一种麦克风单元(1)包括：仅一个PCB(2)；多个声电式换能器(3)，其安装在PCB(2)背侧，具有数字输出；通孔(20)，其对应于每个换能器(3)设置在PCB(2)上；A2B音频接口(4)，其安装在PCB的背侧(2a)并电连接到换能器(3)；和输入/输出电连接器(5、105)，其安装在PCB的背侧(2a)并电连接到所述A2B音频接口(4)；该多个换能器(3)包括中心换能器(30)和至少三个周边换能器(31)，该周边换能器(31)被布置成距中心换能器(30)相同的径向距离(r)并且等角度间隔开。一种麦克风元阵列(100)包括通过一个或多个A2b网络来连接的多个麦克风单元(1)。来连接的多个麦克风单元(1)。来连接的多个麦克风单元(1)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】麦克风单元、麦克风元阵列和带有麦克风元阵列的网络
[0001]本专利技术涉及声学工程领域，尤其涉及一种具有至少四个麦克风音头(capsules)的麦克风单元，涉及一种通过连接所述麦克风单元来获得的麦克风阵列(以下称为“元阵列”)，并涉及一种包括一个或更多麦克风单元和/或元阵列的网络。
技术介绍
[0002]通过串联连接多个声电换能器来获得的麦克风阵列是已知的。所述麦克风阵列可以具有不同的几何形状，例如三维形状(球形、圆柱形、四面体或其它形状)或平面形状，并且可以具有不同的物理结构(刚性或柔性)。
[0003]US2019/0379969A1描述了平面麦克风阵列，其中换能器布置成圆形、径向、或随机分布，而不解决麦克风阵列的波束形成的问题。阵列的换能器由通过I2S总线来连接的MEMS(微机电系统)类型的数字换能器组成。这种MEMS数字换能器体积小且价格低廉，但它们会受到连接问题的影响。事实上，在数字数据的传输过程中，信号上经常会遇到电磁噪声的严重问题，这主要是由于使用了I2S总线，因为I2S总线存在以下问题：
[0004]‑
I2S接口设计用于非常小的距离，最多只有几厘米；
[0005]‑
MEMS传感器的电源必须通过与I2S总线分开的电线来提供；
[0006]‑
在一定数量的MEMS换能器上共享相同I2S接口的能力是有限的(最多两个)，因此在大型麦克风阵列的情况下会导致不必要的复杂布线。
[0007]CN2010958793U描述了一种包括PCB的麦克风单元，在该PCB上安装了由具有A2B数字输出的MEMS音头组成的换能器。此外，换能器随机布置在PCB上；因此，这样的麦克风单元不适于来自换能器的信号的最佳波束形成。只有一个电连接器安装在PCB上，从而通过电缆将麦克风单元连接到外部设备。因此，只有一个电连接器，这样的麦克风单元不能连接到另一个麦克风单元从而在菊花链(daisy
‑
chain)配置中创建麦克风单元的元阵列。
[0008]CN2010518820U描述了一种包括麦克风阵列的麦克风单元，该麦克风阵列具有圆形地、直列地、或矩形地布置的换能器，其通过A2B总线或INICNET来操作。然而，这种麦克风单元不包括位于中心的麦克风，或者麦克风单元的PCB上的输入和输出连接器。因此，这样的麦克风单元不能实现最佳的波束形成并且不能用于在菊花链配置中创建麦克风单元的元阵列。
[0009]JPS6172500A描述了一种圆形分布的模拟麦克风，带有中心麦克风，用于“圆形会议桌”应用。这种解决方案不是换能器阵列，因为换能器的各个信号是单独检测和处理的，而不是全部一起实现波束形成。实际上，这样的麦克风分布提供了单一的音频输出信号，该音频输出信号是通过麦克风信号的模拟组合来获得的。因此，这样的解决方案不能执行任何波束形成。该文档没有描述包括PCB上的换能器阵列的麦克风单元，而是描述了分布在房间内的多麦克风系统。
[0010]GB2545359A描述了一种用于捕获和输出音频的设备，它是一个独立的系统，由模拟麦克风的圆形阵列组成，具体数量在2到8个之间，外加一个扬声器。因此，它不是包括其
上安装换能器的PCB的麦克风单元。此类文件未提及接口或A2B总线，或PCB上允许菊花链连接的电连接器。该文档无意中提到麦克风可能被布置在中心位置，但没有描述在波束形成方面的任何优势。
[0011]KR101403372B1描述了一种麦克风单元，其具有布置成三角形、正方形和正五边形的多边形配置的MEMS音头阵列。麦克风单元在多边形的顶点提供麦克风音头，并在中心提供麦克风音头，但没有提供关于中心音头的存在以及如何改进波束形成的技术理由。每个麦克风单元提供单个连接器，用于将麦克风单元连接到中心控制单元。因此，麦克风单元不提供输入和输出连接器。因此，这样的解决方案不允许通过菊花链配置来连接麦克风单元从而形成元阵列。事实上，麦克风单元以星形配置连接到中心控制单元，而不是顺序连接。由于采用这种星形连接，布线冗余、笨重、复杂、昂贵且更容易产生噪声。此外，该文档没有提到A2B总线，由于麦克风单元通过模拟信号连接到外部设备，从而使系统本质上容易产生噪声，并且需要采用非常短的电缆来限制噪声响起。
[0012]DE102013019194A1描述了多个PCB，每个PCB只有两个具有全向指向性的模拟麦克风音头。每对具有全向指向性的模拟麦克风音头的组合提供具有心形指向性的单个麦克风信号。PCB通过A2B总线一个接一个地串联，并在车辆内间隔开。每对模拟麦克风捕获PCB所在点附近的声音。各个PCB之间不会以任何方式相互作用。因此，它们不构成集中的元阵列，它们不能一起用于实现波束形成。
