Videokonferenzleisten vereinen Kameras, Mikrofone, Lautsprecher und Audioverarbeitung in einem kompakten Gerät, das speziell für Besprechungsräume konzipiert ist. Im Gegensatz zu Lösungen mit nur einem Mikrofon verfügt eine Videokonferenzleiste häufig über mehrere Mikrofonkapseln, die in einem Array angeordnet sind, um Sprache aus verschiedenen Positionen im Raum aufzunehmen.
Für Hersteller, die Videokonferenzgeräte entwickeln, geht die Auswahl von Mikrofonkapseln über die bloße Auswahl einzelner Komponenten mit geeigneter Empfindlichkeit und geeignetem Frequenzgang hinaus. Die Konsistenz der Kapseln, die Anordnung der Mikrofonarray, die Platzierung der Mikrofone, die elektrische Anpassung und die Signalverarbeitung beeinflussen allesamt die Leistung des Gesamtsystems.
In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Aspekte bei der Auswahl von Mikrofonkapseln für die VideoBar und andere kompakte Konferenz-Audiogeräte erläutert.
1. Die Audioanforderungen einer Videokonferenzleiste verstehen
Eine VideoBar ist in der Regel so konzipiert, dass sie die Sprache von Teilnehmern aufnimmt, die an verschiedenen Stellen im Besprechungsraum sitzen. Je nach Produktdesign unterstützt das Mikrofonarray möglicherweise automatische Sprecherverfolgung, Beamforming, Rauschunterdrückung und andere Audioverarbeitungsfunktionen.
Bevor Sie sich für eine Mikrofonkapsel entscheiden, sollten Sie den Verwendungszweck und die Leistungsanforderungen festlegen.
- Kleine Besprechungsräume: Erfassen Sie die Sprache mehrerer Teilnehmer in relativer Nähe.
- Mittelgroße Besprechungsräume: Unterstützung für eine breitere Sitzanordnung und die Sprachaufnahme aus größerer Entfernung.
- All-in-One-Konferenzsysteme: Mikrofonarrays zusammen mit Kameras und Lautsprechern in ein kompaktes Gehäuse integrieren.
- Tragbare Konferenzgeräte: Finden Sie das richtige Gleichgewicht zwischen Mikrofonleistung, Stromverbrauch und begrenztem Einbauraum.
Die erwartete Aufnahmereichweite, die Anzahl der Teilnehmer, die Raumakustik und die Architektur der Audioverarbeitung sollten bei der Auswahl der Kapsel als Richtschnur dienen.
2. Warum die Konsistenz der Mikrofone in einem Array wichtig ist
Ein Mikrofonarray besteht aus mehreren Kapseln, die zusammenarbeiten. Unterschiede zwischen den einzelnen Kapseln können die Konsistenz der vom Audioverarbeitungssystem empfangenen Signale beeinträchtigen.
Zu den wichtigen Bewertungskriterien gehören:
- Konsistenz der Empfindlichkeit: Große Unterschiede im Ausgangspegel zwischen den Kapseln können den Kanalabgleich erschweren.
- Gleichmäßigkeit des Frequenzgangs: Ähnliche Frequenzgänge tragen dazu bei, über alle Array-Kanäle hinweg einheitlichere Klangeigenschaften zu gewährleisten.
- Phasenantwort: Phasendifferenzen können die Art und Weise beeinflussen, wie sich Signale überlagern, insbesondere bei Anwendungen zur Strahlformung.
- Geräuschverhalten: Schwankungen beim Eigenrauschen können das Gleichgewicht zwischen den Kanälen beeinträchtigen.
- Wiederholbarkeit der Produktion: Eine einheitliche Fertigung und Eingangskontrolle tragen dazu bei, die Leistung der Arrays über alle Produktionschargen hinweg aufrechtzuerhalten.
Aus diesem Grund sollten Hersteller von Konferenztechnik zulässige Anpassungstoleranzen für das Mikrofonarray festlegen, anstatt jede Kapsel nur als eigenständiges Bauteil zu bewerten.
