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ITTO20130968A1 - MICROPHONE WITH MATRIX AND METHOD OF ACQUISITION OF ACOUSTIC SIGNALS - Google Patents

MICROPHONE WITH MATRIX AND METHOD OF ACQUISITION OF ACOUSTIC SIGNALS

Info

Publication number
ITTO20130968A1
ITTO20130968A1 IT000968A ITTO20130968A ITTO20130968A1 IT TO20130968 A1 ITTO20130968 A1 IT TO20130968A1 IT 000968 A IT000968 A IT 000968A IT TO20130968 A ITTO20130968 A IT TO20130968A IT TO20130968 A1 ITTO20130968 A1 IT TO20130968A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
delays
pdm
bsk
τxk
bit streams
Prior art date
Application number
IT000968A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Roberto Sannino
Luca Spelgatti
Original Assignee
St Microelectronics Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by St Microelectronics Srl filed Critical St Microelectronics Srl
Priority to IT000968A priority Critical patent/ITTO20130968A1/en
Publication of ITTO20130968A1 publication Critical patent/ITTO20130968A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/005Electrostatic transducers using semiconductor materials
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/005Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for combining the signals of two or more microphones

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Otolaryngology (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

“MICROFONO A MATRICE E METODO DI ACQUISIZIONE DI SEGNALI ACUSTICI” "MATRIX MICROPHONE AND ACOUSTIC SIGNAL ACQUISITION METHOD"

La presente invenzione è relativa a un microfono a matrice e a un metodo di acquisizione di segnali acustici. The present invention relates to a matrix microphone and to a method for acquiring acoustic signals.

Come è noto, la diffusione dei microfoni microelettromeccanici (o microfoni MEMS, MicroElectroMechanical Systems) si sta facendo via via più ampia in molti settori per i numerosi vantaggi che offrono, specialmente il livello di miniaturizzazione e l’ottimo compromesso fra costo e prestazioni. As is known, the spread of microelectromechanical microphones (or MEMS microphones, MicroElectroMechanical Systems) is becoming increasingly widespread in many sectors due to the numerous advantages they offer, especially the level of miniaturization and the excellent compromise between cost and performance.

I microfoni microelettromeccanici comprendono normalmente una membrana che definisce un elettrodo di un condensatore. Quando la membrana si deforma in risposta a un segnale acustico, la capacità del condensatore varia e le variazioni possono essere lette e convertite in un segnale di uscita indicativo dell’ampiezza del segnale acustico. I microfoni microelettromeccanici sono perciò provvisti di interfacce di lettura, che generalmente forniscono segnali elettrici di uscita in formato PDM (Pulse Density Modulation), ossia una serie di impulsi ad alta frequenza (tipicamente da 1 MHz a 3 MHz), la cui densità temporale è indicativa dell’ampiezza del segnale di ingresso. I segnali elettrici vengono poi forniti a un’unità di elaborazione per effettuare una conversione in formato PCM (Pulse Code Modulation), che è la codifica comunemente utilizzata per i segnali audio. Microelectromechanical microphones normally comprise a membrane defining an electrode of a capacitor. When the membrane deforms in response to an acoustic signal, the capacitance of the capacitor varies and the variations can be read and converted into an output signal indicative of the amplitude of the acoustic signal. Microelectromechanical microphones are therefore equipped with reading interfaces, which generally provide electrical output signals in PDM (Pulse Density Modulation) format, i.e. a series of high frequency pulses (typically from 1 MHz to 3 MHz), whose temporal density is indicative of the amplitude of the input signal. The electrical signals are then supplied to a processing unit for conversion to PCM (Pulse Code Modulation) format, which is the commonly used coding for audio signals.

I segnali in formato PDM ad alta frequenza consentono di ottenere segnali in formato PCM con elevata precisione. High-frequency PDM format signals allow you to obtain PCM format signals with high accuracy.

I microfoni microelettromeccanici si sono dimostrati particolarmente interessanti, tra l’altro, per applicazioni in cui vengono utilizzate matrici di microfoni. In questi casi, i segnali forniti dai singoli microfoni sono raccolti da un’unica unità di elaborazione che, oltre a effettuare la conversione in formato PCM, può combinare e ulteriormente elaborare i segnali ricevuti. In particolare, è possibile implementare algoritmi cosiddetti di beamforming, ossia tecniche di filtraggio spaziale che consentono di amplificare selettivamente i segnali acustici provenienti da una determinata direzione, attenuando gli altri contributi. Algoritmi di beamforming sono frequentemente utilizzati quando la direzionalità è importante per migliorare la qualità della ricezione, ad esempio nel caso di registrazioni musicali, per il riconoscimento vocale, applicazioni di teleconferenza, web conferencing e così via. Microelectromechanical microphones have proved to be particularly interesting, among other things, for applications in which arrays of microphones are used. In these cases, the signals provided by the individual microphones are collected by a single processing unit which, in addition to converting to PCM format, can combine and further process the received signals. In particular, it is possible to implement so-called beamforming algorithms, that is spatial filtering techniques that allow to selectively amplify the acoustic signals coming from a given direction, attenuating the other contributions. Beamforming algorithms are frequently used when directionality is important to improve reception quality, for example in the case of music recordings, for speech recognition, teleconferencing applications, web conferencing, and so on.

Un algoritmo di beamforming molto diffuso è il cosiddetto beamforming per ritardo e somma (“delay and sum beamforming”). A very common beamforming algorithm is the so-called delay and sum beamforming.

Nel caso monodimensionale, l’algoritmo di beamforming per ritardo e somma viene applicato a segnali PCM raccolti mediante una pluralità di microfoni allineati lungo una direzione e sincronizzati. In pratica, i segnali PCM vengono sommati dopo essere stati ritardati in modo da compensare il diverso cammino acustico dalla sorgente acustica ai rispettivi microfoni dai quali i segnali PCM sono stati prodotti. I segnali acustici raggiungono infatti i microfoni in istanti successivi, con un ritardo che dipende essenzialmente dall’angolo fra la direzione di propagazione dei segnali acustici stessi e la direzione lungo la quale i microfoni sono allineati. Il ritardo di compensazione applicato a ciascun segnale PCM permette di sommare in modo coerente solo le componenti dovute a segnali provenienti da una specifica direzione, ottenendo così un effetto di amplificazione selettiva. L’entità del ritardo applicato determina la direzione di ascolto, ossia la direzione lungo la quale si ottiene la somma coerente dei segnali acustici. In the one-dimensional case, the beamforming algorithm for delay and sum is applied to PCM signals collected by a plurality of microphones aligned along one direction and synchronized. In practice, the PCM signals are added after being delayed in order to compensate for the different acoustic path from the acoustic source to the respective microphones from which the PCM signals were produced. The acoustic signals reach the microphones in subsequent instants, with a delay that essentially depends on the angle between the direction of propagation of the acoustic signals and the direction along which the microphones are aligned. The compensation delay applied to each PCM signal allows to add coherently only the components due to signals coming from a specific direction, thus obtaining a selective amplification effect. The amount of delay applied determines the listening direction, that is the direction along which the coherent sum of the acoustic signals is obtained.

