麥克風的案例
多物理場仿真助力精確評估并優化麥克風與換能器設計
為了減少錯誤結果，人們針對麥克風和振動換能器等設備制定了專門的標準，規定了誤差允許范圍。除了符合標準，優秀的測量工具還能保證設備的誤差范圍始終保持一致。為了制造高質量設備，來自英國 Brüel＆Kj?r 公司的研究團隊使用多物理場仿真對麥克風和換能器設計進行了建模。
聲學與振動測量的領導者：Brüel & Kj?r 公司
Brüel & Kj?r 是聲學與振動測量行業的領導者，領先行業長達 40 余年，服務對象包括空客、美國國家航空航天局、法拉利等知名客戶。他們向市場推出了工作標準麥克風及針對具體應用的定制麥克風等，覆蓋從次聲到超聲波等頻率范圍。針對每款應用和各個頻段，總有多種因素會影響麥克風設計的性能。
4134 型麥克風，膜片上方覆蓋了網格保護層。
當聲音進入麥克風后，聲壓波可使膜片振動，振動隨即轉換為聲音分貝。這個過程意味著麥克風的建模需要同時考慮到緊密耦合裝置中的力學、電氣和聲學現象——只有借助多物理場仿真工具才能實現。為了判斷麥克風的設計是否具有良好的一致性和可靠性，Brüel & Kj?r 在設備精度測試、新設計驗證階段采用了 COMSOL Multiphysics? 軟件。
使用多物理場仿真評估麥克風設計
如下圖所示，Brüel & Kj?r 推出的 4134 型電容式麥克風是開發電容式麥克風時常用的原型。電容式麥克風建模涉及到對膜片運動、膜變形、共振頻率以及粘滯與熱聲損耗進行模擬。由于麥克風尺寸小，縱橫比大，因此熱損耗和粘滯損耗會大大影響其性能。綜合上述因素，一個準確的模型必須包含大量細節。
4134 型麥克風的幾何模型顯示了簡化的扇形幾何中的網格。
為了保持精確度，同時縮短計算時間，研究人員在計算熱應力和共振頻率時利用了模型的對稱性。聲壓仿真可以采用相似的方法，但前提是聲音沿膜片法向入射。
展開 案例53-MEMS麥克風的聲學分析
該示例問題演示了如何分析硅微加工麥克風的響應
使用聲學單元和靜電結構耦合場單元。
重點介紹了以下特性和功能：
• 三維聲學單元
• 聲學單元變形
• 三維靜電結構單元
• 線性擾動
介紹
大多數數字設備，如手機和平板電腦，都包括一個甚至幾個麥克風。微機電系統（MEMS）技術由于其微型尺寸（毫米），對于設計這些產品非常有用。
MEMS麥克風遵循電容原理。它由兩個硅基電極組成，由一個薄氣隙隔開；一個電極是剛性的（稱為背板），另一個是在聲壓下偏轉的膜。氣隙充當電極之間的介電材料，電容隨電極之間的距離而變化。
本示例說明了如何分析電容式MEMS麥克風的響應。
問題描述
下圖顯示了MEMS麥克風的幾何結構：
麥克風由一個聲音端口組成，壓力波從該端口進入并到達膜。硅移動膜的直徑為0.6 mm，厚度為0.5μm，并且包含允許麥克風兩側壓力通風的孔。這個膜與剛性背板之間的氣隙為2.2μm（尺寸取自Czarny）。背板包含穿孔，這些穿孔在膜兩側和殼體空腔上的壓力分布中發揮作用，這也是聲學設計的一部分。
建模
結構的三維模型在ANSYS DesignModeler中創建，并用實體單元劃分網格。
結構體使用SOLID185單元。聲學空腔（聲端口、氣隙和殼體空腔）用FLUID30單元建模。氣隙用使用彈性空氣選項（KEYOPT（4）＝1）的SOLID226靜電結構單元（KEYOPT（1）＝1001）的一個單元層劃分網格。
材料和接觸屬性
結構材料屬性如下：
聲學材料屬性如下：
1. 根據低減縮頻率（LRF）近似，對于特定結構，考慮了粘性流體中的聲壓波與剛性壁之間的相互作用。
展開 可穿戴麥克風設計，具有錄音室品質的聲音，隨心所欲自由錄制！
