikrofonelementene er plassert på en understøttende overflate slik at det første mikrofonelementet er på overflaten og det andre mikrofonelementet er elevert over den understøttende overflaten. Retningsmikrofonen innbefatter også filtre, en adderersammensetning og en equalizer, som blir brukt for å forme direktivitetsmønsteret til direktivitetsmikrofonen til et toroidefølsomt mønster. Det toroidefølsomme mønsteret øker følsomheten i retningen av lydkilden av interesse, mens den samtidig reduserer følsomheten av enhver lydbølge generert av støykilde fra visse elevasjonsvinkler. Mikrofonen kan bli konfigurert til å ha lav følsomhet ved vinkler hvor støykilder er lokalisert.

Description

Bakgrunn

Et videokonferansesystem er tilveiebrakt. Mer spesifikt beskrives en mikrofon som har et følsomhetsmønster som er uavhengig av mikrofonens asimutvinkel, og som maksimerer følsomheten i retningen av lydkilden av interesse mens den samtidig minimaliserer følsomheten for lyd fra andre retninger.

Videotelekonferansesystemer blir brukt for å lage virtuelle møter mellom to eller flere mennesker, eller to eller flere grupper av mennesker lokalisert i separate rom. Rommene kan være innenfor samme bygning eller i ulike bygninger lokalisert i ulike byer, land, kontinenter, etc. Dermed kan videotelekonferansesystemer bli brukt for å lage møter som på annen måte ville kreve reise over potensielt store avstander.

For å lage virtuelle møter sender videokonferansesystemer både video og lyddata, og innbefatter dermed én eller flere mikrofoner som fanger inn lydbølger. Mikrofonene omformer lydbølger generert i et videokonferanserom til elektriske impulser for sending til et annet videokonferanserom. Kvaliteten på denne sendte lyden er derfor direkte avhengig av posisjonen til mikrofonen innenfor rommet, akustikken til rommet, og spesielt til karakteristikkene av mikrofonen i seg selv.

F. eks. vil en konvensjonell mikrofon brukt for å fange inn lyd fra en lydkilde av interesse, slik som en person som snakker motta direkte lydbølger, reflekterte lydbølger og gjenklangslydbølger fra kilden. Direkte bølger utbrer seg direkte til mikrofonen uten å bli reflektert, og er lydbølgene tiltenkt å bli fanget av mikrofonene. Videre er nivået av direkte lydbølger inverst proporsjonalt med avstanden mellom lydkildene av interesse og mikrofonen som mottar lyden.

Reflekterte lydbølger utbrer seg ikke direkte til mikrofonen. I stedet blir de reflektert flere ganger av objektet i rommet, eller rommet i seg selv, før de når mikrofonen. F.eks. kan lydbølger fra en lydkilde av interesse bli reflektert av vegger, gulv, tak, stoler, etc. Reflekterte lydbølger kan utbre seg mindre enn 50-80 ms (som korresponderer til en utbredelsesavstand på 17-27 meter) før de når mikrofonen også kjent som "tidlige refleksjoner".

Tidlige refleksjoner fra en lydkilde av interesse kan positivt bidra til lyden mottatt på mikrofonen. Imidlertid kan de også forvrenge lyden ved å forårsake en comb-fllfreringseffekt. Tidlige refleksjoner har trykknivåer som er ca. Uk til de som kommer fra direkte lydbølger, men er forsinket i tid. Denne tidsforsinkelsen forårsaker faseforskjell mellom de to lydbølgene som kan resultere i kansellering av noe av frekvenskomponentene til direkte lydbølger når direkte lydbølger kombinerer seg med tidlige refleksjoner. Dette fenomenet er kjent som "comb-filtrering", og har en negativ påvirkning på lydkvaliteten.

Refleksjoner som utbrer seg mer enn 50-80 ms (17-27 meter) er kjent som "etterklangslyd". Etterklangslyd ankommer ved mikrofonen fra nær sagt alle retninger fordi disse lydbølgene har blitt reflektert mange ganger innenfor rommet. Deres trykknivå er også i stor grad uavhengig av mikrofonlydkildeavstanden. Ulik tidligere refleksjoner har gjenlyd alltid et negativt bidrag til lydkvaliteten ved å skape en "fjerntliggende", "hul", og/eller "kvalt" karakteristikk.

Nivået av forvrengning forårsaket av gjenklangslyd blir bestemt av forholdet til nivået av direkte lyd til et nivå av gjenklangslyd. F.eks. dersom lydkilden av interesse er svært nær til mikrofonen, vil forholdet mellom direkte lyd til gjenklangslyd være stor, og foi^rengningen vil være liten. Ettersom lydkilden av interesse beveger seg bort fra mikrofonen, vil forholdene mellom direkte lyd til gjenklangslyd øke, noe som øker forvrengningen.

En avstand hvor nivået med direkte lyd er lik til nivået med gjenklangslyd er kjent som "romradius", noe som kan bli bestemt for hvert rom. Ettersom en lydkilde av interesse beveger seg på utsiden av romradius, dominerer gjenklangslyd, og forvrengning øker. Omvendt, dersom lydkilden beveger seg innenfor romradius vil den direkte lyden dominere, og forvrengning avtar. Derfor er det et mål med konvensjonelle mikrofonsystemer at lydkilden av interesse forblir innenfor romradius for å unngå signifikant lydforvrengning.

Videre er ikke direkte lyd, reflektert lyd, og gjenklangslyd begrenset til lydkilden av interesse, men kan også være tilstede for lydkilder i videotelekonferanserommet. Støykilder innbefatter f.eks. viftestøy fra ventilasjonssystemer, kjøleviftestøy fra elektrisk utstyr (f.eks. takmonterte projektorer), støy fra utsiden av videokonferanserommet, lyd fra høyttalere, beveging av stoler, etc. Konvensjonelle videotelekonferansesystemmikrofoner mottar direkte, reflektert og gjenklangslydbølger fra disse støykildene så vel som svekket lydkvalitet.

Videre har hver støykilde en ulik dominant komponent. F.eks. bidrar vifter installert på elektrisk utstyr og støy som kommer fra utsiden av videotelekonferanserom primært til støy i form av gjenklangslydbølger. Noen støykilder slik som ventilasjonssystemer bidrar også til multiple støykomponenter, dvs. direkte og gj enklangslydbølger.

Konvensjonelle mikrofoner kan også bidra til støy i form av et ekko. Et ekko opptrer når lyd fra en høyttaler brukt for å reprodusere lyd fra fjerntliggende deltakere i videotelekonferansen fanget inn av mikrofonene og sendt på nytt til det fjerntliggende selskapet. Ekko har også direkte, reflektert og gjenklangslydkomponenter, men dominans av én komponent over de andre blir bestemt av høyttaler-til-mikrofonavstand, noe som ikke alltid er konstant.

Ekkoer blir konvensjonelt dempet av ekkokansellerere, som er adaptive filtre som tilpasses til en høyttaler-mikrofon-kanalrespons. Imidlertid kan ikke ekkokansellerere hindre en mikrofon fra å motta et ekko. I stedet kun demper ekkokansellerere ekkoer som allerede er tilstede i lydsignalet. Videre, på grunn av deres adaptive natur, krever ekkokansellerere tid for å trene seg på en gitt respons, noe som gjør tidsuavhengige høyttaler-mikrofonkanalresponser ønskelige. I praksis vil det imidlertid være slik at mikrofoner kan bli reposisjonert under en videotelekonferanse for å kunne fange inn lyd fra flere ulike lydkilder, og tidsinvarianshøyttaler til mikrofonkanaler er det vanskelig å oppnå. Dermed kreves typisk i et konvensjonelt videotelekonferansesystem ekkokansellerere for å trene multiple ganger. Videre har ekkokansellerere vanskelig for å dempe gjenklangslydkomponenter, noe som resulterer i økt beregningskompleksitet ettersom nivået av gjenklangsekkoer øker.

