Mems микрофон – Пьезоэлектрические MEMS-микрофоны значительно улучшат запись звука смартфонами

Содержание

Пьезоэлектрические MEMS-микрофоны значительно улучшат запись звука смартфонами

В рамках выставки MWC 2016 компании Infineon, AAC Technologies и стартап Vesper представили новое поколение микрофонов на основе микроэлектромеханических систем (MEMS) — пьезоэлектрические MEMS-микрофоны (в настоящее время распространены конденсаторные MEMS-микрофоны). Как водится, всё новое — это неоднократно проданное старое. Микрофоны на MEMS не являются чем-то новым. Главное их достоинство — это компактные размеры и возможность выпускать главные элементы микрофонов — MEMS-структуры — на полупроводниковых подложках подобно тому, как выпускаются традиционные микросхемы. Такие микрофоны в сборе представляют собой модули со сторонами два–три миллиметра. Это близкое к идеалу решение для установки в тонкие смартфоны. К сожалению, остаются потери в качестве записи звука, но более совершенные микрофоны попросту не поместятся в смартфон.

Пример MEMS-микрофона отдельно и в сборе (ADI)

Между тем новые модели мобильных устройств — смартфонов и планшетов — могут похвастаться прорывом в качестве записи видео, которое достигает разрешения 4K. Для полноты «картинки» микрофонам надо догонять в качестве записи. Новые микрофоны на матрицах MEMS с использованием в качестве фиксирующего звуковые волны элемента на базе пьезоэлектрика обещают наилучшее в индустрии соотношение сигнал/шум — на уровне 66 дБ, а также способность вести запись без искажений звука на уровне 135 дБ. Это выше болевого порога для человека, который установлен на отметке 130 дБ.

Пьезоэлектрические микрофоны тоже нельзя считать современным изобретением. Этому принципу записи много лет. Тем не менее в сочетании с матрицами MEMS — это прогрессивное решение. К другим несомненным достоинствам нового решения относится высокий уровень защиты от загрязнения и влаги. На стенде Vesper можно было увидеть пьезоэлектрический MEMS-микрофон, который не терял работоспособность даже при погружении в воду. Это тем более важно, так как вторая по числу негарантийных случаев поломка у смартфонов — это отказ микрофонов по причине загрязнения. Современные MEMS-микрофоны с конденсаторным элементом также подвержены этой напасти и требуют специальных мер для защиты.

Работа пьезоэлектрического MEMS-микрофона в ёмкости с водой (Vesper)

Наконец, особенности разработанной конструкции пьезоэлектрического MEMS-микрофона Vesper и компании Infineon позволяют с высокой точностью вести направленную запись. Это достигает как за счёт качеств самого микрофона, так и благодаря организации массива микрофонов. Кстати, для приложений с виртуальной реальностью точность позиционирования звука будет играть важную роль, поэтому пьезоэлектрические микрофоны могут прописаться в VR-системах.

Полупроводниковая пластина с MEMS-микрофонами (Infineon)

Производством пьезоэлектрических MEMS-микрофонов на уровне полупроводниковых пластин занимаются обе компании — Infineon (на своих заводах) и Vesper (на линиях компании GlobalFoundries). В то же время они не собираются выпускать готовые для установки в смартфоны модули. Компания Vesper поставляет пластины с MEMS-микрофонами гонконгской компании AAC Technologies, а та, в свою очередь, продаёт готовые микрофоны китайским клиентам и компании Apple. Немецкая Infineon поставляет пластины с MEMS-микрофонами компаниям AAC, Goertek, Hosiden и BSE. Отметим, у Infineon больше шансов захватить значительный кусок нового рынка, чем у кого-то другого.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3dnews.ru

Самодельный настольный USB-микрофон студийного качества (МЭМС-технология)

Сегодня я расскажу вам, как сделать микрофон своими руками из кокоса, который записывает звук студийного качества. В этом микрофоне есть аудиокарта и МЭМС-микрофоны, поэтому при подключении к компьютеру или ноутбуку запись звука получается студийного качества.

Причина, по которой я сделал этот настольный микрофон – стоимость, мой получился по цене в 12,5 раз дешевле магазинного.

Шаг 1: Прослушивание образца

Прослушайте образец аудиозаписи, сделанной с помощью самодельного микрофона.
Образец не редактирован, чтобы вы имели ясное представление о качестве записываемого звука.