智能手機攝像頭已逐年升級
但它們的麥克風仍差強人意
使清晰視頻但聲音不佳
改善聲音質量的唯一方法是升級到更好的麥克風
但這通常需要大量資金，技術知識
為了解決這個問題
設計了一款無線收聲麥克風
它就是——
Hooke Lav
夾在衣領上即可
用來拾取高質量音頻
無需電線，沒有脫落，也沒有麻煩
圓餅型的外觀
僅包含中間一個按鈕
用于打開、關閉設備，開始、結束錄制以及藍牙配對
具有8GB的內部存儲空間
只需單擊一個按鈕即可連接到任何設備
這款時尚的夾式磁帶可為您在錄音棚中
在野外隨身攜帶的錄音提供專業品質的錄音
它消除了風噪，切斷了電源線
而且由于其內部存儲
即使藍牙中斷了
它也能拾音
另外，在不使用10分鐘后
它會自動關閉以節省電池壽命。
通過藍牙 5.0 無線連接
這款時尚的麥克風可以連續錄制7個小時的電池壽命
并且充滿電所需的時間不到一個小時。
展開 creo 麥克風建模教程，K歌利器
麥克風建模最難部分在于網罩了。考慮到是編織網罩，下面我們用VSS來做。
麥克風完成圖：
1.設定工作目錄新建零件，草繪網罩外形曲線。
2.旋轉曲面，使用上一步的草繪線，增加一段直線
3.將第一步的曲線鏡像到對面，并復制鏈選擇逼近。
4.暫不需要的特征先將其隱藏，以免點錯。在復制線上做基準點，為后期的陣列做準備。
5.過基準點重合中心線 拉伸一個曲面。選擇雙側拉伸。
6.做一個45度的基準平面，將上步拉伸的曲面鏡像過去。
7.兩個平面與旋轉的圓柱面求出相交線。
8.選第一條相交曲線進行可變截面掃描。注意，法向箭頭切換到下一曲面，法向于圓柱面。
9.進入掃描截面，注意截面方向。
關系式：A=sd10
sd8=1.5*sin(trajpar*360*35+a)
10.掃描第二條相交線，關系式：sd5=1.5*sin(trajpar*360*35-a)
11.利用曲面邊掃描曲面。這里我使用曲面，考慮再生速度快以及后期渲染上色方便。
12.利用top平面將底下多余的修剪掉。
13.將以下這些特征組合到一起陣列。陣列選參數90和基準點比率，增量分別為180和0.025
陣列后效果如下：
14.網罩部分完成！接下來的就簡單了，留個大家發揮吧。
展開 
UG NX麥克風網罩建模
UG建模一個麥克風網罩模型，沒點技術還真做不出來，今天來學習一下這個思路，這不分分鐘搞定，但是注意就是建模有點卡，比較管道有點多！
建模過程：
1.首先草圖繪制一個圓
2.在側面草圖繪制這樣的網罩投影草圖
3.然后再創建一個基準面，繪制這樣的圓弧拱橋狀。
4.利用這個草圖做螺旋線的脊線，然后創建直徑為2的螺旋線。
基于測試車輛聲學警報系統仿真
所提方法和流程可分為以下幾個步驟：
生成數值結果，以進行測試決策
測試揚聲器以收集麥克風上的聲壓級
測試揚聲器以收集麥克風上的聲壓級
使用測試數據驗證數值模型
將揚聲器集成到整車車型上
生成數值數據以進行測試決策
整體流程如圖1所示。首先通過數值模型進行虛擬測試（pseudo test），通過揚聲器振膜激勵計算出麥克風上的聲壓響應。接下來，通過這些麥克風響應利用逆方法反推一個虛擬揚聲器表面的加速度場。再利用此加速度場進行自由場的聲壓計算，并對比此聲壓結果與前一步振膜激勵計算的聲壓結果以進行驗證。這個流程可以把復雜的揚聲器模型簡化為一個較為簡單的等效邊界表面加速度輸入。
圖1：所提出的流程圖
為了提取表面振動情況，使用 Actran 中的反向薄膜（inverse pellicular）分析。該技術可以基于多個麥克風的結果來識別揚聲器的振型。為確保識別振型的準確，麥克風的數量必須足以完全代表遠場中的聲場分布，特別是隨著頻率的增加，聲場空間會變得更加復雜。GM 以虛擬方式測試（pseudo test）了布置不同麥克風數量的情況，從最少布置38個麥克風到最多371 個麥克風（圖2）。
