DE4498516C2 - Richtungsgradientenmikrofonsystem und Verfahren zu seinem Betrieb - Google Patents

Richtungsgradientenmikrofonsystem und Verfahren zu seinem Betrieb

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Richtungsgradientenmikrofonsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 8 genannten Art.
Ein aus der DE 27 48 288 C2 bekanntes Richtungsgradientenmikrofonsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art benutzt vier auf einer gemeinsamen Achse angeordnete Mikrofone, deren elektrische Signale in dem Prozessor so verar­ beitet werden, daß die Signale der jeweils auf der gemeinsamen Achse äußeren Mikrofone in einer Subtrahierstufe voneinander subtrahiert werden, um die erhaltene Differenz in einem nachgeschalteten Integrator zu integrieren. Die elektrischen Signale der beiden inneren Mikrofone werden dagegen in einer Addierstufe addiert, um ein Summensignal zu bilden. Das integrierte Signal und das Summensignal werden getrennt und in geregelter Weise verstärkt, um dann in einer weiteren Addierstufe addiert zu werden. Bei diesem bekannten Richtungsgradientenmikrofonsystem werden Mikrofone mit einer im wesentlichen gleichen Gradientenordnung verwendet, die hier durch eine cardioidförmige Richtcharakteristik gegeben ist. Durch die Signalverarbeitung in dem Prozessor wird dann für die gesamte Mikrofonanordnung eine Cardioiden-Charakteristik höherer Ordnung erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein solches Richtungsgradientenmikrofonsystem sowie ein Verfahren zu seinem Betrieb so auszubilden, daß auch bei der Verwendung von nicht mehr als drei Mikrofonen eine noch höhere Richtwirkung erzielt werden kann.
Bei einem Richtungsgradientenmikrofonsystem bzw. einem Verfahren der genannten Art ist diese Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 8 angegebenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Anordnung mit nicht mehr als drei Mikrofonen auf einer gemein­ samen Achse ermöglicht eine kleine Bauweise, wobei trotzdem durch die Signalverar­ beitung derart, daß die Gradientenordnung des Ausgangssignals bezogen auf die gemeinsame Achse mindestens zwei Gradientenordnungen höher als die Gradienten­ ordnung jedes der einzelnen Mikrofone ist, eine hohe Richtwirkung erreicht werden kann.
Dieses ist z. B. bei einer Anwendung des Richtungsgradienten-Mikrofonsystems in möglichst kleinbauenden Mobiltelefonen besonders vorteilhaft, da dann nur in Richtung der gemeinsamen Achse einfallende Schallwellen nach ihrer Umwandlung in elektrische Signale verarbeitet werden, während z. B. durch Windgeräusche bedingte Schallwellen nach ihrer Umwandlung in elektrische Signale im Ausgangssignal des Richtungsgradien­ tenmikrofonsystems praktisch nicht mehr auftreten
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Richtungsgradientenmikrofonsystems nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der akustischen Zwischenbearbeitung eines Prozessors, der im Richtungsgradientenmikrofonsystem von Fig. 1 nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der elektrischen Signalverarbeitung der einzelnen Mikrofonsignale in einem Prozessor, der im Richtungsgradientenmikrofonsystem von Fig. 1 nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer wirtschaftlichen Implementierung eines Prozessors, der im Richtungsgradientenmikrofonsystem von Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 5 ein Kommunikationssystem einschließlich des Richtungsgradienten­ mikrofonsystems von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein Richtungsgradientenmikrofonsystem 100, das ein erstes 101, ein zweites 103, ein drittes 105 Mikrofon und einen Prozessor 107 umfaßt. Jedes der drei Mikrofone 101, 103 und 105 hat eine Gradientenordnung und einen Frequenzgang, die im Wesentlichen für die drei Mikrofone gleich sind.
