Improvement of Microphone Away Performance in the Low Frequencies Using Modulation Technique

In this paper, we employ the modulation technique for improving the characteristics of beamformer in the low frequencies and thus improving the overall noise reduction performance. In the 1-dimensional uniform linear microphone arrays, we can suppress the narrowband noise component using the delay-and-sum beamforming. But, for the wideband noise signal, the delay-and-sum beamformer does not work well for the reduction of low frequency component because the inter-element spacing is usually set to avoid spatial aliasing at high frequencies. Hence, the beamwidth is not uniform with respect to each frequency and it is usually wider at the low frequencies. In order to obtain the beamwidth independent of frequencies, subarray systems[1][2][3][4] and multi-beamforming[5] have been proposed. However these algorithms need large space and more microphones since they are based on the theory that the size of the array is proportional to the wavelength of the input signal. In the proposed beamformer, we reduce the low frequency noise by using modulation technique that does not need additional sensors or non-uniform spacing. More Precisely, the array signals are split into subbands, and the low frequency components are shifted to high frequencies by modulation and reduced by the delay-and-sum beamforming techniques with small size microphone array. Experimental results show that the proposed technique Provides better performance than the conventional ones, especially in the low frequency band.

변조 기법을 이용한 마이크로폰 어레이의 저주파 대역 특성 개선

본 논문에서는 진폭 변조 기법을 이용하여 빔포머의 저주파 대역 특성을 개선함으로써 전체적인 잡음 제거 성능을 향상하고자 한다. 일차원 등간격 선형 마이크로폰 어레이를 사용하여 잡음 제거를 할 때, 협대역의 잡음 신호에 대해서는 delay-and-sum 빔포밍으로도 적절한 빔폭을 갖는 빔패턴이 형성되므로 효과적으로 잡음을 제거할 수 있다. 그러나 광대역 잡음 신호에서는 aliasing을 피하기 위해 고주파 신호에 맞게 마이크로폰들을 등간격으로 조정하면 저주파로 갈수록 빔폭이 털어져서 저주파 대역의 잡음은 잘 제거되지 않는다. 광대역 신호에 대해 일정한 빔폭을 갖게 하는 방법들로서 서브 어레이들을 이용한 빔포밍[1][2][3][4] 이나 멀티 빔포밍[5] 등이 제안되어 왔다. 하지만, 이러한 방법들은 주파수에 따라 마이크로폰 간격을다르게 해야 한다는 원리를 기반으로 하는 것이므로 저주파 대역에서도 고주파 대역에서와 같은 좁은 빔폭을 얻기 위해서는 어레이의 크기가 커져야 하는 단점이 있다. 제안하는 알고리즘은 통신에서 주로 사용하는 진폭 변조 기법을 빔포밍에 이용한 것으로서 저주파 대역 신호를 고주파 대역으로 옮김으로써 작은 크기의 마이크로폰 어레이에서도 저주파 대역 잡음을 줄일 수 있는 장점이 있다. 등간격 선형 마이크로폰 어레이에 제안된 방법을 적용한 실험 결과에서 기존의 방법들에 비해 잡음의 저주파 성분이 잘 제거됨을 알 수 있다.