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探討筆記本從文字處理工具到錄音室級(jí)通信設(shè)備的轉(zhuǎn)型及背后的技術(shù)

MEMS ? 來(lái)源:英飛凌官微 ? 2023-05-04 10:12 ? 次閱讀

麥克風(fēng)和網(wǎng)絡(luò)攝像頭變得無(wú)處不在

將麥克風(fēng)集成到筆記本電腦中,標(biāo)志著這些機(jī)器從簡(jiǎn)單的文字處理器和數(shù)字運(yùn)算設(shè)備變成了通信平臺(tái)。

隨著越來(lái)越多的人放棄臺(tái)式電腦,選擇筆記本電腦,顯然,消費(fèi)者并不想依賴于外設(shè)。為了迎合市場(chǎng),廠商開(kāi)始將外設(shè)集成到筆記本電腦中,以減少使用外設(shè)執(zhí)行特定任務(wù)的需求。筆記本電腦沒(méi)有外部USB集線器,而是內(nèi)置USB端口;沒(méi)有WiFi加密狗,而是集成了無(wú)線網(wǎng)卡;沒(méi)有鼠標(biāo),而是采用多點(diǎn)觸控板。

隨著高速互聯(lián)網(wǎng)和視頻通話的普及,廠商開(kāi)始將網(wǎng)絡(luò)攝像頭和麥克風(fēng)集成到筆記本電腦的屏幕邊框中,以滿足在線通信的需求。例如:蘋(píng)果公司于2006年1月首次推出了采用內(nèi)置iSight攝像頭和麥克風(fēng)的初代15英寸MacBook Pro。

到了2000年代末,大多數(shù)以性能為導(dǎo)向的筆記本電腦型號(hào)都配備了類(lèi)似的硬件。2010年代末,幾乎所有筆記本電腦(包括最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的型號(hào))都配備了網(wǎng)絡(luò)攝像頭和麥克風(fēng)。

高信噪比MEMS麥克風(fēng)將筆記本電腦變成完整的通信設(shè)備

筆記本電腦外設(shè)的下一波升級(jí)即將到來(lái):采用MEMS技術(shù)的高信噪比麥克風(fēng)。這一技術(shù)的推動(dòng)預(yù)示著我們?cè)谑褂霉P記本電腦時(shí)的思維方式將發(fā)生改變。

新冠疫情及其他因素已將我們從辦公室辦公轉(zhuǎn)移到了居家辦公,而下一代麥克風(fēng)將能讓我們站起來(lái),四處走動(dòng);讓多人對(duì)著同一個(gè)麥克風(fēng)說(shuō)話,同時(shí)擁有高品質(zhì)聲音。

信噪比(SNR)

SNR并非一項(xiàng)技術(shù),而是評(píng)估麥克風(fēng)質(zhì)量的一種指標(biāo),代表信噪比。在語(yǔ)音通話場(chǎng)景中,SNR衡量了通話中同事(或其他呼叫者)的聲音與麥克風(fēng)傳輸?shù)脑胍糁g的比率。噪聲有多個(gè)來(lái)源,其中包括環(huán)境噪聲、電磁干擾和麥克風(fēng)的機(jī)械振動(dòng)。

MEMS麥克風(fēng)

MEMS麥克風(fēng)的核心優(yōu)勢(shì)之一是,它們可以利用硅晶圓大批量生產(chǎn)。這意味著,制造過(guò)程與微芯片制造相似(但不完全相同)。這種方法可確保較小的器件偏差,意味著生產(chǎn)流程非常可靠。

與傳統(tǒng)電容式麥克風(fēng)不同,MEMS麥克風(fēng)主要使用電容傳感技術(shù)將空氣運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。MEMS傳感元件與低噪ASIC相結(jié)合。由于采用了微處理技術(shù),MEMS麥克風(fēng)可以非常小,因此,適合10 mm以下的封裝。

案例研究:將筆記本電腦變成通信設(shè)備

在最近的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中,科技公司英飛凌展示了高信噪比XENSIV MEMS麥克風(fēng)在通信中的優(yōu)勢(shì)。如圖1所示,該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)場(chǎng)景,使用了一個(gè)人工嘴,以及一臺(tái)面對(duì)該人工嘴的筆記本電腦,以接收聲音信號(hào),二者距離可變。該實(shí)驗(yàn)是英飛凌在中國(guó)的一家系統(tǒng)合作伙伴實(shí)驗(yàn)室完成的。

實(shí)驗(yàn)假設(shè)MEMS麥克風(fēng)可以在3-5米之間的較大距離處,提供良好的效果。然后,測(cè)試了4種不同的情況:一臺(tái)帶有傳統(tǒng)麥克風(fēng)的筆記本電腦和一臺(tái)帶有高信噪比的MEMS麥克風(fēng)的筆記本電腦,以及在這兩種情況下提供VoIP服務(wù)的語(yǔ)音信號(hào)處理和不提供VoIP服務(wù)的語(yǔ)音信號(hào)處理。

