在第一部分中，我们介绍了麦克风阵列和波束成形的基本原理。.
现在，我们进入 工程核心-如何 2 个麦克风（双麦克风）阵列确实有效, 这就是为什么它仍然是大多数现代语音系统的基础。.
尽管简单，但双麦克风阵列几乎揭示了先进阵列架构背后的所有关键原理。.
为什么从双麦克风阵列开始？
麦克风阵列可由数十个甚至数百个元件组成。.
然而，每一个复杂的阵列都可以简化为 对麦克风.
这使双麦克风阵列成为 基本单位 为
- 智能扬声器
- 人工智能语音模块
- 可穿戴设备
- 汽车语音系统
在 SISTC，许多优化解决方案都始于 双 MEMS 麦克风架构, 然后扩展为多通道阵列。.
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关键概念：相位差
当声波到达两个相距一定距离的麦克风时 D, 但到达的时间略有不同。.
这就产生了 相位差, 决定信号是否
- 相互促进（建设性干扰）
- 相互抵消（破坏性干扰）
是什么影响了相位差？
- 麦克风间距 (D)
- 声频 (λ)
- 到达角 (θ)
- 应用延迟 (τ)
- 相位反转 (ρ)
这种关系是 波束成形的核心机制.
两种基本阵列类型
双麦克风阵列可在两种主要模式下运行：
1.加法阵列（求和模式）
工作原理
- 信号相加
- 可选择延时，对准目标方向的信号
特点
- 平坦的频率响应（同轴）
- 信号增益强
- 方向性取决于频率
典型配置
- 宽边阵列
- Endfire 阵列
2.差分阵列（减法模式）
工作原理
- 一个信号被反相并减去
- 输出 = 传声器之间的差值
特点
- 即使在低频时也有很强的指向性
- 内置噪音抑制器
- 带宽有限（低频滚降+高频混叠）
Broadside 与 Endfire：定向行为
宽边阵列
- 最大灵敏度 垂直 至麦克风轴
- 对称拾音模式
Endfire 阵列
- 最大灵敏度 沿麦克风轴
- 强烈的前瞻性
Endfire 阵列广泛应用于以下领域：
- 智能扬声器
- 语音助手
- 汽车驾驶室
从全指向心型模式形成
通过调整延迟和相位，双麦克风阵列可以创建经典的指向性模式：
| 图案 | 说明 |
|---|---|
| 全方位 | 所有方向的灵敏度相同 |
| 偶极子（图） | 两个相对的叶片 |
| 心形 | 注重前瞻性的皮卡 |
| 超心形 | 前叶较窄 |
| 超心形 | 最高指向性 |
这些模式对于 嘈杂环境中的语音隔离.
提高双麦克风阵列的信噪比
双麦克风阵列的一个主要优势是 提高信噪比.
当信号一致时：
- 信号功率增加 +6 分贝
- 噪声功率增加 +3 分贝
👉 净改进：
+3 分贝信噪比增益
这对以下方面至关重要
- 远场语音拾取
- 低功耗人工智能设备
- 边缘计算系统
工程师必须考虑的权衡
设计双麦克风阵列需要进行多重权衡：
1.麦克风间距 (D)
- 间距更大 → 指向性更好
- 但是 → 早期的空间混叠
2.频率依赖性
加法阵列
- 低频时失去方向性
差分阵列
- 保持方向性
- 但受带宽限制
3.噪音敏感度
差分阵列
- 对麦克风之间的不匹配更敏感
- 需要精确校准
4.实施的复杂性
添加：
- 时间延迟
- 相位控制
- 增益加权
增加了系统的复杂性，尤其是在实时人工智能应用中。.
SISTC 如何优化双麦克风性能
在 SISTC，我们通过整合，超越了基本的阵列设计：
✅ 高一致性 MEMS 麦克风
- 严格的灵敏度匹配
- 低自噪声
✅ 先进的降噪算法
- 自适应滤波
- 基于人工智能的语音增强功能
✅ 硬件+软件联合设计
- 信号调节电路
- 嵌入式处理模块
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实际应用
双麦克风阵列广泛应用于以下领域
- 智能家居语音控制
- 蓝牙耳机
- 汽车语音系统
- 工业语音接口
它们在以下方面实现了最佳平衡
- 性能
- 费用
- 耗电量
结论
双麦克风阵列是 现代波束成形系统的基础.
通过利用
- 相位差
- 时间延迟
- 信号减法
它使
- 定向音频采集
- 噪音抑制
- 高效的语音交互
在下一篇文章中，我们将探讨如何 多元件阵列（N-麦克风系统） 它们能显著提高性能--以及如何有效地设计它们。.
参考资料
- 模拟器件公司应用说明 AN-1328，可在以下网站获取 https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-1328.pdf [2021年6月访问]。介绍专业级录音室或现场表演麦克风的工作原理、设计和构造，使用连接到运算放大器和差分放大器的多达 32 个模拟 MEMS 麦克风。设计是一个容积阵列，由两个加法宽边阵列组成，采用差分端射配置。.
- TDK InvenSense 应用说明 AN-1140，可查阅 https://invensense.tdk.com/wp-content/uploads/2015/02/Microphone-Array-Beamforming.pdf [2021年6月访问]。讨论各种阵列配置的基本原理和性能。.
