麦克风波束成形的基本原理
波束形成器
波束形成器
波束形成器是一种优化的、可靠的电磁设备，它的主要作用是用于通信中信号的接收和发射。
它的应用涉及到航空航天、射频、电磁分析测量等多个领域。
①波束形成器的作用
波束形成器的主要作用是将信号进行接收和发射，使用它可以在电磁领域中进行信号分析。
波束形成器也能够抑制电磁干扰、噪声，进而从更低信噪比的差异中提取有意义的信息，提高信号接收和发射的效率。
②波束形成器的主要原理
波束形成器通常采用电磁磁场的叠加的矩形波形进行发射，因此其发射的方向固定，使得信号可以向指定的方向发射。
波束形成器的接收时，信号将集中到一定方向，使得信号接收率更高，同时有效地抑制外界干扰和噪声。
③波束形成器的应用
波束形成器在航空航天、射频、电磁分析测量等多个领域都有着广泛的应用，例如在航空航天行业，可以将其应用于航天器和飞艇之间的远距离信息传输，充分利用高能球体等技术可以有效地提高传输的稳定性和信号的传输距离；在射频方面可用于公基射频系统、电信2G、3G和4G系统的信号通信；在电磁分析测量行业则可以用于电弧场的测试和探测。
④波束形成器的优势
波束形成器的优势在于其良好的信号接收和发射的能力，采用多普勒频移的原理可以更好地减少接收信号存在的噪音和干扰并且提高信息传输的稳定性，从而提升信号质量，还能抑制外部干扰和噪声，从而降低错误率。
此外，波束形成器还具有灵活性强、缩小发射角度和结构紧凑等优势，使得它们在各行各业中越来越受到人们的青睐。
面向语音通信与交互的麦克风阵列波束形成方法
面向语音通信与交互的麦克风阵列波束形成方法说实话面向语音通信与交互的麦克风阵列波束形成方法这事，我一开始也是瞎摸索。
我就知道这麦克风阵列波束形成，应该是能让麦克风更好地接收想要的声音信号，就像有个无形的手，把声音从各个方向给挑选出来一样。
一开始我尝试最直接的方法，我想那简单呀，就照着前人的一些公式去计算权重什么的。
我以为只要把那些参数搞对了，波束就能很好地形成。
结果那完全不是那么一回事，就像你照着菜谱做菜，明明用料都一样，可就是做不出来那个味道。
后来我就寻思，是不是我对环境的考虑太少了。
我就开始针对不同的环境做测试，在一个小房间里面设置我的麦克风阵列。
我发现房间的反射呀，就像是调皮的小精灵，严重干扰了波束的形成。
于是我就加入了对环境回声和混响的处理。
就拿回声来说，我感觉就像是在和一个复读机打交道，你这边刚说的声音，它又给你重复回来。
我花了好长时间研究怎么抑制这种回声，参考了好多资料，最后发现自适应滤波这个方法好像有点用，就像是给那调皮的小精灵建了个笼子，把它那些不好的影响给限制住了。
我还试过改变阵列的布局呢。
一开始我就用那种很普通的线性阵列，我觉得这种应该更简单计算些。
但是发现这样做在一些非正面的声音接收上效果不好。
然后我就改成了圆形阵列，这就好比从一道直线变成了一个包围圈，有更多的灵活性。
不过圆形阵列也有它的问题，就是计算好像更复杂了点。
在算法这块，我刚开始只是用一些固定的波束形成算法。
但后来发现，语音通信和交互中有不同的需求场景。
比如说，如果只是一个人在安静的环境下说话，那一种算法可能就够了。
但要是有多个人说话，还有嘈杂的背景声音，那就得换算法了。
我试过那种基于机器学习的方法，这个可真是有点复杂。
我感觉就像进入了一个迷宫，好多概念要去弄明白。
不过一旦掌握了一些技巧，就发现它能根据输入的声音数据自动调整波束，适应性很强。
不确定的地方也有很多，像不同麦克风的性能差异到底该怎么准确地在整体算法里去考虑。
麦克风波束成形的基本原理
启拓专业手拉手会议，矩阵切换厂商-全球抗干扰专家麦克风波束成形的基本原理麦克风波束成形是一个丰富而复杂的课题。
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。
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。
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。
空气中声波的频率与波长的关系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。
图2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。
全向麦克风响应图本应用笔记中，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。
涉及声音频率和波长的所有公式都使用以下关系式：c = f ×λ，其中c为343 m/s，即声音在20℃的空气中的传播速度。
图1显示了这些条件下声波的频率与波长的关系。
