ITTO20130028A1

ITTO20130028A1 - Mikrofonanordnung mit verbesserter richtcharakteristik

Info

Publication number: ITTO20130028A1
Application number: IT000028A
Authority: IT
Inventors: Jens Groh
Original assignee: Inst Rundfunktechnik Gmbh
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-07-12
Also published as: WO2014108492A1; CN104969569B; EP2944094A1; JP6253669B2; EP2944094B1; US20150358722A1; US9426561B2; JP2016507172A; CN104969569A

Description

Titolo: Dispositivo microfonico con risposta direzionale migliorata

Introduzione

L’invenzione ha per oggetto un dispositivo microfonico provvisto di almeno due microfoni e di un circuito per il trattamento dei segnali volto a ricavare un segnale microfonico virtuale dai segnali microfonici dei (minimo) due predetti microfoni. L’invenzione ha per oggetto anche il detto circuito per il trattamento dei segnali. La pubblicata domanda di brevetto statunitense US2004/0076301 descrive un dispositivo microfonico come quello di cui al preambolo di rivendicazione 1. Scopo del detto dispositivo microfonico noto è quello di effettuare una registrazione binaurale, in modo da ottenere una riproduzione audio 3D destinata a un ascoltatore.

Descrizione dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è tuttavia quello di proporre un dispositivo microfonico la cui risposta direzionale possa essere modificata a piacimento. Un obiettivo potrebbe essere ad es. quello di mantenere, su un intervallo di frequenza più ampio, detta risposta direzionale in larga misura costante.

A tal scopo, il dispositivo microfonico proposto dall’invenzione presenta le caratteristiche di cui alle rivendicazione 1. Il circuito per il trattamento dei segnali proposto dall’invenzione presenta le caratteristiche di cui alla rivendicazione 18.

L’invenzione è motivata da dispositivi esistenti, costituiti da svariati microfoni i cui segnali vengono miscelati (array microfonici). In genere, siffatti dispositivi sono intesi ad accrescere la direzionalità rispetto a un microfono singolo. Direzionalità significa che il suono proveniente da una direzione voluta (direzione principale) viene ripreso in modo amplificato, mentre il suono in arrivo da altre direzioni viene ripreso in maniera attenuata. Possono esserci, eventualmente, anche più direzioni volute. La direzionalità di siffatti dispositivi si basa sul tempo di propagazione del suono, il quale provoca sfasamenti direzione-dipendenti tra i segnali dei singoli microfoni. In genere la miscelazione di detti segnali avviene per sommazione (eventualmente pesata). Poiché, però, gli sfasamenti sono altresì dipendenti dalla frequenza, anche la direzionalità sarà frequenza-dipendente, cosa che costituisce un inconveniente perché gli array microfonici tradizionali hanno in tal modo un intervallo di frequenza ristretto entro cui la loro risposta direzionale è ottimale. Al di fuori di detto intervallo di frequenza la direzionalità è peggiore, un peggioramento misurabile in un indice di direttività ridotto e che si traduce altresì nel fatto che, al di fuori della direzione principale, la risposta in frequenza non è uguale a quella nella direzione principale, e in particolare non è piatta.

L’invenzione introduce una tecnologia mediante cui dai segnali microfonici vengono dapprima prodotti segnali microfonici virtuali, e successivamente detti segnali microfonici virtuali vengono miscelati. I segnali microfonici virtuali equivalgono ai segnali che proverrebbero da ipotetici microfoni se detti microfoni si trovassero in posizioni virtuali al di fuori delle posizioni microfoniche effettive. Le posizioni virtuali sono interpolate o estrapolate dalle posizioni microfoniche effettive. In questo modo l’effetto che si ottiene è quello (nel caso dell’interpolazione) di un apparente rimpicciolimento dell’array microfonico oppure (nel caso dell’estrapolazione) di un apparente ampliamento dello stesso. L’interpolazione o estrapolazione di posizioni equivale all’interpolazione o estrapolazione di segnali microfonici ed è pertanto controllabile. Secondo l’invenzione, all’atto della produzione dei segnali microfonici virtuali l’interpolazione o estrapolazione viene controllata in funzione della frequenza, per rendere le posizioni virtuali dipendenti dalla frequenza. Così facendo sarà possibile modificare a piacimento anche la dipendenza dalla frequenza della direzionalità dell’array microfonico e ottimizzare la risposta direzionale su un intervallo di frequenza allargato, ad esempio in modo tale che detta risposta direzionale si mantenga in larga misura costante.

Esposizione sintetica delle figure

L’invenzione verrà ora descritta più nel dettaglio con riferimento ai disegni annessi che ne illustrano alcuni esempi di realizzazione in cui:

la fig. 1 illustra un primo esempio realizzativo di dispositivo microfonico come da invenzione,

le figg. 2a, 2b e 2c illustrano tre curve, esprimenti il comportamento del coefficiente moltiplicatore g[f] in funzione della frequenza f, all’interno del dispositivo microfonico di fig. 1,

le figg.3a e 3b illustrano alcune risposte direzionali di un dispositivo microfonico noto e del dispositivo microfonico di fig.1,

la fig. 4 illustra un secondo esempio realizzativo di dispositivo microfonico come da invenzione,

le figg. 5a, 5b e 5c illustrano tre curve, esprimenti il comportamento del coefficiente moltiplicatore g[f] in funzione della frequenza f, all’interno del dispositivo microfonico di fig. 4,

le figg.6a e 6b illustrano alcune risposte direzionali di un dispositivo microfonico noto e del dispositivo microfonico di fig.4,

la fig. 7 illustra un terzo esempio realizzativo di dispositivo microfonico come da invenzione,

la fig.8 illustra la posizione occupata dai microfoni del dispositivo microfonico di fig.

7,

la fig. 9 illustra un quarto esempio realizzativo di dispositivo microfonico come da invenzione, e

la fig. 10 illustra la posizione occupata dai microfoni del dispositivo microfonico di fig. 9.

