小型阵列麦克风SAM

2
由于 SAM 的麦克风可以摆放在彼此最靠近的地方, 形成的拾音束是一个 3 维锥形. 对比于传统的麦克风阵 列,有许多优势. 要理解这种优点, 请参照图 3. 在这个例子中, 除了接收设备迷你阵列麦克风代替了传统 的阵列麦克风,其他严格的保持一致. 对于 SAM, 信号从源 A 到源 B 是完全相同的 (在这种情况下,拾音束 内外). 这样形成一个围绕 y 轴的 3 维锥束. 拾音束后面,上面,下面的噪声被有效抑制. 请参照图 4 拾音束 效果图.
小型阵列麦克风 SAM （Small Array Microphone）
东莞泉声电子有限公司 研发中心 语音处理技术正成为与人们日常生活紧密联系的关键技术.无论是计算机、智能电话还是汽车,和语音 通信相关的功能已成为每天生活的一部分.对于这些应用,倘若要使用者有高质量的体验,获得一个完全清晰 而没有噪声干扰的语音信号显得至关重要.这样,语音接口成为关键.随着通信产品体积的不断小型化,对系统 的成本和空间限制也越来越多.扬声器的体积变得越来越小,麦克风与扬声器之间的距离不断缩短,这些使得 通信中的回声愈发难以消除.在商业区、汽车、地铁等复杂的使用环境中,环境噪声也严重影响了通话质量. 如何在 PDA、 笔记本电脑、 免提手机等小型系统中实现全双工免提功能,并保证噪杂环境中手机等语音通讯 设备的通话质量一直是困扰设计工程师的一个难题。如今小型阵列麦克风(SAM, Small Array Microphone) 技术和先进的 DSP 技术，回音干扰和噪音抑制等问题都能够迎刃而解。SAM 的波束形成技术能精确地形 成一个锥形窄波束， 从而只接收说话人的声音同时抑制环境中的噪音与干扰,SAM 技术可以消除 65dB 的声 学回声和 20dB 的非平稳噪声，其高性能的非线性回声抵消技术还可以达到完全无回声的通信效果。 语音接口市场 语音正在成为关键应用。无论在计算机、智能电话、还是你的汽车中，和语音有关的功能已经成为每天 生活的一部分如图 1，并正在推动这些消费类市场的持续成长。无线技术的发展，移动电话可以无缝连接 到车载免提；因特网的发展，网络电话和各种即时程序（如 MSN）提供了更低廉的通讯。对于所有这些应 用，使用者要获得高质量的体验，一个清晰而没有噪声的信号是至关重要的。因此，语音界面成为关键因 素。
图1 阵列麦克风
语音接口市场
通常条件下，即使用最好的麦克风，无论嵌入汽车遮阳板或笔记本电脑，捕捉清晰的声音都是很困难的。 采用阵列麦克风能够较好的完成隔离声源，抑制环境噪声和声反射。借助于多个麦克风收集的语音和周围 环境声音信息，阵列麦克风能够有效的形成一个拾音束去拾取束内想要的信号，消除束外的噪声。 但是 ，宽阵列麦克风仍然存在两个方面的问题 ：
东莞泉声电子有限公司位于被誉为“世界制造业名城”的广东省东莞市，是专业生产电容、动圈音头 及喇叭、受话器等电声核心器件的企业。置力于研发生产小型阵列麦克风 SAM，该产品广泛应用于现代 高科技产品中，如移动电话、数码相机、计算机、MP3、PDA、汽车等，产品 TSA-2408FM-001 如图 8 所示。

