一名用户距离智能设备几米远的地方说话。.

房间里能听到空调的噪音。.

一个扬声器正在播放声音。.

别人在说话。.

然而，该设备仍需识别用户的语音。.

这就是问题所在， 远场麦克风阵列 旨在解决。.

与传统的单麦克风不同，远场麦克风阵列利用多个麦克风和数字信号处理技术，来捕捉并增强远距离的语音。.

在现代人工智能语音设备、会议系统、机器人、智能家电和交互终端中，远场语音采集已成为音频前端架构的重要组成部分。.

1. 什么是 远场麦克风阵列?

微机电系统 远场麦克风阵列 这是一款多麦克风音频采集系统，旨在当说话者距离设备较远时，提升人声拾音效果。.

该系统通常包含：

多个 MEMS 麦克风 + 天线阵列几何 + 数字信号处理 + 波束成形 + 降噪

根据具体应用情况，它还可能包括：

• 声学回声消除
• 语音活动检测
• 自动增益控制
• 声源定位
• 语音增强

其目的不仅仅是为了提高麦克风的灵敏度。.

相反，该系统使用 空间信息 来自多个麦克风的信号，以提升采集语音的质量和指向性。.

2. 为什么远场语音采集如此困难？

当说话人靠近麦克风时，直接声的声能相对较强。.

随着距离的增加，会出现一些问题。.

较低的信噪比

与环境噪声相比，语音信号变得更弱了。.

室内混响

来自墙壁、天花板、书桌和其他物体的反射声与直接传来的语音信号混合在一起。.

多个扬声器

其他人可能从不同方向说话。.

扬声器回声

在会议系统或智能设备中，扬声器可能正在播放音频，而麦克风则在进行收音。.

环境噪声

常见的来源包括：

• 空调
• 粉丝
• 计算机
• 发动机
• 交通
• 背景对话

仅靠一个麦克风，很难根据空间信息区分所有这些声源。.

3. 麦克风阵列如何改善远场拾音效果？

假设一个由8个麦克风组成的阵列接收同一个人发出的声音。.

由于麦克风在物理上彼此分离，声音到达每个麦克风的时间会略有不同。.

DSP 可以分析这些差异。.

这些空间信息可用于 波束成形.

一种简化的架构如下：

声源

↓

多个MEMS麦克风

↓

同步多通道采集

↓

波束成形

↓

降低噪音

↓

AEC / 语音增强

↓

清晰的语音输出

这与单纯提高单个麦克风的增益有着根本的不同。.

4. 什么是波束成形？

波束成形 这是一种信号处理技术，它利用多个麦克风，在增强来自目标方向的声音的同时，抑制来自其他方向的声音。.

设想一个由8个麦克风组成的线性阵列，安装在会议设备上。.

如果说话者正位于声阵列的正前方，DSP 可以以某种方式组合麦克风信号，从而增强所需的语音。.

如果噪声来自另一个方向，空间处理可以降低其影响。.

这会产生一种定向的声学响应。.

5. 麦克风越多，性能就一定越好吗？

不。.

这是关于麦克风阵列最常见的误解之一。.

16个麦克风的阵列并不一定比8个麦克风的阵列更好。.

性能取决于多个因素：

• 麦克风数量
• 麦克风间距
• 阵列几何
• 麦克风匹配
• 声学箱体
• DSP算法
• 波束成形设计
• 房间声学
• 扬声器位置
• 噪声环境

因此：

阵列性能是系统层面的结果，而不仅仅是麦克风数量的规格。.

6. 线性与环形麦克风阵列

不同的应用需要不同的阵列几何结构。.

线性麦克风阵列

麦克风沿一条直线排列。.

典型应用包括：

• 会议酒吧
• 显示器
• 智能终端
• soundbars
• 定向语音采集

当预期声源主要位于设备前方时，线性阵列尤其有用。.

环形麦克风阵列

麦克风围绕一个圆形结构排列。.

该设计可提供更广的空间覆盖范围。.

典型应用包括：

• 会议室设备
• 智能扬声器
• 会议室终端
• 语音交互系统

最佳几何形状取决于产品的机械设计和预期声场。.

7. 远场麦克风阵列与单麦克风的对比

该阵列不能替代麦克风本身。.

相反，它将多个麦克风转化为一个协调一致的音频感知系统。.

