具有用作第二麥克風的揚聲器的裝置的制造方法
【專利摘要】一種裝置包括：至少一個第一麥克風，其具有第一聲學靈敏度，用于提供第一麥克風信號；以及第二麥克風，其具有較低的第二聲學靈敏度，用于提供第二麥克風信號，該裝置還包括：信號處理器，其被構建成處理將要記錄和/或發送的第一麥克風信號；以及過載檢測器，其用于檢測第一麥克風信號的過載，并且其中，在檢測到過載的情況下，信號處理器被構建成在檢測第一麥克風信號的過載的時間段期間處理第二麥克風信號以代替將要記錄和/或發送的第一麥克風信號，該裝置還包括：至少一個第一揚聲器，其被構建成在第一揚聲器的揚聲器模式下接收第一揚聲器信號并將其轉換為聲音，同時該裝置被構建成在第一揚聲器的麥克風模式下將第一揚聲器用作第二麥克風。
【專利說明】
具有用作第二麥克風的揚聲器的裝置
技術領域
[0001 ]本發明一般地涉及一種裝置，該裝置包括:至少一個第一麥克風，其具有第一聲學靈敏度用于提供第一麥克風信號；以及第二麥克風，其具有較低的第二聲學靈敏度用于提供第二麥克風信號。
【背景技術】
[0002]文件WO 2010/039437 Al在移動電話的實施方式中公開了這種裝置。該移動電話包括提供四種不同的麥克風信號的四個麥克風。為了改善對著該移動電話說話的使用者的語音信號的質量，該移動電話包括動態選擇麥克風信號以進一步處理提供具有最佳質量的語音主導信號的麥克風選擇算法。其它未被選擇的麥克風的麥克風信號用于捕獲和識別背景噪聲。信號處理器使用關于實際背景噪聲的信息來提高信噪比，以改善利用所選擇的麥克風捕獲的語音信號的質量。
[0003]該移動電話還包括用于給出關于移動電話的位置和運動的指示的加速計。該信號處理器使用加速計的該信息來改善關于使用四個麥克風的麥克風信號中的哪一個的決定。移動電話還包括用于將揚聲器信號轉換為聲音的擴音器、聽筒揚聲器和耳機。
[0004]像在WO 2010/039437 Al中描述的利用移動電話的測試已經揭示了，在一些特定使用情況下(如在有風的環境中或當使用者以一種麥克風過載的特殊方式說出有爆破音的話語時)，由信號處理器提供的語音信號的質量仍然較差。此外，用于連續檢測四個麥克風信號中的哪一個麥克風信號包括最佳語音主導信號的算法是復雜的并且需要大量的處理能力，同時其僅僅提供較差的結果。

【發明內容】

[0005]本發明的一個目的是提供一種如例如移動電話的裝置，該裝置在如有風的環境中或當使用者說出有爆破音的話語的使用情況下，提供一種具有較好質量的、將要記錄和/或轉換的改進的麥克風信號，而無需將額外的麥克風添加至該裝置。該目的可以通過一種裝置實現，該裝置還包括:信號處理器，其被構建成處理將要記錄和/或發送的第一麥克風信號；以及過載檢測器，其用于檢測第一麥克風信號的過載，并且其中，信號處理器被構建成在檢測到過載的情況下在檢測第一麥克風信號的過載的時間段期間處理第二麥克風信號以代替將要記錄和/或發送的第一麥克風信號，該裝置還包括:至少一個第一揚聲器，其被構建成在第一揚聲器的揚聲器模式下接收揚聲器信號并將其轉換為聲音，同時該裝置被構建成在第一揚聲器的麥克風模式下將第一揚聲器用作第二麥克風。
[0006]如移動電話或聽寫機的裝置的揚聲器可以用作具有低聲學靈敏度的麥克風。在需要用聽寫機捕獲和記錄聲音的如聽寫機的裝置的模式中，但是揚聲器不在其揚聲器模式下使用，該揚聲器可以用作提供額外麥克風信號的麥克風。目前，由于移動電話包括一個以上的揚聲器，而根據由使用者選擇的揚聲器模式，絕大部分時間僅有一個揚聲器是激活的，在移動電話中可用的其它一個或兩個揚聲器可以在它們的麥克風模式下使用以提供在第一麥克風信號過載的情況下要切換到的額外的第二麥克風信號。
[0007]參照下文描述的實施方式，本發明的這些和其它方面將變得明顯并得到闡述。本領域技術人員應該理解，可以組合各個實施方式。
【附圖說明】
