С.В. Перелыгин − к.т.н., доцент, 

кафедра аудиовизуальных систем и технологий,

Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения 

E-mail: sergey.perelygin@gmail.com

М. Б. Столбов − к.т.н., доцент,

факультет информационных технологий и программирования,

Национальный исследовательский университет ИТМО (Санкт-Петербург)

E-mail: stolbov_mb@mail.ru

Постановка проблемы. Компактные микрофонные решетки (МР) с небольшим числом (2−7) микрофонов нашли широкое применение благодаря удобству размещения и неплохой пространственной избирательности [1, 2]. Они обладают способностью ослаблять как когерентные шумы, так и изотропный шум. Для улучшения пространственных характеристик МР может быть использована априорная информация о шумовой обстановке. При этом можно обеспечить дополнительное подавление как изотропного шума окружения [3−6], так и когерентных шумов [6−9]. Особенно важным является диапазон низких частот от 100 до 3400 Гц, который обеспечивает более 90% разборчивости речи и в котором обыкновенно сосредоточена большая часть шумов. В условиях нестационарного акустического окружения управление диаграммой направленности может осуществляться на основе адаптивных алгоритмов, использующих текущую информацию (данные), поступающую на микрофоны [10].

Цель. Рассмотреть способ повышения эффективности сбора акустической информации с использованием микрофонных решеток в присутствии когерентных шумов и изотропного поля шума.

Результаты. Установлено, что увеличение эффективности выделения речи может быть достигнуто с помощью формирования диаграммы направленности микрофонных решеток с учетом информации о шуме окружения. Основное внимание уделено пространственным характеристикам микрофонных решеток в низкочастотной области. Показано, что применение принципа неискаженного приема целевого сигнала и минимизации мощности шума на выходе микрофонной решетки (метод MVDR) позволяет подавлять когерентные шумы, а также увеличить пространственную избирательность микрофонной решетки в низкочастотной области.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть полезны для совершенствования средств сбора акустической информации на основе микрофонных решеток.

Перелыгин С.В., Столбов М.Б. Формирование пространственных характеристик двухэлементных микрофонных решеток на основе априорной информации // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 8(16). С. 37−49.  DOI: 10.18127/j00338486-202008(16)-05.

1. Tashev I. Sound Capture and Processing: Practical Approaches. Wiley. 2009.
2. Buck M. et al. A compact microphone array system with spatial post-filtering for automotive applications // In Proc. ICASSP 2009. Р. 221−224. 
3. Brandstein M. and Ward D. (Eds.). Microphone Arrays. Heidelberg, Germany: Springer-Verlag. 2001 (Bitzer J., Simmer K. Superdirective Microphone Arrays. Ch. 2. Р. 19−38).
4. Buck M., Rößler M. First order differential microphone arrays for automotive applications // Proc. 7th International Workshop on Acoustic Echo and Noise Control. IWAENC. Darmstadt, Germany. 2001. Р. 19–22.
5. Weber R., Huang Y., Tidd W. Cognitive beamforming antenna // Proc. IEEE. Oct. 2010. V. 20. № 6. 
6. Mc Cowan I.A. Microphone Arrays: A Tutorial. Available at: http://www.aplu.ch/home/download/microphone_array.pdf (accessed 2.07.2020). 
7. Столбов М.Б., Перелыгин С.В. Алгоритмы двухэлементной микрофонной решетки для выделения речевых сигналов в присутствии когерентных помех // Цифровая обработка сигналов. 2017. № 4. С. 34−39.
8. Friedlander B., Porat B. Performance analysis of a null-steering algorithm based on direction-of-arrival estimation // Proc. IEEE Trans. on Signal Processing. Apr. 1989. V. 37. № 4. 
9. Huang Y., Panique M. Performance analysis of a null steering algorithm // Proc. IEEE. July 2007. № 7. 
10. Lockwood M. et al. Performance of time- and frequency-domain binaural beamformers based on recorded signals from real rooms // J. Acoust. Soc. Am. January 2004. V. 115. № 1. Р. 379−391.
11. Столбов М.Б., Тхе К.Ч. Прием речевых сигналов в шумовой обстановке с использованием двухэлементных микрофонных решеток // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 5. С. 850–857.
12. Bitzer J., Kammeyer K., and Simmer K. An alternative implementation of the superdirective beamformer // Proc. IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics. 1999. Р. W99-1 – W99-4.
13. Олейников А.Н., Бородавка А.В. Основные направления совершенствования средств акустической разведки // Радиотехника. 2017. Вып. 189. С. 189−194.