麦克风阵列不同阵形的性能有什么区别？

浅夏110

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

- ]% a0 ~8 X# g8 i: a1 p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。
" l+ h, K& |, r' P! @  C: ^* H以16元声呐为例，常见的4种阵列的声传感器分布如下图：

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）。
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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：
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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。
  T. X/ h0 [" H3 u, @8 t- z* E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。



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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。
0 J( i! w5 ]6 P1 ~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。
' i# ^& B9 g& @. L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。
, @. |$ V- z& M; R' D5 }! A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。
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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。


作者：联丰迅声
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来源：知乎
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建模小白12138

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