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标题: 麦克风阵列原理及应用 [打印本页]

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作者: 浅夏110    时间: 2020-5-15 10:16
标题: 麦克风阵列原理及应用
麦克风阵列原理及应用

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什么是麦克风阵列

麦克风阵列是由一定数目的麦克风组成，对声场的空间特性进行采样并滤波的系统。

( ^, o8 J9 N3 \4 l
! H- y! v; _: s) ?& R( Z
; |! {9 a/ j/ i2 v* g) M' ]" o" X

目前常用的麦克风阵列可以按布局形状分为：线性阵列，平面阵列，以及立体阵列。其几何构型是按设计已知，所有麦克风的频率响应一致，麦克风的采样时钟也是同步的。

2 R/ m# b$ _% M/ B: Z! W5 F
9 l8 N% d6 a- E7 k; z* x& {

02

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麦克风阵列的作用

麦克风阵列一般用于：

• 声源定位，包括角度和距离的测量
• 抑制背景噪声、干扰、混响、回声
• 信号提取
• 信号分离
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• 03
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  , P  \8 r# n) i
  声源定位技术
  
  
  • 利用麦克风阵列计算声源距离阵列的角度和距离，实现对目标声源的跟踪。
  • 基于TDOA（Time Difference Of Arrival，到达时间差）的声源定位技术。估计信号到达两两麦克风之间的时间差，从而得到声源位置坐标的方程组。然后求解方程组即可得到声源的精确方位坐标。
    4 _; D3 \5 s' G
  
  
  
  
  04
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  # Q* y& S3 z- D9 x5 W! P2 N; j0 B
  信号的提取与分离
  
  ; m/ _, C' i- N8 Y
  通过波束形成技术，在期望方向上有效地形成一个波束，仅拾取波束内的信号，从而达到同时提取声源和抑制噪声的目的。
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• 05
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  语音去混响
  
  9 ^/ N" p7 F; {/ \0 n
  混响（Reverberation）是指声波在室内传播时，被墙壁、天花板、地板等障碍物形成反射声，并和直达声形成叠加的现象。
• 
• 混响的作用
  • 混响是声学中最重要的现象之一
    + a4 y8 j6 ^' C% t" R
    • 合适的混响会使得声音圆润动听、富有感染力。
    • 混响时间太长会使得声音含糊不清，听不清楚。
      * ]  x( i0 g2 O6 v
  • 混响是建筑声学中要重点考虑的问题
    ( G- y$ Y, _1 X1 g) g7 F
    • 演讲厅要短一些的混响时间，比如北京学术报告厅混响时间为1s
    • 交响乐则需要长一些的混响时间，比如上海音乐厅混响时间为1.5s，维也纳音乐厅为2.05s
      
  
  
  • 过大的混响会带来音素的交叠掩蔽现象，严重影响语音识别效果，尤其是远距离语音识别。
    
  目前主流采用麦克风阵列+深度学习的方式来进行去混响。
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  % ]. F: k% {( n6 b8 u3 {" a9 g) F9 |
  线性麦克风阵列
  
  4 g5 ^% N* v  d% P4 r+ w
  • 加性麦克风阵列( Additive Microphone Array)
    5 f% @! e3 n+ g3 ~7 G
    • 阵列的输出是各阵元的加权和
    • 最优波束方向可调
    • 结构简单、方便布局
    • 适用于车载、家电等场合
    • 
    • • 差分麦克风阵列( Differential Microphone Array )
        ) n$ ^# k( ]$ i3 ?* Q: n- J) C
        • 阵列的输出是两两麦克风之间的加权相减
        • 最优波束方向只能在末端方向
        • 适用于耳机通话等场合
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          3 A8 h/ N1 ?: l0 g7 s
        
    • 
      ! r& @1 x4 w3 s* F3 Q. y5 Q
      07
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      平面麦克风阵列
      
      
      平面麦克风阵列（Planar Microphone Array ）
      • 实现平面360度等效拾音
      • 麦克风个数越多，空间划分越精细，语音增强和降噪效果越好
      • 广泛用于智能音箱和交互机器人上
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        立体麦克风阵列
        
        2 I7 A; W; ~# Z; g1 f* T5 b; \
        立体阵列麦克风（3-D Microphone Array ）
        • 真正实现全空间360度无损拾音
        • 解决了平面阵高俯仰角信号响应差的问题
          
          
          8 K+ O4 H' r  n$ ~% {: V( v
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          麦克风阵列发展趋势
          
          ) i  Y5 o0 r- s
          ) H* d7 Y/ o% Y
          • 多传感器的融合。声学麦克风，光学麦克风，骨传导麦克风的多模态降噪。提高信噪比，以及适应不同的环境。
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          $ p! A1 f7 p. Q7 W
          • 分布式麦克风阵列。客厅，卧室，厨房，餐厅，手持各类麦克风的数据实时融合处理。在更大范围内实现真正的全方位拾音。
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          ' U( S0 M. w( j* r- z7 x转载于声学世界
          
        
        
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