数学建模社区-数学中国

标题: 麦克风阵列原理及应用 [打印本页]

---

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
* Z$ {& O0 ?: I

01

—

什么是麦克风阵列

! c  {% D2 o0 p6 {$ m" N  f' e

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。

( {$ m9 f! {7 o- f) C( l3 E! l

" E) R5 I: N: N4 g- 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。

4 e0 g+ J/ Y) G& ^/ Y. V( c, }$ j

02

—
0 R3 Y3 @- k" h1 t' D; ]

麦克风阵列的作用

3 z0 r4 R6 D- _" X

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
• 
• 03
  —
  
  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。
    ! P/ V5 H$ ~3 N9 c1 T9 u; B1 L/ M0 K
  
  
  ! g( M1 P4 n; m/ E! T9 f7 {
  
  04
  —
  6 [0 e) m; C% t/ E
  信号的提取与分离
  
  
  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。
• 
• 05
  —
  
  语音去混响
  
  
  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
    * O6 Q  z% s) V( e+ e" e1 Q9 c* v5 e
    • 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) g1 O* m, q+ L' s( b3 Q1 h
  • 混响是建筑声学中要重点考虑的问题
    
    • 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
      ( v1 f2 N/ {* ^" r/ L
  
  
  • 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。
• 
• 06
  —
  $ O, `5 K( L$ O' ^; w3 N
  线性麦克风阵列
  
  7 l2 v2 o" p2 O- V. i, Q) o
  • 加性麦克风阵列( Additive Microphone Array)
    , `, |# r/ J0 P
    • 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 )
        
        • 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
        • 
          8 _& e9 Y! U6 e& H, f! [  R9 n" a4 i
        
    • 
      
      07
      —
      ! C* {4 [" H/ ^8 Q3 ?: Y  ?
      平面麦克风阵列
      
      % @. E9 f* E) m* u% I* X
      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
      • 
      • 08
        —
        6 C3 q, I7 {2 a( G# P
        立体麦克风阵列
        
        8 K4 h! n4 W. e5 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
          5 \! I1 M- ~' G
          
            C0 J  W3 |5 o" M4 I# {. o  }3 s
          09
          —
          7 G" Q. ^/ T: x7 v1 ?/ j
          麦克风阵列发展趋势
          
          
          ( L; H- E) ]; ]* W
          • 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。
            0 c" Y9 O$ g4 ^* r, R
          
          
          • 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。
            
          
          # v" x" ]6 X6 e& f6 _* i——————————————————
          
          转载于声学世界
          4 p( k% g0 a+ z2 q9 c6 L
        
        
    • 
      ; ~* ^' p' p! T( B. Y1 C( }
  
  " A# m/ W1 u' l" [

: N) J( ^: n1 i) c' O

---

欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/)

Powered by Discuz! X2.5