麥克風(fēng)增加了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用交響樂(lè)的可靠性

聲學(xué)是我們大多數(shù)人經(jīng)常認(rèn)為理所當(dāng)然的科學(xué)之一，不是因?yàn)槲覀兒鲆暳寺曇粼谌粘Ｉ钪械闹匾?，而是因?yàn)槲覀兊凸懒怂谡Z(yǔ)音、音樂(lè)和環(huán)境指標(biāo)之外的可能性。超聲波、聲納和噪音消除只是利用聲波超越普通音頻感知能力的幾個(gè)應(yīng)用程序。

我們中有多少人低估聲音的一個(gè)典型例子現(xiàn)在可能就在你的口袋里。如今，智能手機(jī)包括 MEMS 麥克風(fēng)陣列，這些麥克風(fēng)不僅用于在通話期間捕獲和放大語(yǔ)音，還用于消除環(huán)境噪聲并使用波束成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)場(chǎng)音頻縮放。提供這些功能需要具有通常達(dá)到或超過(guò) 64 dB 的信噪比 （SNR） 的高質(zhì)量麥克風(fēng)，因?yàn)榧词故亲顝?fù)雜的音頻處理算法也會(huì)受到麥克風(fēng)捕獲聲音的能力的限制。結(jié)合智能手機(jī)領(lǐng)域的大量需求（每年出貨數(shù)十億個(gè) MEMS 麥克風(fēng)），對(duì)優(yōu)質(zhì)麥克風(fēng)的需求導(dǎo)致 MEMS 市場(chǎng)出現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，其中大部分增長(zhǎng)和生產(chǎn)都發(fā)生在高端。

為什么麥克風(fēng)很重要

此時(shí)您可能會(huì)問(wèn)：“Brandon，您為什么要在 IoT 專欄中談?wù)撝悄苁謾C(jī)麥克風(fēng)？” 原因是，盡管語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)仍有很多不足之處，但語(yǔ)音將繼續(xù)增長(zhǎng)為物聯(lián)網(wǎng)的首選用戶界面之一。盡管 Siri、“Ok Google”和 Dragon（相信我，我?guī)缀鯂L試了所有方法來(lái)轉(zhuǎn)錄采訪）的成功率低得令人沮喪，但在許多情況下，口頭互動(dòng)只是最輕松的交流方式，尤其是當(dāng)日常物品變得啟用互聯(lián)網(wǎng)。想想智能家居中的可能性，它允許您口頭控制電視、恒溫器和燈（請(qǐng)參閱 Amazon Echo），然后進(jìn)一步思考未來(lái)，可以在車輛中利用麥克風(fēng)來(lái)記錄和傳輸已知與問(wèn)題或故障相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)噪音，或者在各種其他場(chǎng)景中進(jìn)行身份管理。

幸運(yùn)的是，智能手機(jī)市場(chǎng)推動(dòng)質(zhì)量更好的麥克風(fēng)這一奇怪事實(shí)應(yīng)該會(huì)促進(jìn)前面提到的一些高級(jí)應(yīng)用所需的性能提升，但 MEMS 麥克風(fēng)的其他領(lǐng)域也有增長(zhǎng)空間，尤其是可靠性。正如我們中的許多人在日常使用智能手機(jī)助手時(shí)所經(jīng)歷的那樣，他們配備的麥克風(fēng)極易受到水、灰塵和其他環(huán)境微粒的影響，一旦損壞，它們幾乎沒(méi)有希望再次以可接受的水平運(yùn)行。這在一定程度上與當(dāng)今大多數(shù) MEMS 麥克風(fēng)基于電容式、兩板式架構(gòu)（包括隔膜和背板）這一事實(shí)有關(guān)（圖 1a）。

然而，密歇根大學(xué)的一家初創(chuàng)公司 Vesper 的一種壓電 MEMS 麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)依賴于四個(gè)三角形懸臂梁（圖 1b）。這樣做的好處是雙重的。首先，所使用的壓電材料將聲能直接轉(zhuǎn)換為電壓，這有助于提供更高質(zhì)量的信號(hào)（典型 SNR 為 68 dB）。此外，因?yàn)閼冶哿旱氖褂孟祟w?；驓埩粑锟赡鼙焕ё〉臍庀?。根據(jù) Vesper 首席執(zhí)行官 Matt Crowley 的說(shuō)法，其結(jié)果是防水、防震、防塵和防顆粒設(shè)計(jì)。他們的部件 VM101 還與電容式 MEMS 產(chǎn)品引腳兼容，有助于簡(jiǎn)化技術(shù)轉(zhuǎn)換并縮短設(shè)計(jì)周期（圖 2）。

圖 1a 和 1b：電容式 MEMS 麥克風(fēng)包含一個(gè)氣隙，水和碎屑會(huì)在其中滯留并限制性能，而 Vesper 的壓電 MEMS 麥克風(fēng)采用懸臂式設(shè)計(jì)，使其防水、防震、防塵和防顆粒。

在物聯(lián)網(wǎng)的狂野中，可靠性和成本是大多數(shù)硬件的前兆。鑒于生命周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)人員必須能夠依賴系統(tǒng)組件數(shù)年或數(shù)十年，并且為了達(dá)到預(yù)計(jì)的連接設(shè)備數(shù)量，高級(jí)硅的價(jià)格點(diǎn)必須與大批量市場(chǎng)的價(jià)格點(diǎn)保持一致。這些是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推動(dòng)者的先驅(qū)。壓電 MEMS 麥克風(fēng)正走在正確的軌道上。

審核編輯：郭婷