[发明专利]基于麦克风阵列的波束形成方法以及对应的装置

说明书

各个实施例涉及基于麦克风阵列的波束形成方法以及对应的装置。该波束形成方法采用以关于参考点的一个或多个阵列布置的多个麦克风。该方法包括从麦克风获得麦克风信号并且组合麦克风信号以获得虚拟麦克风，组合麦克风信号以获得一对指向性虚拟麦克风，这一对指向性虚拟麦克风具有确定相应辐射图的相应信号并且以不同的图案方向角被旋转，相应辐射图具有对应于参考点的相同的原点，在图案之间限定分离角，获得具有总和辐射图的总和虚拟麦克风的总和辐射信号，将相应权重与这一对指向性虚拟麦克风的信号相关联，获得辐射的相应加权信号并且对加权信号求和，根据这一对指向性虚拟麦克风的辐射图的所确定的图案方向角并且根据分离角来计算相应权重。

技术领域

本描述涉及基于关于参考点布置为一个或多个阵列的多个麦克风的波束形成，包括获得由上述多个麦克风发出的麦克风信号，其可优选地应用于声源定位。

背景技术

众所周知，使用麦克风阵列来执行声源定位，即，在给定声场的测量的情况下定位声源，这些给定测量尤其是由这样的麦克风来获得。

还已知使用诸如DSP(数字信号处理)模块等信号处理模块来处理来自每个单独的麦克风阵列元件的信号以创建一个或多个虚拟麦克风(VMIC)。

因此，虚拟麦克风(VMIC)是由被布置为特定空间几何形状的麦克风阵列感测的信号的滤波版本的组合。

虚拟麦克风可以使用被组织成虚拟阵列的其他虚拟麦克风的组合以递归方式来获得。因此，通常，虚拟麦克风的特征在于具有大于等于1的数目L个层的分层虚拟结构：第一层组合物理麦克风信号，生成虚拟麦克风阵列，并且任何更高层组合虚拟麦克风信号，形成另外的虚拟麦克风阵列。

关于虚拟麦克风位置，考虑虚拟或物理麦克风阵列，关于物理空间中的固定参考点而通过几何描述该阵列：由该阵列的麦克风信号的组合产生的虚拟麦克风实质上被定位在阵列的相同固定参考点中。

关于一般的极性图函数，虚拟麦克风的特征在于全向或指向性极性图或指向性图案。

N阶频率无关麦克风指向性图案Γ(θ)定义为：

Γ(θ)＝a₀+a₁cos(θ)+a₂cos²(θ)+...+a_Ncos^N(θ)

θ是极角，0θ≤2π，并且a₀,…,a_N是图案的系数。

如下设置这样的系数是方便的：

a₀＝1-a₁-a₂-...-a_N

使得能够获得指向性图案：

在下文中，以N阶的极性图为特征的虚拟麦克风将被称为N阶虚拟麦克风。

指向性虚拟麦克风是已知的。已知的DSP技术允许从(物理)全向麦克风阵列开始构建任何阶指向性虚拟麦克风。两种广泛的类型的这样的DSP技术被称为：

滤波和求和技术；

微分麦克风阵列技术。

微分麦克风阵列(DMA)通过将阵列的延迟的麦克风信号彼此相减来构建。

根据公知的设计原理，可以调节延迟以便获得具有期望的极性图形状的虚拟麦克风。

具有均匀几何形状的两种最广泛的DMA是：

-均匀线性阵列(ULA)；以及

-均匀圆形阵列(UCA)。

还讨论了具有非均匀几何形状的线性DMA。