圖2：使用不同數量的麥克風產生的聲場
他們發現，盡管可以用76個麥克風表示1米處3kHz的輻射聲場，但實際測試的條件多變，這意味著需要進行穩健性研究。Yang 提到：“實際測試總是受到測量誤差的影響。我們在測量傳聲器位置以及每個傳聲器的聲壓測量（包括幅度和相位）時可能會出現誤差。因此，我們希望檢查這些錯誤是如何發生的，并為此在輸入數據中添加了人工擾動”。這可以通過仿真輕松完成。
評估對象包括三個影響因素：麥克風位置、聲壓幅度和聲壓相位。
展開 設計仿真 | 基于測試車輛聲學警報系統仿真
■ 所提方法和流程可分為5個步驟：
生成數值結果，以進行測試決策
測試揚聲器以收集麥克風上的聲壓級
測試揚聲器以收集麥克風上的聲壓級
使用測試數據驗證數值模型
將揚聲器集成到整車車型上
01生成數值數據以進行測試決策
整體流程如圖1所示。首先通過數值模型進行虛擬測試（pseudo test），通過揚聲器振膜激勵計算出麥克風上的聲壓響應。接下來，通過這些麥克風響應利用逆方法反推一個虛擬揚聲器表面的加速度場。再利用此加速度場進行自由場的聲壓計算，并對比此聲壓結果與前一步振膜激勵計算的聲壓結果以進行驗證。這個流程可以把復雜的揚聲器模型簡化為一個較為簡單的等效邊界表面加速度輸入。
圖1：所提出的流程圖
為了提取表面振動情況，使用 Actran 中的反向薄膜（inverse pellicular）分析。該技術可以基于多個麥克風的結果來識別揚聲器的振型。為確保識別振型的準確，麥克風的數量必須足以完全代表遠場中的聲場分布，特別是隨著頻率的增加，聲場空間會變得更加復雜。GM 以虛擬方式測試（pseudo test）了布置不同麥克風數量的情況，從最少布置38個麥克風到最多371 個麥克風（圖2）。
圖2：使用不同數量的麥克風產生的聲場
他們發現，盡管可以用76個麥克風表示1米處3kHz的輻射聲場，但實際測試的條件多變，這意味著需要進行穩健性研究。Yang 提到：“實際測試總是受到測量誤差的影響。我們在測量傳聲器位置以及每個傳聲器的聲壓測量（包括幅度和相位）時可能會出現誤差。因此，我們希望檢查這些錯誤是如何發生的，并為此在輸入數據中添加了人工擾動”。這可以通過仿真輕松完成。
評估對象包括三個影響因素：麥克風位置、聲壓幅度和聲壓相位。
展開 VK1640A SSOP28-LED數顯芯片點陣數顯驅動IC，適用于儀器儀表，麥克風，音響等LED產品
產品品牌：永嘉微電/VINKA
產品型號：VK1640A
封裝形式：SSOP28
概述
VK1640A是一種數碼管或點陣LED驅動控制專用芯片，內部集成有數據鎖存器、LED 驅動等電路。SEG腳接LED陽極，GRID腳接LED陰極，可支持8SEGx16GRID的點陣LED顯示。適用于小型LED顯示屏驅動。采用SSOP28的封裝形式。LJQ355
特點
? 工作電壓 3.0-5.5V
? 內置 RC振蕩器
? 8個SEG腳，16個GRID腳
? SEG腳只能接LED陽極，GRID腳只能接LED陰極
? 2線串行接口
? 8級整體亮度可調
? 內置顯示RAM為8x16位
? 內置上電復位電路
? 封裝 SSOP28(150mil) (9.9mm x 3.9mm PP=0.635mm)
內存映射的LED控制器及驅動器
VK16D32 3.0～5.5V 驅動點陣：96 共陰驅動：8段12位 共陽驅動：--- 通訊接口：SCL/SDA 靜態
