基于麦克风技术的通信产品设计

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。

　　图4 SAM的锥形拾音束抑制噪声效果

　　图5 SAM的锥形拾音束方向图声效果

　　FM2010在GSM手机中的应用

　　FM2010采用低功耗小尺寸设计，功耗不到25mW，片内集成DSP、CODEC、ROM和RAM，适合移动手持设备应用。

　　以TI的手机平台为例，如图6所示，FM2010和模拟基带处理器主要接口有4个：RECEIVER回声消除的参考信号(HS REF)、免提喇叭回声消除的参考信号(HF REF)、阵列麦克风电源及控制(MIC PWR)、阵列麦克风信号经FM2010处理后的输出信号(LOUT)。FM2010和数字基带处理器主要接口有6个：时钟信号(13MHz)、SHI接口选择控制(SHI_S)、SHI接口(SHI)、直通模式选择控制(IRQ_ANA)、复位控制(RESET)和省电控制(PWD)。

图6 FM2010在TI手机平台的应用框图