[发明专利]麦克风阵列的设置方法、信号处理装置、系统及存储介质

说明书

本申请公开了一种麦克风阵列的设置方法、信号处理装置、系统以及存储介质，麦克风阵列包括以阵列方式排布的多个麦克风单元以及与各麦克风连接的滤波器，麦克风阵列的设置方法包括：获取在麦克风阵列外围的声学结构作用下的各麦克风单元在多个方向上的非自由场导向矢量；基于非自由场导向矢量和目标方向计算各麦克风单元所对应的滤波器系数；基于滤波器系数对各麦克风单元对应的滤波器进行滤波。用以实现提高滤波效果，进而增强目标信号的目的。

技术领域

本申请涉及阵列信号处理技术领域，尤其涉及一种麦克风阵列的设置方法、信号处理装置、系统以及存储介质。

背景技术

随着语音通信和人机交互技术的发展，远场拾音的需求日益迫切，麦克风阵列技术作为实现高质量远场拾音的一项重要手段也越来越受到相关研究人员的重视。麦克风阵列技术主要涉及波束形成算法和麦克风阵列硬件设备，两者相互依赖，组成麦克风阵列系统。

波束形成算法本质上是通过一组滤波器对各个麦克风单元所采集的信号进行滤波，使目标方向的声波同相叠加，幅度增强，非目标方向的声波反相抵消，幅度抑制，从而达到消除噪声和干扰、增强目标信号的目的。因为阵列的各个麦克风单元之间存在间距，所以不同方向的入射声波到达各个麦克风单元的时间延迟不同，从频域上来说，每个麦克风单元接收到的声波信号存在相位差。

目前的波束设计方法(即，滤波系数设置方法)中，几乎都是以自由场远场平面波作为讨论的前提，仅仅假设声波是按照直线传播，没有衰减，没有遮挡、反射、散射等现象。因此，麦克风单元之间的相位差可以简单地按照麦克风单元的相对位置关系得到数学解析表达，进而引入后面的波束设计过程。

然而，麦克风阵列一般都是设置在产品内部，麦克风阵列外围的产品部件所构成的声学结构对声波的传播产生影响，使得基于现有波束设计方式所设置的滤波器系数无法得到令人满意的滤波结果。

发明内容

本申请主要解决提供一种麦克风阵列的设置方法、信号处理装置、系统以及存储介质。用以实现提高滤波效果，进而增强目标信号的目的。

为解决上述技术问题，本申请采用的第一个技术方案是：提供一种麦克风阵列的设置方法，麦克风阵列包括以阵列方式排布的多个麦克风单元，方法包括：获取在麦克风阵列外围的声学结构作用下的各麦克风单元在多个方向上的非自由场导向矢量；基于非自由场导向矢量和目标方向计算各麦克风单元所对应的滤波器系数，基于滤波器系数对各麦克风单元对应的滤波器进行滤波。

其中，各麦克风单元在多个方向上的非自由场导向矢量通过以下方式计算：对声学结构进行三维建模，以获得声学模型；基于声学模型，计算在声学结构的作用下，声波从多个方向到达各麦克风单元的传输函数；基于传输函数计算各麦克风单元在多个方向上的非自由场导向矢量。

其中，基于声学模型，计算在声学结构的作用下，声波从多个方向到达各麦克风单元的传输函数的步骤包括：确定各麦克风单元与声学结构的相对位置关系；在声学模型的外围的不同位置设置多个第一坐标点，并基于相对位置关系在声学模型的内部设置对应于各麦克风单元的多个第二坐标点；在第一坐标点和第二坐标点中的一者上设置声源点，并在第一坐标点和第二坐标点中的另一者上设置接收点；计算各声源点所产生的声波到达各接收点的频率响应数据，进而获得从多个方向到达各麦克风单元的传输函数，其中各接收点的频率响应数据包括在多个频率采样点下接收点对声波的响应表征值。

其中，声源点设置于第二坐标点上，接收点设置于第一坐标点上。

其中，基于传输函数计算各麦克风单元在多个方向上的非自由场导向矢量的步骤包括：从麦克风单元中选择一个参考麦克风单元；针对每个方向，计算同一频率采样点下的各麦克风单元的响应表征值和参考麦克风单元的响应表征值之间的比值；将各麦克风单元所对应的同一方向上的多个频率采样点下的比值分别作为对应方向的非自由场导向矢量的矢量元素。

其中，比值为各麦克风单元的响应表征值与参考麦克风单元的响应表征值和非零常数的求和结果之间的比值。