TWI483624B - 用於收音系統之等化前處理方法及其系統 - Google Patents

用於收音系統之等化前處理方法及其系統 Download PDF

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Description

用於收音系統之等化前處理方法及其系統
本發明有關於一種等化前處理方法及系統，且特別是一種關於收音系統之等化前處理方法及系統。
隨著科技產業快速發展，電子產品如手機、PDA、MP3、平板電腦及筆記型電腦等對聲音品質的要求越來越重視。為了因應多元化的電子產品功能，並且朝向微型化的趨勢下，在設計上會壓縮許多聲音元件所佔據的空間，甚至是為了不同的需求而必須藉由導音管在產品上進行不同設置位置、形狀及長度之聲音設計，而這種聲音經由導音管進行傳播所形成的聲音系統，一般稱為收音系統。
舉例來說，請參照圖1，圖1繪示典型電容式麥克風(Condenser Microphone)收音系統的剖面圖。典型電容式麥克風收音系統10架構包含麥克風單體與導音管(waveguide)101，在系統組合過程中有防震及作為氣密用的橡膠墊(plastic rubber)103及麥克風單體上設有防塵或防水用之通氣紙(cloth)105。麥克風單體包括具有入聲孔之前蓋(cover)107、形成前空腔之銅環(ring)109、透過空氣的擠壓產生聲波之振動膜(diaphragm)111、絕緣紙(spacer)113、具有複數音孔之背極板(backplate)115、塑環(holder)117、銅支架(conductor)119、背腔(backchamber)121、連接銅支架119之電路板(printed circuit board)127、設置於電路板127上用以將聲音電壓信號放大之場效電晶體(FET)123以及電容(capacitor)125。這些收音系統之必要元件都顯著影響著收(放)音系統在頻率上的響應，亦即收音系統的靈敏度。因此，一般麥克風單體的收音特性除了跟麥克風本體有關外，也與導音管的設計有關。另外，為使電子產品之麥克風收音能符合現行較新的寬頻(Wideband)語音測試法規，麥克風導音管的設計在100赫茲(Hz)~8千赫姿(kHz)之間的靈敏度特性曲線必需要較為平坦。
然而目前麥克風單體於收音系統中，常因為不良的設計造成麥克風靈敏度在某些頻率被過度放大造成聲音失真，且收音效果通常必須等到機構開模之後才能經由實際量測得到結果。具體地說，因系統設計者難以取得麥克風單體廠設計製造之麥克風單體內部元件等各項參數，而使得系統設計者無法於未知麥克風單體內部參數的情況下進行導音管分析。據此，現行收音系統設計基本是利用以往的經驗來針對各式新產品做不斷的測試與驗證，然後再進行修改。如此一來，不僅容易造成產品開發時程上的延宕及增加成本，更不能有效及時地反映客戶需求。
本發明提供一種用於收音系統的等化前處理方法，此方法，可透過等效電路法及等化處理方式，利用已知內部參數之收音單元來對未知收音單元進行分析，以獲取未知收音單元於一收音系統的特性。
本發明實施例提供一種用於收音系統之等化前處理方法，適用於透過對已知內部結構配置之第一收音單元進行分析，以模擬第二收音單元於一收音系統之特性。此方法包括：首先，依據該第一收音單元結構配置參數，建立對應之第一收音單元之一第一等效電路模型；其次，量測並擷取第一收音單元之第一靈敏度曲線及第二收音單元之第二靈敏度曲線；接著，將第二靈敏度曲線等化為第一靈敏度曲線，並獲取第一與第二靈敏度曲線的差異值；其後，對第一等效電路模型進行模擬，並獲取第一收音單元於該收音系統之第三靈敏度曲線；接者，對模擬取得之第三靈敏度曲線依據第一、第二靈敏度曲線之間的差異值進行對應補償；最後，獲取第二收音單元於此收音系統之第四靈敏度曲線並透過該第四靈敏度曲線分析第二收音單元於該收音系統之特性。
