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23. 麦克风阵列

声学号角

10月前浏览1308

麦克风阵列信号处理

对麦克风阵列拾取到的信号做后处理以实现不同的功能

之前有写过文章对麦克风阵列基本原理和应用做了简要介绍

麦克风阵列原理及应用

介绍了这本书的大致内容《麦克风阵列信号处理》，类似的书很多

波束形成

从时域的角度来说，波束形成就是对每一个阵元做延时，对齐主瓣方向的信号到达时间。

使用matlab进行麦克风阵列仿真计算

均匀线性阵列（Uniform Linear Array）

主波束调向

多个主波束

同时调整主波束角度和零点角度

宽带波束形成

不同频率主波束宽度有差异

差分麦克风阵列

指向性不随频率变化

声源定位

声源定位是一个涉及信号处理和声学的领域，它的目标是估计声源的空间位置。可以使用多种方法来实现声源定位。

Ø梯度搜索法（SteepestDescent）：这种方法通过迭代优化声源位置来最大化或最小化某个目标函数。目标函数通常与所使用的声场模型有关，例如互相关函数、波束形成器输出等。

Ø波束形成（Beamforming）：波束形成是一种空间滤波技术，可以将信号从不同方向的能量聚焦在一个点上。通过扫描整个空间，可以找到最大能量对应的位置，从而确定声源位置。波束形成有很多变种，如定向波束形成（Delay-and-SumBeamforming）、最小方差无畸变响应波束形成（Minimum Variance Distortionless Response,MVDR）和线性约束最小方差波束形成（Linearly Constrained Minimum Variance, LCMV）等。

Ø高分辨率谱估计方法（High-Resolution SpectralEstimation Methods）：这类方法利用信号的谱特性来进行声源定位，如多重信号分类算法（Multiple SignalClassification, MUSIC）和Estimation of Signal Parameters via RotationalInvariance Techniques（ESPRIT）。这些方法通常可以在低信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）条件下获得较高的定位精度。

Ø时间差分测量（Time Difference of Arrival,TDOA）：这种方法利用麦克风阵列中不同麦克风间信号的时间差来确定声源位置。通常需要计算互相关函数的峰值来估计时间差。基于TDOA的方法还包括广义互相关法（GeneralizedCross Correlation, GCC）等。

Ø声场重建方法（Acoustic FieldReconstruction）：这类方法首先在感兴趣的区域重建声场分布，然后根据分布找到声源位置。逆向声波传播算法（Inverse AcousticPropagation, IAP）是这类方法的一个例子。

案例使用基于时间差(TDOA)的方法，通过两个或多个麦克风的信号来定位声源。