СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ МИКРОФОНОВ И РЕАЛИЗУЮЩАЯ ЕГО АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
METHOD FOR TESTING MICROPHONES AND THE SPEAKER SYSTEM IMPLEMENTING IT

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к области записи и воспроизведения звука и, более конкретно, к способу тестирования микрофонов и реализующей упомянутый способ акустической системе.
Уровень техники
[0002] Микрофоны в акустических системах могут некорректно работать по разным причинам, например, из-за слишком высокой/низкой интенсивности звука (запись, сделанная микрофоном слишком громкая или наоборот - тихая) или некорректного восприятия звука микрофоном (на записи слышны посторонние звуки).
[0003] Традиционным способом определения, правильно ли микрофон воспринимает звук, является воспроизведение звука с известной (эталонной) формой волны, запись воспроизводимого звука посредством микрофона, качество работы которого требуется протестировать, и сравнение фактической формы волны записанного звука с известной формой волны. Формы волн - это простой и общеизвестный способ представления звуковой информации. Звуковое восприятие каждого микрофона может быть записано как форма волны. Чем больше корреляция (совпадение), между двумя формами волн, тем выше качество восприятия звука данным микрофоном. Однако данный способ требует отдельного процесса тестирования с выполнением определенных условий, таких как отсутствие посторонних шумов и наличие громкоговорителя в акустической системе для воспроизведения звука с известной формой волны и т.д. Кроме того, данный способ не может быть выполнен в фоновом режиме. Эти и другие проблемы уровня техники решаются настоящим изобретением.
US10405115B1
«Fault detection for microphone array» («Обнаружение неисправности для массива микрофонов»)
[0004] Патент, озаглавленный и опубликованный 3 сентября 2019 года, может быть рассмотрен в качестве ближайшего уровня техники, который раскрывает способ обнаружения неисправного микрофона с использованием основанной на корреляции метрики между тремя или более микрофонами. Однако, решение, описанное в указанном патенте США, не раскрывает по меньшей мере определение оценки качества работы микрофона путем вычисления, для каждого микрофона, значения качества данного микрофона как отношение наибольшего значения корреляции данного микрофона к наибольшему значению корреляции среди всех микрофонов.
Сущность изобретения
[0005] Раскрытый в данной заявке способ тестирования микрофонов может быть выполнен в фоновом режиме без использования громкоговорителя. Для корректной работы раскрытого в данной заявке способа акустическая система должна состоять как минимум из трех микрофонов. Для того, чтобы протестировать микрофоны и идентифицировать те микрофоны, которые работают некорректно, в настоящем изобретении предлагается анализировать звук, окружающий акустическую систему, путем попарного сравнения корреляций форм волн, воспринимаемых тестируемыми микрофонами, содержащимися в акустической системе. В неограничивающем примере может быть выполнена запись окружающих звуков/шумов, например, звуков человеческой речи или любых других шумов, возникающих в окружении акустической системы, содержащей по меньшей мере три тестируемых микрофона.
[0006] В первом аспекте настоящего изобретения обеспечен способ тестирования микрофонов акустической системы, содержащей по меньшей мере три микрофона. Упомянутый способ включает в себя этапы, на которых: записывают звук каждым микрофоном из упомянутых по меньшей мере трех микрофонов, сравнивают звук, записанный одним микрофоном, со звуком, записанным каждым другим микрофоном, для получения значений корреляции записанных звуков, определяют наибольшее значение корреляции среди всех микрофонов на основе полученных значений корреляции, определяют, для каждого микрофона, наибольшее значение корреляции данного микрофона на основе соответствующего подмножества значений корреляции, которое связано с данным микрофоном, и вычисляют, для каждого микрофона, значение качества данного микрофона как отношение наибольшего значения корреляции данного микрофона к наибольшему значению корреляции среди всех микрофонов.
[0007] Во втором аспекте настоящего изобретения обеспечена акустическая система, содержащая по меньшей мере три микрофона, блок обработки и память, которые функционально связаны между собой, причем память хранит исполняемые компьютером инструкции и обрабатываемые данные, а блок обработки выполнен с возможностью, при исполнении исполняемых компьютером инструкций из памяти, побуждения акустической системы к выполнению способа согласно первому аспекту или любой дополнительной особенности первого аспекта.
