麥克風陣列具有對遠場干擾噪聲很強的抑制作用，應用于便攜IT設(shè)備如PDA、GPS、NB、手機等在較大噪聲環(huán)境中使用時表現(xiàn)出較好的效果。小型麥克風陣列由一組麥克風單元在一個小范圍內(nèi)按照一定空間分布組合而成，由于它在噪聲環(huán)境下具有良好的信號采集性，因此越來越受到聲學應用領(lǐng)域的關(guān)注。

　　波束的形成

　　麥克風陣列是指按一定距離排列放置的一組麥克風，通過聲波抵達陣列中每個麥克風之間的微小時差的相互作用，麥克風陣列可以得到比單個的麥克風更好地指向性。在麥克風陣列的設(shè)計中首要的改進是引入了波束成形、陣列指向性與波束寬度的概念。

　　通過對所有麥克風信號的綜合處理，麥克風陣列可以組合成為所要求的強指向性麥克風，形成被稱為“波束”的指向特性。麥克風陣列的波束可以經(jīng)由特殊電路或程序算法軟件控制,使其指向聲源方向而加強音頻采集效果。

　　陣列算法處理后的指向性波束形成技術(shù)能精確的形成一個錐狀窄波束，只接受說話人的聲音同時抑制環(huán)境中的噪音與干擾。

　　可以通過以下兩種方法獲得麥克風陣列單元之間相對位置的信息：

　　(1) 把一對麥克風同步采集到的信號進行互相關(guān)，尋找互相關(guān)信號的最大值，得到兩信號之間的延時τ，再乘以聲波傳播速度C0得到相對位置間距：

　　(2) 測量一對麥克風同步采集信號相位差ΔΦ，根據(jù)頻率f和聲傳播速度C0得到這一對麥克風的位置間隔：

　　經(jīng)過計算及試驗驗證，相位法分析麥克風相對位置差的精度要比互相關(guān)法分析的精度高。

　　通過算法控制，麥克風陣列在搜索到講話者的位置之后可以將波束指向當前的講話者。麥克風陣列這種極強的智能指向性功能可以顯著降低周邊環(huán)境噪聲及回聲的影響。

　　單麥克風與采用波束形成技術(shù)麥克風陣列接收講話者聲音效果的對比

　　陣列指向性

　　由于麥克風陣列的輸出信號中包含比單只麥克風更低的噪聲和回聲成份，所以其固有噪聲抑制能力要遠高于單只麥克風。麥克風陣列在1000Hz的典型指向性波束圖型如圖2所示。

　　其指向性圖形要遠好于任一款價格昂貴的高性能超心形麥克風。

　　麥克風陣列在1000Hz的典型指向性波束圖型

　　指向性指數(shù)

　　另一個表證波束的參數(shù)是指向性指數(shù)。指向性指數(shù)D表征的是麥克風陣列主響應軸(波束軸線)檢測到的聲源信號與需要屏蔽的各種噪聲與回聲信號的比值。

　　其中：

　　P(f, φ, θ)：聲源信號之聲能

　　ρ0：與參考點的平均距離)

　　(φT, θT)：與參考聲軸的角度

　　作為頻率函數(shù)的麥克風陣列指向性圖案，剖面為水平方向

　　陣列指向性指數(shù)的比較

　　單只單指向麥克風、雙麥克風陣列、四麥克風陣列指向性指數(shù)的比較圖表。從圖中可以看出雙麥克風陣列、四麥克風陣列依次較單指向麥克風指向性指數(shù)有接近3dB、6dB以上的提升改進。

　　采用麥克風陣列后形成的波束3D效果