麦克风设计参考

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麦克风阵列模块麦克风设计参考

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版本 V0.1 V0.2 V0.3 V0.4 V0.5 V0.6 日期 2015-12-17 2016-02-01 2016-02-03 2016-02-24 2016-03-23 2016-08-03 初稿 增加功放增益设计参考 修改功放最大音量强度值 修改文档封面命名 修改页眉设计 修改记录 修改设计总体要求；增加6麦阵列设计参考，调整前三章顺序, 修改页脚。 V0.7 2016-08-10 补充结构设计总体要求；去除连线参考；6麦环形阵列波束形成中增加麦克序号；调整部分结构。 麦克风结构设计中增加图示。 修改麦克风结构设计章节；调整部分章节顺序 V0.8 V0.9 2016-09-06 2016-12-03

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目录

1 4麦克风阵列设计参考 ............................................................................................................................ 1 1.1 1.2

4麦阵列构型 .................................................................................................................................... 1 4麦阵列波束形成 ............................................................................................................................ 1

2 5麦克风阵列设计参考 ............................................................................................................................ 1 2.1 2.2

5麦阵列构型 .................................................................................................................................... 1 5麦阵列波束形成 ............................................................................................................................ 2

3 6麦克风阵列设计参考 ............................................................................................................................ 3 3.1 3.2

6麦阵列构型 .................................................................................................................................... 3 6麦阵列波束形成 ............................................................................................................................ 4

4 麦克风选型参考 ....................................................................................................................................... 5 5 麦克风阵列结构设计建议 ....................................................................................................................... 5 5.1 5.2

设计总体要求 ................................................................................................................................... 5 麦克风结构设计方案 ....................................................................................................................... 6

面壳安装方式方案 ................................................................................................................... 6 非面壳安装方式 ....................................................................................................................... 7

5.2.1 5.2.2

6 功放增益设计参考 ................................................................................................................................... 8

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麦克风阵列模块麦克风设计参考 1 4麦克风阵列设计参考 1.1 4麦阵列构型

图1 4麦克线性阵列构型

如图1所示，麦克风按直线等距摆放，两两间距为35mm。 1.2 4麦阵列波束形成 4麦克风阵列在0°~180°范围内形成3个波束，每个波束对应60°的录音范围，如下图所示。 MIC1MIC2MIC3MIC4波束2(150°)波束1（30°）波束0（90°）

图2 4麦克线性阵列波束形成

2 5麦克风阵列设计参考

2.1 5麦阵列构型

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< 10 mm54 mm 图3 5麦克环形阵列构型 图4 5麦克环形阵列构型 5麦环形阵列呈圆形布局。其中4个麦克风均匀分布在圆周，1个麦克风在圆心，圆直径为54mm。 圆心的麦克风允许高出圆平面、但高度差不能超过10mm（图3）。 圆平面和水平面之间可以有一定夹角，但夹角不能超过10°（图4）。 麦克风阵列的零度方向必须和产品的正面朝向保持一致。 2.2 5麦阵列波束形成 5麦环形阵列形成4个拾音波束，各自对应90°范围，如下图所示。

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麦克风阵列模块麦克风设计参考 180°波束2MIC3MIC4MIC5270°波束3MIC290°波束1波束00°MIC1 图5 5麦克环形阵列波束形成 3 6麦克风阵列设计参考 3.1 6麦阵列构型 70mm

图6 6麦克环形阵列构型

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图7 6麦克环形阵列构型

6麦环形阵列呈圆形布局，其中6个麦克风均匀分布在圆周，麦克风按圆形等距摆放，半径为35mm，如图6所示。 圆平面和水平面之间可以有一定夹角，但夹角不能超过10°（图7）。 麦克风阵列的零度方向必须和产品的正面朝向保持一致。 3.2 6麦阵列波束形成 6麦克风阵列形成6个波束，每个波束对应60°的录音范围，如下图所示。 波束3180°MIC4波束4240°MIC3波束2120°MIC5MIC2波束5300°MIC6MIC1波束00°波束160°

