關于麥克風陣列信號采集系統的設計方案探究

作為傳統的語音拾取工具，單個孤立麥克風在噪聲處理、聲源定位和跟蹤，語音提取和分離等方面存在不足，嚴重影響了語音通信質量。如果使用多個麥克風組成陣列，在時頻域的基礎上增加一個空間域，對來自空間不同方向的信號進行實時處理，就可以彌補上述不足?，F在已有的麥克風陣列采集處理系統中，大多采用4路麥克風陣列，這類系統雖然在一定程度上能解決語音增強、噪音抑制、聲源定位和回聲抵消等問題，但由于4個麥克風個數較少，只能組成一字線陣，十字陣等幾種特定的陣列形狀，三維空間的方向及距離判斷有較大的誤差。設計的16通道麥克風采集系統能夠組成麥克風面陣，彌補了上述不足，較好地解決了三維空間信號位置判斷的問題。
　　一、硬件系統設計
　　該硬件系統主要包括16路麥克風構成的陣列、A／D采樣模塊、DSP數據處理模塊、PC機，如圖1所示。
　　
　　1．1 麥克風陣列
　　該系統中，麥克風陣列選用聲望公司的MPA416傳聲器。MPA416傳聲器的靈敏度可達50 mV／Pa；擁有低本底噪聲；頻率響應范圍20 Hz～20 kHz；當其用于陣列時，MPA416的相位差能控制在3°～5°，能滿足系統對精確度和穩定性的要求。
　　1．2 A／D采樣模塊
　　A／D采樣模塊由4片PCM4204以及其外圍電路組成。PCM4204內置了4個同步采樣通道，支持音頻串口和DSD數據口。音頻串口模式時，輸出24位線性PCM碼，有主、被動兩種工作模式，支持左、右對齊，I2S和TDM數據格式，動態范圍為118 dB，最高采樣頻率216 kHz。系統選用1片PCM4204采用主動工作模式，其余3片PCM4204采用被動工作模式。通過音頻串口將外部采集的模擬聲音信號轉化為24位I2S格式數字信號。由于前端麥克風陣列的輸出信號不是差分信號，而PCM4204要求輸入信號為差分信號，同時要求輸入差分信號幅值在-0．3～-0．3+VccV之間，因此其每路信號的前端都應有一個緩沖電路，用來將所接收的麥克風信號轉換為差分信號并對幅值進行調整。緩沖電路主要由OPA1632和OPA22組成，OPA1632和OPA227是高精度、音頻差分放大器，緩沖電路如圖2所示。