我們曾在之前發(fā)布的文章《解讀MEMS麥克風(fēng)技術(shù)與設(shè)計》中指出,MEMS麥克風(fēng)的需求是由客戶所要求的音頻功能驅(qū)動的,如立體聲、語音識別、聲音指向性、噪音消除等。為了實現(xiàn)這些音頻特性,在最終問世的產(chǎn)品中需要使用多個MEMS麥克風(fēng)來支持該功能。例如,最先進(jìn)的智能手機(jī)可能包含多達(dá)6個麥克風(fēng)。由于遠(yuǎn)程辦公的需求提升,對MEMS麥克風(fēng)的需求在一定程度上也加速提升。遠(yuǎn)程辦公和在線會議正在成為新常態(tài),如果沒有好的語音輸入系統(tǒng)(即麥克風(fēng)),這些會議將不可能實現(xiàn)。
語音傳感器正被用于真無線立體聲 (True Wireless Stereo, TWS) 耳塞。這些耳塞之間可以無線連接,并與智能手機(jī)或其他藍(lán)牙設(shè)備連接。每個立體聲耳塞包含一個揚聲器(未來可能是一個MEMS微型揚聲器)和多個MEMS麥克風(fēng)。大多數(shù)高級TWS系統(tǒng)中,每個耳塞包含三個MEMS麥克風(fēng):兩個外部麥克風(fēng)用于波束形成,一個內(nèi)部麥克風(fēng)用于主動噪聲消除 (ANC)。因為兩個外接麥克風(fēng)之間必須有一定的距離,所以典型的P型TWS耳塞會有一個長條。
主動降噪 (ANC) 是無線耳塞的一個理想功能,它能成功地降低背景噪音和風(fēng)噪聲,但同時也會降低聲音接收。由于這個問題,在語音通話時,ANC經(jīng)常被關(guān)閉[1]。為了克服這一局限性,一種新型的MEMS器件會通過骨骼和頭骨振動直接捕捉聲音,它被稱為“語音拾取傳感器 (VPU)”或“語音拾取加速計”,簡稱為“加速計”,由一個具有MEMS麥克風(fēng)頻率特性的MEMS加速計構(gòu)成。基本上,該器件是麥克風(fēng)和加速計的混合體。一個簡化的VPU傳感器包括一個改良的MEMS麥克風(fēng)(麥克風(fēng)的膜片上附著一個質(zhì)量塊)和一個密閉的聲音端口(圖1)。
圖1:MEMS麥克風(fēng)(左)和語音拾取 (VPU) 骨傳感器(右)示意圖。注意VPU上增加的質(zhì)量塊和缺失的聲音端口。
除了經(jīng)改進(jìn)的語音檢測功能和背景噪聲免疫,VPU在主動降噪應(yīng)用中還有一些其他優(yōu)勢:
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支持輕敲檢測:這提供了一種交互方式來控制設(shè)備,例如輕觸一次可以增加揚聲器音量,輕觸兩次可以降低音量;
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語音打斷功能:即使在內(nèi)部揚聲器播放音樂時,VPU也能拾取語音活動,這意味著,即使在聽吵鬧的音樂時,依然可以聽到談話聲;
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由于沒有使用或需要聲音端口,VPU可以被完全密封包裹起來,更好地保護(hù)它免受外部環(huán)境污染。
圖2:MEMS+ VPU模型 (圖中所示為器件的1/4)
MEMS+?是CoventorMP?MEMS設(shè)計平臺的一種工具,可用于設(shè)計MEMS麥克風(fēng)、加速計和VPU傳感器。MEMS+ VPU模型如圖2所示。該模型能準(zhǔn)確再現(xiàn)器件的非線性行為,這在電路和系統(tǒng)級設(shè)計中是至關(guān)重要的。同時,該模型還完全參數(shù)化,支持多物理建模。目前,MEMS設(shè)計軟件的最新版本CoventorMP 2.0也已發(fā)布。該版本允許在MEMS設(shè)計中使用充電源,這是在實際配置中測試MEMS麥克風(fēng)和VPU的關(guān)鍵。CoventorMP中的每一項功能都可以用于設(shè)計和開發(fā)高度先進(jìn)的下一代語音檢測設(shè)備。
隨著新的應(yīng)用和采用語音傳感的新產(chǎn)品問世,對MEMS麥克風(fēng)的需求將繼續(xù)增加。支持高級功能的新型基于MEMS的語音傳感器(如VPU),以及對新的、更好的語音感知解決方案的需求,將繼續(xù)推動下一代MEMS麥克風(fēng)和基于MEMS的語音感知產(chǎn)品的發(fā)展。
來源:泛林半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)
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