專利名稱：串聯(lián)麥克風的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及麥克風，特別是涉及陣列麥克風。
背景技術：
陣列麥克風包括多個將聲波轉換為多個電壓信號的麥克風。因為陣列麥克風產生 的多個電壓信號包含有因為麥克風位置不同產生的相位差與增益差，因此處理器可以依據 所述相位差與增益差而調整電壓信號的特定性質。舉例來說，處理器可以基于多個電壓信 號間的相位差與增益差而增進陣列麥克風對于來自特定方向的聲音的靈敏度。因此，陣列 麥克風在高階音訊處理有許多應用。 圖1為包含并聯(lián)的多個麥克風的一現(xiàn)有的陣列麥克風。于一實施例中，主機106 為一處理器。陣列麥克風包括兩個麥克風102與104。麥克風102與104分別轉換聲音SI 與S2為電壓信號。麥克風102與104分別產生的電壓信號接著經由一數(shù)據路徑送至主機 106，此連接狀態(tài)稱之為并聯(lián)。主機106提供一時鐘信號予麥克風102與104。麥克風102 于時鐘信號的上升緣輸出數(shù)據于數(shù)據路徑送至主機106，而麥克風104于時鐘信號的麥克 風102于時鐘信號的上升緣輸出數(shù)據于數(shù)據路徑送至主機106下降緣輸出數(shù)據于數(shù)據路徑 送至主機106，因此麥克風102與104可共享一數(shù)據路徑以將數(shù)據送至主機106。
雖然陣列麥克風的麥克風可共享一數(shù)據路徑以傳送數(shù)據至主機，當陣列麥克風包 含超過兩個麥克風時，圖1的現(xiàn)有技術便需要更多的數(shù)據路徑才能將數(shù)據傳送至主機。然 而主機，例如一處理器，僅包含有限數(shù)目的數(shù)據總線或接腳，因而無法提供過大數(shù)目的數(shù)據 總線或接腳予陣列麥克風。此外，由于麥克風數(shù)目愈多時會產生愈多的電壓信號，主機的數(shù) 據處理負擔會隨著連接到主機的麥克風數(shù)目而增加。因此，需要一種陣列麥克風能有效降 低主機的數(shù)據處理負擔及所需的數(shù)據總線或接腳數(shù)目。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種麥克風，以解決現(xiàn)有技術存在的問題。該麥克風接收一第一聲音 信號與至少一第二電壓信號并輸出一第三電壓信號。于一實施例中，該麥克風包括一轉換 器，以及一信號處理器。該轉換器轉換該第一聲音信號為一第一電壓信號。該信號處理器， 包括用以接收該第一電壓信號的一第一輸入端與用以接收該至少一第二電壓信號的至少 一第二輸入端，并依據該第一 電壓信號及該至少一第二電壓信號導出該第三電壓信號。
本發(fā)明提供一種信號處理器，包含于一第一麥克風，包括多個輸入端以及一裝置。 所述多個輸入端接收多個輸入電壓信號。該裝置用以自所述輸入電壓信號導出一輸出信 號。其中所述輸入電壓信號其中之一為以一轉換器依據一第一聲音信號轉換得到的一第一 電壓信號，而所述輸入電壓信號其中另一為由位于該第一麥克風附近的一第二麥克風依據 一第二聲音信號所導出的一第二電壓信號。 本發(fā)明提供一種陣列麥克風，輸出一第三電壓信號。于一實施例中，該陣列麥克風 包括一第一麥克風以及一第二麥克風。該第一麥克風依據一第一聲音信號產生一第一電壓信號。該第二麥克風位于該第一麥克風附近，包括接收該第一電壓信號的一第一輸入端以 及轉換一第二聲音信號為一第二電壓信號的一轉換器，并依據該第一電壓信號及該第二電 壓信號導出該第三電壓信號。 本發(fā)明的詳細內容以下面的實施例及附圖進行詳細敘述。


