超清楚！麦克风阵列学习笔记（一）——线性麦克风阵列的时间延迟Beamforming算法（Time-Delay Beamforming of Microphone ULA Array）

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分类专栏： matlab小案例分享文章标签： matlab 算法

于 2020-08-13 09:44:58 首次发布

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本文档通过MATLAB进行麦克风阵列的仿真学习，探讨线性阵列在宽带时延波束成形中的应用。介绍了0度和45度入射声波时的信号变化，并强调了未经处理的信号相加会导致相互抵消。通过延迟求和避免了这一问题，增强了信号的可识别性。文中还展示了5元线阵列的波束形成过程，为其他阵型提供了原理参考。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

使用matlab自带的工具箱和示例代码进行麦克风阵列的学习仿真，以提升对其工作原理的理解，对结果和代码进行详细分析，供大家共同学习。关于麦克风阵列的学习和Beamforming算法我会出一个专栏。请点赞支持一下，您的点赞是我更新的动力！

一、实验目的

使用全向元件的麦克风阵列进行宽带常规时延波束成形，用代码结合实例感受麦克风阵列的实际作用。

声速为c=340m/s；

声信号为正弦波

二、实验结果

生成五元线性阵列，间距为0.05m。

在远场时，认为入射声波为平面波，夹角分别设为0，45，用以观察麦克风阵列接收到的信号。

可见，由于0度时，各麦克风没有声程差，所以入射声波信号是等相位的。

45度时，1号-5号麦克风之间存在声程差，因此存在相位差。

重点来了！！！

此时如果直接对5路信号相加取算术平均，对于0度情况，没有太大影响，对于45度，由于相位延迟会出现信号相互抵消的情况，因此，如果不做信号延迟-求和的话，简直不可想象！！

叠加噪声的影响后进行延迟求和，从结果可以看出，0度，45度差别不大，因为45时做了延迟求和。即对信号做了对齐相加，就不会出现相消的情况，关于对齐的方法后续再详细说。

以上，我们举例对5元线阵的波束形成进行讲解，其他阵型也是一样的原理；

三、原代码解析

定义线性全向麦克风阵列，间隔0.07m，5个麦克风

定义信号收集器，我对这个理解就是给麦克风阵列赋予采集信号的实际的作用，如采样频率，传播速度等。

clc
clear
c = 340;

t=0:0.1:500;
sig = sin(t)';

microphone = phased.OmnidirectionalMicrophoneElement(...
    'FrequencyRange',[20 20e3]);
array = phased.ULA('Element',microphone,'NumElements',5,...
    'ElementSpacing',0.07);%0.01 10
collector = phased.WidebandCollector('Sensor',array,'SampleRate',5e4,...
    'PropagationSpeed',c,'ModulatedInput',false);

这段代码是设置波束形成器，用的matlab自带的波束形成器，也可以自己写哈！同时叠加了噪声的影响；

pian=0;
yang=0;
sigang = [pian;yang];%方位角；仰角
rsig = collector(sig,sigang);
rsig = rsig + 0.2*randn(size(rsig));

 
beamformer = phased.TimeDelayBeamformer('SensorArray',array,...
    'SampleRate',5e4,'PropagationSpeed',c,'Direction',sigang);
y = beamformer(rsig);

这里就是结果显示了哈！

stop=300; %输出的时刻，注意次数是离散化后的时间点不是时间意义上
figure
tt=rsig(1:stop,1)+rsig(1:stop,2)+rsig(1:stop,3)+rsig(1:stop,4)+rsig(1:stop,5);
plot(t(1:stop),tt(1:stop)/5)
axis([0,t(stop),-1.2,1.2])

%-------------------------------------------
figure
subplot(2,1,1)
plot(t(1:stop),sig(1:stop))
axis([0,t(stop),-1.2,1.2])
title('原始信号')
xlabel('Seconds')