Descrizione delle figure

La fig. 1 illustra un primo esempio realizzativo di dispositivo microfonico come da invenzione. Detto dispositivo microfonico è provvisto di due microfoni 100 e 102 e di un circuito per il trattamento dei segnali 105 volto a ricavare un segnale microfonico virtuale dai segnali microfonici dei due predetti microfoni 100 e 102. Il detto circuito per il trattamento dei segnali 105 è provvisto di un primo ingresso 108 e di un secondo ingresso 109, deputati alla ricezione dei segnali microfonici dei due microfoni 100 e 102. Sono previsti un primo circuito moltiplicatore 110 e un secondo circuito moltiplicatore 111 aventi ingressi per segnali associati al primo ingresso 108 e al secondo ingresso 109 del circuito per il trattamento dei segnali, aventi ingressi di controllo deputati alla ricezione di primi e di secondi segnali di controllo, e aventi uscite per segnali. Il circuito per il trattamento dei segnali 105 comprende inoltre un generatore di segnali di controllo 112 deputato alla produzione dei primi e dei secondi segnali di controllo. E’ previsto un dispositivo 114 deputato alla sommazione a potenza corretta, avente un primo e un secondo ingresso associati all’uscita del primo circuito moltiplicatore 110 e del secondo circuito moltiplicatore 111, e avente un’uscita. Il dispositivo 114 è atto alla sommazione a potenza corretta dei segnali forniti sui suoi ingressi primo e secondo, e all’emissione sulla predetta uscita di un segnale di somma ottenuto sommando a potenza corretta.

Dispositivi per la sommazione a potenza corretta, così come qui intesi, sono di per sé noti in letteratura. Al riguardo si rimanda al WO2011/057922A1 e al documento, di precedente presentazione ma non ancora pubblicato, PCT/EP2012/069799 – e in particolare si rimanda alla descrizione delle figure 2, 6 e 7 in esso contenute –, sempre del medesimo depositante, che è dunque da considerarsi incorporato nella presente domanda di brevetto (incorporated by reference).

E’ previsto un circuito miscelatore di segnale 116 avente un primo ingresso 117 associato all’uscita del dispositivo deputato alla sommazione a potenza corretta 114, avente un secondo ingresso 118 associato a uno dei (minimo) due microfoni, in questo caso al microfono 102, e avente un’uscita 119 associata all’uscita 120 del circuito miscelatore di segnale 116.

Il primo circuito moltiplicatore 110 è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore A · (1-g)1/2 sotto l’azione del primo segnale di controllo del generatore di segnali di controllo 112. Il secondo circuito moltiplicatore 111 è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore B · g1/2 sotto l’azione del secondo segnale di controllo del generatore di segnali di controllo 112. Secondo l’invenzione, g è dipendente dalla frequenza e pertanto indicato come g[f], e A e B sono valori costanti i cui valori assoluti sono preferibilmente uguali a 1. Inoltre: A = B oppure A = -B.

La fig. 2a mostra come potrebbe essere il comportamento frequenza-dipendente del coefficiente moltiplicatore g[f]. In questo esempio di realizzazione A = -B.

In fig.2a il coefficiente moltiplicatore g[f] evidenzia, tra un primo valore di frequenza f0e un secondo valore di frequenza f2, un valore che decresce all’aumentare della frequenza. Al di sotto del valore di frequenza f2, g[f] è un valore costante V, e preferibilmente uguale a 1. Al di sopra del primo valore di frequenza f0, g[f] è nuovamente costante, e preferibilmente uguale a zero. Nell’intervallo di frequenza compreso tra f2e f0, g[f] decresce progressivamente con l’aumentare della frequenza.

In appresso, con l’ausilio della fig. 3a, verrà ulteriormente descritto il principio di funzionamento del dispositivo microfonico di fig.1 avente, per g[f], il comportamento illustrato in fig. 2a. La fig. 3a illustra le risposte direzionali di un dispositivo microfonico comprendente due microfoni, come mostra la fig. 1, collocati l’uno dall’altro a una distanza D e i cui segnali in uscita vengono direttamente sommati fra loro. Alle basse frequenze la risposta direzionale è come quella indicata dal richiamo numerico 311, ossia sferica. Per frequenze crescenti, la risposta direzionale cambia come indicato dalle risposte direzionali 312, 313 e 314. In questo caso si suppone che la risposta direzionale voluta sia la risposta direzionale 313 perché l’indice di direttività del dispositivo microfonico è più elevato. L’indice di direttività è definito come il rapporto tra la sensibilità in una direzione principale e la sensibilità media del dispositivo microfonico in tutte le direzioni. La risposta sferica 311 è troppo sensibile al suono in arrivo da direzioni al di fuori delle direzioni principali, come pure la risposta direzionale 314. La frequenza foalla quale si ha la risposta direzionale ottimale dipende come segue dalla distanza D:

fo= C / (2 · D)

laddove C è la velocità del suono.

Scopo dell’invenzione è quello di mantenere, su un intervallo di frequenza più ampio, questa risposta direzionale ottimale 313 in larga misura costante. Il predetto risultato viene ottenuto come segue. Il trattamento dei segnali nelle sezioni circuitali 110, 111 e 114 provoca in uscita al dispositivo 114 un segnale microfonico virtuale di un microfono virtuale MV, interposto tra i due microfoni 100 e 102 (viene quindi effettuata un’interpolazione dei segnali microfonici ad opera delle sezioni circuitali 110, 111 e 114) oppure situato al di fuori dei due microfoni 100 e 102 (viene quindi effettuata un’estrapolazione dei segnali microfonici ad opera delle sezioni circuitali 110, 111 e 114). Il segnale microfonico virtuale del microfono virtuale (presente sull’uscita del dispositivo 114) e il segnale microfonico del microfono 102 vengono quindi miscelati nel circuito miscelatore di segnale 116 allo scopo di ricavare il segnale in uscita dall’uscita 120. La distanza intercorrente tra il microfono virtuale e il microfono 102 è inferiore alla distanza tra i due microfoni 100 e 102 in caso di interpolazione, maggiore in caso di estrapolazione.