L’algoritmo di beamforming per ritardo e somma richiede di regola interpolazioni fra campioni successivi dei segnali PCM, poiché, normalmente, il ritardo da applicare ai segnali non è multiplo della frequenza di campionamento (che, per i segnali PCM, può essere compresa fra 4 KHz e 48 KHz). The beamforming algorithm for delay and sum usually requires interpolations between successive samples of the PCM signals, since, normally, the delay to be applied to the signals is not a multiple of the sampling frequency (which, for PCM signals, can be between 4 KHz and 48 KHz).

D’altra parte, le operazioni di interpolazione possono degradare la qualità del segnale audio prodotto e, comunque, richiedono un carico computazionale non indifferente. Le risorse necessarie per assicurare sufficiente capacità di elaborazione, oltre a rappresentare un costo, incidono anche sui consumi e limitano l’autonomia dei dispositivi portatili. È quindi sentita l’esigenza di semplificare le elaborazioni richieste per eseguire algoritmi di beamforming, in modo da permettere uno sfruttamento più efficace delle matrici di microfoni microelettromeccanici. On the other hand, interpolation operations can degrade the quality of the audio signal produced and, in any case, require a considerable computational load. The resources needed to ensure sufficient processing capacity, in addition to representing a cost, also affect consumption and limit the autonomy of portable devices. The need is therefore felt to simplify the processing required to perform beamforming algorithms, in order to allow more effective exploitation of microelectromechanical microphone arrays.

Scopo della presente invenzione è fornire un microfono a matrice e un metodo di acquisizione di segnali acustici che permettano di superare o almeno attenuare le limitazioni descritte. The object of the present invention is to provide a matrix microphone and a method for acquiring acoustic signals which allow to overcome or at least mitigate the limitations described.

Secondo la presente invenzione vengono forniti un microfono a matrice e un metodo di acquisizione di segnali acustici come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 12. According to the present invention, a matrix microphone and an acoustic signal acquisition method are provided as defined in claims 1 and 12 respectively.

Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne verranno ora descritte alcune forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali: For a better understanding of the invention, some embodiments will now be described, purely by way of non-limiting example and with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 è uno schema a blocchi semplificato di un microfono a matrice in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 1 is a simplified block diagram of a matrix microphone according to an embodiment of the present invention;

- la figura 2 è uno schema a blocchi più dettagliato di una parte del microfono di figura 1; Figure 2 is a more detailed block diagram of a part of the microphone of Figure 1;

- la figura 3 è un grafico che illustra grandezze relative a microfono di figura 1; Figure 3 is a graph illustrating quantities relating to the microphone of Figure 1;

- la figura 4 è una rappresentazione schematica di una parte del microfono di figura 1 in uso; Figure 4 is a schematic representation of a part of the microphone of Figure 1 in use;

- la figura 5 è uno schema a blocchi semplificato che mostra una variante del microfono di figura 1; Figure 5 is a simplified block diagram showing a variant of the microphone of Figure 1;

- la figura 6 è uno schema a blocchi semplificato di un microfono a matrice in accordo a diversa una forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 6 is a simplified block diagram of a matrix microphone according to a different embodiment of the present invention;

- la figura 7 è uno schema a blocchi più dettagliato di una parte del microfono di figura 6; e - figure 7 is a more detailed block diagram of a part of the microphone of figure 6; And

- la figura 8 è uno schema a blocchi semplificato di un microfono a matrice in accordo a un’ulteriore diversa una forma di realizzazione della presente invenzione. - Figure 8 is a simplified block diagram of a matrix microphone according to a further different embodiment of the present invention.

Con riferimento alla figura 1, un microfono a matrice è indicato nel suo complesso con il numero 1 e comprende una pluralità di microfoni digitali 2 microelettromeccanici disposti a matrice e un’unità di elaborazione 3. With reference to Figure 1, a matrix microphone is indicated as a whole with the number 1 and comprises a plurality of digital microphones 2 arranged in a matrix and a processing unit 3.

In una forma di realizzazione, i microfoni digitali 2 sono allineati lungo una direzione X in modo da formare una matrice monodimensionale e sono fra loro distanziati ad esempio, ma non necessariamente, in modo uniforme. In particolare, microfoni digitali 2 adiacenti sono separati da una distanza D uniforme. In one embodiment, the digital microphones 2 are aligned along an X direction so as to form a one-dimensional matrix and are spaced, for example, but not necessarily, in a uniform manner. In particular, adjacent digital microphones 2 are separated by a uniform distance D.

Come mostrato in figura 2, ciascun microfono digitale 2 comprende un trasduttore elettroacustico 5 microelettromeccanico, ad esempio di tipo capacitivo a membrana, e un convertitore 6. Una proprietà elettrica di rilevamento del trasduttore elettroacustico 5 (ad esempio la capacità di un condensatore, di cui la membrana, non mostrata, forma un elettrodo) viene modificata in risposta all’interazione con un’onda acustica incidente. Il convertitore 6 legge le variazioni della proprietà elettrica di rilevamento e produce un flusso di bit nativo BSJ(per il generico J-simo microfono digitale 2) sovracampionato in formato PDM (Pulse Density Modulation). In una forma di realizzazione, in particolare, il convertitore 6 è un convertitore sigma-delta e il flusso di bit nativo BSJfornito ha una frequenza di campionamento FPDMcompresa fra 1 MHz e 3 MHz e un corrispondente periodo di campionamento τPDM(figura 3). As shown in Figure 2, each digital microphone 2 comprises a microelectromechanical electroacoustic transducer 5, for example of the membrane capacitive type, and a converter 6. An electrical sensing property of the electroacoustic transducer 5 (for example the capacitance of a capacitor, of which the membrane, not shown, forms an electrode) is modified in response to interaction with an incident acoustic wave. Converter 6 reads changes in the electrical detection property and produces a BSJ native bit stream (for the generic J-th digital microphone 2) oversampled in Pulse Density Modulation (PDM) format. In one embodiment, in particular, the converter 6 is a sigma-delta converter and the supplied BSJ native bit stream has an FPDM sampling frequency between 1 MHz and 3 MHz and a corresponding sampling period τPDM (Figure 3).

Con riferimento nuovamente alla figura 1, l’unità di elaborazione 3 comprende elementi di ritardo 7 e un processore integrato 8, che può essere, ad esempio, un microprocessore a utilizzo generico o un processore di segnali digitali DSP (Digital Signal Processor). L’unità di elaborazione 3 è configurata per applicare un algoritmo di beamforming sui segnali ricevuti dai microfoni digitali 2, in modo da consentire la selezione di una direzione di ricezione preferenziale. With reference again to Figure 1, the processing unit 3 comprises delay elements 7 and an integrated processor 8, which can be, for example, a general-purpose microprocessor or a digital signal processor DSP (Digital Signal Processor). The processing unit 3 is configured to apply a beamforming algorithm on the signals received by the digital microphones 2, so as to allow the selection of a preferential reception direction.

Gli elementi di ritardo 7 sono programmabili e, nella forma di realizzazione di figura 1, sono definiti da rispettivi elementi bistabili controllati dal processore integrato 8. The delay elements 7 are programmable and, in the embodiment of Figure 1, are defined by respective bistable elements controlled by the integrated processor 8.

