專利名稱：用來電子選擇輸出信號(hào)與聲信號(hào)碰撞空間角的相關(guān)性的方法和助聽器設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種技術(shù)，根據(jù)該技術(shù)，聲信號(hào)由至少兩個(gè)聲/電轉(zhuǎn)換器接收，如例如由多向傳聲器接收，這種轉(zhuǎn)換器的各輸出信號(hào)由一個(gè)電子傳感器單元電子計(jì)算，以便產(chǎn)生一個(gè)代表由放大的空間特性加權(quán)的聲信號(hào)。因而，輸出信號(hào)代表由空間放大特性加權(quán)的接收聲信號(hào)，就象借助于例如帶有相應(yīng)接收波瓣或波束的天線已經(jīng)進(jìn)行了聲信號(hào)的接收。因而，本發(fā)明一般涉及一種電子預(yù)置的、能電子調(diào)節(jié)的且修整的“波瓣”。


圖1最一般地表示用于聲信號(hào)上這種“波束形成”的這種已知技術(shù)。因此，提供至少兩個(gè)多向聲/電轉(zhuǎn)換器2a和2b，這兩者本身把與其碰撞方向θ無關(guān)、并因而相對(duì)于碰撞方向θ基本上未加權(quán)的聲信號(hào)，轉(zhuǎn)換成第一和第二電氣輸出信號(hào)A1和A2。輸出信號(hào)A1和A2供給到一個(gè)電子傳感器單元3，電子傳感器單元3由輸入信號(hào)A1、A2產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)Ar。如在單元塊3內(nèi)所示，處理信號(hào)A1，2以產(chǎn)生代表A1或A2任一個(gè)的生成信號(hào)Ar，但另外由空間放大函數(shù)F1(θ)加權(quán)。因而，依據(jù)在哪種空間角θ下聲信號(hào)碰撞，即在哪種空間角下傳感器裝置2a、2b“看到”聲源的事實(shí)，可以選擇性地放大聲信號(hào)。因此，這種已知方法嚴(yán)格地束縛在物理位置和所提供的轉(zhuǎn)換器的固有“波瓣”。
借助于圖2舉例說明在傳感器單元3內(nèi)進(jìn)行信號(hào)處理的一種方法。因此，所有這些方法都基于由于兩個(gè)轉(zhuǎn)換器2a和2b的預(yù)定相互物理距離pp在轉(zhuǎn)換器2a、2b處的聲信號(hào)接收之間出現(xiàn)時(shí)滯dt的事實(shí)。
考慮由轉(zhuǎn)換器2a接收的信號(hào)頻率ω的聲信號(hào)，該轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)
(1) A1＝Asinωt其中第二傳感器2b將根據(jù)下式產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)(2) A2＝Asinω(t+dt)其中dt由下式給出(3)----dt=ppsinθc]]>其中，c是聲速。
通過時(shí)間延遲例如A1一個(gè)量(4) τ＝pp/c并且由作為第三信號(hào)的時(shí)間延遲信號(hào)A1′的差形成生成信號(hào)Ar，即由(5) A1′＝A·sinω(t+τ)，和(2) A2＝A·sinω(t+dt)這里產(chǎn)生，在頻率ω下考慮的，如傳感器單元塊3中所示的空間心形曲線加權(quán)輸出信號(hào)Ar(6) |Ar|＝|A1′-A2|＝2Asin(ω(τ-dt)/2)＝2Asin(ω(τ-pp*sinθ/c)/2)在θ＝90°處，Ar成為零而在θ＝-90°處，Ar成為(7) Armax＝2Asinωpp/c兩個(gè)全向量級(jí)轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)的這種處理導(dǎo)致圖3中所示一階心形曲線加權(quán)函數(shù)F1(θ)。通過分別選擇具有較高階聲電轉(zhuǎn)換特性即“波瓣”的轉(zhuǎn)換器和或通過使用多于兩個(gè)的轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)較高階m加權(quán)函數(shù)Fm(θ)。
在圖4中，這里表示由作為頻率f＝ω/2π的函數(shù)的一階心形曲線加權(quán)產(chǎn)生的振幅Armax-特性。另外，表示用于二階心形曲線加權(quán)函數(shù)F2(θ)的相應(yīng)函數(shù)。因此，這里把圖1的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器2a和2b的物理距離pp選擇為12毫米。
如可以在頻率fr處清楚看到的那樣，頻率fr是(8) fr＝c/(4pp)
最大放大以+6dB出現(xiàn)在一階心形曲線處，而以+12dB出現(xiàn)在二階心形曲線處。對(duì)于pp＝12毫米，fr是約7kHz。
由圖4，識(shí)別到相對(duì)于fr的低和高頻率的顯著衰減，即放大的顯著減小。
