MEMS麥克風的聲學設計

　　密封圈材質對頻響的影響

　　到此為止所做的全部仿真實驗都是集中在聲音路徑形狀對頻響的影響，并在所有路徑表面應用了聲音硬邊界條件。下面的仿真實驗討論密封圈聲阻抗對頻響的影響。如圖9所示，本實驗對聲孔(黃)、傳感器腔體(粉)和傳感器振膜(綠)的表面應用適合的聲阻抗，而藍色表面的聲阻抗是變化的。某一種材質的聲阻抗是指該材質的密度與穿過該材質的聲速的乘積(Z =ρ。c)。密封圈通常由橡膠或其它彈性材料制成，而典型的產品外殼材質通常是塑料、鋁或鋼。

　　圖9–聲音路徑表面

　　圖10–密封圈材質對諧振峰值振幅的影響

　　因為諧振頻率是由聲音路徑的形狀決定的，雖然改變密封圈的聲阻抗不會影響諧振頻率，但是會影響諧振Q值。盡管聲音路徑保持連續諧振，但是質地更柔軟的密封圈可減弱諧振，降低其在諧振頻率附近的影響。與采用聲音硬邊界條件的實驗結果相比，采用鐵表面材料的聲孔大幅降低了頻響振幅峰值，這表明，使用聲音硬邊界條件得出的測試結果的嚴峻性不切實際。

　　案例分析–分析平板電腦下聲孔麥克的整個聲音路徑

　　圖11所示是一個平板電腦的下聲孔麥克的聲音路徑。在這個示例中，下聲孔麥克裝于印刷電路板上，印刷電路板與產品外殼之間插入一個氣密性軟橡膠密封圈。

　　圖11–平板麥克的聲音路徑設計和聲腔3D模型

　　本仿真實驗對聲音路徑所有組件都設定了適合的聲學特性。圖11(b)所示是11(a)結構的聲音路徑3D模型。本仿真實驗所有材質在消費電子產品中都較為常用：FR4印刷電路板、軟橡膠密封圈、鋁制機身。

　　圖12–平板麥克聲音路徑仿真結果

　　圖12(a)所示是諧振峰值頻率大約21.6 kHz的聲音路徑的頻響曲線，圖12(b)所示是在21.6 kHz諧振頻率下氣壓在聲音路徑內的分布情況。在該諧振頻率下，MEMS振膜承受的氣壓最大。

　　結論

　　下面的指導原則有助于麥克風聲音路徑的頻響優化。

　　●聲音路徑盡量最短、最寬。將聲音路徑外部入口加寬有助于改進頻響，而將聲音路徑的麥克風端加寬，則會降低頻響性能。

　　●設法不讓聲音路徑內存在任何空腔。假如無法避免，則盡量讓空腔遠離麥克風聲孔。

　　●聲音路徑彎曲似乎對頻響影響不大。

　　●質地柔軟的密封圈材料可弱化諧振，提高頻響性能。