3. Berücksichtigen Sie die Mikrofonplatzierung und die Anordnung der Mikrofone
Die räumliche Anordnung der Mikrofonkapseln ist ein wesentlicher Bestandteil der Array-Konstruktion. Der Abstand zwischen den Kapseln, ihre Ausrichtung und ihre Position relativ zum Schalleintritt beeinflussen die vom System empfangenen Signale.
Kapselabstand
Der Abstand zwischen den Mikrofonen beeinflusst das räumliche Verhalten des Arrays und die Frequenzen, bei denen räumliche Interferenzen auftreten können. Der Abstand zwischen den Mikrofonen sollte daher in Abstimmung mit dem vorgesehenen Beamforming-Verfahren und dem Verarbeitungsalgorithmus festgelegt werden.
Ausrichtung des Mikrofons
Die Ausrichtung der Kapseln sollte mit der beabsichtigten Richtcharakteristik und der akustischen Auslegung des Gehäuses übereinstimmen. Bei Verwendung von Richtkapseln ist deren Ausrichtung besonders wichtig.
Gehäuse und Gestaltung des Schalleinlasses
Das VideoBar-Gehäuse kann die Mikrofoncharakteristik durch Öffnungen, innere Hohlräume, Schutzmaterialien und benachbarte Bauteile beeinflussen. Das akustische Verhalten einer Kapsel, die in das fertige Gehäuse eingebaut ist, kann von den Messwerten im Freifeld abweichen.
Bei der Bewertung von Prototypen sollten daher nach Möglichkeit die tatsächlichen Positionen des Gehäuses und des Mikrofons zugrunde gelegt werden.
4. Anforderungen an die Sprachaufnahme im Fernfeld bewerten
Bei vielen VideoBar-Konstruktionen muss die Sprache von Teilnehmern erfasst werden, die nicht direkt neben dem Gerät sitzen. Daher ist die Fernfeld-Sprachaufnahme eine wichtige Anforderung auf Systemebene.
Mehrere Faktoren beeinflussen die Leistung im Fernfeld:
- Empfindlichkeit der Kapsel: Der Ausgangspegel sollte mit der Audioschaltung und dem am Mikrofon zu erwartenden Schalldruck kompatibel sein.
- Eigenrauschen: Ein geringes Mikrofon- und Schaltungsrauschen kann wichtig sein, wenn leisere Sprache aus größerer Entfernung aufgenommen wird.
- Frequenzgang: Die Frequenzgangcharakteristik sollte die erforderliche Sprachwiedergabe und Sprachverständlichkeit gewährleisten.
- Array-Konfiguration: Die Anzahl, der Abstand und die Anordnung der Mikrofone beeinflussen die räumlichen Verarbeitungsfähigkeiten des Systems.
- Signalverarbeitung: Beamforming, automatische Verstärkungsregelung, Echounterdrückung und Rauschunterdrückung können zum Endergebnis beitragen.
Es ist wichtig, zwischen der Empfindlichkeit eines Mikrofons und der Aufnahmereichweite zu unterscheiden. Eine Kapsel mit höherer Empfindlichkeit bietet nicht automatisch eine größere effektive Aufnahmereichweite. Das praktische Ergebnis hängt von der gesamten Anordnung, der Audio-Schaltung, den Raumbedingungen und dem Verarbeitungsalgorithmus ab.
5. Berücksichtigung von Nachhall und Hintergrundgeräuschen
Besprechungsräume können sehr unterschiedliche akustische Eigenschaften aufweisen. Glaswände, harte Fußböden, große Tische und andere reflektierende Oberflächen können einen Nachhall erzeugen, der die Sprachverständlichkeit beeinträchtigt.
Auch Klimaanlagen, Projektorlüfter, Computerausrüstung und Gespräche aus benachbarten Räumen können Hintergrundgeräusche verursachen.
Berücksichtigen Sie bei der Auswahl von Mikrofonkapseln für eine VideoBar die vorgesehene Betriebsumgebung:
- Kleine Besprechungsräume: Der Fokus liegt darauf, Teilnehmer in der Nähe zu erfassen und dabei eine gleichbleibende Sprachqualität über alle Sitzplätze hinweg zu gewährleisten.