Ciascun elemento di ritardo 7 è accoppiato a un rispettivo microfono digitale 2 per ricevere il corrispondente flusso di bit nativo BS1,BS2, …, BSK. Gli elementi di ritardo 7 applicano rispettivi ritardi τ1, τ2, …, τKprogrammabili ai flussi di bit nativi BS1,BS2, …, BSKricevuti e producono corrispondenti flussi di bit ritardati BS1<*>Each delay element 7 is coupled to a respective digital microphone 2 to receive the corresponding native bit stream BS1, BS2,…, BSK. The delay elements 7 apply respective programmable delays τ1, τ2,…, τK to the received native bit streams BS1, BS2,…, BSK and produce corresponding delayed bit streams BS1 <*>

,BS2<*>, …, BSK<*>. Le relazioni fra i ritardi τ1, τ2, …, τKsono determinate dal processore integrato 8 in forma di numero di campioni PDM come spiegato in dettaglio nel seguito. In pratica, i ritardi τ1, τ2, …, τKsono multipli del periodo di campionamento τPDM. , BS2 <*>,…, BSK <*>. The relations between the delays τ1, τ2,…, τK are determined by the integrated processor 8 in the form of the number of PDM samples as explained in detail below. In practice, the delays τ1, τ2,…, τK are multiples of the sampling period τPDM.

Il processore integrato 8 comprende un modulo di calcolo 10, che determina e imposta i ritardi τ1, τ2, …, τKper gli elementi di ritardo 7, uno stadio di conversione PDM-PCM 11 per ciascun microfono digitale 2 e un modulo sommatore 12. The integrated processor 8 comprises a computing module 10, which determines and sets the delays τ1, τ2,…, τK for the delay elements 7, a PDM-PCM conversion stage 11 for each digital microphone 2 and an adder module 12.

Gli stadi di conversione PDM-PCM 11 ricevono rispettivi flussi di bit ritardati BS1<*>The PDM-PCM conversion stages 11 receive respective delayed bit streams BS1 <*>

,BS2<*>, …, BSK<*>in formato PDM e forniscono rispettivi segnali audio S1,S2, …, SKmediante conversione in formato PCM (Pulse Code Modulation), che è normalmente utilizzato per la codifica dei segnali audio digitali. Il segnali audio S1,S2, …, SKpossono essere rappresentati ad esempio da numeri interi a 16 bit con frequenza di campionamento FPCMcompresa fra 4 KHz e 48 KHz e corrispondente periodo di campionamento τPCM(figura 3). , BS2 <*>,…, BSK <*> in PDM format and provide respective audio signals S1, S2,…, SK by converting to PCM (Pulse Code Modulation) format, which is normally used for encoding digital audio signals. The audio signals S1, S2,…, SK can be represented for example by 16-bit integers with sampling frequency FPCM between 4 KHz and 48 KHz and corresponding sampling period τPCM (figure 3).

Ogni stadio di conversione PDM-PCM 11 comprende un filtro passa-basso 13 e un decimatore 15. Il filtro passabasso 13 ricostruisce una forma d’onda sovracampionata a partire dal flusso di bit ritardato BS1<*>Each PDM-PCM 11 conversion stage includes a low-pass filter 13 and a decimator 15. The low-pass filter 13 reconstructs an oversampled waveform starting from the delayed bit stream BS1 <*>

,BS2<*>, …, BSK<*>ricevuto e il decimatore 15 elimina i campioni ridondanti con un fattore di decimazione M = FPDM/FPCMdato dal rapporto fra la frequenza di campionamento FPDMdei segnali in formato PDM e la frequenza di campionamento FPCMdei segnali in formato PCM. , BS2 <*>, ..., BSK <*> received and decimator 15 eliminates redundant samples with a decimation factor M = FPDM / FPCM given by the ratio between the FPDM sampling frequency of the signals in PDM format and the FPCM sampling frequency of the signals in PCM format.

I segnali audio S1,S2, …, SKvengono forniti al modulo sommatore 12, dove vengono sommati per formare un segnale audio sintetico SOUT. The audio signals S1, S2,…, SK are supplied to the summing module 12, where they are summed to form a synthetic audio signal SOUT.

Nel segnale audio sintetico SOUT, i contributi ricevuti da tutti i microfoni digitali 2 e dovuti ai segnali acustici provenienti da una direzione di ricezione preferenziale selezionata vengono sommati in modo coerente e quindi amplificati, contrariamente ai contributi provenienti da direzioni diverse. In the synthetic audio signal SOUT, the contributions received by all the digital microphones 2 and due to the acoustic signals coming from a selected preferential reception direction are added together in a coherent way and then amplified, contrary to the contributions coming from different directions.

La selezione della direzione di ricezione preferenziale e l’amplificazione sono ottenute grazie rispettivamente all’applicazione dei ritardi τ1, τ2, …, τKe alla somma dei segnali audio S1,S2, …, SK. The selection of the preferential reception direction and the amplification are obtained thanks to the application of the delays τ1, τ2, ..., τKe respectively to the sum of the audio signals S1, S2, ..., SK.

La figura 4 mostra come uno stesso fronte d’onda WF di un segnale acustico, il quale viaggia con una velocità C lungo una direzione di propagazione Pθinclinata di un angolo θ rispetto alla normale alla direzione di allineamento X dei microfoni digitali 2, raggiunga i microfoni digitali 2 stessi in istanti t1, t2, …, tKsuccessivi, che per il generico elemento J-simo della matrice di microfoni sono dati da: Figure 4 shows how the same wave front WF of an acoustic signal, which travels with a speed C along a propagation direction Pθ inclined by an angle θ with respect to the normal to the direction of alignment X of the digital microphones 2, reaches the microphones digital 2 themselves in successive instants t1, t2, ..., tK, which for the generic J-th element of the microphone matrix are given by:

tJ= t1+ (J-1)τ [1] tJ = t1 + (J-1) τ [1]

con τ = (D/C) sin θ e 1 ≤ J ≤ K (C essendo la velocità del suono nell’aria, pari a circa 340 m/s). with τ = (D / C) sin θ e 1 ≤ J ≤ K (C being the speed of sound in the air, equal to about 340 m / s).

Allo scopo di selezionare una direzione di ricezione preferenziale, corrispondente ad esempio all’angolo θ, il modulo di calcolo 10 determina i ritardi τ1, τ2, …, τKper ciascun microfono, ad esempio utilizzando la relazione [1], in modo che nel modulo sommatore 12 vengano sommati campioni che corrispondono a uno stesso fronte d’onda viaggiante nella direzione di propagazione Pθindividuata dall’angolo θ. In order to select a preferential reception direction, corresponding for example to the angle θ, the calculation module 10 determines the delays τ1, τ2,…, τK for each microphone, for example using the relation [1], so that in the module adder 12 samples corresponding to the same wave front traveling in the direction of propagation Pθ identified by the angle θ are added.

