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高信噪比麥克風正在將筆記本電腦變成全方位通信中心

發布時間：2023-06-09 來源：英飛淩責任編輯：wenwei

【導讀】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複了“正常”，但許多人已經習慣了在線會議。沒有了辦公室裏的麵對麵會議，高效的溝通依賴於良好的工具，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，市麵上幾乎每台筆記本電腦都配置了網絡攝像頭和一個或多個麥克風——當與會者並非都在同一個房間時，這就是同事們的基本協作工具。

我們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後的技術。

麥克風和網絡攝像頭變得無處不在

將麥克風集成到筆記本電腦中，標誌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台。

隨sui著zhe越yue來lai越yue多duo的de人ren放fang棄qi台tai式shi電dian腦nao，選xuan擇ze筆bi記ji本ben電dian腦nao，顯xian然ran，消xiao費fei者zhe並bing不bu想xiang依yi賴lai於yu外wai設she。為wei了le迎ying合he市shi場chang，廠chang商shang開kai始shi將jiang外wai設she集ji成cheng到dao筆bi記ji本ben電dian腦nao中zhong，以yi減jian少shao使shi用yong外wai設she執zhi行xing特te定ding任ren務wu的de需xu求qiu。筆bi記ji本ben電dian腦nao沒mei有you外wai部buUSB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：蘋果公司於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 Pro1。

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。

高信噪比麥克風將筆記本電腦變成完整的通信設備

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

SNR並非一項技術，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、電磁幹擾和麥克風的機械振動。

MEMS麥克風

MEMS麥克風的核心優勢之一是，它們可以利用矽晶圓大批量生產。這意味著，製造過程與微芯片製造相似（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。由於采用了微處理技術，MEMS麥克風可以非常小，因此，適合10 mm2以下的封裝。

案例研究：將筆記本電腦變成通信設備

在最近的一項實驗中，科技公司英飛淩展示了高信噪比XENSIV™ MEMS麥克風在通信中的優勢。如圖1所suo示shi，該gai團tuan隊dui設she計ji了le一yi個ge場chang景jing，使shi用yong了le一yi個ge人ren工gong嘴zui，以yi及ji一yi台tai麵mian對dui該gai人ren工gong嘴zui的de筆bi記ji本ben電dian腦nao，以yi接jie收shou聲sheng音yin信xin號hao，二er者zhe距ju離li可ke變bian。該gai實shi驗yan是shi英ying飛fei淩ling在zai中zhong國guo的de一yi家jia係xi統tong合he作zuo夥huo伴ban實shi驗yan室shi完wan成cheng的de。

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。然後，測試了4種不同的情況：一台帶有傳統麥克風的筆記本電腦和一台帶有高SNR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(mai)克(ke)風(feng)在(zai)這(zhe)兩(liang)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)都(dou)比(bi)傳(chuan)統(tong)筆(bi)記(ji)本(ben)電(dian)腦(nao)麥(mai)克(ke)風(feng)的(de)表(biao)現(xian)更(geng)好(hao)。而(er)真(zhen)正(zheng)的(de)測(ce)試(shi)是(shi)看(kan)人(ren)們(men)對(dui)音(yin)質(zhi)的(de)感(gan)知(zhi)是(shi)否(fou)也(ye)更(geng)好(hao)。為(wei)此(ci)，他(ta)們(men)比(bi)較(jiao)了(le)兩(liang)個(ge)麥(mai)克(ke)風(feng)的(de)平(ping)均(jun)意(yi)見(jian)得(de)分(fen)（MOS）。如圖2所示，英飛淩的麥克風在1-3米的近距離範圍內實現了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：英飛淩合作夥伴實驗室的測試設置[6]

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：英飛淩）

MEMS麥克風的未來

MEMS 麥克風憑借其小巧、數shu字zi化hua和he高gao品pin質zhi等deng特te點dian，使shi我wo們men在zai不bu同tong的de對dui話hua和he設she備bei之zhi間jian無wu縫feng切qie換huan，甚shen至zhi無wu需xu坐zuo在zai辦ban公gong桌zhuo前qian使shi用yong傳chuan統tong的de固gu定ding麥mai克ke風feng。試shi想xiang一yi下xia，當dang你ni在zai與yu某mou人ren通tong電dian話hua時shi可ke以yi從cong一yi個ge房fang間jian走zou到dao另ling一yi個ge房fang間jian。每mei個ge設she備bei都dou配pei備bei高gaoSNR 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。

由於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——基於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chu了le筆bi記ji本ben電dian腦nao，物wu聯lian網wang設she備bei還hai有you很hen多duo麥mai克ke風feng應ying用yong。由you語yu音yin控kong製zhi的de語yu音yin助zhu手shou已yi經jing非fei常chang常chang見jian，語yu音yin用yong戶hu界jie麵mian也ye有you望wang應ying用yong於yu許xu多duo其qi他ta智zhi能neng家jia居ju設she備bei。它ta們men不bu僅jin是shi技ji術shu創chuang新xin，還hai代dai表biao著zhe我wo們men工gong作zuo和he生sheng活huo方fang式shi的de轉zhuan變bian。

選購英飛淩麥克風

英飛淩是少數能夠兌現高SNR MEMS麥克風承諾的麥克風製造商之一。他們既生產MEMS 和 ASIC 裸片，也生產集成了兩者的封裝麥克風。他們麵向筆記本電腦及其他設備設計了XENSIV™係列MEMS麥克風，旨在提高通話質量3。

圖3：XENSIV™ MEMS麥克風的照片（圖源：英飛淩）

XENSIV™係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麼接口。英飛淩提供帶 PDM（脈衝密度調製）接口的數字麥克風和帶差分和單端接口的模擬麥克風，涵蓋了市麵上所有最常用的接口。

接口的選擇主要取決於係統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淩XENSIV目錄縮小到幾個選項。從這裏開始，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。

參考文獻

1. Apple. 15-inch MacBook Pro Developer Note. Developer Connection [Internet]. 2008 Oct 10. Available from: https://web.archive.org/web/20081010192847/http://developer.apple.com/documentation/HardwareDrivers/Conceptual/MacBookPro_0601/Articles/MacBookPro_0601.html

2. Mike Levine. The shape of things to come: Different types of microphones and when to use them. Popular Science [Internet]. 2022 Mar 6. Available from: https://www.popsci.com/reviews/types-of-microphones/

3. Infineon. MEMS microphones for consumer. Infineon [Internet]. Available from: https://www.infineon.com/cms/en/product/sensor/mems-microphones/mems-microphones-for-consumer/

4. mynewmicrophone.com. What Is A Good Signal-To-Noise Ratio For A Microphone? [Internet]. Available from: https://mynewmicrophone.com/what-is-a-good-signal-to-noise-ratio-for-a-microphone/

5. mynewmicrophone.com. What Is A MEMS Microphone? (Micro-Electro-Mechanical Systems). [Internet]. Available from: https://mynewmicrophone.com/what-is-a-mems-micro-electro-mechanical-systems-microphone/

6. EE times.com. How Excellent MEMS Microphones Turn Laptops into Communication Systems. [Internet]. Available from: https://www.eetimes.com/how-excellent-mems-microphones-turn-laptops-into-communication-systems/

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