CN109889967A - 麦克风和智能语音设备 - Google Patents

Abstract

根据本公开的示例性实施例，提供了一种麦克风和智能语音设备。该麦克风包括：壳体；振膜，固定在壳体中，并且包括彼此相对的第一拾音面和第二拾音面，振膜配置为根据作用在第一拾音面和第二拾音面上的声压而输出电信号；主拾音孔，形成在壳体上，并配置为使来自壳体外部的声波穿过主拾音通道而以第一声压传递到第一拾音面上；以及副拾音孔，形成在壳体上，并配置为使声波穿过副拾音通道而以不同于第一声压的第二声压传递到第二拾音面上。根据本公开的麦克风结构能够在有效地降低通过算法抑制喇叭音量的压力的同时，提高信噪比和一致性。包括该麦克风的智能语音设备的语音识别率更高，提高了用户体验。

Description

麦克风和智能语音设备

技术领域

本公开的实施例主要涉及麦克风的技术领域，并且更具体地，涉及基于微机电系统的麦克风和智能语音设备。

背景技术

目前，随着智能音箱等智能语音设备越来越普及，对麦克风的要求也越来越高。具体而言，目前大多数智能语音设备采用基于微机电系统(MEMS)的全向性拾音的麦克风。由于音箱的形状限制，麦克风和扬声器相距较近，这就导致了扬声器到麦克风的音量很大，有时远大于用于控制智能语音设备的用户到达麦克风的音量。一方面，这导致用户的语音控制指令识别率降低，给用户语音控制智能语音设备带来不便。另一方面，这也会在某些情况下对扬声器的播放效果带来影响。

虽然目前采用了回声消除算法来尽可能地消除全向性麦克风的这种不利影响，但是消除效果有限并且给处理器带来了显著的算法压力。此外，目前也有基于驻极体的指向性麦克风用于智能语音设备，但是驻极体麦克风由于其本身的缺陷，也有着体积大、对产品设计限制多以及信噪比、一致性和老化性能都较差等各种问题。

发明内容

根据本公开的示例实施例，提供了一种用于基于微机电系统(MEMS)的指向性麦克风的方案，以解决上述问题和/或其他潜在问题。

在本公开的第一方面中，提供了一种麦克风。该麦克风包括：壳体；振膜，固定在壳体中，并且包括彼此相对的第一拾音面和第二拾音面，振膜配置为根据作用在第一拾音面和第二拾音面上的声压而输出电信号；主拾音孔，形成在壳体上，并配置为使来自壳体外部的声波穿过主拾音通道而以第一声压传递到第一拾音面上；以及副拾音孔，形成在壳体上，并配置为使声波穿过副拾音通道而以不同于第一声压的第二声压传递到第二拾音面上。

根据基于MEMS拾音方案，设计了两个拾音孔，并采用可以双面拾音的MEMS振膜，通过所设计的声学通路，实现了不同方向的声源在MEMS振膜两面的声压差不同，从而最终实现了麦克风在拾音时对特定方向上的音量抑制。本公开的方案具备MEMS麦克风优点的同时，通过在结构上的改进而在MEMS麦克风上实现了指向性，有效地抑制了特定方向上的音量。根据本公开的麦克风结构能够在有效地降低通过算法抑制喇叭音量的压力的同时，提高信噪比和一致性。

在一些实施例中，声波以小于第一声压的第二声压传递到第二拾音面上。

在一些实施例中，该麦克风还包括阻尼结构，配置在副拾音通道中，其中副拾音通道内的声波经由阻尼结构减压后而以第二声压传递到第二拾音面上。这样的配置能够进一步提高麦克风拾音的指向性。

在一些实施例中，阻尼结构包括至少一层减压膜或者微孔结构。

在一些实施例中，副拾音孔的开口面积小于主拾音孔的开口面积，以将声波以小于第一声压的第二声压传递到第二拾音面上。通过这种方式能够以简单的结构确保了不同方向的声源在MEMS振膜两面的声压差不同，提高了拾音时对特定方向上的音量抑制效果。

在一些实施例中，副拾音孔和主拾音孔为圆形孔，并且副拾音孔的孔径小于主拾音孔的孔径。

在一些实施例中，该麦克风还包括隔音体，配置在主拾音通道和副拾音通道之间以防止主拾音通道和副拾音通道内的声波相互干扰。

在一些实施例中，主拾音孔和副拾音孔配置在壳体的相同的壁的不同位置处或者配置在壳体的不同的壁上。这提高了产品结构设计的灵活性。

在一些实施例中，该麦克风还包括专用集成电路，耦合至振膜，并适于基于所述电信号而生成表示所拾取的声音的音频电信号。

在一些实施例中，该麦克风还包括形成在壳体上的电触点以用于将麦克风耦合至外部电路，其中电触点耦合至专用集成电路以将音频电信号传导至外部电路。

在一些实施例中，壳体的壁包括基板和封装盖，主拾音孔和副拾音孔形成在封装盖上。

在本公开的第二方面中，提供了一种智能语音设备，其包括根据上文所述的麦克风。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标注表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的麦克风的示意图；以及