本發明實施例另提供一種用於收音系統之等化前處理系統，用於對第一收音單元及第二收音單元透過量測模組輸入的第一靈敏度曲線及第二靈敏度曲線進行演算與分析。此收音系統之等化前處理系統包括等效電路模型建立單元、等化演算單元、儲存單元、收音系統模擬單元及補償處理單元。等效電路模型建立單元是依據第一收音單元已知的內部結構配置關係及材料參數建立第一等效電路模型，並產出第一模擬靈敏度曲線。等化演算單元可用以判斷第一模擬靈敏度曲線的準確性及將第二靈敏度曲線等化為第一靈敏度曲線，從而產出對應的靈敏度差異資料。儲存單元耦接等化演算單元，用以儲存第一靈敏度曲線及第二靈敏度曲線之間的靈敏度差異資料。收音系統模擬單元可以依據第一等效電路模型及對應導音管之導音管等效電路模型，模擬產生對應第一收音單元於一收音系統之第三靈敏度曲線。補償處理單元耦接儲存單元及收音系統模擬單元，用以依據該第一靈敏度曲線及該第二靈敏度曲線之間的靈敏度差異資料對模擬取得之第三靈敏度曲線進行補償，並產生第二收音單元對應該收音系統之第四靈敏度曲線。
在本發明其中一個實施例中，上述第一收音單元及第二收音單元可以是電容式麥克風、壓電式麥克風、動圈式麥克風及微機電麥克風的其中之一。
綜上所述，本發明提供一種用於收音系統之等化前處理方法，此等化前處理方法利用靈敏度等化方式及等效電路法，在未知收音單元(例如麥克風)的內部參數狀況下，對其收音特性的模擬與分析，進而可使電子產品設計者在模具開發前即能精確且快速的掌握未知收音單元(例如麥克風)之收音系統的特性，達到應用產品所需之收音品質需求，縮短開發麥克風聲音系統所需時間，降低開發成本。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
本發明實施例提供一種用於收音系統之等化前處理方法，此等化前處理方法可有效地進行收音系統的分析，同時精確掌握產品的效能，節省產品開發時間及成本。
[電容式麥克風收音系統之等效電路實施例]
請參照圖2並同時參照圖1，圖2是本發明實施例提供的對應圖1所示之電容式麥克風收音系統之等效電路圖。電容式麥克風收音系統10如前述包括導音管101及麥克風單體。電容式麥克風收音系統10的等效電路20是利用等效電路法來建立，並可用以模擬分析一收音系統內部元件及結構的特性以及對聲音傳送的影響，例如靈敏度曲線，進而可進行不同收音系統特性模擬分析，並獲得對應麥克風單體的導音管機構設計(例如管徑及管長等)。
電容式麥克風收音系統10之等效電路20包括含空氣輻射阻抗之等效電路21、導音管之聲學等效電路23、麥克風單體之前空腔聲學等效電路25a、麥克風單體之後空腔聲學等效電路25b、麥克風單體之機械等效電路27及麥克風單體之電學等效電路29。麥克風單體之前、後空腔聲學電路25a、25b、麥克風單體之機械等效電路27及麥克風單體之電學電路29之間可透過變壓器相耦接及能量轉換。
進一步地說，聲壓源P代表由外部聲壓(例如人說話的聲音)的強度。空氣輻射阻抗之等效電路21用以表示外部聲壓(即聲壓源P)產生時，聲壓推動空氣所產生的輻射阻抗(Radiation impedance)的等效電路。導音管之聲學等效電路23則為導音管等效電路模型，用以代表導音管內部結構及尺寸對應聲壓所產生的效應。麥克風單體之前、後空腔聲學等效電路25a、25b、麥克風單體之機械等效電路27及麥克風單體之電學等效電路29為麥克風單體等效電路模型，用以代表麥克風單體內部結構、尺寸及材料特性對應聲壓而產生的效應。
詳細地說，如圖2所示，空氣輻射阻抗之等效電路21是由聲學輻射質量(Acoustic radiation mass)，例如等效電感Ma-rad 與聲學輻射阻尼(Acoustic radiation impedance)，例如等效電阻Ra-rad 所形成之並聯電路來表示。
