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Optimized second-order gradient microphone for hands-free speech recordings in cars

2001; Elsevier BV; Volume: 34; Issue: 1-2 Linguagem: Alemão

10.1016/s0167-6393(00)00043-1

1872-7182

Roland Aubauer, Dieter Leckschat,

Acoustic Wave Phenomena Research

Hands-free telephony and automatic speech recognition in adverse acoustic conditions require noise reduction and speech enhancement methods to achieve acceptable quality and speech recognition rates. This contribution is primarily focussed on the optimization of the recording microphone. The directivity of the microphone can be used to reduce sound components outside the microphone's main axis which suppresses noise and room reverberation effectively. Considering the outer dimensions, gradient microphones possess a high directivity and good noise suppression properties. In this study, the feasibility and the noise-cancelling characteristics of an optimized second-order gradient microphone are investigated. The development of a simple sensitivity-matching principle allows the use of low-priced microphone capsules. The directivity index, characterizing the diffuse noise suppression, is nearly frequency-independent in the telephone bandwidth and is about 3 dB higher than that of conventional directional microphones used in telecommunication. The microphone is evaluated in an automobile environment with the help of a speaker-dependent single-word recognizer and is compared with lower-order gradient microphones. The noise robustness of the speech recognizer is improved by at least 4.7 dB, provided the microphone is in an optimum position. Conclusions are then drawn regarding such an optimum microphone positioning. Freisprechtelefonie und sprachgesteuerte Systeme gewinnen in allen Bereichen unseres Lebens an Bedeutung. Insbesondere für den Einsatz im Kraftfahrzeug werden Lösungen gesucht, die bei widrigen akustischen Bedingungen, wie z.B. hohen Störgeräuschpegeln, akustischen Mehrwegeausbreitungen und konkurrierenden Sprechern die Sprachverständlichkeit und die Spracherkennungsrate steigern. In diesem Beitrag wird ein optimiertes Gradientenmikrofon zweiter Ordnung mit vergleichbar geringen Abmessungen vorgestellt. Das realisierte Mikrofon verfügt über eine hervorragende nahezu frequenzunabhängige Richtcharakteristik. Schallanteile außerhalb der Mikrofonhauptrichtung werden stark gedämpft und Störgeräusche wirkungsvoll unterdrückt. Das die Unterdrückung von Diffusschall charakterisierende Bündelungsmaß des Mikrofons ist mit 8,8 dB um zirka 3 dB höher als das von derzeitig in Telekommunikationsanwendungen verwendeten Richtmikrofonen. Ein neuartiges und gleichzeitig einfaches automatisches Empfindlichkeitsabgleichverfahren erlaubt den Einsatz von preisgünstigen Mikrofonkapseln. Das Mikrofon wurde in einem Kraftfahrzeug untersucht und anhand der Erkennungsrate eines sprecherabhängigen Einzelwort-Spracherkenners mit Gradientenmikrofonen geringerer Ordnung verglichen. Durch den Einsatz des Mikrofons konnte die Störgeräuschrobustheit des Erkenners um mindestens 4,7 dB gesteigert werden. Es werden Schlüsse bezüglich der optimalen Anordnung von Freisprechmikrofonen in Kraftfahrzeugen gezogen.