DE69208234T2

DE69208234T2 - Geräuschverminderungsmikrophonapparat

Info

Publication number: DE69208234T2
Application number: DE69208234T
Authority: DE
Inventors: Masashi Ohkubo; Tooru Sasaki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2012-12-05
Also published as: KR930015944A; EP0661904A3; EP0545731B1; JPH05161191A; US5917921A; DE69208234D1; EP0661904B1; JP3279612B2; DE69230767D1; DE69230767T2; EP0661904A2; KR100238630B1; TW246761B; EP0545731A1

Description

Diese Erfindung betrifft eine geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung, insbesondere eine Einrichtung zum Reduzieren von Geräuschkomponenten in Mikrophonausgangssignalen.
Die meisten Mikrophone sind so ausgebildet, daß sie Änderungen des Schalidruckes einer akustischen Welle in eine mechanische Schwingung einer Membran umwandeln und ein elektroakustisches Wandlersystem auf der Basis der Schwingung bzw. Vibration aktivieren. Deshalb wird ein Geräusch erzeugt, wenn beim Aufnehmen von Schall durch das Mikrophon die Membran von einem Faktor beeinflußt wird.
Wenn der Faktor Wind ist, wird ein Geräusch durch Wind (nachfolgend als Windgeräusch bezeichnet) erzeugt, und wenn der Faktor eine Schwingung bzw. Vibration ist, wird ein Geräusch durch Vibration (nachfolgend als Vibrationsgeräusch bezeichnet) erzeugt.
Zum Reduzieren eines Windgeräusches existieren beispielsweise folgende Techniken:
1) Die Verwendung eines Windschutzes bzw. -schirmes,
2) die Verwendung eines elektroakustischen Hochpaßfilters,
3) die Verwendung einer in niedrigen Schallbereichen eine ungerichtete Eigenschaft darstellende Anordnung.
Zur Reduzierung eines Vibrationsgeräusches existieren beispielsweise folgende Techniken:
1) Die Verwendung eines Vibrationsisolationsmechanismus,
2) die Verwendung eines ungerichteten Mikrophonelements,
3) ein analoges Rauschbeseitigungsverfahren.
Bei den obigen existierenden Techniken zur Reduzierung eines Windgeräusches treten die folgenden Probleme auf:
1) Im Fall der Verwendung eines Windschutzes bzw. -schirmes nimmt generell ein Windgeräusch ab, wenn die äußere Ausdehnung des Windschutzes und der Abstand zwischen dem Mikrophon und der Innenwand des Windschutzes jewils zunehmen.
2) Da ein Windgeräusch hauptsächlich aus niedrigen Bandkomponenten besteht, ist es beim Windgeräusch sicher effektiv, die niedrigen Bandkomponenten durch Verwendung eines Hochpaßfilters abzuschneiden. Da jedoch zusätzlich zum Windgeräusch niedrige Bandkomponenten des Schalls selbst abgeschnitten werden, wird die Schallaufnahmequalität herabgesetzt.
3) Bei einem ungerichteten Mikrophon nimmt im Vergleich zu einem gerichteten Mikrophon bzw. Richtmikrophon der Pegel eines Windgeräusches stärker ab. Praktisch wird jedoch wegen einer Einflußnahme eines das Mikrophon umgebenden Gehäuses das Geräusch durch Verwendung einer "in niedrigen Schallbereichen eine ungerichtete Eigenschaft darstellenden Anordnung" allein nicht auf einen ausreichend niedrigen Pegel herabgesetzt.
Deshalb ist unter den gegenwärtigen Verhältnissen, bei denen sowohl eine kleinere Abmessung einer ein Mikrophon enthaltenden Einrichtung als auch eine höhere Schallaufnahmequalität des Mikrophons angestrebt werden, eine stärkere Reduzierung eines Windgeräusches mit den existierenden Techniken allein schwierig. Dies gilt auch für ein Vibrationsgeräusch.
Andererseits ist als Technik zur Eliminierung eines in einem Signal enthaltenen Geräusches eine adaptive Rauschbeseitigung bekannt (B. Windrow et al: "Adaptive noise cancelling: principles and applications" Proc. IEEE, Vol. 63, No. 12, Dec. 1975, S. 1692-1716).
Gemäß dieser Technik ist es notwendig, stark mit einem zu eliminierenden Geräusch korrelierte Geräuschkomponenten als ein Referenzeingangssignal bereitzustellen. Es ist jedoch bei einer kleinen Einrichtung sehr schwierig, nur Geräusche wie beispielsweise ein Windgeräusch, das von der gleichen Richtung wie der Nutzschall und/oder dgl. empfangen wird, einem Referenzeingang zuzuführen.