- Mittelgroße Räume: Bewerten Sie die Fernfeldleistung und die Fähigkeit des gesamten Arrays, relevante Sprache zu erkennen.
- Räume mit starkem Nachhall: Berücksichtigen Sie die Platzierung der Mikrofone, die Anordnung der Mikrofonanordnung und die Leistungsfähigkeit des Audioverarbeitungssystems.
- Lärmbelastete Umgebungen: Bewerten Sie das Eigenrauschen der Kapsel, das Schaltungsrauschen, die Array-Verarbeitung und den zu erwartenden Hintergrundgeräuschpegel.
Keine Mikrofonkapsel kann den Raumhall oder alle Hintergrundgeräusche allein beseitigen. Diese Anforderungen sollten durch eine abgestimmte akustische, mechanische und elektronische Konstruktion berücksichtigt werden.
6. ECM- und MEMS-Optionen für Konferenzmikrofon-Arrays
Sowohl Elektret-Kondensatormikrofonkapseln (ECM) als auch MEMS-Mikrofone kommen für Konferenztechnik in Frage, je nach Produktarchitektur und Fertigungsanforderungen.
ECM-Mikrofonkapseln
ECM-Kapseln eignen sich möglicherweise für Array-Konstruktionen, bei denen herkömmliche Mikrofonkapselformate zum Einsatz kommen. Hersteller können die Abmessungen, Richtcharakteristik, Empfindlichkeit, den Frequenzgang und die elektrischen Eigenschaften der Kapseln entsprechend den Anforderungen des Arrays bewerten.
Bei Mehrkanalanwendungen ist die Konsistenz zwischen den Kapseln besonders wichtig. Bei der Bewertung der Komponenten sollten die Fertigungskontrollen des Lieferanten, die Toleranzen der Spezifikationen und die Chargenkonsistenz berücksichtigt werden.
MEMS-Mikrofone
MEMS-Mikrofone eignen sich möglicherweise für kompakte, auf Leiterplatten basierende Arrays und Designs, bei denen eine flache Integration oder eine automatisierte Oberflächenmontage im Vordergrund steht.
Bei der Integration von MEMS-Mikrofonen in ein Konferenzsystem sollten der Schnittstellentyp, die Stromversorgungsanforderungen, das Leiterplattenlayout, die Auslegung der Schallöffnungen und die Kanalsynchronisation berücksichtigt werden.
Die Entscheidung zwischen ECM und MEMS sollte auf der Grundlage der gesamten Produktanforderungen getroffen werden, darunter die akustische Leistung, der verfügbare Platz, die Schaltungsarchitektur und der Fertigungsprozess.
7. Elektrische Anpassung und Array-Kalibrierung
Selbst wenn Mikrofonkapseln ähnliche Nennspezifikationen aufweisen, kann es sein, dass das fertige Array eine Kalibrierung auf Kanalebene erfordert. Dies gilt insbesondere für Systeme, die Beamforming oder andere mehrkanalige Signalverarbeitungsverfahren nutzen.
Während der Entwicklung sollten Ingenieure Folgendes berücksichtigen:
- Anpassung der Kanalempfindlichkeit: Bewerten Sie die Unterschiede im Ausgangspegel zwischen den Mikrofonkanälen.
- Anpassung des Frequenzgangs: Vergleichen Sie den Frequenzgang der einzelnen Kapseln über den vorgesehenen Sprachfrequenzbereich.
- Phasen- und Zeitverzögerungsausgleich: Berücksichtigen Sie Kanalunterschiede und die physikalischen Übertragungswege innerhalb des Arrays.
- Konsistenz von Leiterplatten und Schaltungen: Überprüfen Sie die Toleranzen der Komponenten und die Unterschiede zwischen den Kanälen im Audiosignalweg.
- Kalibrierstrategie: Stellen Sie fest, ob eine Produktionskalibrierung oder eine Softwarekompensation erforderlich ist.
