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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。

+ Q5 n5 A8 s; c. m7 j' f

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。

! R. y- w2 E8 \  A0 q. X) z

02

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麦克风阵列的作用

% y8 f( ]' L8 Y" T( }2 A5 m

麦克风阵列一般用于：
9 O% P7 D; N& N) p' d+ i" |

• 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
  
  + q4 f3 R+ C% D! r! {
  • 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。
    5 k% ^9 s' r3 A* B
  
  * r9 w5 a2 C% U* s1 c
  
  0 O$ s# A7 z! Q6 L' u: c
  04
  —
  
  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
  
  : r# ]" a; H4 i+ z* {) i# q/ k
  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
    
    • 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。
      2 E0 ~, }7 _1 W( W; s6 w" E
  • 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
      
  
  ; K8 V3 a- u* h9 E" V6 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。
    : y$ l, C  \" Z; L/ V, Q0 Q
  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
  —
  
  线性麦克风阵列
  
  4 j# R+ U" \0 C: c
  • 加性麦克风阵列( Additive Microphone Array)
    6 p; H7 G  q  B  _$ A( ]
    • 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
        • 
          0 \* K9 l9 B. [' `' _
        
    • 
      
      07
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      0 I6 B, T) d8 M. X( F4 T
      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
      • 
      • 08
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        9 _: B3 T4 u( t' g. g
        立体麦克风阵列
        
        $ r. a+ Q; c* O2 c6 o5 L7 Z
        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
          # M& U# d( q% ^, u% D
          
          
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          8 ~5 `; a9 B2 N
          麦克风阵列发展趋势
          
          
          
          • 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。
            
          
          
          • 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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