Adaptive Geräuschbeseitigungssysteme gehen aus der US-A- 4 956 867 und US-A-4 912 387 hervor. Das aus der US-A-4 956 867 hervorgehende System entspricht dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei die Ausgangssignale zweier Mikrophone subtrahiert und adaptiv gefiltert werden, um ein Signal zu erzeugen, das von einem primären Signal subtrahiert werden kann, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu vergrößern.
Aus der US-A-4 912 387 geht ein Vibrationsreduzierungssystem hervor, welches ein adaptives Filter verwendet.
Ein Ziel der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, eine geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung bereitzustellen, die klein bemessen und ein Windgeräusch, ein Vibrationsgeräusch und/oder dgl. zuverlässig eliminieren kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung mit einem adaptiven Geräuschbeseitiger bereitgestellt, der eine primäre Eingabe und eine Referenzeingabe aufweist und bei welchem im Betrieb das Referenzeingabesignal durch ein adaptives Filter geht und von der primären Eingabe subtrahiert wird, wobei das Ergebnis der Subtraktion ein Ausgabesignal aus dem adaptiven Geräuschbeseitiger ist und das adaptive Filter im Betrieb adaptiv gesteuert wird, bestehend aus
einem Paar in dicht nebeneinanderliegenden Stellen angeordneten Mikrophoneinheiten,
einem Paar Tiefpaßfilter, die zum jeweiligen Empfang von Ausgabesignalen aus dem Paar Mikrophoneinheiten angeordnet sind und
einer Subtrahiereinrichtung zum Ausführen einer Subtraktion von Ausgabesignalen aus dem Paar Tiefpaßfilter zum Erzeugen des Referenzeingabesignals,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochpaßfilter zum Empfang eines Ausgabesignals aus einem der beiden Mikrophoneinheiten angeordnet ist,
ein Ausgabesignal aus einem der beiden Tiefpaßfilter als das primäre Eingabesignal des adaptiven Geräuschbeseitigers zugeführt ist, und
die adaptive Steuerung des adaptiven Filters durch ein Ausgabesignal besteht, das von der Subtraktion des Referenzeingabesignals von der primären Eingabe resultiert,
wobei im Betrieb ein Ausgabesignal aus dem adaptiven Geräuschbeseitiger und ein Ausgabesignal aus dem Hochpaßfilter addiert und das resultierende Signal ausgegeben wird.
Ausgabesignale aus einem Paar in dicht nebeneinander liegenden Stellen angeordneten Mikrophonen enthalten ursprünglich eine Audiosignalkomponente und eine Geräuschkomponente (durch Wind verursachte Geräuschkomponente). Diese Ausgangssignale aus den Mikrophonen erfahren eine Subtraktion. Dies hat zur Folge, daß das Ausgangssignal aus einem der Mikrophone die Audiosignalkomponente und die Geräuschkomponente und ein Differenzausgangssignal aus dem Paar Mikrophone nur eine Geräuschkomponente enthält. Das die Audiokomponente und die Geräuschkomponente enthaltende Ausgangssignal wird als die primäre Eingabe verwendet, während das nur die Geräuschkomponente enthaltende Differenzausgangssignal als die Referenzeingabe verwendet wird.
Die Referenzeingabe wird adaptiv verarbeitet, um die Geräuschkomponente in der primären Eingabe zu egalisieren. Die adaptiv verarbeitete Referenzeingabe wird von der primären Eingabe subtrahiert. Dies hat zur Folge, daß nur die Geräuschkomponente aus der primären Eingabe beseitigt wird und die Audiosignalkomponente in der ursprünglichen Form ausgegeben werden kann.
Zum Filtern des Ausgabesignals des adaptiven Geräuschbeseitigers vor seiner Addition zu den Ausgabesignalen aus dem Hochpaßfilter kann ein Tiefpaßfilter vorgesehen sein.
Die Einrichtung kann in einem Aufzeichnungssystem oder in einer Videokamera verwendet werden.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben, in denen
Figur 1 ein Blockschaltbild eines zu Erklärungszwecken aufgenommenen adaptiven Geräuschbeseitigungssystems ist,
Figur 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung eines adaptiven Filters ist,
Figur 3 ein Diagramm ist, welches das Frequenzspektrum einer Windgeräuschkomponente zeigt,
