[發(fā)明專利]一種麥克風(fēng)陣列頻響校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711057646.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN107864444B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳喆;殷福亮;呼德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04R29/00
• 分類號(hào): H04R29/00;H04R1/22
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種麥克風(fēng)陣列頻響校準(zhǔn)方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：電音頻信號(hào)w(n)經(jīng)揚(yáng)聲器和聲傳播信道到達(dá)麥克風(fēng)陣列，麥克風(fēng)陣列輸入聲信號(hào)為x(n)；

S2：聲信號(hào)x(n)經(jīng)過k個(gè)不同的麥克風(fēng)及前置放大器，分別得到不同的電信號(hào)x₁(n)～x_k(n)；

S3：電信號(hào)x₁(n)～x_k(n)分別當(dāng)作各路校準(zhǔn)濾波器的輸入信號(hào)用于調(diào)整各校準(zhǔn)濾波器的濾波系數(shù)；所述校準(zhǔn)濾波器的濾波系數(shù)的調(diào)整方式為：通過調(diào)整各路濾波器的濾波系數(shù)使輸出信號(hào)y₁(n)～y_k(n)均向目標(biāo)信號(hào)d(n)逼近，逼近原則是使y₁(n)～y_k(n)與d(n)之間的均方誤差分別最小；

S4：根據(jù)上述調(diào)整方式，計(jì)算各校準(zhǔn)濾波器的濾波系數(shù)，以完成麥克風(fēng)陣列的頻響校準(zhǔn)；

當(dāng)各路校準(zhǔn)濾波器輸出信號(hào)y₁(n)～y_k(n)向目標(biāo)信號(hào)d(n)逼近實(shí)現(xiàn)陣列頻響校準(zhǔn)時(shí)采用如下方式：設(shè)一幀數(shù)字信號(hào)的長度為N，則第i路校準(zhǔn)濾波器的輸入信號(hào)x_i(n)與目標(biāo)信號(hào)d(n)寫成以下向量形式

x_i＝[x_i(0),x_i(1),...,x_i(N-1)]^T 式2

d＝[d(0),d(1),...,d(N-1)]^T 式3

其中，[]^T表示向量或矩陣的轉(zhuǎn)置，列出以下代價(jià)函數(shù)

其中，Σ表示級(jí)數(shù)求和，使代價(jià)函數(shù)J最小，求出目標(biāo)信號(hào)d(n)為

d＝(x₀+x₁+...+x_k)/k 式5

即，目標(biāo)信號(hào)的向量形式d等于對(duì)各濾波器的輸入向量之和求平均。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種麥克風(fēng)陣列頻響校準(zhǔn)方法，其特征還在于：當(dāng)目標(biāo)信號(hào)d(n)確定后，以第i路濾波器輸出信號(hào)y_i(n)與目標(biāo)信號(hào)d(n)之間的均方誤差最小為準(zhǔn)則，計(jì)算出第i路濾波器系數(shù)h_i(n)采用如下方式：

y_i＝[y_i(0),y_i(1),...,y_i(N-1)]^T 式6

則y_i(n)與d(n)之間誤差信號(hào)e_i(n)寫成以下向量形式

e_i＝[e_i(0),e_i(1),...,e_i(N-1)]^T＝y(tǒng)_i-d 式7

列出另一組代價(jià)函數(shù)

F_i＝e_i^Te_i 式8

其中，i＝1,2,...,k，k為待校準(zhǔn)麥克風(fēng)的個(gè)數(shù)，使F_i最小，計(jì)算出第i路校準(zhǔn)濾波器的濾波系數(shù)h_i(n)，計(jì)算規(guī)則為：

h_i＝[h_i(0),h_i(1),...,h_i(M_i-1)]^T＝(X_i^TX_i)^-1D^Tx_{i_m} 式9

其中，x_{i_m}是由第i路校準(zhǔn)濾波器輸入向量的前N-M_i+1個(gè)元素組成的向量，Mi為第i路校準(zhǔn)濾波器的階數(shù)，即

x_{i_m}＝[x_i(0),x_i(1),...,x_i(N-M_i)]^T 式10

而式9中的X_i與D分別為

當(dāng)i從1取到k時(shí)，用上述方法計(jì)算出每路校準(zhǔn)濾波器的濾波系數(shù)，完成麥克風(fēng)陣列頻響校準(zhǔn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種麥克風(fēng)陣列頻響校準(zhǔn)方法，其特征還在于：當(dāng)分別對(duì)多幀輸入數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，對(duì)得到的多組濾波器系數(shù)進(jìn)行融合、得到濾波器系數(shù)采用如下方式：

設(shè)第i路麥克風(fēng)經(jīng)過Q幀數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)式9得到Q組濾波器系數(shù)向量分別為h_{i_1}、h_{i_2}、...h_{i_Q}，其中，h_{i_Q}表示第i路麥克風(fēng)在第Q幀輸入數(shù)據(jù)得到的濾波器系數(shù)向量；此外，Q個(gè)濾波器系數(shù)向量的平均向量定義為

H_i＝(h_{i_1}+h_{i_2}+...+h_{i_Q})/Q 式13

第i路第q幀濾波器系數(shù)向量的方差向量定義為

δ_{i_q}＝(h_{i_q}-H_i)·(h_{i_q}-H_i) 式14

其中，符號(hào)“·”表示向量點(diǎn)乘，q＝1,2,...,Q，第i路第q幀濾波器系數(shù)向量的方差倒數(shù)向量θ_{i_q}被定義為

θ_{i_q}＝[1/δ_{i_q}(0),1/δ_{i_q}(1),...,1/δ_{i_q}(M_i-1)]^T 式15

即，向量θ_{i_q}中的每個(gè)元素分別是向量δ_{i_q}所對(duì)應(yīng)元素的倒數(shù)，關(guān)于第i路校準(zhǔn)濾波器，其濾波器系數(shù)向量的方差倒數(shù)向量和被定義為

θ_i＝θ_{i_1}+θ_{i_2}+……+θ_{i_Q} 式16

根據(jù)θ_i和θ_{i_q}(q＝1,2,...,Q)得出Q個(gè)濾波器系數(shù)權(quán)重向量C_{i_1}，C_{i_2}，...，C_{i_q}，...，C_{i_Q}，其中，

C_{i_q}＝[θ_{i_q}(0)/θ_i(0),θ_{i_q}(1)/θ_i(1),...,θ_{i_q}(M_i-1)/θ_i(M_i-1)]^T 式17

根據(jù)h_{i_q}和C_{i_q}得出第i路校準(zhǔn)濾波器最終的濾波系數(shù)

h_i＝h_{i_1}·C_{i_1}+h_{i_2}·C_{i_2}+...+h_{i_Q}·C_{i_Q} 式18

其中，i＝1,2,...,k，k為麥克風(fēng)數(shù)量。