麥克風聲源定位原理 麥克風陣列原理及應用

2021-10-13 08:39:36 字數 1517 閱讀 3887

什麼是麥克風陣列

麥克風陣列是由一定數目的麥克風組成,對聲場的空間特性進行取樣並濾波的系統。

目前常用的麥克風陣列可以按布局形狀分為:線性陣列,平面陣列,以及立體陣列。其幾何構型是按設計已知,所有麥克風的頻率響應一致,麥克風的取樣時鐘也是同步的。

麥克風陣列的作用

麥克風陣列一般用於:聲源定位,包括角度和距離的測量

抑制背景雜訊、干擾、混響、回聲

訊號提取

訊號分離

聲源定位技術利用麥克風陣列計算聲源距離陣列的角度和距離,實現對目標聲源的跟蹤。

基於tdoa(time difference of arrival,到達時間差)的聲源定位技術。估計訊號到達兩兩麥克風之間的時間差,從而得到聲源位置座標的方程組。然後求解方程組即可得到聲源的精確方位座標。

訊號的提取與分離

通過波束形成技術,在期望方向上有效地形成乙個波束,僅拾取波束內的訊號,從而達到同時提取聲源和抑制雜訊的目的。

語音去混響

混響(reverberation)是指聲波在室內傳播時,被牆壁、天花板、地板等障礙物形成反射聲,並和直達聲形成疊加的現象。

混響的作用混響是聲學中最重要的現象之一合適的混響會使得聲音圓潤動聽、富有感染力。

混響時間太長會使得聲音含糊不清,聽不清楚。

混響是建築聲學中要重點考慮的問題演講廳要短一些的混響時間,比如北京學術報告廳混響時間為1s

交響樂則需要長一些的混響時間,比如上海**廳混響時間為1.5s,維也納**廳為2.05s

過大的混響會帶來音素的交疊掩蔽現象,嚴重影響語音識別效果,尤其是遠距離語音識別。

目前主流採用麥克風陣列+深度學習的方式來進行去混響。

線性麥克風陣列加性麥克風陣列( additive microphone array)陣列的輸出是各陣元的加權和

最優波束方向可調

結構簡單、方便布局

適用於車載、家電等場合差分麥克風陣列( differential microphone array )陣列的輸出是兩兩麥克風之間的加權相減

最優波束方向只能在末端方向

適用於耳機通話等場合

平面麥克風陣列

平面麥克風陣列(planar microphone array )實現平面360度等效拾音

麥克風個數越多,空間劃分越精細,語音增強和降噪效果越好

廣泛用於智慧型音箱和互動機械人上

立體麥克風陣列

立體陣列麥克風(3-d microphone array )真正實現全空間360度無損拾音

解決了平面陣高俯仰角訊號響應差的問題

麥克風陣列發展趨勢多感測器的融合。聲學麥克風,光學麥克風,骨傳導麥克風的多模態降噪。提高訊雜比,以及適應不同的環境。

分布式麥克風陣列。客廳,臥室,廚房,餐廳,手持各類麥克風的資料實時融合處理。在更大範圍內實現真正的全方位拾音。

基於深度學習的麥克風陣列。用多麥克風+神經網路,來取代雙耳結構+大腦訊號處理機制。

最終目標:達到人類聽力水平;用兩個麥克風讓機器能聽清10公尺-20公尺的聲音;實現雞尾酒會效應。

本地和雲端識別緊耦合,配合使用也是乙個大的趨勢。

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