Figur 4 ein Diagramm ist, welches die Korrelationsrate von durch ein Paar Mikrophone aufgenommenen Windgeräuschkomponenten zeigt,
Figur 5 ein Diagramm ist, welches ein Beispiel eines Differenzausgabesignals der von dem Paar Mikrophone aufgenommenen Windgeräuschkomponenten zeigt,
Figur 6 ein Wellenforindiagramm ist, welches die Geräuschreduzierungseffekte zeigt,
Figur 7 ein Blockschaltbild ist, welches eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Figur 8 ein Blockschaltbild einer Modifikation eines Geräuschbeseitigungssystems ist,
Figur 9 ein Blockschaltbild einer anderen Modifikation eines Geräuschbeseitigungssystems ist, und
Figur 10 ein Blockschaltbild einer anderen Modifikation eines Geräuschbeseitigungssystems ist.
Zur Förderung des Verständnisses wird zuerst ein nicht unter den Patentanspruch 1 fallendes Geräuschbeseitigungssystem erklärt.
Wie in Figur 1 gezeigt, detektiert ein Paar in dicht nebeneinander liegenden Stellen angeordnete Mikrophone 1 und 2 Umgebungsschall zusammen mit einem Windgeräusch und gibt ihn in Form eines elektrisches Signals aus. Da die Mikrophone 1 und 2 in dicht nebeneinandner liegenden Stellen angeordnet sind, werden der gleiche Schall und das gleiche Windgeräusch detektiert und in Form elektrischer Signale ausgegeben. Die Figur 3 zeigt ein Beispiel eines Frequenzspektrums einer in den Ausgabesignalen aus den Mikrophonen 1 und 2 enthaltenen Windgeräuschkomponente. Aus der Figur 3 geht hervor, daß das Windgeräusch hauptsächlich aus niedrigen Bandkomponenten besteht.
Die Mikrophone 1 und 2 können in der gleichen Richtung oder alternativ dazu in entgegengesetzten Richtungen orientiert sein, wenn der Abstand zwischen den Mikrophonen 1 und 2 innerhalb der durch die Frequenz eines gewünschten Signals definierten Wellenlänge liegt. Eine elektrisches Ausgangssignal aus dem Mikrophon 1 wird einem A/D-Wandler 1 zugeführt, während ein elektrische Ausgangssignal aus dem Mikrophon 2 einem A/D-Wandler 4 zugeführt wird.
Die A/D-Wandler 3 und 4 wandeln die von den Mikrophonen 1 und 2 zugeführten elektrischen Signale in digitale Signale um. Das vom A/D-Wandler 3 umgewandelte digitale Signal wird als eine durch S + n ausgedrückte primäre Eingabe verwendet. Das durch den A/D-Wandler 4 umgewandelte digitale Signal wird durch S + n* ausgedrückt. In den digitalen Signalen stellt S die Audiosignalkomponente dar, während n und n* die Windgeräuschkomponente darstellen. Die Geräuschkomponente n hat eine additive Eigenschaft, während die Geräuschkomponente n* korrelativ mit der Geräuschkomponente n in der primären Eingabe S + n ist.
Die primäre Eingabe S + n wird einer in einem adaptiven Geräuschbeseitiger 6 vorgesehen Verzögerungsschaltung 7 zugeführt. Die primäre Eingabe S + n wird auch einem Addierer 5 zugeführt. Zusätzlich wird dem Addierer 5 ein Ausgabesignal des A/D-Wandlers 4 zugeführt.
Der Addierer 5 addiert die primäre Eingabe S + n zur Ausgabe des A/D-Wandlers 4 unter Hinzufügung eines negativen Vorzeichens, d.h. es wird -(S + n*) gebildet. Da die Audiosignalkomponenten S ausreichend lange Wellenlängen aufweisen, haben sie auf engem Raum im wesentlichen die gleiche Phase. Deshalb werden die Audiosignalkomponenten S durch Ausführen einer Subtraktion eliminiert. Demgemäß wird eine durch n - n* ausgedrückte Referenzeingabe erzeugt.
Die Erzeugung der Referenzeingabe n - n* wird unten erklärt.
Die Figur 4 zeigt ein Beispiel einer Kohärenz der in dem Paar Mikrophone 1 und 2 erzeugten Windgeräuschkomponente. Es ist bekannt und in Figur 4 gezeigt, daß generell in zwei akustischen Anschlüssen erzeugte Windgeräuschkomponenten eine niedrige Korrelation auch auf engem Raum repräsentieren. Deshalb wird eine Differenz zwischen Ausgangssignalen aus den Mikrophonen 1 und 2 nicht null und es ist die Erzeugung der Referenzeingabe n - n* möglich. Die Figur 5 zeigt ein Frequenzspektrum der Referenzeingabe n - n*. Die Referenzeingabe n - n* wird in einem adaptiven Geräuschbeseitiger 6 einem adaptiven Filter 9 zugeführt.
