麦克风阵列原理及应用
" C* }( Y; S* H" y0 K9 i5 e8 U$ U" I01 — 什么是麦克风阵列 ) e$ ?% X P% E2 n! y" o( I
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。 , x2 O4 G4 z4 C4 S) \6 ?: W
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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。
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麦克风阵列的作用
& D# T: h& K0 q7 E. U3 a麦克风阵列一般用于:! m7 q4 U/ q7 N3 b
- 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
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声源定位技术 8 _* ]3 w/ E& C- H5 C+ _) X
- 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。! S& `( J% |7 H i" e* n
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信号的提取与分离 + d# p/ N! K; L1 D
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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# c/ b% K! O" w9 E5 d 语音去混响 ) H+ k) I7 U5 I, 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一5 b/ ~# z/ F! ^& Y5 \
- 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。
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- 混响是建筑声学中要重点考虑的问题
$ M h. i; m# y @' R% `' }/ a- 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2.05s1 x7 \6 O) W) b ~3 }) |% r
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- 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。
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目前主流采用麦克风阵列+深度学习的方式来进行去混响。 -
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线性麦克风阵列
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- 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
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- 差分麦克风阵列( Differential Microphone Array ). J/ R% b5 b" w
- 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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- c2 v2 S" t2 g- D- n1 t) y8 F 平面麦克风阵列 " a$ e* Z# V+ H( o) N
平面麦克风阵列(Planar Microphone Array )
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