Шаг 2: Список материалов

Чтобы приступить к сборке, вам понадобятся следующие материалы:

  1. USB звуковая карта с разъемом для микрофона
  2. МЭМС-микрофон, 2 шт
  3. Кокос сферической формы среднего размера
  4. Конденсатор 0,1 мкФ
  5. USB порт и соединительный шнур USB папа-папа
  6. Кофейное ситечко (для круглого отверстия)
  7. Терка для кокоса
  8. Интсрументы

Шаг 3: Электрическая схема

Даю схемы подключения к звуковой карте и карты к компьютеру.

Шаг 4: Немного о МЭМС микрофонах

Причины, по которым я использовал МЭМС-микрофоны, а не электретные (ЕСМ):

  • МЭМС – аббревиатура, обозначающая микро-электро-механические системы. МЭМС обеспечивают звук студийного качества, который раньше был доступен лишь профессионалам. Они используются там, где важен малый размер и высокое качество звука. МЭМС-микрофоны ультракомпактные и потребляют очень мало энергии.
  • Они сильно упрощают схему прибора
  • очень хорошая плотность звучания, по сравнению с электретными микрофонами.

Шаг 5: Распиновка

На видеозаписи показано, как определить полярность контактов микрофонов. Из-за крошечного размера микрофоновя сделал бумажный макет.

Соедините с контактами провода–перемычки.

  1. Серый провод подключите к Gnd (земле)
  2. Красный к Vcc (питанию)
  3. Коричневый – выход с микрофона
  4. Желтый — Data + (USB)
  5. Оранжевый — Data — (USB)

Эти цветовые обозначения используются во всех схемах подключений в данной статье.

Шаг 6: Чистим кокос

Счистите волокна с поверхности кокоса. Аккуратно обработайте поверхность наждачной бумагой 60 грит, не повредите структуру корки. Ваша цель – лишь смягчить поверхность кокоса. Затем немного поскоблите поверхность скорлупы острым лезвием, чтобы достичь идеальной структуры и мягкости.

Шаг 7: Режем отверстие в кокосе

Открепите ручку у кофейного ситечка. Положите ситечко на кокос и обведите окружность.
Аккуратно отрежьте выделенную часть ручным лобзиком. Не торопитесь, срез должен быть очень чистым, от этого зависит результат всей вашей работы. Отрезанную часть кокоса не выкидывайте, из нее потом сделаете основание.
Не давите слишком сильно во время работы лобзиком, иначе скорлупа треснет.

Шаг 8: Убираем содержимое кокоса

Теркой для кокоса удалите всю белую мякоть. Остатки мякоти вычистите ложкой.

Шаг 9: Разбираем звуковую карту

Очень аккуратно вскройте корпус звуковой карты и достаньте ее содержимое.
Чтобы дальше было легче работать, можете выпаять порты AUX.

Шаг 10: Соединяем компоненты

Соединяйте компоненты в цепь согласно схеме, не торопитьесь.

Шаг 11: Выпиливаем отверстие по USB порт

Наметьте место под отверстие для порта, использую точные размеры порта. Сверлом 5 мм просверлите отверстие по длине отметки. Шлифуйте края отверстия, пока туда не войдет разъем порта, он должен сидеть плотно.
Размеры нужно измерить очень точно, так как каждый миллиметр здесь имеет значение.

Шаг 12: Устанавливаем электронику

Соедините разъем USB-порта с платой звуковой карты с помощью соединительных проводов. Затем приклейте плату звуковой карты и порт к стенкам скорлупы термоклеем.

Шаг 13: Звукопоглощающий слой

Наполните внутреннюю часть скорлупы ватой или другим звукопоглощающим материалом. Это нужно, чтобы убрать эхо, которое будет создаваться в скорлупе. Хотя коэффициент звукопоглощения у ваты низкий, его вполне хватит для ваших целей.

Слишком сильно тоже не надо набивать, только чтобы заполнить внутренний объем скорлупы.

Шаг 14: Устанавливаем микрофон

Лобзиком отпилите кусок печатной платы, размером с диаметр кофейного сита. Приклейте провода от микрофона к этому куску, а сам кусок затем вклейте в сито. Изучите фотографии, чтобы ясно понимать, что и как надо сделать.
Расплющите небольшой кусочек ваты, и вложите его в дно кофейного сита. Он будет работать, как поп-фильтр.
Микрофоны должны быть установлены в сторону сита.

На термоклей нужно клеить провода, ни в коем случае не чипы микрофонов, так как высокая температура повлияет на их чувствительность.

