MEMS麥克風(fēng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)

　　密封圈材質(zhì)對(duì)頻響的影響

　　到此為止所做的全部仿真實(shí)驗(yàn)都是集中在聲音路徑形狀對(duì)頻響的影響，并在所有路徑表面應(yīng)用了聲音硬邊界條件。下面的仿真實(shí)驗(yàn)討論密封圈聲阻抗對(duì)頻響的影響。如圖9所示，本實(shí)驗(yàn)對(duì)聲孔(黃)、傳感器腔體(粉)和傳感器振膜(綠)的表面應(yīng)用適合的聲阻抗，而藍(lán)色表面的聲阻抗是變化的。某一種材質(zhì)的聲阻抗是指該材質(zhì)的密度與穿過(guò)該材質(zhì)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(chǎn)品外殼材質(zhì)通常是塑料、鋁或鋼。

　　圖9–聲音路徑表面

　　圖10–密封圈材質(zhì)對(duì)諧振峰值振幅的影響

　　因?yàn)橹C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(huì)影響諧振頻率，但是會(huì)影響諧振Q值。盡管聲音路徑保持連續(xù)諧振，但是質(zhì)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(cè)試結(jié)果的嚴(yán)峻性不切實(shí)際。

　　案例分析–分析平板電腦下聲孔麥克的整個(gè)聲音路徑

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

　　圖11–平板麥克的聲音路徑設(shè)計(jì)和聲腔3D模型

　　本仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)聲音路徑所有組件都設(shè)定了適合的聲學(xué)特性。圖11(b)所示是11(a)結(jié)構(gòu)的聲音路徑3D模型。本仿真實(shí)驗(yàn)所有材質(zhì)在消費(fèi)電子產(chǎn)品中都較為常用：FR4印刷電路板、軟橡膠密封圈、鋁制機(jī)身。

　　圖12–平板麥克聲音路徑仿真結(jié)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(nèi)的分布情況。在該諧振頻率下，MEMS振膜承受的氣壓最大。

　　結(jié)論

　　下面的指導(dǎo)原則有助于麥克風(fēng)聲音路徑的頻響優(yōu)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(jìn)頻響，而將聲音路徑的麥克風(fēng)端加寬，則會(huì)降低頻響性能。

　　●設(shè)法不讓聲音路徑內(nèi)存在任何空腔。假如無(wú)法避免，則盡量讓空腔遠(yuǎn)離麥克風(fēng)聲孔。

　　●聲音路徑彎曲似乎對(duì)頻響影響不大。

　　●質(zhì)地柔軟的密封圈材料可弱化諧振，提高頻響性能。