Nel circuito per il trattamento dei segnali 105 si ottiene un’estrapolazione nel caso in cui A = -B. A potrebbe essere ad esempio uguale a 1. Se si assume quanto sopra, si deduce che nel circuito per il trattamento dei segnali 105 il coefficiente moltiplicatore nel circuito moltiplicatore 111 è uguale a -g1/2 e il coefficiente moltiplicatore nel circuito moltiplicatore 110 è uguale a (1-g)1/2. Estrapolazione significa che la distanza DEXTtra il microfono virtuale MVe il microfono 102 è maggiore di D, e pertanto la frequenza alla quale si ha la risposta direzionale ottimale si attesta al di sotto di fo, ad es. a f1, come indicato in fig. 3a dalla risposta direzionale 316. Per effetto della dipendenza dalla frequenza di g[f], come indicato in fig. 2a, ciò significa che detta risposta direzionale ottimale si mantiene in larga misura costante entro un intervallo di frequenza compreso tra foed f2, come indicato dalle risposte direzionali 313 e 316 di fig. 3a. Poiché g[f] è costante – e preferibilmente uguale a zero – per frequenze al di sopra di f0, la risposta direzionale del dispositivo microfonico resterà invariata per frequenze al di sopra di f0.

Per f < f2, g non può, al decrescere della frequenza, salire oltre il valore 1 perché g = 1 è il valore massimo possibile per il quale è calcolabile (1-g)1/2.

Si specifica che nella descrizione su riportata tra DEXT, dipendente dalla frequenza, e g[f] sussiste la seguente relazione:

DEXT(f) / D ≈ 1 g[f] per f2< f < f0

Inoltre:

f0/ f ≈ DEXT(f) / D

Nel circuito per il trattamento dei segnali 105 si ottiene un’interpolazione nel caso in cui A = B, laddove il coefficiente moltiplicatore g[f] si comporta in funzione della frequenza, come indicato in fig. 2b. Per frequenze al di sotto di f0, g[f] è uguale a una costante, e preferibilmente uguale a zero. Per frequenze al di sopra di f0, il coefficiente moltiplicatore g[f] ha un valore che cresce all’aumentare della frequenza. Di preferenza, il coefficiente moltiplicatore g[f] presenta al di sopra di f0un valore che cresce progressivamente all’aumentare della frequenza.

L’interpolazione verrà ora descritta con riferimento alla fig. 3b. Per semplicità, si suppone che A = B = 1. Ciò significa che nel circuito per il trattamento dei segnali 105 di fig.1 il coefficiente moltiplicatore nel circuito moltiplicatore 111 è uguale a g1/2 e il coefficiente moltiplicatore nel circuito moltiplicatore 110 è uguale a (1-g)1/2. Nel caso di un’interpolazione la distanza intercorrente tra il microfono virtuale MVe il microfono 102 è minore di D, e pertanto la frequenza alla quale si ha la risposta direzionale ottimale si attesta al di sopra di fo, ad es. a f3, come indicato in fig. 3b dalla risposta direzionale 317. Per effetto della dipendenza dalla frequenza di g[f], come indicato in fig. 2b, ciò significa che detta risposta direzionale ottimale si mantiene in larga misura costante in un intervallo di frequenza al di sopra di fo, come indicato dalle risposte direzionali 313 e 317 di fig.3b.

Si specifica che nella descrizione su riportata tra DINT, dipendente dalla frequenza, e g[f] sussiste la seguente relazione:

DINT(f) / D ≈ 1 - g[f] per f ≥ f0

Inoltre:

f0/ f ≈ DINT(f) / D

Dunque il dispositivo microfonico di fig. 1 rende possibile un ampliamento dell’intervallo di frequenza nel quale la risposta direzionale ottimale si mantiene costante, o solo per frequenze basse oppure solo per frequenze più elevate, in funzione dei valori di A e B. Nel primo caso, A = -B, e di preferenza: A = 1 e B = -1. Nel secondo caso, A = B, e di preferenza A = B = 1.

La fig. 2c illustra il comportamento del coefficiente moltiplicatore g[f] in funzione di f, che per frequenze al di sotto di f0è uguale al comportamento del coefficiente moltiplicatore di fig. 2a, mentre per frequenze al di sopra di f0è uguale al comportamento del coefficiente moltiplicatore di fig. 2b. In questo modo l’estrapolazione e l’interpolazione vengono miscelate, il che significa che il dispositivo microfonico di fig. 1 ha una risposta direzionale che in un intervallo di frequenza compreso tra f1ed f3ha una risposta direzionale in larga misura ottimale, come indicato da 313, 316 e 317 nelle figg. 3a e 3b.

La fig. 4 illustra un secondo esempio realizzativo di dispositivo microfonico come da invenzione.

Il dispositivo microfonico di fig. 4 ha una grande somiglianza con il dispositivo microfonico di fig. 1. Ad esempio, nel circuito per il trattamento dei segnali 405 le sezioni circuitali indicate in fig. 4 con 410, 411, 412, 414 e 416 sono rispettivamente simili alle sezioni circuitali 110, 111, 112, 114 e 116 del circuito per il trattamento dei segnali 105 di fig. 1. Il circuito per il trattamento dei segnali 405 di fig. 4 è inoltre provvisto di un terzo circuito moltiplicatore 421 e di un quarto circuito moltiplicatore 422. Il terzo circuito moltiplicatore 421 e il quarto circuito moltiplicatore 422 sono provvisti di ingressi per segnali associati al primo ingresso 408 e al secondo ingresso 409 del circuito per il trattamento dei segnali 405, di ingressi di controllo deputati alla ricezione di primi e di secondi segnali di controllo e di uscite per segnali.