[0008]圖1示出了根據本發明的第一實施方式的包括麥克風和用作低靈敏度麥克風的兩個揚聲器的移動電話的部分。
[0009]圖2示出了根據本發明的第二實施方式的包括用作低靈敏度麥克風的揚聲器的移動電話的部分。
[0010]圖3示出了根據本發明的第三實施方式的包括用作低靈敏度麥克風的揚聲器的移動電話的部分。
[0011 ]圖4示出了在其麥克風模式下使用的揚聲器的聲學靈敏度的仿真結果。
[0012]圖5示出了針對不同聲道的揚聲器的聲學靈敏度的仿真結果。
[0013]圖6示出了針對固定聲道但不同分流電阻器的揚聲器的聲學靈敏度的仿真結果。
【具體實施方式】
[0014]圖1不出了包括用于提供第一麥克風信號MSl的第一麥克風2和用于放大第一麥克風信號MSl的麥克風輸入放大器3的移動電話I的部分。移動電話I還包括信號處理器4，該信號處理器4被構建成處理第一麥克風信號MSl以改善信噪比并且以用于進一步處理第一麥克風信號MSl的格式提供第一麥克風信號MSl作為輸出信號OS。輸出信號OS可以被記錄在移動電話I中或外部的存儲介質上，或可以通過電話網絡由移動電話I發送至另一移動電話。
[0015]移動電話I還包括第一揚聲器5，其被保持在靠近使用者的耳朵以傾聽作為輸入信號IS從移動電話I的存儲介質或通過電話網絡從另一移動電話接收的第一揚聲器信號SSl的聲音。信號處理器4對輸入信號IS進行處理并且經由揚聲器輸出放大器6將第一揚聲器信號SSl提供至第一揚聲器5。
[0016]移動電話I還包括用于檢測第一麥克風信號MSl的過載的過載檢測器7。如果第一麥克風信號MSl的信號電平超過過載信號電平(例如，該過載信號電平可以是120dB SPL(與20yPa的聽覺閾值相關的聲壓級)，則檢測到過載。在這樣的情況下，第一麥克風2重載(override)并且由第一麥克風2捕獲的第一麥克風信號MSl將不提供有用的麥克風信號。
[0017]如果過載檢測器7檢測到第一麥克風信號MSl的過載，則信號處理器4被構建成在檢測第一麥克風信號MSl的過載時間段期間處理第二麥克風信號以代替將要記錄和/或發送的第一麥克風信號MSI。為了避免移動電話I針對單獨的第二麥克風的額外成本，移動電話I被構建成在第一揚聲器5的麥克風模式下將第一揚聲器5用作第二麥克風。這在第一揚聲器5不在其揚聲器模式下用作揚聲器以為使用者提供聲音的使用情況下是可能的。在麥克風模式下，第一揚聲器5提供第一揚聲器麥克風信號SMSl以由信號處理器4進一步處理。
[0018]移動電話I包括在免提揚聲器電話模式下使用以向移動電話I的一個或多個使用者提供聲音的第二揚聲器8。如果由使用者選擇免提揚聲器電話模式，則第二揚聲器8將在其揚聲器模式下使用，并且提供在從移動電話I的存儲介質或通過電話網絡的從另一移動電話的輸入信號IS中接收的第二揚聲器信號SS2的聲音。如果使用者不選擇免提揚聲器模式，那么第二揚聲器8將不在其揚聲器模式下使用，并且因此可以在其麥克風模式下作為第二麥克風使用以提供第二揚聲器麥克風信號SMS2。移動電話I包括控制電路9，切換該控制電路9以在揚聲器模式下使用第一揚聲器5或第二揚聲器8，而第一揚聲器5或第二揚聲器8中的另一方在揚聲器的麥克風模式下用做第二麥克風。
[0019]移動電話I還包括揚聲器開關10，該揚聲器開關10用于在第一揚聲器5和第二揚聲器8的揚聲器模式下將它們的揚聲器接觸件與揚聲器輸出放大器6連接，并且在它們的麥克風模式下與麥克風輸入放大器11連接。麥克風輸入放大器11被構建成放大由第一揚聲器5或第二揚聲器8在它們的麥克風模式下提供的揚聲器麥克風信號SMSl和SMS2。信號處理器4被構建成在過載檢測器7檢測到第一麥克風信號MSl的過載的時間段期間以記錄和或發送的方式處理第一揚聲器麥克風信號SMSI和第二揚聲器麥克風信號SMS2以用第二麥克風信號代替第一麥克風信號MSl。
