基于迷你阵列麦克风技术的手持通信产品设计

文章摘要：手持产品结构的空间限制越来越多，扬声器越来越小，要求的声音越来越大，抑制各种各样的噪声和回声（视频免提通话时的线性、非线性回声），在噪声环境下实现清晰的语音通信，是一个面临解决的问题。美国富迪科技（ForteMedia）公司推出的FM2010芯片是基于迷你阵列麦克风（SAM）专利技术的，采用空间滤波技术、远/近距离定向拾取声音信号、抑制声学噪声、消除声学回声的低功耗低成本的单芯片。本文将介绍迷你阵列麦克风技术在手持通信产品中的设计要点、FM2010芯片主要功能，及其在GSM手机中的典型应用。图1是手持模式的抗噪声示意图；图2是免提模式的抗噪声示意图。图1 SAM手持模式的抗噪声示意图图2 SA

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手持产品结构的空间限制越来越多，扬声器越来越小，要求的声音越来越大，抑制各种各样的噪声和回声（视频免提通话时的线性、非线性回声），在噪声环境下实现清晰的语音通信，是一个面临解决的问题。

美国富迪科技（ForteMedia）公司推出的FM2010芯片是基于迷你阵列麦克风（SAM）专利技术的，采用空间滤波技术、远/近距离定向拾取声音信号、抑制声学噪声、消除声学回声的低功耗低成本的单芯片。本文将介绍迷你阵列麦克风技术在手持通信产品中的设计要点、FM2010芯片主要功能，及其在GSM手机中的典型应用。图1是手持模式的抗噪声示意图；图2是免提模式的抗噪声示意图。

图1 SAM手持模式的抗噪声示意图

图2 SAM免提模式的抗噪声示意图

迷你阵列麦克风技术设计要点

SAM技术可以采用Uni-MIC（主麦克风）和Omni-MIC（参考麦克风）两个麦克风组成迷你阵列麦克风，采用背对背摆放或者边对边摆放，如图3所示。利用两种麦克风物理特性的差异，通过FM2010芯片处理以后，形成锥形的拾音束，形成空间的滤波器，用以抑制非稳态噪声。麦克风的特性、结构设计和FM2010的参数调整决定了锥形拾音束的方向、角度和抑制非稳态噪声的效果。

图3 麦克风的摆放

1 麦克风的选择

建议使用4mm的Uni、Omni麦克风。Uni-MIC的灵敏度为-40dB     ±3dB；频谱在300Hz跌落小于8.5dB，3.4kHz提升小于3.5dB；指向性为心形，方向性0°和90°灵敏度差别大于4dB，0°和180°灵敏度差别大于10dB。Omni-MIC的灵敏度为-40dB±1.5dB；频谱在300Hz～3.4kHz平坦。推荐使用山东潍坊怡力达（IEA）的Uni麦克风B4015UL403和Omni麦克风B4015AL-398。

2 结构设计

结构设计的关键问题在于Uni麦克风的特性保持、锥形拾音束的方向，如果有免提通话功能，还需要更多考虑喇叭、麦克风减振和麦克风气密性问题。锥形的拾音束的方向决定了抑制非稳态噪声的方向，所以应该保证有用信号在拾音束内，否则会被当作噪声而被抑制。因此在产品外形设计时，应该充分考虑Uni麦克风的方向。结构设计应该保证Uni麦克风在装入麦克风套筒和整个机壳以后，0°和180°灵敏度差别大于6dB，灵敏度和频率特性基本不变。麦克风减振可以减小非线性回声，气密性可以减小线性回声，提高系统的信号回声比。

3 经过FM2010处理后的信号

迷你阵列麦克风拾取的信号和经过FM2010处理以后输出的信号比较如图4所示。声源距离迷你阵列麦克风0.3m，声强为83dB（SPL）。测试信号分别为Uni麦克风0°和180°、Omni麦克风0°和180°、线路输出（Lout）迷你阵列麦克风0°和180°拾取的信号经过FM2010处理以后输出的信号。从图4中可以看出，同样大小的信号，在拾音束内（0°）和拾音束外（180°）最终输出的信号可以相差20dB。也就是说，只要非稳态噪声在拾音束外，相对于有用信号，将被抑制20dB。锥形的拾音束有效作用范围为2m。SAM锥形的拾音束的角度取决于Uni麦克风的指向特性和FM2010的参数调整，图5为实际测试SAM的锥形的拾音束方向图。

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