Dette problemet blir forverret når omniretningsmikrofoner blir brukt i videokonferansesystemer. Omnkemmgsmikrofoner mottar lyd fra alle retninger med lik følsomhet, og mottar dermed direkte, reflektert og gjenklangslyder fra hver lydkilde innenfor rommet, innbefattende støykilder. Faktisk vil kun lydkilder under konferansebordet bli dempet på grunn av bordfunksj onene som en barriere for lydtrykkbølger. Selv om onmketningsmikrofoner er i stand til å fange inn lyd fra alle retninger av interesse uten å bli reposisjonert, vil den resulterende dårlige lydkvaliteten oppstå på grunn av innfangede støylydkilder.

En måte å forbedre kvaliteten til lyd sendt av et videokonferansesystem er å bruke retningsmikrofoner. Ulikt onmiretmngsmikrofoner, har en retningsmikrofon høyere følsomhet med hensyn til visse retninger enn andre, og filtrerer lyd fra i det minste noen lydkilder. Dette forbedrer lydkvaliteten relativt til en orrmiretoingsmikrofon, men krever også at retningsmikrofonen blir orientert til innretting til sin retning med høyest følsomhet ("hovedakse") mot lydkilden av interesse. Derfor krever retningsmikrofoner reposisjonering for hver gang lydkilden av interesse endrer posisjon.

Retningsmikrofoner som har et kardioid følsomhetsmønster eller bi-retnings-sensitivietsmønster blir typisk brukt i et videokonferansesystem. En mikrofon som har

en kardioid følsomhet har en retningsfunksjon gitt av:

g (a) = ~ + - cos(a), hvor a er asimutvinkel til hovedaksen med hensyn til horisontalen en typisk kardioid mikrofon har en maksimum følsomhet ved a = 0° og en minimumsMsorhhet ved a = 180°.

En biretningsmikrofon har en direktivitetsfunksjon gitt av: g(a)=cos(a), hvor a er også en asimutvinkel til hovedaksen med hensyn til horisontalen. Denne mikrofonen har en maksimum følsomhet for a = 0° og a = 180°, og en minimumsfølsomhet når a = 90° og a = 270°. Fordi både kardioid og biretningssensitivitetesmønstrene på asimutvinkelen til mikrofonen, vil sensitiviteten for disse mikrofonene variere horisontalt og vertikalt.

Som beskrevet over kan enten en kardioidmikrofon eller en biretningsmikrofon bli brukt i et videokonferansesystem for å forbedre lydkvaliteten. Plassering av kardioid eller biretningsmikrofonen på et bord vil også forbedre lydkvaliteten fordi bordet opptrer som en lydbarriere for lyd som kommer fra undersiden av bordets overflate, noe som forbedrer den direkte til gjenklangslydforholdet.

Mikrofonfølsomheten kan også bli forbedret ved å plassere mikrofonen direkte på en bordtoppoverflate fordi ved dette nivået vil mikrofonen motta direkte lydbølger og lydbølger reflektert fra bordet (dvs. tidlige refleksjoner). De direkte lydbølgene og reflekterte lydbølger reflektert av bordet forblir i fase, og kombineres for å danne en trykkbølge som er dobbel av den til den direkte lydbølgen. Dette øker effektivt mikrofonens følsomhet med 6 dB sammenlignet med en mikrofon i et fritt felt, og blir vanligvis referert til som "grenseprinsippet".

Imidlertid krever fremdeles retningsmikrofoner at den andre lydkilden av interesse blir representert nær hovedMsomhetsretningen til mikrofonen. Dermed må, når flere mennesker deltar i et møte, mikrofonen bli kontinuerlig rejustert for å unngå svekket lydkvalitet. Dette krever at menneskene som deltar i videokonferansen er klar over følsomhetsmønsteret til mikrofonen for å kunne gjøre posisjonsjusteringer, og utføre retningsmikrofoner, noe som gjør retningsmikrofoner vanskelige å bruke for ikke-profesjonelle brukere.

Konvensjonelle mikrofonbrukere bruker flere retningsmikrofoner for å unngå mikrofon-reposisjonering. F.eks. bruker tidligere kjente teknikkrnikrofoner fire kardioidelementer rotert ved 90° relativt på hverandre, og velger lyd fra mikrofonelementet som har en hovedakse nærmest til den aktive lydkilden av interesse. Et annet konvensjonelt mikrofonsystem bruker to

biretningsmikrofonelementer plassert ved 90° relativt til hverandre, og lydprosessering

som lager et virtuelt mikrofonfølsomt mønster. F.eks. dersom det fysiske biretningsmønsteret til de to biremmgsmikrofonene eksisterer ved hovedaksen 0° og 90°, kan de virtuelle mønstrene bh laget i området med 45°-135°.

Imidlertid lager de ovenfor beskrevne konvensjonelle mikrofonsystemene tidsvarierende høyttalennilorofonkanalresponser som øker kompleksiteten til kanselleringsekkoer, og tvinger ekkokansellerere til å tilpasse seg oftere. Optimale ekkokansellerere kan bli hindret av ofte eldcokanselleirngstilpasning. Disse konvensjonelle mikrofonsystemene krever også mer kompleks hardware, noe som øker vanskeligheten med installasjon.

For å unngå økt systemkompleksitet og vanskelige installasjoner, er faste Msomhetsmønstermikrofoner foretrukket i videotelekonferansesystemer. Omnketmngsmikrofoner beskrevet over har faste følsomhetsmønstre, men mangler evnen til å undertrykke gjenklangslyd. Retningsmikrofoner har også fast sensitivitetsmønster og undertrykker gjenklangslyd men krever hyppig reposisjonering.

En tredje konvensjonell mikrofon som har et fast følsomhetsmønster er en toroidemikrofon. En toroidemikrofons følsomhetsmønster er i form av en toroide og er gitt av: g(0)=sin(0). En slik konvensjonell toroidemikrofon kan bli konstruert med to ortogonale, horisontale sammenfallende bidireksjonale mikrofonelementer som har utgangssignaler som blir addert i kvadraturfase. Alternativt kan en andreordens toroidal mikrofon bli konstruert for å ha et følsomhetsmønster gitt av: g(9)=sin (0), fra fire ortogonalt, horisontalt sammenfallende biretningsmikrofoner, hvilke signaler blir addert i fase. Alternativt kan hver biretningsmikrofon bli konstruert ved å subtrahere to omniretningselementer. Ett av elementene i hvert par kan bli delt for alle fire par. Det vil si en annenordens toroidahriikrofon kan bli konstruert ved å bruke fem omniretningsmikrofoner.

Fordi følsomhetsmønsteret til toroidalmikrofonen avhenger av elevasjonsvinkel til mikrofonen, ikke asimut, varierer dens følsomhet kun i vertikalretning. Derfor kan toroidalrnikrofoner fange inn lyd fra kilder ved ulike posisjoner gjennom et rom, uten å bli reposisjonert. Ved å bruke en mikrofon med toroidal, smultringformet, direktivitet i en telekonferanse, var foreslått av Sessler et al. under 1960 [G. M. Sessler, J. E. West, og M. R Schroeder, "Toroidal microphones", The Journal of the Acoustical Society of America, bind 46, nr. IA, sidene 28-36, 1969]. Plassering av mikrofonen over et rundt bord, hvor ideen var å dekke konferansen med høy og lik sensitivitet, mens demping av gjenklangslydfelt og undertrykking av akustikk fra høyttaleren.