電流/待機電流：＜1mA＜10μA 按鍵：--- 封裝：SSOP24 恒流驅動
VK16D33 3.0～5.5V 驅動點陣：128 共陰驅動：8段16位 共陽驅動：--- 通訊接口：SCL/SDA 靜態
電流/待機電流：＜1mA＜10μA 按鍵：--- 封裝：SOP28 恒流驅動
———————————————————————————————————————————————————
VK16K33A 3.0～5.5V 驅動點陣：128 共陰驅動：16段8位； 共陽驅動：8段16位 通訊接口：SCL/SDA
靜態電流/
展開 淺談 MATLAB 語音與聲學應用 附振動力學基礎與MATLAB應用下載
波束成形
從麥克風陣列得到的多通道音頻信號，需要依次完成回聲抵消，將音箱自己揚聲器播放出去的聲音抵消掉。
而后進行波束成形，估計說話人的空間方向，再針對說話人的方向進行波束成形，這樣就只有特定方向的語音進入系統；
接下來還要進行去混響、降噪、自動增益控制（AGC），
然后才是您覺得簡單的關鍵詞喚醒等等。
您可以看到關鍵詞識別、語音識別的深度學習僅僅是一小部分。
我們首先來聊聊這個麥克風陣列的波束成形。
因為，我們知道實際使用場景中，往往會有多個聲源。
比如客廳里的電視、空調、聊天的家人、吵鬧的小朋友，還有聲音在墻壁和玻璃發生反射的回波。
如果希望在這樣典型的使用環境中，正常使用語音喚醒和指令識別，就需要借助麥克風陣列進行聲源定位，也就是 DoA 估計（Direction of Arrival Estimate）。
而后對從麥克風陣列得到的多通道音頻，進行特定方向的波束成形，以盡量只對說話人方向的聲音進行拾音，而抑制其他方向聲音的干擾。
這里的麥克風陣列的設計和構成對聲源的分離至關重要。
MATLAB 的相控陣工具箱可以對麥克風陣列進行設計與仿真。
比如下圖，你可以方便的設計和仿真，這些常見的線陣、面陣，甚至于共形陣的麥克風陣列排布，也可以嘗試采用不同的麥克風陣元帶來的影響。
那么設計好麥克風陣列的基本設計后，我們還要涉及與之相對應的聲源定位和波束成形算法，并進行硬件在環的驗證……
是不是有點麻煩？
MATLAB 提供了一系列 DoA 估計和波束成形的算法模塊，如下視頻所示您可以快速在 MATLAB 內，設計和嘗試不同的 DoA 估計和波束成形的算法。
展開 自主設計的無線麥從設計到調試成功的過程
01
前言
無線麥克風，是無線麥克風系統的簡稱，通常也稱之為無線話筒，是一種傳輸聲音信號的音響器材，實質上是一種單向式無線通信系統，主要由發射部分和接收部分構成。下面講述自己設計的一個無線麥系統，從原理圖的設計，到PCB的設計，再到調試的過程。
02
無線麥克風原理圖和PCB的設計
首先，設計無線麥克風原理圖和PCB分兩部分，即發射部分和接收部分。
無線麥克風的發射部分：
無線麥克風的發射部分由電池供電，咪頭將聲音轉換為音頻電信號，再經過內部電路處理后，將包含音頻信息的無線電波發射到周圍的空間。原理圖和PCB的設計如下。
發射模塊原理圖的設計
發射模塊PCB的設計
無線麥克風的接收部分由接收天線接收到發射部分發出的無線電波，經過內部電路的處理以提取出音頻信號，并通過輸出信號線送到擴聲系統中，從而完成音頻信號的無線傳輸。原理圖和PCB的設計如下。
接收模塊原理圖的設計
接收模塊PCB的設計
03
PCB打樣和焊接
PCB設計完成后，安排PCB打樣，備料。PCB打樣回來后，自己手工焊接。
無線麥克風發射模塊PCB板
無線麥克風接收模塊PCB板
自己手工焊接好的PCB板
04
樣機測試
