高性能 MEMS 麦克风 已成为 智能手机, 药片和 笔记本电脑它们体积小、灵敏度高、功耗低。然而,将它们集成到现代消费电子产品中却给设计带来了独特的挑战: 声道.
由于麦克风发声端口通常隐藏在设备外壳内,因此工程师必须设计一个有效的声学通道,将外部声波传输到麦克风的振膜上。这 声道设计 在决定麦克风的整体频率响应和系统级音频质量方面起着至关重要的作用。
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什么是声学路径?
声道包括
- 目前 外部住房 的产品
- 隔音垫片或密封环
- 目前 PCB 上的音孔
- 目前 麦克风端口结构
这些组件共同构成了 波导 决定声音如何传播到传感器中。材料、尺寸和几何形状都会影响声能沿路径传播、反射或阻尼的方式。
亥姆霍兹共振关键声学原理
声学设计中的一个关键概念是 亥姆霍兹谐振器.当一个小的发声端口(颈部)与一个气腔(腔体)相连时,系统就会形成一个共振结构--类似于吹过瓶口时产生的声音。
共振频率 (f₀) 可用以下方法近似计算:
f₀ = (c / 2π) * √(A / (L × V))
例如:
c
= 空气中的声速A
= 端口的横截面积L
= 港口的有效长度V
= 空腔体积
虽然这一模型提供了一个很好的起点,但现实世界中的声学路径要复杂得多,需要精确的 三维建模和模拟.
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声学路径中的关键设计变量
有几个参数可以调整,以优化频率响应:
参数 | 对绩效的影响 |
---|---|
垫片厚度 | 增加路径长度;可能会降低高频增益 |
垫片内径 | 直径越大,共振频率越高 |
声孔直径(印刷电路板/外壳) | 影响阻抗和亥姆霍兹共振行为 |
路径曲率或弯曲 | 可能引入相位失真或衰减 |
材料声阻抗 | 影响路径上的声能损耗 |
通过使用声学模拟工具,如 COMSOL 多物理场这样,工程师就可以评估这些变量对实际系统行为的影响。
低频与高频性能对比
- 低频响应 主要由传感器的 通风孔几何形状 和 后腔容积
- 高频响应 受 前腔和音口包括亥姆霍兹结构产生的任何共振
📌 例如 SISTC WBC3526DB26TJ0 将换能器置于端口正上方,减少了前腔体积,提高了高频灵敏度。
案例举例:垫圈尺寸如何影响频率响应
- 加厚垫圈 延长声道,可能会抑制高频信号
- 更宽的内径 增大声学孔径,将共振移至更高频率
- 弯道和突变 在路径中会引入额外的共振峰或共振骤降,需要仔细模拟
工程师可以使用 虚拟原型 以微调这些变量,并针对特定产品的使用情况实现平坦或定制的频率响应。
结论
MEMS 麦克风集成不仅仅是选择正确的传感器,还包括设计一个 声道 它能在很宽的频率范围内保持和增强麦克风的性能。
通过应用声学建模、亥姆霍兹理论和高保真模拟工具,产品团队可以
- 确保低频和高频的最佳灵敏度
- 减少不必要的共振或缺口
- 改善整体语音质量和用户体验
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