利用麥克風(fēng)數(shù)組抑制背景噪聲

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

此外，不少通信系統(tǒng)都是采用計(jì)算機(jī)運(yùn)行的語音識別、指令及/或響應(yīng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)均易受到背景噪聲的影響，假如噪聲過大，便會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)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(fēng)數(shù)組消除語音通信系統(tǒng)中背景噪聲的基本原理，并引用美國國家半導(dǎo)體的LMV1088麥克風(fēng)數(shù)組放大器作為例子加以說明。

麥克風(fēng)數(shù)組

麥克風(fēng)數(shù)組是指將多個(gè)麥克風(fēng)一個(gè)接一個(gè)地排列成一個(gè)特別的樣式，讓它們一起工作以產(chǎn)生出一個(gè)合成輸出信號或多組信號。

每一個(gè)麥克風(fēng)都是一個(gè)傳感器或一個(gè)空間窗口(spatial window)，用于接收(空間采樣)輸入信號。數(shù)組的整體響應(yīng)是數(shù)組中每個(gè)麥克風(fēng)的個(gè)別響應(yīng)的迭加，并與所采用的算法相關(guān)。

數(shù)組中多組麥克風(fēng)信號所采用的 “數(shù)組處理” 算法是根據(jù)幾個(gè)因素來決定的，包括麥克風(fēng)的間隔距離及排列樣式、麥克風(fēng)的數(shù)量及類型，以及聲音的傳播原則。

麥克風(fēng)數(shù)組的基本任務(wù)是消除語音輸入信號的周圍噪聲，進(jìn)而改善聽覺輔助系統(tǒng)、語音識別設(shè)備和電信產(chǎn)品的語音質(zhì)量。此外，麥克風(fēng)數(shù)組也可用于方向定位，以及計(jì)算聲源與數(shù)組之間的距離。

語音通信系統(tǒng)中的麥克風(fēng)數(shù)組的主要功能是提供一個(gè)高質(zhì)量的語音信號，同時(shí)降低現(xiàn)場及周圍環(huán)境的噪聲。這里所指的質(zhì)量是指最終的語音信號非常自然真實(shí)，當(dāng)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(qiáng)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(jìn)(SNRI)并不是選擇背景噪聲抑制解決方案時(shí)的唯一參數(shù)，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(shù)值以分貝(dB)作單位，并且是聲源距離 “x”的一個(gè)函數(shù)。當(dāng)人們說話的時(shí)候，一般以距離嘴唇約1cm的位置作為基準(zhǔn)參考點(diǎn)，并將該位置的SPL定為96 dB。在這條件下，SPL的公式應(yīng)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(shí)相對于聲源的距離“x” 為1公分。

圖2