利用麥克風(fēng)數組抑制背景噪聲

　　概述

　　隨著(zhù)手持語(yǔ)音通信設備越來(lái)越流行，它們應用在嘈吵環(huán)境的機會(huì )也越來(lái)越高，例如機場(chǎng)、交通繁忙的路段、人多嘈雜的酒吧等。在這種嘈吵的環(huán)境下，通話(huà)的雙方實(shí)在難以聽(tīng)清對方所說(shuō)的話(huà)。

　　此外，不少通信系統都是采用計算機運行的語(yǔ)音識別、指令及/或響應系統，這些系統均易受到背景噪聲的影響，假如噪聲過(guò)大，便會(huì )導致系統出現很大的偏差。因此，有必要改善語(yǔ)音信號對背景聲音噪聲的比率。

　　本文將解釋利用麥克風(fēng)數組消除語(yǔ)音通信系統中背景噪聲的基本原理，并引用美國國家半導體的LMV1088麥克風(fēng)數組放大器作為例子加以說(shuō)明。

　　麥克風(fēng)數組

　　麥克風(fēng)數組是指將多個(gè)麥克風(fēng)一個(gè)接一個(gè)地排列成一個(gè)特別的樣式，讓它們一起工作以產(chǎn)生出一個(gè)合成輸出信號或多組信號。

　　每一個(gè)麥克風(fēng)都是一個(gè)傳感器或一個(gè)空間窗口(spatial window)，用于接收(空間采樣)輸入信號。數組的整體響應是數組中每個(gè)麥克風(fēng)的個(gè)別響應的迭加，并與所采用的算法相關(guān)。

　　數組中多組麥克風(fēng)信號所采用的 “數組處理” 算法是根據幾個(gè)因素來(lái)決定的，包括麥克風(fēng)的間隔距離及排列樣式、麥克風(fēng)的數量及類(lèi)型，以及聲音的傳播原則。

　　麥克風(fēng)數組的基本任務(wù)是消除語(yǔ)音輸入信號的周?chē)肼?，進(jìn)而改善聽(tīng)覺(jué)輔助系統、語(yǔ)音識別設備和電信產(chǎn)品的語(yǔ)音質(zhì)量。此外，麥克風(fēng)數組也可用于方向定位，以及計算聲源與數組之間的距離。

　　語(yǔ)音通信系統中的麥克風(fēng)數組的主要功能是提供一個(gè)高質(zhì)量的語(yǔ)音信號，同時(shí)降低現場(chǎng)及周?chē)h(huán)境的噪聲。這里所指的質(zhì)量是指最終的語(yǔ)音信號非常自然真實(shí)，當中不存在任何的人工噪音例如是卡嗒聲和砰啪聲、非意愿靜音、頻率失真、回聲或因加強語(yǔ)音信號處理方法所引起的不定期信號電平變化。

　　基于上述的理由，信/噪比改進(jìn)(SNRI)并不是選擇背景噪聲抑制解決方案時(shí)的唯一參數，而必須考慮其它問(wèn)題。

　　聲音信息

　　聲壓級

　　聲壓級(SPL)會(huì )隨著(zhù)聲源距離的增加而減少。圖1和圖2分別表示出SPL的消減，該數值以分貝(dB)作單位，并且是聲源距離 “x”的一個(gè)函數。當人們說(shuō)話(huà)的時(shí)候，一般以距離嘴唇約1cm的位置作為基準參考點(diǎn)，并將該位置的SPL定為96 dB。在這條件下，SPL的公式應為：

　　dB=96-20 log(x/0.01)

　　或可寫(xiě)成

　　dB=96+20 log(0.01/x)

　　公式中的 ( 或 )是0.01m的參考值距離，亦即以米作單位時(shí)相對于聲源的距離“x” 為1公分。

　　圖1

　　圖2