本应用笔记末尾的“设计参数计算公式”列出了本文所用阵列设计参数的计算公式。
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(见图3)。
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。
双麦克风宽边阵列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。
麦克风阵列原理
麦克风阵列原理 The document was finally revised on 20211 麦克风阵列麦克风阵列，是一组位于空间不同位置的全向麦克风按一定的形状规则布置形成的阵列，是对空间传播声音信号进行空间采样的一种装置，采集到的信号包含了其空间位置信息。
根据声源和麦克风阵列之间距离的远近，可将阵列分为近场模型和远场模型。
根据麦克风阵列的拓扑结构，则可分为线性阵列、平面阵列、体阵列等。
(1) 近场模型和远场模型声波是纵波，即媒质中质点沿传播方向运动的波。
声波是一种振动波，声源发声振动后，声源四周的媒质跟着振动，声波随着媒质向四周扩散，所以是球面波。
根据声源和麦克风阵列距离的远近，可将声场模型分为两种：近场模型和远场模型。
近场模型将声波看成球面波，它考虑麦克风阵元接收信号间的幅度差；远场模型则将声波看成平面波，它忽略各阵元接收信号间的幅度差，近似认为各接收信号之间是简单的时延关系。
显然远场模型是对实际模型的简化，极大地简化了处理难度。
一般语音增强方法就是基于远场模型。
近场模型和远场模型的划分没有绝对的标准，一般认为声源离麦克风阵列中心参考点的距离远大于信号波长时为远场；反之，则为近场。
设均匀线性阵列相邻阵元之间的距离(又称阵列孔径)为d，声源最高频率语音的波长(即声源的最小波长)为λmin，如果声源到阵列中心的距离大于2d2/λmin，则为远场模型，否则为近场模型，如图1所示。
图1近场模型和远场模型(2) 麦克风阵列拓扑结构按麦克风阵列的维数，可分为一维、二维和三维麦克风阵列。
这里只讨论有一定形状规则的麦克风阵列。
一维麦克风阵列，即线性麦克风阵列，其阵元中心位于同一条直线上。
根据相邻阵元间距是否相同，又可分为均匀线性阵列(Uniform Linear Array，ULA)和嵌套线性阵列，如图2所示。
均匀线性阵列是最简单的阵列拓扑结构，其阵元之间距离相等、相位及灵敏度一直。
嵌套线性阵列则可看成几组均匀线性阵列的叠加，是一类特殊的非均匀阵。
麦克风阵列声源处理 波束成形法matlab
麦克风阵列声源处理和波束成形法在声学信号处理领域中扮演着重要的角色。
通过利用麦克风阵列的多个麦克风来获取声音信号，并且根据波束成形法对声音进行处理，可以实现对声源的定位、分离和增强，从而在语音识别、语音通信、音频录制等应用中发挥重要作用。
本文将对麦克风阵列声源处理和波束成形法进行全面的评估和探讨，以及共享对这一主题的个人观点和理解。
一、麦克风阵列声源处理1.1 麦克风阵列的原理和结构麦克风阵列是由多个麦克风组成的一种声学传感器系统，可以在空间上对声音进行采集和处理。
它通常由均匀排列的麦克风单元组成，每个麦克风单元之间的位置和间距都是预先设计好的，以便实现对声源的准确定位和分离。
麦克风阵列可以使用不同的拓扑结构，如线性阵列、圆形阵列等，以适应不同的应用需求。
1.2 麦克风阵列的声源定位和分离通过对麦克风阵列采集到的声音信号进行处理和分析，可以实现对声源的定位和分离。
常用的方法包括波束成形、自适应信号处理、时域盲源分离等。
这些方法可以根据麦克风阵列采集到的信号特点，对声源进行空间定位和分离，从而实现对复杂环境下多个声源的有效处理。
1.3 麦克风阵列声音增强和降噪在实际应用中，麦克风阵列可以用于对声音进行增强和降噪。
通过对采集到的声音信号进行处理，可以有效地提取和增强感兴趣的声音信号，同时抑制噪音和干扰声音，从而提高语音识别和通信的质量。
二、波束成形法在声源处理中的应用2.1 波束成形方法的基本原理波束成形法是一种基于阵列信号处理的方法，通过对阵列接收到的信号进行加权和叠加，可以实现对特定方向上声源的增强，从而形成一个波束。
波束成形法可以通过调整加权系数，实现对不同方向上声源的响应，从而实现对多个声源的定位和分离。
2.2 波束成形方法的实现与优化波束成形方法在实际应用中需要考虑到不同方向上声源的信号特点和空间分布，以及阵列的结构和性能参数。
对于不同的应用场景，波束成形方法需要进行优化设计，包括阵列几何结构的选择、加权系数的计算和调整等，以实现对声源的有效处理和增强。
声呐(纳)技术 ：第四章 声纳波束形成技术1
七
7
波束形成技术的应用
七
8
波束形成技术的应用
Klein Associates Inc.