[0020]這提供的優勢在于，在第一麥克風信號MSl僅提供劣質聲學信息的僅持續幾毫秒或甚至幾分鐘的時間段內，第一麥克風信號MSl由輸出信號OS中的第二麥克風信號MS2代替。因為第二麥克風5或8包括比第一麥克風2低的聲學靈敏度，所以第二麥克風5或8將不會重載，并且改善了輸出信號OS中的聲學信息的質量。
[0021]測試已經示出了，在將被捕獲的語音或聲音被風噪聲覆蓋的有風的環境的情況下以及在移動電話I的使用者在麥克風過載的特殊方式下說出爆破音的話語的情況下，第一麥克風被過載短或較長的時間段。信號處理器4被構建成在第一麥克風I與在其麥克風模式下的第一揚聲器5或第二揚聲器8之間動態地切換，以選擇哪一個麥克風信號被用于進一步處理。這使在輸出信號OS中的聲音信息的持續的高質量成為可能。
[0022]在另一實施方式中，過載檢測器7被構建成檢測在特定頻率范圍內的第一麥克風信號MSl的信號電平是否超過頻率范圍專有過載信號電平。例如，風噪聲的影響不僅是在例如IHz至10Hz的很低的頻率的區域內響亮，而且可以使麥克風隔膜偏轉至不同的操作點，導致麥克風語音記錄性能下降方式。影響低頻率的這些操作點最常被高通濾波器過濾出來以便防止麥克風信號的過載，然而在其它頻率范圍(例如，語音)中發現的信號分量的退化(degradat1n)仍然存在。因此，在第一麥克風信號MSl處測量的針對很低的頻率的過載條件需要顯著較低的信號電平或振幅。過載條件不限制于固定的信號電平或一系列頻率依賴信號電平，但是可以借助于信號處理單元4擴展至第一麥克風信號的時頻分析。
[0023]在另一實施方式中，如果，例如，靠近裝置或移動電話的機器在例如1kHz至IlkHz的頻率范圍內制造噪聲，則該頻率范圍可以用于檢測第一麥克風2的過載。對于該特定的情況，可以以將抑制在1kHz和IlkHz之間的頻率范圍的第一麥克風信號MSl與帶通第二麥克風信號SMS2混合的方式對信號處理單元4進行編程。
[0024]對于揚聲器輸出放大器，出于成本、性能和效率的原因，使用D類放大器已經被證明是有益處的。
[0025]經由連接件12將控制電路9連接至移動電話I的主控制器以切換以在揚聲器模式下使用第一揚聲器5或第二揚聲器8，而第一揚聲器5或第二揚聲器8中的另一方在揚聲器的麥克風模式下用作第二麥克風。該主控制器控制由使用者選擇的移動電話I的模式并且將是否選擇免提揚聲器模式的信息提供至控制電路9。在參照圖2更詳細地解釋的另一有利的實施方式中，在控制電路9和主控制器之間沒有這樣的連接件12，但是控制電路9檢測信號處理器4是否提供了用于第一揚聲器5的第一揚聲器信號SSl或用于第二揚聲器8的第二揚聲器信號SS2。接收揚聲器信號的該揚聲器處于其揚聲器模式下，并且因此兩個揚聲器中的另一個揚聲器處于其麥克風模式下并且用作第二麥克風。該自動檢測降低了移動電話的硬件成本和復雜性。
[0026]信號處理器4處理一種算法使得能夠用第一揚聲器麥克風信號SMSl或第二揚聲器麥克風信號SMS2作為具有最小失真的第二麥克風信號來代替第一麥克風信號MSI。這包括切換算法，其首先使麥克風信號SMSl或SMS2的信號電平適應于第一麥克風信號SMSl并且其次最小化這些信號之間的相位差。憑借切換噪聲的非可聽性，在零交叉時的切換得到最佳結果。在更優選的實施方式中，信號處理器4被構建成當在第一麥克風信號和第二麥克風信號之間切換時進行交叉漸變(cross fade)。此外，這減小了在切換時的任何失真。
[0027]圖2公開了根據本發明的進一步的實施方式的第一揚聲器5和將其與信號處理器4連接的元件。在該實施方式中，揚聲器開關10由分流電阻器13和調節分流電阻器13的歐姆電阻的控制電路14代替。控制電路14檢測是否存在來自信號處理器4的第一揚聲器信號SSl，并且將分流電阻器13的電阻減小至約零歐姆以確保第一揚聲器5在其揚聲器模式下的完整的聲級。如果控制電路14檢測到不存在來自信號處理器4的第一揚聲器信號SSl，那么控制電路14在揚聲器阻抗的范圍內增加分流電阻器13的電阻以確保第一揚聲器麥克風信號SMSl沒有被揚聲器輸出放大器6短路，并確保其進入麥克風輸入放大器11。
