隨著語音助理、會議音箱與智慧裝置的普及，多麥克風陣列和先進聲音處理技術成為各大音訊產品的核心競爭力。你是否曾經好奇，為何智慧音箱在嘈雜環境下依然能精準分辨主人的聲音這背後就是陣列音訊處理(Array Audio Processing)、聲源定位(DOA, Direction of Arrival)以及波束成形(Beamforming)等先進技術的集體成果。今天，本文將以XMOS的專業音訊處理晶片XVF3800為範例，深入剖析這些技術如何賦予現代裝置"聰明的耳朵"。
XMOS XVF3800：打造高度靈活、可搭載AI語音模型的全方位語音解決方案
總部位於英國布里斯托的XMOS一直以創新為核心驅動力，致力於顛覆傳統晶片開發的框架。XMOS公司專為嵌入式軟體工程師打造一個靈活的平台，讓他們能夠輕鬆地在硬體上部署軟體，從而克服傳統系統級晶片(SoC)在成本與上市時程上的限制。XVF3800則是XMOS專為語音界面、智慧喇叭與會議裝置設計的高性能遠場語音處理晶片。XVF3800支援多達四個麥克風輸入，整合多種先進演算法，包括：
- Smart Source Location and Tracking(聲源定位與追蹤)
- Adaptive Beamforming(自適應波束成形)
- AEC(Acoustic Echo Cancelling 聲學回音消除)
- Noise Suppression(噪音抑制)
- Dereverberation(混響抑制)
XMOS XVF3800能以超低延遲、低功耗的運算方式，現場即時處理環境中的複雜音訊，並為主控MCU或AI語音助理提供清晰可靠的語音輸入。
DOA(Direction of Arrival):找到你聲音的方向
DOA，全名 Direction of Arrival，中文可譯為"聲源方向估計或聲源定位"。在多麥克風系統中，DOA是指演算法透過不同麥克風收集到的聲音抵達時間或相位差，推算出聲音發出的方向。DOA是遠場語音技術的第一關重要環節，舉例:
當你在智慧音箱一側說「Hi，XMOS」，DOA技術能即時判斷你的相對方位。在會議室裡，透過DOA演算法，系統能決定麥克風陣列該朝向哪一位發言者收聲。
XMOS XVF3800搭載了高效能的DOA(Direction of Arrival)演算法，能夠實時精準地追蹤說話者的角度，範圍可以0至360度表示。該演算法為Beamforming指令提供了可靠的數據支持，確保操作的精確性。專為消費性電子產品設計的DOA演算法，經過效能與成本的全面優化，能在遠場環境(距離2至5公尺)中保持卓越的準確性，充分滿足現代應用需求。
Beamforming(波束成形)：讓麥克風專注於你
Beamforming(波束成形)是一種"聲音聚焦"技術。本質上，它利用多顆麥克風的收音差異，運算合成一個具有指向性的虛擬麥克風"波束"，最大化來自主講者的收音，並抑制來自其他方向的噪音和干擾。
為什麼需要Beamforming？
- 節省算力，提升信噪比(SNR)。
- 幫助語音識別系統更正確辨識語音命令。
- 為遠距會議、家庭助理、語音遙控等場景提供更佳收音品質。
XMOS XVF3800的 Beamforming 優勢
XMOS XVF3800支援自適應波束與固定波束兩種模式：
- 自適應波束(Adaptive Beamforming):晶片會自動估算並追蹤說話者移動，不斷調整最佳收音方向。
- 固定波束(Fixed Beamforming):適合單一固定收音方向，例如安裝在門鈴、攝影機的場域。
此外，XMOS XVF3800能同時產生多個虛擬波束，允許同時追蹤多個說話者，並把最佳語音送給語音辨識或會議通話。
DOA＋Beamforming＝超強人機互動體驗
綜合DOA與Beamforming，XMOS XVF3800構建了一條高可靠性的智慧音訊鏈路。舉例來說：
- 智慧音箱能精準偵測遠處用戶發話位置，自動聚焦到該方向收音。
- 視訊會議裝置可自動“跟隨”發言者聲音，不因講者走動而大幅影響音質。
- 多人同時說話時，系統可追蹤並過濾目標語音，完美支援會議紀錄與語音轉文字。
實際應用案例
- 會議喇叭: 有效收音半徑可達4-5公尺，背景雜音低，輕鬆實現多方自動對焦，讓語音會議體驗升級。
- 智慧家庭語音助理: 孩子在廚房大聲叫醒AI助理，XMOS XVF3800能排除音樂播放等干擾，鎖定用戶聲音來源。
- 車用語音控制:車內複雜噪音環境下，Beamforming讓駕駛語音命令辨識一樣準確無誤。
未來展望
隨著物聯網、邊緣AI持續進步，重視語音體驗的消費產品需求只會愈來愈高。以XMOS XVF3800為首的多麥克風聲音處理單元，讓產品不僅僅是"能聽"，而是"準確聽"、"聰明聽"。未來結合AI語音喚醒、人臉追蹤等智慧感測，聲學芯片還將變得更小巧、更高效、功能更多元。
結語
XMOS XVF3800所代表的尖端技術，正在推動音訊智慧裝置的體驗革新。其具備的DOA(Direction of Arrival)及Beamforming技術，不僅成功解決了多人遠距語音處理與人機交互中的核心技術挑戰，還為多個行業開拓了廣泛的應用前景。對於那些專注於語音人工智慧或聲音陣列技術的研究者，以及計劃開發相關產品的企業而言，XMOS XVF3800及其配套生態系統無疑是值得深入探索與應用的技術選擇。該技術提供了一種獨特的方式，宛如聲音世界中的"隱形雷達"，為未來更智慧、更自然的人聲交互奠定了堅實的基礎。
Q&A
問: 為何音訊裝置需多麥克風與音訊處理？
答: 提升辨識準確，降低噪音干擾。
問: 什麼是DOA？作用是什麼？
答: 判斷聲音來源方向，協助聚焦收音。
問: Beamforming有何好處？
答: 聚焦收音、抑制雜音；支援自適應與多波束。
問: XMOS XVF3800具備哪些音訊處理功能？
答: 聲源定位、波束成形、回音消除、降噪、混響抑制。
問: XMOS XVF3800可應用於哪些場景？
答: 會議喇叭、家庭助理、車用語音控制。
參考來源