In particolare, il generico ritardo τJper il microfono digitale 2 J-simo è un numero intero dato da: In particular, the generic delay τJ for the digital microphone 2 J-th is an integer given by:

τJ= [(K-J) τ/τPDM] [2] τJ = [(K-J) τ / τPDM] [2]

dove l’operatore [] indica la funzione parte intera e τPDMè il periodo di campionamento PDM, pari a 1/FPDM(figura 3). In pratica, i ritardi τ1, τ2, …, τKindicano il numero di campioni PDM di cui occorre traslare i flussi di bit nativi BS1,BS2, …, BSKper fare in modo che i campioni dei segnali audio S1,S2, …, SKsommati nel modulo sommatore corrispondano alla ricezione di uno stesso fronte d’onda viaggiante lungo la direzione di propagazione Pθdefinita dall’angolo θ. In altre parole, con i ritardi τ1, τ2, …, τKcosì impostati la direzione di propagazione Pθviene selezionata come direzione di ricezione preferenziale. Si noti che, per come sono qui definiti, i ritardi τ1, τ2, …, τKsono numeri interi. Le corrispondenti durate effettive sono date da τ1τPDM, τ2τPDM, …, τKτPDM. where the operator [] indicates the integer part function and τPDM is the PDM sampling period, equal to 1 / FPDM (Figure 3). In practice, the delays τ1, τ2, ..., τK indicate the number of PDM samples from which it is necessary to translate the native bit streams BS1, BS2, ..., BSK to ensure that the audio signal samples S1, S2, ..., SK added into the adder module correspond to the reception of the same wave front traveling along the propagation direction Pθdefined by the angle θ. In other words, with the delays τ1, τ2,…, τK thus set, the direction of propagation Pθ is selected as the preferential reception direction. Note that, as defined here, the lags τ1, τ2,…, τK are integers. The corresponding effective durations are given by τ1τPDM, τ2τPDM,…, τKτPDM.

In linea di principio, la direzione di ricezione preferenziale è determinata in modo esatto solo se i ritardi τ1, τ2, …, τKsono multipli interi del periodo di campionamento τPDM. Tuttavia, la frequenza di campionamento FPDMa cui vengono prodotti i campioni dei flussi di bit nativi BS1,BS2, …, BSKè abbastanza elevata perché l’errore commesso utilizzando l’approssimazione al campione più vicino (ad esempio secondo la relazione [2]) sia del tutto trascurabile. In principle, the preferential reception direction is determined exactly only if the delays τ1, τ2,…, τK are integer multiples of the sampling period τPDM. However, the FPDM sampling rate from which the samples of the native bit streams BS1, BS2, ..., BSK are produced is high enough for the error made using the approximation to the nearest sample (e.g. according to relation [2]) is completely negligible.

Di fatto, quindi, l’introduzione dei ritardi τ1, τ2, …, τKprima della conversione dal formato PDM al formato PCM consente di applicare algoritmi di beamforming con precisione e risoluzione angolare soddisfacenti, senza bisogno di interpolazioni. In fact, therefore, the introduction of the delays τ1, τ2, ..., τK before the conversion from the PDM format to the PCM format allows you to apply beamforming algorithms with satisfactory precision and angular resolution, without the need for interpolations.

In una forma di realizzazione, a cui si riferisce la figura 5, gli elementi di ritardo 7 sono integrati nei microfoni digitali 2 e ricevono dall’unità di elaborazione 3 segnali di controllo indicativi dei ritardi τ1, τ2, …, τKda applicare ai flussi di bit nativi BS1,BS2, …, BSK. In an embodiment, to which Figure 5 refers, the delay elements 7 are integrated in the digital microphones 2 and receive from the processing unit 3 control signals indicative of the delays τ1, τ2, ..., τK to be applied to the native bits BS1, BS2,…, BSK.

In alcune forme di realizzazione, può essere conveniente effettuare la conversione PDM-PCM in più stadi, ad esempio per ragioni di ottimizzazione delle procedure o di acustica. In questi casi, sono presenti più filtri passa-basso e decimatori, ciascuno dei quali effettua una decimazione parziale. Il prodotto dei fattori di decimazione parziali è pari al fattore di decimazione complessivo, che è determinato dal rapporto fra la frequenza di campionamento PDM e la frequenza di campionamento PCM. Inoltre, allo scopo di eseguire algoritmi di beamforming, è possibile applicare ritardi direttamente ai flussi di bit in formato PDM a monte e, eventualmente, in fasi intermedie della conversione PDM-PCM senza perdere precisione e risoluzione angolare. In some embodiments, it may be convenient to carry out the PDM-PCM conversion in multiple stages, for example for reasons of process optimization or acoustics. In these cases, there are multiple low-pass filters and decimators, each of which performs a partial decimation. The product of the partial decimation factors is equal to the overall decimation factor, which is determined by the ratio of the PDM sample rate to the PCM sample rate. Furthermore, in order to perform beamforming algorithms, it is possible to apply delays directly to the bitstream in PDM format upstream and, possibly, in intermediate stages of the PDM-PCM conversion without losing precision and angular resolution.

Secondo la forma di realizzazione illustrata in figura 6, per esempio, un microfono a matrice 100 comprende una pluralità di microfoni digitali 102 microelettromeccanici disposti a matrice e un’unità di elaborazione 103, che è configurata per effettuare la conversione PDM-PCM in due stadi e applicare algoritmi di beamforming per selezionare una direzione di ricezione preferenziale. According to the embodiment illustrated in Figure 6, for example, a matrix microphone 100 comprises a plurality of matrix-arranged microelectromechanical digital microphones 102 and a processing unit 103, which is configured to perform PDM-PCM conversion in two stages and applying beamforming algorithms to select a preferential reception direction.

I microfoni 102 sono realizzati sostanzialmente come già descritto con riferimento alla figura 2 e forniscono rispettivi flussi di bit nativi BS1,BS2, …, BSKin formato PDM. The microphones 102 are made substantially as already described with reference to Figure 2 and provide respective native bit streams BS1, BS2,…, BSK in PDM format.

L’unità di elaborazione 103 comprende un modulo di calcolo 110, una rispettiva di linea di elaborazione 111 per ciascun microfono digitale 102 nella matrice e un modulo sommatore 112. The processing unit 103 comprises a calculation module 110, a respective processing line 111 for each digital microphone 102 in the matrix and an adder module 112.

Il modulo di calcolo 110 determina ritardi τ1, τ2, …, τKda applicare ai flussi di bit nativi BS1,BS2, …, BSKper selezionare una direzione di ricezione preferenziale mediante un algoritmo di beamforming, sostanzialmente come descritto in precedenza. The computation module 110 determines delays τ1, τ2,…, τK to be applied to the native bit streams BS1, BS2,…, BSK to select a preferential reception direction by means of a beamforming algorithm, substantially as previously described.

Le linee di elaborazione 111 ricevono e convertono rispettivi flussi di bit nativi BS1,BS2, …, BSKin segnali audio S1,S2, …, SKmediante una procedura di conversione a più stadi. The processing lines 111 receive and convert respective native bit streams BS1, BS2,…, BSK into audio signals S1, S2,…, SK by means of a multi-stage conversion procedure.

