IC zur digitalen Signalverarbeitung sorgen mit Supernierencharakteristik für eine bessere Audioqualität in mit Mikrofon ausgestatteten Geräten

04.10.2012

ROHM Co hat kürzlich die Entwicklung eines IC zur digitalen Signalverarbeitung bekannt gegeben, um die Audioqualität in Geräten wie Smartphones und Fahrzeugnavigationssystemen zu verbessern. Dabei bedient sich das Unternehmen der Supernierencharakteristik, die auf der Strahlformungstechnologie mit zwei Kugelmikrofonen basiert.

Das Modell BU8332KV-M gibt Aufschluss über die spezifische Schallrichtung und bedient sich dabei der Strahlformungstechnologie mit zwei Kugelmikrofonen. Und obwohl die Technologie zur Optimierung der Richtcharakteristik mit zwei Mikrophonen bereits existiert, musste dazu bislang der Abstand zwischen den Mikrofonen erhöht werden, weshalb die Technologie ungeeignet für kompakte mobile Geräte war. Auch Verzögerungen aufgrund der digitalen Signalverarbeitung sowie Verschlechterungen der Klangqualität führten zu Problemen.

In den letzten Jahren haben Weiterentwicklungen in der Spracherkennungstechnologie zu einem wachsenden Einbau von Spracheingabesystemen in mobilen Anwendungen wie Navigationsgeräte und Smartphones geführt. Voraussichtlich wird dies noch auf die Haushaltsgeräteindustrie erweitert. Zudem steigt die Zahl der Videoanrufe und Telekonferenzen aufgrund der wirtschaftlichen Globalisierung, weshalb ein größerer Bedarf an besseren Schallbündelungstechnologien besteht. In diesen Fällen ist jedoch eine bessere Audioqualität des Nutzschalls erforderlich. Die Richtcharakteristik herkömmlicher Mikrofone basiert auf deren physischer Struktur (zylindrisch). Dies kann jedoch problematisch werden, da die Größe des Mikrofons zur Optimierung der Richtcharakteristik erhöht werden muss. Diese kann zudem nicht ohne physische Änderungen geregelt werden.

Zur Behebung dieses Problems hat ROHM erfolgreich die Umgebungsgeräusche reduziert, indem das Unternehmen die Directivity Control Technologie der DiMAGIC Corporation anwendete. Unerwünschte Geräusche werden somit durch Optimieren der Richtcharakteristik mittels Strahlformungstechnologie und durch Verschieben der Richtungsachse in Richtung des Nutzschalls eliminiert. Enthalten ist eine Geräuschunterdrückungsfunktion zur Reduzierung der übrigen Hintergrundgeräusche entlang der Richtungsachse, um die Audioqualität zu erhöhen. Dies unterscheidet sich von den Methoden, bei denen lediglich die Geräusche unterdrückt werden, da der Nutzschall hierbei verstärkt wird. Das Ergebnis ist eine erheblich verbesserte Dämpfung um mehr als 30 dB im Vergleich zu herkömmlichen Mikrofonen. Zudem können zwei Kugelmikrofone in einem Abstand von 10 mm zueinander montiert werden, wodurch sich die Technologie für kompakte mobile Geräte eignet. Durch die optimierte Verarbeitung werden Verzögerungszeiten auf weniger als 10 ms reduziert, wodurch negative Auswirkungen auf andere Anwendungen minimiert werden. Auch Form und Qualität der Richtcharakteristik lassen sich praktisch an alle Anforderungen anpassen.

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Hauptmerkmale


1. Bessere Schallaufnahme durch Supernierencharakteristik

Eine optimierte Richtcharakteristik im Vergleich zu herkömmlichen Mikrofonen wird durch unternehmenseigene Signalverarbeitungstechnologie erzielt, die zur Verstärkung des Nutzschalls entwickelt wurde. Schall auf der anderen Seite (180°) des Mikrofons (0°) wird deutlich gedämpft – um mehr als 30 dB als bei herkömmlichen Mikrofonen. Zudem lassen sich die Kugelmikrofone in einem Abstand von 10 mm montieren.

Richtcharakteristikvergleich

*Die obige Grafik ist eine visuelle Darstellung (Polardiagramm) der Richtcharakteristik. Die Zahlen um den Kreis herum stehen für die Richtung von der Mitte aus, während die Linien die Verstärkung in der jeweiligen Richtungen darstellen. In diesem Fall kommt der Nutzschall aus einem Richtungswinkel von 0°.


2. Deutlich höherer Wirkungsgrad bei der Spracherkennung

Die Umgebungsgeräusche werden ohne Verluste der Audioqualität reduziert, wodurch sich die Genauigkeit der Spracherkennung selbst in Umgebungen mit Hintergrundgeräuschen verbessert. Basierend auf den Messungen von ROHM wird die Genauigkeit der Spracherkennung bei einem Hintergrundgeräuschpegel von 55 dBSPL von 5 % auf 90 % erhöht.

Genauigkeit der Spracherkennung (BU8332KV-M)

Ohne das Modell BU8332KV-M wäre die Genauigkeit der Spracherkennung bei einem Geräuschpegel von 55 dBSPL extrem niedriger. Mit dem Modell würde selbst bei einem Hintergrundgeräuschpegel von 65 dBSPL eine Genauigkeit von 45 % erzielt werden.


3. Wählbare Richtcharakteristik

Bei der Richtcharakteristik können Sie zwischen 4 verschiedenen Typen auswählen. Es ist ebenfalls möglich, die Richtschärfe und die rückseitige Richtcharakteristik um 180° einzustellen. Diese Regelungen lassen sich über Registereinstellungen vornehmen, ohne dass die Position des Mikrofons geändert werden muss

  1. Kugelcharakteristik: Hierbei wird Schall aus allen Richtungen aufgenommen.
  2. Nierencharakteristik: Hierbei wird Schall von vorn aufgenommen und Schall von hinten wird reduziert.
  3. Supernierencharakteristik: Hierbei wird von den Seiten mehr Schall als bei der Nierencharakteristik aufgenommen.
  4. Achtercharakteristik: Hierbei wird von den Seiten mehr Schall als bei der Supernierencharakteristik aufgenommen.

4. Weitere Hauptmerkmale

  • ・Verarbeitungszeit bei der Strahlformung niedriger als 10 ms
  • ・Durch eine integrierte Geräuschunterdrückungsfunktion werden Hintergrundgeräusche entlang der Richtungsachse reduziert
  • ・Abtastfrequenz: 16 kHz
  • ・Analoge (LINEOUT) und digitale (PCM-Schnittstelle) Ausgänge
  • ・Kompatibel mit einzelnen 3,3-V-Geräten (integrierter Regler zur zentralen Stromversorgung)
  • ・Interner Vorverstärker und Vorspannungsschaltungen für Mikrofon
  • ・Zweiadriger Host-I/F
  • ・Eigenständiger Betrieb (integrierter SPI I/F für EEPROM)

Terminologie

・Strahlformung

Bei dieser Technologie werden die Phasenunterschiede von mehreren Mikrofonen zur Reduzierung von Geräuschen genutzt, die aus anderen Richtungen als der gewünschten Richtung kommen. Dabei werden Hintergrundgeräusche reduziert, wodurch die Qualität des Nutzschalls verbessert wird.

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