Das erste 101, zweite 103 und dritte 105 Mikrofon erzeugt ein erstes 109, zweites 111 bzw. drittes 113 elektrisches Signal, das dem Schalldruck an jedem Mikrofon entspricht. Der Schalldruck wird, wie durch den Pfeil 115 angezeigt, zumindest teilweise von einer erwünschten Schalldruckquelle 117 erzeugt. Die drei Mikrofone 101, 103 und 105 sind auf einer mit der erwünschten Schalldruckquelle gemeinsamen Achse 125 positioniert. Der Schalldruck am ersten 101, zweiten 103 und dritten 105 Mikrofon wird durch die Pfeile 119, 121 bzw. 123 dargestellt. Weil die Mikrofone mit Abstand plaziert sind, hat der Schalldruck an jedem Mikrofon im wesentlichen denselben Wert, aber ist zeitlich bezüglich des von der erwünschten Schalldruckquelle 117 erzeugten Schall­ drucks 115 verzögert.
Der Prozessor 107 ist angeschlossen, um die elektrischen Signale 109, 111 bzw. 113 von jedem der Mikrofone 101, 103 bzw. 105 zu empfangen, und wird betrieben, um auf der Leitung 131 ein Ausgabesignal für das Richtungsgradientenmikrofonsystem mit einer Gradientenordnung 141 von mindestens zwei Gradientenordnungen höher als der Gradientenordnung jedes der drei Mikrofone zu erzeugen.
Nach der bevorzugten Ausführungsform haben die drei Mikrofone 101, 103 und 105 jedes eine Gradientenordnung von Null, die durch eine neben jedem Mikrofon gezeigte Richtcharakteristik 135, 137, 139 dargestellt wird. Die Richtcharakteristik jedes Mikrofons hat gleiche Empfindlichkeit für alle Einfallswinkel 133. Die durch das Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 verwirklichte Gradientenordnung wird durch die Richtcharakteristik 141 dargestellt. Die Richtcharakteristik 141 wird durch die folgende Gleichung dargestellt:
Wobei y die Ausgabe ist, der 1/s Term Integration bezeichnet,
k ein Skalierungsfaktor ist, der proportional zur Schallgeschwindigkeit, dividiert durch den Abstand zwischen den Mikrofonen, ist, und m1, m2 und m3 die elektrischen Signale 109, 111 bzw. 113 von den drei Mikrofonen sind. Die Signale m2 und m3 können mit Bezug auf m1 durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden:
wobei θ der Einfallswinkel 133 ist. Die endgültige Ausgabe wird dann durch das Folgende erreicht:
Für k<ω:
≅ m2 cos(θ) [cos(θ) + 1] [8]
Die Richtcharakteristik 141 ist generell einseitig gerichtet, indem das Richtungsgra­ dientenmikrofonsystem 100 empfindlich ist bezüglich dem aus der Richtung der Schall­ druckquelle 117 empfangenen Schalldruck 115, und im Wesentlichen unempfindlich ist für Schalldruck, der aus allen anderen Richtungen empfangen wurde.
Als Vorteil des Richtungsgradientenmikrofonsystems 100 gilt, daß nur drei Gradientenmikrofonsysteme nullter Ordnung 101, 103 und 105 benutzt werden, um ein Ausgabesignal 131 mit einer Gradientenrichtcharakteristik 141 zweiter Ordnung zu erzeugen. Im Kontrast dazu erfordert der Stand der Technik vier Gradientenmikrofone nullter Ordnung, um ein Ausgabesignal mit einer Gradientenrichtcharakteristik zweiter Ordnung zu erzeugen. So wird bei der Erfindung unter Benutzung von nur drei Gradientenmikrofonen nullter Ordnung die Baugröße des Richtungsgradienten­ mikrofonsystems 100 wesentlich verringert. Nach der Erfindung wird der Vorteil der verringerten Baugröße unter Benutzung des neuartigen Prozessors 107 erreicht.
In der bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Mikrofonen 127 und 129 ungefähr 25 Millimeter. Deshalb entspricht dies einer Packungs­ länge über Alles von ungefähr 60 Millimetern.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die Konstante k gleich der Schallgeschwin­ digkeit, geteilt durch den Mikrofonabstand. Andere Ausgaberichtcharakteristiken lassen sich durch Skalieren dieser Konstante k erreichen. Eine gebündelte, zweiseitig gerichtete Richtcharakteristik am Ausgang des Richtungsgradientenmikrofonsystems ist ein Beispiel für eine alternative, durch Skalieren der Konstante k gebildete Richtcharak­ teristik.