I segnali audio S1,S2, …, SK, che sono allineati secondo i ritardi τ1, τ2, …, τKdeterminati dal modulo di calcolo 110, vengono forniti al modulo sommatore 112, che fornisce un segnale audio sintetico SOUT, in cui i contributi dovuti ai segnali acustici provenienti dalla direzione di ricezione preferenziale sono amplificati, diversamente dai contributi provenienti da altre direzioni. The audio signals S1, S2, ..., SK, which are aligned according to the delays τ1, τ2, ..., τK determined by the computation module 110, are supplied to the summing module 112, which supplies a synthetic audio signal SOUT, in which the contributions due the acoustic signals coming from the preferential reception direction are amplified, unlike the contributions coming from other directions.

Le linee di elaborazione 111 hanno uguale struttura e una di esse, in particolare la linea di elaborazione J-sima, è illustrata in figura 8 a titolo di esempio. Ciascuna linea di elaborazione 111 comprende un primo elemento di ritardo 107a, un primo stadio di conversione PDM-PCM 111a, un secondo elemento di ritardo 107b, un secondo stadio di conversione PDM-PCM 111b e un modulo di scomposizione 114. The processing lines 111 have the same structure and one of them, in particular the processing line J-th, is illustrated in Figure 8 by way of example. Each processing line 111 comprises a first delay element 107a, a first PDM-PCM conversion stage 111a, a second delay element 107b, a second PDM-PCM conversion stage 111b and a scrambling module 114.

Il primo stadio di conversione PDM-PCM 111a comprende, in cascata, un primo filtro passa-basso 113a e un primo decimatore 115a, avente un primo fattore di decimazione M1. The first PDM-PCM conversion stage 111a comprises, in cascade, a first low-pass filter 113a and a first decimator 115a, having a first decimation factor M1.

Il secondo stadio di conversione PDM-PCM 111b è disposto in serie al primo stadio di conversione e comprende, in cascata, un secondo filtro passa-basso 113b e un secondo decimatore 115b, avente un secondo fattore di decimazione M2. The second PDM-PCM conversion stage 111b is arranged in series with the first conversion stage and comprises, in cascade, a second low-pass filter 113b and a second decimator 115b, having a second decimation factor M2.

Il prodotto del primo fattore di decimazione M1e del secondo fattore di decimazione M2dà un fattore di decimazione complessivo M delle linee di elaborazione 111: The product of the first decimation factor M1 and the second decimation factor M2 gives an overall decimation factor M of the processing lines 111:

M = M1* M2M = M1 * M2

Il fattore di decimazione complessivo M è inoltre pari al rapporto fra la frequenza di campionamento FPDMdei flussi di bit nativi BS1,BS2, …, BSKe la frequenza di campionamento FPCMdei segnali audio S1,S2, …, SK. The overall decimation factor M is also equal to the ratio between the sampling frequency FPDM of the native bit streams BS1, BS2,…, BSK and the sampling frequency FPCM of the audio signals S1, S2,…, SK.

Il primo elemento di ritardo 107a e il secondo elemento di ritardo 107b sono disposti a monte rispettivamente del primo filtro passa-basso 113a e del secondo filtro passa-basso 113b e sono programmabili per applicare rispettivamente un primo ritardo τJ1e un secondo ritardo τJ2ai segnali ricevuti in ingresso. The first delay element 107a and the second delay element 107b are arranged respectively upstream of the first low-pass filter 113a and of the second low-pass filter 113b and are programmable to apply a first delay τJ1 and a second delay τJ2 respectively to the signals received in entrance.

Il primo ritardo τJ1e il secondo ritardo τJ2sono determinati dal modulo di scomposizione 114 in modo che siamo rispettate le condizioni: The first delay τJ1 and the second delay τJ2 are determined by the decomposition module 114 so that the conditions are met:

τJ= τJ1+ M2* τJ2τJ = τJ1 + M2 * τJ2

0 ≤ τJ1≤ M1-1 0 ≤ τJ1≤ M1-1

A questo scopo, il modulo di scomposizione 114 può ad esempio eseguire le operazioni seguenti: For this purpose, the decomposition module 114 can, for example, perform the following operations:

τJ1= τJmod M1τJ1 = τJmod M1

τJ2= (τJ- τJ1)/M1τJ2 = (τJ- τJ1) / M1

dove l’operatore mod fornisce il resto della divisione fra interi. where the mod operator provides the remainder of the division between integers.

Si intende tuttavia che, in una diversa forma di realizzazione, la scomposizione fra primi ritardi τ11, τ21, …, τK1e secondi ritardi τ12, τ22, …, τK2può essere effettuata direttamente dal modulo di calcolo 110 e i valori forniti rispettivamente ai primi elementi di ritardo 107a e ai secondi elementi di ritardo 107b (ad esempio, un modulo di scomposizione può essere incorporato nel modulo di calcolo 110). However, it is understood that, in a different embodiment, the decomposition between first delays τ11, τ21, ..., τK1 and second delays τ12, τ22, ..., τK2 can be carried out directly by the calculation module 110 and the values provided respectively to the first delay elements 107a and the second delay elements 107b (for example, a decomposition module can be incorporated into the computation module 110).

Anche con la soluzione appena descritta, la risoluzione angolare dipende essenzialmente dalla frequenza di campionamento FPDMe non è necessario ricorrere a tecniche di interpolazione. Even with the solution described above, the angular resolution essentially depends on the FPDM sampling frequency and it is not necessary to resort to interpolation techniques.

È particolarmente vantaggioso il caso in cui il primo fattore di decimazione M1è pari 8 e i primi ritardi τ11, τ21, …, τK1sono compresi fra 0 e 7. I dati prodotti in questo modo, infatti, sono sempre allineati per byte ed è quindi agevole implementare le successive fasi di ritardo, filtraggio e decimazione via programma. It is particularly advantageous the case in which the first decimation factor M1 is equal to 8 and the first delays τ11, τ21, ..., τK1 are between 0 and 7. The data produced in this way, in fact, are always aligned by byte and it is therefore easy to implement the subsequent phases of delay, filtering and decimation by program.

Come già accennato in precedenza, inoltre, anche in questo caso i primi elementi di ritardo 107a possono essere integrati nei microfoni microelettromeccanici 112, che quindi possono produrre dati allineati per byte. Furthermore, as already mentioned previously, also in this case the first delay elements 107a can be integrated in the microelectromechanical microphones 112, which can therefore produce data aligned by byte.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura 8, un microfono a matrice 200 comprende una pluralità di microfoni digitali 202a, 202b formanti una matrice bidimensionale. In particolare, primi microfoni digitali 202a sono allineati lungo una prima direzione X e forniscono primi flussi di bit nativi BSX1,BSX2, …, BSXKcon una frequenza di campionamento PDM. Secondi microfoni digitali 202b sono allineati lungo una seconda direzione Y, perpendicolare alla direzione X, e forniscono secondi flussi di bit nativi BSY1,BSV2, …, BSVKcon la stessa frequenza di campionamento PDM dei primi flussi di bit nativi BSX1,BSX2, …, BSXK. In the embodiment illustrated in Figure 8, a matrix microphone 200 comprises a plurality of digital microphones 202a, 202b forming a two-dimensional matrix. In particular, first digital microphones 202a are aligned along a first direction X and provide first native bit streams BSX1, BSX2,…, BSXK with a PDM sampling rate. Second digital microphones 202b are aligned along a second Y direction, perpendicular to the X direction, and provide second native bit streams BSY1, BSV2, ..., BSVK with the same PDM sampling rate as the first native bit streams BSX1, BSX2, ..., BSXK .

