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麦克风阵列是由多个麦克风按一定几何排列组成的系统。当声源发出声波时，由于每个麦克风与声源的距离不同，声波到达各个麦克风的时间会有微小差异。这种时间差是实现定向拾音的物理基础。
声波传播时，由于麦克风与声源距离不同，产生时延差。时延差等于距离差除以声速。这个时延差会导致信号之间产生相位差，相位差等于二倍派乘以频率再乘以时延差。通过分析这些时延和相位差，我们可以确定声源的方向。
波束形成是实现定向拾音的核心技术。首先对各个麦克风的信号进行延迟补偿，使来自目标方向的信号对齐。然后对信号进行加权处理，调整各路信号的权重。接着将处理后的信号相加，来自目标方向的信号会相干叠加得到增强，而其他方向的信号会被抑制。最终形成具有指向性的拾音波束。
通过波束形成技术，麦克风阵列可以实现显著的定向拾音效果。对于正前方的目标声源，信号可以增强六分贝，清晰度大幅提升。而对于侧方的干扰声源，信号被抑制十五分贝，有效降低噪声。整体效果是信噪比提升超过二十分贝，大大改善了语音识别和通信质量。
总结一下麦克风阵列定向拾音的核心原理：通过多个麦克风接收信号的时延差，运用波束形成技术对信号进行处理，从而实现对特定方向声音的增强和其他方向噪声的抑制。这项技术显著提升了音频系统的性能，在会议系统、智能音箱、语音识别等领域有着广泛的应用前景。