In der bevorzugten Ausführungsform kann eine (nicht gezeigte) Endintegrations­ stufe optional an den Ausgang des Prozessors 107 hinzugefügt werden, um das Ausgangssignal 131 zu integrieren. Die Endintegrationsstufe ist vorteilhaft für Richtungsgradientenmikrofonsysteme, die für große Räume oder offene Plätze vorgesehen sind. Wenn jedoch das Richtungsgradientenmikrofonsystem z. B. in kleinen Räumen oder Autos benutzt wird, dann bildet ein Auftreten niederfrequenten Schalls in der Wirkung ein Äquivalent zur Integration.
Das Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 kann vorteilhaft als Teil eines anderen Richtungsgradientenmikrofonsystems mit mehr als drei Mikrofonen benutzt werden, das eine Gradientenordnung höher als die durch die drei Mikrofone erreichte Gradientenordnung erreicht.
Fig. 2-4 stellen alternative Blockschaltbilder für den Prozessor 107 von Fig. 1 dar. Die von jedem der Blockschaltbilder erzielte Funktion ist dieselbe. Fig. 2 stellt ein Blockschaltbild des Prozessors aus akustischer Sicht dar. Fig. 3 stellt ein Blockschaltbild des Prozessors aus elektrischer Sicht dar. Fig. 4 stellt ein Blockschaltbild des Prozessors aus der Sicht einer wirtschaftlicher Ausführungsform dar.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der akustischen Zwischenverarbeitung des im Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 von Fig. 1 benutzten Prozessors 107. Der Prozessor schließt generell einen ersten 201, zweiten 203 und dritten 205 Gradienten­ ermittler ein. Der erste Gradientenermittler 201 ist angeschlossen, um das erste 109 und zweite 111 elektrische Signal zu empfangen, und wird betrieben, um ein erstes Gradien­ tensignal auf der Leitung 207 zu erzeugen. Der zweite Gradientenermittler 203 ist angeschlossen, um das zweite und dritte elektrische Signal auf den Leitungen 111 bzw. 113 zu empfangen, und wird betrieben, um ein zweites Gradientensignal auf der Leitung 209 zu erzeugen. Der dritte Gradientenermittler 205 ist angeschlossen, um das erste und zweite Gradientensignal auf den Leitungen 207 und 209 zu empfangen, und wird betrieben, um das Ausgangssignal auf der Leitung 131 zu erzeugen.
Das erste und das zweite Gradientensignal auf den Leitungen 207 bzw. 209 haben einen Gradienten erster Ordnung, dargestellt durch die Richtcharakteristik 233. Vorzugs­ weise ist die Richtcharakteristik 233 eine herzförmige Richtcharakteristik; jedoch kann die Richtcharakteristik 233 in anderen Anwendungen eine andere Richtcharakteristik sein, die repräsentativ für einen Gradienten erster Ordnung ist. Andere Richtcharakteris­ tiken für Richtungsgradientenmikrofonsysteme erster Ordnung können zweiseitige Richtcharakteristiken einschließen, wie z. B. in der Form der Ziffer Acht.
Nach der bevorzugten Ausführungsform schließt der erste Gradientenermittler generell einen Durchschnittsbilder 213, einen Subtrahierer 211, einen Verstärker 215, einen Integrator 217 und einen Summierer 219 ein. Einzeln sind der Durchschnittsbilder 213, der Subtrahierer 211, der Verstärker 215, der Integrator 217 und der Summierer 219 im Stand der Technik wohlbekannt, so daß keine weitere Diskussion geführt wird, außer um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
Der Subtrahierer 211 subtrahiert das zweite elektrische Signal 111 vom ersten elektrischen Signal 209, um ein subtrahiertes Signal auf der Leitung 221 zu erzeugen. Der Durchschnittsbilder 213 bildet den Durchschnitt des ersten und zweiten Signals auf den Leitungen 109 bzw. 111, um ein Durchschnittssignal auf der Leitung 223 zu erzeugen. Der Verstärker 215 verstärkt das subtrahierte Signal auf der Leitung 221, um ein verstärktes Signal auf der Leitung 225 zu erzeugen. Der Integrator 217 integriert das verstärkte Signal auf der Leitung 221, um ein integriertes Signal auf der Leitung 227 zu erzeugen. Der Summierer 219 summiert das integrierte Signal auf der Leitung 227 und das Durchschnittssignal auf der Leitung 223, um das erste Gradientensignal 207 zu erzeugen.
