一些耳機(jī)已經(jīng)被設(shè)計(jì)為最佳的360°音頻收聽(tīng)。使用VR/AR goggles，用戶可以將他們的環(huán)境轉(zhuǎn)換成交互式的視聽(tīng)音景，并捕捉、觸摸和塑造聲音。通過(guò)在耳機(jī)中集成高級(jí)麥克風(fēng)，周?chē)穆曇艨梢詼p弱或放大。主動(dòng)降噪確保用戶只聽(tīng)到他最喜歡的節(jié)拍，沒(méi)有飛機(jī)噪音，睡個(gè)舒服覺(jué)。透明聽(tīng)覺(jué)模式已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)，用戶可以選擇有多少外部聲音環(huán)境，通過(guò)高級(jí)麥克風(fēng)捕獲，融入增強(qiáng)音頻體驗(yàn)。這款耳機(jī)通過(guò)復(fù)制具有難以置信的真實(shí)感的空間效果來(lái)補(bǔ)充增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，幫助用戶精確地感知和定位虛擬聲音。通過(guò)將適當(dāng)水平的外部聲學(xué)環(huán)境與特定的虛擬音頻世界相結(jié)合，我們便能夠創(chuàng)造出真正沉浸式的社交體驗(yàn)。這些耳機(jī)可以排除分散注意力的外部噪音，這樣聽(tīng)者就可以不受干擾地專注于感興趣的音頻內(nèi)容。將主動(dòng)噪聲消除與主動(dòng)語(yǔ)音增強(qiáng)相結(jié)合，意味著即使在嘈雜的環(huán)境中，也能聽(tīng)到對(duì)話中的每個(gè)詞。

未來(lái)的通信系統(tǒng)

先進(jìn)的音頻功能減少了朋友和同事之間的感知距離。世界各地的團(tuán)隊(duì)都開(kāi)始使用先進(jìn)的視頻會(huì)議系統(tǒng)來(lái)提高通信質(zhì)量。為了提高這些設(shè)備的性能，高級(jí)MEMS麥克風(fēng)越來(lái)越多地與高級(jí)音頻處理相結(jié)合，如盲源分離或波束形成(圖2)。今天的視頻會(huì)議系統(tǒng)是完全集成的單元，包括編解碼器、顯示器、攝像機(jī)麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器。適用于公司的方法可能很快也會(huì)改變?nèi)藗兊纳鐣?huì)生活。例如，F(xiàn)acebook就利用這些技術(shù)來(lái)加強(qiáng)朋友和家人之間的交流。在未來(lái)，設(shè)備還將包括虛擬和增強(qiáng)音頻和視頻功能。下一代的MEMS麥克風(fēng)將成為智能手機(jī)等小型設(shè)備的高級(jí)通信功能的關(guān)鍵。

圖2 今天的視頻會(huì)議系統(tǒng)是完全集成的單元，包括編解碼器、顯示器、攝像機(jī)麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器

強(qiáng)大的音頻和視頻體驗(yàn)與智能手機(jī)

以前需要一個(gè)笨重的攝像機(jī)，現(xiàn)在可以用一個(gè)手掌大小的設(shè)備來(lái)拍攝。智能手機(jī)拍攝的視頻把我們都變成了講故事的人，讓我們有機(jī)會(huì)不僅與家人和朋友，而且通過(guò)社交媒體與數(shù)百萬(wàn)觀眾分享我們的經(jīng)歷。

雖然智能手機(jī)的視頻錄制已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，提供了慢動(dòng)作或延時(shí)等功能，但音頻捕捉還沒(méi)有發(fā)展到同樣的程度。即使是最先進(jìn)的智能手機(jī)仍然只能捕捉單聲道音頻，只有少量的立體聲支持。難怪智能手機(jī)發(fā)出的聲音很差、平淡、乏味——與優(yōu)越的視覺(jué)效果不匹配。但變化正在發(fā)生:高級(jí)MEMS麥克風(fēng)和先進(jìn)的音頻處理將智能手機(jī)音頻錄制帶到一個(gè)新的水平。特殊的錄音選項(xiàng)允許智能手機(jī)用戶將聲音放大到任何他們選擇聚焦的方向。音頻縮放提供了錄制用戶想要聽(tīng)到的和抑制其他聲音的選項(xiàng)。