图2示出了根据本公开的其他实施例的麦克风的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

在本公开的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。

目前诸如智能音箱的智能语音设备所采用的基于MEMS的全向性麦克风产品所带来的问题在于：无法实现对扬声器音量的抑制，从而带来了语音识别能力较差的问题，降低了用户体验。这是由于音箱产品本身尺寸的限制，扬声器和麦克风离得很近。因此，扬声器传导麦克风的音量(有时被称为回声)会超过用户的语音达到麦克风的音量，这就使得麦克风不能很好地采集用户的控制语音信号，从而带来了使用这种麦克风的智能音箱产品的语音识别能力较差的问题。与此同时，在某些情况下，这种常规的MEMS麦克风可能会使扬声器的播放效果变差，影响到用户体验。

虽然目前有通过回声消除算法来试图解决上述问题的方案，但是回声消除算法的回声消除能力有限，只能消除一部分麦克风所传来的声音信号。并且有时还会出现误消除等问题。此外，回声消除算法会对处理器带来显著的算法压力，从而会影响到处理器在处理其他任务时的效率。从这一方面而言，也降低了用户体验。

目前还有一种解决方案是采用驻极体指向性麦克风来对来自特定方向(例如：扬声器方向)上的声音进行抑制。但是驻极体麦克风由于其自身原因而具有很多缺点和问题。例如驻极体麦克风由于其原理，所采用的振膜较大(一般在5mm以上)，导致麦克风本身的体积大。并且驻极体麦克风并不能采用表面贴装技术(SMT)焊接在电路板上，导致音箱产品的结构设计变得复杂。

此外，驻极体指向性麦克风对安装位置有很多要求，需要在麦克风的正面和背面都有足够的进声面积，导致对产品的外观限制较大。另外，麦克风本身信噪比、一致性、老化性能等指标都比不上基于MEMS的麦克风。

基于以上考虑，根据本公开的实施例提供了一种基于MEMS的指向性麦克风，以解决或者至少部分地解决上述传统麦克风的一些问题或者其他潜在问题。现在将参照图1至图2来描述一些示例实施例。

图1示出了根据本公开的实施例的麦克风100的示意图；并且图2示出了根据本公开的其他实施例的麦克风100的示意图。如图所示，该基于MEMS的麦克风100总体上包括壳体101、振膜102以及两个拾音孔(为了描述方便，后文中被称为主拾音孔103和副拾音孔104)。

应当注意的是，虽然附图中所示出的是具有单个的两个拾音孔，但是这只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。主拾音孔103和副拾音孔104可以采用任意适当的方式。例如，主拾音孔103和副拾音孔104可以是采用附图上所示出的单个孔的方式。在一些替代的实施例中，主拾音孔103和副拾音孔104也可以采用每个拾音孔是多个孔组成的一组孔的形式。这些均落在本公开的保护范围内。

基于MEMS的振膜102固定在壳体101中。在振膜102的两个面邻近的区域具有空腔结构。为了方便后文的描述，本文中的振膜的两个面在后文中分别被称为第一拾音面1021和第二拾音面1022。振膜102能够根据在第一拾音面1021和第二拾音面1022所作用的声压而产生电信号。

这里的电信号可以是基于声压所产生的电容信号，该电容信号在一些实施例中可以被进一步处理以生成表示所采集声音的音频电信号。例如，在一些实施例中，该麦克风100还可以包括专用集成电路(ASIC)，该ASIC通过适当的方式被耦合至振膜，从而基于振膜102所生成的电容信号来生成音频电信号供诸如处理器等的外部电路使用。

当然，应当理解的是，上述采用ASIC来基于振膜102上所生成的电容信号转换成音频电信号的实施例只是示例性的，并不旨在限制本公开的保护范围。任意其他适当的方式或者配置也是可能的。例如，在有些替代的实施例中，也可以通过处理器来直接处理由振膜所产生的电信号。

主拾音孔103和副拾音孔104分别被形成在壳体101上。其中主拾音孔103能够使得来自麦克风100外部的声波穿过壳体100的主拾音通道1031而以第一声压传递到第一拾音面1021上，如图1所示。副拾音孔104能够使得声波穿过壳体100的副拾音通道1041后以不同于第一声压的第二声压传递到第二拾音面1022上。