用于這種或類似類型波束形成的技術(shù)，從例如US 4 333 170-聲源檢測-、從歐洲專利申請(qǐng)0 381 498定向傳聲器-或從Norio Koike等的“通過一對(duì)壓力傳聲器區(qū)分聲源方向的可能性驗(yàn)證(Verificationof the Possibility Separation of Sound Source Dirction via a Pair ofPressure Microphones)”，日本國內(nèi)電子與通信(Electronics andCommunication)，部分3，卷77，No.5，1994，68頁至75頁得知。
與借助于至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器用于這種波束形成的先有技術(shù)無關(guān)，距離pp是一個(gè)重要項(xiàng)，如可以例如從公式(8)明白的那樣，并且直接確定生成的放大/角度相關(guān)性。
如果這樣一種技術(shù)用于窄帶信號(hào)檢測，或者如果對(duì)于幾何上在一個(gè)大的相互物理距離pp處提供該至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器沒有遇到嚴(yán)重的限制，那么公式(8)會(huì)沒有特別的不足。
盡管如此，并且特別是對(duì)于助聽器用途，對(duì)于助聽器用途由至少兩個(gè)傳感器應(yīng)該能夠檢測用于語音識(shí)別的高達(dá)約4kHz的聲頻帶，這兩個(gè)傳感器進(jìn)一步應(yīng)該以最短可能相互距離pp安裝，由于以上事實(shí)，fr與傳感器的物理距離pp成反比的事實(shí)是一個(gè)嚴(yán)重缺陷。這兩個(gè)要求是矛盾的實(shí)現(xiàn)的fr越低，要求的距離pp越大。
因而本發(fā)明的第一目的在于，補(bǔ)救相對(duì)于已知聲“波束形成”pp相關(guān)性碰到的缺陷。
通過提供一種用來電子選擇一個(gè)電子傳感器單元的電輸出信號(hào)與空間方向的相關(guān)性的方法，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，從該空間方向聲信號(hào)碰撞在至少一個(gè)第一和一個(gè)第二聲/電轉(zhuǎn)換器上，該轉(zhuǎn)換器連接到所述傳感器單元的輸入上，由此向其輸入第一和第二電信號(hào)，該方法包括步驟·依據(jù)第一和第二電信號(hào)的相互移相，所述移相乘以一個(gè)常數(shù)或頻率有關(guān)的因數(shù)，并且進(jìn)一步由一個(gè)取決于第一和第二電信號(hào)的至少一個(gè)的第四電信號(hào)，產(chǎn)生至少一個(gè)第三電信號(hào)；·依據(jù)第三信號(hào)，并且進(jìn)一步由一個(gè)取決于第一和第二電信號(hào)的至少一個(gè)的第五電信號(hào)，產(chǎn)生傳感器單元的輸出信號(hào)。
因此，變得有可能與兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的實(shí)際物理相互距離無關(guān)地選擇所述相關(guān)性，由此預(yù)選擇相關(guān)性，并且能調(diào)整和調(diào)節(jié)相關(guān)性，以生成一種相關(guān)性，好象至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器物理布置在與他們真正布置的位置完全不同的物理位置處。
在實(shí)現(xiàn)該發(fā)明性方法的第一最佳方式中，把第四電信號(hào)選擇成線性僅取決于第一和第二電信號(hào)之一，由此最好由這樣一種第一或第二電信號(hào)直接形成。
盡管如此，在當(dāng)今實(shí)現(xiàn)發(fā)明性方法的較好方式中，第四電信號(hào)取決于第一和第二電信號(hào)。在一種最佳形式中，第四電信號(hào)具有一種預(yù)定或可調(diào)節(jié)的“波瓣”特性，即來自空間碰撞方向的相關(guān)性。因此，在“波瓣”實(shí)施的最佳形式中，通過延遲第一和第二信號(hào)之一并且然后對(duì)延遲信號(hào)與所述第一和第二信號(hào)的另外一個(gè)未延遲信號(hào)求和，產(chǎn)生第四電信號(hào)。因此，第四電信號(hào)本身具有對(duì)碰撞角相關(guān)性的放大，并因而對(duì)于一個(gè)“波瓣”如所述的那樣，根據(jù)借助于圖1至4討論的相關(guān)性，定義為一個(gè)例子。
在實(shí)施發(fā)明性方法的另一種最佳形式中，如剛陳述的那樣要么本身要么與任一種方法結(jié)合產(chǎn)生第四信號(hào)，并且特別是與產(chǎn)生具有“波瓣”特性的第四信號(hào)相結(jié)合，提出了以直接或第一和第二電信號(hào)的至少一個(gè)的線性相關(guān)性，產(chǎn)生第五電信號(hào)，由此最好把所述第一和第二電信號(hào)的一個(gè)用作第五電信號(hào)。