Imidlertid er Sesslers annen ordens toroid laget ved å bruke fem omniretningsmikrofonelementer plassert i et horisontalt plan, eller alternativt ved å sample lydfeltet med rør. Siden implementeringen med å bruke et rør var vanskelig å balansere akustisk og hadde begrensninger og problemer forårsaket av rør-resonnanser, en alternativ metode har blitt foreslått ved å bruke fire bidireksjonale elementer sammen med en plastikksylinder [G. M. Sessler og J. E. West, "A simple second-order toroid microphone", Acustica, bind 57, nr. 4-5, sidene 193-199,1985]. Tidligere forsøk på å lage annenordens toroidemikrofoner ved å bruke multiple ltiikrofonelementer er at et stort antall mikrofonelementer trengs for å realisere toroidedirektivitetsmønsteret som genererer problemer med fasematching og følsomhetsmatching til mikrofonelementene. Dermed er tidligere kjente toroidemikrofoner store, kostbare, og svært vanskelige å realisere.

Derfor, som innsett av de foreliggende oppfinnerne, er det et behov for en mikrofon som har et følsomhetsmønster som er uavhengig av asimutvinkel og maksimere følsomheten i retningen til lydkilden av interesse, mens en minimerer følsomheten i retningen av støykilder. Mikrofonen bør også omfatte så få mikrofonelementer som mulig for å redusere kostnader og kompleksitet.

Sammendrag

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe et arrangement og å bruke et slikt arrangement som eliminerer ulempene beskrevet over. Trekk definert i de selvstendige kravene vedlagt karakteriserer systemet og bruken av systemet.

En toroidemikrofon omfatter en første mikrofonelementsammensetning som innbefatter et første mikrofonelement arrangert tilliggende til en understøttende overflate og et første filter forbundet til det første mikrofonelementet, hvor det første filteret har en frekvensrespons Hi'(k). En annen mikrofonelementsammensetning innbefatter det første mikrofonelementet og et andre filter forbundet til det første mikrofonelementet, hvor det andre filteret har en respons Hi"(k). En tredje mikrofonelementsammensetning innbefatter et andre mikrofonelement arrangert i en forhåndsbestemt avstand tø) fra den understøttende overflaten og et tredje filter forbundet til det andre mikrofonelementet hvor det tredje filteret har en respons H2(k).

Toroidemikrofonen omfatter videre en siunnrasjonssammensetningsutgang ved å summere utgangene til de første og tredje rnikrofonsammensetningene og trekke fra utgangen til den andre mikrofonsammensetningen. Kombinasjonen av de første, andre og tredje filtrene genererer toroidedirektivitetsmønsteret for toroidemikrofonen.

Kort beskrivelse av tegningene

En mer komplett forståelse av oppfinnelsen og mange av fordelene av denne vil bli enklere forstått med referanse til den følgende detaljerte beskrivelsen når en vurderer denne i forbindelse med de vedlagte tegningene. Imidlertid skal ikke de vedlagte tegningene og deres eksempler betraktes som å begrense omfanget av oppfinnelsen slik denne er beskrevet i beskrivelsen. Omfanget av oppfinnelsen slik denne er beskrevet i beskrivelsen og tegninger er definert av ordene i de vedlagte kravene. Fig. 1 er en skjematisk tegning av videokonferansesystemets lydfordelingsdel som innbefatter mikrofoner i henhold til en eksempelvis utførelse av den foreliggende fremstillingen; Fig. 2 er en skjematisk tegning av et toroidefølsomhetsmønster til en toroidemikrofon arrangert på et bord i henhold til en eksempelvis utførelse av den foreliggende fremstillingen; Fig. 3 er en skjematisk tegning av en toroidemikrofon i henhold til en eksempelvis utførelse av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 4 er en skjematisk tegning av en prosessor brukt for å implementere funksjonene korresponderende til frekvensresponser Hi(k), H^k) og HfiQ(k) i henhold til en eksempelvis utførelse av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 5 innbefatter seks toroidefølsomhetsmønstergrafer for seks frekvenser i henhold til en eksempelvis utførelse av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 6 er et forstørret plott av responsen (Hi(k)) i henhold til en eksempelvis første utførelse av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 7 er et forstørret plott av frekvensresponsen (HEQ(k)) i henhold til en eksempelvis første utførelse av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 8 er en skjematisk tegning av en toroidemikrofon i henhold til en eksempelvis andre utførelse av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 9 er en beregnet direktivitetsindeks som en funksjon av en parameter J32f°r en toroidemikrofon i henhold til en eksempelvis andre utførelse av den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 10 er et plott av dkektivitetsfunksjonen til en toroidemikrofon i henhold til en eksempelvis andre utførelse av den foreliggende oppfinnelsen for tre ulike verdier av p2; Fig. 11 er et direktivitetsmønster for en toroidemikrofon i henhold til en eksempelvis andre utførelse av den foreliggende oppfinnelsen med maksimert Directivity Index DI vist i lineær skala; Fig. 12 er et skjematisk diagram av en toroidemikrofon i henhold til en annen eksempelvis utførelse av den foreliggende oppfinnelsen.

Detaljert beskrivelse

I det følgende vil de foreliggende fremskrittene bli diskutert ved å beskrive foretrukne utførelser med henvisning til de vedlagte tegningene. Imidlertid vil en fagmann på området innse at andre applikasjoner og modifikasjoner innenfor omfanget beskrevet er definert i de vedlagte kravene.

Fig. 1 er en skjematisk representasjon av en lyddel av et videokonferansesystem. I fig. 1, høyttaler 10a, i rom 110a, og høyttaler 10b i rom 110b, blir brukt i en videotelekonferanse. Rommene 110a og 110b kan være fysisk tilliggende til hverandre i samme bygning, eller separert med mange hundreder eller tusener av kilometer. Derfor blir en kommunikasjonslink 140 brukt for å overføre video og lyddata mellom rommene 110a og 110b.

En eksempelvis kommunikasjonslink 140 kan være kablet, slik som PSTN-telefonsystem, Wide Area Network (WAN), Local Area Network (LAN), eller Ad-hoc. Den eksempelvise kommunikasjonsHnken 140 kan være en trådløs, slik som et mobiltelefonnettverk, WiMax, Wifi, eller via satellittlink. Videre kan kornmunikasjonslinken 140 også være en kombinasjon av kablede og trådløse nettvek.

Rommene 110a og 110b i fig. 1 er speilbilder av hverandre, og inneholder samme eller lignende utstyr. En fagperson på området vil selvfølgelig innse at alternative konfigurasjoner og fordeler er beskrevet her. Hvert rom 110a og 110b innbefatter en toroidemikrofon 20a eller 20b, en mikrofonforsterker 30a eller 30b, og A/D-konverter 40a eller 40b, en ekkokansellerer 50a eller 50b, en koder 60a eller 60b, en dekoder 70a eller 70b, en D/A-konverter 80a eller 80b, en effektforsterker 90a eller 90b, og en høyttaler 100a eller 100b.

Når en taler 10a taler, vil lydbølgene fra hans eller hennes stemme gå til toroidemikrofonen 20a og blir konvertert til elektriske impulser. Mikrofonforsterkeren 30a forsterker disse elektriske impulsene, og A/D-konverter 40a konverterer dem til digitale lyddata. Digitale lyddata går så til ekkokansellereren 50a, som tapper utgangen til dekoder 70a ved å bruke transmisjonsstigen 130a, for å redusere ethvert ekko inneholdt i de digitale lyddata. Straks ekkoet har blitt redusert, blir digitale lyddata overført til koderen 60a, som koder de digitale signalene i henhold til et format til kommunikasjonslinken 140. Kommunikasjonslinken 140 bærer så de digitaliserte lyddataene til rom 110b.

Digitale lyddata mottatt ved rom 110a blir først dekodet av dekoder 70a i henhold til transmisjonsprotokollen til kommunikasjonslinken 140. Det dekodede digitale lydsignalet blir brukt for å redusere ekko, som diskutert over, og også konvertert til elektriske impulser ved D/A-konverteren 80a. De elektriske impulsene blir forsterket av effektforsterkeren 90a og konvertert til lydbølger av høyttaleren 100a.

