Направленные акустические интефрейсы (Microphone Arrays) с использованием ЦОС

Общее описание

Предлагаемые варианты предназначены в первую очередь для применения в аппаратуре связи и отвечают нескольким конкретным сценариям ее эксплуатации, число которых может быть расширено по требованию Заказчика.

Направленные акустические интерфейсы для устройств речевой связи представляют собой сочетание нескольких микрофонов с последующим формированием (синтезом) совокупной диаграммы направленности (ДН) системы цифровым способом.

Они могут быть внедрены как в существующие, так и во вновь разрабатываемые системы речевых коммуникаций, использующие на своем входе акустические микрофоны. К ним относятся:

• мобильные устройства цифровой речевой связи коммерческого и служебного назначения (DECT телефоны, сотовые телефоны, КВ и УКВ радиостанции и др.), реализованные в виде портативных устройств со встроенным в корпус микрофоном;

• выносные гарнитуры различного типа (как проводные, так и беспроводные; головные, нагрудные или заушные);

• громкоговорящие (hands-free) терминалы устройств телефонной и внутренней связи, в том числе на транспорте: автомобильные, поездные и др.;

• оборудование для аудио и видео конференц-связи, систем VoIP и др.;

• носимые и заушные слуховые аппараты для слабослышащих;

• системы стенографирования совещаний и проведения коллективных сеансов связи;

• акустический контроль охраняемых помещений.

Одной из основных проблем эксплуатации перечисленных выше устройств в естественных акустических условиях является повышенный уровень окружающих акустических шумов, попадающих на их микрофонный вход.

Типичные виды шумов, такие как шумы улицы, транспорта, многоголосие толпы в людных местах, бытовые, офисные и промышленные шумы, особенно при удалении источника речевого сигнала от микрофона, приводят к заметному снижению отношения сигнал/шум (ОСШ) для речевых сигналов на электрическом входе устройств, что, в свою очередь, заметно снижает качество работы систем в целом, например, качество речевого кодирования, а значит и разборчивость передаваемого речевого сигнала.

Существующие одноканальные системы шумоподавления и шумоочистки речевых сигналов, реализованные на основе адаптивной фильтрации в частотной области (например, спектральное вычитание), решают проблему только отчасти. Они принципиально не работают при низких ОСШ на входе и вносят заметные нелинейные искажения и артефакты звучания.

В отличии от них, направленные акустические интерфейсы являются системами с несколькими входами и осуществляют линейную пространственную фильтрацию речевых сигналов, т.е. их характеристики ДН в общем случае не зависят от уровней сигнала и шумов, они не создают нелинейных мультипликативных помех и артефактов звучания.

При фиксации ДН они способны работать в области отрицательных значений ОСШ для полезных сигналов на входе микрофонов, точно так же как и с положительными ОСШ, что в принципе не доступно для одноканальных систем шумоочистки.

При использовании направленных акустических интерфейсов в реальной аппаратуре конкретный выигрыш в ОСШ от их использования по сравнению с ненаправленным микрофоном, зависит как от конфигурации самой системы (числа микрофонов, их положения, алгоритмов обработки и др.), так и от условий эксплуатации, то есть акустических свойств самого помещения, расстояния до диктора, взаимного расположения диктора и источников шума, типа и свойств источников шума и др. факторов.

Двухмикрофонный акустический интефрейс

Потенциальный выигрыш двух микрофонной системы по сравнению с одним ненаправленным микрофоном для случая диффузного шумового поля и диктора, расположенного в дальнем поле при отсутствии заметных отражений акустических волн теоретически ограничен сверху пределом +6 дБ. В реальности он может быть как меньше (сильная реверберация помещения, источники шума совпадают с направлением на диктора), так больше (до +12...+20 дБ для точечного источника шума и адаптивной (следящей) ДН двойного микрофона, располагающей «ноль» в ДН в направлении на источник шума).

[наверх] [на главную]

Реализация

Алгоритм AFE в виде Си модели для ПЭВМ. Возможна реализация в виде dll для работы в реальном масштабе времени в составе программ обработки звуковых сигналов (или VoIP) под ОС WINDOWS.

Многоканальная реализация для ЦПОС осуществляется под заказ.

[наверх] [на главную]

Звук

По следующим звуковым файлам вы сможете оценить выигрыш в ОСШ при использовании технологии акустического интерфейса c синтезированной ДН.

Демонстрационные примеры сгруппированы по возможному типу применения.

Двухмикрофонная система, расположенная, например, на мониторе.

Расстояние до диктора около 40 см.

Двухмикрофонная гарнитура на груди.

Расстояние до рта около 30 см.

Двухмикрофонный слуховой аппарат

Жилая комната. Расстояние до телевизора прямо около 2 м.

Справа на расстоянии 1 м шумит помеха.

Следует отметить, что эффективность работы технологии в конечной аппаратуре Заказчика будет зависеть также от ее акустического дизайна.

[наверх] [на главную]