麦克风阵列原理及应用
2 T9 e) G0 C: [$ `' V01 — 什么是麦克风阵列 $ i: T$ z0 } q! R) l5 t
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。
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, I' q- f# b6 A& q$ a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 }1 V# n' N* n/ d& Q
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! C" Z: u& R: T* }7 ? 麦克风阵列的作用
9 m* j6 J" Q! V' y麦克风阵列一般用于:2 w1 F- X; D: F0 k4 \7 |% H: Y
- 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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+ V% m% [+ g" t, {5 {- j 声源定位技术 $ o+ `$ I$ M! U" H) G! e1 n
- 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。0 R6 t0 u' \' Y) a+ `9 O$ |
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信号的提取与分离
4 r( [' Q# l% S3 I% K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 —$ _4 D' h+ @' ^$ _, n m3 D
语音去混响 # \6 l* r* L* i( ~- f& 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
( D+ t( z" J4 r- 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
( ~/ |& r6 m1 ^4 E4 C- 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
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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。. G2 G) ~, D- x( g- L5 a3 p
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 —
& M) w* `: G) A% a$ X 线性麦克风阵列 6 W. A# s9 B/ Z B& V+ [( a
- 加性麦克风阵列( Additive Microphone Array)
: G6 t5 K, T1 W. E3 o- 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 )
* H5 S1 S8 @/ F' e- 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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