七
9
波束形成技术的应用
七
10
波束形成技术的应用
Klein Associates Inc. System 5000 multiple beam sonar
七
11
波束形成技术的实现与分类
一、波束形成器可以用模拟电路实现也可以用数字电路实现。
工作频率为1.5kHz时
DI 10lg n 10lg f / f0 dB DI 10lg64 10lg1.5/1 18 10lg1.5 18 10lg15 10 19.77dB
七
25
基阵的自然指向性
将所有阵元的信号直接相加得到的输出，就形成基阵的自然指向性
七
26
任意阵的自然指向性举例
七
27
N元等间隔线阵自然指向性（即波束图）
R1 R2
因此，阵总的指向性为
R R1 R2 cos2 / 2
七
44
阵元的幅度加权
改变阵元的接收灵敏度的方法来实现加权 例，如下图所示的等间距五元阵。
1
2
2
d
1
23
d
21
第二级4元等间隔线阵的指向性 函数为
4
5 4元子阵（第二级）
R2
sin N N sin
/ 2 / 2
七
23
阵的指向性指数
改善的程度可以通过阵增益（Array Gain，AG ）来衡量，其定义为
AG 10 lg S / N 基阵 S / N 基元
如果信号以平面波入射并且是相干的，噪声是 各向同性且互不相干（对于特定的信号与噪声 的情况）。在此情形下，可将基阵增益AG简化 为比较易于处理且易于观察的量，称之为指向 性指数（Directivity Index, DI）：
波束形成基础原理总结
波束赋形算法研究包括以下几个方面:1.常规的波束赋形算法研究。
即研究如何加强感兴趣信号,提高信道处理增益,研究的是一般的波束赋形问题。
2.鲁棒性波束赋形算法研究。
研究在智能天线阵列非理想情况下,即当阵元存在位置偏差、角度估计误差、各阵元到达基带通路的不一致性、天线校准误差等情况下,如何保证智能天线波束赋形算法的有效性问题。
3.零陷算法研究。
研究在恶劣的通信环境下,即当存在强干扰情况下,如何保证对感兴趣信号增益不变,而在强干扰源方向形成零陷,从而消除干扰,达到有效地估计出感兴趣信号的目的。
阵列天线基本概念（见《基站天线波束赋形及其应用研究_白晓平》）阵列天线（又称天线阵）是由若干离散的具有不同的振幅和相位的辐射单元按一定规律排列并相互连接在一起构成的天线系统。
利用电磁波的干扰与叠加，阵列天线可以加强在所需方向的辐射信号，并减少在非期望方向的电磁波干扰，因此它具有较强的辐射方向性。
组成天线阵的辐射单元称为天线元或阵元。
相邻天线元间的距离称为阵间距。
按照天线元的排列方式，天线阵可分为直线阵，平面阵和立体阵。
阵列天线的方向性理论主要包括阵列方向性分析和阵列方向性综合。
前者是指在已知阵元排列方式、阵元数目、阵间距、阵元电流的幅度、相位分布的情况下分析得出天线阵方向性的过程；后者是指定预期的阵列方向图，通过算法寻求对应于该方向图的阵元个数、阵间距、阵元电流分布规律等。
对于无源阵，一般来说分析和综合是可逆的。
阵列天线分析方法天线的远区场特性是通常所说的天线辐射特性。
天线的近、远区场的划分比较复杂，一般而言，以场源为中心，在三个波长范围内的区域，通常称为近区场，也可称为感应场；在以场源为中心，半径为三个波长之外的空间范围称为远区场，也可称为辐射场。
因此，在分析天线辐射特性时观察点距离应远大于天线总尺寸及三倍的工作波长。
阵列天线的辐射特性取决于阵元因素和阵列因素。
阵元因素包括阵元的激励电流幅度相位、电压驻波比、增益、方向图、极化方式，阵列因素主要包括阵元数目、阵元排列方式、阵元间距。
波束成形概念
波束成形概念波束成形（Beamforming）是一种利用多个天线通过信号处理技术来控制信号的传输方向和形状的技术。
该技术可以提高无线信号的覆盖范围和传输速率，并且大幅度减少了信道的干扰和噪声。
