麦克风增加了物联网应用交响乐的可靠性

声学是我们大多数人经常认为理所当然的科学之一，不是因为我们忽视了声音在日常生活中的重要性，而是因为我们低估了它在语音、音乐和环境指标之外的可能性。超声波、声纳和噪音消除只是利用声波超越普通音频感知能力的几个应用程序。

我们中有多少人低估声音的一个典型例子现在可能就在你的口袋里。如今，智能手机包括 MEMS 麦克风阵列，这些麦克风不仅用于在通话期间捕获和放大语音，还用于消除环境噪声并使用波束成形技术实现远场音频缩放。提供这些功能需要具有通常达到或超过 64 dB 的信噪比 （SNR） 的高质量麦克风，因为即使是最复杂的音频处理算法也会受到麦克风捕获声音的能力的限制。结合智能手机领域的大量需求（每年出货数十亿个 MEMS 麦克风），对优质麦克风的需求导致 MEMS 市场出现了一个奇怪的现象，其中大部分增长和生产都发生在高端。

为什么麦克风很重要

此时您可能会问：“Brandon，您为什么要在 IoT 专栏中谈论智能手机麦克风？” 原因是，尽管语音识别技术仍有很多不足之处，但语音将继续增长为物联网的首选用户界面之一。尽管 Siri、“Ok Google”和 Dragon（相信我，我几乎尝试了所有方法来转录采访）的成功率低得令人沮丧，但在许多情况下，口头互动只是最轻松的交流方式，尤其是当日常物品变得启用互联网。想想智能家居中的可能性，它允许您口头控制电视、恒温器和灯（请参阅 Amazon Echo），然后进一步思考未来，可以在车辆中利用麦克风来记录和传输已知与问题或故障相关的发动机噪音，或者在各种其他场景中进行身份管理。

幸运的是，智能手机市场推动质量更好的麦克风这一奇怪事实应该会促进前面提到的一些高级应用所需的性能提升，但 MEMS 麦克风的其他领域也有增长空间，尤其是可靠性。正如我们中的许多人在日常使用智能手机助手时所经历的那样，他们配备的麦克风极易受到水、灰尘和其他环境微粒的影响，一旦损坏，它们几乎没有希望再次以可接受的水平运行。这在一定程度上与当今大多数 MEMS 麦克风基于电容式、两板式架构（包括隔膜和背板）这一事实有关（图 1a）。

然而，密歇根大学的一家初创公司 Vesper 的一种压电 MEMS 麦克风，该麦克风依赖于四个三角形悬臂梁（图 1b）。这样做的好处是双重的。首先，所使用的压电材料将声能直接转换为电压，这有助于提供更高质量的信号（典型 SNR 为 68 dB）。此外，因为悬臂梁的使用消除了颗粒或残留物可能被困住的气隙。根据 Vesper 首席执行官 Matt Crowley 的说法，其结果是防水、防震、防尘和防颗粒设计。他们的部件 VM101 还与电容式 MEMS 产品引脚兼容，有助于简化技术转换并缩短设计周期（图 2）。

图 1a 和 1b：电容式 MEMS 麦克风包含一个气隙，水和碎屑会在其中滞留并限制性能，而 Vesper 的压电 MEMS 麦克风采用悬臂式设计，使其防水、防震、防尘和防颗粒。

在物联网的狂野中，可靠性和成本是大多数硬件的前兆。鉴于生命周期长，设计人员必须能够依赖系统组件数年或数十年，并且为了达到预计的连接设备数量，高级硅的价格点必须与大批量市场的价格点保持一致。这些是物联网应用推动者的先驱。压电 MEMS 麦克风正走在正确的轨道上。

审核编辑：郭婷