導音管之聲學等效電路23則包含導音管101內部因聲壓產生之聲學元素(例如聲學質量)。導音管101的聲學元素可以阻抗等效電路元件來表示，例如，利用T型網路(T-network)之等效電路(Zwg1 與Zwg2 )來表示。此外，導音管101並可例如使用精確法(Exact Method)來分析導音管101進出口兩端的聲壓及體積變化速度，同時整合T型矩陣(T-matrix)演算方法，以精確地分析導音管101的特性及對收音系統的靈敏度的影響。
接著，麥克風單體之前空腔聲學等效電路25a包括聲壓經過橡膠墊103所產生之聲學元素、聲壓透過前蓋107的入聲孔於孔洞管壁內所產生之聲學質量及聲學阻尼以及聲壓經過銅環109所產生之聲學元素(例如聲學質量)。如圖2所示，電容Capr 代表聲壓經過橡膠墊103造成前空腔體積速度改變之聲學柔順度(Acoustic compliance)。而於孔洞管壁內所產生之聲學質量(Acoustic mass)及聲學阻尼(Acoustic resistance)則可以電感Mco 及電阻Raco 所組成之串聯電路代表。另外，由銅環109形成之前空腔則可以電容Cri 來代表聲壓經過銅環109產生造成前空腔體積速度改變之聲學柔順度。電感Mco 及電阻Raco 之串聯電路另與電容Cri 及電容Capr 相互串聯。
聲壓源P串聯空氣輻射阻抗之等效電路21，且與麥克風單體之前空腔聲學等效電路25a相並聯。具體地說，聲壓源P與所述空氣輻射阻抗之等效電路串聯；聲壓源P與空氣輻射阻抗之等效電路的串聯電路更並聯導音管101之T型網路等效電路以及電感Mco 、電阻Raco 電容Cri 和電容Capr 所形成之串聯電路。
另外，麥克風單體之後空腔聲學等效電路25b包括用以模擬聲壓推動振動膜111擠壓空氣縫隙(Air gap)所產生的阻尼效應、模擬空氣流經設於背極板115上音孔產生之 聲學質量與阻尼效應以及流經背腔121產生之聲學柔順度效應。據此，麥克風單體之後空腔聲學等效電路25b是由電阻Rag 、電感Mapp 、電阻Rapp 及電容Cbc 相互串聯所形成對應於麥克風單體內部結構之等效電路。麥克風單體之機械等效電路27則是以電感MD 、電阻RD 及電容CD 相串聯來模擬出振動膜111之質量、阻力與柔順度效應。
麥克風單體之電學等效電路29則可由電容Ceo 與-Ceo 串聯以模擬所感測之麥克風單體的電性信號eoc ，且電學等效電路29是以開迴路(open circuit)作表示。
如上述，麥克風單體之前空腔等效電路25a與麥克風單體之機械電路27透過轉換比例為1：AD 之變壓器進行耦接及能量轉換。麥克風單體之機械電路27與麥克風單體之聲學電路25b透過轉換比例為AD ：1之變壓器進行耦接及能量轉換。麥克風單體之機械電路27與麥克風單體之電學等效電路29透過轉換比例為1：φ之變壓器進行耦接及能量轉換。
透過上述的介紹，本技術領域具有通常知識者可得知如何推導及簡化電容式麥克風收音系統之等效電路20，例如透過轉換因子進行能量轉換及複數等效電路元件的串、並聯電路，進行迴路及等效電路分析(例如方程式的推導)與模擬。
值得一提的是，於此實施例中雖以電容式麥克風收音系統作為等效電路法的實施方式，但等效電路法亦可適用於其他種類麥克風之收音系統，例如，壓電式麥克風、動圈式麥克風(Dynamic Microphone)或微機電麥克風(MEMS Microphone)等或其他具收音功效的收音系統。此外，本技術領域具通常知識者應知實際等效電路架構會因麥克風單體的種類及實體架構而變化，且應可由圖2之等效電路推知其他種類的麥克風收音系統或其他等效收音系統之等效電路建構方式，故在此不再贅述。
