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麥克風(fēng)陣列的基本原理、結(jié)構(gòu)組成及聲學(xué)效果簡介
發(fā)布日期：2019-12-24   點(diǎn)擊次數(shù)：

前篇介紹麥克風(fēng)，這里介紹下麥克風(fēng)陣列的知識：

       陣列(Array)：數(shù)學(xué)定義——有限個相同資料形態(tài)之元素組成之集合

　　麥克風(fēng)陣列具有對遠(yuǎn)場干擾噪聲很強(qiáng)的抑制作用，應(yīng)用于便攜IT設(shè)備如PDA、GPS、NB、手機(jī)等在較大噪聲環(huán)境中使用時表現(xiàn)出較好的效果。小型麥克風(fēng)陣列由一組麥克風(fēng)單元在一個小范圍內(nèi)按照一定空間分布組合而成，由于它在噪聲環(huán)境下具有良好的信號采集性，因此越來越受到聲學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注。

　　一、波束的形成

　　麥克風(fēng)陣列是指按一定距離排列放置的一組麥克風(fēng)，通過聲波抵達(dá)陣列中每個麥克風(fēng)之間的微小時差的相互作用，麥克風(fēng)陣列可以得到比單個的麥克風(fēng)更好地指向性。在麥克風(fēng)陣列的設(shè)計中首要的改進(jìn)是引入了波束成形、陣列指向性與波束寬度的概念。

　　通過對所有麥克風(fēng)信號的綜合處理，麥克風(fēng)陣列可以組合成為所要求的強(qiáng)指向性麥克風(fēng)，形成被稱為“波束”的指向特性。麥克風(fēng)陣列的波束可以經(jīng)由特殊電路或程序算法軟件控制,使其指向聲源方向而加強(qiáng)音頻采集效果。

　　陣列算法處理后的指向性波束形成技術(shù)能*的形成一個錐狀窄波束，只接受說話人的聲音同時抑制環(huán)境中的噪音與干擾。

　　可以通過以下兩種方法獲得麥克風(fēng)陣列單元之間相對位置的信息：

　　(1) 把一對麥克風(fēng)同步采集到的信號進(jìn)行互相關(guān)，尋找互相關(guān)信號的*值，得到兩信號之間的延時τ，再乘以聲波傳播速度C0得到相對位置間距：

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　　(2) 測量一對麥克風(fēng)同步采集信號相位差ΔΦ，根據(jù)頻率f和聲傳播速度C0得到這一對麥克風(fēng)的位置間隔：

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　　經(jīng)過計算及試驗(yàn)驗(yàn)證，相位法分析麥克風(fēng)相對位置差的精度要比互相關(guān)法分析的精度高。

　　通過算法控制，麥克風(fēng)陣列在搜索到講話者的位置之后可以將波束指向當(dāng)前的講話者。麥克風(fēng)陣列這種極強(qiáng)的智能指向性功能可以顯著降低周邊環(huán)境噪聲及回聲的影響。

　　二、陣列指向性

　　由于麥克風(fēng)陣列的輸出信號中包含比單只麥克風(fēng)更低的噪聲和回聲成份，所以其固有噪聲抑制能力要遠(yuǎn)高于單只麥克風(fēng)。麥克風(fēng)陣列在1000Hz的典型指向性波束圖型如圖2所示。

　　其指向性圖形要遠(yuǎn)好于任一款價格昂貴的高性能超心形麥克風(fēng)。

　　三、指向性指數(shù)

　　另一個表證波束的參數(shù)是指向性指數(shù)。指向性指數(shù)D表征的是麥克風(fēng)陣列主響應(yīng)軸(波束軸線)檢測到的聲源信號與需要屏蔽的各種噪聲與回聲信號的比值。

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　　其中：

　　P(f, φ, θ)：聲源信號之聲能

　　ρ0：與參考點(diǎn)的平均距離)

　　(φT, θT)：與參考聲軸的角度

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