Шаг 15: Приклеиваем сито

Положите слой термоклея на срез скорлупы и быстро установите на него сито. Для лучшего сцепления положите еще слой термоклея на стык сита и скорлупы.

Ложите термоклей тонкой полосой, крупные капли клея очень портят внешний вид всего изделия.

Шаг 16: Приклеиваем основание

Возьмите отрезанную от кокоса часть и положите щедрый слой термоклея на верхушку. Можете, если хотите, немного огрубить верхушку, для лучшего сцепления с клеем. Я сделал это лобзиком.

Шаг 17: Подключаем микрофон

Подключите микрофон к компьютеру, подождите пока компьютер не распознает устройство и не установит драйвера. Затем выполните следующие действия:

  1. Зайдите в Панель управления – Оборудование и звук – Управление звуковыми устройствами
  2. Перейдите во вкладку Запись и кликните на Свойства вашего микрофона
  3. Выберите вкладку Настройки и отключите режим AGC (автоматическую регулировку усиления), так как он создает много шумов
  4. Установите ваш микрофон Записывающим устройством по умолчанию
  5. Отключите выход звуковой карты: выберите вкладку Воспроизведение – Свойства вашего микрофона – Отключить
  6. Наслаждайтесь записью!

Шаг 18: маленькие хитрости по улучшению звучания

Собранного вами микрофона хватит на все основные виды звукозаписи. Вот несколько советов по улучшению звучания:

  1. Вы находитесь не в студии звукозаписи, где стены обиты звукоизоляционным материалом. Вас окружают бетонные стены, которые дают ненужные шумы и эхо. Некоторые шумы может давать USB-соединение. Для фильтрации этих шумов используйте специальные программы.
  2. Во время записи пользуйтесь наушниками, чтобы слышать живой звук, а не прошедший через динамики.
  3. Пользуйтесь экранированным кабелем и коротким USB шнуром, это тоже помогает снизить шумы.
  4. Чтобы настроить подходящие вам уровни, пробуйте каждый, чтобы найти то, что вам больше подходит.

Всего доброго!

masterclub.online

MP34DT05 — миниатюрный цифровой MEMS-микрофон

Новый цифровой микрофон MP34DT05TR-A от STMicroelectronics предназначен для тех аудио-приложений, где требуются небольшие размеры, высокое качество звука и широкий динамический диапазон. Отличительной особенностью MP34DT05TR-A является высокая чувствительность –26 dBFS ±3 дБ и хорошее отношение сигнал/шум 64 дБ.

Верхний входной порт упрощает конструкцию печатной платы, т.к. для приема звукового давления не требуется отверстие под микрофоном. Благодаря внутренней обработке аналогового сигнала, устройство с цифровым микрофоном менее подвержено влиянию наводок и помех.

Схема включения MP34DT05TR-A

Микрофон MP34DT05TR-A работает при напряжении от 1.6 до 3.6 В и имеет низкое потребление 650 мкА. Выходной сигнал представляет собой цифровой поток PDM с тактовой частотой от 1.2 до 3.25 МГц (задается хостом). Микрофон имеет практически линейную АЧХ в диапазоне от 100 до 10 000 Гц.

Технология MEMS обеспечивает надежную работу микрофона в разных областях автомобилестроения для реализации голосового управления, а также в промышленных приложениях, где условия эксплуатации требуют высокой перегрузочной способности и механической прочности. Технология MEMS позволяет уменьшить размер микрофона, при этом выход может быть как аналоговым, так и цифровым.

Внутреннее устройство цифровой микрофона MP34DT05

Микрофоны на основе технологии MEMS обеспечивают отличное качество звука. Они менее чувствительны к механическим колебаниям, изменениям температуры и электромагнитным помехам, чем традиционные микрофоны. Процесс MEMS делает эти микрофоны идеальным решением для стереозвука везде, где требуется два или более идеально подходящих микрофона. Микрофоны MEMS являются всенаправленными, что означает одинаковую чувствительность к звуку, приходящему с любого направления в пространстве. Широкий частотный диапазон позволяет использовать MEMS-микрофон в качестве датчика вибрации, в том числе и в ультразвуковом диапазоне.