下面是波束成形的相关概念和应用：一、传统无线通信中的问题在传统的无线通信中，由于无线信号会受到多径传播、衰减、干扰和噪声等复杂因素的影响，导致信号的传输质量不稳定、覆盖范围有限，甚至出现盲区。
为了解决这些问题，学者们开始尝试利用波束成形技术控制无线信号的传输方向和形状。
二、波束成形的原理波束成形的原理是通过设置发射和接收天线来控制信号的传输方向和形状，并通过信号处理算法将天线之间的信号相加来达到优化信号传输的效果。
该技术不仅可提高信号传输速率，还可以提高网络的可靠性和安全性。
三、波束成形的应用领域波束成形技术可以用于多个应用领域，包括：1. 通信网络：波束成形技术可用于无线通信网络，如Wi-Fi、4G和5G 等。
通过使用波束成形，网络管理员可以控制信号发射和接收的方向，从而提高网络的覆盖范围和信号传输的速率。
2. 雷达和声纳：波束成形技术同样也可以应用于雷达和声纳系统中，用于追踪和探测目标。
通过利用多个天线来捕获信号，系统可以更准确地确认目标的位置和距离。
3. 航空航天：波束成形技术也可用于航空航天领域。
航空航天单位可以利用波束成形技术来控制无线信号的传输方向和形状，从而保证通信质量和安全性。
四、波束成形的优点和趋势波束成形技术的优点在于能够提高信号传输速率、稳定性和覆盖范围，同时减少干扰和噪声。
在未来，波束成形技术将极有可能在物联网、工业自动化、医院护理和安全监控等领域得到广泛应用，成为未来无线通信技术的重要组成部分。
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启拓专业手拉手会议，矩阵切换厂商-全球抗干扰专家麦克风波束成形的基本原理麦克风波束成形是一个丰富而复杂的课题。
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。
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。
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。
空气中声波的频率与波长的关系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。
图2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。
全向麦克风响应图本应用笔记中，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。
涉及声音频率和波长的所有公式都使用以下关系式：c = f ×λ，其中c为343 m/s，即声音在20℃的空气中的传播速度。
图1显示了这些条件下声波的频率与波长的关系。
本应用笔记末尾的“设计参数计算公式”列出了本文所用阵列设计参数的计算公式。
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(见图3)。
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。
双麦克风宽边阵列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。
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75 mm的麦克风组成的阵列，理论上，当频率约为2.3 kHz (343 m/s ÷(0.075 m ×2)≈2.3 kHz)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。
例如，图4中的3 kHz信号(淡蓝色线)发生混叠。
