麦克风设计指导与选型参考

2024年 6月 20日下午6:06 • 激活谷笔记

随着语音识别技术的成熟，智能音箱类产品的火爆，越来越多的产品可以升级为语音交互产品；

下面简单介绍下此类产品的语音前端–麦克风阵列设计相关注意事项：

线性四麦阵列构型：

如上图所示，麦克风直线等距摆放，间距可以是20~60mm，默认推荐40mm；

间距可以是25~45mm，默认推荐35mm；

环形六麦阵列构型：

环形六麦阵列呈圆形布局，6个麦克风顺时针均匀分布在圆周，半径支持20~60mm，默认推荐39mm；

数字硅麦设计

基本选型：

接口类型：IIS数字接口

接口电压：1.8V或者3.3V

全向拾音，高灵敏度，高信噪比；

参数参考：

参数	条件	典型值	单位
Supply Voltage		3.3/1.8	V
Directionality		Omni
Sensitivity	1 kHz, 94 dB SPL	-26	dB FS
Signal-to-Noise Ratio (SNR)		65	dBA
Total Harmonic Distortion	105 dB SPL	0.3	％
Acoustic Overload Point	10% THD	116	dB SPL

参考电路：

为了避免潜在的寄生效应以便达到最理想的效果，强烈建议放一个0.1uF的X7R陶瓷电容（或者更理想的电容）到电源和地管脚附近；layout时电容位置距离麦克风越近越好，相应的电源和地走线越短越好，并且同层直接与麦克风连接不要经过过孔换层连接；如下参考：

对于底部拾音的麦克风，收音孔直径典型值为0.5mm~1.0mm，麦克风的孔应该与PCB中的孔对齐；条件允许的情况下，建议PCB厚度减小，拾音孔直径加大。

结构设计建议

声音路径设计：

麦克风需要一条使声音通过收音孔进入封装振膜的路径。声学中所有尺寸参考都是相对于声音波长而言的，因此频率与波长的换算公式如下：

λ = c/f

c是声音在空气中传播速度，约为340m/s

f是频率（Hz）

λ是波长（m）

声音的波长与频率的关系如下所示：

结构总体要求：

结构外的声音能以接近自由场的方式直接到达每一个麦克风，避免掩蔽效应；

（即声源的直达声而非反射声到达每个麦克风的机会是均等的，麦克风振膜背对声源就可能会形成掩蔽效应）

麦克风开放空间外表面要充分透声，不能形成声反射区，外表面可用布料等材料避免反射；
声音到达麦克风振膜的路径尽量短、尽量宽，路径上不要有任何空腔；
麦克风本身要远离干扰和振动（喇叭振动，结构振动），结构部件做好减振缓冲设计；
避免声音在结构、腔体内传播到麦克风；

（喇叭发出的声音不能在结构或者腔体内部泄露到麦克风，只能通过结构外的空气传播到麦克风）

单孔收音腔设计

单孔收音腔，即麦克风和硅胶垫装配后固定于面壳上，单个麦克风通过面壳上的开孔进行收音；示意图如下：

单孔收音腔设计参考实例：

小米音箱和天猫精灵

单孔收音腔设计注意事项：

各个麦克风之间严格独立，每个麦克风的拾音孔是其拾音的唯一通道；
麦克风需要硅胶垫等措施与外壳体隔绝，起到密封和降低壳体振动传声到麦克风的作用；（PCB设计时注意拾音孔与板边的距离要大于2mm以便安装硅胶垫）
麦克风收音路径内不要存在任何空腔，振膜和壳体内壁不要存在缝隙，如下反面示意：

4. 根据使用场景，可以在麦克风拾音孔表面增加防风、防尘、防液体渗入密封措施（比如车载空调风直吹场景）；

5. 麦克风远离干扰和振动（喇叭振动、结构转动振动），避免结构振动对麦克风造成影响；对于振动有两个基本措施，一是堆叠布局时麦克风尽量远离喇叭；二是用尽量软的硅胶套、减震棉等进行密封减震缓冲；

6. 避免结构内部声音传播，建议麦克风阵列和喇叭放在不同腔体内，对腔体内的麦克和喇叭进行密封处理；

选型与设计关键参数参考：

麦克风信噪比：60~70 分近中远三场景；

麦克风灵敏度：-40（模拟） -26（数字）；

频响平坦度：2 （100Hz~6KHz）；

收音孔气密性：大于20dB；

麦克风一致性：相位小于10，幅度小于2dB；

麦克风间距：25~60mm之间；

间距小影响低频，间距大影响高频；叠加装配的误差率，体验上在常规噪音环境下影响唤醒率和打断率1个点左右；

麦克风设计指导与选型参考

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