通过外壳设计提高 MEMS 麦克风声学性能

导言

随着 MEMS 麦克风成为移动设备、智能可穿戴设备、物联网系统和语音交互式应用的标准配置，这些麦克风的性能也在不断提高。 绩效预期不断提高.虽然大多数研发工作都集中在传感器材料和信号处理方面，但有一个关键因素却常常被忽视：那就是传感器的材料。 机械包装外壳.

在 SiSTC（无锡硅源科技有限公司）我们认为 性能始于结构.这篇文章探讨了如何通过深思熟虑的设计 MEMS 麦克风外壳-包括声进口尺寸、腔室几何形状和芯片布局，可以显著改善 灵敏度, 频率响应和 能源传输效率.

MEMS 麦克风封装的重要性

MEMS 麦克风因以下优点而闻名：

然而，麦克风 壳体结构 同样重要：

• 频率响应带宽
• 声能损失
• 近场和远场条件下的灵敏度
• 腔体内的共振行为和驻波效应

影响性能的核心结构参数

通过模拟和建模，该研究考察了以下与壳体有关的变量的影响：

1. 声门直径

• 影响声阻抗和共振频率
• 太小：阻尼增大，灵敏度降低
• 太大：相位问题和空间干扰

2. 内腔容积

• 影响共振行为和背压响应
• 优化后的容量可以提高 低频灵敏度 平滑 中频滚降

3. 芯片和隔膜布局

• 偏离中心或不均匀的布局会产生驻波
• 对称配置支持平衡压力分布

使用 声学模拟软件该论文建立了一个由 COMSOL Multiphysics 或 ANSYS 等公司开发的 数量关系 这些结构参数与由此产生的声学性能之间的关系。

模拟洞察与优化策略

模拟结果显示

• A 适度增加油口直径 (调谐倒角）可以使中频响应变得平缓
• A 分级后腔 可抑制不需要的空腔模式，提高较高声压级时的清晰度
• 优化布局，减少内部反射，提高换能器效率

作者提出了具体的设计准则，以实现以下目标：

对产品设计的影响

通过将结构声学优化纳入设计阶段，MEMS 麦克风模块可以实现这一目标：

MEMS 麦克风 与 性能感知包装提供专为智能手机、可穿戴设备、汽车语音控制和高保真录音而优化的外形。

结论：微机电系统声学中的结构问题

虽然 MEMS 技术通常被认为是微加工和电路技术，但这项研究提醒我们 声学性能始于机械设计.通过优化外壳结构，工程师可以将灵敏度、频率响应精度和音频质量提升到新的水平，而不会影响外形尺寸。

无论您是为超小型智能设备还是坚固耐用的工业环境进行设计、 外壳设计不再仅仅是保护，而是性能。