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一. 波束形成Why?
答:线性麦克风将输出全部相加即可获得正面0度方向的指向性波束。 但当期望的方向与麦克风采集到的相位方向不同时(比如DOA不是0度),或对于环形阵列和矩形阵列没有一个DOA是的所有麦克风采集到的相位相同,此时需要使用波束形成方法在指定方向上形成波束,形成定向增强。
最简单的波束形成方法就是Delay-Sum(延迟求和波束形成)
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二. 延迟求和波束形成
波束形成示意图:
方法:
因为音频信号到达麦克风的时间不一致,所以可以对信号进行不同的延迟处理后将它们的相位对齐。再相加,实现定向波束。
公式:
关键问题:
核心是解决对信号进行延迟。数字信号中,简单移位即可实现整数采样点的延迟。 但 时间差不一定刚好对应整数个采样点,需要额外处理延迟中的小数部分,通常有基于频域和基于时域两种处理方法:
- 时域:
通常使用一组FIR全通滤波器来代替延迟。设计滤波器时,调整抽头对应位置,实现非整数采样点的延迟。
- 频域:
导向矢量:反映麦克风阵列对特定频率和方向信号对响应。属于麦克风阵列对固有特性。
首先用FFT将信号变换到频域,利用导向矢量进行计算。频域的延迟波束求和相当于各路麦克风的频域信号乘上一组系数之后再相加。
特点:
延迟求和波束形成上一种固定波束形成。因为只利用了麦克风的固有特性,对信号和噪声的特性没有任何假设。
优点:计算量很低,对不相干噪声有一定抑制,对于散射和相干噪声抑制较弱。比如混响条件下,抑制很弱。
缺点:由于主瓣在不同频率宽度不一样且频率越高宽度越窄,而对于语音信号这种宽带信号而言,延迟处理后会导致各频率带之间能量比的改变,造成语音的失真。