本發(fā)明可以藉閱讀下述實施例并參照下列附圖示進行詳細的了解 圖1為包含并聯(lián)的多個麥克風的一現(xiàn)有陣列麥克風； 圖2顯示依據本發(fā)明包括多個串接麥克風的陣列麥克風； 圖3為依據本發(fā)明的串聯(lián)麥克風的區(qū)塊圖； 圖4A顯示同時串接于多個麥克風的麥克風； 圖4B顯示以階層的方式串接的麥克風； 圖5顯示可除去風壓噪音的麥克風； 圖6A顯示相串接的第一麥克風與第二麥克風； 圖6B為圖6A的第二麥克風的信號處理器的區(qū)塊圖； 圖6C為圖6B的信號處理器的輸出信號的極坐標圖；以及 圖7為增進麥克風聲音敏感度的方法的流程圖。
具體實施例方式
下述為本發(fā)明的最佳實施例。下述實施例是作為本發(fā)明的說明之用，而非用以限 定本發(fā)明。本發(fā)明的權利范圍以本發(fā)明的權利要求界定。 圖2顯示依據本發(fā)明包括多個串接麥克風的陣列麥克風。陣列麥克風包括兩麥克 風202、204。麥克風202轉換聲音信號S1為電壓信號D1。位于麥克風202附近的麥克風 204轉換聲音信號S2為電壓信號D3 (未顯示于圖2中)。麥克風204接收麥克風202產生 的電壓信號Dl，并由電壓信號Dl及D3導出一電壓信號D2。電壓信號D2接著被送至主機 206。于一實施例中，主機206為一處理器。由于麥克風202產生的電壓信號D1被送至麥 克風204，麥克風202與204相串接。此外，雖然圖2中麥克風202與204的時鐘信號是由 主機206所提供，該時鐘信號亦可由系統(tǒng)中其它裝置所提供。 圖2的陣列麥克風僅包括兩麥克風。若陣列麥克風包括兩個以上的麥克風時，所 述麥克風可如麥克風202與204般相串接。因此，無論一陣列麥克風包括多少個麥克風，陣 列麥克風最后僅產生一個輸出信號，因而僅需要占據主機206的一個數(shù)據總線以供傳輸輸 出信號至主機。此外，由于后續(xù)的麥克風204處理前置的麥克風202產生的電壓信號，因此 后續(xù)的麥克風204承擔了主機206部分的數(shù)據處理工作。因此即使陣列麥克風包括多個麥 克風，主機206僅需處理陣列麥克風的單一輸出信號D2。 圖3為依據本發(fā)明的串聯(lián)麥克風的區(qū)塊圖。兩麥克風302、 304相串接。麥克風302 為一般的麥克風，包括轉換器312、前置放大器314、模擬至數(shù)字轉換器316。麥克風304為 特殊設計用以串接的麥克風，包括轉換器322、前置放大器324、模擬至數(shù)字轉換器326、及 信號處理器328。轉換器312、322分別轉換聲波信號S1、S2為電壓信號A1、A2。前置放大 器314、324分別放大電壓信號A1、A2為電壓信號A3、A4。模擬至數(shù)字轉換器316、326分別對電壓信號A3、 A4進行模擬至數(shù)字轉換而得到數(shù)字信號D1 、 D2 。 麥克風302接著輸出電壓信號D1。信號處理器328接著處理電壓信號D1、D2以 得到電壓信號D3，作為麥克風304輸出至主機306的信號。由于電壓信號D3是由電壓信號 D1、D2處理后而得到，因此電壓信號D3較電壓信號D1、D2有較好的品質。信號處理器328 產生電壓信號D3的方式視系統(tǒng)設計者著重輸出信號的何種特質需要改良而定。舉例來說， 系統(tǒng)設計者可能希望增進麥克風304對某方向的聲音的靈敏度，以便將麥克風304轉換為 指向型麥克風。系統(tǒng)設計者亦可能希望補償麥克風304與302產生的信號D1、D2間的相位 差。信號處理器328的內部結構將以圖6、7進一步說明。 擁有信號處理器的麥克風可接收其它麥克風所產生的超過一個的輸出信號。圖4A 顯示同時串接于麥克風402與404的麥克風406。麥克風402與404為一般麥克風并分別 將聲音信號Sl、 S2轉換為電壓信號Dl、 D2。