利用麥克風數組抑制背景噪聲

　　概述

　　隨著手持語音通信設備越來越流行，它們應用在嘈吵環境的機會也越來越高，例如機場、交通繁忙的路段、人多嘈雜的酒吧等。在這種嘈吵的環境下，通話的雙方實在難以聽清對方所說的話。

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

　　本文將解釋利用麥克風數組消除語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麥克風數組放大器作為例子加以說明。

　　麥克風數組

　　麥克風數組是指將多個麥克風一個接一個地排列成一個特別的樣式，讓它們一起工作以產生出一個合成輸出信號或多組信號。

　　每一個麥克風都是一個傳感器或一個空間窗口(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麥克風的個別響應的迭加，并與所采用的算法相關。

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

　　麥克風數組的基本任務是消除語音輸入信號的周圍噪聲，進而改善聽覺輔助系統、語音識別設備和電信產品的語音質量。此外，麥克風數組也可用于方向定位，以及計算聲源與數組之間的距離。

　　語音通信系統中的麥克風數組的主要功能是提供一個高質量的語音信號，同時降低現場及周圍環境的噪聲。這里所指的質量是指最終的語音信號非常自然真實，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(SNRI)并不是選擇背景噪聲抑制解決方案時的唯一參數，而必須考慮其它問題。

　　聲音信息

　　聲壓級

　　聲壓級(SPL)會隨著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”的一個函數。當人們說話的時候，一般以距離嘴唇約1cm的位置作為基準參考點，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，亦即以米作單位時相對于聲源的距離“x” 為1公分。

　　圖1

　　圖2