骨振動(dòng)傳感器在TWS耳機(jī)中的應(yīng)用

TWS耳機(jī)

TWS（True Wireless Stereo）真無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)與傳統(tǒng)耳機(jī)相比，具有極高的便攜性。隨著主動(dòng)降噪、空間音頻等新功能的加入，TWS耳機(jī)的功能性更加豐富，使用體驗(yàn)得到不斷提升，更加促進(jìn)TWS耳機(jī)的快速普及。

日常生活中，語(yǔ)音通話的應(yīng)用場(chǎng)景比較復(fù)雜，比如在地鐵上、辦公室里、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所，對(duì)通話效果有很高的要求，在上行通話中，環(huán)境噪音的消除成為剛性需求。如何能夠更進(jìn)一步提升TWS耳機(jī)的通話降噪效果，從而凸顯產(chǎn)品的差異性，提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，成為眾多廠商布局產(chǎn)品的重點(diǎn)方向之一。

骨振動(dòng)傳感器的檢測(cè)原理

人在說(shuō)話時(shí)，聲帶產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，有兩種方式進(jìn)行傳播：一種是通過(guò)空氣介質(zhì)向外傳播，另一種方式是通過(guò)人的顱腦骨骼、肌肉向外傳播，引起耳廓的振動(dòng)。骨振動(dòng)傳感器就是利用后者的傳播方式，檢測(cè)耳廓的振動(dòng)信號(hào)，拾取佩戴者的語(yǔ)音信息。骨振動(dòng)傳感器對(duì)于空氣中傳播的聲波信號(hào)不敏感，對(duì)空氣中傳播的聲音信號(hào)具有天然的抑制作用，因此，通話降噪算法更簡(jiǎn)單，更自然，噪聲抑制更有效，可以提供效果更佳的上行通話效果。

TWS耳機(jī)降噪方法的對(duì)比

市場(chǎng)上TWS耳機(jī)種類繁多，對(duì)于ENC（Environmental Noise Cancellation）降噪方面，根據(jù)不同的價(jià)格及性能定位，有單麥克風(fēng)、雙麥克風(fēng)、三麥克風(fēng)以及骨振動(dòng)等多種產(chǎn)品形態(tài)。

單麥克風(fēng)方案價(jià)格有優(yōu)勢(shì)，主控芯片要求門(mén)檻更低，結(jié)構(gòu)不受限，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，識(shí)別濾除噪聲信號(hào)。不過(guò)單麥克風(fēng)方案降噪效果一般，對(duì)于復(fù)雜場(chǎng)景的噪聲識(shí)別及壓制不是很明顯。雙麥克風(fēng)可適配多種形態(tài)，在大多數(shù)高噪場(chǎng)景下有比較好的體驗(yàn)，性價(jià)比高，是目前ENC降噪的主流方案。

雙麥ENC降噪，利用有一定間距的兩顆麥克風(fēng)，這樣才可以識(shí)別不同方向的聲音信號(hào)，兩顆麥克風(fēng)的最小間距一般要求10mm。算法上用相對(duì)成熟的beam forming算法，波形指向配戴者說(shuō)話的音源，在音源方向增強(qiáng)信號(hào)靈敏度，在其它方向壓制信號(hào)靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)噪聲的消除。

三麥ENC降噪一般復(fù)用ANC主動(dòng)降噪反饋麥克風(fēng)（Feedback Microphone，F(xiàn)B），F(xiàn)B麥克風(fēng)用于檢測(cè)聲帶通過(guò)耳蝸傳遞到耳機(jī)的聲音信號(hào)，另外由于FB麥克風(fēng)深處耳道內(nèi)部，主動(dòng)降噪耳機(jī)大部分為入耳佩戴方式，耳機(jī)的橡膠套有比較好的密封效果，可以隔離外界環(huán)境噪音。三麥ENC降噪，可適用于大多數(shù)場(chǎng)景，抗風(fēng)噪能力佳，但是算法復(fù)雜，價(jià)格相對(duì)高。