Die Verzögerungsschaltung 7 im adaptiven Geräuschbeseitiger 6 gibt die primäre Eingabe S + n nach einer Verzögerung um eine vorbestimmte Zeit aus. Die Größe der Verzögerung ist einer Zeitverzögerung, die für eine Berechnung der adaptiven Verarbeitung erforderlich ist und/oder einer Zeitverzögerung im adaptiven Filter 9 usw. äquivalent und kann entsprechend der Anordnung eines Systems adäquat eingestellt werden. Die durch die Verzögerungsschaltung 7 gegangene primäre Eingabe S + n wird einem Addierer 8 zugeführt.
Der Addierer 8 führt eine Addition des Ausgangssignals aus der Verzögerungsschaltung 7 mit einem mit einem negativen Vorzeichen versehenen und vom adaptiven Filter 9 ausgegebenen Signal Y aus, das später beschrieben wird. Das Signal Y ist, wie später erklärt, eine zur Geräuschkomponente n in der primären Eingabe S + n analoge Komponente. Deshalb wird das Signal Y, das eine zur Geräuschkomponente n analoge Komponente ist, vom Addierer 8 von der primären Eingabe S + n subtrahiert und es bleibt die Audiosignalkomponente S übrig. In anderen Worten ausgedrückt wird die Geräuschkomponente n in der primären Eingabe S + n minimiert.
Die Audiosignalkomponente S wird einem D/A-Wandler 10 zugeführt und auch zum adaptiven Filter 9 rückgekoppelt. Die in Form eines digitalen Signals ausgedrückte Audiosignalkomponente S wird vom D/A-Wandler 10 in ein analoges Signal umgewandelt und an einem Anschluß 11 ausgegeben.
Die Figur 6 zeigt ein Ergebnis einer Geräuschreduzierung durch das vorstehende System. Die Figur 6 stellt die Haupteingabe S + n, d.h. das Ausgangssignal aus dem Mikrophon 1, durch eine durchgezogene Linie und ein Systemausgangssignal, d.h. das Ausgangssignal aus dem adaptiven Geräuschbeseitiger 6, durch eine gestrichelte Linie dar. Eine Sinuswelle von 500 Hz, die eine Pseudodarstellung der Audiosignalkomponente S ist, wird addiert.
Aus der Figur 6 ist geht hervor, daß die Abnahme des Pegels des Signals (gestrichelte Linie in Figur 6), welche des das Ausgangssignal aus dem adaptiven Geräuschbeseitiger 6 ist, verglichen mit dem Pegel der Geräuschkomponente n (durchgezogene Linie in Figur 6) im Ausgabesignal aus dem Mikrophon 1 beträchtlich ist. Es ist auch bekannt, daß die Sinuswelle von 500 Hz ihren Pegel ungeachtet des Vorhandenseins oder Fehlens des adaptiven Geräuschbeseitigers 6 beibehält.
Unten wird der Betrieb des adaptiven Filters 9 des adaptiven Geräuschbeseitigers 6 erklärt.
Das adaptive Filter 9 erzeugt das Signal Y als eine zur Geräuschkomponente n in der primären Eingabe S + n analoge Komponente. D.h., seine Filterungscharakteristik wird von Zeit zu Zeit automatisch eingestellt, so daß das Ausgangssignal aus dem adaptiven Geräuschbeseitiger der Audiosignalkomponente in der primären Eingabe S + n ähnlich ist.
Als adaptives Filter 9 wird ein adaptiver Linearkoppler nach Art eines in Figur 2 gezeigten FIR-Filters verwendet. Beim Aufbau nach Figur 2 bezeichnen DL1 bis DLL Verzögerungsschaltungen und MP1 bis MPL Koeffizientenmultiplizierer. Das Bezugszeichen 16 bezieht sich auf einen Addierer und die Bezugszeichen 15 und 17 beziehen sich auf Eingabe/Ausgabe- Anschlüsse.
[Z&supmin;¹] in den Verzögerungsschaltungen DL1 bis DLL stellt eine Verzögerung um eine Abtasteinheitszeit und die den Koeffizientenmultiplizierern MP1 bis MPL zugeführte Größe Wnk einen Gewichtungskoeffizienten dar. Wenn der Gewichtungskoeffizient Wnk fixiert ist, verhält sich das Filter wie ein normales digitales FIR-Filter.
Unten ist ein Algorithmus zur adaptiven Aktivierung des adaptiven Filters 9 erklärt. Obgleich zur Berechnung des adaptiven Filters 9 verschiedene Algorithmen verwendet werden können, ist die folgende Erklärung auf LMS (kleinstes mittleres Quadrat) gerichtet, das praktisch ist und wegen des relativ geringen Aufwands an Berechnung oft benutzt wird.
Wenn ein Eingangsvektor Xk durch
Xk = [Xk Xk-1 Xk-2 ...Xk-L]
ausgedrückt wird, ist eine Ausgabe Yk des adaptiven Filters 9 durch
gegeben.
Eine Ausgabe aus der Verzögerungsschaltung 7 sei dk, dann ist ihre Differenzausgabe gleich
