麦克风波束成形的基本原理（一）

所有MEMS麦克风都具有全向拾音响应，也就是能够均等地响应来自四面八方的声音。多个麦克风可以配置成阵列，形成定向响应或波束场型。经过设计，波束成形麦克风阵列可以对来自一个或多个特定方向的声音更敏感。这也可以应用在主动降噪耳机及其它有主动降噪技术应用的设备上。

麦克风波束成形是一个丰富而复杂的课题。本应用笔记仅讨论基本概念和阵列配置，包括宽边求和阵列和差分端射阵列，内容涵盖设计考虑、空间和频率响应以及差分阵列配置的优缺点。

方向性和极坐标图

方向性描述麦克风或阵列的输出电平随消声空间中声源位置的改变而变化的模式。ADI公司的所有MEMS麦克风都是全向麦克风，即它们对来自所有方向的声音都同样敏感，与麦克风所处的方位无关。下图所示为全向麦克风响应的2轴极坐标图。无论麦克风的收音孔位于x-y平面、x-z平面还是y-z平面，此图看起来都相同。

阵列的“前方”称为轴上方向，指拾取目标音频的方向，在极坐标图上标为0°;“后方”为180°方向;“侧边”指前后方之间的空间，中心方向分别位于90°和270°。本应用笔记中的所有极坐标图均归一化到0°响应水平。

宽边阵列

宽边麦克风阵列是指一系列麦克风的排列方向与要拾取的声波方向垂直(见下图)。图中，d是阵列中两个麦克风元件的间距。来自阵列宽边的声音通常就是要拾取的声音。

宽边阵列可以通过基本处理实现，阵列中的麦克风简单地相加。此类阵列的缺点是它只能衰减来自阵列侧边的声音。后方响应始终与前方响应一致，因为阵列具有轴对称性，无法区分从前方与从后方到达麦克风的声压波。宽边阵列适用于阵列背面或上下方没有很多声音的应用，例如壁挂式电视、主动降噪耳机。

在双麦克风宽边阵列中，响应的最小值出现在90°和270°。这些点的信号衰减在很大程度上取决于频率。当入射频率的半波长接近麦克风的间距时，响应接近完全抵消。对于两个间距75mm的麦克风组成的阵列，理论上，当频率约为2.3kHz(343m/s÷(0.075m×2)≈2.3kHz)时，响应完全抵消。

高于理想衰减的频率时，频率将混叠，极坐标响应开始在其它角度显示零点。此时，侧边衰减再次开始降低。