附帶一提的是，導音管101的分析方法也可使用其他分析方法，例如，多片段近似法(Multiple Slice Approximate Method)及串聯分析法(Acoustic Mass and Resistance Series Method)等。多片段近似法利用片段連續的概念，將整個導音管101分割成許多的T型矩陣，並利用並聯的方式進行相連以分析導音管101的特性。串聯分析法則將導音管內的音聲壓產生之聲學質量(Acoustic Mass)與聲學阻抗(Acoustic Resistance)以串聯的方式進行整合。換言之，導音管101之等效電路模型亦會因所使用之分析方法而改變，而導音管之分析方法並不限定用限定本發明，且本發明具有通常知識者應可推知多片段近似法以及串聯分析法的實施方式與對應之等效電路架構，故在此不再贅述。
總而言之，收音系統之等效電路模型可因分析手法及收音系統的種類與實體架構而變換。因此，圖2僅為一電容式麥克風收音系統的等效電路圖，並非用以限定本發明。
[用於收音系統之等化前處理系統實施例]
請參照圖3，圖3繪示本發明實施例提供的音頻處理系統之功能方塊圖。音頻處理系統30包括等效電路模型建立單元31、第一收音單元33、第二收音單元35、量測模組37及等化前處理系統39。第一收音單元33及第二收音單元35於此實施例中皆以電容式麥克風單體實現。第一收音單元33(亦即第一麥克風)的內部結構配置、相對尺寸關係以及材料等參數均為已知，例如由單體設計製造廠取得之麥克風單體內部元件各項參數。第二收音單元35(亦即第二麥克風)的內部結構及收音特性則為未知，須透過等化前處理系統39進行分析從而取得。換言之，音頻處理系統30可將已知電容式麥克風單體(即第一收音單元33)利用前述等效電路架構建立對應之收音系統的等效電路，並經由等化演算及收音系統模擬，精確推知未知電容式麥克風單體(即第二收音單元35)於一收音系統之特性。
第一收音單元33及第二收音單元35分別傳送聲音資料至量測模組37。另外，等效電路模型建立單元31與量測模組37分別耦接等化前處理系統39。據此，等化前處理系統39可接收第一收音單元33及第二收音單元35聲音靈敏度資料並進行相關收音系統特性的分析模擬。
等效電路模型建立單元31可根據第一收音單元33(即第一麥克風)的內部結構配置、相對尺寸關係以及材料等參數，建立如圖2所示之電容式麥克風單體之第一等效電路模型(即麥克風單體之前空腔聲學等效電路25a、後空腔聲學等效電路25b、麥克風單體之機械等效電路27及麥克風單體之電學等效電路29)，並輸出相關模擬資料(例如，聲學、機械及電學等已知等效元件參數以及第一收音單元33之第一模擬靈敏度曲線)至等化前處理系統39。
量測模組37可用以實際量測並擷取對應於第一收音單元33(即第一麥克風)的第一靈敏度曲線及第二收音單元35(即第二麥克風)的第二靈敏度曲線，並輸入至等化前處理統39進行比較分析。
附帶一提的是，第一靈敏度曲線及第二靈敏度曲線為第一收音單元33及第二收音單元35的頻率響應曲線資料，亦即第一收音單元33及第二收音單元35於每一頻段中對聲波的感應強度。
進一步地說，等化前處理系統39包括等化演算單元391、儲存單元393、收音系統模擬單元395及補償處理單元397。等化演算單元391耦接儲存單元393，儲存單元393耦接補償處理單元397。收音系統模擬單元395另耦接補償處理單元397與等效電路模型建立單元31。
等化演算單元391接收量測模組37所傳送對應於第一收音單元33的第一靈敏度曲線及對應於第二收音單元35的第二靈敏度曲線。
等化演算單元391用以將第二靈敏度曲線等化為第一靈敏度曲線，從而獲取第一靈敏度曲線與第二靈敏度曲線之間的差異值，並儲存於儲存單元393(例如，建立靈敏度差異表)。
此外，等化演算單元391另可接收等效電路模型建立單元31所產生之模擬靈敏度曲線(即對應第一等效電路模型之第一模擬靈敏度曲線)，並與實際量測獲取之第一靈敏度曲線相比較，以確認所建立的第一等效電路模型的準確性。換言之，若第一靈敏度曲線與第一模擬靈敏度之間的靈敏度差異小於預設之差異閥值(即第一靈敏度差異閥值)，則第一等效電路模型可精確地模擬出第一收音單元33(即第一麥克風)的特性。反之，若第一靈敏度曲線與第一模擬靈敏度曲線之間的差異大於預設之差異閥值(即第一靈敏度差異閥值)，則等效電路模型建立單元31即時對第一等效電路模型中的參數(亦即圖2所示之等效電路元件參數)進行修改。