Selv om beskrivelsen ovenfor kun refererer til 110a, er den også like gjeldende for rom 110b. Derfor tillater lyddelene til videokonferansesystemene i rom 110a og 110b talere 10a og 10b til å samtidig utveksle lyddata langs kommunikasjonslinken 140.

Videre kan mikrofonforsterkeren 30a, A/D-konverter 40a, ekkokansellerer 50a, koder 60a, dekoder 70a, D/A-konverter 80a og effektforsterker 90a bli implementert separat som hardware- eller softwareelementer eller integrert i en enkel innretning slik som en ASIC "System on a Chip". Mikrofonforsterker 30b, A/D-konverter 40b, ekkokansellerer 50b, koder 60b, dekoder 70b, D/A-konverter 80b, og effektforsterker 90b kan bli integrert på lignende måte eller individuelt implementert.

Selv om videotelekonferansen beskrevet over er med hensyn til to talere i to rom, kan andre konfigurasjoner også være mulige. F.eks. tre eller flere rom kan bli linket av kommunikasjonslink 140 til en felles telekonferanse, og flere enn én taler kan også være tilstede i hvert av rommene. I tillegg kan komplette table-top telekonferanseenheter bli brukt for å tillate hver taler å føye seg til en telekonferanse uten å forlate deres pulter, og noen talere kan også føye seg til telekonferansen ved å bruke kun lydkommunikasjon. Som det vil innses av en fagperson på området finnes et antall andre videotelekonferansekonfigurasjoner uten å avvike fra omfanget av den foreliggende fremstillingen.

Fig. 2 er en illustrasjon av toroidedirektivitetsmønster til en toroidemikrofon i henhold til den eksempelvise utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Fig. 2 innbefatter en mikrofon A (ikke vist i figuren) montert på en eksempelvis bordtoppoverflate 220 til et bord. Følsomhetsmønsteret til mikrofon A er definert av følsomhetsloben 210. Direktivitetsmønsteret er essensielt et toroidedirektivitetsmønster, hvor mikrofonen har en maksimums følsomhet i den horisontale retmngen nær til posisjonen av lydkilden. Siden direktivitetsmønsteret er toroidalt, er direktiviteten uavhengig av asimutvinkel og avhengig av elevasjonsvinkel respektivt. Toroidemikrofonen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen kan også bli montert på en overhengende montering, slik som en pleksiplate eller en montering som omfatter en plan overflate på hvilket mikrofonen er festet. Følsomhetsmønsteret for elevert toroidemikrofon A definerer arealer med forhøyet følsomhet. Følsomhetsloben 210 blir innrettet med talerne 200. Dermed er mikrofonen A mer følsom for lyd som kommer fra talerne 200 enn fra andre kilder. Mikrofonen A er relativt ufølsom for lyd som går direkte normalt på monteringsoverflaten 220 (overhead noise) fordi gapet i følsomhetsmønsteret i senteret av sensitivitetsloben 210.

I fig. 2 er overhead mount (ikke vist) og bordet kun eksempler, og derfor ikke begrensende. Overheadinnfesting kan være i enhver form, høyde og materiale vanligvis brukt på området. Lignende kan bordet være enhver form, høyde og materiale vanligvis brukt på området. Videre kan taleren 200 også være på venstre side, bak bordet, foran bordet, eller en annen posisjon i rommet 220. Multiple talere kan også være forsynt med toroidemikrofoner A uten å avvike fra omfanget med oppfinnelsen.

I motsetning til tidligere kjente toroidemikrofoner utnytter den foreliggende oppfinnelsen kun to omniretningsmikrofonelementer assosiert med en reflektiv understøttende overflate, som vist i fig. 3. Den reflektive overflaten er posisjonert i xy-planet. I stedet for å plassere mikrofonelementet i xy-planet som i tidligere kjent teknikk (se referanser sitert i bakgrunnsseksjonen), er de posisjonert langs z-aksen. Ved å anta plane bølger og perfekte refleksjoner, vil lyden som kommer inn i mikrofonen posisjonert over bordtoppen være et avansert pluss en forsinket versjon av lyden som kommer inn i mikrofonen posisjonert i planet ved z = 0. Ved å kombinere N omniretningselementer posisjonert i avstand di over overflaten vil resultatet i den følgende trykkresponsen være:

hvor A0er planbølgeamplitude, Hi( k) er filtre forbundet til hver mikrofon, og dter antatt å være liten sammenlignet med bølgelengden. I den ovenfor nevnte ligningen, k = a/ c er bølgenummeret, hvor co er angulærfrekvens, c er hastigheten av lyd, og dter

avstanden fra den refiektive overflaten til mikrofonen i. Ved å velge N= 2 og di = 0 som i konfigureringen i henhold til fig. 3, vil trykkresponsen være:

Som et tillegg kan equalizerfilter HEQ.(k) bli lagt til for å kontrollere frekvensresponsen til systemet:

Fig. 3 er en toroidemikrofon 300 i henhold til én eksempelvis utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Toroidemikrofonen 300 innbefatter to ornniretningsrnikrofonelementer 340, 350 og ett elektronisk filter 330 i henhold til frekvensresponsen Hi(k) (i denne utførelsen, er filteret H2(k) i ligning (4) satt til enhet, H2(k)=l). Utgangen til filteret 330 blir lagt til utgangen til mikrofonelement 340 i summeringsnoden 360 og equalized i equahzerfilter 320, som har en frekvensrespons HEQ(k), det samlede utgangssignalet 370 til toroidemikrofonen 300 korresponderer til utgangen til equalizerfilteret 320.

Mikrofonelementene 340 og 350 er arrangert på bordet 305 (eller overflaten) til å fange inn både direkte lydbølger 310 og lydbølger reflektert 315 av table-top 305. Mikrofonelement 340 er plassert direkte på bordet 305 for å utnytte grenseprinsippet. Mikrofonelementet 350 sammenfaller med mikrofonelementet 340 med hensyn til vertikalaksen, men er en avstand (d2) over bordet 305.1 den ovenfor nevnte beskrivelsen skal avstand (d2) være mindre enn halvparten av bølgelengden til høyeste frekvenskomponent som skal fanges inn av toroidemikrofonen 300.

I fig. 3 ankommer direkte lydbølger 310 ved bordet 305 ved innkommende vinkel (0), som blir reflektert ved bordet 305 i form av reflekterte lydbølger 315. Mikrofonelementet 350 fanger inn både direkte lydbølger og reflekterte lydbølger fra bordet, noe som tar bruk av trykkdoblingsprinsippet for å øke følsomheten. Mikrofonelementet 340 mottar både direkte lydbølger 310 og reflekterte lydbølger 315 som blir forsinket med hensyn til de direkte lydbølgene 310. Mengden av forsinkelse til den reflekterte lydbølgen 315 avhenger av innkommende vinkel (0) og avstand (d2). Enhver lydbølge som kommer fra undersiden av bordplaten blir blokkert av bordplatens overflate 305.

Lydbølger fanget inn av mikrofonelementene 350 blir konvertert til elektriske impulser og tilveiebrakt til filter 330 for prosessering. Lydbølgene fanget inn av mikrofonelementene 340 blir konvertert til elektriske impulser og tilveiebrakt til en summeringsnode 360. Filteret 330 er forbundet til mikrofonelementet 350, og definerer direktivitetsfunksjoner, og blir valgt som:

I de ovenfor nevnte ligningene, er k = co/c bølgenummeret, hvor co er angulærfrekvens, c er hastigheten til lyd, og d2 er avstanden fra den reflektive overflaten til mikrofonen 340.