麥克風406將聲音信號D3轉換為一電壓信號 D4(未顯示于圖4A中)，并依據電壓信號D1、D2、D4導出一電壓信號D3。最后，電壓信號D3 被送至主機408。 麥克風亦可以階層的方式串接。圖4B顯示以階層的方式串接的麥克風452、454、 456。麥克風452將聲音信號S1轉換為電壓信號D1。麥克風454、456包含信號處理器并可 接收其它麥克風輸出的電壓信號。麥克風454串接于麥克風452之后，而麥克風456再串 接于麥克風454之后。麥克風454轉換聲音信號S2為一 電壓信號D4 (未顯示于圖4B中)， 接著依據電壓信號D4、D1產生一電壓信號D2。麥克風456轉換聲音信號S3為一電壓信號 D5 (未顯示于圖4B中)，接著依據電壓信號D5、 D2產生一電壓信號D3。信號D3接著被送 至主機458。因此，麥克風452、454、456相串聯(lián)。 包含信號處理器的麥克風亦可接收非由麥克風產生的電壓信號。圖5顯示可除去 風壓噪音的麥克風504。麥克風504轉換聲音信號S為電壓信號D。若聲音信號S是于帶 有速度的空氣中傳遞，聲音信號S會因風而受干擾，因而電壓信號D會帶有風壓噪音(wind noise)。風壓檢測器502檢測風壓并轉換風壓為一風壓信號P。麥克風504接著依據風壓 信號P消除電壓信號D中的風壓噪音后輸出給主機506。因此，消除風壓噪音后的電壓信號 D具有較高的質量。 圖6A 6C顯示轉換兩非指向性麥克風為一指向性麥克風的陣列麥克風。圖6A顯 示相串接的第一麥克風與第二麥克風，兩者皆為非指向性麥克風。聲音來源遠離第一麥克 風與第二麥克風并產生一聲音信號。當聲音信號接近第一麥克風與第二麥克風時，聲音信 號的波前近似平面波。聲音信號的波前首先到達第二麥克風，接著才到達第一麥克風。由 于聲音信號必須多傳遞過距離D才能到達第一麥克風，因此與第二麥克風相比，第一麥克 風相當于以一延遲時間T接收聲音信號。 若第一麥克風與第二麥克風間的距離為d，額外距離D等于(dxcos0),其中0為聲
音信號的入射角。因此，若聲音信號于空氣中傳遞的速度為V，延遲時間T可由下式決定 r = — =-^ . 圖6B為圖6A的第二麥克風的信號處理器600的區(qū)塊圖。信號處理器600包括延 遲模塊602、減法器604、極低通濾波器606。第一麥克風與第二麥克風分別轉換聲音信號為 數(shù)據流。延遲模塊602延遲第一麥克風產生的數(shù)據流一段延遲時間Q。減法器604接著自
6第一麥克風產生的數(shù)據流減去第一麥克風產生的數(shù)據流，以產生一余數(shù)數(shù)據流。低通濾波 器606最后將余數(shù)數(shù)據流過濾，以產生第二麥克風的輸出信號。 若聲音信號為單音調信號(monotone)，則聲音信號可以一正弦波表示。若延遲時
間Q = d/V，則減法器604的輸出信號Sum可以下式表示 Sum = A (delay = Q) _B = sin [2 Ji F (t+Q) ] -sin [2 Ji F (t+T)]; 其中A、B分別為第一麥克風、第二麥克風產生的數(shù)據流。若入射角0為180度，輸
出信號為0。若入射角0為O度，輸出信號非O，僅振幅稍微被衰減。衰減率為頻率的函數(shù)并
可以低通濾波器606進行補償。 圖6C為圖6B的信號處理器600的輸出信號的極坐標圖。虛線所示為OdB的衰 減線。實線則為信號處理器6OO的輸出信號對應于不同入射角0的增益值。當入射角0為O 度，增益值為OdB(無衰減)。當入射角0為180度，增益值衰減為0。因此，雖然第一麥克風 與第二麥克風皆為無指向性麥克風，第二麥克風的信號處理器600可產生特別對某些入射 角度敏感的一輸出信號。來自其它角度的聲音可被抑制。因此，第一麥克風與第二麥克風 合并為一指向性麥克風。由于信號處理器600擔負了所有信號處理的工作，后續(xù)接收輸出 信號的主機不需再進行信號處理。 