Yk = dk-XkTWk
Durch das LMS (Kleinste-Mittlere-Quadrat)-Verfahren wird eine Erneuerung des Gewichtungsvektors Wk entsprechend der folgenden Gleichung
Wk+1 = Wk + 2µ &epsi;kXk
ausgeführt.
In der vorstehenden Gleichung ist µ ein Gewinn- bzw. Verstärkungsfaktor, der die Geschwindigkeit und Stabilität der Adaptation bestimmt, die so eine Stufenverstärkung genannt wird.
Durch eine wie oben erklärte Erneuerung des Gewichtungsvektors von Zeit zu Zeit verhält sich die Einrichtung so, daß die Ausgangsleistung des Systems minimiert wird. Diese Operation wird unten formelmäßig erklärt. Wenn die Verzögerungsschaltung 7 der Einfachheit halber unberücksichtugt bleibt, ist die Differenzausgabe &epsi; aus dem Addierer 8 gleich
&epsi; = S + n - Y.
Ein erwarteter Wert bzw. Erwartungswert des Quadrates von &epsi; wird durch
E[&epsi;²] = E[S²] + E[(n - Y)²] + 2E[S(n - Y)]
ausgedrückt.
Da S nicht korrelativ mit n und Y ist, gilt in der obigen Gleichung
E[S(n - Y)] = 0
Deshalb ist der Erwartungswert E[&epsi;²] des Quadrats von &epsi; durch
E[&epsi;²] = E[S²] + E[(n - Y)²]
ausgedrückt.
Obgleich das adaptive Filter 9 so eingestellt ist, daß E[&epsi;²] minimiert wird, wird E[S²] nicht beeinflußt. Dies hat zur Folge, daß
Emin [&epsi;²] = E[S²] + E[(n - Y)²]
gilt.
Da E[S²] nicht beeinflußt wird, bedeutet E[&epsi;²] eine Minimierung von E[(n - Y)²]. Deshalb ist die Ausgabe Y des adaptiven Filters 9 ein optimaler Erwartungswert des kleinsten Quadrates von [n].
Wenn E[(n - Y)²] minimiert ist, ist da &epsi; - S = n - Y gilt, E[(&epsi; - S)²] ebenfalls minimiert. Deshalb ist die Minimierung der gesamten Ausgangsleistung durch Einstellen des adaptiven Filters 9 äquivalent damit, daß die Differenzausgabe &epsi; zu einem optimalen Erwartungswert des kleinsten Quadrates der Audiosignalkomponente S gemacht wird.
Die Differenzausgabe &epsi; enthält generell zusätzlich zur Audiosignalkomponente S einen gewissen Betrag an Geräuschkomponente. Da die Geräuschkomponentenausgabe durch n - Y definiert ist, ist eine Minimierung von E[(&epsi; - Y)²] äquivalent mit einer Maximierung des Signal-Rausch-Verhältnisses der Ausgabe.
Die Figur 7 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung, die eine Modifikation des vorstehenden Systems ist. Diese basiert auf dem Frequenzspektrum einer in niedrigen Bändern konzentrierten Windgeräuschkomponente. Schaltungselemente, die solchen des vorstehenden Systems gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und ihre redundante Erklärung ist fortgelassen.
Die erste Ausführungsform unterscheidet sich von dem vorstehenden System darin, daß eine den Ausgang des Mikrophons 1 mit einem Anschluß 11 verbindende Leitung 23 vorgesehen und ein Hochpaßfilter 22 in der Leitung 23 angeordnet ist. Außerdem sind zwischen den Mikrophonen 1, 2 und den A/D- Wandlern 3, 4, falls erfordrlich Tiefpaßfilter 21. Die Tiefpaßfilter 21 können zwischen dem Anschluß 11 und dem D/A- Wandler 10 auf der Ausgangsseite des Systems angeordnet sein und der andere Anschluß der Leitung 23 kann zwischen das Tiefpaßfilter 21 und den Anschluß 11 geschaltet sein.
Diese Anordnung macht es möglich, eine Audiosignalkomponente S zu gewinnen, die eine Mischung aus einer Niedrigband- Audiosignalkomponente SL, in welcher die Windgeräuschkomponente durch den adaptiven Geräuschbeseitiger 6 reduziert worden ist, und einer Hochband-Audiosignalkomponente SH ist, die aus dem Mikrophon 1 durch das Hochpaßfilter 22 gewonnen wird und von welcher die Windgeräuschkomponente abgeschnitten worden ist. Die anderen Anordnungen und deren Arbeitsweise und Wirkungen sind gleich jenen des vorstehenden Systems und ihre redundante Erklärung ist fortgelassen.
Die Figur 8 zeigt eine zweite Modifikation des vorstehenden Systems. Die zweite Modifikation unterscheidet sich vom vorstehenden System darin, daß der Addierer 5 durch einen analogen Addierer 25 ersetzt ist und daß der analoge Addierer 25 zwischen den Mikrophonen 1, 2 und den A/D-Wandlern 3, 4 angeordnet ist. Dies bedeutet eine Referenzeingabe in analoger Form. Die anderen Anordnungen und deren Arbeitsweise und Wirkungen sind gleich jenen des vorstehenden Systems. Elemente, die solchen des vorstehenden System gleich sind, sind deshalb mit den gleichen Bezugszeichen versehen und ihre redundante Erklärung ist fortgelassen.