In der bevorzugten Ausführungsform hat das subtrahierte Signal auf der Leitung 221 für das Richtungsgradientenmikrofonsystem einen Gradienten erster Ordnung, repräsentiert durch die Richtcharakteristik 231. Die Richtcharakteristik 231 hat vorzugsweise zweiseitige Empfindlichkeit, wie durch die symmetrische Ziffer-Acht-Form gezeigt wird.
Der zweite Gradientenbestimmer 203 hat dieselbe Struktur und führt eine ähnliche Aufgabe aus an dem zweiten und dritten elektrischen Signal auf den Leitungen 111 bzw. 113, um das zweite Gradientensignal auf der Leitung 209 zu erzeugen.
Der dritte Gradientenbestimmer schließt generell einen Subtrahierer 229 zum Subtrahieren des zweiten Gradientensignals auf der Leitung 209 von dem ersten Gradientensignal 207 ein, um das Ausgangssignal auf der Leitung 131 für das Rich­ tungsgradientenmikrofonsystem zu erzeugen.
Fig. 3 veranschaulicht ein Blockschaltbild der elektrischen Signalverarbeitung der einzelnen Mikrofonsignale 109, 111 und 113 im Prozessor 107, der in dem Richtungsgra­ dientenmikrofonsystem 100 von Fig. 1 benutzt wird. Der Prozessor 107 schließt generell einen ersten 301, einen zweiten 303, einen dritten 305, einen vierten 307, einen fünften 309 und einen sechsten 311 Verstärker, und einen ersten 313, einen zweiten 315 und einen dritten 317 Integrator, und einen Summierer 319 ein. Einzeln ist jedes dieser im Prozessor 307 repräsentierten Elemente, wie in Fig. 3 gezeigt, in der Technik wohlbekannt, deshalb wird keine weitere Beschreibung gegeben, außer um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
Der erste 301, der zweite 303 und der dritte 305 Verstärker verstärkt das erste 109, das zweite 111 bzw. das dritte 313 elektrische Signal um eine erste Konstante K1, um ein erstes, ein zweites bzw. ein drittes verstärktes Signal auf den Leitungen 321, 323 bzw. 325 zu erzeugen. Die erste Konstante K1 ist proportional zum Verhältnis der Schallgeschwindigkeit zum Abstand zwischen benachbarten Mikrofonen. Der erste Integrator 313 integriert das erste verstärkte Signal auf der Leitung 321, um ein erstes integriertes Signal auf der Leitung 327 zu erzeugen. Der zweite Integrator 315 integriert das zweite verstärkte Signal auf der Leitung 323, um ein zweites integriertes Signal auf der Leitung 329 zu erzeugen. Der dritte Integrator 317 integriert das dritte verstärkte Signal auf der Leitung 325, um ein drittes integriertes Signal auf der Leitung 331 zu erzeugen. Der vierte Verstärker 307 verstärkt das erste elektrische Signal auf der Leitung 109 um eine Konstante K2, um ein viertes verstärktes Signal auf der Leitung 333 zu erzeugen. Der fünfte Verstärker 309 verstärkt das dritte elektrische Signal auf der Leitung 113 um eine Konstante K3, die ein zur zweiten Konstante K2 entgegengesetztes Vorzeichen hat, um ein fünftes verstärktes Signal auf der Leitung 335 zu erzeugen. Der sechste Verstärker 311 verstärkt das zweite integrierte Signal auf der Leitung 329, um ein sechstes verstärktes Signal auf der Leitung 337 zu erzeugen. Der Summierer 319 summiert das erste integrierte Signal auf der Leitung 327, das vierte verstärkte Signal auf der Leitung 333, das sechste verstärkte Signal auf der Leitung 337, das dritte integrierte Signal auf der Leitung 331 und das fünfte verstärkte Signal auf der Leitung 335, um das Ausgangssignal auf der Leitung 131 des Prozessors 107 zu erzeugen.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer wirtschaftlichen Ausführung des Prozessors 107, der in dem Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 von Fig. 1 benutzt wird. Das Richtungsgradientenmikrofonsystem von Fig. 4 schließt generell einen ersten, invertierenden Verstärker 401, einen ersten Summierer 403, einen Abschwächer 405, einen invertierenden Abschwächer 407, einen Verstärker 409, einen Integrator 411 und einen zweiten Summierer 413 ein. Einzeln ist jedes dieser in Fig. 4 repräsentierten Elemente des Prozessors 307 in der Technik wohlbekannt, deshalb wird keine weitere Beschreibung gegeben, außer um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern.
