双麦远距离拾取降噪模块PI-36：技术解析与应用实践

一、技术背景与模块定位

在智能语音交互、会议系统、安防监控等领域，远距离语音拾取与噪声抑制是核心需求。传统单麦克风方案受限于空间衰减与环境噪声，难以实现高信噪比（SNR）的语音捕获。双麦阵列技术通过空间滤波与波束形成（Beamforming），可显著提升目标声源的定向拾取能力，而PI-36模块在此基础上进一步优化了算法效率与硬件集成度。

PI-36模块采用双麦克风差分阵列设计，支持5米范围内的高质量语音拾取，同时集成自适应噪声抑制（ANS）、回声消除（AEC）与风噪过滤功能。其核心优势在于：

1. 远距离拾取：通过波束形成算法聚焦目标声源，抑制侧向与后方噪声；
2. 低功耗设计：ARM Cortex-M4内核，主频120MHz，功耗仅80mW；
3. 实时处理能力：支持16kHz采样率下延迟<10ms的实时降噪；
4. 易集成性：提供I2S/PDM接口，兼容主流SoC平台。

二、硬件设计关键点

1. 麦克风阵列布局

PI-36采用线性双麦排列，间距25mm（约等于语音信号波长的一半，适用于500Hz-4kHz频段）。此布局可最大化相位差信息，提升波束形成的空间分辨率。实际部署时需注意：

• 机械固定：使用减震支架避免振动噪声；
• 声学封装：麦克风孔径需防尘防水，同时保持声学透明性；
• 对称性：确保两麦克风与声源的几何对称性，减少算法校准复杂度。

2. 信号处理链路

模块内部信号处理流程如下：

// 伪代码：PI-36信号处理流程
void PI36_Process(int16_t* mic1_buf, int16_t* mic2_buf, int16_t* out_buf) {
    // 1. 预处理：增益控制与高通滤波（截止频率200Hz）
    Preprocess(mic1_buf, mic2_buf);
    // 2. 波束形成：延迟求和（Delay-and-Sum）
    Beamforming(mic1_buf, mic2_buf, beamformed_buf);
    // 3. 自适应噪声抑制（LMS算法）
    ANS_Process(beamformed_buf, noise_est, out_buf);
    // 4. 回声消除（可选，需外接参考信号）
    if (aec_enable) AEC_Process(out_buf, ref_signal);
}

关键算法参数需根据场景调整：

• 波束角度：默认0°（正前方），可通过寄存器配置±60°范围；
• 噪声抑制强度：0（弱）-15（强），需平衡语音失真与降噪效果；
• 回声消除步长：LMS算法的μ值，典型值0.01。

三、应用场景与开发实践

1. 智能会议系统

在8人会议室中，PI-36可部署于会议桌中央，通过波束形成聚焦发言人，同时抑制空调、键盘敲击等背景噪声。实测数据显示：

• SNR提升：从5dB（原始信号）提升至22dB；
• 语音清晰度：PESQ评分从2.1提升至3.8。

开发建议：

• 多模块级联：若覆盖范围需扩展至10米，可级联2个PI-36模块，通过主从模式同步；
• 动态波束调整：结合声源定位算法（如GCC-PHAT），实现发言人切换时的自动波束转向。

2. 车载语音交互

在高速行驶场景下，PI-36可有效抑制轮胎噪声（>80dB）与风噪，提取驾驶员指令。关键优化点：

• 风噪检测：通过频谱分析识别高频风噪，触发专用滤波器；
• AEC优化：利用车载音响播放的参考信号，消除导航提示音的回声。

3. 安防监控

在户外监控场景中，PI-36可区分5米内的人声与10米外的交通噪声。实际应用需注意：

• 雨噪抑制：启用模块内置的雨滴冲击噪声检测算法；
• 低温适应：在-20℃环境下，需预热麦克风30秒以稳定灵敏度。

四、性能优化与调试技巧

1. 噪声门限设置

PI-36支持动态噪声门限（DNT），可根据环境噪声水平自动调整。建议：

• 静态场景（如办公室）：固定门限-40dBFS；
• 动态场景（如街道）：启用自适应门限，阈值=环境噪声均值+3dB。

2. 频段选择性降噪

模块提供5个频段的独立降噪控制（200Hz-4kHz），典型配置：

• 低频段（200-500Hz）：弱降噪（强度3），保留语音基频；
• 中频段（500-2kHz）：强降噪（强度12），抑制风扇、空调噪声；
• 高频段（2-4kHz）：中降噪（强度8），平衡语音清晰度与嘶嘶声抑制。

3. 调试工具链

PI-36配套提供PC端调试工具，支持：

• 实时频谱分析：可视化波束形成效果与噪声分布；
• 参数导出/导入：保存优化后的配置至非易失性存储器；
• 故障诊断：检测麦克风短路、接口异常等硬件问题。

五、未来演进方向

随着AI技术的融合，PI-36的下一代产品可能集成以下功能：

1. 神经网络降噪：替换传统LMS算法，提升非稳态噪声（如婴儿啼哭）的抑制能力；
2. 声源分离：支持多人同时说话时的独立语音提取；
3. 低功耗蓝牙集成：直接输出蓝牙音频，简化无线设备设计。

结语

双麦远距离拾取降噪模块PI-36通过硬件与算法的协同优化，为语音前端处理提供了高性价比的解决方案。开发者在实际应用中需结合场景特性调整参数，并充分利用模块提供的调试工具加速产品落地。随着AI技术的深入，此类模块将进一步推动语音交互设备的智能化演进。