波束成形麦克风技术如何让企业会议受益

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波束成形麦克风技术如何让企业会议受益

波束成形阵列技术可以追溯到100多年前，首次应用在军事领域，用于测定飞机，船舶和潜艇的方位和位置。直到1970年代中期，当微处理器被广泛使用，这种技术还是100％声学的和相当原始的。但现代软件开发和数字信号处理技术极大地促进了这项技术的发展。依托良好的设计和工艺水平，现在能够采用先进的麦克风阵列系统捕获所需的声音，并产生高度清晰和卓越品质的音频信号。
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5 z- l$ u. D" m! j1 I# P/ n如我们所知道的空间滤波一样，波束成形也支持声波和无线电能量这两种应用，因此在蜂窝电话，无线网络，生物医药，声纳，地震学，甚至无线电电天文学的相关文章中有时也被讨论。
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>>>> 声学波束成形理论


6 M: X$ K; ?) y7 I4 d/ J) ?- `华盛顿大学研究员应用物理实验室安德鲁A.甘泽解释说，“波束成形的基本观点是，当你布置了多个相邻的传感器发送信号（或监听声波）时，你会得到一种干涉图样，就像你扔了一些石子在池塘里立刻看到的波纹，会建立干扰涟漪。 如果您选择的传感器和传感器信号延迟的间隔时间恰到好处，你就可以得到一个干涉图样，特别是能观察到其中的大部分信号能量全部消耗在一个特定的方向。”
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$ d; M8 y  x) g: p( B" e0 J通过相位阵列中元素的结合（比如，天线或麦克风），这样，在特定的角度信号经历相长干涉，如遇到破坏性的干扰时，波束成形可用于实现空间选择性和消除不需要的信号。

波束成形麦克风是麦克风家族中的一员，由于其惊艳的声音质量，先进的性能和相控阵雷达的相似性，被认为是高指向性或者超指向性麦克风。

音频的专业人士都知道，全向麦克风会拾取来自四面八方的声音。全向麦克风的缺点是，他们往往导致声音是混响，或空洞，并且包含着一个房间里各个方向的环境噪音。20世纪40年底就流行的心形麦克风，作为指向性麦克风的一种，在今天依然普遍应用。 心型话麦克风的声音混响和噪声都比全向麦克风小，因为它们减少了侧面后面的反射音和噪声对声音拾取的影响。 但是心形麦克风可选择性有限，以及滤波能力较低，这些都被波束成形技术超越。


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/ T$ v) T# `% _) j▲波束成形麦克风模式
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) W7 U; \/ E; {* }6 o+ }传统的定向麦克风可能在会议应用中可以用于执行有限的空间滤波，以改善音频质量。这些麦克风有一个声学特点即有选择性地拾取空间中的某一个区域的声波，并拒绝其他。
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波束成形技术可以用来选择，或集中在那些只想让与会者听到的声音，而拒绝所有不需要的声音。选择所需的声源，拒绝无关的声音一直是大多数音频工程师的目标。通过先进的微处理器把声学波束成形技术和和集成的数字信号处理结合在一起，这是目前技术上可实现的。波束成形就是这种信号处理技术，处理那些从波束成形麦克风阵列采集到的信号。从各麦克风单元采集的信号会被筛选被组合，对一些在特定角度的信号进行相长干涉，而其他干扰信号将被滤除。
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& x# ?" `5 ^( a9 L7 x/ w9 ~2 t  U2 ?波束成形技术可实现优越的空间选择性，使某些区域的信号（声音方向）被放大，而其他区域的信号显著减弱。波束成形处理部件还可以被配置，以衰减一些其他方向（比如门或窗）进入房间的噪声。

波束成形阵列系统通过调整相位和到达各麦克风声音的振幅，创建波前相长相消的模式，来调节和调整麦克风阵列聚焦于期望声音的方向性。不同麦克风的信息被合并分析，使得预设的声学模式被优先处理，并应用到音频会议系统中。
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先进的波束成形技术采用干扰模式来改变阵列的方向性，所以从各个麦克风所收集的信息可以被组合以优先考虑预期的声学模式。自适应波束成形算法也可以自动适应不同的声学环境。
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2 g' ?7 x4 J+ F  k, C目前最先进的视频会议和电话会议系统均采用专业设计的波束成形麦克风阵列和相关的组件和处理器。

( D( R! z& |$ F; c3 m+ P: s$ e>>>> 波束成形技术在会议应用的兴起
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在音频/视频会议系统中，通常的做法是部署一组心型麦克风，放置在桌面上，或安装在天花板上。当每一个定向麦克风正确对准发言者，并连接到一个专业的音频处理器，即可实现出色的拾音效果。类似的结果也可以用无线领夹或手持麦克风实现。
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董事会议室这样的环境中，经常希望维持一个整洁干净的环境，积极向上企业形象，如把话筒放在桌面或悬挂在天花板有可能破坏室内设计的审美目标。集成了3个麦克风的麦克风阵列可以有效减少麦克风元件的数量，但仍然很难隐藏，无法提供一种超洁净又美观的整体外观。

/ [3 J) ^2 |. s  a* v其他桌面和天花板麦克风的缺点包括必须有额外的工作去管理众多的话筒，例如检查无线电池和声音电平，担心讲者是否开启了话筒，环境噪音是否进入系统，并不断优化调音台的水平。此外还有一些麦克风安装座，支架，电缆，安装和维护的成本。
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对比之下，一个现代化的波束成形麦克风阵列提供了极大的便利，语音清晰，音质卓越，以及可靠的通信。波束成形阵列安装后不易被注意，可以很好的隐藏在房间的背景中，既美观又实用。
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当波束成形麦克风阵列安装在会议桌或天花板或墙壁上，其中数组麦克风单元，相关的转向算法，数字信号处理和回声消除可以“放大”特定发言者的声学增益，并提供完善的音频质量，这是优于传统会议室的拾音系统。

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