HK1116979A - 风噪音抑制装置 - Google Patents

Description

风噪音抑制装置

技术领域

本发明涉及一种电声传感器(electro-acoustic transducers)的使用，特别涉及一种在麦克风的情况下与减小风噪音影响的电子电路相结合的布置。

背景技术

关于麦克风的风噪音问题已经众所周知，并且已经提出了很多解决方案。这些提出的方案中常常需要使用复杂的信号处理设备，这非常显著地增大了麦克风的成本。例如为麦克风设置某种挡风板的简单方案也已经被提出，该方案是有效的，但是，他们非常的笨重。

发明内容

本发明提供了一种电声传感器布置，该布置包括三个或更多个双向传感器元件，这些元件在三维空间内彼此成一定角度设置，并且大体都指向共同的声源。这些元件的输出被叠加在一起，从而提供了具有增大的信噪比的输出信号。

本发明的优点在于，本发明工作时不需要存在着期望的声源。

附图说明

为了更容易理解本发明，现在参考附图，仅通过示例的方式对本发明的实施例进行说明，其中：

图1示意地示出了根据本发明的第一实施例的麦克风；

图2示出了用于图1中的麦克风的电路的方框图；

图3示意性示出了用于解释的目的麦克风之间的二维相对角；

图4示出了根据本发明的包括改进电路的另一个布置的方框图。

具体实施方式

本发明的实施例包括至少三个双向传感器元件。双向传感器元件是指在外壳内具有前后端口、且在该外壳内设置有传感器的隔膜、从而使得隔膜受到通过前后端口进入到该外壳内的声波影响的元件。对于本发明的一个实施例，元件相对彼此被理想地定位，从而使得他们的前端口距离期望的声源等距离，并且每个元件的中心轴线的投影在后端口形成唯一的角度。在一个这样的布置中，元件可以位于假想球的表面上，从而使得他们距离期望的声源为相等的距离。双向麦克风的前端口的灵敏度(sensibility)尽量的重叠，而后端口的灵敏度重叠得尽量少，如图3所示。期望的声源一般位于前端口的重叠区内，在该处可以获得最大的增益。风噪音的抑制效果不会被风吹动的方向明显地影响。并且期望的声音通常大体上位于前端口的前面，但是这并不是重要的。麦克风不应安装在通常用于将期望的声音集中到共同焦点的物理上半球形或者抛物线形的装置内，因为这会在前后端口上产生不可接受的风压差，这种风压差会不利地减弱风噪音的抑制。在三个双向麦克风的另一可能的构造中，每个双向麦克风的轴线可以对应于三维空间(X，Y，Z)的每个纬度内的垂直轴，并且因此没有两个麦克风共有共同轴角。麦克风可以安装在封闭的容器内并且通过共同孔露出来。另外，麦克风应该利用薄的抗声音材料来遮蔽风，该材料可以包围麦克风或者至少放置在所有麦克风的共同的露出孔的上面。该材料可以是薄毡或者与用于覆盖头戴受话器的耳机的海绵相似的声音海绵(acousticfoam)。现在对作为麦克风元件的传感器元件进行更详细的解释。

双向麦克风元件在前和后具有相同的灵敏度，并且由于进入到元件的前后端口的声压的差异而产生电信号。

参考图1，存在着三个双向麦克风元件，但是这些元件不是被相对彼此设置成物理上在三维空间内并指向共同的声源，在图1中的元件B和D物理地设置在相同的平面内，但是元件B和D的轴大体指向包含声源的区域。换言之，两个元件的轴线处于同一个平面内但是处于不同的角度。中间元件C物理地位于元件B和D的平面之上，但是是倾斜的。因此，它指向包含声源的区域但是前极性响应图(front polar response diagram)基本上与元件B和D的前极性响应图重叠。因此，利用该布置，可以得到本发明的优点。

现在转向图2，可以看到，利用麦克风元件的该布置，算术上将所有的麦克风元件的输出叠加是可能的。

电输出可以通过任何方便的方式利用任何合适的模拟或者数字程序(例如数字信号处理)叠加在一起。

尽管优选的实施例利用了三个双向麦克风，但是三个或者更多个麦克风可以使用。然而，对于可用的麦克风的数量存在着限制。现在将参考以整圆测量的表示麦克风元件的性能的极性灵敏度图对该限制进行说明，不过，应该理解的是，实际上，真实的布置总是三维的而不是二维的。这是因为，风可以来自三维空间内的任何方向。如上所述，元件是双向的。因此，每个元件的性能由围绕轴线的前后极性响应图来表示。在元件距离期望的声源为等距离的理想的情形下，前极性响应图会在相当大的程度上重叠。然而，后极性响应图理想地不重叠，并且将麦克风元件相对彼此设置来实现此。因此，灵敏度图的重叠是麦克风元件数量的这个限制的一个因素。虽然上面的解释假定前端口距离期望的声源为等距离，并且后端口具有不重叠的极性响应图，但是这可以近似，同时仍然能够得到期望的结果，这将对于图3进行说明。考虑到第三个麦克风元件处于垂直于纸面的平面内的事实，为了简明起见，该图显示了任意的两个麦克风元件。

