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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

01

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什么是麦克风阵列

+ [$ h6 @2 t& ]8 c+ h/ f

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。

+ M5 B8 r/ x% ~1 ]4 G- p4 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。

9 l9 G9 a! s' v
& P2 O" I! `- E3 P3 Q

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
• 
• 03
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  2 ~- c4 p/ v7 q; j) r$ {* s& U
  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。
    
  
  2 m: ]2 G/ j) H9 ^) X( [- {2 U6 w
  * B' z" i1 Q8 v/ M; c
  9 _; P3 g2 u  i3 o
  04
  —
  - X) p. n: z" W- y0 F9 ^& k
  信号的提取与分离
  
  - X( v+ {+ M. o3 a
  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
  
  % A) z/ R( D. M1 o6 Y( j
  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
    . C: f; h0 y. ]1 c- L2 D
    • 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
      / H' l9 D7 O+ F/ R$ j
  
  
  • 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。
    ) y3 ]4 x) Y' s# E0 g8 k8 o" F
  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
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  / P! @' U6 z8 G7 m
  线性麦克风阵列
  
  . W  g4 d. K) H5 M1 l9 J+ \
  • 加性麦克风阵列( Additive Microphone Array)
    
    • 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 )
        1 U& z. e8 r" j
        • 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
        • 
          9 A: y2 [+ a( h3 n( F/ p
        
    • 
      
      07
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      % K. d5 D3 ]- v  `+ T5 j
      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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        立体麦克风阵列
        
        ' V& x) E5 H; n4 K% X2 P
        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
          ! }& R% Q' O; z& [  c% Z
          
          ( |% F" B: P, h0 w
          09
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          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。
            , W$ T6 J% k1 ], H/ z( O) l  M! I
          
          
          • 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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          $ C! y3 h. \1 u9 M) W转载于声学世界
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