E’ previsto un dispositivo 423 deputato alla sommazione a potenza corretta, avente un primo e un secondo ingresso associati all’uscita del terzo circuito moltiplicatore 421 e del quarto circuito moltiplicatore 422, e avente un’uscita. Il dispositivo 423 è atto alla sommazione a potenza corretta dei segnali forniti sui suoi ingressi primo e secondo, e all’emissione, sull’uscita associata al secondo ingresso 418 del circuito miscelatore di segnale 416, di un segnale di somma ottenuto sommando a potenza corretta.

Il terzo circuito moltiplicatore 421 è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore B · g1/2 sotto l’azione del secondo segnale di controllo. Il quarto circuito moltiplicatore 422 è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore A · (1-g)1/2 sotto l’azione del primo segnale di controllo. Entrambi i segnali di controllo vengono prodotti dal generatore di segnali di controllo 412. Come già indicato con riferimento alla fig. 1, l’invenzione prevede che g sia dipendente dalla frequenza, e A e B siano valori costanti i cui valori assoluti sono preferibilmente uguali a 1. Inoltre: A = B oppure A = -B.

Il dispositivo 423 è, di preferenza, identico al dispositivo 414.

La fig. 5a mostra come potrebbe essere il comportamento frequenza-dipendente del coefficiente moltiplicatore g[f]. In questo caso A = -B.

In fig.5a il coefficiente moltiplicatore g[f] evidenzia, tra un primo valore di frequenza f0e un secondo valore di frequenza f12, un valore che decresce all’aumentare della frequenza. Al di sotto del valore di frequenza f12, g[f] è un valore costante V, e preferibilmente uguale a 1. Al di sopra del primo valore di frequenza f0, g[f] è nuovamente costante, e preferibilmente uguale a zero. Nell’intervallo di frequenza compreso tra f12e f0, g[f] decresce progressivamente con l’aumentare della frequenza.

In appresso, con l’ausilio della fig. 6a, verrà ulteriormente descritto il principio di funzionamento del dispositivo microfonico di fig.4 avente, per g[f], il comportamento illustrato in fig. 5a. La fig. 6a illustra le risposte direzionali di un dispositivo microfonico comprendente due microfoni, come mostra la fig. 4, collocati l’uno dall’altro a una distanza D e i cui segnali in uscita vengono direttamente sommati fra loro.

Alle basse frequenze la risposta direzionale è come quella indicata dal richiamo numerico 611, ossia sferica. Come si è già peraltro avuto modo di descrivere con riferimento alla fig. 3a, per frequenze crescenti la risposta direzionale cambia nel modo indicato dalle risposte direzionali 612, 613 e 614. Anche in questo caso, per le medesime ragioni già esposte per la fig. 3a, si presuppone che la risposta direzionale 613 sia la risposta direzionale voluta. La frequenza f0, alla quale si ha la risposta direzionale ottimale, è a sua volta data da

f0= C / (2 · D)

laddove C è la velocità del suono.

Scopo dell’invenzione è quello di mantenere, su un intervallo di frequenza più ampio, questa risposta direzionale ottimale in larga misura costante. Il predetto risultato viene ottenuto come segue. Come peraltro già illustrato con riferimento alle figg.3a e 3b, il trattamento dei segnali nelle sezioni circuitali 410, 411 e 414 provoca in uscita al dispositivo 414 un segnale microfonico virtuale di un microfono virtuale interposto tra i due microfoni 408 e 409 (viene quindi effettuata un’interpolazione dei segnali microfonici ad opera delle sezioni circuitali 410, 411 e 414) oppure situato al di fuori dei due microfoni 408 e 409 (vieni quindi effettuata un’estrapolazione dei segnali microfonici ad opera delle sezioni circuitali 410, 411 e 414).

Lo stesso dicasi naturalmente anche per il trattamento dei segnali nelle sezioni circuitali 421, 422 e 423. Ciò significa che anche in uscita dal dispositivo 423 viene prodotto un segnale microfonico di un microfono virtuale.

Nel dispositivo microfonico di fig. 4 si ottiene un’estrapolazione nel caso in cui A = -B. A potrebbe essere ad esempio uguale a 1. In uscita al dispositivo 414 è quindi presente il segnale microfonico di un microfono virtuale MV1, e in uscita al dispositivo 423 è quindi presente il segnale microfonico di un microfono virtuale MV2. La fig. 6a mostra la posizione dei due microfoni virtuali. In questo caso l’estrapolazione implica che la distanza DEXT2intercorrente tra i due microfoni virtuali MV1ed MV2non sia soltanto maggiore di D, bensì anche maggiore della DEXTdi fig.

3a.

Pertanto è possibile ampliare fino a frequenze ancora più basse l’intervallo di frequenza entro il quale la risposta direzionale voluta si mantiene in larga misura costante, e più precisamente entro un intervallo di frequenza compreso tra foed f12, vedi fig.6a. Poiché g[f] è costante – e preferibilmente uguale a zero – per frequenze al di sopra di f0, la risposta direzionale del dispositivo microfonico resterà invariata per frequenze al di sopra di f0.

Per f < f12, g non può, al decrescere della frequenza, salire oltre il valore 1 perché g = 1 è il valore massimo possibile per il quale è calcolabile (1-g)1/2.

DEXT(f) / D ≈ 1/2 g[f] per f12< f < f0

Inoltre:

f0/ f ≈ DEXT(f) / D

Nel dispositivo microfonico di fig.4 si ottiene un’interpolazione nel caso in cui A = B, laddove il coefficiente moltiplicatore g[f] si comporta in funzione della frequenza, come indicato in fig.5b. Per frequenze al di sotto di f0, g[f] è uguale a una costante, e preferibilmente uguale a zero. Per frequenze al di sopra di f0, il coefficiente moltiplicatore g[f] ha un valore che cresce all’aumentare della frequenza. Di preferenza, il coefficiente moltiplicatore g[f] evidenzia al di sopra di f0un valore che cresce progressivamente all’aumentare della frequenza.