[0028]圖3公開了根據本發明的進一步實施方式的第一揚聲器5和將其與信號處理器4連接的元件。在該實施方式中，揚聲器開關10由分流電阻器13和調節分流電阻器13的歐姆電阻的控制電路14修改。控制電路14檢測是否存在來自信號處理器4的第一揚聲器信號SSl并且切換至處于其揚聲器模式的第一揚聲器5。如果控制電路14檢測到不存在來自信號處理器4的第一揚聲器信號SS1，那么控制電路14切換至麥克風輸入放大器11且調節分流電阻器13的電阻以調節如從圖4可見的頻率響應。
[0029]由于麥克風是基于靜電麥克風原理的而揚聲器是基于電動揚聲器原理的，所以在其麥克風模式下使用的揚聲器的麥克風信號需要一些額外的信號處理。通過聲學靈敏度和頻率響應優化動態麥克風。圖4至圖6公開了基于聲音很大的聲壓級(120dB)的仿真來在特定使用情況下支持實際麥克風。
[0030]圖4示出了麥克風聲學靈敏度[V]對比于頻率[Hz]的仿真，其中，安裝在封閉盒中的第二揚聲器8在其麥克風模式下使用。在正常電話操作(非免提模式)中，聲音傳播至未在其揚聲器模式下使用的第二揚聲器8的膜。使用具有Iccm后部體積的封閉盒中的矩形揚聲器(13x18x4.5mm)。當揚聲器暴露于120dB的聲壓級時，不同的曲線表示放大器的輸入阻抗(10、10 0、100 0和1，000 0)。請注意品質因數和輸入阻抗的依賴性。
[0031]圖5示出了其中第一揚聲器5在免提模式下用作第二麥克風的仿真。由于應該靠近使用者的耳朵保持第一揚聲器5，所以第一揚聲器5經常不被設置在揚聲器盒中。這樣的設置方式需要不同地建模，這是由于聲音從前側和后側接近第一揚聲器。至第一揚聲器5的開放的背側的路徑導致不同的頻率響應。建模的是具有5mm(曲線15)的端口距離(前-后)、2cm(曲線16)和5cm(曲線17)直到1cm(曲線18)的兩個路徑。所有的仿真都是利用IkQ的輸入阻抗來進行。
[0032]圖6示出了利用圖5的設置方式對麥克風聲學靈敏度[V]對比于頻率[Hz]的仿真，但是其中路徑被恒定保持在Icm的長度。當放大器的輸入阻抗被設定為I Ω (曲線19)、32Ω(曲線20)、320Ω (曲線21)、1000Ω (曲線22)時，第一揚聲器5在其麥克風模式下的聲學靈敏度顯著下降。
[0033]基于這些仿真結果，麥克風輸入放大器11的高阻抗改善了第二麥克風信號的質量。因此，有利的是增加分流電阻器13的歐姆電阻超過常規的揚聲器阻抗的值(例如，500Ω、lkQ或甚至更大)。
[0034]在另一實施方式中，該裝置是聽寫機以利用該聽寫機捕獲并記錄聲音。在記錄模式期間，揚聲器不在其揚聲器模式下使用，并且因此，揚聲器可以被用作提供額外的麥克風信號的第二麥克風。本領域的技術人員應該理解的是，存在可以以相同的方式利用本發明的許多其它裝置。
[0035]在另一實施方式中，該裝置包括在其外殼的不同部分上的三個或更多個揚聲器。該裝置將選擇在其麥克風模式下使用的揚聲器以提供最接近于將要記錄或發送的聲音的第二麥克風信號。
【主權項】
1.一種裝置，所述裝置包括: 第一麥克風，其用于提供第一麥克風信號，所述第一麥克風具有第一聲學靈敏度； 第二麥克風，其用于提供第二麥克風信號，所述第二麥克風具有低于所述第一麥克風的所述第一聲學靈敏度的第二聲學靈敏度； 信號處理器，其被配置為處理將要記錄和/或發送的所述第一麥克風信號；以及 過載檢測器，其被配置為檢測所述第一麥克風信號的過載，其中，所述信號處理器被配置為處理所述第二麥克風信號，并且當所述第一麥克風信號的過載被檢測到時，被配置為在所述第一麥克風信號的所述過載被檢測到的時間段期間用所述第二麥克風信號代替將要記錄和/或發送的所述第一麥克風信號。2.