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专利号: 2019106239659
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 乐器;声学
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种四元差分麦克风阵列超指向性频率不变波束形成方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:A)由四个均匀分布在单位圆上的全向型麦克风阵元组成麦克风陈列,采集所述麦克风阵列的输出信号,其中,所述麦克风阵列中,第m个麦克风阵元采集到声音信号:式中,1≤m≤4,xm(ω)为第m个麦克风阵元采集到的语音信号,vm(ω)为第m个麦克风阵元采集到的噪声信号,ω为角频率,e为自然常数,j为虚数单位,j2=-1,当1≤m≤3时,τm为声音信号到达第m个麦克风阵元和沿单位圆顺时针方向下一个麦克风阵元的时间差,τm=δm/c,δm为第m个麦克风阵元与沿单位圆顺时针方向下一个麦克风阵元之间的间距,c为声波在空气中的转播速度,θ为声源与第m个麦克风阵元的连线与所述麦克风阵列之间的夹角,x(ω)为声源发出的语音信号,进而取得所述麦克风阵列的输出信号:y(ω)=[y1(ω)y2(ω)y3(ω)y4(ω)]T=d(ω,cosθ)x(ω)+v(ω)式中,[·]T表示转置,v(ω)是环境噪声信号,d(ω,cosθ)为声源发出的语音信号到达所述麦克风阵列时的方向矢量:B)将所述步骤A)中取得的输出信号按照频带分解成若干个子频带,取得各子频带目标信号,将子频带的频率与参考频率进行比较,通过频率调整系数,对比参考频率低的子频带进行频率补偿,对比参考频率高的子频带进行频率抑制,将各子频带重构合成,而取得频率调整后的目标信号,其中,各子频带目标信号为:式中,M为所述麦克风阵列中的麦克风阵元数目,M=4,L为所述麦克风阵元的滤波器的阶数,L=2,k为子频带的频带指数,n为帧指数,gm(k,l)为第m个麦克风阵元的频率调整系数,将子频带的频率与参考频率进行比较,通过频率调整系数,对比参考频率低的子频带进行频率补偿,对比参考频率高的子频带进行频率抑制,将各子频带重构合成,而取得频率调整后的目标信号:式中, 其中,D为所述麦

克风阵元滤波器的协方差对角矩阵,λ(k)为所述麦克风阵元滤波器的协方差矩阵,H表示共轭转置;

C)针对所述步骤B)取得的频率调整后的目标信号进行所述麦克风阵列的指向性调整,取得最大指向性因子,使所述麦克风阵列在声学环境下获得最大指向性,其中,定义声源发出的语音信号经不同方位角到达所述麦克风阵列的复增益:B(θ)=ωHP(θ)

式中,P(θ)为所述麦克风阵列接收到的语音信号功率大小,取得指向性因子:构造符合环境的指向性系数G和所述麦克风阵列的指向性DF,得到实际环境下的最大指向性因子:y′(ω)MAX=G·(DF)

其中,

因此,取得最大指向性因子:

y′(ω)MAX=dH(ω,cosθ)G-1d(ω,cosθ)

使所述麦克风阵列在声学环境下获得最大指向性;

D)针对所述步骤B)取得的频率调整后的目标信号取得所述麦克风阵列的最大白噪声抑制能力,其中,所述麦克风阵列取得最大白噪声抑制能力的白噪声抑制因子为:E)将所述步骤B)取得的频率调整后的目标信号通过经所述步骤C)和步骤E)处理后具有最大指向性因子和最大白噪声抑制能力的麦克风阵列,进行指向性和白噪声抑制处理,取得调整后的输出信号,其中,将所述步骤B)取得的频率调整后的目标信号通过经所述步骤C)和步骤E)处理后具有最大指向性因子和最大白噪声抑制能力的麦克风阵列,进行指向性和白噪声抑制处理,取得:y(ω)=y′(ω)y″(ω);

F)设计矩阵矢量,对所述步骤E)取得的输出信号进行语音信号增强和噪声信号抑制,设计的矩阵矢量为:通过矩阵矢量J(ω)对所述步骤E)取得的y(ω)进行语音信号增强和噪声信号抑制。