L’interpolazione verrà ora descritta con riferimento alla fig. 6b. Per semplicità, si suppone che A = B = 1.

In uscita al dispositivo 414 è quindi presente il segnale microfonico di un microfono virtuale MV1, e in uscita al dispositivo 423 è quindi presente il segnale microfonico di un microfono virtuale MV2. La fig. 6b mostra le posizioni dei due microfoni virtuali. In questo caso l’interpolazione implica che la distanza DINT2intercorrente tra i due microfoni virtuali MV1ed MV2non sia soltanto inferiore a D, bensì inferiore anche alla DINTdi fig.3b.

Pertanto è possibile ampliare fino a frequenze ancora più elevate l’intervallo di frequenza entro il quale la risposta direzionale voluta si mantiene in larga misura costante, e più precisamente entro un intervallo di frequenza al di sopra di fo, vedi fig.

6b. Poiché g[f] è costante – e preferibilmente uguale a zero – per frequenze al di sotto di f0, la risposta direzionale del dispositivo microfonico resterà invariata per frequenze al di sotto di f0.

DINT(f) / D ≈ 1/2 - g[f] per f ≥ f0

Inoltre:

f0/ f ≈ DINT(f) / D

La fig. 6c illustra il comportamento del coefficiente moltiplicatore g[f] in funzione di f, che per frequenze al di sotto di f10è uguale al comportamento del coefficiente moltiplicatore di fig. 6a, mentre per frequenze al di sopra di f10è uguale al comportamento del coefficiente moltiplicatore di fig. 6b. In questo modo l’estrapolazione e l’interpolazione vengono miscelate, il che significa che il dispositivo microfonico di fig. 4 ha una risposta direzionale che in un intervallo di frequenza compreso tra f4(vedi fig. 6a) ed f5(vedi fig. 6b) ha una risposta direzionale in larga misura ottimale, come indicato con 613, 616 e 617 nelle figg. 6a e 6b.

Si specifica inoltre che le porzioni crescenti o decrescenti dell’andamento del coefficiente moltiplicatore g[f] in funzione della frequenza, illustrate nelle figg. 2a, 2b, 2c, 5a, 5b e 5c, si comportano come parte di una curva iperbolica. Ciò è conseguenza della proporzionalità inversa rispetto alla frequenza nelle succitate formule.

La fig. 7 illustra un terzo esempio realizzativo di dispositivo microfonico come da invenzione. In questo caso il dispositivo microfonico comprende tre microfoni 700, 702 e 703. Il circuito per il trattamento dei segnali 705 è strutturato come segue. Nel circuito per il trattamento dei segnali 705 le sezioni circuitali indicate in fig. 7 con 710, 711, 712, 714 e 716 sono rispettivamente simili alle sezioni circuitali 110, 111, 112, 114 e 116 del circuito per il trattamento dei segnali 105 di fig. 1. Il terzo microfono 403 è associato a un terzo ingresso 707 del circuito per il trattamento dei segnali 705. Il circuito per il trattamento dei segnali 705 è inoltre provvisto di un terzo circuito moltiplicatore 721 e di un quarto circuito moltiplicatore 722. Gli ingressi per segnali dei circuiti moltiplicatori 721 e 722 sono associati al secondo ingresso 709 e al terzo ingresso 707 del circuito per il trattamento dei segnali 705. Gli ingressi di controllo dei circuiti moltiplicatori 721 e 722 sono associati, ai fini della ricezione di primi e di secondi segnali di controllo, al generatore di segnali di controllo 712. Le uscite per segnali dei due circuiti moltiplicatori 721 e 722 sono associate ad appositi ingressi di un dispositivo 723 deputato alla sommazione a potenza corretta. Un’uscita del dispositivo 723 è associata a un terzo ingresso 715 del circuito miscelatore di segnale 716. Il dispositivo 723 è atto alla sommazione a potenza corretta dei segnali forniti sui suoi ingressi primo e secondo, e all’emissione sulla predetta uscita di un segnale di somma ottenuto sommando a potenza corretta. Il terzo circuito moltiplicatore 721 è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore B · g1/2 sotto l’azione del secondo segnale di controllo. Il quarto circuito moltiplicatore 722 è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore A · (1-g)1/2 sotto l’azione del primo segnale di controllo.

Entrambi i segnali di controllo vengono prodotti dal generatore di segnali di controllo 712. Come già indicato con riferimento alla fig. 1, l’invenzione prevede che il coefficiente moltiplicatore g sia dipendente dalla frequenza, e A e B siano valori costanti i cui valori assoluti sono preferibilmente uguali a 1. Inoltre: A = B oppure A = -B. Anche il comportamento frequenza-dipendente del coefficiente moltiplicatore g[f] di cui all’esempio realizzativo di fig.7 è descrivibile come per le figg. da 2a a 2c.

Il dispositivo 723 è, di preferenza, identico al dispositivo 714.

I tre microfoni 700, 702 e 703 non devono per forza di cose essere disposti in linea retta. La fig.8 mostra la posizione dei tre microfoni 700, 702 e 703, che in questo caso sono posizionati su linee che si intersecano. Anche nell’esempio realizzativo di fig. 7 vengono prodotti due segnali microfonici virtuali. Il primo segnale microfonico virtuale è presente sull’ingresso 717 del circuito miscelatore di segnale 716 ed è ricavato dai segnali microfonici dei microfoni 700 e 702. Il secondo segnale microfonico virtuale è presente sull’ingresso 715 del circuito miscelatore di segnale 716 ed è ricavato dai segnali microfonici dei microfoni 702 e 703.

Supponiamo ora che nel dispositivo microfonico di fig. 7 venga eseguita un’estrapolazione allo scopo di ottenere i due segnali microfonici virtuali. L’effetto ottenuto è quello dell’apparente realizzazione di due microfoni virtuali. E più precisamente, è come se il microfono 700 non occupi più la posizione indicata in fig.