 

•••

Наши информационные каналы

www.compel.ru

Водонепроницаемый. Пьезоэлектрический. Миниатюрный. МЭМС-микрофон VM1000 от Vesper

Разработчики уже более 20 лет используют МЭМС-микрофоны в самых разных электронных устройствах: камерах, телефонах, смартфонах, ноутбуках, планшетах и т. д. Причины такой популярности достаточно очевидны: миниатюрность, малое потребление и низкая стоимость. Однако есть у МЭМС-микрофонов и слабые места. Одним из главных их недостатков является низкая устойчивость к воздействию пыли и влаги. Компания Vesper смогла решить эту проблему за счет использования принципиально новой пьезоэлектрической структуры. Новые МЭМС-микрофоны VM1000 обладают рейтингом защиты IP68 и даже способны выдерживать погружение на глубину до 15 метров.

Рис. 1. VM1000 – пьезоэлектрический МЭМС-микрофон с рейтингом пылевлагозащиты IP68

Современные МЭМС-микрофоны отличаются минимальным потреблением, высокой чувствительностью и малыми габаритами. Всего этого удалось достичь за счет применения самых совершенных кремниевых технологий. Тем не менее, не смотря на современный внешний вид, по принципу действия МЭМС-микрофоны абсолютно не отличаются от своих предков – мембранных емкостных микрофонов, которые используются уже более ста лет.

Традиционный емкостной МЭМС-микрофон представляет собой воздушный конденсатор, в качестве одной из обкладок которого выступает жесткое основание (рис. 2). Вторая обкладка имеет вид подвижной мембраны, выращиваемой с помощью МЭМС-технологий.

Рис. 2. Конструкция традиционного емкостного МЭМС-микрофона

При воздействии звуковых волн мембрана колеблется, вследствие чего емкость системы изменяется (рис. 3). Как видно, такая конструкция подразумевает ограниченную деформацию мембраны во время колебаний. С одной стороны, это вызвано ограничением гибкости самой структуры. С другой стороны, воздух, проникая под мембрану, создает дополнительное давление, тем самым противодействуя внешним звуковым волнам. Ограничение колебаний приводит к двум негативным последствием: к снижению чувствительности и к низкой устойчивости к воздействию пыли и влаги.

Рис. 3. Принцип работы многослойного емкостного МЭМС-микрофона

Использование многослойной структуры с воздушными зазорами также приводит к снижению защиты от пыли и влаги (рис. 3). В течение эксплуатации пространство между неподвижной частью и мембраной забивается пылью, что блокирует колебания. При попадании влаги дело обстоит еще хуже. Пока вода находится в микрофоне, движение мембраны затруднено. При высыхании жидкости начинают действовать силы натяжения, которые деформируют мембрану и притягивают ее к неподвижному основанию. Это может растянуть или даже вывести ее из строя.

Рис. 4. Причины поломки многослойных емкостных МЭМС-микрофонов

Чтобы сохранить работоспособность емкостного МЭМС-датчика традиционного микрофона, приходится идти на ухищрения и создавать различные защитные покрытия и слои. Как результат — чувствительность неизбежно падает, а стоимость изготовления возрастает.

Компания Vesper предлагает свое решение перечисленных проблем в виде принципиально новой пьезоэлектрической конструкции микрофона (рис. 5). В ней роль мембраны выполняют четыре треугольных пьезоэлектрических лепестка, образующих квадрат. При этом каждый из лепестков закреплен только одной стороной, а другие стороны могут свободно перемещаться.

Рис. 5. Структура пьезоэлектрического МЭМС-микрофона от Vesper

Действие звуковых волн вызывает перемещение пьезоэлектрических лепестков, из-за чего возникает деформация, которая напрямую преобразуется в электрический сигнал (рис. 6). Не сложно заметить, что предложенная конструкция оказывается однослойной, так как нет необходимости иметь жесткую обкладку, как в традиционном емкостном МЭМС-микрофоне.

Рис. 6. Принцип работы пьезоэлектрического МЭМС-микрофона

Однослойная структура дает несколько преимуществ. Во-первых, в ней отсутствует эффект противодействия звуковой волне, наблюдаемый в емкостном микрофоне при попадании воздуха в полость между обкладками, что позволяет пьезоэлектрическим МЭМС-микрофонам достигать очень высокой звуковой чувствительности. Во-вторых, такая конструкция имеет высокую защиту от воздействия пыли и влаги (рис. 7). Даже если грязь начнет скапливаться на лепестках, они, тем не менее, будут колебаться, а не заклинят. Первый серийный образец МЭМС-микрофона VM1000 от Vesper имеет уровень пыле- и влагозащиты IP68. По заявлениям разработчиков он способен в течение семи дней выдерживать погружение до 15 метров в соленую или мыльную воду.