[0008] Способ тестирования микрофонов акустической системы, содержащей по меньшей мере три микрофона, не требует отдельного процесса тестирования с выполнением определенных условий, таких как отсутствие посторонних шумов и наличие громкоговорителя в акустической системе для воспроизведения звука с известной формой волны. Другими словами, способ тестирования микрофонов акустической системы согласно настоящему изобретению позволяет протестировать качество работы микрофонов в фоновом режиме без использования динамика акустической системы, т.е. без обязательного воспроизведения динамиком акустической системы звука с известной формой волны. Таким образом, процедура выявления некорректного восприятия звука микрофонами акустической системы упрощается и становится более универсальной, т.е. менее требовательной к условиям ее выполнения и к конфигурации акустической системы (для тестирования микрофонов динамики не требуются). Впечатления пользователя от использования акустической системы, реализующей упомянутый способ, также улучшаются, поскольку тестирование качества работы микрофонов акустической системы проводится в фоновом режиме.
Краткое описание чертежей
[0009] Ниже приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на фигуры, на которых:
[Фиг. 1] Фигура 1 представляет собой схему последовательности этапов способа тестирования микрофонов акустической системы, содержащей по меньшей мере три микрофона, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 2] Фигура 2 представляет собой схему последовательности подэтапов этапа S110 сравнения звука, записанного одним микрофоном, со звуком, записанным каждым другим микрофоном, для получения значений корреляции записанных звуков в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 3] Фигура 3 представляет собой схему последовательности подэтапов этапа S120 определения, для каждого микрофона, наибольшего значения корреляции данного микрофона на основе соответствующего подмножества значений корреляции, которое связано с данным микрофоном, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения
[Фиг. 4] Фигура 4 представляет собой блок-схему акустической системы 200, реализующей способ, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 5] Фигура 5 представляет собой один возможный вариант размещения микрофонов 202 в корпусе акустической системы 200 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления
[0010] На Фигуре 1 показана общая схема последовательности этапов способа тестирования микрофонов акустической системы в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Данный способ может быть применен для тестирования микрофонов в акустических системах, содержащих по меньшей мере три микрофона. Способ начинается с этапа S105, на котором записывают звук каждым микрофоном из по меньшей мере трех микрофонов акустической системы. Звуком, записываемым каждым микрофоном может быть звук любого окружения акустической системы. Длительность звуковой записи может быть равна любому значению, например, но без ограничения, предопределенному значению из диапазона от ~0,1 сек до ~1 мин. Каждый записываемый звук представляется своей соответствующей формой волны. Этап S105 записи звука каждым микрофоном из упомянутых по меньшей мере трех микрофонов может дополнительно содержать этап, на котором увязывают записанный звук с соответствующим микрофоном посредством назначения идентификационной информации записанному звуку и соответствующему микрофону и сохранения этой идентификационной информации в таблице соответствия. Тем не менее, должно быть понятно, что этап увязывания звука и микрофона, который этот звук записал, не является обязательным и может быть реализован не только через внесение идентификационной информации звука и соответствующего микрофона в таблицу соответствия. В качестве неограничивающего примера данные записанного звука и информация о микрофоне, который этот звук записал, могут сохраняться в памяти/кэше для дальнейшей обработки и/или непосредственно обрабатываться «на лету».
[0011] В одном варианте осуществления этапа S105 записи звук каждым микрофоном из упомянутых по меньшей мере трех микрофонов записывают одновременно всеми микрофонами из упомянутых по меньшей мере трех микрофонов. В другом варианте осуществления этапа S105 записи звук каждым микрофоном из упомянутых по меньшей мере трех микрофонов записывают в разные моменты времени при условии, что режимы работы / ожидания акустической системы являются одинаковыми в эти разные моменты времени (например, во время каждого из разных моментов времени никакие музыкальные композиции не воспроизводятся акустической системой и т.д.) и звуки, воспринимаемые микрофонами в окружении акустической системы, относятся к одному типу звука (например, речевым звукам, музыкальным звукам или звукам иного окружения акустической системы). Способы определения того, относятся ли звуки к одному типу звуков, известны из уровня техники. В еще одном варианте осуществления этап S105 записи может выполняться по наступлению определенного события. В качестве примера, а не ограничения, определенным событием может быть воспроизведение некоторой композиции акустической системой, прием голосовой команды от пользователя, восприятие одним или более микрофонами однотипного и/или регулярного звука в течение предопределенного промежутка времени и т.д.