Gemäß dem obigen werden die primäre Eingabe S + n und die Referenzeingabe n - n* auf der Basis der Ausgabesignale aus dem Paar in dicht nebeneinander liegenden Stellen angeordneten Mikrophone 1 und 2 erzeugt. Im adaptiven Filter 9 wird das zur Geräuschkomponente n in der primären Eingabe S + n analoge Signal Y auf der Basis der Referenzeingabe n - n* erzeugt. Durch Subtraktion des Signals Y von der primären Eingabe S + n durch den Addierer 8 wird die Geräuschkomponente n beseitigt und die Audiosignalkomponente S ausgegeben.
Deshalb kann durch Verwendung eines Paares normaler Mikrophone 1 und 2 eine Windgeräuschkomponente ohne Verwendung eines Windschutzes beseitigt werden. Da außerdem die Mikrophone 1 und 2 in dicht nebeneinander liegenden Stellen angeordnet sind, trägt die Ausführungsform zu einer Maßstabsreduzierung der Einrichtung bei. Im Hinblick auf die Beseitigung einer Windgeräuschkomponente wird eine Verschlechterung der Schallaufnahmequalität verhindert, da kein elektroakustisches Hochpaßfilter erforderlich ist.
Da überdies der adaptive Geräuschbeseitiger 6 verwendet wird, wird die Charakteristik des adaptiven Filters 9 automatisch erneuert, ungeachtet von Anderungen in der Windgeräuschcharakteristik (beispielsweise des Pegels oder der Spektralverteilung usw.), und die Windgeräuschkomponente kann auf stabile Art und Weise reduziert werden.
Die Figuren 9 und 10 zeigen eine weitere Modifikation, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden kann. Diese unterscheidet sich darin, daß nicht nur ein Windgeräusch, sondern auch ein durch Schwingungen bzw. Vibrationen verursachtes Vibrationsgeräusch in Betracht gezogen ist. Dies bedeutet nach Figur 9, daß ein Vibrationssensor 31 zum Detektieren von Schwingungen und ein A/D-Wandler 32 zum Umwandeln eines analogen Ausgangssignals aus dem Vibrationssensor 31 in ein digitales Signal vorgesehen sind. Der in den vorhergehenden Systemen gezeigte Addierer 5 ist durch einen Addierer 33 ersetzt, der eine Addition und Subtraktion von drei Eingaben ausführen kann. Elemente, die solchen der vorstehenden Systeme gleich sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und ihre redundante Erklärung ist fortgelassen.
Ausgangssignaleaus den Mikrophonen 1 und 2 weisen jeweils eine Audiosignalkomponente S und eine Geräuschkomponente einschließlich eines Windgeräusches und/oder eines Vibrationsgeräusches auf.
Ein elektrisches Ausgangssignal aus dem Mikrophon 1 wird einem A/D-Wandler 3 zugeführt und vom A/D-Wandler 3 in ein digitales Signal umgewandelt. Als Ergebnis wird eine primäre Eingabe erzeugt. Die primäre Eingabe wird der Verzögerungsschaltung 7 im adaptiven Geräuschbeseitiger 6 zugeführt. Die primäre Eingabe wird auch dem Addierer 33 zugeführt.
Ein elektrisches Ausgabesignal aus dem Mikrophon 2 wird dem A/D-Wandler 4 zugeführt und vom A/D-Wandler 4 in ein digitales Signal umgewandelt. Das digitale Signal wird dem Addierer 33 zugeführt.
Eine vom Vibrationssensor 31 detektierte Vibrationskomponente wird vom A/D-Wandler 32 in ein digitales Signal umgewandelt. Das digitale Signal wird dem Addierer 33 zugeführt.
Der Addierer 33 addiert Ausgangssignale aus den A/D- Wandlern 3 und 32 zu dem mit einem negativen Vorzeichen versehenen Ausgangs- bzw. Ausgabesignalsignal aus dem A/D- Wandler 4. Als Ergebnis der Addition und Subtraktion wird die Audiosignalkomponente eliminiert und eine aus dem Windgeräusch und dem Vibrationsgeräusch bestehende Geräuschkomponente wird zur Verwendung als Referenzeingabe erzeugt. Danach wird ein Signal Y auf der Basis der Referenzeingabe erzeugt. Das Signal Y wird vom Addierer 8 von der primären Eingabe subtrahiert, was eine Beseitigung der aus dem Windgeräusch und dem Vibrationsgeräusch bestehenden Geräuschkomponente zur Folge hat, und die Audiosignalkomponente S wird ausgegeben.