因此，同樣本身或與產(chǎn)生第四電信號(hào)的任一種方法結(jié)合，特別是與產(chǎn)生具有“波瓣”相關(guān)性的第四電信號(hào)相結(jié)合，提出了產(chǎn)生也具有來自空間碰撞角的“波瓣”相關(guān)性的第五電信號(hào)，這通過延遲第一和第二信號(hào)之一并且對(duì)延遲信號(hào)與所述第一和第二信號(hào)的另一個(gè)求和，以第一形式實(shí)現(xiàn)。因此，變得很明白，產(chǎn)生以定義“波瓣”特性的第四電信號(hào)，可以直接用作然后具有相同的“波瓣”特性的第五電信號(hào)。
在該發(fā)明性方法的另一種清楚的、且與至今所述并貫穿進(jìn)一步描述的最佳實(shí)施形式任一種相結(jié)合的最佳實(shí)施形式中，提出了以其相應(yīng)譜表示產(chǎn)生第一和第二電信號(hào)，由此產(chǎn)生取決于第一和第二信號(hào)的相應(yīng)譜分量的相互移相且乘以一個(gè)頻率無關(guān)的常數(shù)或乘以頻率有關(guān)的因數(shù)的至少一個(gè)第三電信號(hào)。
在運(yùn)算的另外一種最佳模式中，至少在第一近似中，把頻率有關(guān)的倍增因數(shù)選擇成與頻率成反比。
特別著眼于助聽器用途，因此本方法最適用，但可以清楚地用于其他，一般認(rèn)為第一和第二轉(zhuǎn)換器的真實(shí)物理距離最多20毫米，由此把至少取決于移相倍增因數(shù)的虛擬距離選擇成大于兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的相互物理距離，換句話說，來自空間角的傳感器單元的輸出信號(hào)的相關(guān)性成為這樣，好象在物理上把轉(zhuǎn)換器提供在比他們的實(shí)際距離顯著大的相互距離處。不言而喻，這種技術(shù)在任何空間限制的用途中具有非常好的優(yōu)點(diǎn)，特別是在助聽器用途中。
為了達(dá)到上述目的和特別是為了實(shí)現(xiàn)一種助聽器，其中與至少兩個(gè)聲/電轉(zhuǎn)換器的物理位置無關(guān)地，根據(jù)需要可以修整和能夠調(diào)節(jié)希望的接收波瓣，這通過一種聲/電傳感器設(shè)備發(fā)明性地實(shí)現(xiàn)，該設(shè)備包括至少兩個(gè)彼此隔開一個(gè)預(yù)定距離的聲/電轉(zhuǎn)換器，由此至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器分別產(chǎn)生第一和第二電輸出信號(hào)，并且其中所述聲/電轉(zhuǎn)換器的輸出可操作地連接到一個(gè)電子傳感器單元上，該單元通過放大函數(shù)依據(jù)所述轉(zhuǎn)換器的所述第一和第二輸出信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，該函數(shù)取決于在其下所述轉(zhuǎn)換器接收聲信號(hào)的空間角，該設(shè)備包括-一個(gè)相位差檢測單元，其輸入可操作地連接到所述轉(zhuǎn)換器的輸出上，并且在其輸出處產(chǎn)生一個(gè)相位差有關(guān)的信號(hào)，-一個(gè)相位處理單元，其一個(gè)輸入可操作地連接到所述相位差檢測單元的輸出上，所述處理單元的至少一個(gè)第二輸入可操作地連接到一個(gè)因數(shù)值選擇源上，所述相位處理單元的一個(gè)第三輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出的至少一個(gè)上，所述相位處理單元根據(jù)在所述第三輸入處的信號(hào)借助于根據(jù)在所述一個(gè)輸入處和在所述至少一個(gè)第二輸入處的信號(hào)的移相，在其輸出處產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，-一個(gè)波束形成器處理單元，帶有至少兩個(gè)輸入，一個(gè)輸入可操作地連接到所述相位處理單元的輸出上，第二輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)輸出上。
在本發(fā)明的所有方面下，因而有可能實(shí)現(xiàn)(9)pv＞pp這特別適于小空間用途，如特別適于助聽器用途。
因此，這里引入傳感器的虛擬距離pv，即必須物理實(shí)現(xiàn)以得到所發(fā)明實(shí)現(xiàn)的角度相關(guān)性的轉(zhuǎn)換器的距離。
因此，根據(jù)公式(8)，fr可以移到較低頻率變得有可能借助于顯著比至今可能的小的傳聲器物理距離在用于語音識(shí)別的聲頻帶中(＜4kHz)良好地實(shí)現(xiàn)fr值。
用一個(gè)恒定因數(shù)乘以相位差根據(jù)圖4仍不會(huì)影響衰減。該衰減的顯著改進(jìn)，根據(jù)圖4導(dǎo)致增大的頻帶Br，條件是如所述的那樣，把頻率的預(yù)定函數(shù)選擇為一個(gè)至少在第一近似中與聲信號(hào)的頻率成反比的函數(shù)。
例如對(duì)于根據(jù)圖3和圖4的一階心形曲線，這里通過相應(yīng)選擇頻率有關(guān)的函數(shù)以乘以相位差，可以實(shí)現(xiàn)在0.5與4kHz之間的平坦頻率特性，并因而實(shí)現(xiàn)在較低和較高頻率處有清晰衰減的顯著放大頻帶Br。