De resulterende elektroniske signalene generert av filteret 330 og de elektroniske signalene generert av mikrofonelementet 340 blir summert ved summeringsnode 360 og så equalized av equalizerfilter 320. Equalizerfilter 320 definerer frekvensresponsen og i henhold til én utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, for en teoretisk flatrespons ved en innkommende vinkel (00) gitt ved:

hvor k, d2og c er definert over, og 60kan bli valgt avhengig av krav, men bør være et gjennomsnitt av innkommende vinkel fra talerne. Den bør være offset litt lavere enn gjennomsnitts vinkelen ettersom mennesker sitter nærmere mikrofonen vil ha en sterkere direkte lyd. En typisk verdi på Ooer 70°, som tilnærmes gjennomsnittstaler (eller snakker) som sitter ved en horisontal avstand på 1,25 meter, og med sin munn 0,45 meter over bordet.

Det skal bemerkes at innkommende vinkel på 70° ikke er begrensende for den foreliggende oppfinnelsen. En elevasjonsvinkel på 70° er vurdert å være passende for de fleste konferanseromkonfigurasjoner; imidlertid kan andre vinkler mellom 30° og 80° bli brukt.

Filtrene 330, 320 og summeringsnode 360 kan bli implementert som digitale strukturer, i hvilket tilfelle A/D-konvertere (ikke vist) konverterer elektriske impulser fra mikrofonelementene 340 og 350 til digitale lyddata. Filteret 330 er fortrinnsvis implementert som en finite impulse response (FIR) filtre, imidlertid kan de også bli implementert som infinite impulse response (HR) filtre. Dersom filter 330 er lineærfase, og en forsinking lag til til den andre stien (signalet fra mikrofonen 340 over bordet) for å emulere et ikke-kausalt filter. Videre kan equalizeren HEQ(k) også bli implementert som IIR- eller FIR-filtre.

Filtre 330, summeringsnode 360 og equalizerfilter 320 kan også bli implementert separat eller integrert i en enkelt innretning. F.eks. kan filter 330 og summeringsnode 360 og equalizer 320 bli implementert på en datamaskin 400, slik som en i fig. 4. Datamaskinen 400 innbefatter en prosessor 405 for å utføre beregninger, read-only memory (ROM) 430 for å lagre programmermgsmstruksjoner, og et hovedrninne 425 kan innbefatte RAM-minne, FLASH-minne, EEPROM-minne eller ethvert annet skrivbart minne. Hovedminnet 425 lagrer temporære data, instruksjoner, etc. Datamaskinen 400 innbefatter en displaykontroller 420 for å kontrollere displayinnretningen 460, en diskkontroller 435 for å kontrollere harddisk 445 og/eller et CD-ROM-drev, og et I/O-grensesnitt 410 for å kontrollere en pekeinnretning 450 og et tastatur 455. En buss 415 forbinder alle av de ovenfor beskrevne komponentene.

Harddiskdrev 445 og CD-ROM-drev 440 kan bh integrert i datamaskinen 400, eller kan være fjernbare. Likeledes kan i det minste en del av hovedminnet 425 også være fjernbart. Selv om det ikke er vist i fig. 4, kan I/O-grensesnittet 410 også ha et grensesnitt til et nettverk, telefonsystem, WiFi-nettverk, mobiltelefonnettverk, WAN, LAN, etc.

Frekvensresponsene (Ho, Hi, H2og H3) og summeringsnode 335 kan også være implementert på datamaskinen 400 som en nytte (utility) applikasjon, bakgrunnsdemon, eller komponent av et operativsystem, eller enhver kombinasjon av disse som eksekveres sammen med en prosessor 405 og et operativsystem, slik som Microsoft VISTA, UND£, SOLARIS, LINUX, Apple MAC-OS, og andre kjente for en fagperson på området.

Videre kan filter 330, summeringsnode 355 og equalizer 320 bli implementert i hardware sammen eller separat, på innretninger slik som FPGA, ASIC, mikrokontrollere, PLD'er eller andre datamaskmlesbare medier slik som en optisk disk. Fig. 5 innbefatter en serie polarresponser fra en table-top toroidemikrofon med dimensjonen (d2) lik til 0,02 meter. Polarresponser er vanligvis definert for vinkler over overflaten, på hvilket toroidemikrofonen er plassert, fordi overflaten blokkerer enhver lydbølge fra vinklene 90° til 270°. Hver graf korresponderer til en toroidemikrofonrespons ved en ulik frekvens. Frekvensene på 100 hertz, 240 hertz, 577 hertz, 1386 hertz, 3330 hertz og 8000 hertz blir representert som et eksempel. Imidlertid kan toroidemikrofonens respons bli generert for enhver frekvens. Fig. 6 er et forstørret responsplott for frekvensresponsen (H^ korresponderende til filter 330. Både lineærrespons (topp) og responsen i decibel (bunn) er innbefattet i fig.

6, og den hele linjen korresponderer til avstanden (d2) til 0,02 meter. Filter 330 kan være implementert som en lineær fase (FIR) filter, men andre implementeringer slik som et lTR-filter eller et analogt filter er også mulig.

Et forstørret plott korresponderende til responsen (Heq) eller equalizer 320 er innbefattet i fig. 7 både som en lineær skalagraf (topp) og en logaritmisk (decibel) skalagraf (bunn). Equalizer 320 kan bli implementert som en lineær fase (FIR) filter, men andre implementeringer slik som et IIR-filter eller et analogfilter er også mulig. Videre korresponderer i fig. 7 den heltrukne linjen til en distanse (d2) på 0,02 meter.

Forsterkningen til equalizer 320 ved lave frekvenser kan forsterke intern støy generert av mikrofonelementene 340 og 350 som er uønsket. I tillegg kan lav frekvensforsterking av equalizer 320 også forsterke A/D-konverterstøy, kvantiseringsstøy eller støy på grunn av nummerisk avrunding.

Alternativt kan noe av den lavfrekvente forsterkningen til equalizer 320 bli overført til filter 330 og til et nytt filter H2(k) assosiert med mikrofonen 340. Dette kan redusere nummerisk/kvantiseringsstøyproblemer som kommer med eller etter filter 330.1 tillegg kan noen degradering av direktivitetsmønster ved lave frekvenser bli akseptert i utveksling av filterresponser som eliminerer støy ved lave frekvenser. Likeledes kan noe degradering av liøyfrekvenssensitivitetsrnønster bli akseptert for å redusere systemstøy.

Fig. 8 er en toroidemikrofon 800 i henhold til en annen eksempelvis utførelse av den foreliggende oppfinnelsen. Det vises til fig. (4) over, ved å velge H2(k)=p2 og HEQ(k)^l kan trykkresponsen til to onmiremmgsmikrofoner i fig. 8a bli skrevet:

hvor en serieutvikling av annen orden kan bli skrevet ved å velge resulterer i respons

Dermed kan ulik grad av toroidemønster bli lagret ved å endre konstanten hvor /% = 0 resulterer i et omniretningsmønster, og fa = 1 går mot et annen ordens toroidalmønster som vist i fig. 2 og 5.

