MEMS麦克风波束成形技术基础

"这篇应用笔记主要探讨了麦克风波束成形的基本原理，特别是如何通过配置多个MEMS（微机电系统）麦克风形成定向响应或波束场型的阵列，以增强对特定方向声音的敏感度。文中提到了两种常见的阵列配置：宽边求和阵列和差分端射阵列，并分析了它们的设计考虑、空间和频率响应以及优缺点。" 麦克风波束成形是一种技术，用于将全向拾音的MEMS麦克风组合成阵列，以实现对特定方向声音的定向捕获。这种技术在各种应用中非常重要，如语音识别、噪声抑制和声源定位。全向麦克风对所有方向的声音响应相同，而波束成形阵列则可以改变这一特性，通过阵列中各麦克风信号的处理，聚焦在某一特定方向，提高目标信号的信噪比。 阵列配置的类型主要包括宽边求和阵列和差分端射阵列。宽边阵列是将麦克风沿与期望声波传播方向垂直的方向排列，这样可以有效地捕捉来自阵列宽边的声音。阵列中麦克风之间的距离（d）是设计的关键参数，它影响着波束的指向性和宽度。 差分端射阵列则是另一种策略，通过比较两个或更多麦克风接收到的信号差异来形成波束。这种配置能够提供更好的抗噪声性能，因为噪声通常会均匀地作用于所有麦克风，而目标信号的方向性差异可以在差分信号中凸显出来。 设计时需要考虑的因素包括空间响应，即阵列对不同空间位置声源的敏感度，以及频率响应，即阵列在不同频率下的表现。频率响应受到阵列元素间距、声波的波长以及声音传播速度的影响。在给定的温度和湿度条件下，声音的传播速度是恒定的，因此可以通过计算来确定阵列设计参数。 极坐标图是描述麦克风或阵列方向性的有效工具，它展示了输出电平如何随着声源位置的变化而变化。全向麦克风在所有方向上的响应都相同，而波束成形阵列的极坐标图会显示出对特定角度的增强。 在实际应用中，阵列的前方定义为轴上方向，拾取目标音频，后方为180°，两侧则位于90°和270°。理解这些方向对于优化阵列布局和调整波束指向至关重要。 麦克风波束成形是一个综合了信号处理、声学和工程设计的领域，通过巧妙地组合和处理麦克风信号，可以实现更精确的声音捕获和处理，这对于现代音频系统来说是一项关键的技术。