隨著聯(lián)系附圖進(jìn)行描述，將明白本發(fā)明的其他目的，其中附圖表示圖1根據(jù)先有技術(shù)具有定向波束形成的一種雙傳感器聲接收器的功能方塊圖；圖2可以包括在圖1設(shè)備中的先有技術(shù)波束形成技術(shù)之一，以方塊圖形式表示；圖3三維心形曲線波束的兩維表示，即作為聲信號(hào)入射角的函數(shù)的放大特性；圖4根據(jù)圖3用于一階和二階的最大放大值的頻率相關(guān)性；圖5由根據(jù)圖2的技術(shù)生成的指針圖，仍為先有技術(shù)；圖6基于圖5的指針圖(先有技術(shù))，但根據(jù)本發(fā)明的方法，由一種發(fā)明設(shè)備實(shí)現(xiàn)；圖7一種發(fā)明設(shè)備的第一實(shí)施形式的簡化方塊圖，特別是具有一種發(fā)明的助聽器設(shè)備，其中實(shí)施該發(fā)明的方法；圖8發(fā)明的方法和設(shè)備的當(dāng)今最佳實(shí)施的簡化方塊圖；圖9根據(jù)發(fā)明的方法操作的發(fā)明設(shè)備的簡化方塊圖，為一般形式；圖10根據(jù)發(fā)明的方法操作的發(fā)明設(shè)備的一般信號(hào)流/功能方塊圖；圖11根據(jù)圖8由發(fā)明方法和發(fā)明設(shè)備產(chǎn)生的測量方向性特性曲線；圖12在根據(jù)圖11的表示中的第二方向性特性曲線，根據(jù)圖8由發(fā)明方法和發(fā)明設(shè)備產(chǎn)生。
如上述的那樣，在圖1至4中，已知波束形成技術(shù)基于彼此隔開的至少兩個(gè)聲/電傳感器和直接基于其相互的物理距離pp。
在圖5中，表示有根據(jù)(6)的指針圖。
現(xiàn)在借助于靜止簡化的一個(gè)ω頻率例子，將解釋本發(fā)明的基本思想。發(fā)明的實(shí)施指針圖表示在圖6中。根據(jù)圖6在信號(hào)A2與A1之間的相位差ω·dt是
確定該相位差，并且乘以一個(gè)取決于頻率的值，因而就函數(shù)M(ω)的相應(yīng)值而論，M(ω)也可以是一個(gè)常數(shù)Mo≠1。
通過根據(jù)圖6中的相應(yīng)指針移相兩個(gè)信號(hào)A1、A2之一，例如通過下式移相A2
Mω·Δ或通過Mo·Δ這生成移相指針A2v。如果dt大于根據(jù)Mω或Mo的一個(gè)量，則也出現(xiàn)該指針，因而如果“虛擬傳感器”放置為遠(yuǎn)離傳感器1a一個(gè)虛擬距離pv，對(duì)于(11) pv＝Mω·pp或(12) pv＝Mo·pp當(dāng)我們?yōu)榱撕唵纹鹨娍紤]一個(gè)單頻率時(shí)，我們可以寫成Mo＝Mω。
對(duì)于虛擬τv(13) τv＝Mω·τ和(3v)dtv=Mω·ppsinθc]]>根據(jù)本發(fā)明我們得到(1v)A1＝A1v＝Asinωt(2v)A2v＝Asinω(t+dtv)＝Asinω(t+Mωdt)(5v)A1v＝Asinω(t+Mωτ)(6v)Arv＝2Asin((Mω·ω(τ-dt)/2)借助于(8)我們進(jìn)一步得到frv=c4Mωpp=1Mω·fr]]>從此，我們可以明白，對(duì)于導(dǎo)致太高fr的給定pp，frv減小因數(shù)Mω，取Mω＞1。
在圖7中，以簡化方式示意表示發(fā)明設(shè)備的一種第一最佳實(shí)施形式，特別是用來把發(fā)明方法實(shí)施到發(fā)明的助聽器中。因此，聲/電傳感器2a和2b的輸出信號(hào)供給到相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器20a、20b，其輸出輸入到時(shí)域-頻域TFC轉(zhuǎn)換器單元，如輸入到快速傅里葉變換單元22a、22b。一個(gè)頻譜相位差檢測單元27對(duì)于然后乘以一組常數(shù)cn的所有n個(gè)譜頻率分量用頻譜方法檢測相位差Δn。如果M是ω、Mω的一個(gè)函數(shù)，那么cn對(duì)于不同頻率可能不同，并且表示一個(gè)頻率有關(guān)函數(shù)或因數(shù)。如果另一方面相位差Δn乘以相同的c0＝cn≠1，則這與使用常數(shù)Mo一致。
這種根據(jù)(3v)的倍增在一個(gè)頻譜倍增單元28處實(shí)現(xiàn)。以其頻譜表示的信號(hào)A1然后在一個(gè)頻譜移相器單元29處通過由乘法器單元28輸出的倍增頻譜相位差信號(hào)用頻譜方法移相。
根據(jù)圖7，以其頻譜表示的和用發(fā)明的頻譜方法移相A1(ω、Δ′n)的信號(hào)A1在一個(gè)頻譜計(jì)算單元23中與以其頻譜表示的A2一起計(jì)算，好象傳感器2a遠(yuǎn)離傳感器2b一個(gè)距離pv＝Mωpp。生成的頻譜由一個(gè)頻率時(shí)間域轉(zhuǎn)換器FTC轉(zhuǎn)換回，如由一個(gè)快速傅里葉逆變換單元24轉(zhuǎn)換回以生成Ar#。
因此，在單元23中可以使用除借助于圖1至4描述的技術(shù)，即使用時(shí)間延遲技術(shù)-在頻域中變換-之外的其他波束形成技術(shù)。盡管如此，時(shí)間延遲技術(shù)是最佳的。