首先考虑前端口，即最靠近期望声源的那些端口。尽管原理上，人们放置麦克风元件从而使他们的中心轴线理想地与他们理论上被放置的几何表面的焦点一致，事实上，一切所需要的在于元件的前面的极性灵敏度图大体上重叠。注意，极性灵敏度图代表着三维空间，只要期望的声音是从各个极性图中的重叠部分包含的空间中发出来的，本发明的优点就可以实现。因此，也明显的是，严格相等的距离并不是必须的。可以适应大程度的差异，限定区域或者容积。

进一步参考图3，可以注意到的是，双向元件位于设置有抗声材料或者由抗声材料形成的外壳内。可选地，双向元件可以位于具有一个或多个孔的壳体中，在这种情形下，只有孔需要覆盖有抗声材料层。进一步，该材料可以是很薄的种类，例如一般地与耳机有关的种类，这样并不会对本发明的实际制造造成麻烦。应该注意的是，前后端口均开口，且后端口声音上是暴露的，从而使轴线通过前后端口在自由空间内远离元件延伸。并且，将这安装在物理半球或者抛物线结构内以将期望的声音集中到共同点是不允许的，这是因为这将阻碍后端口的操作，不利地影响风噪音抑制效果。尽管上面的实施例公开了设置在假想的球表面上的麦克风元件的使用，但是将麦克风元件设置在具有焦点的任何其他几何图形的假想表面上也是可以的。元件可以设置为矩阵或者十字形的形状(三维阵列)或者如图1中所示。

一种想要的使用是，麦克风元件以某种方式安装，从而使三维阵列相对于期望的声源处于相对固定的位置。在麦克风用于一个人使用的情况下，麦克风可以连接到话筒吊杆(boom)的一端，该话筒吊杆自身是耳机或者听筒的一部分。可选择地，麦克风可以安装在头盔内，该头盔可以具有氧气供给，起到不想要的风噪音的内部源的作用，或者麦克风可以用于代替现有的外部广播布置中的现有的麦克风，其中麦克风位于保持架(cage)内，该保持架被设置保持靠在用户的脸上，使麦克风自身距离用户的嘴一定的距离。应用包括用于移动电话的有线或者蓝牙PHF(个体非手持，personal hands free)。麦克风可以与数字或者视频摄像头一起使用，从而使期望的声音来自于大致摄像头的前面。说话的人可以是非静止的或者移动的，而不会影响风噪音抑制的期望效果。

应该强调的是，关于图3说明的麦克风元件将提高从重叠的前极性响应图所表示的区域发出的任何声音信号，无论期望的声源是否物理地位于该区域内。因此，关于麦克风相对于嘴(说话)的精确位置并不需要，并且已经发现的是，即使麦克风元件(如关于图1或3的说明)的阵列在合适的声源附近摇摆，并从而只能接收离轴信号，元件阵列也将满意地起作用。

图1对于解释对用于由麦克风布置所提供的电路进行可选的变形是有用的。风方向由图1中的箭头方向表示，并且可以看到的是，麦克风元件B具有垂直于风方向的自身轴线。因此，风噪音将等同地作用在元件B的前后端口，并且由此径向地影响元件B对来自包含声源的区域的声音作出适当反应的能力。因此，可以电性检测这种情况并且抑止来自该元件的信号被处理，使来自元件C和D的信号叠加在一起。换句话说，来自最受影响的元件的信号被排除，只有来自剩余元件的信号被进一步处理。

图4显示了具有用于执行上面提到的抑制和信号处理的电子电路的麦克风阵列的方框图。有很多其他的方法用于实现该目的，利用模拟方案或者利用数字方案。在该图中，显示了麦克风元件B、C和D，并被共同的抗声海绵材料50的薄层覆盖。元件的输出被供给到选择器电路51，在该选择器电路51对信号进行比较，并且抑制来自受影响最厉害的元件的信号。之后，信号被供给到水平和频率控制电路52(level and frequency controlcircuits)，信号条件电路53(signal conditioning circuits)，然后被叠加在一起，并且在滤波电路54内处理后供给到输出55，在滤波电路54内应用200Hz以下的带通滤波。可以提供其他的开槽或者带通过滤，用于对于声音频带的低频的微减少进行补偿。

