高信噪比MEMS麥克風正在將筆記本電腦變成全方位通信中心

大量員工繼續在家辦公或以混合模式辦公。盡管一些組織很大程度上恢復了“正常”，但許多人已經習慣了在線會議。沒有了辦公室里的面對面會議，高效的溝通依賴于良好的工具，例如視頻會議軟件、計算機硬件等。

二十年前，很少有筆記本電腦內置麥克風。但現在，市面上幾乎每臺筆記本電腦都配置了網絡攝像頭和一個或多個麥克風——當與會者并非都在同一個房間時，這就是同事們的基本協作工具。

英飛凌將在本文探討筆記本電腦從文字處理工具到錄音室級通信設備的轉型及其背后的技術。

將麥克風集成到筆記本電腦中，標志著這些機器從簡單的文字處理器和數字運算設備變成了通信平臺。

隨著越來越多的人放棄臺式電腦，選擇筆記本電腦，顯然，消費者并不想依賴于外設。為了迎合市場，廠商開始將外設集成到筆記本電腦中，以減少使用外設執行特定任務的需求。筆記本電腦沒有外部USB集線器，而是內置USB端口；沒有WiFi加密狗，而是集成了無線網卡；沒有鼠標，而是采用多點觸控板。

隨著高速互聯網和視頻通話的普及，廠商開始將網絡攝像頭和麥克風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：蘋果公司于2006年1月首次推出了采用內置iSight攝像頭和麥克風的初代15英寸MacBook Pro。

到了2000年代末，大多數以性能為導向的筆記本電腦型號都配備了類似的硬件。2010年代末，幾乎所有筆記本電腦（包括最經濟實惠的型號）都配備了網絡攝像頭和麥克風。

筆記本電腦外設的下一波升級即將到來：采用MEMS技術的高信噪比麥克風。這一技術的推動預示著我們在使用筆記本電腦時的思維方式將發生改變。

新冠疫情及其他因素已將我們從辦公室辦公轉移到了居家辦公，而下一代麥克風將能讓我們站起來，四處走動；讓多人對著同一個麥克風說話，同時擁有高品質聲音。

SNR并非一項技術，而是評估麥克風質量的一種指標，代表信噪比。在語音通話場景中，SNR衡量了通話中同事（或其他呼叫者）的聲音與麥克風傳輸的噪音之間的比率。噪聲有多個來源，其中包括環境噪聲、電磁干擾和麥克風的機械振動。

MEMS麥克風的核心優勢之一是，它們可以利用硅晶圓大批量生產。這意味著，制造過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，意味著生產流程非常可靠。

與傳統電容式麥克風不同，MEMS麥克風主要使用電容傳感技術將空氣運動轉化為數字信號。MEMS傳感元件與低噪ASIC相結合。由于采用了微處理技術，MEMS麥克風可以非常小，因此，適合10 mm以下的封裝。

在最近的一項實驗中，科技公司英飛凌展示了高信噪比XENSIV? MEMS麥克風在通信中的優勢。如圖1所示，該團隊設計了一個場景，使用了一個人工嘴，以及一臺面對該人工嘴的筆記本電腦，以接收聲音信號，二者距離可變。該實驗是英飛凌在中國的一家系統合作伙伴實驗室完成的。

實驗假設MEMS麥克風可以在3-5米之間的較大距離處，提供良好的效果。然后，測試了4種不同的情況：一臺帶有傳統麥克風的筆記本電腦和一臺帶有高信噪比的MEMS麥克風的筆記本電腦，以及在這兩種情況下提供VoIP服務的語音信號處理和不提供VoIP服務的語音信號處理。

將麥克風捕捉的回放語音與原始文件進行比較，結果發現，高SNR MEMS麥克風在這兩種情況下都比傳統筆記本電腦麥克風的表現更好。而真正的測試是看人們對音質的感知是否也更好。為此，他們比較了兩個麥克風的平均意見得分（MOS）。如圖2所示，英飛凌的麥克風在1-3米的近距離范圍內實現了20%的音質提升，在3-5米的會議場景中實現了35%的音質提升！

圖1：英飛凌合作伙伴實驗室的測試設置

通過這個測試，我們可以看到，未來將筆記本電腦作為通信設備將獲得更加自然的錄音室級別的體驗。

圖2：XENSIV? MEMS 麥克風的MOS得分更高

（圖源：英飛凌）

MEMS麥克風憑借其小巧、數字化和高品質等特點，使我們在不同的對話和設備之間無縫切換，甚至無需坐在辦公桌前使用傳統的固定麥克風。試想一下，當你在與某人通電話時可以從一個房間走到另一個房間。每個設備都配備高信噪比MEMS麥克風，將確保更優質的聲音拾取，這使得即便有環境噪聲、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別質量的聲音拾取，MEMS麥克風甚至可以實現類似播客的音頻質量，而無需外部麥克風等設備。

我們的工作和娛樂的通信方式正在發生變化——基于語音的交流方式越來越多，例如：電話、語音消息、播客和Clubhouse等社交App。

除了筆記本電腦，物聯網設備還有很多麥克風應用。由語音控制的語音助手已經非常常見，語音用戶界面也有望應用于許多其他智能家居設備。它們不僅是技術創新，還代表著我們工作和生活方式的轉變。

英飛凌是少數能夠兌現高信噪比MEMS麥克風承諾的麥克風制造商之一。他們既生產MEMS 和 ASIC 裸片，也生產集成了兩者的封裝麥克風。他們面向筆記本電腦及其他設備設計了XENSIV?系列MEMS麥克風，旨在提高通話質量。

圖3：XENSIV? MEMS麥克風的照片（圖源：英飛凌）

XENSIV?系列有幾個型號現已上市，還有幾個新型號即將上市。

選購XENSIV麥克風時，你必須先確定自己的應用需要什么接口。英飛凌提供帶 PDM（脈沖密度調制）接口的數字麥克風和帶差分和單端接口的模擬麥克風，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SoC的前端。數字PDM型號消耗980 μA——盡管低功耗520 μA型號（IM69D128S）已經量產。模擬差分接口型號在170 μA時功耗更低。IM68A130僅消耗110 μA。

僅憑這些要求就可以將英飛凌XENSIV目錄縮小到幾個選項。從這里開始，就可以根據你的應用選擇靈敏度、SNR和聲學過載點（AOP）適當平衡的產品。

XENSIV目錄中的大多數型號都采用密封雙膜（SDM）MEMS技術，防護等級達IP57，提供了優質的防水和防塵保護功能，可幫助你在下一個產品中設計這種麥克風。