增强声音定位：MEMS 麦克风阵列几何形状的比较分析

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导言

在不断发展的音频技术领域，麦克风阵列的配置对声音定位系统的性能有重大影响。微型机电系统（MEMS）麦克风以体积小、功耗低著称，已成为设计高效、精确声音定位解决方案不可或缺的一部分。

阵列几何形状的比较分析

研究重点是评估各种全向 MEMS 麦克风阵列几何形状，包括

  • 均匀线性阵列（ULA）： 操作简单，对线性声源检测非常有效。forum.pjrc.com+1en.wikipedia.org+1
  • 均匀平面阵列（UPA）： 提供二维空间分辨率，适用于需要检测仰角和方位角的应用。
  • 均匀圆形阵列 (UCA)： 确保 360 度覆盖，非常适合声源来自多个方向的环境。
  • 均匀同心阵列 (UCoA)： 结合多个圆形阵列，提高空间分辨率和指向性。

实验验证使用了在 Raspberry Pi 5 平台上构建的原型设备，该设备配备了 Adafruit PCA9548 8 通道 STEMMA QT 扩展板和 SPH0645LM4H-B 全向 MEMS 麦克风，证明类似的几何配置可有效用于低频声音定位任务。值得注意的是，n = 8 和 d = 23 厘米的 URA 麦克风阵列表现出最佳性能。

波束成形算法和性能评估

研究还深入探讨了波束成形算法，特别是延迟和、差分和超导方法。差分波束成形算法在具有挑战性的声学环境中隔离目标信号方面表现出色。当与均匀圆形阵列（UCA）相结合时，延迟和算法或增强型延迟和算法可提供可靠的全向覆盖和均衡的频率响应，使其适用于需要均匀灵敏度的应用。

麦克风阵列间距和半径的优化进一步增强了指向性，并最大限度地降低了边音水平，这对准确定位声音至关重要。

应用和未来工作

这种比较分析所得出的见解有助于设计各种应用中的 MEMS 麦克风阵列，包括

  • 智能家居设备： 增强语音命令识别和空间音频捕捉。
  • 机器人 通过精确声源定位提高环境意识。
  • 工业监测： 通过声学信号检测和定位设备异常或泄漏。

今后的工作重点是利用降低侧叶水平（SLL）的方法改进阵列设计，从而在更宽的频率范围内提高定位精度。

SISTC 致力于提供先进的音频解决方案

在 SISTC，我们致力于通过创新的 MEMS 麦克风解决方案推动音频技术的发展。我们的产品线反映了设计和制造方面的最新进展，确保客户获得符合最高性能和效率标准的组件。

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