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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
" G' M6 n$ V% v  U- e

01

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什么是麦克风阵列

* l: W( B. c+ q! W" C3 k, e% q

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。

  M3 o: m  k2 O0 G

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。

7 v) b0 ~% G3 X/ t4 n/ m! |; M, M

! ~- z, V1 J0 I% d0 R' f8 X3 L

02

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麦克风阵列的作用

4 y# G* t1 p2 n. a" i

麦克风阵列一般用于：
7 g4 L9 d$ s  {. v) U9 C  s9 w# W

• 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
  —
  % R, ^' Y% F' s6 }6 w
  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。
    
  
  
  
  5 z" A, t8 b) \% d% X3 d$ Y# h
  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。
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• 05
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  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。
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• 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。
      
  • 混响是建筑声学中要重点考虑的问题
    " g* l" a. ~2 }5 ~6 x
    • 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。
    2 F! J% X% V# t8 X$ B1 L! g* b
  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
  —
  $ p) \: M. R" o! E6 J1 e; S. a5 a
  线性麦克风阵列
  
  , ^3 l  `& x8 s4 }) a
  • 加性麦克风阵列( Additive Microphone Array)
    . G' p% Z4 O5 X/ ~1 V0 _  T
    • 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 )
        . ~: v; ~! q/ A) ]
        • 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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          6 R0 n1 @6 z' W' s1 a2 V
        
    • 
      
      07
      —
      # u. n- L! |2 i( s6 [6 ^
      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
        
        ! O) g8 Y3 K$ `! c' b# n# w, A: W* y
        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 C0 T4 n1 F: p# q: ~$ z1 j
          ) D9 [/ z1 E* |! Z3 b& u, F
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          麦克风阵列发展趋势
          
          
          / l$ ]+ m, ^9 p& G+ ]# b# z1 x
          • 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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          • 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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          0 n: r4 z2 f1 ~8 u; }2 v
          转载于声学世界
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