Derfor innbefatter toroidemikrofonen 800 i henhold til den andre eksempelvise utførelsen to ornniretnmgsmikrofonelemeiiter 810 og 820, ett elektronisk filter 830 korresponderende til frekvensresponsen Hi'(k) (som håndterer deler av Hi(k) i ligning 9), hvor et elektronisk filter 835 korresponderer til frekvensresponsen ^"(k) (som håndterer den gjenværende delen av H](k) i ligning 9), og et elektronisk filter 840 korresponderende til frekvensresponsen H2(k). Videre kombinerer en adderersammensetning 855 utgangene til filtrene 830, 835 og 840 til en adderingssarnmensetningsutgang med å legge til utgangene til filtrene 830 og 840 ved å trekke fra utgangen til filteret 835.1 henhold til én eksempelvis utførelse omfatter adderersammensetningen to summeringsnoder 850 og 860, hvor utgangen til filteret 830 blir brakt til utgangen til filteret 840 i summeringsnoden 850, og utgangen til filteret 835 blir trukket fra utgangen til summeringsnoden 850 i summeringsnoden 860. Den totale utgangen til toroidemikrofonen 870 korresponderer til utgangen til adderersammensetningen 855. Adderersammensetningen beskrevet over er kun et eksempel, og derfor ikke begrensende. I en alternativ eksempelvis utførelse vist i fig. 8b, omfatter adderersammensetningen 855 to summeringsnoder, hvor utgangen til filter 835 blir trukket fra utgangen til filter 840 i summeringsnoden 860. Utgangen til summeringsnode 860 blir lagt til utgangen til filter 840 i en summeringsnode 850 slik at utgangen til summerersammensetning 855 er utgangen til summeringsnode 850.1 henhold til enda en annen eksempelvis utførelse vist i fig. 8c, omfatter adderersammensetning 850 en summeringsnode og en signalforsterker med en negativ enhetsforsterkning. Utgangen til filter 835 blir forsterket ved forsterker 845, og utgangen til filter 840 blir lagt til utgangen til filter 830 og utgangen til forsterker 845 i summeringsnoden 850, slik at utgangen til adderersammensetningen 855 er utgangen til summeringsnode 850. Subtrahering av utgangen til filter 835 beskrevet over kan også selvfølgelig bli oppnådd ved å anvende en negativ forsterkning, -p2, i filter 835 og så lagt til utgangen til filter 835 til utgangen til filter 840 og 830, som vist i fig. 8d. Derfor, i henhold til enda en annen eksempelvis utførelse vist i fig. 8d, omfatter adderersammensetningen to summeringsnoder 850 og 860.1 denne utførelsen er filter 835 en forsterker som har en forsterkning~p2, og en signalforsterker med en negativ enhetsforsterkning. Utgangen til filter 835 og utgangen til filter 840 blir lagt til i summeringsnode 860, og utgangen til filter 840 og utgangen til summeringsnode 860 ble summert i summeringsnoden 840, slik at summeringssammensetningen ligger til signalet fra mikrofonen 810 filtrert av 830 og signalet fra mikrofonen 820 filtrert av filter 840 og subtraherer signalet fra mikrofonen 1 forsterket med en forsterkning p2.

Mikrofonelementene 810 og 820 er arrangert på bordet 805 (på overflaten) for å fange inn både direkte lydbølge og lydbølge reflektert av bordoverflaten 805. Mikrofonelementet 810 blir plassert direkte på bordet 805, og utnytter grenseprinsippet. Mikrofonelement 820 sammenfaller med mikrofonelementet 810 med hensyn til vertikalaksen, men er en avstand (d2) over bordet 805.1 den ovenfor nevnte beskrivelsen skal avstand (d2) være mindre enn halve bølgelengden av høyeste frekvenskomponent som fanges inn av toroidemikrofonen 800. Avstanden (d2) kan være i området 0,01-0,2 meter.

I fig. 3 ankommer direkte lydbølger ved bordet 805 ved mnkommende vinkel (0), som vist i fig. 3, blir reflektert av bordet 805 for å danne reflekterte lydbølger ved reflektert vinkel. Mikrofonelement 810 fanger inn både den direkte lydbølgen og reflekterte lydbølger fra bordet ved å ta bruk av trykkdoblingsprinsippet for å øke følsomheten. Mikrofonelementet 820 mottar på direkte lydbølger 830 og reflekterte lydbølger som blir forsinket med hensyn til direkte lydbølger. Mengden av forsinking til de reflekterte lydbølgene 315 avhenger av innkommende vinkel (0) og avstand (d2). Enhver lydbølge som kommer fra undersiden av bordet blir blokkert av bordets overflate 805.

Lydbølger fanget inn av mikrofonelementene 810 og 820 blir konvertert til elektriske impulser og tilveiebrakt til filtrene 830, 835 og 840 for prosessering. I en første mikrofonelementsammensetning, er filter 830 forbundet til mikrofonelement 810 og er valgt som:

I den ovenfor nevnte ligningen, k = |k| = co/c er bølgenummer, hvor co er en angulær frekvens, c er hastigheten til lyd og d2 er avstand fra reflektert overflate til mikrofon 820.1 en andre mikrofonelementsammensetning er filter 835 forbundet til mikrofonelement 810, og er valgt som:

Det henvises til ligning 9 over, hvor H^ k) = H^ Qt) — H^ Qc). I en tredje mikrofonelementsammensetning er filter 840 forbundet til mikrofonelement 812, og er valgt som:

I den ovenfor nevnte ligningen er Æ en konstant. Filtrene 840 og 835 kan være en forsterker, slik som en operasjonsforsterker, som har en forsterkning /f2.

De resulterende elektroniske signalene generert av filter 830 blir resulterende elektronisk signal generert av filter 840 og resulterende elektronisk signal generert av filter 835 kombinert i adderersammensetning 855, slik at det resulterende elektroniske signalet generert av filter 830 og 840 blir addert, og de resulterende elektroniske signalene fra tilter 835 blir subtrahert. I henhold til en ikke-begrensende eksempelvis utførelse blir de resulterende elektroniske signalene generert av filter 830 og resulterende elektroniske signal generert av filter 840 summert ved summeringsnode 850. Videre blir de resulterende elektroniske signalene generert av filter 835 subtrahert fra resulterende elektronisk signal generert av summeringsnode 850 ved en summeringsnode 860. Alternativt blir resulterende elektronisk signal generert av filter 835 subtrahert fra resulterende elektronisk signal generert av filter 830 ved en summeringsnode (ikke vist), og som blir resulterende elektronisk signal fra nevnte summeringsnode (ikke vist) og resulterende elektroniske signal generert av filter 840, summert med summeringsnode 850.1 det sist nevnte alternativet vil den totale utgangen 870 av toroidemikrofonen 800 korrespondere til utgangen av summeringsnode 850. Filtrene 830, 835 og 840 definerer direktiviteten til toroidmikrofonen 800.

Utgangen til adderersammensetning 855 blir så equalized av equalizefilter 880. Equalizefilter 880 justerer frekvensresponsen, og kan i en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelsen bli designert som:

hvor HLP( k) er en annen ordens Butterworth lowpass filter som flater fiernfeltresponsen ved å bruke l/ d) 2 helning. Cutoffrekvensen på HLP( k) definerer nedre frekvensgrense til toroidelignende direktivitetsmønstre. Riktig valg av cutoffrekvens avhenger av mikrofonens selvstøy. Forsterkningsfaktor K og høypassfilter HHP( k) er tillegg. Forsterkningsfaktor j£ og høypassfilter HHP( J£) er forbundet i serie med HLP( k) og demper uønsket lav frekvensstøy på utsiden av talespektrumet. Faseresponsen til filteret 880 er ikke kritisk, og responsen kan derfor effektivt bli implementert som én eller flere uendelige impulsresponser (IIR) filtre. Alternativt er utjevningen beskrevet over innbakt i filtrene 830, 835 og 840.

Filtrene 830, 835, 840 og 880 og adderersammensetning 855 (f.eks. summeringsnoder 850 og 860) kan bli implementert som digitale strukturer, i hvilket tilfelle A/D- konvertere (ikke vist) konverterer elektriske impulser fra mikrofonelementene 810 og 820 til digital lyddata. Filtrene 830, 835, 840, 880 kan så bli implementert som uendelige impulsresponser (HR) filtre eller endelige impulsresponser (FIR) filtre. Filter 830 er fortrinnsvis implementert som en endelig impulsrespons (FIR) filtre, imidlertid kan de også bli implementert som uendelige impulsrespons (IIR) filtre. Dersom filter 330 er en lineær fase, må en forsinkelse bli lagt til de andre stiene (signalstiene til andre og tredje mibrofonelementsammensetning) for å emulere et ikke-kausalt filter.

