声端口几何形状、密封、振动隔离和抗共振最佳实践

作者： 无锡硅源科技有限公司（SISTC(无锡硅源科技有限公司）
版本： 1.0 （公开白皮书）
类别探索 / 声学工程 / MEMS 麦克风阵列设计

执行摘要

在麦克风阵列产品--智能扬声器、会议系统、汽车摄像头、智能家居控制器和工业语音终端--方面声腔设计 是最容易被低估的实际性能驱动因素之一。.

即使 MEMS 麦克风本身符合数据表上的出色规格（信噪比、灵敏度、AOP、相位匹配），最终产品仍会受到影响：

随机振铃/嗡嗡声，原因是 结构振动耦合
造成的意外高频峰值 亥姆霍兹共振
由于 泄漏和密封不一致
导致波束成形不稳定 非均匀声道

本白皮书为以下方面提供了实用的结构设计规则 声腔、声端口、密封、阻尼和阵列布局, 帮助工程团队缩短开发周期，避免代价高昂的重复开发。.

15 年多来，SISTC 一直专注于 MEMS 麦克风的设计和制造，在音频拾取技术、降噪算法以及声学系统的软硬件集成方面具有很强的实力。.

1.声腔设计为何重要

声腔不仅仅是箱体上的一个 “孔”。它形成一个 受控声道 外部声场和传声器入口之间的距离。.

在阵列系统中，声腔必须同时实现两个目标：

最大直接拾取量 失真或频率色差最小
不同麦克风的一致性, 实现稳定的波束成形和精确的相位对准

实际上，不良的腔体设计往往比传声器本身造成更大的性能损失。.

2.MEMS 麦克风选择要求（阵列应用）

在开始结构设计之前，传声器模型必须符合阵列要求。SISTC 建议阵列产品采用以下基准规格：

敏感性： > -40 dBV @ 94 dB SPL，1 kHz
信噪比： ≥ 65 dB
AOP： ≥ 120 dB SPL
THD： ≤ 1% @ 1 kHz
相位一致性： < 3°
全向拾音模式
频率响应变化： < 2 dB（100 Hz-8 kHz）

3.声口和声腔几何形状（核心规则）

3.1 长径比规则：最实用的设计指标

声端口本质上是一个短的声管。其几何形状由以下因素决定：

L = 音口深度（或音腔长度）
D = 音孔开口直径

SISTC 建议：

D > 1.0 毫米
长 < 5.0 毫米
长径比 < 3 (关键准则)

这意味着

保持端口为 尽可能宽
保持腔体为 尽可能浅

为什么有效
较小的 L 和较大的 D 可降低声阻抗，最大限度地减少不必要的谐振行为，从而获得更平滑的频率响应和更高的灵敏度稳定性。.

3.2 PCB 音孔尺寸（底端口 MEMS）

对于底部端口的麦克风结构，PCB 孔必须与麦克风密封环的限制相匹配。.

目前常见的密封环内径：

0.6 毫米
1.0 毫米

考虑到制造公差，建议采用 PCB 孔径：

用于 0.6 mm 环形 → PCB 孔 0.4 毫米
用于 1.0 mm 环形 → PCB 孔 0.8 毫米

当 PCB 厚度超过 1.0 毫米, ，优先使用具有以下功能的麦克风 1.0 毫米密封环 以提高可制造性和密封可靠性。.

4.避免赫尔姆霍兹共振（最常见的根源）

4.1 什么是亥姆霍兹共振？

当空腔容积通过狭窄的瓶颈与外部相连时，就会形成亥姆霍兹谐振器，这就好比在瓶口吹气。.

在麦克风产品中，通常会出现这种情况：

端口太窄/太长
麦克风进气口后面的空腔过大
密封不一致，会产生意想不到的体积

4.2 为何危险

亥姆霍兹共振经常会产生：

高频尖峰
频率响应纹波
不同样本的声学性能不稳定

SISTC 明确建议
避免产生赫尔姆霍兹谐振器结构, ，既适用于顶部端口设计，也适用于底部端口设计。.

避免出现这种情况的工程检查表：

遵循 长径比 < 3
避开狭窄的通道
消除进气口附近不必要的内部空隙
确保一致的密封性，使空腔容积不会因装配而变化

5.密封、垫圈和泄漏控制

5.1 数组必须保持一致

对于阵列产品，每个麦克风都必须经历 相同的声学环境.

SISTC 建议：

每个麦克风外壳必须 设计和安装完全相同
之间使用硅胶、垫圈或泡沫密封：
- 面板和 PCB
- 硅胶麦克风和结构

5.2 实用密封原则

确保在声孔处直接拾取人声并平均分配到每个麦克风
防止音孔被堵塞
使用在温度和老化条件下保持稳定的密封材料
根据制造公差进行设计（避免边界尺寸）

6.振动隔离和机械噪音抑制

在实际产品中，随机铃声/嗡嗡声通常来自于 机械耦合, 而不是来自 MEMS 麦克风。.

6.1 隔离建议

麦克风应与固件/结构表面隔离，使用 硅胶套
避免麦克风与外壳硬接触
麦克风周围的硅胶厚度应为 > 3 毫米

6.2 定位指南

让麦克风远离振动或干扰源
与固体表面隔离，减少振动传播，提高密封性

7.防尘网/防尘罩设计

适用于麦克风拾音孔朝上的产品：

增设 防尘罩 防止灰尘长期积聚
选择过滤器：
- 平坦频率响应
- 传输损耗最小

提示：在批量生产中，防尘罩的选择应包括在温度和湿度条件下的声学验证。.

8.麦克风阵列布局建议

声腔设计必须与阵列几何形状配合使用。.

8.1 线路阵列

所有麦克风朝向同一方向
所有进气口都在一条直线上

建议间距：

2-4 话筒线阵列 30-60 毫米
5-6 个麦克风线阵列： 21.3-50 毫米
最佳做法： 30-40 毫米

8.2 圆形阵列

推荐半径

30-40 毫米

9.扬声器互动（如果产品包括扬声器）

当扬声器和麦克风共存时，声腔设计必须防止扬声器的能量耦合到麦克风中。.