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MEMS麦克风的声学设计

导读: 以高性能和小尺寸为特色的MEMS麦克风特别适用于平板电脑、笔记本电脑、智能手机等消费电子产品。不过,这些产品的麦克风声孔通常隐藏在产品内部,因此,设备厂商必须在外界与麦克风之间设计一个声音路径,以便将声音信号传送到MEMS麦克风振膜。

  因为谐振频率是由声音路径的形状决定的,虽然改变密封圈的声阻抗不会影响谐振频率,但是会影响谐振Q值。尽管声音路径保持连续谐振,但是质地更柔软的密封圈可减弱谐振,降低其在谐振频率附近的影响。与采用声音硬边界条件的实验结果相比,采用铁表面材料的声孔大幅降低了频响振幅峰值,这表明,使用声音硬边界条件得出的测试结果的严峻性不切实际。

  案例分析–分析平板电脑下声孔麦克的整个声音路径

  图11所示是一个平板电脑的下声孔麦克的声音路径。在这个示例中,下声孔麦克装于印刷上,印刷电路板与产品外壳之间插入一个气密性软橡胶密封圈。

  图11–平板麦克的声音路径设计和声腔3D模型

  本仿真实验对声音路径所有组件都设定了适合的声学特性。图11(b)所示是11(a)结构的声音路径3D模型。本仿真实验所有材质在产品中都较为常用:FR4印刷电路板、软橡胶密封圈、铝制机身。

  图12–平板麦克声音路径仿真结果

  图12(a)所示是谐振峰值频率大约21.6kHz的声音路径的频响曲线,图12(b)所示是在21.6kHz谐振频率下气压在声音路径内的分布情况。在该谐振频率下,MEMS振膜承受的气压最大。

  结论

  下面的指导原则有助于麦克风声音路径的频响优化。

  ●声音路径尽量最短、最宽。将声音路径外部入口加宽有助于改进频响,而将声音路径的麦克风端加宽,则会降低频响性能。

  ●设法不让声音路径内存在任何空腔。假如无法避免,则尽量让空腔远离麦克风声孔。

  ●声音路径弯曲似乎对频响影响不大。

  ●质地柔软的密封圈材料可弱化谐振,提高频响性能