[0012] После выполнения этапа S105 способ переходит на этап S110, на котором сравнивают звук, записанный одним микрофоном, со звуком, записанным каждым другим микрофоном, для получения значений корреляции записанных звуков. Сравнение звуков на данном этапе S110 представляет собой сравнение форм волн этих звуков. Одна возможная реализация данного этапа S110 сравнения подробно проиллюстрирована на Фигуре 2 и будет описана далее. Как показано на Фигуре 2 выполнение этапа S110 начинается с подэтапа S110.1, на котором формируют по меньшей мере три пары микрофонов из упомянутых по меньшей мере трех микрофонов так, чтобы сформированные по меньшей мере три пары микрофонов включали в себя только уникальные пары разных микрофонов. Когда акустическая система содержит три микрофона (т.е. n=3), количество уникальных пар, которые могут быть составлены из этого количества микрофонов равно 3. Количество уникальных пар микрофонов можно рассчитать по формуле n(n-1)/2.
[0013] После выполнения подэтапа S110.1 выполнение этапа S110 переходит на подэтап S110.2, на котором сравнивают звуки (т.е. формы волн, соответствующие этим звукам), записанные микрофонами каждой из сформированных по меньшей мере трех пар микрофонов, для получения соответствующих значений корреляции записанных звуков. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения значения корреляции записанных звуков могут быть вычислены как коэффициенты корреляции Спирмана по следующей формуле:
[0014] После выполнения подэтапа S110.2 выполнение этапа S110 переходит на подэтап S110.3, на котором назначают идентификационную информацию каждой паре из сформированных по меньшей мере трех пар микрофонов. После выполнения подэтапа S110.3 выполнение этапа S110 переходит на подэтап S110.4, на котором сохраняют идентификационную информацию каждой пары из сформированных по меньшей мере трех пар микрофонов и соответствующее значение корреляции записанных звуков в таблице соответствия. Тем не менее, должно быть понятно, что подэтапы S110.2 и S110.3 не являются обязательными и могут быть реализованы не только через назначение и сохранение идентификационной информации в таблице соответствия. Альтернативные реализации данных операций, например сохранение данных в памяти/кэше для дальнейшей обработки и/или непосредственная обработка данных «на лету» являются в равной степени возможными.
[0015] Вернемся к Фигуре 1 и продолжим ее описание. После выполнения этапа S110 способ переходит на этап S115, на котором определяют наибольшее значение корреляции среди всех микрофонов на основе полученных на этапе S110 значений корреляции. В одном неограничивающем варианте реализации данный этап содержит следующие подэтапы (не показаны на фигурах), на которых ранжируют упомянутые по меньшей мере три пары микрофонов по значению корреляции и значение корреляции той пары микрофонов, которая имеет максимальное значение корреляции в результате упомянутого ранжирования, определяют в качестве наибольшего значения корреляции среди всех микрофонов. Другие способы определения наибольшего значения среди множества значений известны из уровня техники и являются в равной степени возможными.
[0016] После выполнения этапа S115 способ переходит на этап S120, на котором определяют, для каждого микрофона, наибольшее значение корреляции данного микрофона на основе соответствующего подмножества значений корреляции, которое связано с данным микрофоном. В упомянутое подмножество значений корреляции, которое связано с некоторым микрофоном, включают только те значения корреляции записанных звуков, которые получены на основе, по меньшей мере частично, звука, записанного микрофоном, для которого выполняется такое определение.