收音系統模擬單元395利用等效電路模型建立單元31所建立之第一等效電路模型進行不同收音系統模擬並產出對應之收音系統模擬靈敏度曲線。具體地說，收音系統模擬單元395可藉由改變圖2所示導音管101之等效電路(即導音管之聲學等效電路23)的參數，設計不同對應第一收音單元33之收音系統架構，並透過模擬分析後，產出對應收音系統架構的模擬靈敏度曲線(即第三靈敏度曲線)。
補償處理單元397則對收音系統模擬單元395所產生對應於第一收音單元33收音系統特性之第三靈敏度曲線，依據儲存於儲存單元393之第一靈敏度曲線與第二靈敏度曲線之間的差異值對應地對模擬獲取之第三靈敏度曲線進行補償，(例如，於每一頻段，對聲波的感應強度作增加或衰減運作)，從而產出對應第二收音單元35於該收音系統特性之靈敏度曲線(即第四靈敏度曲線)。
換句話說，音頻處理系統30可將藉由將第二收音單元35之第二靈敏度曲線等化成第一收音單元33之第一靈敏度曲線，以獲取第一收音單元33與第二收音單元35之間的靈敏度差異。此外，音頻處理系統30另利用已知內部結構配置、相對尺寸關係以及材料參數的第一收音單元33透過建立等效電路，模擬分析對應第一收音單元33之不同收音系統的特性。而後，音頻處理系統30依據第一收音單元33與第二收音單元35之間的靈敏度差異，對所模擬之收音系統的靈敏度曲線進行對應補償(例如，每一頻段中，聲波強度的對應增益值或對應衰減值)，以獲取第二收音單元35對應於不同收音系統的靈敏度，精確地分析掌握第二收音單元35的收音特性，進而可有效地設計開發出符合需求之收音系統架構，例如透過對導音管的結構設計。
值得一提的是，音頻處理系統30於此實施例中，是用於分析模擬電容式麥克風收音系統，但音頻處理系統30亦可適用於分析模擬其他種類之麥克風的收音系統，例如，壓電式麥克風、動圈式麥克風或微機電麥克風等的收音系統或是其他具收音功效的收音系統。據此，本發明並不限定第一及第二收音單元33、35的種類及實體架構。同樣地，等效電路模型建立單元31則可依據第一收音單元33的實體架構，建立對應之等效電路模型。另外，量測模組37可包括測試聲源、揚聲器、信號放大器以及電聲量測器等，並且可於無響箱內擷取第一靈敏度曲線及第二靈敏度曲線。本發明領域具有通常知識者應可推知第一與第二靈敏度曲線的擷取方法，故在此不再贅述。另外，等效電路模型建立單元31及等化前處理系統39可利用模擬軟體，例如，MATLAB軟體實現。
總而言之，本發明並不限定等效電路模型建立單元31、第一收音單元33、第二收音單元35、量測模組37及等化前處理系統39中等化演算單元391、儲存單元393、收音系統模擬單元395及補償處理單元397的種類、實體架構及/或具體實施方式。
[用於收音系統之等化前處理方法實施例]
接著，請參照圖4並同時參照圖3，圖4繪示本發明實施例提供的用於收音系統之等化前處理方法流程圖。此等化前處理方法可利用等效電路法(Equivalent Circuit Method，ECM)快速及精確地對未知收音單元之收音系統進行模擬與分析。於本實施例中，如前述第一收音單元33以及第二收音單元35皆以電容式麥克風來實現。另外，第一收音單元33(即第一麥克風)的內部結構參數為已知，而第二收音單元35(即第二麥克風)的內部結構參數則為未知。