根據權利要求1所述的裝置，所述裝置還包括第一揚聲器，所述第一揚聲器當處于揚聲器模式時被配置為接收第一揚聲器信號并且將所述第一揚聲器信號轉換為聲音，并且當處于麥克風模式時被配置為作為所述第二麥克風來操作。3.根據權利要求1所述的裝置，所述裝置包括:至少一個第二揚聲器以及控制電路，所述控制電路切換以在所述揚聲器模式下使用所述第一揚聲器或所述第二揚聲器，而所述第一揚聲器和所述第二揚聲器中的另一方在所述揚聲器的所述麥克風模式下被用作第二麥克風。4.根據權利要求2所述的裝置，其中，在信號電平超過過載信號電平的情況下或者如果在特定頻率范圍內所述第一麥克風信號的所述信號電平超過頻率范圍專有過載信號電平，則所述過載檢測器檢測出所述第一麥克風信號的所述過載。5.根據權利要求2所述的裝置，所述裝置包括:揚聲器輸出放大器，優選地D類放大器，所述揚聲器輸出放大器用于放大在所述第一揚聲器或所述第二揚聲器的揚聲器模式下提供至所述第一揚聲器或所述第二揚聲器的所述揚聲器信號，并且所述裝置包括:麥克風輸入放大器，所述麥克風輸入放大器用于放大由所述第一揚聲器或所述第二揚聲器在它們的麥克風模式下提供的揚聲器麥克風信號，并且所述裝置包括: 揚聲器開關，所述揚聲器開關用于在所述第一揚聲器和所述第二揚聲器的揚聲器模式下將所述第一揚聲器和所述第二揚聲器的揚聲器接觸件與所述揚聲器輸出放大器連接，并且在它們的麥克風模式下與所述麥克風輸入放大器連接。6.根據權利要求2所述的裝置，所述裝置包括:揚聲器輸出放大器，優選地D類放大器，所述揚聲器輸出放大器用于放大在所述第一揚聲器或所述第二揚聲器的揚聲器模式下提供至所述第一揚聲器或所述第二揚聲器的所述揚聲器信號，并且所述裝置包括: 麥克風輸入放大器，該麥克風輸入放大器用于放大由所述第一揚聲器或所述第二揚聲器在它們的麥克風模式下提供的所述揚聲器麥克風信號，并且所述裝置包括: 分流電阻器，該分流電阻器被布置在所述揚聲器輸出放大器的輸出端與所述第一揚聲器或所述第二揚聲器的所述揚聲器接觸件之間，其中，所述控制電路被布置成在所述揚聲器模式下將所述分流電阻器的阻抗值切換至約零，并且在所述第一揚聲器或第二揚聲器的所述麥克風模式下切換至多達約1k歐姆的所述揚聲器的揚聲器阻抗。7.根據權利要求1所述的裝置，所述裝置包括: 揚聲器輸出放大器，優選地D類放大器，所述揚聲器輸出放大器用于放大在所述第一揚聲器或所述第二揚聲器的揚聲器模式下提供至所述第一揚聲器或所述第二揚聲器的所述揚聲器信號，并且所述裝置包括: 麥克風輸入放大器，其用于放大由所述第一揚聲器或所述第二揚聲器在它們的麥克風模式下提供的所述揚聲器麥克風信號，并且所述裝置包括: 分流電阻器，其被布置在地和所述麥克風輸入放大器的輸入端之間，其中，所述控制電路被布置為調節所述分流電阻器的阻抗值，以修改從所述第一揚聲器或所述第二揚聲器獲得的所述麥克風信號的所述頻率響應。8.根據前述權利要求中的任一項所述的裝置，所述信號處理器被構建成當在所述第一麥克風信號和所述第二麥克風信號之間切換時，處理來自所述第一揚聲器的所述第二麥克風信號以在最小失真的情況下代替所述第一麥克風信號。9.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述信號處理器被構建成當在所述第一麥克風信號和所述第二麥克風信號之間切換時進行交叉漸變。10.根據權利要求2所述的裝置，其中，所述第一揚聲器是被構建成靠近人耳使用的揚聲器，并且其中，所述第二揚聲器是用于所述裝置的免提方式的揚聲器。11.根據權利要求2所述的裝置，所述裝置被實現為移動電話并且包括在上行鏈路信道和下行鏈路信道中傳遞語音和數據信號的通信裝置。
【文檔編號】H04R3/00GK105874818SQ201480062944
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年11月19日
【發明人】F·瑞寧, C·E·弗斯特
【申請人】樓氏電子（北京）有限公司