8, bensì sia maggiormente distante dal microfono 702, sulla linea 800 che congiunge i due microfoni 700 e 702, ad es. occupi la posizione 804. Allo stesso modo, sembra che il microfono 703 non occupi la posizione indicata, bensì sia maggiormente distante dal microfono 702, sulla linea 802 che congiunge i due microfoni 702 e 703, ad es. occupi la posizione 806. La posizione del microfono 702 non cambia. Per effetto di quest’altra posizione dei due segnali microfonici virtuali si genera naturalmente un’altra risposta direzionale del dispositivo microfonico, la quale potrà dunque essere modificata a piacimento.

La fig. 9 illustra un ulteriore esempio realizzativo di dispositivo microfonico comprendente tre microfoni. I segnali microfonici dei due microfoni 900 e 902 vengono elaborati nella sezione circuitale 905, che può essere realizzata come in fig. 1 oppure 4, allo scopo di ottenere un segnale S1in uscita dall’uscita 920. Il segnale in uscita S1e il segnale microfonico del microfono 903 vengono quindi accorpati in una sezione 910 del circuito allo scopo di ottenere il segnale S2in uscita dal dispositivo microfonico. La sezione circuitale 910 può, dal canto suo, avere lo stesso aspetto della sezione circuitale 105 di fig. 1 (come anche, di fatto, visibile in fig. 9) oppure essere come la sezione circuitale 405 di fig.4.

Le posizioni dei microfoni virtuali si generano come illustrato in fig. 10. In questo caso viene eseguita una prima estrapolazione con i segnali microfonici dei microfoni 900 e 902, cosa che consente di ricavare sull’uscita 920 di fig. 9 un segnale microfonico virtuale S1di un primo microfono virtuale in posizione 1004. Quindi viene eseguita una seconda estrapolazione con i segnali microfonici del primo microfono virtuale in posizione 1004 e del microfono 903, cosa che produce un secondo segnale microfonico virtuale di un microfono virtuale in posizione 1007, laddove il secondo segnale microfonico virtuale è presente sulla linea 930 di fig. 9. Il segnale S2in uscita dal dispositivo microfonico è dunque una combinazione dei due segnali microfonici virtuali primo e secondo.