Unter der Ausnahme, daß die Geräuschkomponente aus dem Windgeräusch und dem Vibrationsgeräusch besteht und daß sowohl das Windgeräusch als auch das Vibrationsgeräusch beseitigt werden können, sind die Arbeitsweise und Wirkungen anderweitig gleich denen der vorstehenden Systeme und ihre redundante Erklärung ist fortgelassen.
Die Figur 10 zeigt eine weitere Modifikation, die bei der Erfindung verwendet werden kann. Diese unterscheidet sich darin, daß der Addierer 33 durch einen analogen Addierer 35 ersetzt ist und daß der analoge Addierer 35 zwischen dem Mikrophon 2 und dem A/D-Wandler 4 angeordnet ist.
Da die anderen Anordnungen und deren Arbeitsweisen und Effekte gleich denen der Figur 9 und anderen Systeme sind, sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und ihre redundante Erklärung ist fortgelassen.
Bei den obigen Modifikationen werden Schwingungen durch den Vibrationssensor 31 detektiert und die vom Vibrationssensor 31 detektierte Vibrationskomponente wird dem Addierer 33 zugeführt. Deshalb wird die aus dem Windgeräusch und Vibrationsgeräusch bestehende Referenzeingabe erzeugt. Auf der Basis der Referenzeingabe erzeugt das adaptive Filter 9 das mit der Geräuschkomponente in der primären Eingabe analoge Signal Y. Wenn das Signal Y vom Addierer 8 von der primären Eingabe subtrahiert wird, wird die Geräuschkomponente beseitigt und die Audiosignalkomponente S ausgegeben.
Deshalb kann dies die Vibrationsgeräuschkomponente beseitigen und eine ausgezeichnete Schallaufnahmequalität mit einem einzigen Verarbeitungssystem ohne Präparation verschiedener Verarbeitungssysteme unterschiedlicher Art von Geräuschen realisieren.
Das obige System ist so erklärt worden, daß es auf eine aus einem Windgeräusch und einem Vibrationsgeräusch bestehenden Geräuschkomponente gerichtet ist. Es ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann auch auf ein Vibrationsgeräusch allein abzielen.
Die oben gezeigten Geräuschreduzierungseinrichtungen sind auf verschiedene Arten von Aufzeichnungssystemen verwendbar. Beispielsweise sind sie auf ein klein bemessenes tragbares Videokameragerät zum Detektieren und Eliminieren von durch einen Anwender verursachten Schwingungen bzw. Vibrationen, durch mechanische Systeme verursachte Schwingungen bzw. Vibrationen usw. zusätzlich zu einem Windgeräusch anwendbar. Außerdem kann das in den Ausführungsformen verwendete Paar Mikrophone 1 und 2 entweder gerichtet oder ungerichtet sein.
Nachdem spezielle bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden sind, sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf diese präzisen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern daß zahlreiche verschiedene Änderungen und Modifikationen von einem Fachmann ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, bewirkt werden können.
Die oben beschriebene geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung hat die Wirkung, daß eine Windgeräuschkomponente ohne Verwendung eines Windschutzes beseitigt werden kann. Die enge Nebeneinanderanordnung des Paares Mikrophone trägt zu einer Abmessungsreduzierung der Einrichtung bei. Da kein elektroakustisches Hochpaßfilter oder dergl. notwendig ist, wird eine Verschlechterung der Schallaufnahmequalität verhindert.
Außerdem erzeugt die Verwendung des adaptiven Geräuschbeseitigers den Effekt, daß die Charakteristik des adaptiven Filters automatisch erneuert wird, ungeachtet einer Änderung der Natur eines Windgeräusches (beispielsweise eines Pegels und/oder einer Spektralverteilung usw.), und die Windgeräuschkomponente wird stabil reduziert.
Überdieskann eine Vibrationsgeräuschkomponente beseitigt werden. Darüber hinaus kann eine exzellente Schallaufnahmequalität mit einem einzigen Verarbeitungsqualität ohne Verwendung unterschiedlicher Verarbeitungssysteme für verschiedene Arten von Geräuschen realisiert werden.

