利用麦克风数组抑制背景噪声

　　概述

　　随着手持语音通信设备越来越流行，它们应用在嘈吵环境的机会也越来越高，例如机场、交通繁忙的路段、人多嘈杂的酒吧等。在这种嘈吵的环境下，通话的双方实在难以听清对方所说的话。

　　此外，不少通信系统都是采用计算机运行的语音识别、指令及/或响应系统，这些系统均易受到背景噪声的影响，假如噪声过大，便会导致系统出现很大的偏差。因此，有必要改善语音信号对背景声音噪声的比率。

　　本文将解释利用麦克风数组消除语音通信系统中背景噪声的基本原理，并引用美国国家半导体的LMV1088麦克风数组放大器作为例子加以说明。

　　麦克风数组

　　麦克风数组是指将多个麦克风一个接一个地排列成一个特别的样式，让它们一起工作以产生出一个合成输出信号或多组信号。

　　每一个麦克风都是一个传感器或一个空间窗口(spatial window)，用于接收(空间采样)输入信号。数组的整体响应是数组中每个麦克风的个别响应的迭加，并与所采用的算法相关。

　　数组中多组麦克风信号所采用的 “数组处理” 算法是根据几个因素来决定的，包括麦克风的间隔距离及排列样式、麦克风的数量及类型，以及声音的传播原则。

　　麦克风数组的基本任务是消除语音输入信号的周围噪声，进而改善听觉辅助系统、语音识别设备和电信产品的语音质量。此外，麦克风数组也可用于方向定位，以及计算声源与数组之间的距离。

　　语音通信系统中的麦克风数组的主要功能是提供一个高质量的语音信号，同时降低现场及周围环境的噪声。这里所指的质量是指最终的语音信号非常自然真实，当中不存在任何的人工噪音例如是卡嗒声和砰啪声、非意愿静音、频率失真、回声或因加强语音信号处理方法所引起的不定期信号电平变化。

　　基于上述的理由，信/噪比改进(SNRI)并不是选择背景噪声抑制解决方案时的唯一参数，而必须考虑其它问题。

　　声音信息

　　声压级

　　声压级(SPL)会随着声源距离的增加而减少。图1和图2分别表示出SPL的消减，该数值以分贝(dB)作单位，并且是声源距离 “x”的一个函数。当人们说话的时候，一般以距离嘴唇约1cm的位置作为基准参考点，并将该位置的SPL定为96 dB。在这条件下，SPL的公式应为：

　　dB=96-20 log(x/0.01)

　　或可写成

　　dB=96+20 log(0.01/x)

　　公式中的 ( 或 )是0.01m的参考值距离，亦即以米作单位时相对于声源的距离“x” 为1公分。

　　图1

　　图2