间距75mm的双麦克风宽边阵列的响应频率响应宽边波束成形器具有平坦的轴上频率响应，因为它只是将接收同一信号的两个麦克风的信号相加。
图5显示了间距75 mm的双麦克风宽边波束成形器的归一化响应。
在轴外，该图清楚地显示了响应的零点。
不同入射角时宽边波束成形器的归一化频率响应具有更多元件的宽边阵列也可以构建具有两个以上元件的宽边阵列，只需将额外的麦克风与原来的两个麦克风对齐，如图6所示。
宽边阵列中的麦克风数量越多，对来自阵列侧边的声音的衰减就越强。
图7显示了间距75 mm的三麦克风宽边阵列的响应。
该阵列中，来自侧边的声音衰减6 dB，而在双麦克风宽边阵列中，声音只衰减3 dB。
然而，发生混叠(立体交叉型)的频率现在更低，因为所有麦克风之间的总距离已从75 mm增加到150 mm。
三麦克风宽边阵列间距75mm的三麦克风宽边阵列的响应缩小宽边阵列中的麦克风间距可以提高混叠频率，但会降低低频时的衰减。
设计宽边阵列时，必须权衡考虑这两个因素。
对多麦克风宽边阵列中的各麦克风应用不同的加权系数，可以进一步减少混叠。
此外，通过延迟各麦克风的输出，可以将宽边阵列的主响应角调整到前方以外的角度。
系数和延迟的计算以及相应的极坐标图形超出了本应用笔记的范围。
端射阵列在端射阵列中，多个麦克风的排列方向与声音传播的目标方向一致。
如果阵列中前方麦克风(声音在轴上传播最先达到的麦克风)的信号与后方麦克风的反转延迟信号相加，则这种配置称为“差分阵列”。
图8显示了一个双麦克风端射差分阵列，麦克风间距为d，后方麦克风的信号在到达减法(或反转求和)模块之前延迟n个采样周期。
这可以用来创建心型、高心型或超心型拾音模式，其中来自阵列后方的声音被大大衰减。
双麦克风端射阵列当麦克风间距和时间延迟均选择得当时，针对混叠频率以下的频率，延迟求和波束成形器的响应是心型图案(见图9)。
心型图案不会衰减阵列前方的信号；理论上，它会完全消除以180°入射到阵列的声音。
一阶(双麦克风)延迟求和波束成形器的侧边信号衰减6dB。
双麦克风端射心型波束成形器的响应假设声音是可近似为平面波的远场传播，那么在端射阵列中，不同麦克风拾取的声音仅有到达时间上的差别。
为了创建心型拾取模式，应当延迟来自后方麦克风的信号，延迟时间等于声波在两个麦克风元件之间传输所需的时间。
这为设计端射波束成形器的系统设计工程师提供了两个自由度：麦克风的间距和应用于处理器的延迟时间。
在许多音频应用中，延迟时间的选择取决于采样速率(fS)。
如果DSP的延迟时间由单一样本的周期决定，则当fS= 48 kHz时，最短延迟为21μs。
20°C时，声音在空气中的传播速度为343 m/s；因此声波在21μs内大约行进7 mm。
利用不同滤波器，如延迟同步滤波器、全通滤波器和FFT滤波器组等，可以实现小数采样延迟，但此类处理超出了本文的范围。
与宽边阵列一样，麦克风的间距决定目标方向响应的第一个零点。
麦克风之间距离越近，零点频率越高(因而带宽更宽)。
距离越远，则阵列的物理长度越长，可能会与工业设计限制相抵触。
再次假设fS= 48 kHz，取3样本延迟时间，则声音时间延迟约为63μs。
这是声音行进约21 mm所需的时间，该距离即为实现心型图案所需的麦克风元件间距。
8.2 kHz声波的半波长为21 mm，因此这就是零点频率。
图10显示了图9所示相同端射配置的响应，此外还显示了10kHz时的响应。
除了后方的零点以外，大约±52°处还有两个零点。
双麦克风端射波束成形器的频率混叠为实现良好性能的波束成形阵列，具有电气延迟的麦克风之间的距离匹配至关重要。
图11显示了在保持延迟时间不变的同时改变麦克风之间物理距离的影响。
本例同样使用3样本延迟时间，对应于大约21 mm的距离，以便实现心型响应图案(fS = 48 kHz)。
当麦克风之间的距离小于21 mm时，后方零点并不突出，响应为准心型图案。
