什么是麥克風(fēng)陣列

所謂麥克風(fēng)陣列其實(shí)就是一個(gè)聲音采集的系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用多個(gè)麥克風(fēng)采集來自于不同空間方向的聲音。由一定數(shù)目的聲學(xué)傳感器(一般是麥克風(fēng))組成，用來對(duì)聲場(chǎng)的空間特性進(jìn)行采樣并處理的系統(tǒng)。

早在20世紀(jì)70、80年代，麥克風(fēng)陣列已經(jīng)被應(yīng)用于語音信號(hào)處理的研究中，進(jìn)入90年代以來，基于麥克風(fēng)陣列的語音信號(hào)處理算法逐漸成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。而到了“聲控時(shí)代”，這項(xiàng)技術(shù)的重要性顯得尤為突出。

為什么使用麥克風(fēng)陣列

麥克風(fēng)按照指定要求排列后，加上相應(yīng)的算法（排列+算法）就可以解決很多房間聲學(xué)問題，比如聲源定位、去混響、語音增強(qiáng)、盲源分離等。

什么是麥克風(fēng)的指向性（方向性）

麥克風(fēng)的方向性是指麥克風(fēng)可以接收到語音的方向。聲音可以從不同的方向傳達(dá)到麥克風(fēng)，麥克風(fēng)的前面/后面/側(cè)面，麥克風(fēng)將會(huì)根據(jù)自身的指向性來獲取聲音。

一個(gè)麥克風(fēng)可以以很高的靈敏度接收來自于前方的聲音，而不管后方和側(cè)面的聲音，另一個(gè)麥克風(fēng)還可以接收來自于前面和后面的聲音，而不管側(cè)面的，有很多種組合。

什么是指向性麥克風(fēng)

所謂指向性麥克風(fēng)是指麥克風(fēng)要么接收來自于指定方向的聲音，要么接收所有角度傳來的聲音，這取決于麥克風(fēng)的自身指向?qū)傩浴?/P>

常用的指向性麥克風(fēng)：

Part.1

全向麥克風(fēng)

有些麥克風(fēng)接收來自于任何方向的聲音，這種麥克風(fēng)叫做全向麥克風(fēng)（omnidirectional microphones）。不管說話的人在哪里對(duì)著麥克風(fēng)說話，前后左右，從0°到360°，所有的這些聲音都會(huì)以相同的靈敏度被拾取。

Part.2

單向麥克風(fēng)

其他的一些麥克風(fēng)是單向的（ unidirectional），他們僅僅接收從指定方向來的聲音。當(dāng)人們對(duì)著單向麥克風(fēng)說話時(shí)，要慎重選擇對(duì)著麥克風(fēng)的方向。我們必須要對(duì)著“接收方向”說話來獲得更好的聲音增益，任何不同于此方向的聲音都會(huì)被削弱接收，這也就意味著增益很小。

Part.3

雙向麥克風(fēng)

另外一種麥克風(fēng)叫做雙向麥克風(fēng)（bidirectional microphone），這種麥克風(fēng)可以很好的接收來自于前向和后向的聲音，但是兩側(cè)的聲音增益很小。他在隔膜的相對(duì)兩側(cè)拾取具有相等靈敏度的聲波，與隔膜成直角的指向null。

Part.4

心型麥克風(fēng)

另外一種是心型麥克風(fēng)（ cardioid microphone），它可以接收來自于前方和兩側(cè)的聲音，但是后面的聲音的增益很小。事實(shí)上，他們名字來源于他們的聲音拾取方向，非常的像一個(gè)心。

注意：

這里沒有任何一種麥克風(fēng)可以說比別的怎么怎么好，不同種類的麥克風(fēng)在不同的使用環(huán)境下有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。從上面看起來，全向麥克風(fēng)比其他的要好，因?yàn)樗梢越邮諄碜杂谒蟹较虻穆曇舳皇莾H僅一個(gè)方向，但是試想如果在一個(gè)比較嘈雜的環(huán)境下，全向麥克風(fēng)是一個(gè)比較low的選擇，因?yàn)槌宋覀兯枰穆曇敉猓�錄了周圍的噪音。在這種環(huán)境下，指向性（非全指向性麥克風(fēng)）麥克風(fēng)可能會(huì)更好，因?yàn)樗讷@取我們所需要方向的聲音外，對(duì)其他方向的聲音進(jìn)行了壓制，使得噪聲的增益非常少。所以，這些麥克風(fēng)的好壞取決于用的環(huán)境。