Il microfono a matrice 200 comprende, inoltre, un’unità di elaborazione 203, avente un modulo di calcolo 210 e, per ciascun microfono digitale 202a, 202b, una rispettiva linea di elaborazione 211. The matrix microphone 200 also comprises a processing unit 203, having a computing module 210 and, for each digital microphone 202a, 202b, a respective processing line 211.

Il modulo di calcolo 210 determina ritardi τX1, τX2, …, τXKin modo da allineare campioni dei primi flussi di bit nativi BSX1,BSX2, …, BSXKprodotti da uno stesso fronte d’onda viaggiante in una direzione di propagazione e incidente sui primi microfoni digitali 202a; e ritardi τY1, τY2, …, τYKin modo da allineare campioni dei secondi flussi di bit nativi BSY1,BSY2, …, BSYKprodotti dallo stesso fronte d’onda incidente sui secondi microfoni digitali 202b. La direzione di propagazione del fronte d’onda viene così selezionata come direzione di ricezione preferenziale sia per i primi microfoni digitali 202a, sia per i secondi microfoni digitali 202b. The computation module 210 determines delays τX1, τX2, ..., τXK in order to align samples of the first native bit streams BSX1, BSX2, ..., BSXK produced by the same wave front traveling in a direction of propagation and incident on the first digital microphones 202a; and delays τY1, τY2, ..., τYK in order to align samples of the second native bit streams BSY1, BSY2, ..., BSYK produced by the same wave front incident on the second digital microphones 202b. The wave front propagation direction is thus selected as the preferred reception direction for both the first digital microphones 202a and for the second digital microphones 202b.

Le linee di elaborazione 211 applicano i ritardi τX1, τX2, …, τXKai primi flussi di bit nativi BSX1,BSX2, …, BSXKe i ritardi τY1, τY2, …, τYKai secondi flussi di bit nativi BSY1,BSY2, …, BSYKed effettuano la conversione PDM-PCM mediante filtraggio e decimazione a uno o più stadi sostanzialmente come già descritto, fornendo così primi segnali audio SX1,SX2, …, SXKe secondi segnali audio SY1,SY2, …, SYK. I primi segnali audio SX1,SX2, …, SXKe i secondi segnali audio SY1,SY2, …, SYKvengono tutti sommati dal nodo sommatore 212, che fornisce un segnale audio sintetico SOUTin cui i contributi forniti sia dai primi microfoni digitali 202a, sia dai secondi microfoni digitali 202b e dovuti a segnali acustici provenienti dalla direzione di ricezione preferenziale sono amplificati, contrariamente agli altri contributi. Processing lines 211 apply the delays τX1, τX2, ..., τXK to the first native bit streams BSX1, BSX2, ..., BSXK and the delays τY1, τY2, ..., τYK to the second native bit streams BSY1, BSY2, ..., BSYKed perform the PDM-PCM conversion by filtering and decimation at one or more stages substantially as already described, thus providing first audio signals SX1, SX2,…, SXK and second audio signals SY1, SY2,…, SYK. The first audio signals SX1, SX2, ..., SXK and the second audio signals SY1, SY2, ..., SYK are all summed by the summing node 212, which provides a synthetic SOUT audio signal in which the contributions provided by both the first digital microphones 202a and by the second digital microphones 202b and due to acoustic signals coming from the preferential reception direction are amplified, contrary to the other contributions.

Il dispositivo e il metodo descritti permettono di implementare algoritmi di beamforming in modo semplice e con impiego di risorse estremamente contenuto. Allo stesso tempo, la rilevazione dei segnali è accurata e la risoluzione angolare è elevata. The described device and method make it possible to implement beamforming algorithms in a simple way and with extremely limited use of resources. At the same time, the signal detection is accurate and the angular resolution is high.

Grazie all’introduzione degli elementi di ritardo a monte della conversione PDM-PCM, l’esecuzione di algoritmi di beamforming può essere ridotta a traslazioni temporali e somme fra interi, che richiedono pochissimo consumo in termini sia di tempo, sia di energia. In particolare, è possibile sfruttare l’elevata frequenza di campionamento PDM per produrre campioni esatti e correttamente allineati per impostare la direzione di ricezione preferenziale desiderata senza bisogno di interpolazioni. Thanks to the introduction of delay elements upstream of the PDM-PCM conversion, the execution of beamforming algorithms can be reduced to temporal translations and sums between integers, which require very little consumption in terms of both time and energy. In particular, it is possible to take advantage of the high PDM sampling rate to produce exact and correctly aligned samples to set the desired preferential reception direction without the need for interpolations.

Risulta infine evidente che al dispositivo e al metodo descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the described device and method, without departing from the scope of the present invention, as defined in the attached claims.

In particolare, gli elementi di ritardo, i filtri passa-basso e i decimatori utilizzati per le traslazioni temporali dei segnali e per la conversione PDM-PCM possono essere realizzati mediante appositi circuiti dedicati oppure via programma utilizzando, ad esempio, un processore di segnali digitali o un microprocessore. In particular, the delay elements, the low-pass filters and the decimators used for the time translations of the signals and for the PDM-PCM conversion can be realized by means of dedicated dedicated circuits or by program using, for example, a digital signal processor or a microprocessor.

Nel caso di conversione PDM-PCM a più stadi, elementi di ritardo possono essere presenti in ciascuno stadio oppure solo in alcuni stadi. In alternativa, è anche possibile utilizzare un solo elemento di ritardo per ciascun microfono digitale, a monte del primo stadio di conversione PDM-PCM. In the case of multi-stage PDM-PCM conversion, delay elements may be present in each stage or only in some stages. Alternatively, it is also possible to use a single delay element for each digital microphone, upstream of the first PDM-PCM conversion stage.

Anche nel caso di conversione PDM-PCM a più stadi i primi elementi di ritardo possono essere integrati nei microfoni digitali. Even in the case of multi-stage PDM-PCM conversion, the first delay elements can be integrated into the digital microphones.