当物理距离大于21 mm时，响应为高心型图案，两个后方零点相对于180°点等距分开。
在需要抑制的不是正后方，而是稍微散开方向的应用中，这可能正合适，而且侧边抑制也强于心型响应的侧边抑制。
改变端射波束成形器麦克风距离的影响频率响应差分阵列波束成形器的频率响应不是平坦的，在零点频率范围内，它具有高通滤波器响应特征。
一阶波束成形器(两个麦克风元件)的响应以6 dB/倍频程的速率随频率而提高，在混叠频率以上归于平坦。
在零点频率，阵列理论上没有输出，因为延迟信号恰好与前方麦克风的信号抵消。
图12显示了不同入射角时双麦克风差分阵列波束成形器的频率幅度响应。
图中，0 dB点是单个全向麦克风输出电平。
该波束成形器使用21 mm间距和3样本延迟时间，因此轴上零点出现在大约8.2 kHz时。
在轴上，响应以6 dB/倍频程的速率提高，直到入射信号的四分之一波长与麦克风间距相同时。
过了这一点后，响应降低到零点，然后再次在3/4波长点时提高到最大值。
除了阵列元件间距与入射信号半波长相同时的轴上零点以外，在半波长的各倍数处也存在零点。
不同入射角时端射波束成形器的频率响应注意，入射角为90°的信号响应比入射角为0°的信号响应低6 dB，在轴上零点频率时具有最大输出电平。
差分波束成形算法的输出通常会应用一个均衡(EQ)滤波器，以使响应平坦。
零点频率应适当选择，不应干扰目标频率，但又不能太高，以至于造成低频信号被过分衰减。
在使用单样本延迟时间(fS= 48 kHz)和7 mm麦克风间距的端射差分阵列中，零点频率约为24.5 kHz。
如果麦克风间距为84 mm，并且使用6样本延迟时间，则混叠频率为4.2 kHz。
设计通常要求零点频率位于以上两者之间，这样既不至于太低，导致零点频率干扰语音的带宽，又不至于太高，导致低频响应被高度衰减。
基于这样要求，麦克风间距的选择一般要与两个到四个样本的延迟时间匹配。
同样，以上均假设fS= 48 kHz。
所有这些计算均与采样速率成线性比例关系。
高阶端射阵列通过增加更多的麦克风并使它们与最初的两个对齐，可以构成高阶差分阵列波束成形器。
这将能更好地抑制来自后方和侧边的声音，但是，构建波束成形器的物理距离当然也更长。
图13显示了一个二阶(三麦克风)端射波束成形器的例子。
在阵列后方的零点相同的情况下，二阶端射波束成形器可以实现12 dB的侧边衰减，如图14所示。
图中，蓝色线是一阶(双麦克风)波束成形器的响应，红色线是二阶波束成形器的响应。
二阶差分波束成形阵列一阶与二阶端射波束成形器的比较对于更高阶端射波束成形器，可以运用同样的思路，不过阵列尺寸显然会增大。
麦克风匹配为实现良好性能的麦克风波束成形器，阵列中不同元件的灵敏度和频率响应必须精密匹配。
如果不同元件的这两个参数有差异，就无法实现阵列的期望响应，零点可能不那么突出，阵列的方向性可能不是很恰当。
ADI公司MEMS麦克风的灵敏度和频率响应均精密匹配，非常适合用于波束成形阵列。
阵列处理对系统噪声的影响对信噪比(SNR)的影响取决于阵列配置和处理，阵列拓扑结构不同，可能会导致系统SNR 提高或降低。
必须选择SNR规格最高的麦克风，从而使总体系统性能最高。
在轴上，宽边波束成形器的输出类似于将两个相同信号简单相加以改善SNR。
在宽边求和阵列中，多个麦克风本身的噪声以指数形式相加。
因此，麦克风数量每增加一倍，噪声就会提高3 dB。
这种情况下，信号电平加倍，提高6 dB，而噪声则以非相干形式相加，总电平仅提高3 dB，因此SNR性能提高3 dB。
在轴外，此波束成形器的信号输出不是平坦的，如图5所示。
在轴外入射角，由于信号电平降低，SNR低于轴上峰值。
差分阵列对SNR的影响更复杂，在此不进行量化分析。
对于波长为麦克风间距2倍的频率(在图12所示例子中，此频率约为4.1 kHz)，双麦克风差分阵列波束成形器的轴上频率响应为6 dB。