將麥克風(fēng)捕捉的回放語(yǔ)音與原始文件進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn),高SNR MEMS麥克風(fēng)在這兩種情況下都比傳統(tǒng)筆記本電腦麥克風(fēng)的表現(xiàn)更好。而真正的測(cè)試是看人們對(duì)音質(zhì)的感知是否也更好。為此,他們比較了兩個(gè)麥克風(fēng)的平均意見(jiàn)得分(MOS)。如圖2所示,英飛凌的麥克風(fēng)在1-3米的近距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了20%的音質(zhì)提升,在3-5米的會(huì)議場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)了35%的音質(zhì)提升!

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圖1:英飛凌合作伙伴實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試設(shè)置

通過(guò)這個(gè)測(cè)試,我們可以看到,未來(lái)將筆記本電腦作為通信設(shè)備將獲得更加自然的錄音室級(jí)別的體驗(yàn)。

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圖2:XENSIV MEMS 麥克風(fēng)的MOS得分更高

(圖源:英飛凌)

MEMS麥克風(fēng)的未來(lái)

MEMS麥克風(fēng)憑借其小巧、數(shù)字化和高品質(zhì)等特點(diǎn),使我們?cè)诓煌膶?duì)話和設(shè)備之間無(wú)縫切換,甚至無(wú)需坐在辦公桌前使用傳統(tǒng)的固定麥克風(fēng)。試想一下,當(dāng)你在與某人通電話時(shí)可以從一個(gè)房間走到另一個(gè)房間。每個(gè)設(shè)備都配備高信噪比MEMS麥克風(fēng),將確保更優(yōu)質(zhì)的聲音拾取,這使得即便有環(huán)境噪聲、你與接收器之間的距離不斷變化,算法也能更好地工作。

由于能夠提供錄音室級(jí)別質(zhì)量的聲音拾取,MEMS麥克風(fēng)甚至可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似播客的音頻質(zhì)量,而無(wú)需外部麥克風(fēng)等設(shè)備。

我們的工作和娛樂(lè)的通信方式正在發(fā)生變化——基于語(yǔ)音的交流方式越來(lái)越多,例如:電話、語(yǔ)音消息、播客和Clubhouse等社交App。

除了筆記本電腦,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備還有很多麥克風(fēng)應(yīng)用。由語(yǔ)音控制的語(yǔ)音助手已經(jīng)非常常見(jiàn),語(yǔ)音用戶界面也有望應(yīng)用于許多其他智能家居設(shè)備。它們不僅是技術(shù)創(chuàng)新,還代表著我們工作和生活方式的轉(zhuǎn)變。

選購(gòu)英飛凌麥克風(fēng)

英飛凌是少數(shù)能夠兌現(xiàn)高信噪比MEMS麥克風(fēng)承諾的麥克風(fēng)制造商之一。他們既生產(chǎn)MEMS 和 ASIC 裸片,也生產(chǎn)集成了兩者的封裝麥克風(fēng)。他們面向筆記本電腦及其他設(shè)備設(shè)計(jì)了XENSIV系列MEMS麥克風(fēng),旨在提高通話質(zhì)量。

XENSIV系列有幾個(gè)型號(hào)現(xiàn)已上市,還有幾個(gè)新型號(hào)即將上市。

選購(gòu)XENSIV麥克風(fēng)時(shí),你必須先確定自己的應(yīng)用需要什么接口。英飛凌提供帶 PDM(脈沖密度調(diào)制)接口的數(shù)字麥克風(fēng)和帶差分和單端接口的模擬麥克風(fēng),涵蓋了市面上所有最常用的接口。

接口的選擇主要取決于系統(tǒng)SoC的前端。數(shù)字PDM型號(hào)消耗980 μA——盡管低功耗520 μA型號(hào)(IM69D128S)已經(jīng)量產(chǎn)。模擬差分接口型號(hào)在170 μA時(shí)功耗更低。IM68A130僅消耗110 μA。

僅憑這些要求就可以將英飛凌XENSIV目錄縮小到幾個(gè)選項(xiàng)。從這里開(kāi)始,就可以根據(jù)你的應(yīng)用選擇靈敏度、SNR和聲學(xué)過(guò)載點(diǎn)(AOP)適當(dāng)平衡的產(chǎn)品。

XENSIV目錄中的大多數(shù)型號(hào)都采用密封雙膜(SDM)MEMS技術(shù),防護(hù)等級(jí)達(dá)IP57,提供了優(yōu)質(zhì)的防水和防塵保護(hù)功能,可幫助你在下一個(gè)產(chǎn)品中設(shè)計(jì)這種麥克風(fēng)。





審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:高信噪比MEMS麥克風(fēng)正在將筆記本電腦變成全方位通信中心

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