智能语音拾音模块设计规范

1. MIC的选型

MIC 参数 一般标准 优选标准
Directivity  Omni directional
SNR（dB）  > 61  > 63
Sensitivity
Deviation（dB）		  + 3  + 1
Phase Deviation  + 30 degrees
0~7 KHz		  + 25 degrees
at 4~7 KHz
 + 20 degrees
at 0~4 KHz
AOP
（动态响应范围最高点）		  > 120 dB，10% THD @ 1KHz
Frequency
Response		 Typ：+ 3 dB
As flat as possible from 200Hz~8KHz
THD < 0.3%, 94dB SPL @ 1KHz

注意：

  1. 以上指标是针对语音识别选型要求，实测过A-MIC SNR=59，效果OK，后续选型可以逐步降低要求。

  2. 若是普通双向对讲拾音方案，MIC的灵敏度推荐不要高于-30db。

2. MIC的安装要求

注意：

  1. 针对进音孔设计在MIC贴片一侧的MIC，要注意：

    • MIC进音孔、PCB开孔、结构进音孔的开孔要对齐；

    • PCB开孔要注意在贴片生产工艺中保证不要被助焊剂等异物封堵；

    • 进音孔深度相当于增加了（PCB厚度），要注意结构上要减少厚度（进音孔深度）；

    • PCB进音孔处与结构外壳需要贴合。

  2. 根据使用场景，可以在麦克风拾音孔表面增加防风、防尘、防液体渗入密封措施（比如车载空调风直吹场景）

  3. 结构外的声音能以接近自由场的方式直接到达每一个麦克风，避免掩蔽效应；（即声源的直达声而非反射声到达每个麦克风的机会是均等的，麦克风振膜背对声源就可能会形成掩蔽效应）

  4. 麦克风开放空间外表面要充分透声，不能形成声反射区，外表面可用布料等材料避免反射；

  5. 声音到达麦克风振膜的路径尽量短、尽量宽，路径上不要有任何空腔；

  6. 麦克风本身要远离干扰和振动（喇叭振动（喇叭发出的声音不能在结构或者腔体内部泄露到麦克风，只能通过结构外的空气传播到麦克风），结构振动），结构部件做好减振缓冲设计；

  7. 避免声音在结构、腔体内传播到麦克风。

3. MIC进音孔设计要求

孔径： 麦克风收音孔直径典型值为0.9mm ~ 1.2mm（麦克风的孔应该与PCB中的孔对齐；条件允许的情况下，建议PCB厚度减小，拾音孔直径加大，越大越好）

注意：以上典型值针对的是进音孔小的DMIC；普通驻极体MIC信号接收振膜直径比较大，故拾音孔直径要大于驻极体MIC振膜直径。

开孔原则： 要大于MIC进音孔大小，越大效果越好。

孔深： 越小越好，推荐 < 2mm。

4. MIC阵列与扬声器设备安装要求

注意：

  1. 若是做听声辨位时，MIC与扬声器间距不低于50mm即可。

  2. 最好不要用NCN模式，这对AEC会有影响。

  3. 单MIC配一个扬声器的情况

    最好将MIC收音面与扬声器扬声面呈90°角摆放，如下图所示：

  4. 双MIC配一个扬声器

    最好将MIC收音面朝前，扬声器扬声面朝后，并将扬声器置于两MIC中心线上，如下图所示：

5. MIC器件阵列摆放

注意：

  1. 条件允许的前提下，越远越好，以上推荐的是SigmaStar方案适配之MIC方案最小MIC间距。

  2. 若是要做Beamforming算法，实测两MIC间距不低于50mm，尽量朝向一致最佳，角度的影响不太大。

  3. 若是做听声辨位功能时，两MIC直线间距不低于50mm，且其直线需要保持水平，若是要联动云台功能，则需要保证两个MIC是sensor所在的中轴线对称，音频采样率最好为48KHz。

  4. 用AEC时MIC和Speaker不能移动，否则AEC效果不好。

6. SPEAKER 的安装

单体必须要搭配一体成型音箱（有助于声音加大），一般speaker厂商会帮忙做设计；

音箱贴上高密度隔音棉，并且与机壳结合必须牢固，防止speaker播音时发出"嘎嘎声"；

开孔率至少要是speaker对外面积的20%，并且每个孔需要间隔1 ~ 2mm。

7. 测试机构For AEC

AEC先决条件：

  • 内部隔离必须在10db以上。

  • 人声ERL（回声返回损失）必须在-15db以上，ERL越高副作用越少。

  • 扫频不可超过五个频率削顶。

Acoustic/声学测试项及事前准备音档：

  1. 测项

    • 产品收音及音量

    • Internal Isolation/内部隔离

    • Echo return loss——人声测试

    • Echo return loss——扫频测试

  2. 音档

    • TestFile1.wav：pink noise/粉红噪声

    • TestFile2.wav：man and woman speech/男女说话声

    • TestFile3.wav：sweep/扫频

  3. 软件

    • Audacity or Cool Editor

产品收音及音量测试方法（客户需要先确定这里的值）：

  • Speaker音压测试方法

  • Microphone收音测量方法

Record1.wav是录到的声音，用来量测microphone端收音数值。

注意：若客户没有规定时，一般来说speaker音压测试需要在70DBC左右。Mic收音需要在70DBC时digital要收到-20DBFS。

Internal isolation measurement/内部隔离测试：

  1. 将DUT放置在一个安静环境中，环境噪音不能超过40DBA。

  2. 透过DUT speaker播放TestFile2.wav，同时录下MIC收到的Echo（Record2.wav）。

  3. 使用粘土封住MIC收音孔，并透过DUT speaker播放TestFile2.wav，同时录下MIC收到的Echo（Record3.wav）。

  4. 将Record2.wav的平均dBRMS减去Record3.wav的平均dBRMS，数值越大越好，数字越大表示内部隔音做得较好，对AEC越有利。

Echo Return Loss（ERL）测量——人声：

此项目的时量测机构上对于Echo的衰减，在不开任何audio process function（如：ANR、AEC、AGC等）下量测。

  1. 将DUT放置在一个安静的环境中，环境噪音不能超过40DBA。

  2. 透过DUT speaker播放TestFile2.wav，同时录下MIC收到的音档（Record4.wav）。

  3. 将TestFile2.wav的平均dBRMS减去Record4.wav的平均dBRMS，此为ERL数值，ERL越大越好，代表机构上设计良好，可损失多数Echo，Record4.wav不可削顶。

Echo Return Loss（ERL）测量——扫频：

此项目的是在量测机构上对于Echo在各个单频的衰减，在不开任何audio process function（如：ANR、AEC、AGC等）下量测。

  1. 将DUT放置在一个安静的环境中，环境噪音不能超过40DBA。

  2. 透过DUT speaker播放TestFile3.wav，同时录下MIC收到的音档（Record5.wav）。

  3. 观察Record5.wav不能有超过5个频率的削顶。