技术实现思路
[0013]本专利技术的目的是通过提供一种麦克风单元来消除现有技术的缺点，该麦克风单元可靠并且适于最小化信号上的噪声，优化单个麦克风单元的波束形成，并连接到菊花链配置中的其它麦克风单元，因此形成适于连接到具有主处理器的网络的元阵列，该主处理器配置为执行元阵列的麦克风单元的换能器的信号的波束形成。
[0014]本专利技术的另一个目的是提供一种通用且易于组合从而实现麦克风元阵列的麦克风单元。
[0015]本专利技术的另一个范围是提供这样的麦克风单元或麦克风元阵列，其是通用的并且可用于不同类型的应用，例如在汽车工业中，其中麦克风元阵列可以服务于车辆中的多个位置(乘客)。
[0016]本专利技术的另一个目的是提供这样一种麦克风单元或麦克风元阵列，其易于制造和安装并且易于集成到A2B网络中。
[0017]根据本专利技术，这些目的通过独立权利要求1的麦克风单元和通过所述麦克风单元来获得的麦克风元阵列来实现。
[0018]本专利技术的有利实施例出现在从属权利要求中。
[0019]根据本专利技术的麦克风单元由权利要求1来限定。
[0020]为了实现相对于现有技术的麦克风阵列的显著优点，在根据本专利技术的麦克风单元的设计中已经解决了以下问题：
[0021]‑
优化换能器的位置从而实现稳健的波束形成(在中心存在音头)；
[0022]‑
优化麦克风单元的形状从而简化元阵列的创建；
[0023]‑
麦克风单元之间可靠且无噪声的电气接口(A2B总线)；
[0024]‑
麦克风单元之间实用、简单且廉价的电连接系统(UTP电缆)。
[0025]根据本专利技术的麦克风单元的特征在于换能器在单个PCB上的最佳分布，该PCB包括中心换能器和至少三个周边换能器，所述至少三个周边换能器被布置成距中心换能器相同的径向距离并且彼此角度等距。使用位于中心的换能器至关重要，因为它提供了非常稳健的波束形成。
[0026]麦克风单元的换能器连接到A2B接口。以这种方式，麦克风单元能够使用简单的非屏蔽双绞线(UTP电缆)通过A2B数字总线以级联(菊花链配置)来连接，从而获得麦克风元阵列。
[0027]借助A2B数字总线，可以通过单本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种麦克风单元(1)，包括：
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仅一个PCB(2)，其具有适于朝向声源的前侧(2b)以及背侧(2a)，
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多个换能器(3)，其安装在该PCB的所述背侧(2a)上；每个换能器(3)为具有数字输出的声电类型，适于将声音信号转换成数字类型的电信号，
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通孔(20)，其对应于每个换能器(3)设置在PCB(2)中，从而使得由该声源发出的声波穿过该PCB(2)并撞击该换能器(3)，
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A2B音频接口(4)，其安装在该PCB的所述背侧(2a)并电连接到所述换能器(3)；所述A2B音频接口(4)是收发器，适于从该换能器(3)接收数字信号并将所述数字信号转换为适于在A2B音频总线中发送的A2B格式，和
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输入电连接器(5)和输出电连接器(105)，其安装在该PCB的所述背侧(2a)上并电连接到所述A2B音频接口(4)；所述输入和输出电连接器(5、105)适于连接使用单个双绞线的各个A2B音频总线(6)，从而使得所述麦克风单元(1)能够连接到在菊花链配置中的一个或两个相邻的麦克风单元(1)，形成适于连接到A2B网络(300)的元阵列(100)，该A2B网络(300)具有主处理器(8)，该主处理器(8)配置为执行来自该元阵列(100)的该麦克风单元(1)的所有该换能器(3)的信号的波束形成；其中，单个麦克风单元的所述多个换能器(3)包括中心换能器(30)和至少三个周边换能器(31)，所述周边换能器(31)被布置成距中心换能器(30)相同的径向距离(r)并且等角度间隔开。2.根据权利要求1所述的麦克风单元(1)，其中，所述换能器(3)通过该PCB(2)的迹线(21)来电连接到所述A2B音频接口(4)，并且所述输入和输出电连接器(5、105)通过该PCB(2)的迹线(22、122)来电连接到所述A2B音频接口(4)。3.根据权利要求1或2所述的麦克风单元(1)，其中，每个换能器(3)由MEMS(微机电系统)音头组成。4.根据前述权利要求中任一项所述的麦克风单元(1)，包括等边三角形布置的四个换能器(3)，其中，该中心换能器(30)设置在该等边三角形...
【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：ASK工业股份公司，
类型：发明
国别省市：
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