利用麥克風(fēng)數組抑制背景噪聲

　　當距離“x” 增加一倍時(shí)，兩條曲線(xiàn)的SPL均下降6dB 。圖1距離聲源200公分，而圖2則是距離聲源50公分的局部放大圖，從圖中可見(jiàn)聲音壓力會(huì )因與聲源距離的增加而急速下降，即使距離很短的情況下也一樣。例如，當與聲源的距離為10公分時(shí)，SPL便減少了20 dB，即由96dB下降到約76dB。

　　近場(chǎng)對遠場(chǎng)聲音

　　聲源的近場(chǎng)是指該位置處于相關(guān)最低頻信號的一個(gè)波長(cháng)范圍之內。假設相關(guān)語(yǔ)音的最低頻為300Hz，如此波長(cháng)λ便等于c/f 或 331.1/300 ，又或是 1.104 米，其中c代表聲波于零度攝氏下的水平速度。當頻率為3500Hz時(shí)，λ便等于c/f或 331.1/3500，又或是 0.0946米 (9.46公分)。因此，語(yǔ)音信號的典型近場(chǎng)范圍即由聲源距離約9.5公分到1.1米。

　　超過(guò)1米的距離，語(yǔ)音信號便會(huì )被考慮成語(yǔ)音聲源的遠場(chǎng)。對于麥克風(fēng)間隔較近的數組，近場(chǎng)聲源會(huì )呈現出一個(gè)圓球狀的波陣面，并擁有很強的信號振幅、壓力梯度，以及對應數組中各麥克風(fēng)與聲源之間的距離而出現的頻率相關(guān)差別。

　　現在假設兩個(gè)麥克風(fēng)的間隔距離為3公分，而最接近聲源的一個(gè)麥克風(fēng)，其與聲源的距離為5公分。圖2表示出第一個(gè)麥克風(fēng)(即最接近聲源的一個(gè))，其感受到一個(gè)SPL為82dB的音頻信號，而第二個(gè)麥克風(fēng)(即與聲源相距8公分)所感受到的信號為78dB SPL。即使兩者間只有4 dB的差別，但相對于整體的信號級，這差別仍相當大。

　　從頻譜含量的角度看，麥克風(fēng)數組內的所有近場(chǎng)語(yǔ)音信號均關(guān)系密切。與最接近聲源的麥克風(fēng)比較，與聲源距離最遠的麥克風(fēng)信號的振幅將會(huì )減少，并且會(huì )出現信號由最近麥克風(fēng)傳送到最遠麥克風(fēng)的時(shí)間延遲。然而，要恢復該個(gè)案中的語(yǔ)音信號并不困難。

　　在麥克風(fēng)數組語(yǔ)音近場(chǎng)范圍以外的聲源將被看作是遠場(chǎng)聲源，并對數組中排列緊密的麥克風(fēng)展現出實(shí)質(zhì)平面的波陣面。數組中每一個(gè)麥克風(fēng)均感受到幾乎一樣的聲波能量及隨機相位信號，但該些信號并沒(méi)有對應關(guān)系，除非麥克風(fēng)之間的距離非常接近。假如這些信號與麥克風(fēng)的距離較遠，那麥克風(fēng)的絕對SPL值便會(huì )進(jìn)一步下降。

　　現舉出另一個(gè)例子，假若將相同的麥克風(fēng)數組放置到與聲源距離150公分(即1.5米)的位置，最近聲源的麥克風(fēng)的SPL值便會(huì )下降到52.5 dB，而距離聲源153公分的最遠麥克風(fēng)的SPL值則稍微下降到52.3dB。雖然兩者僅有0.2dB的差距，但從聲源到最近麥克風(fēng)的整體信號級將出現30dB的下降。

　　麥克風(fēng)輸出之間的不同信號，在進(jìn)行了適當的處理及濾波后，可將遠場(chǎng)噪聲消除，使兩個(gè)麥克風(fēng)的復合輸出及處理電路能提供高清晰度的語(yǔ)音信號。

　　聲音噪聲的特質(zhì)

　　這里的噪聲場(chǎng)可分為三種，分別是相干噪聲、非相干噪聲及擴散噪聲。

　　相干噪聲是指當聲波傳到麥克風(fēng)時(shí)，在該過(guò)程中沒(méi)有因環(huán)境中的障礙物而出現任何形式的反射、散射或衰減。

　　非相干噪聲是指某一位置的噪聲與其它位置的噪聲沒(méi)有任何關(guān)系，并且被看成空間白噪音。

　　擴散噪聲是指擁有相同能量的噪聲同時(shí)軸射到所有方向。例子包括辦公室內的噪音、機場(chǎng)候機樓及交通噪音等，換句話(huà)說(shuō)就是指所有充滿(mǎn)噪音的環(huán)境。

　　這里所指的聲音噪聲有兩種，分別是穩態(tài)噪聲及非穩態(tài)噪聲。

　　穩態(tài)噪聲是指噪聲的能量相對地穩定，并具備已知及變化緩慢的頻譜含量，并且是可預知的。例子包括由引擎發(fā)出的噪音、空調風(fēng)扇、隨機或 “白” 噪音等等。噪聲抑制算法能有效抑制這類(lèi)噪音。

　　非穩態(tài)噪聲是指音量及聲音內容會(huì )在短時(shí)間內變化，例如高聲說(shuō)話(huà)或叫喊、汽車(chē)經(jīng)過(guò)的聲音或拍手等，其發(fā)生是不可預知的。假若出現這類(lèi)噪音，它們可能在被辨識及抑制前便會(huì )自動(dòng)地消失掉，非穩態(tài)噪聲一般都包含在穩態(tài)噪聲之內。

　　最麻煩的情況是當噪聲源與語(yǔ)音信號擁有相同的出現時(shí)間、頻譜及相干特性，這種情況當背景噪聲屬于非穩態(tài)，且旁邊有其它人說(shuō)話(huà)時(shí)便會(huì )出現，如在餐館和酒吧，車(chē)站及派對上等。