首先，於步驟S10中，利用圖2所述之等效電路法建立對應於第一收音單元33內部結構之第一等效電路模型。接著，於步驟S20中，判斷第一等效電路模型是否準確。具體地說，透過量測模組37實際偵測並擷取第一收音單元33之第一靈敏度曲線MS1，同時利用分析第一等效電路模型，產生第一模擬靈敏度曲線SS1。而後，利用等化方式判斷第一靈敏度曲線MS1與第一模擬靈敏度曲線SS1之間的差異是否小於預設第一靈敏度差異閥值TH_VAL。若第一靈敏度曲線MS1與第一擬靈敏度曲線SS1之間的差異小於預設第一靈敏度差異閥值TH_VAL，則可判定第一收音單元等效電路模型已精確地模擬出第一收音單元33的特性，執行步驟S30。反之，若第一靈敏度曲線MS1與第一模擬靈敏度曲線SS1之差異大於預設第一靈敏度差異閥值TH_VAL，則可判定第一等效電路模型存在誤差，無法精確地掌握第一收音單元33的特性，執行步驟S10，對應修改第一收音單元等效電路模型。
於步驟S30，利用量測模組37實際量測第二收音單元35，擷取第二靈敏度曲線MS2。隨後，透過等化演算單元391以等化方式，獲取第一靈敏度曲線MS1與第二靈敏度曲線MS2之間的差異(例如，MS1-MS2)，建立靈敏度差異補償表(步驟S40)。而後，於步驟S50中，收音系統模擬單元395利用第一等效電路模型進行一收音系統的分析模擬。具體地說，藉由整合對應第一收音單元33內部結構之第一等效電路模型與對應一導音管結構之一導音管等效電路模型，建立第一收音系統(亦即第一麥克風收音系統)之等效電路模型(即第一收音系統等效電路模型)，透過演算分析，模擬產生對應於所建立之第一收音系統的第三靈敏度曲線SS2。
而後，於步驟S60中依據靈敏度差異補償表對模擬取得之第三靈敏度曲線SS2進行對應補償，以產出對應第二收音單元35於所模擬收音系統之第四靈敏度曲線SS3，以精確掌握對應第二收音單元35之第二收音系統(亦即第二麥克風收音系統)的收音特性(步驟S70)。
據此，可藉由調整第一收音系統之第一收音系統等效電路模型的元件參數，獲取對應第二收音單元35(即第二麥克風)的最佳導音管設計，從而設計出符合理想收音品質需求(例如，理想靈敏度曲線)的第二收音單元35之收音系統(即第二麥克風收音系統)。
另外，可藉由建構對應的第二收音系統，並實際量測擷取第二收音系統的第二收音系統靈敏度曲線MS3，透過比較，驗證所模擬之第四靈敏度曲線SS3的準確性。
附帶一提的是，此用於收音系統之等化前處理方法另可包括藉由比較第四靈敏度曲線SS3與一預設靈敏度曲線，例如，判斷第四靈敏度曲線SS3與預設靈敏度曲線之間的差異受否小於預設靈敏度差異閥值。而後，對應地調整第一收音系統等效電路的參數(即導音管元件參數設計)，獲取對應第二單元35的收音系統結構設計參數，進而達到所需的第二收音系統的收音品質。
實際實施時，等化前處理運算方法可透過模擬軟體，例如，MATLAB軟體來實現。另外，此實施例中所述之等化前處理方法是用以分析模擬電容式麥克風收音系統，但音頻處理系統30如前述亦可適用於分析模擬其他種類之麥克風，例如，壓電式麥克風、動圈式麥克風或微機電麥克風等的收音系統，或是分析其他具有收音效能的收音系統，但本發明並不限制。第一靈敏度差異閥值與第二靈敏度差異閥值也可依據實際設計需求而設置。
因此，本發明並不限定對應第一收音單元33的第一等效電路模型的建置與準確性判斷方式、第一靈敏度差異閥值與第二靈敏度差異閥值得設置方式以及對應於第二收音系統之第四靈敏度曲線SS3的實際用途與分析方式。要說明的是，圖4僅為本發明實施例所述之等化處理方法流程示意圖，並非用以限定本發明。
[實施例的可能功效]
請參照圖5~圖8，圖5~圖8分別繪示利用本發明實施例提供收音系統之等化前處理方法對具不同收音特性之未知麥克風收音系統(亦即第二收音單元35之收音系統)實際量測及模擬靈敏度曲線示意圖。
詳細地說，圖5~圖8為具有管徑為4.5毫米(mm)而管長分為3毫米、5毫米、10毫米及20毫米之導音管的麥克風收音系統實測及模擬之靈敏度曲線示意圖。曲線C1、C3、C5與C7為利用本發明實施例提供的等化前處理方法以及所述之等效電路架構，所模擬收音系統靈敏度曲線。曲線C2、C4、C6與C8為於無響箱中實際量測獲得之收音系統靈敏度曲線。