最后，調試好發射模塊和接收模塊，讓它正常工作。搭建好測試環境，音頻通信成功。支持USB聲卡，支持手機OTG，支持外放，主播神器。
展開 基于射線追蹤法進行軌道車輛通過噪聲的測量和聲學模型驗證
該模型由兩個車廂幾何結構，代表輪軌相互作用噪聲產生的16個復雜聲源，包括不同吸收表面的軌道幾何結構，代表轉向架區域內部的通過噪聲麥克風和虛擬麥克風的傳感器組成，如圖11所示。
圖11：用于通過噪聲評估的射線追蹤模型。
噪聲源估算
在測試軌道上分別以60km/h，80km/h，100km/h和120km/h的恒定速度行駛。如圖12所示，在轉向架區域記錄了聲壓級。兩個麥克風放在車輪前部，第三個麥克風放在中部。
圖12：轉向架聲源估計的實驗裝置。
對三個麥克風的聲壓水平求平均值，并使用火車的射線追蹤模型（圖13）對相應的緊湊型聲源（CAS）的聲功率級進行反算。
圖13：包括緊湊型聲源（CAS）的轉向架的射線追蹤模型。
圖14顯示了在麥克風1處測得的聲壓級與使用射線追蹤模型計算的模擬聲壓級之間的良好相關性，假設源與單極等效，則使用反跟蹤的緊湊型聲源。
圖14：窄帶（頂部）和三分之一倍頻程（底部）中麥克風1聲壓級的測試與仿真相關性。
通過噪聲一致性驗證
使用射線追蹤模型計算80km/h的通過噪聲水平，并使用持續時間為0.05s的信號與實驗數據進行比較。在圖15中，顯示了光線跟蹤模型，其中麥克風與綠色表示的測試數據相關。
圖15：通過噪聲聲線法模型。
圖16顯示了選定麥克風在音軌的三分之一倍頻程中的實驗數據與仿真之間的相關程度（在軌道的左側和右側）。
圖16：選定麥克風（M1-左和M2-右）的80km/h傳遞噪聲聲壓級。
結論
在本文中，提出了用于評估火車通過噪聲預測的射線追蹤模型中不同類型表面的吸聲系數的實驗項目。
展開 
"伸縮"的鼠標、耳機、麥克風！
帶自動卷回的卷線器就是在軸的里面加一根卷簧，當把線拉出來的時候，卷簧的彈力會使它趨向于卷回原位。
帶自動卷回+鎖位的卷線器，就是在軸上增加一個或多個端面鋸齒，外加一個彈簧卡子。正向轉動時，卡子會被鋸齒推開；反向轉動時，卡進齒槽里，實現限位。想要收回的時候，按下外殼上的開關（相當于手動將卡子撥開）。
科普 | 現代傳感器，是怎樣模擬人類5感的？
這些是系統能夠獲得用戶青睞的基礎，比如前文提到的警報系統，其覆蓋范圍有多廣，以及麥克風信噪比表現如何，都是影響這套警報系統具體實現的基礎。這里我們選擇英飛凌一些比較有代表性的傳感器談一談。
1.MEMS麥克風
在更早期的市場上，英飛凌主要為Goertek、AAC Technologies這樣的企業提供MEMS麥克風裸die，不過如今英飛凌自己開始涉足完整的MEMS麥克風產品，以高信噪比密封雙薄膜MEMS麥克風(high SNR sealed dual-membrane MEMS microphone)的形態存在，這可能與這部分市場的高速增長有關。
從統計機構的數據來看，英飛凌MEMS麥克風die的市場份額變化情況如上圖所示，目前其整體市場份額在37%左右。其應用場景涵蓋了語音識別、音頻錄制、語音通訊、主動降噪等。以TWS耳機如今的火熱便不難想見，MEMS麥克風市場有多火。這類產品在手機、平板、筆記本、可穿戴設備、智能家居中的廣泛應用自不必多說。
我們在英飛凌的一則宣傳視頻中看到，其MEMS麥克風應用場景，除了正常音量向智能音箱發出“播放音樂”這樣的指令;當屋內有人在睡覺，那么以很輕的耳語發出指令“關燈”，一樣可以讓智能家居做出響應。英飛凌在描述中提到，在小聲說話場景下，其“命中率”高出至多40%;另外遠距離識別場景，命中率高出至多25%——比如從廚房向起居室中的智能音箱發出指令。