采用该结构的基于MEMS的麦克风100，能够使得在麦克风100不同方向的声源在第一拾音面1021和第二拾音面1022所产生的声压差不同。以此方式，实现了麦克风100对特定方向(例如扬声器方向)上的音量抑制。例如，在智能语音设备的设计中，可以将扬声器(未示出)配置在该基于MEMS的麦克风100的音量抑制效果最好的方向，从而在结构上实现优异的回声消除效果。

因此，采用该麦克风100的智能语音设备甚至可以不再需要额外的回声消除算法，这显著地降低了处理器的算法处理压力。一方面，这在处理量总体不变的情况下，可以采用运算能力较弱、成本相对较低的处理器，从而降低了智能语音设备的成本。另一方面，即使采用相同的处理器，对其他过程的处理能力也能够显著提高，这提高了用户体验。

此外，该麦克风100是基于MEMS的。一方面，基于MEMS的振膜不需要较大的面积，而且在麦克风的正面和背面并不需要像驻极体麦克风那样大的进声面积就能达到应有的效果。这使得采用该麦克风100的语音设备能够更加紧凑。这种逐渐追求小型化的当今是特别有利的。另一方面，该基于MEMS的麦克风100能够采用表面贴装技术(SMT)而被焊接在电路板上，与采用驻极体指向性麦克风产品相比，降低了结构设计难度，并因此使得智能语音设备的设计能够更加灵活。

在一些实施例中，第二声压小于第一声压。也就是说，声波是以小于第一声压的第二声压传递到第二拾音面1022上。这可以通过本领域中任意适当的方式来实现。例如，在一些实施例中，在副拾音通道1041中，可以配置有阻尼结构105，如图2所示。来自外部的声波经过阻尼结构105减压后而以小于第一声压的第二声压传递到第二拾音面1022上。这种配置方式能够使得进一步增大不同方向上的声源的声波在第一拾音面1021和第二拾音面1022上的声压差。以此方式，该麦克风100对特定方向上的音量抑制效果更加明显。

阻尼结构105可以采用任意适当的方式来实现，只要声波通过它后声压降低即可。例如，在一些实施例中，阻尼结构105可以包括至少一层减压膜或者具有微孔结构。当然，应当理解的是，上述关于在副拾音通道1041中设置阻尼结构105的方式只是示例性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的能够降低声压的配置或者结构都是可能的。

在一些替代的实施例中，传递到第二拾音面1022的声波的声压也可以通过将副拾音孔104的开口面积设置为小于主拾音孔103的开口面积的方式来实现。也就是说，副拾音孔104可以被设置为比主拾音孔103小一些来达到降低传递到第二拾音面1022的声波的声压的方式。

例如，在一些实施例中，主拾音孔103和副拾音孔104可以是圆形孔。在这种情况下，将副拾音孔104的孔径设置为小于主拾音孔103的孔径，由此来达到将声波以小于第一声压的第二声压传递到第二拾音面1022上的效果。

当然，应当理解的是，主拾音孔103和副拾音孔104可以采用任意适当的形状或者结构，并且上述效果也可以通过对主拾音通道1031和副拾音通道1041的结构或形状(例如开口形状)设计来实现。通过合理地设置主拾音通道1031和副拾音通道1041的结构或形状，使得穿过副拾音通道1041的声波以不同于第一声压的第二声压传递到第二拾音面1022上，由此来达到对特定方向上的音量抑制的效果。

为了防止主拾音通道1031和副拾音通道1041之间的声波相互干扰，在一些实施例中，麦克风100还可以包括配置在主拾音通道1031和副拾音通道1041之间的隔音体106。也就是说，隔音体106被形成为主拾音通道1031和副拾音通道1041的壁或者支撑结构。这种配置能够进一步提高麦克风100的拾音的指向性。

在一些实施例中，麦克风100的壳体101的壁可以包括基板1012和封装盖1013，如图1和图2所示。也就是说，壳体101是由基板1012和封装盖1013封装而成。这使得麦克风100能够形成模块化产品，能够更加便利地应用于所需的产品上。在一些实施例中，主拾音孔103和副拾音孔104可以被配置在壳体101的相同的壁的不同位置处或者不同的壁上。

