波束成形陣列技術(shù)可以追溯到100多年前，首次應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，用于測定飛機，船舶和潛艇的方位和位置。直到1970年代中期，當微處理器被廣泛使用，這種技術(shù)還是100％聲學(xué)的和相當原始的。但現(xiàn)代軟件開發(fā)和數(shù)字信號處理技術(shù)極大地促進了這項技術(shù)的發(fā)展。依托良好的設(shè)計和工藝水平，現(xiàn)在能夠采用先進的麥克風陣列系統(tǒng)捕獲所需的聲音，并產(chǎn)生高度清晰和卓越品質(zhì)的音頻信號。
如我們所知道的空間濾波一樣，波束成形也支持聲波和無線電能量這兩種應(yīng)用，因此在蜂窩電話，無線網(wǎng)絡(luò)，生物醫(yī)藥，聲納，地震學(xué)，甚至無線電電天文學(xué)的相關(guān)文章中有時也被討論。
>>>> 聲學(xué)波束成形理論
華盛頓大學(xué)研究員應(yīng)用物理實驗室安德魯A.甘澤解釋說，“波束成形的基本觀點是，當你布置了多個相鄰的傳感器發(fā)送信號（或監(jiān)聽聲波）時，你會得到一種干涉圖樣，就像你扔了一些石子在池塘里立刻看到的波紋，會建立干擾漣漪。 如果您選擇的傳感器和傳感器信號延遲的間隔時間恰到好處，你就可以得到一個干涉圖樣，特別是能觀察到其中的大部分信號能量全部消耗在一個特定的方向。”
通過相位陣列中元素的結(jié)合（比如，天線或麥克風），這樣，在特定的角度信號經(jīng)歷相長干涉，如遇到破壞性的干擾時，波束成形可用于實現(xiàn)空間選擇性和消除不需要的信號。
波束成形麥克風是麥克風家族中的一員，由于其驚艷的聲音質(zhì)量，先進的性能和相控陣雷達的相似性，被認為是高指向性或者超指向性麥克風。
音頻的專業(yè)人士都知道，全向麥克風會拾取來自四面八方的聲音。全向麥克風的缺點是，他們往往導(dǎo)致聲音是混響，或空洞，并且包含著一個房間里各個方向的環(huán)境噪音。20世紀40年底就流行的心形麥克風，作為指向性麥克風的一種，在今天依然普遍應(yīng)用。 心型話麥克風的聲音混響和噪聲都比全向麥克風小，因為它們減少了側(cè)面后面的反射音和噪聲對聲音拾取的影響。 但是心形麥克風可選擇性有限，以及濾波能力較低，這些都被波束成形技術(shù)超越。
▲波束成形麥克風模式
傳統(tǒng)的定向麥克風可能在會議應(yīng)用中可以用于執(zhí)行有限的空間濾波，以改善音頻質(zhì)量。這些麥克風有一個聲學(xué)特點即有選擇性地拾取空間中的某一個區(qū)域的聲波，并拒絕其他。
波束成形技術(shù)可以用來選擇，或集中在那些只想讓與會者聽到的聲音，而拒絕所有不需要的聲音。選擇所需的聲源，拒絕無關(guān)的聲音一直是大多數(shù)音頻工程師的目標。通過先進的微處理器把聲學(xué)波束成形技術(shù)和和集成的數(shù)字信號處理結(jié)合在一起，這是目前技術(shù)上可實現(xiàn)的。波束成形就是這種信號處理技術(shù)，處理那些從波束成形麥克風陣列采集到的信號。從各麥克風單元采集的信號會被篩選被組合，對一些在特定角度的信號進行相長干涉，而其他干擾信號將被濾除。
波束成形技術(shù)可實現(xiàn)優(yōu)越的空間選擇性，使某些區(qū)域的信號（聲音方向）被放大，而其他區(qū)域的信號顯著減弱。波束成形處理部件還可以被配置，以衰減一些其他方向（比如門或窗）進入房間的噪聲。
波束成形陣列系統(tǒng)通過調(diào)整相位和到達各麥克風聲音的振幅，創(chuàng)建波前相長相消的模式，來調(diào)節(jié)和調(diào)整麥克風陣列聚焦于期望聲音的方向性。不同麥克風的信息被合并分析，使得預(yù)設(shè)的聲學(xué)模式被優(yōu)先處理，并應(yīng)用到音頻會議系統(tǒng)中。
先進的波束成形技術(shù)采用干擾模式來改變陣列的方向性，所以從各個麥克風所收集的信息可以被組合以優(yōu)先考慮預(yù)期的聲學(xué)模式。自適應(yīng)波束成形算法也可以自動適應(yīng)不同的聲學(xué)環(huán)境。
目前最先進的視頻會議和電話會議系統(tǒng)均采用專業(yè)設(shè)計的波束成形麥克風陣列和相關(guān)的組件和處理器。
>>>> 波束成形技術(shù)在會議應(yīng)用的興起
在音頻/視頻會議系統(tǒng)中，通常的做法是部署一組心型麥克風，放置在桌面上，或安裝在天花板上。當每一個定向麥克風正確對準發(fā)言者，并連接到一個專業(yè)的音頻處理器，即可實現(xiàn)出色的拾音效果。類似的結(jié)果也可以用無線領(lǐng)夾或手持麥克風實現(xiàn)。
董事會議室這樣的環(huán)境中，經(jīng)常希望維持一個整潔干凈的環(huán)境，積極向上企業(yè)形象，如把話筒放在桌面或懸掛在天花板有可能破壞室內(nèi)設(shè)計的審美目標。集成了3個麥克風的麥克風陣列可以有效減少麥克風元件的數(shù)量，但仍然很難隱藏，無法提供一種超潔凈又美觀的整體外觀。
其他桌面和天花板麥克風的缺點包括必須有額外的工作去管理眾多的話筒，例如檢查無線電池和聲音電平，擔心講者是否開啟了話筒，環(huán)境噪音是否進入系統(tǒng)，并不斷優(yōu)化調(diào)音臺的水平。此外還有一些麥克風安裝座，支架，電纜，安裝和維護的成本。
對比之下，一個現(xiàn)代化的波束成形麥克風陣列提供了極大的便利，語音清晰，音質(zhì)卓越，以及可靠的通信。波束成形陣列安裝后不易被注意，可以很好的隱藏在房間的背景中，既美觀又實用。
當波束成形麥克風陣列安裝在會議桌或天花板或墻壁上，其中數(shù)組麥克風單元，相關(guān)的轉(zhuǎn)向算法，數(shù)字信號處理和回聲消除可以“放大”特定發(fā)言者的聲學(xué)增益，并提供完善的音頻質(zhì)量，這是優(yōu)于傳統(tǒng)會議室的拾音系統(tǒng)。
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