Der erste invertierende Verstärker 401 invertiert den Wert des zweiten elektrischen Signals auf der Leitung 111 proportional zum Wert des ersten und des dritten elektrischen Signals auf der Leitung 109 bzw. 113, und verstärkt das zweite elektrische Signal auf der Leitung 111, um ein invertiertes, verstärktes Signal auf der Leitung 415 zu erzeugen. Der erste Summierer summiert das erste elektrische Signal auf der Leitung 109, das dritte elektrische Signal auf der Leitung 113 und das erste invertierte, verstärkte Signal auf der Leitung 415, um ein erstes summiertes Signal auf der Leitung 417 zu erzeugen. Der Abschwächer 405 schwächt das erste elektrische Signal auf der Leitung 109 ab, um ein abgeschwächtes Signal auf der Leitung 419 zu erzeugen. Der invertierende Abschwächer 407 schwächt das dritte elektrische Signal auf der Leitung 113 ab und invertiert den Wert des dritten elektrischen Signals auf der Leitung 113 proportional zum Wert des ersten elektrischen Signals auf der Leitung 109, um ein invertiertes, abgeschwächtes Signal auf der Leitung 421 zu erzeugen. Der Verstärker 409 verstärkt das erste summierte Signal auf der Leitung 417 um eine Konstante K, um ein verstärktes Signal auf der Leitung 420 zu erzeugen. Die Konstante K repräsentiert einen Verstärkungsgrad des Verstärkers 409 proportional zum Verhältnis der Schallgeschwindigkeit zum Abstand zwischen benachbarten Mikrofonen. Der Integrator 411 integriert das verstärkte Signal auf der Leitung 420, um ein integriertes Signal auf der Leitung 423 zu erzeugen. Der Summierer 413 summiert das abgeschwächte Signal auf der Leitung 419, das invertierte, abgeschwächte Signal auf der Leitung 421 und das integrierte Signal auf der Leitung 423, um das Ausgangssignal für das Richtungsgradien­ tenmikrofonsystem auf der Leitung 131 zu erzeugen.
Der Vorteil des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels des Prozessors 107 ist, daß der Prozessor 107 eine verringerte Komplexität gegenüber der Darstellung des Prozessors 107 in Fig. 2 und 3 und dem Stand der Technik hat.
Fig. 5 zeigt ein Kommunikationssystem 500 unter Benutzung des Richtungsgra­ dientenmikrofonsystems 100 von Fig. 1. Das Kommunikationssystem 500 schließt generell das an einen Übertrager 501 gekoppelte Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 von Fig. 1 ein. Die Schalldruckquelle 117 erzeugt den Schalldruck 115 in Richtung des Richtungsgradientenmikrofonsystems 100. Im Besonderen ist der Schalldruck 115 gegen das Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 mit einem Einfallswinkel 133 von null Grad gerichtet, wie durch die Richtcharakteristik 141 veranschaulicht. Das Rich­ tungsgradientenmikrofonsystem 100 schließt eine erste 503, eine zweite 505 und eine dritte 507 Eingabeöffnung zum Empfang des Schalldrucks 115 mit dem ersten 101, zweiten 103 bzw. dritten Mikrofon ein. Das Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 verarbeitet die Eingabe von den drei Öffnungen 503, 505 und 507 unter Benutzung des Prozessors 107, um das Ausgangssignal 131 zu erzeugen. Das Ausgangssignal 131 wird einem Übertrager 501 zugeführt, wobei der Übertrager das Ausgangssignal 131 auf der Leitung 509 überträgt.