图8 6麦克环形阵列波束形成

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4 麦克风选型参考

全向麦克风，大口径，高灵敏度。

测试条件：Vs=2.0V；RL=2.2kΩ；BW=100Hz~20kHz；Ta=20+/-2℃。

表1 麦克风选型参考

参数 供电电压 供电电流 指向性 标识 VDD IDD 条件 最小值 典型值 最大值 单位 S 灵敏度 SNR 94dB SPL@1kHz -- 74 ZOUT @1kHz -- -- 输出阻抗 THD+Noise THD+N 110dB SPL@1kHz -- -- 115dB SPL@1kHz -- -- 极性 声压增加 输出电压增加 1.0 2.0 10 V -- -- 500 uA 全向（OmniDirectional）或指向（Unidirectional） 0.7VDDIO 94dB SPL@1kHz -35 -33 -29 dBV/Pa -- 2.2k 1 10 dBA Ω % 5 麦克风阵列结构设计建议 5.1 设计总体要求 1） 人声能直达每个麦克，避免掩蔽效应，即产品正常使用场景下，保证声源的直达声（非反射声）到达每个麦克的机会是均等的，举例，麦克风震膜背对人的嘴巴就可能会形成掩蔽效应； 2） 声音到达麦克风的路径尽可能短、宽。对于紧贴面壳安装方式，如图9所示要求声孔的深度(面壳进声孔外侧到MIC进声孔外侧的距离)小于1.5mm，声孔直径尽可能大（最小2mm）；如果麦克能直接在表面最好，如图10所示； 图9 麦克紧贴面壳安装基本要求

图10 麦克安装在表面

3） 声音路径内不要存在任何空腔，对于紧贴面壳安装方式，震膜和壳体内壁不要有缝隙，

不允许出现如图11的安装方式；

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图11 震膜和壳体存在腔体（避免）

4） 麦克风要远离干扰或震动（喇叭震动、结构转动震动）。对于震动，一般采用硅胶套

进行减震密封处理，硅胶软硬度可根据实际结构形式进行匹配验证，一般要求尽可能软；

5） 喇叭的结构设计要避免结构引发的失真，喇叭要进行减震处理，避免结构震动对麦克

造成较大影响。

6） 避免结构内声音传播，即喇叭的声音不能在结构内泄露到麦克，只能通过结构外的空气传播到麦克，建议喇叭和麦克风放在不同腔体内或选用性能好的密封材料对腔体内麦克部分进行密封；

图12 避免结构内声音泄露示意图

7） 对于驻极体麦克风，结构设计和生产过程中要考虑对麦克风的保护，避免挤压引发的麦克风一致性损失；

5.2 麦克风结构设计方案

根据产品结构型式和产品需求，通常麦克风阵列的结构设计有两种型式：面壳安装方式和 非面壳安装方式，两种方式的结构设计要求和建议参照下述方案说明。

5.2.1 面壳安装方式方案

该结构方案麦克风阵列和硅胶套装配后固定于面壳上，通过面壳上的拾音孔进行录音采集。 a) 示意图

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图13 面壳安装方式声腔结构示意图

图14 单个麦克风声腔设计示意图

b) 设计说明

1） 麦克风之间严格独立，每个麦克风的拾音孔是其唯一的进声孔

一种验证方法：用手按住麦克风的拾音孔，拾音音量降低不小于10dB。

2） 麦克风需要有橡胶套和固体表面隔绝，起到降低壳体震动传声以及密封的作用（图14

绿色结构）。

3） 麦克风距离外表面的距离（拾音孔深度）要尽可能的小（一般要求小于1.5mm），声

孔直接尽可能大（一般要求大于2mm），防止声音在拾音孔内壁的反射形成谐振点。 4） 根据应用场景情况，可在麦克风表面增加防风棉（类似车载空调风直吹场景）和防尘棉等零件。 5.2.2 非面壳安装方式 所有麦克风在一个开放空间内（如图15所示），麦克风本身不需要声腔结构，可以是裸露的。 a) 示意图

图15 非面壳安装方式结构示意图

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b) 设计说明

1） 所有麦克风在一个开放空间内，麦克风本身不需要声腔结构，可以是裸露的，麦

克风相互之间不能有隔板等障碍物阻挡。

2） 麦克风的开放空间外表面要充分透声，不能形成声反射区，外表面可使用金属网

或者布网等材料，开放区域外壳开孔率不低于50%。 3） 麦克风上表面距离开放区域上端的距离d不小于5mm。

6 功放增益设计参考

喇叭和麦克风距离尽量远，喇叭到麦克风的声压不超过90分贝（在麦克风处测得），人声音量和喇叭音量强度信噪比不低于-25dB（人声到麦克风的声压约65分贝）。 建议调试步骤：

1) 在喇叭最大播音音量下，确保麦克录音不截幅，

2) 在喇叭最大播音音量时，距离麦克3~5米进行唤醒测试（超过3米人声需要适当提

高），如果不能正常唤醒，则需调小功放增益，直到能正常唤醒为止。

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