麥克風(fēng)與骨振動(dòng)相結(jié)合，抗環(huán)境人聲干擾性能更佳，通話者人聲失真度小。風(fēng)噪是大部分耳機(jī)的一個(gè)痛點(diǎn)，當(dāng)風(fēng)速大于5m/s時(shí)，麥克風(fēng)會(huì)出現(xiàn)飽和失真，此時(shí)麥克風(fēng)喪失捕捉語(yǔ)音信號(hào)的能力，骨振動(dòng)傳感器對(duì)空氣波動(dòng)不響應(yīng)，所以即使在大風(fēng)速情況下，依然能準(zhǔn)確捕捉到語(yǔ)音信號(hào)。另外對(duì)于豆式耳機(jī)，由于空間緊湊，體積小，兩顆麥克風(fēng)很難拉開(kāi)距離，所以這種情況下雙麥ENC降噪效果欠佳。一顆通話麥克風(fēng)加一顆骨振動(dòng)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)比較好的通話效果，抗風(fēng)噪能力強(qiáng)，噪聲抑制效果佳，算法上也無(wú)需復(fù)雜的波束成形，簡(jiǎn)單的語(yǔ)音算法就可以實(shí)現(xiàn)，方案的整體性價(jià)比高，為越來(lái)越多的耳機(jī)廠家所采用。

骨振動(dòng)傳感器的器件設(shè)計(jì)

基于MEMS（Micro-Electronic-Mechanical-System）微加工技術(shù)，在硅襯底上加工形成微米級(jí)尺寸的彈性梁結(jié)構(gòu)以及一定重量的質(zhì)量塊，構(gòu)成振動(dòng)敏感的力學(xué)結(jié)構(gòu)。質(zhì)量塊上的電容極板與襯底上的電容極板構(gòu)成梳齒形可動(dòng)電容，當(dāng)有振動(dòng)施加到器件上時(shí)，質(zhì)量塊產(chǎn)生振動(dòng)，帶動(dòng)電容梳齒產(chǎn)生振動(dòng)，電容兩極板之間間距變化，因此電容產(chǎn)生變化。

器件內(nèi)部的ASIC（Application Specific Integrated Circuit）將微弱的電容信號(hào)提取、轉(zhuǎn)換以及放大，將振動(dòng)信號(hào)以電壓的形式輸出，與傳統(tǒng)硅麥的輸出信號(hào)相似，便于藍(lán)牙主控進(jìn)行信號(hào)處理。

采用Metal-Lid LGA的封裝，整體外觀呈現(xiàn)為PCB基板與金屬殼組合形式。PCB基板位于底部，基板正面及背面分布有各路信號(hào)走線，背面設(shè)有引出電極。基板四周分布有劃錫溝道，使頂部金屬殼通過(guò)焊錫與基板連接，以實(shí)現(xiàn)完整電磁信號(hào)屏蔽。LGA內(nèi)部主要由MEMS芯片與ASIC芯片組成。MEMS芯片貼裝于PCB基板，ASIC芯片貼裝于MEMS芯片上，構(gòu)成上下堆疊的形式，使結(jié)構(gòu)更緊湊，空間利用率更高。MEMS芯片與ASIC芯片、ASIC芯片與PCB基板之間，均通過(guò)Wire-Bonding的方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)互聯(lián)。2.7x1.8x1.1的封裝尺寸，小巧緊湊，與標(biāo)準(zhǔn)麥克風(fēng)尺寸兼容。

器件的靈敏度為-26dBV/g @1kHz，信噪比為55dB，諧振頻率為4kHz。一般而言，語(yǔ)音信號(hào)的帶寬為1kHz左右，因此器件頻率響應(yīng)在1.5kHz以內(nèi)平坦，更便于算法處理。

審核編輯 ：李倩