Claims

1. Geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung mit einem adaptiven Geräuschbeseitiger (6), der eine primären Eingabe (S+n) und eine Referenzeingabe aufweist und bei welchem im Betrieb das Referenzeingabesignal (n-n*) durch ein adaptives Filter (9) geht und von der primären Eingabe subtrahiert wird, wobei das Ergebnis der Subtraktion ein Ausgabesignal aus dem adaptiven Geräuschbeseitiger (6) ist und das adaptive Filter (9) im Betrieb adaptiv gesteuert wird, bestehend aus:

einem Paar in dicht nebeneinander liegenden Stellen angeordneten Mikrophoneinheiten (1, 2),

einem Paar Tiefpaßfilter (21), die zum jeweiligen Empfang von Ausgabesignalen aus dem Paar Mikrophoneinheiten (1, 2) angeordnet sind, und

einer Subtrahiereinrichtung (5) zum Ausführen einer Subtraktion von Ausgabesignalen aus dem Paar Tiefpaßfilter (21) zum Erzeugen des Referenzeingabesignals (n-n*),

dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochpaßfilter (22) zum Empfang eines Ausgabesignals aus einem der beiden Mikrophoneinheiten (1, 2) angeordnet ist,

ein Ausgabesignal aus einem der beiden Tiefpaßfilter (21) als das primäre Eingabesignal des adaptiven Geräuschbeseitigers (6) zugeführt ist, und

die adaptive Steuerung des adaptiven Filters (9) durch ein Ausgabesignal besteht, das von der Subtraktion des Referenzeingabesignals (n-n*) von der primären Eingabe (S+n) resultiert,

wobei im Betrieb ein Ausgabesignal aus dem adaptiven Geräuschbeseitiger (6) und ein Ausgabesignal aus dem Hochpaßfilter (22) addiert und das resultierende Signal ausgegeben wird.

2. Geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung nach Anspruch 1, mit

einem Tiefpaßfilter, daß zum Filtern des Ausgabesignals aus dem adaptiven Geräuschbeseitiger (6) bevor es zum Ausgabesignal des Hochpaßfilters (22) addiert wird, vorgesehen ist.

3. Geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Vibrationsdetektoreinrichtung (31) zum Detektieren einer dem Paar Mikrophoneinheitene (1, 2) von außen gegebenen Vibration, wobei das Ausgabesignal der Vibrationsdetektoreinrichtung (31) zum Referenzeingabesignal (n-n*) addiert wird.

4. Geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einer Anlog/Digital-Wandlereinrichtung (3, 4) zum Umwandeln des Ausgabesignals des Tiefpaßfilters (23) vor der Subtraktion in der Subtrahiereinrichtung (5).

5. Geräuschreduzierte Mikrophoneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einer Analog/Digital-Wandlereinrichtung (3, 4) zum Umwandeln des primären Eingabesignals (S+n) und Referenzeingabesignals (n-n*) und Eingeben der umgewandelten Signale in den adaptiven Geräuschbeseitiger (6).

6. Aufzeichnungssystem mit einer Geräuschreduzierten Mikrophoneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

7. Videokamera mit einer Geräuschreduzierten Mikrophoneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.