Claims (17)

RIVENDICAZIONI 1. Microfono a matrice comprendente: una pluralità di microfoni digitali (2; 102; 202) disposti lungo almeno una direzione di allineamento a formare una matrice e configurati per fornire rispettivi flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) in formato Pulse Density Modulation con una prima frequenza (FPDM), in risposta a segnali acustici (WF); un’unità di elaborazione (2; 103; 203), configurata per convertire i flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) dal formato Pulse Density Modulation in segnali audio (S1,S2, …, SK; SX1,SX2, …, SXK, SY1,SV2, …, SVK) in formato Pulse Code Modulation con una seconda frequenza (FPCM), minore della prima frequenza (FPDM), e per determinare rispettivi ritardi (τ1, τ2, …, τK; τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) da applicare ai flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) in modo da allineare i segnali audio (S1,S2, …, SK; SX1,SX2, …, SXK, SY1,SV2, …, SVK) in accordo a un algoritmo di beamforming; una pluralità di elementi di ritardo (7; 107a, 107b) configurati per applicare i rispettivi ritardi (τ1, τ2, …, τK; τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) ai flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) prima della conversione in formato Pulse Code Modulation. CLAIMS 1. Matrix microphone comprising: a plurality of digital microphones (2; 102; 202) arranged along at least one direction of alignment to form a matrix and configured to provide respective native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1 , BSV2,…, BSVK) in Pulse Density Modulation format with a first frequency (FPDM), in response to acoustic signals (WF); a processing unit (2; 103; 203), configured to convert native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1, BSV2, ..., BSVK) from Pulse Density format Modulation in audio signals (S1, S2, ..., SK; SX1, SX2, ..., SXK, SY1, SV2, ..., SVK) in Pulse Code Modulation format with a second frequency (FPCM), lower than the first frequency (FPDM), and to determine respective delays (τ1, τ2, ..., τK; τX1, τX2, ..., τXK, τY1, τY2, ..., τYK) to be applied to native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1, BSV2, ..., BSVK) in order to align the audio signals (S1, S2, ..., SK; SX1, SX2, ..., SXK, SY1, SV2, ..., SVK) according to an algorithm of beamforming; a plurality of delay elements (7; 107a, 107b) configured to apply the respective delays (τ1, τ2, ..., τK; τX1, τX2, ..., τXK, τY1, τY2, ..., τYK) to the native bit streams ( BS1, BS2,…, BSK; BSX1, BSX2,…, BSXK, BSY1, BSV2,…, BSVK) before converting to Pulse Code Modulation format. 2. Microfono secondo la rivendicazione 1, in cui l’unità di elaborazione (3; 103; 203) comprende una pluralità di stadi di conversione PDM-PCM (11; 111a, 111b; 211) e gli elementi di ritardo (7; 107a, 107b) sono disposti fra rispettivi microfoni digitali (2; 102) e rispettivi stadi di conversione PDM-PCM (11; 111a, 11b; 211). Microphone according to claim 1, wherein the processing unit (3; 103; 203) comprises a plurality of PDM-PCM conversion stages (11; 111a, 111b; 211) and the delay elements (7; 107a , 107b) are arranged between respective digital microphones (2; 102) and respective PDM-PCM conversion stages (11; 111a, 11b; 211). 3. Microfono secondo la rivendicazione 2, in cui gli stadi di conversione PDM-PCM (11; 111a, 11b; 211) comprendono rispettivi decimatori (15; 115a, 115b) e gli elementi di ritardo (7; 107a, 107b) sono disposti fra rispettivi microfoni digitali (2; 102) e rispettivi decimatori (15; 115a, 115b). Microphone according to claim 2, wherein the PDM-PCM conversion stages (11; 111a, 11b; 211) comprise respective decimators (15; 115a, 115b) and the delay elements (7; 107a, 107b) are arranged between respective digital microphones (2; 102) and respective decimators (15; 115a, 115b). 4. Microfono secondo la rivendicazione 3, in cui gli stadi di conversione PDM-PCM comprendono primi stadi di conversione PDM-PCM (111a) e secondi stadi di conversione PDM-PCM (111b) in cascata a rispettivi primi stadi di conversione PDM-PCM (111a); e in cui gli elementi di ritardo comprendono primi elementi di ritardo (107a), fra rispettivi microfoni digitali (102) e rispettivi primi stadi di conversione PDM-PCM (111a), e secondi elementi di ritardo (107b), fra rispettivi primi stadi di conversione PDM-PCM (111a) e rispettivi secondi stadi di conversione PDM-PCM (111b). Microphone according to claim 3, wherein the PDM-PCM conversion stages comprise first PDM-PCM conversion stages (111a) and second PDM-PCM conversion stages (111b) in cascade to respective first PDM-PCM conversion stages (111a); and in which the delay elements comprise first delay elements (107a), between respective digital microphones (102) and respective first PDM-PCM conversion stages (111a), and second delay elements (107b), between respective first stages of PDM-PCM conversion (111a) and respective second PDM-PCM conversion stages (111b). 5. Microfono secondo la rivendicazione 4, comprendente un modulo di scomposizione (114) configurato per scomporre i ritardi (τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) in primi ritardi (τX1, τX2, …, τXK) e secondi ritardi (τY1, τY2, …, τYK) e per fornire i primi ritardi (τX1, τX2, …, τXK) a rispettivi primi elementi di ritardo (107a) e i secondi ritardi (τY1, τY2, …, τYK) a rispettivi secondi elementi di ritardo (107b). 5. Microphone according to claim 4, comprising a decomposition module (114) configured to decompose the delays (τX1, τX2,…, τXK, τY1, τY2,…, τYK) into first delays (τX1, τX2,…, τXK) and second delays (τY1, τY2, ..., τYK) and to provide the first delays (τX1, τX2, ..., τXK) to respective first delay elements (107a) and the second delays (τY1, τY2, ..., τYK) to respective second delay elements (107b). 6. Microfono secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui i decimatori comprendono primi decimatori (115a), aventi un primo fattore di decimazione (M1), nei primi stadi di conversione PDM-PCM (111a) e secondi decimatori (115b), aventi un secondo fattore di decimazione (M2), nei secondi stadi di conversione PDM-PCM (111b). Microphone according to claim 4 or 5, wherein the decimators comprise first decimators (115a), having a first decimation factor (M1), in the first PDM-PCM conversion stages (111a) and second decimators (115b), having a second decimation factor (M2), in the second PDM-PCM conversion stages (111b). 7. Microfono secondo la rivendicazione 6, in cui i primi ritardi (τX1, τX2, …, τXK) sono minori del primo fattore di decimazione (M1). Microphone according to claim 6, wherein the first delays (τX1, τX2,…, τXK) are smaller than the first decimation factor (M1). 8. Microfono secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui gli elementi di ritardo sono configurati per ricevere rispettivi flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) e rispettivi ritardi (τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) e per fornire rispettivi flussi di bit ritardati (BS1<*> ,BS2<*>, …, BSK<*>), ritardati di un numero di campioni corrispondente ai rispettivi ritardi (τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK). Microphone according to claim 6 or 7, wherein the delay elements are configured to receive respective native bit streams (BS1, BS2,…, BSK; BSX1, BSX2,…, BSXK, BSY1, BSV2,…, BSVK) and respective delays (τX1, τX2, ..., τXK, τY1, τY2, ..., τYK) and to provide respective delayed bit streams (BS1 <*> , BS2 <*>,…, BSK <*>), delayed by a number of samples corresponding to the respective delays (τX1, τX2,…, τXK, τY1, τY2,…, τYK). 