著眼于圖4，已經(jīng)解釋了，通過發(fā)明性地引入具有一個(gè)虛擬放大相互距離的“虛擬”轉(zhuǎn)換器，變得有可能把高增益頻率fr向較低頻率移動(dòng)，這特別是對(duì)于助聽器用途非常便利。這已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，條件是如果如解釋的那樣，用相位差乘以一個(gè)常數(shù)Mo而不是頻率有關(guān)函數(shù)Mω。
在本發(fā)明的一種最佳模式中，至少在第一近似中把頻率有關(guān)函數(shù)Mω選擇成(14)Mω~1ω]]>因此，不同于圖4實(shí)現(xiàn)了沒有衰減，并且在整個(gè)希望頻率范圍中在目標(biāo)方向的增益將是常數(shù)。通過適當(dāng)選擇函數(shù)Mω，例如有可能在一個(gè)預(yù)定頻率范圍內(nèi)，例如在0.5與4kHz之間實(shí)現(xiàn)平坦特性，在較低和較高頻率下有限定的衰減。通過適當(dāng)選擇函數(shù)Mω，實(shí)際上能進(jìn)行任何種類的波束形成。
為了產(chǎn)生高階心形曲線加權(quán)函數(shù)，在計(jì)算至單元23的輸入信號(hào)時(shí)，也絕對(duì)有可能另外使用非移相輸出信號(hào)A1，如圖7中由虛線所示，因而“模擬”三個(gè)轉(zhuǎn)換器。
圖8表示在類似于圖7表示的功能塊/信號(hào)流表示中的發(fā)明設(shè)備的當(dāng)今最佳實(shí)施例。借助于圖7已經(jīng)解釋的塊和信號(hào)在圖8中由相同的標(biāo)號(hào)定義。
在倍增單元28外部處的相譜Δ′1…n在一個(gè)求和單元29′處相加成信號(hào)Akr，1…n(ω，θ)，也以頻譜表示，該信號(hào)與碰撞角θ具有預(yù)選擇的相關(guān)性，如特別是一階或高階心形曲線相關(guān)性。
為了實(shí)現(xiàn)該信號(hào)Akr，1…n(ω1…n，θ)并且按照相對(duì)于圖2至4的解釋，把以其頻譜表示的輸出信號(hào)A1(ω)和A2(ω)，引導(dǎo)到波束形成器單元32，波束形成器單元32可以集成在波束形成器單元23′中，并且例如根據(jù)圖2的波束形成器建成。因此，必須清楚地指出，這里可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生不同于一階心形曲線特性的其他種類波束形成器，而不是圖8中所示的波束形成器32。
頻譜Akr，1…n(ω1…n，θ)然后由相位加法單元29′移相Δ′1…n，生成該單元29′的一個(gè)輸出信號(hào)，該信號(hào)是圖8中所示的頻譜Akv，1…n(ω1… n，Δ′1…n，θ)。把信號(hào)Akr，1…n(ω1…n，θ)以及求和單元29′的輸出信號(hào)引導(dǎo)到波束形成器單元23′，在這里他們最好如在33處所示再次求和。
在波束形成器單元32的輸出處，借助于與碰撞角θ的真正心形曲線相關(guān)性產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，而在單元29′的輸出處，并因而在移相之后，根據(jù)虛擬定位的轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)相對(duì)于碰撞角θ的相關(guān)函數(shù)。當(dāng)求和時(shí)，就波束形成器單元23′內(nèi)單元33而論，這里根據(jù)二階心形曲線生成輸出信號(hào)Ar與碰撞角θ的相關(guān)性，條件是在單元32的輸出處的真正心形曲線相關(guān)性是一階心形曲線。
因而，在更一般的表示中，如圖9中所示，使在單元27的輸出處的相位差頻譜經(jīng)受一個(gè)移相器單元35的處理，其中它如按c1至cn改進(jìn)。
一般化移相器單元35可以直接接收兩個(gè)轉(zhuǎn)換器2a、2b之一的輸出信號(hào)之一和/或一個(gè)由來自要移相的所述轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)的波束形成產(chǎn)生的信號(hào)。在圖9中，這由從波束形成器37反饋到移相器35的信號(hào)路徑表示。該反饋，著眼于圖8，與波束形成器32與求和單元29′之間的信號(hào)路徑相一致。根據(jù)圖9，把圖8的波束形成器單元32集成在綜合波束形成器37中。
在圖9的其一般化形式中的波束形成器37，接收轉(zhuǎn)換器2a、2b的輸出信號(hào)的至少一個(gè)和一般化移相器35的輸出信號(hào)。
對(duì)于熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員·可以使用多于兩個(gè)的真正轉(zhuǎn)換器，和/或·可以把多于一個(gè)的Mω函數(shù)或者c0或c1…n組用來由一個(gè)或分別由多于一個(gè)的真正轉(zhuǎn)換器信號(hào)，產(chǎn)生多于一個(gè)的“虛擬傳感器”信號(hào)。
通過選擇物理和虛擬轉(zhuǎn)換器的數(shù)量、其特性及這些轉(zhuǎn)換器的虛擬“再定位”，可以選擇性地修整空間加權(quán)函數(shù)。