由圖5~圖8之分析結果觀察可知，實際量測與等效電路模擬所得之靈敏度曲線變化趨勢及峰值頻率點幾乎相同，僅有峰值的感應度有約4 dB的差異。此外，上述之模擬分析過程可以瞭解導音管的結構尺寸對於收音系統之影響，高頻峰值會隨者導音管之管長增加而提高，且共振頻率點則會往低頻移動，降低收音系統的接收頻率範圍。據此，透過對未知參數的收音單元(例如，麥克風)進行收音系統之模擬分析，可對應設計出符合高收音品質的需求(例如，麥克風收音系統接收頻率範圍)之收音系統。此外，圖5~圖8說明只要所設計之等效電路結構可確實模擬出已知收音單元以及對應收音系統的收音特性，即可透過前述等化處理方法模擬分析未知收音單元之特性。值得一提的是，圖5~圖8僅為不同收音特性之收音系統靈敏度曲線模擬及實測示意圖，並非用以限定本發明。
綜上所述，本發明提供的用於收音系統之等化前處理方法可針對未知參數的收音單元進行收音系統之模擬分析，便利電子產品設計者於模具開發前，利用所述之等化前處理的方法快速且準確地進行麥克風收音系統的模擬與分析，進而有效地掌握具有未知收音單元之收音系統整體收音特性。據此，此等化前處理方法可有效地節省開發收音系統所需消耗的成本與時間，並能利用調整收音系統結構參數，輔助修改收音系統於電子產品的機構設計，達到市場上針對於高收音品質的需求。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
10．．．電容式麥克風收音系統
101．．．導音管
103．．．橡膠墊
105．．．通氣紙
107．．．前蓋
109．．．銅環
111．．．振動膜
113．．．絕緣紙
115．．．背極板
117．．．塑環
119．．．銅支架
121．．．背腔
123．．．結型場效電晶體
125．．．電容
127．．．電路板
20．．．電容式麥克風收音系統的等效電路
21．．．空氣輻射阻抗之等效電路
23．．．導音管之聲學等效電路
25a．．．麥克風單體之前空腔等效電路
25b．．．麥克風單體之後空腔等效電路
27．．．麥克風單體之機械等效電路
29．．．麥克風單體之電學等效電路
30．．．音頻處理系統
31．．．等效電路模型建立單元
33．．．第一收音單元
35．．．第二收音單元
37．．．量測模組
39．．．等化前處理系統
391．．．等化演算單元
393．．．儲存單元
395．．．收音系統模擬單元
397．．．補償處理單元
C1~C8．．．曲線
S10~S70．．．步驟
圖1是典型電容式麥克風的剖面圖。
圖2是本發明實施例提供的電容式麥克風之等效電路圖。
圖3是本發明實施例提供的用於收音系統之等化前處理系統之功能方塊圖。
圖4是本發明實施例提供的用於收音系統之等化前處理方法流程圖。
圖5是本發明實施例提供的管徑為4.5毫米且管長為3毫米之第二麥克風收音系統實測及模擬之靈敏度曲線示意圖。
圖6是本發明實施例提供的管徑為4.5毫米且管長為5毫米之第二麥克風收音系統實測及模擬之靈敏度曲線示意圖。
圖7是本發明實施例提供的管徑為4.5毫米且管長為10毫米之第二麥克風收音系統實測及模擬之靈敏度曲線示意圖。
圖8是本發明實施例提供的管徑為4.5毫米且管長為20毫米之第二麥克風收音系統實測及模擬之靈敏度曲線示意圖。
S10~S70．．．步驟

Claims (10)

  1. 一種用於收音系統之等化前處理方法，適於透過對已知內部結構配置參數之一第一收音單元進行分析，以模擬一第二收音單元於一收音系統之特性，該方法包括：依據該第一收音單元結構配置參數，建立對應該第一收音單元之一第一等效電路模型；量測並獲取該第一收音單元之一第一靈敏度曲線及該第二收音單元之一第二靈敏度曲線；將該第二靈敏度曲線等化為該第一靈敏度曲線，並獲取該第一靈敏度曲線及該第二靈敏度曲線之間的差異值；對該第一等效電路模型進行模擬，並獲取該第一收音單元於該收音系統之一第三靈敏度曲線；對模擬取得之該第三靈敏度曲線依據該第一靈敏度曲線及該第二靈敏度曲線之間的差異值進行對應補償；以及獲取該第二收音單元於該收音系統之一第四靈敏度曲線，並藉由分析該第四靈敏度曲線，獲取該第二收音單元於該收音系統之特性。