9. Microfono secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i ritardi (τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) corrispondono a rispettivi numeri di campioni dei flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK). 9. Microphone according to any one of the preceding claims, wherein the delays (τX1, τX2, ..., τXK, τY1, τY2, ..., τYK) correspond to respective sample numbers of the native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK ; BSX1, BSX2,…, BSXK, BSY1, BSV2,…, BSVK). 10. Microfono secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno alcuni degli elementi di ritardo (7) sono integrati nei microfoni digitali (2). Microphone according to any one of the preceding claims, wherein at least some of the delay elements (7) are integrated in the digital microphones (2). 11. Microfono secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’unità di elaborazione (3; 103; 203) comprende un modulo sommatore (12; 112; 212) configurato per sommare i segnali audio (S1,S2, …, SK; SX1,SX2, …, SXK, SY1,SV2, …, SVK) allineati. Microphone according to any one of the preceding claims, wherein the processing unit (3; 103; 203) comprises an adder module (12; 112; 212) configured to sum the audio signals (S1, S2,…, SK; SX1, SX2,…, SXK, SY1, SV2,…, SVK) aligned. 12. Metodo di acquisizione di segnali acustici comprendente: convertire segnali acustici (WF) in flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) in formato Pulse Density Modulation con una prima frequenza (FPDM), mediante una pluralità di microfoni digitali (2; 102; 202) disposti lungo almeno una direzione di allineamento a formare una matrice; convertire i flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) dal formato Pulse Density Modulation in segnali audio (S1,S2, …, SK; SX1,SX2, …, SXK, SY1,SV2, …, SVK) in formato Pulse Code Modulation con una seconda frequenza (FPCM), minore della prima frequenza (FPDM); determinare rispettivi ritardi (τ1, τ2, …, τK; τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) da applicare ai flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) in modo da allineare i segnali audio (S1,S2, …, SK; SX1,SX2, …, SXK, SY1,SV2, …, SVK) in accordo a un algoritmo di beamforming; applicare i rispettivi ritardi (τ1, τ2, …, τK; τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) ai flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) prima di convertire i flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) dal formato Pulse Density Modulation in segnali audio (S1,S2, …, SK; SX1,SX2, …, SXK, SY1,SV2, …, SVK) in formato Pulse Code Modulation. 12. A method of acquiring acoustic signals comprising: convert acoustic signals (WF) into native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1, BSV2, ..., BSVK) in Pulse Density Modulation format with a first frequency (FPDM), by a plurality of digital microphones (2; 102; 202) arranged along at least one direction of alignment to form a matrix; convert native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1, BSV2, ..., BSVK) from Pulse Density Modulation format into audio signals (S1, S2, ..., SK; SX1, SX2,…, SXK, SY1, SV2,…, SVK) in Pulse Code Modulation format with a second frequency (FPCM), lower than the first frequency (FPDM); determine respective delays (τ1, τ2, ..., τK; τX1, τX2, ..., τXK, τY1, τY2, ..., τYK) to be applied to the native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1, BSV2,…, BSVK) in order to align the audio signals (S1, S2,…, SK; SX1, SX2,…, SXK, SY1, SV2,…, SVK) according to a beamforming algorithm; apply the respective delays (τ1, τ2,…, τK; τX1, τX2,…, τXK, τY1, τY2,…, τYK) to the native bit streams (BS1, BS2,…, BSK; BSX1, BSX2,…, BSXK , BSY1, BSV2,…, BSVK) before converting native bit streams (BS1, BS2,…, BSK; BSX1, BSX2,…, BSXK, BSY1, BSV2,…, BSVK) from Pulse Density Modulation format into audio signals (S1, S2,…, SK; SX1, SX2,…, SXK, SY1, SV2,…, SVK) in Pulse Code Modulation format. 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui convertire i flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) comprende decimare i flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) e i rispettivi ritardi (τ1, τ2, …, τK; τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) sono applicati ai flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) prima di decimare. The method according to claim 12, wherein converting the native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1, BSV2, ..., BSVK) comprises decimating the native bit streams (BS1 , BS2,…, BSK; BSX1, BSX2,…, BSXK, BSY1, BSV2,…, BSVK) and the respective delays (τ1, τ2,…, τK; τX1, τX2,…, τXK, τY1, τY2,…, τYK ) are applied to native bit streams (BS1, BS2,…, BSK; BSX1, BSX2,…, BSXK, BSY1, BSV2,…, BSVK) before decimating. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui convertire i flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) comprende utilizzare un primo stadio di conversione PDM-PCM (111a) e un secondo stadio di conversione PDM-PCM (111b); e in cui applicare i rispettivi ritardi (τ1, τ2, …, τK; τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) ai flussi di bit nativi (BS1,BS2, …, BSK; BSX1,BSX2, …, BSXK, BSY1,BSV2, …, BSVK) comprende scomporre i ritardi (τX1, τX2, …, τXK,τY1, τY2, …, τYK) in primi ritardi (τX1, τX2, …, τXK) e secondi ritardi (τY1, τY2, …, τYK) e utilizzare i primi ritardi (τX1, τX2, …, τXK) nel primo stadio di conversione PDM-PCM (111a) e i secondi ritardi (τY1, τY2, …, τYK) nel secondo stadio di conversione PDM-PCM (111b). The method according to claim 13, wherein converting the native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1, BSV2, ..., BSVK) comprises using a first PDM- conversion stage PCM (111a) and a second PDM-PCM conversion stage (111b); and in which to apply the respective delays (τ1, τ2, ..., τK; τX1, τX2, ..., τXK, τY1, τY2, ..., τYK) to the native bit streams (BS1, BS2, ..., BSK; BSX1, BSX2, ..., BSXK, BSY1, BSV2, ..., BSVK) includes breaking down delays (τX1, τX2, ..., τXK, τY1, τY2, ..., τYK) into first delays (τX1, τX2, ..., τXK) and second delays (τY1 , τY2, ..., τYK) and use the first delays (τX1, τX2, ..., τXK) in the first PDM-PCM conversion stage (111a) and the second delays (τY1, τY2, ..., τYK) in the second PDM conversion stage -PCM (111b). 15. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui decimare comprende eseguire una prima decimazione con un primo fattore di decimazione (M1) nel primo stadio di conversione PDM-PCM (111a) e una seconda decimazione con un secondo fattore di decimazione (M2) nel secondo stadio di conversione PDM-PCM (111b). Method according to claim 14, wherein decimating comprises performing a first decimation with a first decimation factor (M1) in the first PDM-PCM conversion stage (111a) and a second decimation with a second decimation factor (M2) in the second stage of PDM-PCM conversion (111b). 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui i primi ritardi (τX1, τX2, …, τXK) sono minori del primo fattore di decimazione (M1). Method according to claim 15, wherein the first delays (τX1, τX2,…, τXK) are smaller than the first decimation factor (M1). 17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 16, comprendente sommare i segnali audio (S1,S2, …, SK; SX1,SX2, …, SXK, SY1,SV2, …, SVK) allineati.Method according to any one of claims 12 to 16, comprising adding the aligned audio signals (S1, S2,…, SK; SX1, SX2,…, SXK, SY1, SV2,…, SVK).
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CN102074245B (en) * 2011-01-05 2012-10-10 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Dual-microphone-based speech enhancement device and speech enhancement method

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