麦克风元件的阵列取代了传统的麦克风，并且由此可以通过在制造过程中结合到设备中从而用作该种麦克风的直接代替。这可以通过在制造过程中将麦克风元件和相关的信号加法电路结合，作为更大设备的部件来实现。可选地，麦克风元件可以以这样具有或没有与他们相关的信号加法电路的方便的方式封装并且作为模块来提供给制造商。麦克风元件可以通过使用超模压(over-molded)高温聚合物以相对彼此合适的角度和正确的方位安装。需要当心的是，保证后端口是畅通无阻的并且保证前端口到后端口的风压最小地被安装结构影响。另外，安装结构应该使得由一个麦克风获取的风的方向相对于其他的麦克风获取的风的方向的变化影响最小化。换句话说，所有的麦克风应该检测到来自相同的一般方向的风。

双向传感器元件阵列(无论是否是模块形式)可以安装在外壳内，该外壳可以是防水的，但是设置有覆盖有抗声材料薄层的穿孔阵列。外壳可以设置有用于将元件阵列连接到用户的另一件装备上的装置，例如通过弹簧夹。本发明作为大设备件的部件部分或者用作大设备的模块具有广泛的应用。为了给出各种应用的一些说明，现在将描述多种不同的实施方式。这不是穷举性的列表。

一种实施方式是用于代替外部广播麦克风，如前所述。另一种实施方式是代替移动电话中的麦克风或者移动电话内的个体非手持的套件部分。另一种实施方式是代替便携式记录装置中的麦克风。

另一种实施方式是代替在数字摄像头或视频摄像头、视频摄像头-电话、或其他的便携式通讯装置中的麦克风。这可以是对着用户从而使得用户在进行照相的场景下讲话的任意麦克风。尽管上面的布置都是参考风和麦克风而被公开，但是相同的原理也可以使用于其他的流体，例如水，在这种情况下，传感器一般被称为水中听音器。

进一步，双向传感器元件可以利用允许元件阵列占用极少空间的半导体技术来制造。有时被称为SiMIC(硅麦克风)的MEMs麦克风需要增加后孔，以能够实现双向性。

使用处于适当的阵列的微型双向麦克风元件，允许本发明的形式用在适合用于户外和微风或者刮风状况下的助听器中。

尽管上面的描述是指双向元件的使用，但是应该注意的是，由于单向麦克风元件也具有相同的特性，因此单向麦克风也可以使用，但是作用会小很多。

Claims (19)

1.一种电声传感器布置，包括至少三个具有开口的前端口和开口的后端口的传感器元件，该至少三个传感器元件相对相互设置成使各个元件的前后端口的连线在三维内相互成一个角度，并且大体指向共同的声音区域，具有用于接收元件的输出和用于将输出叠加在一起的装置，以及薄的抗声材料，该薄的抗声材料覆盖所有传感器暴露于风的共同空间的至少一部分。

2.如权利要求1所述的传感器布置，其中，所述传感器元件位于形成假想球或者抛物线的部分的阵列中。

3.如权利要求1或2所述的传感器布置，其中，所述元件为麦克风元件，并且位于连接到用户头部的话筒吊架上，从而指向用户的嘴来定位。

4.如权利要求1或2所述的传感器布置，其中，所述元件为麦克风元件，并且位于头盔上，从而指向用户的嘴。

5.如权利要求1至4中任一项所述的传感器布置，其中，所述元件通过使用超模压的高温聚合物而以合适的角度和方位安装，该超模压的高温聚合物由标准的SMT工艺放置。

6.如权利要求1至5中任一项所述的传感器布置，其中，多个元件利用半导体微制造技术制造。

7.如权利要求1至6中任一项所述的传感器布置，其中，传感器元件中的每一个是双向元件。

8.一种传感器模块，包括外壳，在该外壳内设置有如前述权利要求中任一项所述的传感器布置，其中，所述外壳的外表面在一个方向是半渗透的并且是防水的。

9.如权利要求8所述的模块，其中，穿孔阵列被与每个麦克风相邻地设置在所述防水外壳中。

10.如权利要求9所述的模块，该模块在垂直于麦克风面的所有平面方向上是可调整的，所述方位是完全可调整的，并且利用足够的摩擦自定位。

11.如权利要求8、9或10中任一项所述的模块，其中，安装装置以超模压封装的形式设置。

12.如权利要求8所述的模块，其中，所述防水材料被连接到麦克风封装的后部并且形成椭圆形的中心，该椭圆形的中心处于所有其他点的空隙内。

13.如权利要求8所述的模块，其中，所述外壳设置有挠性扣合背夹。

14.如权利要求8至13中任一项所述的模块，其中，电连接和所述传感器布置电性上被确保于另一设备中。

15.一种摄像头，结合有如前述权利要求中任一项所述的传感器布置。

16.一种便携式通讯装置，结合有如权利要求1至14中任一项所述的传感器布置或模块。

17.如权利要求16所述的便携式通讯装置，其中，所述装置传送数据以及声音。

18.一种助听器，结合有如权利要求6所述的传感器布置。

19.一种记录装置，结合有如权利要求1至13中任一项所述的传感器布置或模块。