例如，在一些实施例中，封装盖1013可以具有基本柱形的结构，并且主拾音孔103和副拾音孔104可以被配置在封装盖1013的端面上，如图1和图2所示。当然，应当理解的是，本公开并不对封装盖1013的形状进行任何限制，封装盖1013可以具有任意适当的形状。例如，在一些替代的实施例中，封装盖1013也可以具有半球形等形状，而主拾音孔103和副拾音孔104被配置在封装盖1013的不同位置处。

在一些实施例中，主拾音孔103和副拾音孔104也可以分别被配置在封装盖1013和基板1012上。此外，在一些实施例中，为了便于麦克风100能够便利地(例如通过SMT的方式)焊接在电路板上，在壳体101上可以包括用于将麦克风100耦合到电路板上的外部电路的电触点。电触点被耦合至专用集成电路而将前面所提到的麦克风100输出的音频电信号传导至外部电路以供外部电路进一步处理。此外，电触点可以被配置在壳体101上的任意适当位置以使得应用该麦克风100的产品设计更加灵活。

当然，应当理解的是，专用集成电路也可以被配置在麦克风100的外部。在这种情况下，电触点可以耦合至振膜102，并且专用集成电路经由该电触点而被耦合至振膜102。以此方式，可以使得该麦克风100乃至使用该麦克风100的产品的设计更加多元化。

根据本公开的实施例的另一方面，还提供了一种智能语音设备，其采用了如上面所述的麦克风100。这里的智能语音设备可以是智能音箱、智能带屏音箱或者智能电视等。通过使用该麦克风100，使得该智能语音设备语音识别能力更强、结构更加紧凑并且设计方式更加丰富，从而提高了用户体验。

应该理解的是，本公开的以上详细实施例仅仅是为了举例说明或解释本公开的原理，而不是限制本公开。因此，凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代以及改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。同时，本公开所附的权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界的等同替代的范围和边界的所有变化和修改。

Claims (12)

1.一种麦克风(100)，包括：

壳体(101)；

振膜(102)，固定在所述壳体(101)中，并且包括彼此相对的第一拾音面(1021)和第二拾音面(1022)，所述振膜(102)配置为根据作用在所述第一拾音面(1021)和所述第二拾音面(1022)上的声压而输出电信号；

主拾音孔(103)，形成在所述壳体(101)上，并配置为使来自所述壳体(101)外部的声波穿过主拾音通道(1031)而以第一声压传递到所述第一拾音面(1021)上；以及

副拾音孔(104)，形成在所述壳体(101)上，并配置为使所述声波穿过副拾音通道(1041)而以不同于所述第一声压的第二声压传递到所述第二拾音面(1022)上。

2.根据权利要求1所述的麦克风(100)，其中所述声波以小于所述第一声压的所述第二声压传递到所述第二拾音面(1022)上。

3.根据权利要求2所述的麦克风(100)，还包括阻尼结构(105)，配置在所述副拾音通道(1041)中，其中所述副拾音通道(1041)内的所述声波经由所述阻尼结构(105)减压后而以所述第二声压传递到所述第二拾音面(1022)上。

4.根据权利要求3所述的麦克风(100)，其中所述阻尼结构(105)包括至少一层减压膜或者微孔结构。

5.根据权利要求2所述的麦克风(100)，其中所述副拾音孔(104)的开口面积小于所述主拾音孔(103)的开口面积。

6.根据权利要求5所述的麦克风(100)，其中所述副拾音孔(104)和所述主拾音孔(103)为圆形孔，并且所述副拾音孔(104)的孔径小于所述主拾音孔(103)的孔径。

7.根据权利要求1所述的麦克风(100)，还包括隔音体(106)，配置在所述主拾音通道(1031)和所述副拾音通道(1041)之间以防止所述主拾音通道(1031)和所述副拾音通道(1041)内的所述声波相互干扰。

8.根据权利要求1所述的麦克风(100)，所述主拾音孔(103)和所述副拾音孔(104)配置在所述壳体(101)的相同的壁的不同位置处或者配置在所述壳体(101)的不同的壁上。

9.根据权利要求1所述的麦克风(100)，还包括专用集成电路(ASIC)，耦合至所述振膜(102)，并适于基于所述电信号而生成表示所拾取的声音的音频电信号。

10.根据权利要求9所述的麦克风(100)，还包括被形成在所述壳体(101)上的电触点以用于将所述麦克风(100)耦合至外部电路，

其中所述电触点耦合至所述专用集成电路以将所述音频电信号传导至所述外部电路。

11.根据权利要求1所述的麦克风(100)，所述壳体(101)包括基板(1012)和封装盖(1013)，所述主拾音孔(103)和所述副拾音孔(104)形成在所述封装盖(1013)上。

12.一种智能语音设备，包括根据权利要求1-11任一项所述的麦克风(100)。