[0017] Для наглядной иллюстрации определения уникальных пар микрофонов и подмножеств значений корреляции предположим, что в некоторой акустической системе имеется три микрофона mic1, mic2 и mic3. Тогда уникальными парами микрофонов, которые необходимы для выполнения описанного выше этапа S110, будут следующие три пары: mic1-mic2, mic1-mic3 и mic2-mic3. Таким образом, для микрофона mic1 упомянутое подмножество значений корреляции включает в себя значения корреляции, определенные в парах mic1-mic2, mic1-mic3; для микрофона mic2 упомянутое подмножество значений корреляции включает в себя значения корреляции, определенные в парах mic1-mic2, mic2-mic3; и для микрофона mic3 упомянутое подмножество значений корреляции включает в себя значения корреляции, определенные в парах mic1-mic3, mic2-mic3.
[0018] Одна возможная реализация данного этапа S120 определения подробно проиллюстрирована на Фигуре 3 и будет описана далее. Как показано на Фигуре 3 выполнение этапа S120 начинается с подэтапа S120.1, на котором формируют, для каждого микрофона (например, mic1, mic2 и mic3), из сформированных по меньшей мере трех пар микрофонов (например, mic1-mic2, mic1-mic3 и mic2-mic3) соответствующее подмножество (mic1-mic2, mic1-mic3 для mic1; mic1-mic2, mic2-mic3 для mic2; и mic1-mic3, mic2-mic3 для mic3) пар микрофонов, в которое включают только те пары микрофонов, в которых любым элементом пары является требуемый микрофон.
[0019] После выполнения подэтапа S120.1 выполнение этапа S120 переходит на подэтап S120.2, на котором ранжируют, для каждого микрофона, пары микрофонов соответствующего сформированного подмножества по значению корреляции. После выполнения подэтапа S120.2 выполнение этапа S120 переходит на подэтап S120.3, на котором значение корреляции той пары микрофонов из соответствующего подмножества, которая имеет максимальное значение корреляции в результате упомянутого ранжирования, определяют, для соответствующего микрофона, в качестве наибольшего значения корреляции данного микрофона.
[0020] Вернемся к Фигуре 1 и продолжим ее описание. После выполнения этапа S120 способ переходит на этап S125, на котором вычисляют, для каждого микрофона, значение качества данного микрофона как отношение наибольшего значения корреляции данного микрофона, определенного на этапе S120 для данного микрофона, к наибольшему значению корреляции среди всех микрофонов, определенному на этапе S115. Можно сказать, что вычисленное значение качества определенного микрофона отражает степень корректности восприятия звука этим микрофоном и может использоваться акустической системой впоследствии при выполнении отладки этого микрофона.
[0021] В одном варианте осуществления способ тестирования микрофонов акустической системы, показанный на Фигурах 1-3, может дополнительно содержать опциональный этап, на котором определяют выполняется ли предопределенное условие, предъявляемое к качеству работы микрофона, каждым микрофоном из по меньшей мере трех микрофонов акустической системы на основе вычисленного значения качества соответствующего микрофона. Предопределенное условие содержит пороговое значение качества работы микрофона, предопределенное производителем акустической системы. В зависимости от пространственного расположения микрофона в акустической системе пороговые значения качества работы разных микрофонов могут быть предопределены разными. В одном варианте осуществления предопределенное условие считается выполненным, когда вычисленное значение качества работы соответствующего микрофона превышает пороговое значение качества работы микрофона, содержащееся в этом предопределенном условии. В другом варианте осуществления предопределенное условие считается выполненным, когда вычисленное значение качества работы соответствующего микрофона не превышает пороговое значение качества работы микрофона, содержащееся в этом предопределенном условии.
[0022] В случае если предопределенное условие не выполняется одним или более микрофонами из упомянутых по меньшей мере трех микрофонов акустической системы может быть выполнено выключение этого одного или более микрофонов и/или отладка параметров работы этого одного или более микрофонов. Параметры работы микрофона могут включать в себя любые регулируемые параметры микрофона, например чувствительность, частотный диапазон, направленность и т.д. Способы отладки параметров известны из уровня техники и сами по себе не являются целью данной заявки. В случае если предопределенное условие не выполняется всеми микрофонами из упомянутых по меньшей мере трех микрофонов акустической системы может быть выполнена следующая последовательность операций: оставляют работать только микрофон с наивысшим вычисленным значением качества; выполняют выключение, отладку параметров работы и включение других микрофонов; и выполняют выключение, отладку параметров работы упомянутого микрофон с наивысшим вычисленным значением качества и его включение. Другие последовательности вышеуказанных опциональных операций способа, связанных с отладкой микрофонов, следуют из вышеприведенных примеров и являются в равной степени применимыми.