由于電子提供有物理提供轉(zhuǎn)換器的一個(gè)虛擬相互轉(zhuǎn)換器位置的事實(shí)，在其主要目的下的本發(fā)明使得對(duì)于僅由一個(gè)預(yù)定小距離隔開的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，有可能實(shí)際實(shí)現(xiàn)任何希望的波束形成。
因此，衰減可以由這種虛擬傳感器顯著減小，通過實(shí)現(xiàn)取決于頻率，特別是反比取決于頻率，的轉(zhuǎn)換器的虛擬距離，特別建立了該虛擬傳感器。通過選擇轉(zhuǎn)換器的頻率Mω有關(guān)虛擬距離，虛擬地建立一排頻率選擇性轉(zhuǎn)換器。對(duì)于助聽設(shè)備，把至少兩個(gè)傳感器，即傳聲器，之間的真正距離選擇為最多20毫米，最好更小。
圖10以最一般的形式表示根據(jù)本發(fā)明的和對(duì)上述本發(fā)明所有實(shí)施例通用的原理方法和設(shè)備結(jié)構(gòu)。
由從至少兩個(gè)聲/電轉(zhuǎn)換器2a、2b的輸出信號(hào)導(dǎo)出的第一和第二電信號(hào)S1、S2，輸入到傳感器單元3。在單元3內(nèi)，提供有一個(gè)與圖7、8或9的單元27相應(yīng)的相位差檢測單元。相位差檢測單元27帶有可選擇地連接到單元3的輸入上并因而連接到轉(zhuǎn)換器2a、2b的輸出上的相應(yīng)輸入。相位差檢測單元27的輸出可操作地連接到圖10中以虛線表示的一個(gè)相位處理單元40的一個(gè)輸入上。相位處理單元帶有一個(gè)連接到一個(gè)因數(shù)值選擇源42上的第二輸入，產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)或頻率有關(guān)的因數(shù)h。相位處理單元的一個(gè)第三輸入如示意所示，可操作地由在“AND(與)”或在“EX-OR(異)”相關(guān)性中的組合單元44，連接到至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器2a、2b的相應(yīng)輸出上。相位處理單元40按照施加到處理單元40的第三輸入上的一個(gè)信號(hào)S4、和按照從27和從42施加到至相位處理單元的第一和第二輸入上的信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)S3。
在可操作地連接到相位差檢測單元的輸出上的相位處理單元的第一輸入處的信號(hào)，由單元28乘以常數(shù)或頻率有關(guān)的因數(shù)，并且在一個(gè)信號(hào)組合單元46處，因而根據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)的相互移相、乘以一個(gè)常數(shù)或頻率有關(guān)因數(shù)及根據(jù)施加到處理單元40的第三輸入上的信號(hào)S4，產(chǎn)生處理單元的輸出信號(hào)即信號(hào)S3，該后一信號(hào)S4取決于轉(zhuǎn)換器2a、2b的輸出信號(hào)的至少一個(gè)。在單元46中，產(chǎn)生信號(hào)S3與兩者，即信號(hào)S4和在單元28的輸出處的倍增移相信號(hào)，的相關(guān)性F1。
與圖7的A1(ω)或圖8和9的Akr，1…n(ω1…n，θ)一致的信號(hào)S3，輸入到一個(gè)與圖7至9的單元23或23′或37一致的波束形成器處理單元48。波束形成器處理單元包括一個(gè)向其供給取決于轉(zhuǎn)換器2a、2b的輸出信號(hào)的至少一個(gè)的S5。以后的信號(hào)因而示意地表示成，由在“EX-OR”中或在“AND”組合中的塊50可操作地連接到波束形成器處理單元48上。
在圖11中，以dB表示“波瓣”或方向性特性，在根據(jù)圖8的一種發(fā)明設(shè)備處、在碰撞在兩個(gè)聲/電轉(zhuǎn)換器2a、2b聲信號(hào)的單頻率1kHz下測量該特性。在該設(shè)備中有效的是轉(zhuǎn)換器2a、2b全向傳聲器，KNOWLES EK 7263物理距離pp 12毫米τ 35微秒c在1kHz下和在4kHz下為2這里生成一個(gè)方向性指數(shù)，如在SPEECHCOMMUNICATION(語言通信)20(1996)，229至240，用于手自由(hand-free)遠(yuǎn)程通信的傳聲器陣列系統(tǒng)，Gary W.Elco中定義的那樣，為8.83。
在圖12中，在根據(jù)圖11用于測量的一種發(fā)明設(shè)備處、但在4kHz信號(hào)頻率聲碰撞信號(hào)下表示結(jié)果。方向性指數(shù)變成7.98。
這里由根據(jù)圖8的方法產(chǎn)生與二階心形曲線一致的方向性特性。這按常規(guī)必須借助于四個(gè)如2a、2b那樣的聲/電轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，這四個(gè)轉(zhuǎn)換器定義在四個(gè)轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)兩個(gè)之間的24毫米間隔。因而，可以明白，借助于發(fā)明的方法、和僅帶有12毫米相互間隔的兩個(gè)聲/電轉(zhuǎn)換器的設(shè)備所達(dá)到的結(jié)果，就象已經(jīng)使用了具有24毫米間隔的四個(gè)聲/電轉(zhuǎn)換器一樣。