Рис. 7. Накопление грязи и влаги не приводят к неисправности пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов

VM1000 — первый в мире пьезоэлектрический МЭМС-микрофон. Этот датчик кроме непосредственно акустического сенсора включает в себя цепи нормирования и выходные буферы (рис. 8). Таким образом, VM1000 предоставляет пользователю готовый аналоговый сигнал для последующей обработки силами цифрового сигнального процессора или микроконтроллера. Чувствительность VM1000 составляет -32 дБ, гармонические искажения 0,1%, а соотношение сигнал-шум SNR64 дБ.

Рис. 8. Увеличенное изображение пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 от Vesper

Ключевыми преимуществами пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов VM1000 над своими емкостными коллегами являются:

  • высокий рейтинг защиты от пыли и влаги;
  • низкое потребление;
  • малые габариты.

Остановимся на каждом из пунктов подробнее. Как уже было сказано выше, разработчики из компании Vesper заявляют о возможности работы датчика даже на глубине до 15 метров, однако вряд ли такие экстремальные условия возникнут в потребительской электронике. Гораздо более распространенным «аварийным» случаем, например, для смартфона, станет нечаянно пролитый на него стакан воды. И такие ситуации для VM1000 не являются проблемой, что показала наглядная видеодемонстрация.

В этом ролике автор видео последовательно испытывает микрофоны VM1000 “на прочность”. Сначала его помещают на дно чашки с водой (рис. 9). При этом микрофон продолжает работать и фиксирует звук «трения о воду».

Рис. 9. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 1

Во втором эксперименте используется емкость с водой. На одну из ее стенок прикреплен динамик, который воспроизводит музыкальный файл (рис. 10). Из-за плохой звукопроницаемости воды звука не слышно. Однако как только микрофон VM1000 помещается в воду, мы начинаем слышать музыку.

Рис. 10. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 2

В третьем опыте микрофон VM1000 помещают в банку с газировкой (рис. 11), при этом отлично слышно шипение пузырьков газа.

Рис. 11. Тестирование пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000. Опыт 3

Кроме впечатляющей живучести нового пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 можно отметить его низкое потребление, которое составляет 145 мкА и широкий диапазон напряжений питания от 1,8 В. С такими показателями VM1000 без проблем найдет применение в любом мобильном приложении.

Еще одним достоинством VM1000 являются его миниатюрные габариты: микрофон выпускается в 6-выводном корпусе: 3,76 x 2,95 x 1,1 мм (рис. 12).

Рис. 12. Габаритные размеры пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000

Можно предположить, что основными областями применения для пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000 станут мобильные приложения (смартфоны, планшеты, гарнитура), игровые устройства, системы голосового управления и т. д.

Характеристики пьезоэлектрического МЭМС-микрофона VM1000:

  • чувствительность: -38 дБ;
  • соотношение сигнал-шум SNR: 64 дБ;
  • гармонические искажения THD: 0,1%;
  • выходной импеданс: 200 Ом;
  • напряжение питания: 1,8…3,6 В;
  • типовой ток потребления: 145 мкА;
  • диапазон рабочих температур: -40…+85 °C;
  • рейтинг защиты: IP68, в течение семи дней выдерживает погружение до 15 метров в соленой или мыльной воде;
  • корпус: 6-выводной 3,76 x2,95 x1,1 мм.

О компании

Vesper – американская компания, специализирующаяся на разработке пьезоэлектрических МЭМС-микрофонов. Микрофон VM1000 от Vesper стал первым пьезоэлектрическим микрофоном с защитой от пыли и влаги с рейтингом IP68.

www.terraelectronica.ru

МЭМС-микрофоны компоненты 72 обзор предложений

Documents войти Загрузить ×
  1. Технологии
  2. Электротехника
advertisement advertisement
Related documents
www.i3412.com
Интеллектуальная система круговых микрофонов
1 УДК 77.0 МИКРОФОННЫЙ ПРИЕМ. ЭВОЛЮЦИЯ ЗВУКОВЫХ
Многоканальное устройство дистанционного
Приложение № 1(Техническое задание)x
Акустика, Звук и Шум — pcb
1.15 Mb
Технические требования для организации концерта Марины
www.i3412.com Подавитель диктофонов и всех средств прослушивания (жучков,
реквизиты и техническое задание
Скачать advertisement StudyDoc © 2018 DMCA / GDPR Пожаловаться

studydoc.ru