聲學是我們大多數人經常認為理所當然的科學之一，不是因為我們忽視了聲音在日常生活中的重要性，而是因為我們低估了它在語音、音樂和環(huán)境指標之外的可能性。超聲波、聲納和噪音消除只是利用聲波超越普通音頻感知能力的幾個應用程序。

我們中有多少人低估聲音的一個典型例子現(xiàn)在可能就在你的口袋里。如今，智能手機包括 MEMS 麥克風陣列，這些麥克風不僅用于在通話期間捕獲和放大語音，還用于消除環(huán)境噪聲并使用波束成形技術實現(xiàn)遠場音頻縮放。提供這些功能需要具有通常達到或超過 64 dB 的信噪比 （SNR） 的高質量麥克風，因為即使是最復雜的音頻處理算法也會受到麥克風捕獲聲音的能力的限制。結合智能手機領域的大量需求（每年出貨數十億個 MEMS 麥克風），對優(yōu)質麥克風的需求導致 MEMS 市場出現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象，其中大部分增長和生產都發(fā)生在高端。

為什么麥克風很重要

此時您可能會問：“Brandon，您為什么要在 IoT 專欄中談論智能手機麥克風？” 原因是，盡管語音識別技術仍有很多不足之處，但語音將繼續(xù)增長為物聯(lián)網的首選用戶界面之一。盡管 Siri、“Ok Google”和 Dragon（相信我，我?guī)缀鯂L試了所有方法來轉錄采訪）的成功率低得令人沮喪，但在許多情況下，口頭互動只是最輕松的交流方式，尤其是當日常物品變得啟用互聯(lián)網。想想智能家居中的可能性，它允許您口頭控制電視、恒溫器和燈（請參閱 Amazon Echo），然后進一步思考未來，可以在車輛中利用麥克風來記錄和傳輸已知與問題或故障相關的發(fā)動機噪音，或者在各種其他場景中進行身份管理。

幸運的是，智能手機市場推動質量更好的麥克風這一奇怪事實應該會促進前面提到的一些高級應用所需的性能提升，但 MEMS 麥克風的其他領域也有增長空間，尤其是可靠性。正如我們中的許多人在日常使用智能手機助手時所經歷的那樣，他們配備的麥克風極易受到水、灰塵和其他環(huán)境微粒的影響，一旦損壞，它們幾乎沒有希望再次以可接受的水平運行。這在一定程度上與當今大多數 MEMS 麥克風基于電容式、兩板式架構（包括隔膜和背板）這一事實有關（圖 1a）。

然而，密歇根大學的一家初創(chuàng)公司 Vesper 的一種壓電 MEMS 麥克風，該麥克風依賴于四個三角形懸臂梁（圖 1b）。這樣做的好處是雙重的。首先，所使用的壓電材料將聲能直接轉換為電壓，這有助于提供更高質量的信號（典型 SNR 為 68 dB）。此外，因為懸臂梁的使用消除了顆?；驓埩粑锟赡鼙焕ё〉臍庀?。根據 Vesper 首席執(zhí)行官 Matt Crowley 的說法，其結果是防水、防震、防塵和防顆粒設計。他們的部件 VM101 還與電容式 MEMS 產品引腳兼容，有助于簡化技術轉換并縮短設計周期（圖 2）。

圖 1a 和 1b：電容式 MEMS 麥克風包含一個氣隙，水和碎屑會在其中滯留并限制性能，而 Vesper 的壓電 MEMS 麥克風采用懸臂式設計，使其防水、防震、防塵和防顆粒。

在物聯(lián)網的狂野中，可靠性和成本是大多數硬件的前兆。鑒于生命周期長，設計人員必須能夠依賴系統(tǒng)組件數年或數十年，并且為了達到預計的連接設備數量，高級硅的價格點必須與大批量市場的價格點保持一致。這些是物聯(lián)網應用推動者的先驅。壓電 MEMS 麥克風正走在正確的軌道上。

審核編輯：郭婷