Som nevnt over kan ligningen bli bakt inn i filtrene 830, 835 og 840. Dermed vil i første milarofonelementsammensetning filter 830 være valgt som: I den andre mikrofonelementsammensetning vil filter 835 være valgt som

Hvor det henvises til ligning 9 over, H^ k) = H^ Qc) — H1"( k'). I den tredje mikrofonelementsammensetning er filter 840 valgt som:

I den ovenfor nevnte Hgningen er f}2 en konstant. I dette alternativet kan HEQ være utelatt.

Et vanlig mål i mikrofonfagområdsteknologi er direktivitetsfaktor D, som beskriver forsterkningen til mikrofonen, eller mikrofonmatrisen, over den til en omniretningsmikrofon plassert i det samme lydfeltet. Beregning av direktivitetsfaktor er vurdert velkjent for en fagperson på området, og er derfor ikke beskrevet i detalj. Direktivitetsfaktoren er ofte presentert i en logaritmisk skala, også kjent som direktivitetsindeks (DI),

Fig. 9 viser direktivitetsindeksenl)/ som varierer for ulike verdier av fa med ulike støyeffektsfordelinger u(co, Ø,tp), for 00= 90° og 00= 70°. Figuren viser klart at fa > 1 er et bedre valg for disse støyfeltene, og at direktivitetsindeksen kan bli forbedret med mer enn 1 dB i flere tilfeller med mer passende valg av fa.

For 90 = 90o blir beregnet at direktivitetsindeksen for toroidmikrofon i henhold til den andre utførelsen av den foreliggende oppfinnelsen var ved sitt maksimum, DMAX— 9

when /?2= - — 1,67. Maksimum direktivitetsfaktor - korresponderer til direktivitetsindeks 3,5 dB. Dette kan være en liten forbedring over annenordens toroidalmønster ( fi2 = 1), men fremdeles merkbar. Som et polarplott i fig. 10 viser, er de første nullene posisjonert ved

Riktig valg av fa avhenger til slutt av støyfeltet i rommet; mikrofonens avstand til nærliggende støykilder sammenlignet med deres gjenklangsradius, r_ c (avstanden hvor bidraget fira direkte lydfelt er lik til bidraget fira fjerne felt er kjent som gjenklangsradius eller noen ganger som kritisk avstand). I praksis kan det være fruktbart å sette 00slik at den sammenfaller med vinkelen til innkommende støy fra signifikante støykilder, f.eks. støy fra en nærliggende HVAC-systemutgang, høyttalernes takrefleksjon, etc. I mange tilfeller er denne vinkelen sannsynligvis ikke 6o = 0. Fig. 11 viser direktivitetsmønster til toroidemikrofon i henhold til en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelsen med maksimum Di i lineær skala.

Fig. 12 viser enda en eksempelvis utførelse av en toroidemikrofon i henhold til foreliggende oppfinnelse. I fig. 12 blir tre ornnkemingsmikrofonelementer 1210,1220 og 1230 brukt for å redusere påvirkningen av systemstøy. Mikrofonelement 1210 er plassert direkte på bordoverflaten 1205, og mikrofonelement 1220 og 1230 er innrettet til mikrofonen 1210 med hensyn til vertikalaksen. Mikrofon 1220 er en avstand tø) over mikrofonen 1210, og mikrofonen 1230 er med avstand tø), ca. fire ganger avstanden tø) over mikrofonen 1210. Videre er mikrofonen 1210 forbundet til filtrene 1250 og 1255.

Utgangen til filter 1250 og utgangen til mikrofonelementene 1220 blir summert i høyfrekvenssummeringsnode 1240. Utgangen til filter 1250 og utgangen til mikrofonelement 1230 blir summert i lavfrekvenssummeringsnode 1245. Utgangen til lavfrekvenssummeringsnode 1245 blir equalized av lavfrekvensequalizer 1260 og så filtrert av lavpassfilter 1265. På lignende måte blir utgangen til høyfrekvenssummeringsnoden 1240 equalized av høyfrekvensequalizer 1270 og så høypassfiltrert av høypassfilter 1275. Utgangen til lavpassfilter 1265 og høypassfilter 1275 blir summert av summeringsnode 1280 for å tilegne utgangen til toroidmikrofonen.

Operasjonelt fanger mikrofonene 1210 og 1220 inn høyfrekvenslydbølger og konverterer dem til elektriske impulser. Elektriske impulser fra mikrofonene 1210 blir filtrert av filter 1250. Filterutgang 1250 blir addert sammen med elektriske impulser fra mikrofonene 1220 av høyfrekvenssurnmeringsnode 1240, og equalized av høyfrekvensequalizer 1270. Deretter fjerner høypassfilter 1275 enhver lavfrekvenskomponent som er gjenværende i utgangen til equalizer 1270.

Likeledes fanger mikrofonene 1210 og 1230 inn lavfrekvenslydbølger, og konverterer dem til elektriske impulser, og elektriske impulser fra mikrofonen 1210 blir filtrert av filteret 1255. Filterutgangen til de elektriske impulsene til mikrofonen 1230 blir så addert sammen med lavfrekvenssummeringsnode 1245, og equalized av equalizer 1260. Lavpassfilter 1265 fjerner enhver gjenværende høyfrekvent komponent. Utgangene til lavpassfilter 1265 og høypassfilter 1275 blir lagt sammen med summeringsnode 1280 for å generere en overordnet toroidemikrofonutgang.

Dermed bruker toroidemikrofonen i fig. 12 mikrofonene 1210 og 1220, som er plassert nært hverandre, fanger inn høyfrekvente lydbølger, og mikrofonene 1210 og 1230, som er plassert lenger fra hverandre, fanger inn lavfrekvenslydbølger. Med andre ord, Hu og Hhp er lavpassfilter og høypassfilter respektivt. For lavfrekvenssti til systemet, H^ og HEqikorresponderer til filtrene Htog Hbq på én måte som systemet er beskrevet tidligere, i henhold til den første eksempelvise utførelse, men med k=2k. For høyfrekvenssti av systemet, korresponderer H12og HEQ2til filtrene Hjog Heq til den ene måten systemet er beskrevet på tidligere i henhold til den første eksempelvise utførelse. Dette toveissystemet implementerer et høyfrekvent toroidesensitivt mønster og et lavfrekvent toroidesensitivt mønster for å fjerne systemstøy uten å forvrenge mikrofonfølsomhet. Som det kan innses av en fagperson på området, kan toveissystemet i fig. 12 være utvidet til et treveissystem, fireveissystem, men også et n-veissystem, hvor n er ethvert positivt heltall. Videre kan de ovenfor beskrevne systemstøyreduksjonsteknikker også bli kombinert videre for å optimalisere ytelse til toroidemikrofonen. Videre som det kan ses av en fagperson på området, kan toveissystemet i fig. 12 bli implementert for filterdesign som beskrevet tidligere i henhold til en annen eksempelvis utførelse av oppfinnelsen.

For lavfrekvenser øker forsterkningen til filter HEQ(k). Dette kan lede til støyproblemer i lavfrekvenser, på grunn av selvstøy til mikrofonelementet. Dette er uunngåelig for ulike mikrofondesign, men dette er ikke en unik utfordring for dette designet. Faktisk er det slik at bruk av færre mikrofonelementer bidrar til færre elementer som blir overordnet støy.