8. MEMS 麦克风的作用

MEMS 麦克风因体积小巧且适用于高密度多麦克风设计，因此被广泛应用于麦克风阵列中。.

重要参数包括

灵敏度

确定由声压产生的电输出。.

信噪比

在合适的声学条件下，更高的信噪比（SNR）可以提供更纯净的麦克风信号。.

声学过载点

当麦克风可能受到高声压级影响时，这一点尤为重要。.

频率响应

影响录制的语音及整体音频特性。.

麦克风匹配

麦克风之间具有良好的一致性对于阵列处理至关重要。.

对于麦克风阵列而言，选择单个麦克风仅仅是第一步。.

整个阵列必须作为一个系统来设计。.

9. 为什么AEC在远场设备中至关重要

会议设备通常同时具备以下两点：

扬声器输出

与

麦克风输入

麦克风可以拾取来自扬声器的声音。.

这会产生声学回声。.

AEC，或 声学回声消除, 用于消除这种不必要的回声。.

典型的会议音频架构如下：

远程音频 → 扬声器

与此同时：

本地语音 → 麦克风阵列 → AEC → 网络

AEC 算法利用来自播放信号的参考信息，来估计并抑制麦克风捕获的声回声。.

这就是为什么一个完整的麦克风阵列模块比一个简单的麦克风接口更有用的一大原因。.

10. 远场麦克风阵列的应用

视频会议

远程参与者需要听清房间另一端说话人的声音。.

智能扬声器

用户可在距离设备几米外进行语音操作。.

人工智能语音助手

语音识别系统需要清晰的语音输入。.

机器人

机器人可能需要识别语音并确定其来源。.

智能家电

用户无需站在电器旁边，即可发出语音指令。.

交互式显示屏

大型显示屏通常需要将麦克风放置在距离用户嘴巴较远的位置。.

智能教室

教师和学生可以在教室内的不同位置发言。.

11. 麦克风阵列的听距有多远？

对此没有放之四海皆准的答案。.

诸如“5米”或“10米”之类的规格说明，不应被理解为在任何环境下都能保证的语音识别距离。.

实际性能取决于：

• 扬声器音量
• 环境噪声
• 室内混响
• 麦克风信噪比
• 阵列几何
• DSP算法
• 设备外壳
• 扬声器位置
• 声回波
• 目标语音质量

因此，设备制造商应利用真实的声学测试环境来评估远场性能。.

12. 如何选择远场麦克风阵列

在选择模块之前，请考虑以下几点：

应用

会议系统？智能家电？机器人？AI终端？

接送区

前置镜头还是360度全景拍摄？

距离

近场、中场还是远场？

麦克风数量

4、6、8、16，还是其他架构？

界面

PDM、I2S、USB 还是以太网？

DSP

该模块是否支持波束成形、自适应回波消除和降噪功能？

机械整合

该阵列的几何形状能否装入产品外壳中？

常见问题解答：远场麦克风阵列

什么是远场麦克风？

远场麦克风系统旨在拾取来自距离麦克风较远处的说话者的语音，通常采用多个麦克风和信号处理技术。.

远场麦克风阵列是如何工作的？

多个麦克风从略有不同的空间位置捕获相同的声音。DSP算法通过分析这些信号来实现波束成形和降噪等功能。.

8 麦克风阵列 比 4麦克风阵列更好吗?

不一定。性能取决于阵列几何结构、麦克风匹配、DSP算法、声学设计以及目标应用场景。.

MEMS 麦克风适合用于远场阵列吗？

是的。MEMS 麦克风非常适合用于紧凑型多麦克风阵列设计。.

远场麦克风阵列能否支持AEC？

是的。当采用适当的DSP架构时，麦克风阵列模块可以集成声学回声消除功能。.

结论

远场语音采集不仅仅只是使用灵敏度更高的麦克风这么简单。.

这需要以下要素的结合：

MEMS 麦克风 + 阵列几何结构 + 多通道拾音 + 波束成形 + 数字信号处理 (DSP) + 声学设计

对于高级应用，AEC、降噪、语音增强和声源定位可进一步提升系统性能。.

SISTC 开发 远场MEMS麦克风阵列和定制音频模块 面向开发会议系统、AI语音设备、智能家电、机器人及其他智能产品的设备制造商。.

如果您的产品需要定制麦克风数量、阵列几何结构、DSP算法或音频接口，我们可以根据您的具体应用需求设计相应的麦克风阵列。.