下一代語(yǔ)音用戶界面

語(yǔ)音命令和與數(shù)字語(yǔ)音助手的對(duì)話正變得越來(lái)越流行。不幸的是，它們?nèi)匀唤?jīng)常需要異常響亮的聲音指令，甚至是在遠(yuǎn)處喊叫。語(yǔ)音識(shí)別公司正在為下一代語(yǔ)音用戶界面改進(jìn)處理器和算法。在最新版本中，Alexa現(xiàn)在可以識(shí)別出你在低聲說(shuō)話，并低聲回答你，以免在晚上打擾你睡覺(jué)的家人。不久之后，人們就可以通過(guò)語(yǔ)音命令來(lái)關(guān)閉不同房間的燈或電視。優(yōu)質(zhì)的MEMS麥克風(fēng)和尖端的音頻處理技術(shù)是使聲控設(shè)備真正為日常情況做好準(zhǔn)備的關(guān)鍵因素。

基本技術(shù)

MEMS傳聲器采用半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝大批量制造。典型的設(shè)計(jì)結(jié)合了MEMS傳感器和ASIC。該傳感器產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)，為模擬麥克風(fēng)放大或由ADC處理的數(shù)字麥克風(fēng)在ASIC。MEMS麥克風(fēng)，它將音頻轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，基本上是一個(gè)直流偏置電容，在其中一個(gè)膜(或膜片)的運(yùn)動(dòng)引起的音頻壓力改變電容器板或板的電壓。

膜片和后板的行為就像一個(gè)平行板電容器。當(dāng)膜片由于傳入聲壓而振動(dòng)時(shí)，膜片與后板之間的間隙和電容發(fā)生變化。MEMS麥克風(fēng)將這些變化提取為電信號(hào)。處理巨大聲音的壓力水平的主要挑戰(zhàn)是膜的巨大機(jī)械運(yùn)動(dòng)，這將導(dǎo)致變形時(shí)，膜的位移到它的極端。第二個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)ASIC來(lái)處理MEMS元件產(chǎn)生的大信號(hào)。由于音頻處理算法假設(shè)為線性信號(hào)，任何超過(guò)1%的失真都會(huì)導(dǎo)致高級(jí)音頻處理所依賴的音頻質(zhì)量顯著下降。一種方法是實(shí)現(xiàn)一個(gè)MEMS傳感器元件，將移動(dòng)膜放置在兩個(gè)電容器板(雙后板)之間。這產(chǎn)生了一個(gè)全差分輸出(與單端輸出相比)，這有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。雙后板MEMS傳聲器由于其對(duì)稱結(jié)構(gòu)而使失真最小化。移動(dòng)夾在電容器板上的兩層膜(雙膜)也可以達(dá)到同樣的效果。

下一代高端MEMS麥克風(fēng):密封雙膜

與單個(gè)后板的MEMS麥克風(fēng)相比，雙后板技術(shù)的引入使線性參數(shù)顯著增加。下一步是帶有密封雙膜的電容式MEMS麥克風(fēng)。電容區(qū)域的密封實(shí)際上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)噪聲音頻信號(hào)捕獲。信噪比從70 dB進(jìn)一步提高到75 dB。2018年的第一個(gè)原型機(jī)已經(jīng)在4.0 × 3.0 × 1.2 mm的封裝中實(shí)現(xiàn)了75 db的信噪比。新一代的第一個(gè)設(shè)備已經(jīng)被用來(lái)演示上面討論的高級(jí)音頻功能。工程樣品已經(jīng)為該領(lǐng)域的領(lǐng)先客戶提供了先進(jìn)的音頻記錄、主動(dòng)噪聲消除、通信和語(yǔ)音用戶界面。