Development of a Multi-Beam Array Microphone for Multi-Channel Pickup of Sound Fields

A new multi-beam array microphone (MAM for short) is developed. The MAM is composed of 4 concentric rings, each of which has 12 microphone elements, and a common centre microphone. The MAM synthesizes the output phase of each microphone by compensating for the path differences. It has 12 main beams which point in 12 different directions at intervals of 30 degrees in the horizontal plane. These main beams are sharp over a wide frequency range. By utilizing these characteristics, the MAM can be applied to many fields - such as precise acoustic measurement of sound fields, automatic talker location and beam steering. When reproducing the original sound field by this system, 12 loudspeakers arranged in a circle around a central point and connected with the corresponding 12 outputs of the MAM are utilized.

This report gives the design principle, the results of a computer simulation, and the physical properties and applications of the MAM system.

Zusammenfassung

Es wird ein neues Vielstrahlmikrophon (Multi-Beam Array Microphone, MAM) entwickelt. Es besteht aus vier konzentrischen Ringen, von denen jeder zwölf Mikrophonelemente enthält und einem gemeinsamen zentralen Mikrophon. Das MAM synthetisiert die Ausgangsphase jedes Mikrophons durch Kompensation der Wegdifferenzen. Es hat zwölf Hauptstrahlen, die in zwölf gleichabständige Richtungen der Horizontalebene weisen und die in einem weiten Frequenzbereich ausgeprägt sind. Aufgrund dieser Eigenschaften kann das MAM in vielen Bereichen eingesetzt werden, z. B. bei der genauen akustischen Vermessung von Schallfeldern, der automatischen Ermittlung der Sprecherposition und für die Strahlsteuerung. Zur Reproduktion des Originalschallfelds werden zwölf Lautsprecher verwendet, die in einem Kreis um einen zentralen Punkt angeordnet und mit den entsprechenden zwölf Ausgängen des MAM verbunden sind.

In diesem Bericht werden das Entwurfsprinzip, die Ergebnisse einer Computersimulation sowie die physikalischen Eigenschaften und Anwendungen des MAM-Systems beschrieben.

Sommaire

Cet article présente un nouveau modèle de réseau de microphones multi-faisceaux (MAM). II se compose de quatre anneaux concentriques, chacun équipé de douze microphones, et d'un microphone central commun. Les différences de marche sont prises en compte dans la synthèse des signaux de sortie des microphones. Le réseau MAM a douze faisceaux principaux, pointés dans douze directions différentes è intervalles de 30 degrés dans le plan horizontal. La finesse des faisceaux reste bonne sur une large bande de fréquences. Le MAM trouve des applications dans de nombreux domaines tels que la mesure précise de champs acoustiques, la localisation automatique d'un locuteur et le balayage d'antenne. Pour la reproduction de champs acoustiques, on connecte douze haut-parleurs, disposés en cercle autour d'un point central, aux douze sorties correspondantes du réseau MAM. Le présent rapport donne le principe de base du système MAM, ainsi que les résultats d'une simulation sur ordinateur, les propriétés physiques et quelques applications.