信號處理器亦可提高麥克風的敏感度。 一麥克風的聲音敏感度定義為輸出電壓信 號功率與輸入聲波信號功率的比率。圖7為增進麥克風聲音敏感度的方法700的流程圖。 以圖2為例，陣列麥克風包含圖2的麥克風202與204。當麥克風202與204的距離小于3 公分，麥克風202與204接收到的聲音信號功率大致相同。若麥克風202的輸出信號功率 大于麥克風204的輸出信號功率，麥克風204的信號處理器可依據方法700提升麥克風204 的輸出信號功率。 麥克風204首先將聲音信號S2轉換為第一電壓信號D3(未顯示于圖2中)。麥 克風204的信號處理器首先量測第一 電壓信號D3的第一平均功率PB (步驟702)。麥克風 202亦將聲音信號Sl轉換為第二電壓信號Dl。麥克風204的信號處理器接著量測第二電 壓信號D2的第二平均功率PA (步驟704)。信號處理器接著計算第二平均功率PA對第一平 均功率PB的比率值R(步驟706)(R二PA/PB)以及比率值R的平方根V^ (步驟708)。最 后，信號處理器以等于該平方根#的增益值放大該第一電壓信號D2以得到一第三電壓信 號D3作為輸出(步驟710) (D2-V^xD3)。因此，輸出信號D3的功率大致等于麥克風202 的輸出信號Dl的功率。由于電壓信號D3的功率與聲音信號的功率的比值增加，因此麥克 風204的聲音敏感度增加了。 本發(fā)明提供串聯(lián)的麥克風。裝了信號處理器的麥克風可依據接收的聲音信號及其 它與其串聯(lián)的麥克風的輸出信號而產生一電氣信號。因此，相串聯(lián)的麥克風可生一最終輸
出信號，該最終輸出信號僅需一數(shù)據總線以進行傳輸至一主機。此外，所述相串聯(lián)的麥克風 的信號處理可分攤主機的信號處理的部份負擔。 雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術 人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范 圍以本發(fā)明的權利要求為準。
權利要求
一種麥克風，接收一第一聲音信號與至少一第二電壓信號并輸出一第三電壓信號，包括一轉換器，轉換該第一聲音信號為一第一電壓信號；以及一信號處理器，包括用以接收該第一電壓信號的一第一輸入端與用以接收該至少一第二電壓信號的至少一第二輸入端，并依據該第一電壓信號及該至少一第二電壓信號導出該第三電壓信號。
2. 如權利要求1所述的麥克風，其中該至少一第二電壓信號是由位于該麥克風附近的 至少一第二麥克風依據至少一第二聲音信號所導出。
3. 如權利要求1所述的麥克風，其中該至少一第二電壓信號包括由位于該麥克風附近 的一風壓檢測器依據風壓所導出的一風壓噪聲信號，而該信號處理器依據該風壓噪聲信號 自該第一電壓信號除去風壓噪聲以得到該第三電壓信號。
4. 如權利要求1所述的麥克風，其中該信號處理器以使該第三電壓信號反映來自特定 方向的聲音的方式導出該第三電壓信號，而將該麥克風轉變?yōu)橹赶蛐喳溈孙L。
5. 如權利要求4所述的麥克風，其中該信號處理器包括 一延遲模塊，延遲該第二電壓信號以得到一延遲信號；一減法器，耦接至該延遲模塊，將該第一電壓信號與該延遲信號相減以得到一第四電 壓信號；以及一低通濾波器，耦接至該減法器，過濾該第四電壓信號以得到該第三電壓信號。
6. 如權利要求2所述的麥克風，其中該信號處理器以增加該第三電壓信號的振幅的方 式產生該第三電壓信號，以增進該麥克風的靈敏度。
7. 如權利要求6所述的麥克風，其中該信號處理器計算該第二電壓信號與該第一電壓 信號的一功率比例，計算該功率比例的平方根，并以等于該平方根的增益放大該第一電壓 信號以產生該第三電壓信號，以使該麥克風的靈敏度提升至相近于該第二麥克風的幅度。