Fra Baidu bibliotek
最终方案要求麦克风之间至少需要 30mm 的距离， 同时也受到麦克风摆放位置及空间的约束。 。
1

仅能在水平方向抑制噪声，很难精确隔离声源，从而使噪声泄露到拾音束中。噪声会从“派”形拾 音束的上方和下方泄漏。
小型阵列麦克风 小型阵列麦克风(SAM)是一种新型的阵列麦克风技术，是语音接口技术的重大飞跃。麦克风之间仅需要 5mm ， SAM 能够被配置在任何环境或任何应用中。SAM 采用与传统阵列麦克风完全不同的算法处理语 音，有效的形成一个 3 维的锥形拾音束。因此，任何在束外的噪声--无论在上方还是下方，都将被抑制而 没有泄漏。 1、SAM 和宽阵列麦克风对比 宽阵列麦克风拾音束形成是利用阵列麦克风中不同的麦克风接收到的信号的时间差来实现的. 由于麦 克风之间被摆放在较远的位置上, 所以每个麦克风接收到的信息有足够的差别. 宽阵列拾音束的宽度取决 于孔径长度除以信号波长. 所以,在低频 (l 更长的波长), 拾音束需要比高频段 (更短的波长)更宽. 由于要处理不同的时间延时, 而且需要捕捉 300Hz 到 3.3KHz 的频率成分, 宽阵列的麦克风至少需要分开 30mm. 这个导致许多限制，要理解为什么,请看图 2. 这个例子中, 两个麦克风朝向 0 度, 意味着拾音束中 心是 y 轴方向. 现在, 让我们假设信号源在 A 点播放的和在 B 点播放的信号是同样地分贝数. 让我们还假 设 A 点到麦克风阵列中点的距离和在 B 点到麦克风阵列中点的距离一样. 在这种条件下,由于阵列麦克风明 显的检测到从 A 信号过来的信号在拾音束外(到 Mic 1 的时间延时远大于到 Mic 2 的时间延时),而被抑制. 无论怎样,从 B 点过来的信号将不被抑制,因为对于传统的阵列麦克风而言, B 点正好是有效拾音束的中点, 到 Mic 1 和到 Mic 2 的时间延时是极其相近的. 这仅限于通过 z 轴的每个平面, 也包含阵列麦克风的后面. (180 度). 因此,在某种意义上传统的麦克风阵列仅能够 2 维的抑制噪声的(在上面的例子中, 仅有 xy-平面 的噪声被消除). 请参照图 4 拾音束效果图. 图 2. 传统麦克风摆放
非线性回声一直是扬声器设计中一个的重大挑战，利用 SAM 技术的非线性回声消除功能可获得良好的全 3
双工语音通信效果而无需进行昂贵的声学隔离。SAM 提供的独特防风声功能可以抑制高达 25dB 的风声， 在改善性能的同时不会增加机械设计的复杂度。具有指向性的波束形成减小了非平稳噪声，从而提供更好 的用户体验。此外，语音 IC 的小巧外形还减小了采用阵列麦克风时对物理尺寸的约束。 对于以语音通信为主要功能的手机来说，能否实现良好的语音质量是一个关键因素。在双方进行通话 时，需要消除来自火车、汽车、饭店等处产生的环境噪声，并提高语音的清晰度；另一方面，在人机通话 中，必须保持噪音环境下的语音识别度以及触发语音激活应用工作。因此，阵列麦克风技术将有望成为手 机应用的主流语音解决方案。 SAM 语音处理 IC 已被广泛应用于手机、汽车、个人 PC、个人导航设备、VoIP 电话以及视频电话等 领域，相信在不久的将来，大量采用 SAM 技术的语音产品将为消费者带来真正清晰、无噪音的语音通话 环境。 图7 SAM 在汽车中的应用
公司的产品被国际知名厂家所广泛使用，本公司愿与各界同仁携手合作，共创美好明天！
4
图 3.
SAM 摆放 图 4. 拾音束对比
2、SAM 在设备中的应用 SAM 技术可以为语音设计提供非平稳噪声抑制、具有指向性的波束形成、非线性回声消除和防风声处 理。他解释到，具有指向性的波束形成技术提供了一个锥形的目标信号区，对波束内/外的信号处理完全不 同：处于波束内的语音信号被接收，而波束以外的噪音则被完全消除。波束形成技术在许多应用领域都收 到了良好的效果，例如，将其用于车载通信设备时，可以抑制风声、引擎噪音以及无线电干扰；用于手机 上，可以减小人群的噪杂声、背景噪音并消除回音；用于头盔式耳机上时，则可以有效抑制风声、背景噪 音以及和交通噪音。图 5. SAM Beam-forming in a Notebook 图 6 SAM 在手持设备 中的应用
迷你阵列麦克风 (SAM) 拾音束形成 SAM 拾音束形成技术不像传统的摆放. SAM 拾音束形成技术使用 一 个单指向麦克风和一个全指向麦克 风. 由于这两个麦克风放的彼此靠近, (没有最小距离限制), 两个麦克风拾取的信息高度相关的(事实上相 同). 因此, 拾音束形成能力依靠智能 AMBIN 算法破译这个信息.