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麦克风阵列不同阵形的性能有什么区别?

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    发表于 2020-5-15 10:22 |只看该作者 |倒序浏览
    |招呼Ta 关注Ta |邮箱已经成功绑定
    日常应用的麦克风阵列,大致可以分为:十字阵、平面阵、圆阵、螺旋阵7 N- a3 a4 r# a4 D# B4 m7 e% ]1 K. ]
    1.jpg / n9 N" j& U( P; h( @+ M1 Z
    我们常说的十字阵、平面阵、螺旋阵,其实是阵列形状的描述,本质上则是声传感器的空间排布几何规则不同,决定了不同阵形具备不同的空域滤波性能! b3 G9 V: T  y0 K
    以16元声呐为例,常见的4种阵列的声传感器分布如下图:5 I0 a( G( p0 Q/ c
    2.jpg % M! B3 c' N, `- t
    常见的十字阵、平面阵都属于均匀平面阵,圆阵与螺旋阵则是非均匀平面阵,不同的阵列在不同阵列方向具有不同的空域分辨率。话不多数,有图有真相——4种阵型波束形成仿真的波束图(接收信号3000Hz)。5 m: X& Z8 m, p1 u. w
    3.jpg % T( Q1 j/ x% ~& M/ N' w
    直观来看,4种阵型的波束图的差距还是很大,为了看出来细节差异,我们把三维图统一投影到一个平面来看,如下图所示:5 _9 e; z, e4 g
    4.jpg - X, T4 _  X% x3 B
    我们一般把中间的小山峰叫主瓣,主瓣越窄说明阵列分辨率越高,性能越好。旁边矮一点的小山峰叫旁瓣,旁瓣越高则意味着阵列抗干扰性能越差。' x% R5 ^7 o0 D- L
    可以看出,十字阵波束图的小山峰(主瓣)明显比圆阵,矩形阵,螺旋阵要窄,从主瓣来看,十字阵<圆阵≈矩形阵≈螺旋阵,这也意味着同样阵元个数的条件下,十字阵具有较高的空间分辨率。尺有所短寸有所长,十字阵旁边的小山峰明显较高,从旁瓣来看,十字阵>圆阵>矩形阵>螺旋阵,意味着此时十字阵的抗干扰能力较差。/ @- O0 ~! N/ L1 L+ b6 H

    # {# t* B$ p7 ?: X0 C0 A. K) [' {. k3 j4 r1 g+ T, \

    % T5 [0 Z% D6 X/ R; a 5.jpg
    " N' q7 H2 T; d" \2 h, s. o从阵型设计角度考虑,十字阵很容易获得较高的主瓣及分辨率,在各个领域也广泛应用。
    7 U. v/ X4 o4 K$ |7 D" j圆阵的主瓣旁瓣分布均匀,在0~360°分辨率较为均匀,常被采用作为智能音箱的阵型。
    6 D- c$ _: n: E- E( ^$ y0 N. W矩形阵则在均匀分布的阵元范围内具有较高的分辨率,是雷达设计常采用的阵型。) P/ f% K! _  L1 ?5 m
    螺旋阵阵元的不规则分布避免重复空间采样,可有效抑制混叠效应,所以这种不规则的阵列设计常常应用于声场成像,是声学相机所采取的主流阵型。
    6 @. \4 k2 Y" L( L& Q/ J7 j. d~~~~~~~~~划重点的分割线~~~~~~~~  A* G! O/ @% S8 `
    十字阵,圆阵,矩形阵,螺旋阵,不同的声呐阵型决定了不同的空域滤波性能,各有优劣,实际工程应用中我们往往会根据成本预算,实际需求等来权衡选择,没有最优,只有最合适。
    8 X/ v2 C$ g/ d/ c# n+ p% c; V: Q* ], J, c; m, m

    " V' |0 \: O, Y  e6 t作者:联丰迅声
    , [/ X2 e. l* H& ]: y1 o2 W链接:https://www.zhihu.com/question/379057217/answer/1075479476' ?, I0 F% {0 _5 ^6 I
    来源:知乎* `2 K6 g; z5 |3 t, c. ^, P2 i
    著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。- g8 A6 Q. q6 t6 s
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