[发明专利]环形麦克风设备

说明书

背景技术

提供了一种视频电话会议系统。更具体地说，描述了一种麦克风，该麦克风具有与麦克风方位角无关的灵敏度图，并且该灵敏度图在所关注的声源方向最大化灵敏度，而对于来自其他方向的声音最小化灵敏度。

视频电话会议系统用来在位于不同房间的两个或更多个人之间、或者两组或更多组人之间创建虚拟会议。这些房间可以是在同一个建筑物中，或者在位于不同城市、国家、大洲等的不同建筑物内。因此，视频电话会议系统可以用来创建会议，否则的话可能需要长途旅行。

为了创建虚拟会议，视频电话会议系统传输视频和音频数据，因此包括一个或多个麦克风来捕获声波。麦克风将在一个视频电话会议室中产生的声波转换为电脉冲，用于传输到另一个视频电话会议室。因此，这种传输音频的质量直接取决于房间内麦克风的位置、房间的音效，尤其是取决于麦克风本身的特性。

例如，用于从所关注声源(诸如人的发言)捕获声音的传统麦克风将接收来自声源的直达声波、反射声波、和混响声波。直达声波未经反射直接传播到麦克风，并且它是麦克风想要捕获的声波。此外，直达声波的强度与所关注声源和接收声音的麦克风之间的距离成反比。

反射声波不直接传播到麦克风。相反，在到达麦克风之前，其被室内的物体或者房间本身进行了多次反射。例如，来自所关注声源的声波可以被墙壁、地板、天花板、椅子等反射。在到达麦克风之前传播少于50-80毫秒(对应17-27米的传播距离)的反射声波被称为“早期反射”。

来自所关注声源的早期反射可以对麦克风接收的音频产生积极的贡献。但是，由于引起梳状滤波效应，早期反射也可能令音频失真。早期反射具有与直达声波近似相等的声压级，但是在时间上有所延迟。该时延引起两个声波之间的相位差，这可能导致当直达声波与早期反射组合时，直达声波的某些频率分量被抵消。这一现象被称为“梳状滤波”，并且对于声音质量具有负面的影响。

传播超过50-80毫秒(17-27米)的反射被称为“混响声”。因为声波已经在室内反射了多次，所以混响声几乎从各个方向到达麦克风。另外，它们的声压级在很大程度上与麦克风-声源距离无关。不同于早期反射，由于产生“拉远”、“空洞”和/或“消音”的特点，混响声总是对音频质量造成负面影响。

由混响声造成的失真的程度由直达声的强度与混响声的强度之比确定。例如，如果所关注声源非常接近麦克风，则直达声与混响声之比很大，并且失真很小。当所关注声源远离麦克风时，直达声与混响声之比将减小，失真增加。

直达声强度等于混响声强度的距离被称为“房间半径”，能够对于每个房间确定该值。当所关注声源移动到房间半径之外时，混响声起主要作用并且失真增加。相反，当声源移进房间半径内的范围时，直达声起主要作用，而失真减小。因此，对于传统的麦克风系统，所关注声源应该保持在房间半径内以避免严重的音频失真。

此外，直达声、反射声和混响声并不仅限于所关注声源，也可以存在于视频电话会议室内的噪声源中。噪声源包括，例如，来自通风系统的风扇噪声，来自电子设备(例如，安装在天花板上的投影仪)的冷却风扇噪声，来自视频电话会议室外的噪声，来自扬声器的声音、移动椅子产生的声音等。传统视频电话会议系统的麦克风也接收来自这些噪声源的直达、反射和混响声波，其恶化了音频质量。

此外，每个噪声源具有不同的主导分量。例如，安装在电子设备上的冷却风扇和源自视频电话会议室外的噪声主要以混响声波的形式给出噪声。某些噪声源，例如通风系统，甚至给出多种噪声分量，即直达和混响声波。

传统麦克风也以回声的形式给出噪声。当来自用于重现从远程方传输到视频电话会议的音频的扬声器的声音被麦克风捕获并被重新发送到远程方时，会出现回声。回声也具有直达、反射和混响声分量，但是一个分量相对于其他分量的优势是由扬声器-麦克风距离确定的，其并不总是常量。

传统上，回声由回声消除器来削弱，回声消除器是针对扬声器-麦克风信道响应训练的自适应滤波器。但是，回声消除器无法避免麦克风接收回声。相反，回声消除器仅削弱已经存在于音频信号中的回声。此外，由于其自适应的性质，回声消除器需要时间针对给定响应来训练，使得不时变扬声器-麦克风信道响应如所期望的。然而在实际中，为了捕获来自多个不同声源的音频，在视频电话会议期间麦克风可能被重新定位，并且不时变扬声器-麦克风信道响应难以实现。因此，典型地，传统视频电话会议系统的回声消除器需要重新训练多次。而且，回声消除器在削弱混响声分量上有困难，导致当混响回声强度提升时增加了运算复杂度。