Die Konsistenz der Kapseln bildet zwar eine nützliche Grundlage, ersetzt jedoch nicht die Systemkalibrierung. Die Geometrie des Arrays, das PCB-Layout, die Akustik des Gehäuses und die Verarbeitungsalgorithmen müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
8. Ein praktischer Testprozess für Hersteller von VideoBar-Geräten
Das Testen einzelner Mikrofonkapseln ist ein wichtiger erster Schritt, doch sollte auch die komplette VideoBar unter repräsentativen Bedingungen in einem Besprechungsraum getestet werden.
Ein praktischer Validierungsprozess kann Folgendes umfassen:
- Prüfung einzelner Kapseln: Messen Sie die Empfindlichkeit, den Frequenzgang, das Eigenrauschen und andere erforderliche akustische Parameter.
- Prüfung der Array-Konsistenz: Vergleichen Sie die für jedes Array ausgewählten Kapseln und prüfen Sie, ob sie die für das Projekt festgelegten Toleranzen einhalten.
- Gehäusetests: Überprüfen Sie das Mikrofonverhalten nach dem Einbau in das eigentliche VideoBar-Gehäuse.
- Sprachtests in verschiedenen Positionen: Bewerten Sie die Sprachaufnahme aus verschiedenen Sitzpositionen und Entfernungen.
- Raumakustische Messungen: Bewerten Sie die Leistung in Räumen mit unterschiedlichen Nachhall- und Hintergrundgeräuschbedingungen.
- Tests auf Systemebene: Überprüfen Sie die Beamforming-Funktion, die Echokompensation, die Rauschunterdrückung und weitere Audiofunktionen im fertigen Gerät.
- Produktionsvalidierung: Stellen Sie sicher, dass bei der Komponentenauswahl und den Montageprozessen über alle Produktionschargen hinweg eine gleichbleibende Leistung gewährleistet ist.
9. Informationen, die bei der Beschaffung von Mikrofonkapseln bereitzuhalten sind
Bei OEM- und ODM-Projekten im Bereich Konferenztechnik helfen klare technische Informationen den Lieferanten dabei, geeignete Mikrofonkapseln auszuwählen.
- Beabsichtigter Produkttyp, z. B. VideoBar oder All-in-One-Konferenzausrüstung
- Erforderliche Anzahl an Mikrofonkanälen
- Abmessungen der Kapsel und verfügbarer Einbauraum
- Bevorzugte Richtcharakteristik und Zielerfassungsentfernung
- Anforderungen an Empfindlichkeit und Frequenzgang
- Vorgeschriebene Toleranzen für Empfindlichkeit und Frequenzgang
- Anforderungen an die elektrische Schnittstelle und die Audioschaltung
- Anzahl der Prototypen und voraussichtliches Produktionsvolumen
Bei Array-Anwendungen ist es besonders hilfreich, die erforderlichen Anpassungstoleranzen und das vorgesehene Kalibrierungsverfahren anzugeben. Anhand dieser Angaben lässt sich feststellen, ob die vorgeschlagenen Kapsel-Spezifikationen für das Gesamtsystem geeignet sind.
Abschluss
Die Auswahl von Mikrofonkapseln für Videokonferenzleisten erfordert einen systemweiten Ansatz. Die Spezifikationen der einzelnen Kapseln spielen zwar eine Rolle, doch die Konsistenz des Arrays, die Platzierung der Mikrofone, die Abstimmung der Kapseln, die Raumakustik und die Signalverarbeitung sind für die endgültige Audioqualität ebenso wichtig.
Für Hersteller, die Konferenzsysteme mit mehreren Mikrofonen entwickeln, kann die frühzeitige Festlegung der Anforderungen an die Kompatibilität und die Validierung des gesamten Arrays dazu beitragen, Integrationsprobleme zu reduzieren und die Konsistenz in der Produktion zu verbessern.
ECMIC liefert Mikrofonkapseln für OEM- und ODM-Anwendungen. Hersteller von Konferenztechnik können ihre Array-Konfiguration, akustischen Anforderungen, Anpassungstoleranzen und Projektmengen mitteilen, um eine technische Bewertung einzuleiten.