8. 如權利要求1所述的麥克風，其中該信號處理器以該第一電壓信號與該第二電壓信 號間的相位差補償該第一電壓信號，以產生該第三電壓信號。
9. 一種信號處理器，包含于一第一麥克風，包括 多個輸入端，接收多個輸入電壓信號； 一裝置，用以自所述輸入電壓信號導出一輸出信號；其中所述輸入電壓信號其中的一為以一轉換器依據一第一聲音信號轉換得到的一第 一電壓信號，而所述輸入電壓信號其中另一為由位于該第一麥克風附近的一第二麥克風依 據一第二聲音信號所導出的一第二電壓信號。
10. 如權利要求9所述的信號處理器，其中所述輸入電壓信號其中又一為由位于該第一麥克風附近的一風壓檢測器依據風壓所導出的一風壓噪聲信號，而該信號處理器依據該 風壓噪聲信號產生移除風壓噪聲的該輸出信號。
11. 如權利要求9所述的信號處理器，其中該信號處理器以使該輸出信號反映來自特定方向的聲音的方式導出該輸出信號，而將該第一麥克風轉變?yōu)橹赶蛐喳溈孙L。
12. 如權利要求11所述的信號處理器，其中該信號處理器包括 一延遲模塊，延遲該第二電壓信號以得到一延遲信號；一減法器，耦接至該延遲模塊，將該第一電壓信號與該延遲信號相減以得到一第四電壓信號；以及一低通濾波器，耦接至該減法器，過濾該第四電壓信號以得到該輸出信號。
13. 如權利要求9所述的信號處理器，其中該信號處理器以增加該輸出信號的振幅的 方式產生該輸出信號，以增進該第一麥克風的靈敏度。
14. 如權利要求13所述的信號處理器，其中該信號處理器計算該第二電壓信號與該第 一電壓信號的一功率比例，計算該功率比例的平方根，并以等于該平方根的增益放大該第 一電壓信號以產生該輸出信號，以使該第一麥克風的靈敏度提升至相近于該第二麥克風的 幅度。
15. 如權利要求9所述的信號處理器，其中該信號處理器以該第一電壓信號與該第二 電壓信號間的相位差補償該第一電壓信號，以產生該輸出信號。
16. —種陣列麥克風，輸出一第三電壓信號，包括 一第一麥克風，依據一第一聲音信號產生一第一電壓信號；以及一第二麥克風，位于該第一麥克風附近，包括接收該第一電壓信號的一第一輸入端以 及轉換一第二聲音信號為一第二電壓信號的一轉換器，并依據該第一電壓信號及該第二電 壓信號導出該第三電壓信號。
17. 如權利要求16所述的陣列麥克風，其中該陣列麥克風還包括依據風壓所導出的一風壓噪聲信號的一風壓檢測器，而該第二麥克風依據該風壓噪聲信號自該第三電壓信號除 去風壓噪聲以得到一第四電壓信號。
18. 如權利要求16所述的陣列麥克風，其中該第二麥克風以使該第三電壓信號反映來 自特定方向的聲音的方式導出該第三電壓信號，而將該第二麥克風轉變?yōu)橹赶蛐喳溈孙L。
19. 如權利要求16所述的陣列麥克風，其中該第二麥克風以增加該第三電壓信號的振 幅的方式產生該第三電壓信號，以增進該第二麥克風的靈敏度。
20. 如權利要求16所述的陣列麥克風，其中該第二麥克風以該第一電壓信號與該第二 電壓信號間的相位差補償該第二電壓信號，以產生該第三電壓信號。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種麥克風。該麥克風接收一第一聲音信號與至少一第二電壓信號并輸出一第三電壓信號。于一實施例中，該麥克風包括一轉換器，以及一信號處理器。該轉換器轉換該第一聲音信號為一第一電壓信號。該信號處理器，包括用以接收該第一電壓信號的一第一輸入端與用以接收該至少一第二電壓信號的至少一第二輸入端，并依據該第一電壓信號及該至少一第二電壓信號導出該第三電壓信號。
文檔編號H04R3/00GK101743759SQ200780053796
公開日2010年6月16日 申請日期2007年9月18日 優(yōu)先權日2007年5月15日
發(fā)明者吳立德, 許偉展 申請人:美商富迪科技股份有限公司