陣列介紹

在頻率響應(yīng)中也可以根據(jù)時(shí)域中波束形成與空間濾波器相仿的應(yīng)用，分析出接收到語音信號(hào)音源的方向以及其變化。而這些分析都可以由極坐標(biāo)圖以波束形式來顯示語音信號(hào)的強(qiáng)度與角度。

通常在手機(jī)（如蘋果iPhone、三星Galaxy系列等）和電腦（如聯(lián)想小Y系列等）中常采用。采用該技術(shù)，能利用兩個(gè)麥克風(fēng)接收到聲波的相位之間的差異對(duì)聲波進(jìn)行過濾，能最大限度將環(huán)境背景聲音清除掉，只剩下需要的聲波。對(duì)于在嘈雜的環(huán)境下采用這種配置的設(shè)備，無雜音。

麥克風(fēng)陣列與天線陣列是不同的。

麥克風(fēng)陣列原理

1麥克風(fēng)陣列

麥克風(fēng)陣列，是一組位于空間不同位置的全向麥克風(fēng)按一定的形狀規(guī)則布置形成的陣列，是對(duì)空間傳播聲音信號(hào)進(jìn)行空間采樣的一種裝置，采集到的信號(hào)包含了其空間位置信息。根據(jù)聲源和麥克風(fēng)陣列之間距離的遠(yuǎn)近，可將陣列分為近場(chǎng)模型和遠(yuǎn)場(chǎng)模型。根據(jù)麥克風(fēng)陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則可分為線性陣列、平面陣列、體陣列等。

(1) 近場(chǎng)模型和遠(yuǎn)場(chǎng)模型

根據(jù)聲源和麥克風(fēng)陣列距離的遠(yuǎn)近，可將聲場(chǎng)模型分為兩種：近場(chǎng)模型和遠(yuǎn)場(chǎng)模型。近場(chǎng)模型將聲波看成球面波，它考慮麥克風(fēng)陣元接收信號(hào)間的幅度差；遠(yuǎn)場(chǎng)模型則將聲波看成平面波，它忽略各陣元接收信號(hào)間的幅度差，近似認(rèn)為各接收信號(hào)之間是簡(jiǎn)單的時(shí)延關(guān)系。顯然遠(yuǎn)場(chǎng)模型是對(duì)實(shí)際模型的簡(jiǎn)化，極大地簡(jiǎn)化了處理難度。一般語音增強(qiáng)方法就是基于遠(yuǎn)場(chǎng)模型。

(1) 麥克風(fēng)陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

按麥克風(fēng)陣列的維數(shù)，可分為一維、二維和三維麥克風(fēng)陣列。

一維麥克風(fēng)陣列，即線性麥克風(fēng)陣列，其陣元中心位于同一條直線上。二維麥克風(fēng)陣列，即平面麥克風(fēng)陣列，其陣元中心分布在一個(gè)平面上。三維麥克風(fēng)陣列，即立體麥克風(fēng)陣列，其陣元中心分布在立體空間中。

2波束形成

波束形成，是對(duì)各陣元的輸出進(jìn)行時(shí)延或相位補(bǔ)償、幅度加權(quán)處理，以形成指向特定方向的波束。陣列的波束方向圖是確定陣列性能的關(guān)鍵要素，其主要參數(shù)有3dB帶寬，到第一零點(diǎn)的距離，第一旁瓣高度，旁瓣衰減速度等。其幅度的平方定義為功率方向圖，是常用的一種陣列性能度量。

3時(shí)延補(bǔ)償

由于麥克風(fēng)陣元空間位置的差異，各陣元接收到的信號(hào)存在時(shí)延，在對(duì)信號(hào)處理之前進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，保證各陣元待處理數(shù)據(jù)的一致性，使陣列指向期望方向。