聲學(xué)是我們大多數(shù)人經(jīng)常認為理所當然的科學(xué)之一，不是因為我們忽視了聲音在日常生活中的重要性，而是因為我們低估了它在語音、音樂和環(huán)境指標之外的可能性。超聲波、聲納和噪音消除只是利用聲波超越普通音頻感知能力的幾個應(yīng)用程序。

我們中有多少人低估聲音的一個典型例子現(xiàn)在可能就在你的口袋里。如今，智能手機包括 MEMS 麥克風(fēng)陣列，這些麥克風(fēng)不僅用于在通話期間捕獲和放大語音，還用于消除環(huán)境噪聲并使用波束成形技術(shù)實現(xiàn)遠場音頻縮放。提供這些功能需要具有通常達到或超過 64 dB 的信噪比 （SNR） 的高質(zhì)量麥克風(fēng)，因為即使是最復(fù)雜的音頻處理算法也會受到麥克風(fēng)捕獲聲音的能力的限制。結(jié)合智能手機領(lǐng)域的大量需求（每年出貨數(shù)十億個 MEMS 麥克風(fēng)），對優(yōu)質(zhì)麥克風(fēng)的需求導(dǎo)致 MEMS 市場出現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象，其中大部分增長和生產(chǎn)都發(fā)生在高端。

為什么麥克風(fēng)很重要

此時您可能會問：“Brandon，您為什么要在 IoT 專欄中談?wù)撝悄苁謾C麥克風(fēng)？” 原因是，盡管語音識別技術(shù)仍有很多不足之處，但語音將繼續(xù)增長為物聯(lián)網(wǎng)的首選用戶界面之一。盡管 Siri、“Ok Google”和 Dragon（相信我，我?guī)缀鯂L試了所有方法來轉(zhuǎn)錄采訪）的成功率低得令人沮喪，但在許多情況下，口頭互動只是最輕松的交流方式，尤其是當日常物品變得啟用互聯(lián)網(wǎng)。想想智能家居中的可能性，它允許您口頭控制電視、恒溫器和燈（請參閱 Amazon Echo），然后進一步思考未來，可以在車輛中利用麥克風(fēng)來記錄和傳輸已知與問題或故障相關(guān)的發(fā)動機噪音，或者在各種其他場景中進行身份管理。

幸運的是，智能手機市場推動質(zhì)量更好的麥克風(fēng)這一奇怪事實應(yīng)該會促進前面提到的一些高級應(yīng)用所需的性能提升，但 MEMS 麥克風(fēng)的其他領(lǐng)域也有增長空間，尤其是可靠性。正如我們中的許多人在日常使用智能手機助手時所經(jīng)歷的那樣，他們配備的麥克風(fēng)極易受到水、灰塵和其他環(huán)境微粒的影響，一旦損壞，它們幾乎沒有希望再次以可接受的水平運行。這在一定程度上與當今大多數(shù) MEMS 麥克風(fēng)基于電容式、兩板式架構(gòu)（包括隔膜和背板）這一事實有關(guān)（圖 1a）。

然而，密歇根大學(xué)的一家初創(chuàng)公司 Vesper 的一種壓電 MEMS 麥克風(fēng)，該麥克風(fēng)依賴于四個三角形懸臂梁（圖 1b）。這樣做的好處是雙重的。首先，所使用的壓電材料將聲能直接轉(zhuǎn)換為電壓，這有助于提供更高質(zhì)量的信號（典型 SNR 為 68 dB）。此外，因為懸臂梁的使用消除了顆?；驓埩粑锟赡鼙焕ё〉臍庀?。根據(jù) Vesper 首席執(zhí)行官 Matt Crowley 的說法，其結(jié)果是防水、防震、防塵和防顆粒設(shè)計。他們的部件 VM101 還與電容式 MEMS 產(chǎn)品引腳兼容，有助于簡化技術(shù)轉(zhuǎn)換并縮短設(shè)計周期（圖 2）。

圖 1a 和 1b：電容式 MEMS 麥克風(fēng)包含一個氣隙，水和碎屑會在其中滯留并限制性能，而 Vesper 的壓電 MEMS 麥克風(fēng)采用懸臂式設(shè)計，使其防水、防震、防塵和防顆粒。

在物聯(lián)網(wǎng)的狂野中，可靠性和成本是大多數(shù)硬件的前兆。鑒于生命周期長，設(shè)計人員必須能夠依賴系統(tǒng)組件數(shù)年或數(shù)十年，并且為了達到預(yù)計的連接設(shè)備數(shù)量，高級硅的價格點必須與大批量市場的價格點保持一致。這些是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用推動者的先驅(qū)。壓電 MEMS 麥克風(fēng)正走在正確的軌道上。

審核編輯：郭婷