MEMS麦克风波束成形技术基础

本文主要介绍了基础电子中的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。文章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，并探讨了设计考虑因素、空间和频率响应以及差分阵列配置的优缺点。 在麦克风波束成形中，全向麦克风是基础，它们对来自各个方向的声音具有相同的响应。通过将多个麦克风组合成阵列，可以改变其方向性，从而实现波束成形。这种技术的应用广泛，比如在噪声抑制、语音识别、声源定位等领域。 方向性是衡量麦克风或阵列对不同方向声音响应的重要指标，它可以通过极坐标图来描述。全向麦克风的极坐标图显示为在所有方向上的响应水平一致。然而，通过特定的阵列布局，可以改变这种响应，使得阵列在某一特定方向上的响应增强，而在其他方向上减弱。 宽边求和阵列是一种常见的配置，其中麦克风沿与声波传播方向垂直的方向排列。这样的阵列设计可以有效地捕捉来自阵列宽边的声音，而相邻麦克风之间的距离（d）会影响到阵列的性能。根据声波的频率和波长，可以计算出最佳的麦克风间距，以达到最佳的波束成形效果。 差分端射阵列则是另一种策略，它利用相位差来实现波束成形。在这种配置中，麦克风的输出信号被差分处理，通过相位抵消来抑制非目标方向的声音，增强目标方向的声音。差分阵列的优势在于能有效抑制噪声，但同时也可能引入额外的复杂性，如需要更精确的同步和信号处理。 文章中还提到，所有关于声音频率和波长的讨论都基于声音在20℃空气中343m/s的传播速度。理解这些基本关系对于计算阵列设计参数至关重要，例如确定合适的麦克风间距和阵列尺寸，以适应特定的频率范围和应用场景。 麦克风波束成形是一种利用多个麦克风协同工作来改善声音捕获能力的技术。通过对阵列的精心设计，可以实现对特定方向声音的强化或噪声的抑制，这对于各种电子设备，如智能音箱、移动电话和音频监控系统等，具有重要的实用价值。