權(quán)利要求
1.一種用來電子選擇一個(gè)電子傳感器單元的電輸出信號(hào)與空間方向的相關(guān)性的方法，從該空間方向聲信號(hào)碰撞在至少一個(gè)第一和一個(gè)第二聲/電轉(zhuǎn)換器上，該轉(zhuǎn)換器可操作地連接到所述傳感器單元的輸入上，并由此向其輸入第一和第二電信號(hào)，該方法包括步驟·依據(jù)乘以一個(gè)常數(shù)或一個(gè)頻率有關(guān)的因數(shù)的第一和第二電信號(hào)的相互移相、和進(jìn)一步依據(jù)一個(gè)取決于所述第一和第二電信號(hào)的至少一個(gè)的第四電信號(hào)，產(chǎn)生至少一個(gè)第三電信號(hào)；·依據(jù)第三信號(hào)、和進(jìn)一步由一個(gè)取決于第一和第二電信號(hào)的至少一個(gè)的第五電信號(hào)，產(chǎn)生所述傳感器單元的所述輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，由此產(chǎn)生所述第四電信號(hào)，作為取決于所述第一或第二電信號(hào)的一個(gè)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，由此產(chǎn)生所述第四電信號(hào)，作為取決于所述第一或第二電信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，由此產(chǎn)生所述第四電信號(hào)，作為與所述空間方向有預(yù)定或可調(diào)節(jié)相關(guān)性的一個(gè)信號(hào)，作為具有心形曲線相關(guān)性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，由此通過延遲所述第一和第二電信號(hào)之一、和求和延遲信號(hào)與所述第一和第二信號(hào)的另一個(gè)，產(chǎn)生所述第四電信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，由此產(chǎn)生所述第五電信號(hào)，作為取決于所述第一和第二電信號(hào)之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，由此產(chǎn)生所述第五電信號(hào)，作為取決于所述第一和所述第二電信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5或7之一所述的方法，由此產(chǎn)生所述第五電信號(hào)，作為與所述空間方向有預(yù)定或可調(diào)節(jié)相關(guān)性的一個(gè)信號(hào)，作為具有心形曲線相關(guān)性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5或7或8之一所述的方法，由此通過延遲所述第一和所述第二電信號(hào)之一、和求和延遲信號(hào)與所述第一和第二信號(hào)的另一個(gè)，產(chǎn)生所述第五電信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法，由此通過產(chǎn)生所述第五電信號(hào)，產(chǎn)生所述第四電信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的方法，由此產(chǎn)生以其頻譜表示的所述第一和第二電信號(hào)，并且產(chǎn)生依據(jù)所述第一和第二信號(hào)的相應(yīng)頻譜分量的相互移相、乘以所述因數(shù)，和依據(jù)所述第四電信號(hào)，產(chǎn)生所述至少一個(gè)第三電信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的方法，由此把所述因數(shù)選擇成與頻率成反比。
13.一種聲/電傳感器設(shè)備，包括至少兩個(gè)彼此隔開一個(gè)預(yù)定物理距離的聲/電轉(zhuǎn)換器，由此至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器分別產(chǎn)生第一和第二電輸出信號(hào)，并且其中所述聲/電轉(zhuǎn)換器的輸出可操作地連接到一個(gè)電子傳感器單元上，該單元通過放大函數(shù)依據(jù)所述轉(zhuǎn)換器的所述第一和第二輸出信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，該函數(shù)取決于所述轉(zhuǎn)換器在其下接收聲信號(hào)的空間角，該設(shè)備包括-一個(gè)相位差檢測單元，其輸入可操作地連接到所述轉(zhuǎn)換器的輸出上，并且在其輸出處產(chǎn)生一個(gè)與相位差有關(guān)的