A posteriori, si precisa inoltre che l’invenzione non si limita agli esempi di realizzazione illustrati nelle descrizioni delle figure. Sono pertanto possibili diverse varianti, tutte comunque rientranti nell’ambito di protezione dell’invenzione. Ad esempio, il dispositivo microfonico può essere costituito da più di tre microfoni. I microfoni non devono per forza di cose essere disposti in linea retta.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo microfonico provvisto di almeno due microfoni (100, 102) e di un circuito per il trattamento dei segnali (105) volto a ricavare un segnale microfonico virtuale dai segnali microfonici dei (minimo) due predetti microfoni, il circuito per il trattamento dei segnali essendo provvisto di - un primo ingresso (108) e un secondo ingresso (109) deputati alla ricezione dei segnali microfonici dei (minimo) due microfoni, - un primo (110) e un secondo (111) circuito moltiplicatore aventi ingressi per segnali associati al primo e al secondo ingresso del circuito per il trattamento dei segnali, aventi ingressi di controllo deputati alla ricezione di primi e di secondi segnali di controllo, e aventi uscite per segnali, - un generatore di segnali di controllo (112) deputato alla produzione dei primi e dei secondi segnali di controllo, - un dispositivo (114) deputato alla sommazione a potenza corretta, avente un primo e un secondo ingresso associati all’uscita del primo e del secondo circuito moltiplicatore, e avente un’uscita, detto dispositivo essendo atto alla sommazione a potenza corretta dei segnali forniti sui suoi ingressi primo e secondo e all’emissione, sulla predetta uscita, di un segnale di somma ottenuto sommando a potenza corretta, - un circuito miscelatore di segnale (116) avente un primo ingresso (117) associato all’uscita del dispositivo deputato alla sommazione a potenza corretta (114), un secondo ingresso (118) associato a uno dei (minimo) due microfoni (102), e un’uscita (119) associata all’uscita (120) del circuito per il trattamento dei segnali (116), caratterizzato dal fatto che il primo circuito moltiplicatore (110) è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore A · (1-g)1/2 sotto l’azione del primo segnale di controllo, il secondo circuito moltiplicatore (111) è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore B · g1/2 sotto l’azione del secondo segnale di controllo, laddove g è dipendente dalla frequenza (g[f]), e dal fatto che A e B sono valori costanti i cui valori assoluti sono preferibilmente uguali a 1, e inoltre: A = B oppure A = -B (fig. 1). 2. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, al di sotto di un primo valore di frequenza, il coefficiente moltiplicatore g[f] ha un valore che decresce all’aumentare della frequenza (fig.2a). 3. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che, al di sotto del primo valore di frequenza, il coefficiente moltiplicatore g[f] ha un valore che decresce progressivamente all’aumentare della frequenza (fig.2a). 4. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che, al di sotto di un secondo valore di frequenza minore rispetto al primo valore di frequenza, il coefficiente moltiplicatore g[k] ha un valore costante (V) (fig.2a). 5. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il valore costante (V) è uguale a 1. 6. Dispositivo microfonico come da una delle rivendicazioni dalla 2 alla 5, caratterizzato dal fatto che, al di sopra del primo valore di frequenza, il coefficiente moltiplicatore g[k] ha un valore costante, e preferibilmente uguale a zero (fig.2a). 7. Dispositivo microfonico come da una delle rivendicazioni dalla 1 alla 6, caratterizzato dal fatto che A = -B. 8. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, al di sopra del primo valore di frequenza, il coefficiente moltiplicatore g[k] ha un valore che cresce all’aumentare della frequenza (fig.2b). 9. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che, al di sopra del primo valore di frequenza, il coefficiente moltiplicatore g[k] ha un valore che cresce progressivamente all’aumentare della frequenza (fig.2b). 10. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che, al di sotto del primo valore di frequenza, il coefficiente moltiplicatore g[k] ha un valore costante, e preferibilmente uguale a zero (fig.2b). 11. Dispositivo microfonico come da una delle rivendicazioni dalla 8 alla 10, caratterizzato dal fatto che A = B. 12. Dispositivo microfonico come da una delle rivendicazioni dalla 2 alla 5 e come da rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che A = -B per valori di frequenza al di sotto del primo valore di frequenza, mentre A = B per valori di frequenza al di sopra del primo valore di frequenza (fig.2c). 13. Dispositivo microfonico come da una delle rivendicazioni 2, 3, 8 o 9, caratterizzato dal fatto che le porzioni crescenti o decrescenti dell’andamento del coefficiente moltiplicatore g[f] in funzione della frequenza presentano il comportamento di una curva iperbolica. 14. Dispositivo microfonico come da una delle rivendicazioni dalla 1 alla 13, caratterizzato dal fatto che il circuito per il trattamento dei segnali è inoltre provvisto di - un terzo (421) e un quarto (422) circuito moltiplicatore aventi ingressi per segnali associati al primo (408) e al secondo (409) ingresso del circuito per il trattamento dei segnali (405), aventi ingressi di controllo deputati alla ricezione di primi e di secondi segnali di controllo e uscite per segnali, - un dispositivo (423) deputato alla sommazione a potenza corretta, avente un primo e un secondo ingresso associati all’uscita del terzo (421) e del quarto (422) circuito moltiplicatore, e avente un’uscita, detto dispositivo essendo atto alla sommazione a potenza corretta dei segnali forniti sui suoi ingressi primo e secondo e all’emissione, sulla predetta uscita, di un segnale di somma ottenuto sommando a potenza corretta, detta uscita essendo associata al secondo ingresso (418) del circuito miscelatore di segnale (416) (fig. 4). 15. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il terzo circuito moltiplicatore (421) è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore B · g1/2 sotto l’azione del secondo segnale di controllo, e il quarto circuito moltiplicatore (422) è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore A · (1-g)1/2 sotto l’azione del primo segnale di controllo (fig.4). 16. Dispositivo microfonico come da una delle precedenti rivendicazioni dalla 1 alla 13, provvisto di tre microfoni, caratterizzato dal fatto che il terzo microfono (703) è associato a un terzo ingresso (707) del circuito per il trattamento dei segnali (705), laddove il detto circuito per il trattamento dei segnali è altresì provvisto di - un terzo (721) e un quarto (722) circuito moltiplicatore aventi ingressi per segnali associati al secondo (709) e al terzo (707) ingresso del circuito per il trattamento dei segnali (705), aventi ingressi di controllo deputati alla ricezione di primi e di secondi segnali di controllo, e aventi uscite per segnali, - un dispositivo (723) deputato alla sommazione a potenza corretta, avente un primo e un secondo ingresso associati all’uscita del terzo (721) e del quarto (722) circuito moltiplicatore, e avente un’uscita, detto dispositivo essendo atto alla sommazione a potenza corretta dei segnali forniti sui suoi ingressi primo e secondo e all’emissione, sulla predetta uscita, di un segnale di somma ottenuto sommando a potenza corretta, detta uscita essendo associata a un terzo ingresso (715) del circuito miscelatore di segnale (716) (fig.7). 17. Dispositivo microfonico come da rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che il terzo circuito moltiplicatore (721) è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore B · g1/2 sotto l’azione del secondo segnale di controllo, e il quarto circuito moltiplicatore (722) è atto a moltiplicare, sul proprio ingresso, il segnale per un coefficiente moltiplicatore A · (1-g)1/2 sotto l’azione del primo segnale di controllo (fig.7). 