展開 10張高清大圖！讀懂十大國產MEMS廠商技術路線
從技術上看，歌爾微電子近幾年的技術主要布局于傳感器、麥克風、壓電陶瓷、聲能轉換等細分技術領域，致力于提高MEMS麥克風信噪比、改善MEMS麥克風聲學性能、實現MEMS麥克風定位功能等。
二、瑞聲聲學科技（深圳）有限公司
瑞聲科技成立于1993年，在聲學、光學、觸感、傳感器及半導體、精密制造等領域擁有強大的綜合競爭力，致力于為智能設備提供領先的微型專有技術解決方案，在聲學、光學、觸覺反饋、精密制造、微機電、無線射頻和天線領域擁有材料研發、仿真、算法、設計、自動化以及工藝開發等尖端技術。
從技術上看，瑞聲科技近幾年的技術主要布局于電聲轉換、麥克風、發聲器件、揚聲器等細分技術領域，致力于提高麥克風靈敏度、提升發聲器件聲學性能、提高麥克風可靠性等。
三、河北美泰電子科技有限公司
美泰科技成立于2011年，隸屬于大型央企中國電科，致力于MEMS器件與系統的研發、生產和銷售。該公司擁有國際先進的6英寸MEMS工藝線和世界領先的產品測試標定設備，是國內最大的MEMS高端核心芯片、器件和系統產品供應商。旗下產品覆蓋MEMS慣性器件與系統、MEMS測試測量傳感器、汽車MEMS傳感器、射頻（RF）MEMS器件等。
從技術上看，美泰科技近幾年的技術主要布局于傳感器、氣體流量測量儀器、溫壓復合傳感器、壓力傳感器等細分技術領域，致力于致使標定時操作簡單高效、提高MEMS流量傳感器的穩定性和可靠性、增加MEMS流量傳感器厚度等。
四、美新半導體有限公司
美新半導體（MEMSIC）成立于1999年，是中國最早的IDM模式慣性傳感器供應商之一，于2007年在美國納斯達克上市，被譽為全球MEMS第一股。
展開 設計仿真 | Actran聲源識別方法連載（二）：薄膜模態表面振動識別
圖 6 近場噪聲測量：左圖為虛擬盒子；右圖為麥克風間距
然后，進行信號相位調整：由于測量組之間的相位差異，需在頻域中對每個麥克風的信號進行相位調整。
圖 7不同麥克風的空間相關性
在Actran中使用聲學有限元輻射模型和麥克風測點的實驗數據逆推薄膜模態參與因子，恢復HVAC單元表面的聲源分布。
圖 8 Actran中的聲學模型
圖 9 近場麥克風預測和實驗值對比
最后進行遠場結果的仿真分析。通過對比近場和遠場測量數據與仿真結果，驗證模型準確性，并構建指向性圖評估不同距離下的聲輻射特性。
圖 10 遠場麥克風預測和實驗值對比
圖 11 HVAC單元附近的聲場分布云圖
仿真結果顯示，對于近場點，重建的聲壓數值與實驗值匹配良好；對于遠場位置，特別是在后方、左側、頂部和右側方向上的整體趨勢也得到了良好的再現。
這種方法極大地減少了大規模測試設施的需求，使得在不方便執行測量的情況下預測HVAC單元在所有方向上的聲音成為可能，從而節省成本和時間。利用這種新方法，能夠基于獲取的等效聲源，帶入新的安裝環境，預測實際的噪聲分布，在虛擬環境中測試多種噪音控制解決方案，如吸聲墻或聲屏障。
更詳細的艾默生HVAC案例可查閱2019年Internoise《Hybrid Experimental - Numerical Method to Predict Far Field Noise of HVAC Unit.》文章，當時的聲源逆推過程還需要配合腳本實現。在Actran2023.2版本中，這套方法已經成為一個標準的EQUIVALENT_BC_ANALYSIS分析類型，使得這項技術的工程應用更加簡單。海克斯康工業軟件公眾號上的《基于測試車輛聲學警報系統仿真》文章也采用了這種技術。有興趣的讀者可以點擊查看。
展開 