In der bevorzugten Ausführungsform ist das Kommunikationssystem 500 ein Funktelefonsystem, wobei das Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 ein nicht­ handgetragenes Mikrofon und der Übertrager 501 einen Teil der Schaltkreise des Funktelefons repräsentiert. Alternativ kann das Kommunikationssystem 500 auch ein Auftragskommunikationssystem repräsentieren, wobei das Richtungsgradienten­ mikrofonsystem 100 ein Tischmikrofon und der Übertrager 501 eine mit einem leitungsgebundenen Telefonnetzwerk verbundene Steuerung repräsentiert. Alternativ kann das Kommunikationssystem 500 auch eine Hörhilfe repräsentieren, wobei das Richtungsgradientenmikrofonsystem 100 den Schall aus einer spezifischen, vom Benutzer entfernten Richtung empfängt, und der Übertrager 501 diesen Schall zur Eingabe in das Ohr des Benutzers verarbeitet.

Claims (10)

1. Richtungsgradientenmikrofonsystem mit:
Mikrofonen (101, 103, 105), die auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, jedes der Mikrofone eine Gradientenordnung (135, 137, 139) und einen Frequenzgang hat, die im wesentlichen dieselben sind, und jedes Mikrofon ein elektrisches Signal (109, 111, 113) in Abhängigkeit von dem an jedem Mikrofon empfangenen Schalldruck (119, 121, 123) erzeugt, und
einem Prozessor (107), der die elektrischen Signale (109, 111, 113) von jedem der Mikrofone (101, 103, 105) erhält und ein Ausgangssignal (131) des Richtungs­ gradientenmikrofonsystems mit einer Gradientenordnung (141) erzeugt, die höher als die Gradientenordnung jedes der Mikrofone ist;
dadurch gekennzeichnet, daß nicht mehr als drei Mikrofone (101, 103, 105) vorgesehen sind und die Gradienten­ ordnung (141) des Ausgangssignals (131) bezogen auf die gemeinsame Achse mindestens zwei Gradientenordnungen höher als die jedes der Mikrofone ist.
2. Richtungsgradientenmikrofonsystem nach Anspruch 1, wobei das von jedem der Mikrofone (101, 103, 105) erzeugte elektrische Signal ein erstes (109), ein zweites (111) und ein drittes (113) elektrisches Signal umfaßt, die mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Mikrofon korrespondieren, und wobei der Prozessor (107), weiter enthält:
einen ersten Gradientenermittler (201), der das erste (109) und das zweite (111) elektrische Signal erhält und ein erstes Gradientensignal (207) erzeugt;
einen zweiten Gradientenermittler (203), der das zweite (111) und das dritte (113) elektrische Signal erhält und ein zweites Gradientensignal (209) erzeugt; und
einen dritten Gradientenermittler (205), der das erste (207) und das zweite (209) Gradientensignal erhält und das Ausgangssignal (131) erzeugt.
3. Richtungsgradientenmikrofonsystem nach Anspruch 2, wobei der erste Gradientenermittler (201) weiter enthält:
einen Subtrahierer (211) zum Subtrahieren des zweiten elektrischen Signals (111) vom ersten (109) elektrischen Signal, um ein subtrahiertes Signal (221) zu erzeugen;
einen Durchschnittsbilder (213) zum Bilden des Durchschnitts des ersten (109) und des zweiten (111) Signals, um ein Durchschnittssignal (223) zu erzeugen;
einen Verstärker (215) zum Verstärken des subtrahierten Signals (221), um ein verstärktes Signal (225) zu erzeugen;
einen Integrator (217) zum Integrieren des verstärkten Signals (225), um ein integriertes Signal (227) zu erzeugen; und einen Summierer (219) zum Summieren des integrierten (227) und des Durchschnittssignals (223), um das erste Gradientensignal (207) zu erzeugen.
4. Richtungsgradientenmikrofonsystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zweite Gradientenermittler (203) weiter enthält:
einen Subtrahierer (212) zum Subtrahieren des dritten (113) elektrischen Signals vom zweiten (111) elektrischen Signal, um ein subtrahiertes Signal (222) zu erzeugen;
einen Durchschnittsbilder (214) zum Bilden des Durchschnitts des zweiten (111) und des dritten (113) Signals, um ein Durchschnittssignal (224) zu erzeugen;
einen Verstärker (216) zum Verstärken des subtrahierten Signals (222), um ein verstärktes Signal (226) zu erzeugen;
einen Integrator (218) zum Integrieren des verstärkten Signals (226), um ein integriertes Signal (228) zu erzeugen; und einen Summierer (220) zum Summieren des integrierten (228) und des Durch­ schnittssignals (224), um das zweite Gradientensignal (209) zu erzeugen.
5. Richtungsgradientenmikrofonsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der dritte Gradientenermittler (205) weiter enthält:
einen Subtrahierer (229) zum Subtrahieren des zweiten Gradientensignals (209) vom ersten Gradientensignal (207), um das Ausgangssignal (131) des Richtungs­ gradientenmikrofonsystems (100) zu erzeugen.
6. Richtungsgradientenmikrofonsystem nach Anspruch 1, wobei das von jedem der Mikrofone (101, 103, 105) erzeugte elektrische Signal ein erstes (109), ein zweites (111) und ein drittes (113) elektrisches Signal umfaßt, die mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Mikrofon korrespondieren, und wobei der Prozessor (107) weiter enthält:
einen ersten, invertierenden Verstärker (401) zum Invertieren des Wertes des zweiten elektrischen Signals (111) relativ zum Wert des ersten (109) und des dritten (113) elektrischen Signals, und zum Verstärken des zweiten elektrischen Signals (111), um ein invertiertes, verstärktes Signal (415) zu erzeugen;
einen ersten Summierer (403) zum Summieren des ersten elektrischen Signals (109), des dritten elektrischen Signals (113), und des ersten invertierten, verstärkten Signals (415), um ein erstes summiertes Signal (417) zu erzeugen;
einen Abschwächer (405) zum Abschwächen des ersten elektrischen Signals (109), um ein abgeschwächtes Signal (419) zu erzeugen;
einen invertierenden Abschwächer (407) zum Invertieren des Wertes des dritten elektrischen Signals (113) relativ zum Wert des ersten elektrischen Signals (109), und zum Abschwächen des dritten elektrischen Signals (113), um ein invertiertes, abgeschwächtes Signal (421) zu erzeugen;
einen Verstärker (409) mit einem Verstärkungsgrad (K) proportional dem Verhältnis von Schallgeschwindigkeit zum Abstand zwischen benachbarten Mikrofonen, zum Verstärken des ersten, summierten Signals (417), um ein verstärktes Signal (420) zu erzeugen;
einen Integrator (411) zum Integrieren des verstärkten Signals (420), um ein integriertes Signal (423) zu erzeugen; und
einen zweiten Summierer (413) zum Summieren des abgeschwächten Signals (419), des invertierten, abgeschwächten Signals (421) und des integrierten Signals (423), um das Ausgangssignal (131) für das Richtungsgradientenmikrofonsystem (100) zu erzeugen.
7. Richtungsgradientenmikrofonsystem nach Anspruch 1, wobei das von jedem der Mikrofone (101, 103, 105) erzeugte elektrische Signal ein erstes (109), ein zweites (111) und ein drittes (113) elektrisches Signal umfaßt, die mit dem ersten, dem zweiten und dem dritten Mikrofon korrespondieren, und wobei der Prozessor (107) weiter enthält:
einen ersten (301), einen zweiten (303) und einen dritten (305) Verstärker zum Verstärken des ersten (109), des zweiten (111) und des dritten (113) elektrischen Signals um eine erste Konstante (K1), die proportional zum Verhältnis der Schallgeschwindigkeit zum Abstand zwischen benachbarten Mikrofonen ist, um ein erstes (321), ein zweites (323) und ein drittes (325) verstärktes Signal zu erzeugen;
einen ersten (318), einen zweiten (315) und einen dritten (317) Integrator zum Integrieren des ersten (321), des zweiten (323) und des dritten (325) verstärkten Signals, um ein erstes (327), ein zweites (329) und ein drittes (331) integriertes Signal zu erzeugen;
einen vierten Verstärker (307) zum Verstärken des ersten elektrischen Signals (109) um eine zweite Konstante (K2), um ein viertes verstärktes Signal (333) zu erzeugen;
einen fünften Verstärker (309) zum Verstärken des dritten elektrischen Signals (113) um eine dritte Konstante (K3) mit einem bezüglich der zweiten Konstante (K2) entgegengesetztem Vorzeichen, um ein fünftes verstärktes Signal (335) zu erzeugen;
einen sechsten Verstärker (311) zum Verstärken des zweiten elektrischen Signals (111), um eine vierte Konstante (K4), um ein sechstes verstärktes Signal (337) zu erzeugen; und einen Summierer (319) zum Summieren des ersten (327) und des dritten (331) integrierten Signals und des vierten (335), des fünften (335) und des sechsten (337) verstärkten Signals, um das Ausgangssignal (131) für das Richtungsgradienten­ mikrofonsystem (110) zu erzeugen.
