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

01

—

什么是麦克风阵列

' C7 c' v4 J2 _$ h& N- h6 A

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。

1 p1 @2 D( P  Z$ F4 t1 h1 W
/ x6 i8 r7 }4 }5 {7 b8 k/ ^

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。

0 V' o+ E  k( Z! A

02

—
( V, Q1 a6 F/ v$ ^( E+ g

麦克风阵列的作用

; v3 r# R; j6 m; {( G

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
  
  8 F7 b3 D1 ~3 y# Q! r  W) ?3 f
  • 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。
    + Z3 x& S+ q9 v/ i) r  l; X, |
  
  0 D: e, h4 ~6 y
  9 e+ C9 H% S! a+ T) r$ A/ J) I
  3 u" d/ N6 K" S) a6 U7 f/ ^
  04
  —
  " [- Q+ o% j4 d9 |" b" l
  信号的提取与分离
  
  3 e$ h/ T& [$ f9 E
  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
  —
  % g( i% F3 M3 B) x: [/ b
  语音去混响
  
  * R! b; N1 K! }. O* |# N) A
  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
    * G. W. C) C( R2 p2 |
    • 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。
      
  • 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
      
  
  
  • 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
  —
  5 c  N2 \. _4 E% K) g
  线性麦克风阵列
  
  1 u" {8 j- E/ H" n$ N2 M' |2 A. b1 Y
  • 加性麦克风阵列( Additive Microphone Array)
    7 R  B1 n2 a  I. o/ e" I' e2 V
    • 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
        • 
          + Y3 T- L: _+ s, J
        
    • 
        L+ j/ h2 c" G) I' Y# p
      07
      —
      6 w* V) r# [6 p9 [- [
      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
        —
        
        立体麦克风阵列
        
          y9 b# I& s' t$ Z" e! [5 I
        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
          7 n1 ]3 N- U) a
          
          
          09
          —
          
          麦克风阵列发展趋势
          
          . M% U6 m3 C, q2 C* A
          
          • 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。
            0 `/ `' q5 {, E& X* |* U
          
          ——————————————————
          % I1 O. h9 k, e7 [
          - y: L/ O3 A) n$ g转载于声学世界
          ' z1 X+ u# |6 j! x( x) _* O
        
        - m( U# w- T6 ]6 x1 ^8 j, P0 o
    • 
      
  
  4 t" J9 q+ ^! N$ l- `8 H

  [* k" a5 p: Z7 z9 g. ?

---

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

Powered by Discuz! X2.5