信號(hào)，-一個(gè)相位處理單元，其一個(gè)輸入可操作地連接到所述相位差檢測單元的輸出上，所述處理單元的至少一個(gè)第二輸入可操作地連接到一個(gè)因數(shù)值選擇源上，所述相位處理單元的一個(gè)第三輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出的至少一個(gè)上，所述相位處理單元根據(jù)在所述第三輸入處的信號(hào)借助于根據(jù)在所述一個(gè)輸入處和在所述至少一個(gè)第二輸入處的信號(hào)的移相，在其輸出處產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，-一個(gè)波束形成器處理單元，帶有至少兩個(gè)輸入，一個(gè)輸入可操作地連接到所述相位處理單元的輸出上，第二輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的至少一個(gè)輸出上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述因數(shù)值選擇源產(chǎn)生一個(gè)常數(shù)或頻率有關(guān)的信號(hào)值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的設(shè)備，其中所述相位處理單元的所述第三輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)輸出上。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15之一所述的設(shè)備，其中所述相位處理單元的所述第三輸入連接到一個(gè)波束形成器單元的輸出上，其輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，所述波束形成器單元包括一個(gè)另外求和單元，其一個(gè)輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之一的一個(gè)輸出上，其另一個(gè)輸入可操作地經(jīng)時(shí)間延遲單元連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)的輸出上。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17之一所述的設(shè)備，其中所述波束形成器處理單元的所述第二輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之一上。
19.根據(jù)權(quán)利要求13至18之一所述的設(shè)備，其中所述波束形成器處理單元的所述第二輸入可操作地連接到一個(gè)求和單元的輸出上，其一個(gè)輸入經(jīng)一個(gè)時(shí)間延遲單元連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器之一的輸出上，所述求和單元一個(gè)第二輸入可操作地連接到所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的所述第二個(gè)的輸出上。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19之一所述的設(shè)備，其中所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出可操作地連接到另一個(gè)求和單元的輸入上，其一經(jīng)一個(gè)時(shí)間延遲單元連接，所述另一個(gè)求和單元的輸出可操作地連接到所述相位處理單元的所述第三輸入上，并且連接到所述波束形成器處理單元的所述第二輸入上。
21.根據(jù)權(quán)利要求13至20之一所述的設(shè)備，其中所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出經(jīng)相應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和時(shí)域頻域變換單元產(chǎn)生，所述相位差檢測單元、所述相位處理單元及所述波束形成器處理單元在頻域中操作，所述傳感器單元的輸出經(jīng)一個(gè)頻域時(shí)域變換單元產(chǎn)生。
22.根據(jù)權(quán)利要求13至21之一所述的設(shè)備，是一個(gè)助聽設(shè)備，所述至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器具有最大20毫米的相互物理距離。
全文摘要
提出了一種聲波束形成器,帶有至少兩個(gè)預(yù)定物理距離的聲/電轉(zhuǎn)換器(文檔編號(hào)H04R3/00GK1267444SQ98808183
公開日2000年9月20日 申請(qǐng)日期1998年7月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月16日
發(fā)明者約瑟夫·邁薩諾 申請(qǐng)人:福納克有限公司