8. Verfahren zum Betrieb eines Richtungsgradientenmikrofonsystems (100) mit mehreren auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Mikrofonen (101, 103, 105), von denen jedes der Mikrofone eine Gradientenordnung und einen Frequenzgang hat, die im wesentlichen dieselben sind, und jedes Mikrofon (101, 103, 105) ein elektrisches Signal (109, 111, 113) in Abhängigkeit von dem an jedem der Mikrofone empfangenen Schalldruck erzeugt, mit den Schritten:
Verarbeiten der elektrischen Signale (109, 111, 113) von jedem Mikrofon, um ein Ausgangssignal für das Richtungsgradientenmikrofonsystem mit einer Gradienten­ ordnung zu erzeugen, die höher ist als die Gradientenordnung jedes der Mikrofone;
dadurch gekennzeichnet, daß nicht mehr als drei Mikrofone (101, 103, 105) verwendet werden und die Gradienten­ ordnung (141) des Ausgangssignals (131) bezogen auf die gemeinsame Achse mindestens zwei Gradientenordnungen höher als die jedes der Mikrofone wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das von jedem der drei Mikrofone erzeugte elektrische Signal ein erstes (109), ein zweites (111) und ein drittes (113) elektrisches Signal umfaßt, das mit dem ersten (101), dem zweiten (103) bzw. dem dritten (105) Mikrofon korrespondiert, wobei der Schritt der Verarbeitung weiter die Schritte enthält:
Bestimmen eines ersten Gradientensignals (207) in Abhängigkeit vom ersten (109) und vom zweiten (111) elektrischen Signal;
Bestimmen eines zweiten Gradientensignals (209) in Abhängigkeit vom zweiten (111) und vom dritten (113) elektrischen Signal; und
Bestimmen des Ausgangssignals (131) für das Richtungsgradientenmikrofonsystem in Abhängigkeit vom ersten (207) und vom zweiten (209) Gradientensignal.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt der Verarbeitung weiter die Schritte enthält:
Invertieren des Wertes des zweiten elektrischen Signals (111) relativ zum Wert des ersten (109) und des dritten (113) elektrischen Signals, und Verstärken des zweiten elektrischen Signals (111), um ein invertiertes, verstärktes Signal (415) zu erzeugen;
Summieren des ersten elektrischen Signals (109), des dritten elektrischen Signals (113) und des ersten invertierten, verstärkten Signals (415), um ein erstes summiertes Signal (417) zu erzeugen;
Abschwächen des ersten elektrischen Signals (109), um ein abgeschwächtes Signal (419) zu erzeugen;
Invertieren des Wertes des dritten elektrischen Signals (113) relativ zum Wert des ersten elektrischen Signals (109), und Abschwächen des dritten e(ektrischen Signals (113), um ein invertiertes, abgeschwächtes Signal (421) zu erzeugen;
Verstärken des ersten, summierten Signals (417) mit einem Verstärkungsgrad (K) proportional dem Verhältnis von Schallgeschwindigkeit zum Abstand zwischen benachbarten Mikrofonen, um ein verstärktes Signal (420) zu erzeugen;
Integrieren des verstärkten Signals (420), um ein integriertes Signal (423) zu erzeugen; und
Summieren des abgeschwächten Signals (419), des invertierten, abgeschwächten Signals (421) und des integrierten Signals (423), um das Ausgangssignal (131) für das Richtungsgradientenmikrofonsystem zu erzeugen.
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