Den ovenfor nevnte diskusjonen har blitt utført med henvisning til onmiretningsmikrofonelementer og alle typer av omniretoingsmikrofonelementer kan bli brukt uten å avvike fra omfanget til oppfinnelsen. F.eks., elekrretmikrofoner, optiske mikrofoner og/eller MEMS-mikrofoner kan bli brukt. MEMS-mikrofoner har fordelen av å tillate bedre mikrofonmatching siden mikrofonelementene er fabrikkert på samme silikonwafer eller samme silikonbrikke kan bli brukt. Matching av mikrofonelementer er viktig for å minimere selvstøy til mikrofonen i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Selvfølgelig kan filterresponser og equalizerrespons (Hbq) bli modifisert. Videre har mikrofoner med optisk utmating selvstøy som er forventet å være i størrelse som er mindre enn den fra de brukte elektretmikrofonene.

En degradering av direktivitetsnuønster ved lave frekvenser kan bh akseptert, f.eks. ved lavfrekvenser som bruker kun rnikrofoner lokalisert direkte på bordet, som reduserer støyutfordring.

Som det innses av de foreliggende oppfinnerne, er toroidemikrofonene som beskrevet her uavhengig av asimutvinkel som gjør det mer passende for

videokonferansesettinger med et flertall talere og/eller bevegelig lyd kilder som krever god sensitivitet i multiple retninger. Videre har toroidemikrofonene nær null følsomhet for lydkilder over mikrofonen. Videre kan direktivitetsmønsteret til toroidemikrofonen i henhold til en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelsen bh justert for å tilpasses rommet i hvilket mikrofonen er plassert, ved å endre konstanten p2. Ved å endre p2kan mikrofonens "blindpunkt" (vinkel 0 hvor sensitiviteten er nær null) bli satt for å sammenfalle med innkommende lyd fra lyd fra støykilder, slik som vifte i taket, etc. Derfor blir støyforstyrrelser signifikant redusert, og fordi toroidemikrofonen er en retningsmikrofon, vil den selv begrense gjenklangslyd.

Videre bruker den foreliggende oppfinnelsen kun to mikrofonelementer for å lage en mikrofon med et toroidedirektivitetsmønster, noe som reduserer kostnad (både grunnet reduserte materialkostnader og reduserte kalibreringskostnader) og minsker implementeringsproblemer med fasematching og mikrofonelementmatching.

Det er klart at ulike modifikasjoner og variasjoner av den foreliggende oppfinnelsen er mulig i lys av den ovenfor nevnte lærdom. Det skal derfor forstås at innenfor omfanget av de vedlagte kravene kan oppfinnelsen bli praktisert på annen måte enn spesifikt beskrevet her.

Claims (20)

1. Toroidemikrofon omfattende: en første mikrofonelementsammensetning innbefattende et første mikrofonelement arrangert tilliggende en understøttende overflate av et første filter forbundet til det første mikrofonelementet, hvor det første filteret har en frekvensrespons Hi'(k); en andre mikrofonelementsammensetning innbefattende det første mikrofonelementet og et andre filter forbundet til det første mikrofbnelementet, hvor det andre filteret har en respons Hi "(k); en tredje mila-ofonelementsammensetning innbefattende et andre mikrofonelement arrangert en forhåndsbestemt avstand (d2) fra den understøttende overflaten og et tredje filter forbundet til det andre mikrofonelementet, hvor det tredje filteret har en respons H2(k); en adderersammensetning konfigurert til å kombinere utgangen til den første, andre og tredje mikrofonsammensetningen til en adderersarnmensetningsutgang for å addere utgangene til den første og tredje rmkrofonsarnmensetningene og trekke fra utgangen til den andre mikrofonsammensetningen; og hvor kombinasjonen av første, andre og tredje filter genererer et toroide-direktivitetsmønster for toroidemikrofonen.

2. Toroidemikrofon i henhold til krav 1, hvor toroidedirektivitetsmønsteret har en rninimumfølsomhet ved elevasjons vinkler (81).

3. Toroidemikrofon i henhold til krav 1, hvor forhåndsbestemt avstand (d2) ikke er mei' enn halvparten av bølgelengden korresponderende til høyeste frekvens fanget inn av toroidemikrofonen.

4. Toroidemikrofon i henhold til krav 1, hvor første og andre mikrofonelementer er omniretrnngsmikrofoner.

5. Toroidemikrofonen i henhold til krav 1, hvor hver av første filter, andre filter og tredje filter er et digitalfilter.

6. Toroidemikrofon i henhold til krav 1, hvor hver av andre filter og tredje filter er en forsterker.

7. Toroidemikrofon i henhold til krav 1, hvor co er angulærfrekvens, c er hastighet av lyd gjennom luft og

8. Toroidemikrofon i henhold til krav 1, hvor co er en angulærfrekvens, c er hastighet av lyd gjennom luft og

9. Toroidemikrofon i henhold til et eller flere av kravene 7 og 8, hvor minimumfølsomheten til elevasjonsvinkel (6i) er avhengig av valget av p2>og hvor

10. Metode for å lage et toroidedirektivitetsmønster ved: å konvertere lydbølger fra en første mikrofon lokalisert på en understøttende overflate, til korresponderende første lyddata; å konvertere lydbølger fra en andre mikrofon lokalisert ved en forhåndsbestemt avstand (d2) fra en understøttende overflate til korresponderende andre lyddata; å filtrere første lyddata i henhold til en første frekvensrespons (HV(k)); å filtrere første lyddata i henhold til den andre frekvensresponsen (Hi"(k)); å filtrere andre lyddata i henhold til den tredje frekvensrespons (H2(k)); å kombinere de filtrerte første, andre og tredje lyddata ved å addere filtrerte første og tredje lyddata og subtrahere de filtrerte andre lyddata; hvor Hi'(k), Hi"(k) og H2(k) kombineres for å generere et toroidedirektivt mønster for toroidemikrofonen.

11. Metode i henhold til krav 10, hvor toroidedirektivitetsmønsteret har minimumsfølsomhet ved elevasjons vinkler (00).

12. Metode i henhold til krav 10, hvor den forhåndsbestemte avstanden (d2) ikke er mer enn halvparten av bølgelengden som korresponderer til høyeste frekvens fanget inn av mikrofonen.

13. Metode i henhold til krav 10, hvor co er en angulærfrekvens, c er en hastighet av lyd gjennom luft, og

14. Metode i henhold til krav 10, hvor co er angulærsekvens, c er en hastighet av lyd gjennom luft, og

15. Metode i henhold til et eller flere av kravene 13 eller 14, hvor nimimumfølsomhet til elevasjonsvinklene (Gi) er avhengig av valget av J32, og hvor

16. Toroidemikrofon omfattende: en første mikrofonelementsammenstilling innbefattende et første mikrofonelement arrangert tilliggende en understøttende overflate og et første filter forbundet til det første mikrofonelementet, og første filter som har frekvensrespons Hi(k); en andre mikrofonelementsammensetning som innbefatter et andre mikrofonelement arrangert en forhåndsbestemt avstand (d2) fra understøttende overflate; en adderer konfigurert til å kombinere utgangen til den første og andre rnikrofonsammensetningen til en addererutgang; en equalizer konfigurert til å generere et equalizerutgangssingal i respons til addererutgangen, hvor kombinasjonen av den første og andre mikrofonsammensetningen genererer et toroidedirektivt mønster for toroidemikrofonen.

17. Toroidemikrofon i henhold til krav 16, hvor den forhåndsbestemte avstanden (d2) ikke er mer enn halvparten av bølgelengden korresponderende til høyeste frekvens fanget i toroidemikrofonen.

18. Toroidemikrofon i henhold til krav 16, hvor første og andre mikrofonelement er omniretningsmikrofoner.

19. Toroidemikrofon i henhold til krav 16, hvor hver av første filter og equalizer er et digitalfilter.

20. Toroidemikrofon i henhold til krav 16, hvor nevnte equalizer har en frekvensrespons HEQ(k) og hvor co er en angulærfrekvens, c er hastighet til lyd gjennom luft og