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什么是麥克風陣列

所謂麥克風陣列其實就是一個聲音采集的系統，該系統使用多個麥克風采集來自于不同空間方向的聲音。由一定數目的聲學傳感器(一般是麥克風)組成，用來對聲場的空間特性進行采樣并處理的系統。

早在20世紀70、80年代，麥克風陣列已經被應用于語音信號處理的研究中，進入90年代以來，基于麥克風陣列的語音信號處理算法逐漸成為一個新的研究熱點。而到了“聲控時代”，這項技術的重要性顯得尤為突出。

為什么使用麥克風陣列

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

什么是麥克風的指向性（方向性）

麥克風的方向性是指麥克風可以接收到語音的方向。聲音可以從不同的方向傳達到麥克風，麥克風的前面/后面/側面，麥克風將會根據自身的指向性來獲取聲音。

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

什么是指向性麥克風

所謂指向性麥克風是指麥克風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，這取決于麥克風的自身指向屬性。

常用的指向性麥克風：

Part.1

全向麥克風

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

Part.2

單向麥克風

其他的一些麥克風是單向的（ unidirectional），他們僅僅接收從指定方向來的聲音。當人們對著單向麥克風說話時，要慎重選擇對著麥克風的方向。我們必須要對著“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被削弱接收，這也就意味著增益很小。

Part.3

雙向麥克風

另外一種麥克風叫做雙向麥克風（bidirectional microphone），這種麥克風可以很好的接收來自于前向和后向的聲音，但是兩側的聲音增益很小。他在隔膜的相對兩側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

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

注意：

這里沒有任何一種麥克風可以說比別的怎么怎么好，不同種類的麥克風在不同的使用環境下有各自的優缺點。從上面看起來，全向麥克風比其他的要好，因為它可以接收來自于所有方向的聲音而不是僅僅一個方向，但是試想如果在一個比較嘈雜的環境下，全向麥克風是一個比較low的選擇，因為除了我們所需要的聲音外，他還錄了周圍的噪音。在這種環境下，指向性（非全指向性麥克風）麥克風可能會更好，因為他在獲取我們所需要方向的聲音外，對其他方向的聲音進行了壓制，使得噪聲的增益非常少。所以，這些麥克風的好壞取決于用的環境。

陣列介紹

在頻率響應中也可以根據時域中波束形成與空間濾波器相仿的應用，分析出接收到語音信號音源的方向以及其變化。而這些分析都可以由極坐標圖以波束形式來顯示語音信號的強度與角度。

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

麥克風陣列與天線陣列是不同的。

麥克風陣列原理

1麥克風陣列

麥克風陣列，是一組位于空間不同位置的全向麥克風按一定的形狀規則布置形成的陣列，是對空間傳播聲音信號進行空間采樣的一種裝置，采集到的信號包含了其空間位置信息。根據聲源和麥克風陣列之間距離的遠近，可將陣列分為近場模型和遠場模型。根據麥克風陣列的拓撲結構，則可分為線性陣列、平面陣列、體陣列等。

(1) 近場模型和遠場模型

根據聲源和麥克風陣列距離的遠近，可將聲場模型分為兩種：近場模型和遠場模型。近場模型將聲波看成球面波，它考慮麥克風陣元接收信號間的幅度差；遠場模型則將聲波看成平面波，它忽略各陣元接收信號間的幅度差，近似認為各接收信號之間是簡單的時延關系。顯然遠場模型是對實際模型的簡化，極大地簡化了處理難度。一般語音增強方法就是基于遠場模型。

(1) 麥克風陣列拓撲結構

按麥克風陣列的維數，可分為一維、二維和三維麥克風陣列。

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

2波束形成

波束形成，是對各陣元的輸出進行時延或相位補償、幅度加權處理，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鍵要素，其主要參數有3dB帶寬，到第一零點的距離，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時延補償

由于麥克風陣元空間位置的差異，各陣元接收到的信號存在時延，在對信號處理之前進行時延補償，保證各陣元待處理數據的一致性，使陣列指向期望方向。