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於收音系統之等化前處理方法，更包括：對該第一等效電路模型進行模擬，並產生一第一模擬靈敏度曲線；以及判斷該第一模擬靈敏度曲線與該第一靈敏度曲線之間的差異值是否小於一預設第一靈敏度差異閥值，並於該第一模擬靈敏度曲線與該第一靈敏度曲線之間的差異值大於該預設第一靈敏度差異閥值時，對應地調整該第一等效電路模型之參數。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於收音系統之等化前處理方法，其中更包括：於將該第二靈敏度曲線等化為該第一靈敏度曲線時，建立一靈敏度差異補償查表。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之用於收音系統之等化前處理方法，其中該第三靈敏度曲線獲取步驟更包括：利用該第一等效電路模型及一導音管等效電路模型，建立一第一收音系統等效電路模型；以及對該第一收音系統等效電路模型進行演算及模擬，獲取該第三靈敏度曲線；其中，該導音管等效電路模型是依據一導音管的體積、結構及材料參數的至少其中之一而建置。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之用於收音系統之等化前處理方法，還包括：依據該第四靈敏度曲線，調整該導音管的體積、結構及材料參數的至少其中之一，以使該第四靈敏度曲線與一預設靈敏度曲線之間的差異值小於一預設靈敏度差異閥值。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之用於收音系統之等化前處理方法，其中該第一收音單元及該第二收音單元為電容式麥克風、壓電式麥克風、動圈式麥克風及微機電麥克風的其中之一。
  7. 一種用於收音系統之等化前處理系統，用於對一第一收音單元及一第二收音單元透過一量測模組輸入之一第一靈敏度曲線及一第二靈敏度曲線進行演算分析，包括：一等效電路模型建立單元，用以依據該第一收音單元已知的內部結構配置關係及材料參數建立一第一等效電路模型，並產出一第一模擬靈敏度曲線；一等化演算單元，用以判斷該第一模擬靈敏度曲線的準確性及將該第二靈敏度曲線等化為該第一靈敏度曲線，並產出對應的靈敏度差異資料；一儲存單元，耦接該等化演算單元，用以儲存該第一靈敏度曲線及該第二靈敏度曲線之間的靈敏度差異資料；一收音系統模擬單元，用以依據該第一等效電路模型及對應一導音管之一導音管等效電路模型，模擬產生對應該第一收音單元於一收音系統之一第三靈敏度曲線；以及一補償處理單元，耦接該儲存單元及該收音系統模擬單元，用以依據該第一靈敏度曲線及該第二靈敏度曲線之間的靈敏度差異資料對模擬取得之該第三靈敏度曲線進行補償，並產生該第二收音單元對應該收音系統之一第四靈敏度曲線。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之用於收音系統之等化前處理系統，其中該第一等效電路模型包括複數個串聯及並聯之電容、電阻與電感等電子元件以及複數個變壓器，其中該些變壓器用以做聲學、機械及電學之間的能量轉換。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之用於收音系統之等化前處理系統，其中該等化前處理系統是透過MATLAB軟體所實現。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之用於收音系統之等化前處理系統，其中該第一收音單元及該第二收音單元為電容式麥克風、壓電式麥克風、動圈式麥克風及微機電麥克風的其中之一。
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