18. Circuito per il trattamento dei segnali (105, 405, 705), volto a ricavare un segnale combinatorio (S[f]) dai segnali microfonici di almeno due microfoni, caratterizzato dalle sottocaratteristiche del circuito per il trattamento dei segnali di cui a una delle rivendicazioni dalla 1 alla 17. ANSPRÜCHE 1. Mikrofonanordnung versehen mit wenigstens zwei Mikrofonen (100, 102) und einer Signalverarbeitungsschaltung (105) zum Ableiten eines virtuellen Mikrofonsignals aus den Mikrofonsignalen der wenigstens zwei Mikrofone, wobei die Signalverarbeitungsschaltung versehen ist mit - einem ersten (108) und einem zweiten Eingang (109) zum Empfangen der Mikrofonsignale der wenigstens zwei Mikrofone, - einer ersten (110) und einer zweiten (111) Multiplikationsschaltung, mit Signaleingängen, gekoppelt mit dem ersten bzw. zweiten Eingang der Signalverarbeitungsschaltung, mit Steuereingängen zum Empfangen von respektiven ersten bzw. zweiten Steuersignalen, und mit Signalausgängen, - einem Steuersignalgenerator (112) zum Erzeugen der ersten bzw. zweiten Steuersignale, - einer Einrichtung (114) zum leistungsrichtigen Summieren, mit einem ersten und einem zweiten Eingang, gekoppelt mit dem Ausgang der ersten bzw. zweiten Multiplikationsschaltung, und einem Ausgang, wobei die Einrichtung eingerichtet ist zum leistungsrichtigen Summieren der an ihren ersten und zweiten Eingängen angebotenen Signale und zum Abgeben eines leistungsrichtig summierten Summensignals an dem Ausgang, - einer Signalkombinierschaltung (116), mit einem ersten Eingang (117), gekoppelt mit dem Ausgang der Einrichtung zum leistungsrichtigen Summieren (114), einem zweiten Eingang (118), gekoppelt mit einem der wenigstens zwei Mikrofone (102), und einem Ausgang (119), gekoppelt mit dem Ausgang (120) der Signalverarbeitungsschaltung (116), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Multiplikationsschaltung (110) eingerichtet ist zum Multiplizieren des Signals an ihrem Eingang mit einer Multiplikationsgröße A · (1-g)<1/2>unter dem Einfluss des ersten Steuersignals, die zweite Multiplikationsschaltung (111) eingerichtet ist zum Multiplizieren des Signals an ihrem Eingang mit einer Multiplikationsgröße B · g<1/2>unter dem Einfluss des zweiten Steuersignals, wobei g frequenzabhängig ist (g[f]), dass A und B Konstantwerte sind, deren Absolutwerte bevorzugt gleich 1 sind, und weiter gilt: A = B oder A = -B (Abb.
2. Mikrofonanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsgröße g[f] unterhalb eines ersten Frequenzwerts einen mit zunehmender Frequenz kleineren Wert hat (Abb.2a).
3. Mikrofonanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsgröße g[f] unterhalb des ersten Frequenzwerts einen mit zunehmender Frequenz kontinuierlich abnehmenden Wert hat (Abb.2a).
4. Mikrofonanorndung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsgröße g[k] unterhalb eines zweiten Frequenzwerts, der kleiner als der erste Frequenzwert ist, einen konstanten Wert (V) hat (Abb. 2a).
5. Mikrofonanordndung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Wert (V) gleich 1 ist.
6. Mikrofonanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsgröße g[k] oberhalb des ersten Frequenzwerts einen konstanten Wert hat, vorzugsweise gleich Null (Abb.2a).
7. Mikrofonanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass A = -B.
8. Mikrofonanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsgröße g[k] oberhalb des ersten Frequenzwerts einen mit zunehmender Frequenz größeren Wert hat (Abb.2b).
9. Mikrofonanordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsgröße g[k] oberhalb des ersten Frequenzwerts einen mit zunehmender Frequenz kontinuierlich zunehmenden Wert hat (Abb.2b).
10. Mikrofonanordnung gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Multiplikationsgröße g[k] unterhalb des ersten Frequenzwerts einen konstanten Wert hat, vorzugsweise gleich Null (Abb.2b).
11. Mikrofonanordnung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass A = B.
12. Mikrofonanordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5 und gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass A = -B für Frequenzwerte unterhalb des ersten Frequenzwerts, und A = B für Frequenzwerte oberhalb des ersten Frequenzwerts (Abb.2c).
13. Mikrofonanordnung gemäß einem der Ansprüche 2, 3, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ansteigenden oder abfallenden Teile des Verlaufs der Multiplikationsgröße g[f] als Funktion der Frequenz ein Hyperbelkurvenverhalten aufweisen.
14. Mikrofonanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungsschaltung weiter versehen ist mit - einer dritten (421) und einer vierten (422) Multiplikationsschaltung, mit Signaleingängen, gekoppelt mit dem ersten (408) bzw. zweiten Eingang (409) der Signalverarbeitungsschaltung (405), mit Steuereingängen zum Empfangen von respektiven ersten bzw. zweiten Steuersignalen, und mit Signalausgängen, - einer Einrichtung (423) zum leistungsrichtigen Summieren, mit einem ersten und einem zweiten Eingang, gekoppelt mit dem Ausgang der dritten (421) bzw. vierten (422) Multiplikationsschaltung, und einem Ausgang, wobei die Einrichtung eingerichtet ist zum leistungsrichtigen Summieren der an ihren ersten und zweiten Eingängen angebotenen Signale und zum Abgeben eines leistungsrichtig summierten Summensignals an dem Ausgang, wobei der Ausgang gekoppelt ist mit dem zweiten Eingang (418) der Signalkombinierschaltung (416) (Abb.4).
15. Mikrofonanordnung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Multiplikationsschaltung (421) eingerichtet ist zum Multiplizieren des Signals an ihrem Eingang mit einer Multiplikationsgröße B · g<1/2>unter dem Einfluss des zweiten Steuersignals und die vierte Multiplikationsschaltung (422) eingerichtet ist zum Multiplizieren des Signals an ihrem Eingang mit einer Multiplikationsgröße A · (1-g)<1/2>unter dem Einfluss des ersten Steuersignals (Abb. 4).
16. Mikrofonanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, versehen mit drei Mikrofonen, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Mikrofon (703) gekoppelt ist mit einem dritten Eingang (707) der Signalverarbeitungsschaltung (705), die Signalverarbeitungsschaltung weiter versehen ist mit - einer dritten (721) und einer vierten (722) Multiplikationsschaltung, mit Signaleingängen, gekoppelt mit dem zweiten (709) bzw. dritten Eingang (707) der Signalverarbeitungsschaltung (705), mit Steuereingängen zum Empfangen von respektiven ersten bzw. zweiten Steuersignalen, und mit Signalausgängen, - einer Einrichtung (723) zum leistungsrichtigen Summieren, mit einem ersten und einem zweiten Eingang, gekoppelt mit dem Ausgang der dritten (721) bzw. vierten (722) Multiplikationsschaltung, und einem Ausgang, wobei die Einrichtung eingerichtet ist zum leistungsrichtigen Summieren der an ihren ersten und zweiten Eingängen angebotenen Signale und zum Abgeben eines leistungsrichtig summierten Summensignals an dem Ausgang, wobei der Ausgang gekoppelt ist mit einem dritten Eingang (715) der Signalkombinierschaltung (716) (Abb.7).
17. Mikrofonanordnung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Multiplikationsschaltung (721) eingerichtet ist zum Multiplizieren des Signals an ihrem Eingang mit einer Multiplikationsgröße B · g<1/2>unter dem Einfluss des zweiten Steuersignals und die vierte Multiplikationsschaltung (722) eingerichtet ist zum Multiplizieren des Signals an ihrem Eingang mit einer Multiplikationsgröße A · (1-g)<1/2>unter dem Einfluss des ersten Steuersignals (Abb. 7).
18. Signalverarbeitungsschaltung (105, 405, 705) zum Ableiten eines Kombinationssignals (S[f]) aus den Mikrofonsignalen von wenigstens zwei Mikrofonen, gekennzeichnet durch die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 definierten Teilmerkmale der Signalverarbeitungsschaltung.