[0023] Фигура 4 представляет собой блок-схему акустической системы 200, которая может быть сконфигурирована для реализации способа, описанного выше со ссылкой на фигуры 1-3, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Показанная на фигуре 4 акустическая система 200 содержит три микрофона 202, блок 204 обработки и память 206, которые функционально связаны между собой. Функциональная связь между указанными компонентами предполагает соединение этих компонентов с возможностью передачи сигналов и других данных. Акустической системой 200 может быть умная колонка, например, но без ограничения Яндекс. Станция™. В других вариантах акустической системой 200 может быть акустическая система, интегрированная в другое устройство, например смартфон, планшет, компьютер, ноутбук и т.д. Такая интегрированная акустическая система может отличаться от проиллюстрированной акустической системы 200 тем, что она содержит лишь микрофоны 202, а в качестве блока 204 обработки и памяти 206, которые необходимы для реализации раскрытого здесь способа, используются блок обработки и память, содержащиеся в устройстве, в которое акустическая система интегрирована.
[0024] Показанная на фигуре 4 акустическая система 200 содержит три микрофона 202, но данный способ в равной степени может быть применен к акустическим системам, в которых имеется более трех микрофонов 202. Конкретный неограничивающий пример установки микрофонов в акустической системе 200 показан на фигуре 5. Микрофонами 202 могут быть микрофоны любого вида, в том числе, например головные микрофоны. Блоком 204 обработки может быть, но без ограничения упомянутым, процессор, контроллер, интегральная схема специального назначения (ASIC), программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA), система на кристалле (SoC).
[0025] Память 206 может включать в себя, но без ограничения, оперативную память (ROM), постоянную память (RAM) или кэш. Память 206 акустической системы 200 или устройства, в которое акустическая система интегрирована, может хранить исполняемые компьютером инструкции и обрабатываемые данные, а блок 204 обработки выполнен с возможностью, при исполнении исполняемых компьютером инструкций из памяти, побуждения акустической системы 200, посредством соответствующих управляющих сигналов, к выполнению любого варианта осуществления раскрытого здесь способа. Кроме того, в настоящем раскрытии также предусмотрен долговременный считываемый компьютером носитель, хранящий исполняемые компьютером инструкций, побуждающие компьютер, в котором содержится акустическая система 200, к выполнению любого варианта осуществления раскрытого здесь способа.
[0026] Когда акустическая система 200 реализуется как отдельное умное устройство, например как умная колонка, акустическая система 200 может содержать другие компоненты, которые на фигурах 4 и 5 отдельно не пронумерованы и не показаны. Такими другими компонентами могут быть один или более динамиков, один или более блоков связи (Ethernet, Wi-Fi, LAN, 3G, 4G, 5G, 5G NR, WiMAX, NFC и т.д.), один или более экранов, одна или более кнопок, одна или более сенсорных панелей, один или более светодиодов (LED), один или более датчиков (бесконтактный датчик, ToF-датчик и т.д.), блок питания, аккумуляторная батарея, камера, корпус устройства и т.д. Эти компоненты могут быть функционально связаны друг с другом посредством надлежащих межсоединений.
[0027] После ознакомления с приведенным выше подробным описанием вариантов осуществления настоящего изобретения, специалисты в данной области без труда поймут другие возможные варианты осуществления и применимые модификации настоящей полезной модели. Перечисление любых элементов в данной заявке, начинающееся с терминов «содержащий» и «включающий в себя», предполагает открытый список, т.е. что могут иметь место другие элементы, которые напрямую не перечислены. Объем охраны испрашиваемый в данной заявке определен нижеследующей формулой изобретения.
Список позиционных обозначений
[0021]
200 - Умная колонка
202 - Микрофон
204 - Блок обработки
206 - Память