MEMS麦克风介绍PPT课件

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频响
• 从量级角度描述麦克风频响:
–表示灵敏度在频带范围内的变化。该参数还能 表示输出信号与基准值0dB的偏差。
–频响测量所用基准通常就是麦克风的灵敏度 0dB = 94dBSPL @ 1kHz
–麦克风频响通常表示因 通风孔而导致频响 低频降低和因Helmholtz 效应而导致频响高频上
升。
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MEMS麦克风结构
MEMS麦克风主要分为模拟放筒和数字麦克风两大类：模拟麦克风是将声音信号 转化成相应电压输出；数字麦克风将声音转化成数字输出（典型输出是脉冲密度 调制PDM）。
MEMS麦克风本质上就是声音变送器。
– 变送原理是改变固定板（背板）和运动板（振膜）之间的耦合电容 – 声音穿透声孔，推动振膜运动，调节两个传导板之间的气隙，从而引起电容变化 – 后室是声音共振器 – 通风孔排出后室内的压缩空气，以便振膜恢复原状。
引言
• MEMS麦克风是一种具有ECM（驻极体电容）麦克风功能的固态声音感应芯片，正在被 广泛用于手机、平板电脑、笔记本电脑、智能电视、汽车语音识别、游戏机和遥控器 等现代设备中。
• 根据市调机构IHS iSuppli的市场预测，由于MEMS麦克风可靠的单片结构、优异的抗机 械振动性能、紧凑的尺寸和可选数字输出，使消费电子和手机 MEMS麦克风市场在 2010至2014年间将实现23%的复合年增长率。
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优点
• MEMS麦克风特别适用于要求严格的远距离语音交互系统。紧凑的外 观设计有助于研发人员将麦克风阵列嵌入自动化家庭的墙壁、写字台 或具有语音功能的家电内。即便房间内有很多人，同时正在播放音乐， 优异的声学特性结合先进的信号处理技术，让麦克风能够从几米外识 别并采集一个人发出的语音命令。
远距离语音交互功能不仅会大幅改变人机交互方式，而且还会给行动 不便的老弱病残人士带来福音。除家庭应用外，远距离语音交互系统 还适用于机器人、远程呈现、监视和工业自动化。
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MEMS麦克风的指向性拾音模式
• 指向性麦克风的频响通常被视为一个完美的3D球形。直径最小的麦克 风在高频时提供最佳的全指向性，因此MEMS麦克风是最佳的全指向 性麦克风。
• 使用MEMS麦克风组建麦克风阵列，可按照理想的声学模式调整频响。
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•应用示例 •一对麦克风的信号经过处理后，可调整频响在X轴上的位置
• MEMS麦克风正在进军新的应用领域，例如，声控游戏、汽车语音系 统、工业和安保用声音传感器、医学遥测。其独一无二的结构、性能 和尺寸，让无法想象的概念能够提早变化现实。
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MEMS麦克风主要参数
•灵敏度
•灵敏度是麦克风输出电信号与给定输入声压之比。基准声压 是1Pa 或 94dB SPL @ 1kHz
•典型灵敏度单位:
– • 模拟麦克风的灵敏度单位为 mV/Pa或dBV；dBV = 20 * Log (mV/Pa / 1V/Pa)
– • 数字麦克风的灵敏度单位为 %FS或 dBFS ；dBFS = 20 * Log (%FS / 1FS)
•基准信号是当声压为1Pa @ 1kHz 时麦克风输出端的标准信号。 •噪声信号 (残余噪声)是静音时麦克风的输出电信号。噪声信 号包括MEMS单元的噪声和ASIC的噪声。
•噪声级通常是在消声环境中测量噪声，然后用A加权方法修 改所采集的噪声。A加权滤波器与人耳频响相关 。
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动态范围和声学过载点
•动态范围是麦克风在不失真条件下检测到的最大声音和最小 声音之间的差值
–麦克风在不失真条件下“听到”的最大信号叫做声学过载点(AOP)。 意法半导体的模拟麦克风AOP值与数字麦克风的AOP值相同，均为 120dBSPL声压
–麦克风在不失真条件下“听到”的最小信号取决于信噪比(SNR)。换 句话说，最小信号相当于残余噪声，用dBSPL表示。
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指向性
• 指向性表示与声音到达方向相关的灵敏度响应的变化
• MEMS麦克风是全指向型传声器，这意味灵敏度在麦克风 周围任意音源位置都不会变化
• 指向性可以用在Cartesian轴上的灵敏度偏移与角度之比表 示，也可以用空间灵敏度响应分布极坐标图表示。
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信噪比 [SNR]
•信噪比是麦克风输出中给定基准信号与残余噪声之比。
图2. MEMS麦克风基本结构
.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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PCM and PDM
• 脉冲编码调制（英文：Pulse-code modulation，缩写：PCM）是一种模拟信 号的数字化方法。PCM将信号的强度依照 同样的间距分成数段，然后用独特的数字 记号（通常是二进制）来量化。PCM常被 用于数字电信系统上，也是电脑和红皮书 中的标准形式。在数字视频中它也是标准， 例如使用 ITU-R BT.601。但是PCM并不流行 于诸如DVD或DVR的消费性商品上，因为 它需要相当大的比特. 率（DVD格式虽然支 3
• 此外，MEMS麦克风阵列可大幅改进音质。意法半导体的MEMS麦克风尺寸紧凑，灵敏 度匹配优异，频响出色，能够在麦克风阵列中实现噪声回响主动消除和声波成束功能。 声波成束是一个切断声音与位置关系的音频处理技术。随着手机等移动设备在吵闹和 不可控制环境中的使用频率不断增加，噪声抑制和声波成束功能变得十分有用。