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MEMS麦克风,小体积创造更多可能性

2021-12-08 10:00:00

一滩墨渍为2019年IEEE荣誉勋章获得者库尔特•彼得森开启了终生研究微型装置(MEMS)的大门,为21世纪感知万物,传感器大爆发奠定基础。


MEMS技术使传感器微型化成为可能,在物联网、可穿戴设备、医疗检测、人工智能等等方面,微型化的传感器都必不可少,难以想象没有MEMS传感器的世界。


随着智能化的兴起,很多智能设备都搭载语音功能,而这使得麦克风成了智能设备必不可少的器件。MEMS麦克风因为体积小、功耗低、可靠性高、产品一致性高等特点,在诸多领域获得市场认可。


TWS耳机巨大的市场增量不难看出MEMS麦克风的市场机会,另外TWS耳机的语音唤醒及主动降噪使得每只耳机搭载的MEMS数量提升,每只搭载2-3颗,一副搭载4-6颗,数据显示预计TWS耳机中的MEMS麦克风出货量年复合增长率高达30%


说了这么多,那什么是MEMS麦克风呢?


MEMS麦克风

传统ECM麦克风是根据声波产生的空气流动对薄片的冲击,使其产生形变,从而改变电容,使输出电信号的改变,从而反映出入口处的声波频率和幅度的变化。MEMS麦克风是由MEMS微电容传感器、微集成转换电路、声腔、RF抗干扰电路这几个部分组成的。


MEMS微电容极头包括接收声音的硅振膜和硅背极,硅振膜可以直接接收到音频信号,经过MEMS微电容传感器传输给集成电路,微集成电路把高阻的音频电信号转换并放大成低阻的电信号,同时经RF抗噪电路滤波,输出与前置电路匹配的电信号,就完成了声电转换。通过对电信号的读取,从而实现对声音的识别。

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MEMS麦克风结构图

 

在线控耳机中,硅麦可以完全替代ECM,且性能更佳。


硅麦让线控耳机的控制部分外形更加小巧时尚,语音更清晰逼真,辨识度更高

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MEMS麦克风的优势

lMEMS麦克风比传统ECM麦克风一般的尺寸一倍多,在当今追求电子产品尽可能的“口袋化”,小体积则有更多的发挥空间。

lMEMS麦克风的制造过程中简化了制造流程,省去了一个手工操作的步骤,从而节约成本。

lMEMS麦克风耐热性强,可承受260℃的高温回流焊,而性能不会有任何变化。由于组装前后敏感性变化很小,还可节省制造过程中的音频调试成本。

lMEMS麦克风具有更高的性能密度,在噪声性能方面要优于传统ECM麦克风,即MEMS麦克风可对其噪声进行评估并予以消除。

lMEMS麦克风的部件间频率响应更均匀。MEMS麦克风在高频和低频性能方面更加稳定且平均,这意味着采用MEMS的最终产品的性能会更加稳定。

 

常州元晶电子科技有限公司(以下简称:元晶电子)生产的新款MEMS硅麦麦克风还具有一定的防水、防尘特性。同时由于其阵列化匹配度好(各个元件间具有良好的稳定性、一致性),因此也被广泛用在智能音箱等设备上组成麦克风阵列。TWS耳机与手机链接时结合先进算法以及云端语音助手则能达成语音增强、声源定位、去混响、声源信号提取(分离)等功能,这就为在复杂环境中识别语音命令提供了可能。


元晶电子的MEMS麦克风AAMO04A-38D的特点在于体积小巧、低背,其尺寸为 3.76mm*2.95mm*1.1mm(L×W×H);兼具MEMS技术的固有优势下以63db信噪比(SNR*)、130 dB SPL声学过载点(AOP*)脱颖而出 ,是一款使得贴装面积削减,并且进一步提高了音响特性的产品。在嘈杂环境下使用MEMS麦克风AAMO04A-38D,模拟信号输出,拥有提高的SNR。


▲注1:SNR,Signal-to-noise ratio,即信噪比,用于比较所需信号的强度与背景噪声的强度

▲注2:AOP,声学过载点, 可通俗理解为麦克风在不失真条件下拾取到的最大信号值


MEMS麦克风市场及应用

MEMS麦克风应用于消费电子、汽车、安防及智能医疗等多个应用领域,其在消费电子领域的应用占比达到90%MEMS麦克风的在消费电子领域的应用主要为手机、平板和电脑,其中手机占比高达85%MEMS麦克风能够为智能手机、可穿戴物联网设备以及互联网汽车等几乎所有的应用,提供极高的性能和丰富的声学体验。


MEMS麦克风减少了视频会议和语音通话时的感知距离,提高通信质量。享受音乐和视频时,体验感更强。

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▲消费电子(智能手机,平板、 智能家居、 耳机,智能音响等)

 

MEMS麦克风使得用户能进行高质量的语音命令,意味着即使在嘈杂的车内环境中,也能高效捕捉每个字词。 

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▲车载系统(语音方向盘车、 车载蓝牙系统、中控面板)

 

MEMS麦克风用于公共场所安防系统中,捕捉细小的“不安全“声音,防范于未然。

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▲智能安防(监控摄像头、楼宇对讲)

 在智能医疗中,MEMS麦克风发挥它的高灵敏度,高SNR优势,用于胎心仪中监听婴儿的心跳和紧急呼救时清晰的传达信息

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▲智能医疗(血压计、紧急呼救)

 

未来几年MEMS麦克风市场会持续保持增长势头,凭借微型化、高性能、低功耗等特性更好满足智能音箱、智能耳机、机器人等应用的语音交互需求。


展望未来,中国MEMS麦克风厂商应结合人工智能技术,利用MEMS麦克风展现新的价值,把握智能麦克风的市场机遇


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