智能音箱硬件結(jié)構(gòu)總結(jié)

1、首先說明一下，本人并沒做過智能音箱類結(jié)構(gòu)，至于為什么會寫有關(guān)智能音箱相關(guān)的 內(nèi)容，主要原因是想通過自己總結(jié)下智能音箱類硬件結(jié)構(gòu)的共性點以及注意點，以便 日后能用得上，在寫本篇之前，本人也拆解過自己的音箱，但是為了尋找共性，通過 網(wǎng)上査詢不少資料，由于資料太雜太泛，看過后也容易忘記，故想親自一個一個字敲 下來加深印象，同時也加強(qiáng)理解。智能音箱，相信很多人都有，也都用過，加上廿前公司抽獎抽中的，本人已經(jīng)有兩個 了，實際上兩個音箱功能上并沒有多大差別，就像不同手機(jī)一樣，功能都差不多，主 要差別在于配宜的不同導(dǎo)致的體驗不一樣。比如說，語音方案不一樣，可能就體現(xiàn)在 喚醒成功率、語音識別、語義理解、拾音距

2、離、降噪能力等的不同：揚(yáng)聲器的排布以 及質(zhì)量不同，所表現(xiàn)出來的音效、音質(zhì)就不同：當(dāng)然還有內(nèi)容的不同，比如這一家的 音箱音樂合作方是QQ音樂，另外一家音箱的合作方是網(wǎng)易云音樂，你讓它播放同一 首歌，兩個音箱可能聽到的不是同一個人唱的。在智能音箱之前，已經(jīng)岀現(xiàn)過藍(lán)牙音箱了，然而現(xiàn)在的智能音箱跟以前的藍(lán)牙音箱有 什么區(qū)別呢？以下是網(wǎng)上的回答：1、首先是連接方式不同，藍(lán)牙音箱內(nèi)置藍(lán)牙芯片，以藍(lán)牙連接取代傳統(tǒng)線材連接的 音響設(shè)備，通過與手機(jī)平板電腦和筆記本等藍(lán)牙播放設(shè)備連接，達(dá)到方便快捷的目的。 而智能音箱主要是通過WI-FI連接相關(guān)設(shè)備，也就是說要通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接相關(guān)設(shè)備。2、功能上不一樣，藍(lán)牙音箱采用的

3、是我們非常熟悉的藍(lán)牙無線連接方式，它在使用 中需要手機(jī)+音箱才能實現(xiàn)音頻播放，一旦脫離手機(jī)等將無法獨(dú)立使用。比如藍(lán)牙音 箱與手機(jī)對連后，就接管了手機(jī)的音頻播放，手機(jī)的所有聲音都會由藍(lán)牙音箱發(fā)岀來。 而智能音箱采用的是WI-FI網(wǎng)絡(luò)連接方式，可完全脫離手機(jī)、平板等智能設(shè)備后自主 播放各種影音，無需依附于任何外在設(shè)備，這也是它與藍(lán)牙音箱在使用上最大不同。 此外聯(lián)上網(wǎng)的智能音箱，可以放歌、聽新聞，查詢天氣，配合其它一些設(shè)備，它還可 以實現(xiàn)家電的控制，一句話概括就是，智能音箱未來將有無限可能。所以智能音箱就是一種具備語音交互，可提供內(nèi)容服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，以及場景化智 能家居控制能力的設(shè)備。由于智能音箱

4、有很大的想象空間，所以國內(nèi)外巨頭都爭相進(jìn)去這個行業(yè)卡位。品類2020Q1 （百萬）2020Q2 （百萬）環(huán)比增長率總計（百萬）|亞馬遜4.607.42613%12.03谷瞰3225.58732%8.81百度3.704.93333%8.63天貓3.544.0213.5%7.56小米3.203.241.2%6.43冥它1.041.26230總計193126.4545.76（Canalys2020上半年智能音箱出貨呈數(shù)據(jù)）忌結(jié)狗攻城師智能音箱跟藍(lán)牙音箱在結(jié)構(gòu)上的最大差別就是多了語音模塊，由于語音模塊的硬件結(jié) 構(gòu)要求，導(dǎo)致了目前智能音箱的結(jié)構(gòu)形態(tài)的差別不大。以下是我個人通過腦圖的方式總結(jié)了智能音箱硬件

5、結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識點，如看不淸可以點擊圖片放大查看。試用模式XKEH4MH型1MK：任史在方仔e?s巧上時匸也iwfi>MCM*jW-.+： ME曲灣恰禪討呂氏的謁葉 mi2ff &顧砒浪不麗產(chǎn)廉的if苗柑智能音箱硬件結(jié)構(gòu)語音模塊音箱棋塊碩件模塊外觀W-MffftWiit :?%體IMStn劑好厲馳i內(nèi)3）刃衛(wèi)辭）a««Mfe光恃羽£旳rX«）LfeDM.ie re光壽光沁紡科Etr予二初毛勺佃wfyaw號肥止潘產(chǎn)莎 二認(rèn)氏如適勾彩JMC嗣或冷Hs®r土話R®.冷.各個W忘還2"（氓訝?wèi)剀? （電巾甌*2：參個務(wù)妙

6、IJ5»> h-<T7CJ方越5個乞凍境產(chǎn)於步»則映"rRtei：aw*®：工個戡參'卜第0刃怖宣汁F）J愆產(chǎn)謹(jǐn)MT，鄉(xiāng)人運(yùn)產(chǎn)祕亙廠農(nóng)嬴奶塔密.朋上1比巴夭下力了GfT盤 MUVlwdT 妙 MimtHamBPod.力 WUf. (S3護(hù)下員2曲：小ms io 林刁呦nr以學(xué)剜-TWsrrtHt； weva«功於一竝53*個境g, 320J. Z. 9?VZ'9 他& 滋 ntyMsaii題*sm口磧加1H出統(tǒng)詢ArM國TG紹：F亡G細(xì)巾眾下/圣GG空ILWT3 氐卄衛(wèi)氐"競竺歸已常射憩冋芝!_遠(yuǎn)比

7、nr;trp：后亠剛初：z”.心啊,j“處卜代注，體丫處*tE沁哇皆.wii©WxrsMKIP6g.訃慢=®E gid. n:S»2磁士疔垃H橙IC個為衣巳加：燈JGEE罩.FCTE*JJ：n 燥蟲=4）認(rèn)快：匕RW間疋:m：ABMffirg遜孑.【加«塵月I內(nèi)）WJ±3Eife>U初（»） 定iR（W）«<L !>： 険?1 使)畑進(jìn)紘1（滋加弱他 ：/“.結(jié)溝里砌師由于內(nèi)容太多，以下我只針對幾個方而進(jìn)行詳細(xì)介紹。01 麥克風(fēng)陣列麥克風(fēng)陣列，從字而上，指的是麥克風(fēng)的排列，也就是說由一楚數(shù)目的聲學(xué)傳感器(一

8、 般是麥克風(fēng))組成，用來對聲場的空間特性進(jìn)行采樣并處理的系統(tǒng)。通俗地講就是相當(dāng)于在音箱上加了耳朵，這樣音箱就會聽到聲音、并理解聲音、最后 進(jìn)行反饋。目前市場上成熟的麥克風(fēng)陣列方案的主要包括：科大訊飛的2麥、4麥和6麥方案， 思必馳的6+1麥方案，云知聲(科勝訊)的2麥方案，以及聲智科技的單麥、2麥陣 列、4 (+1)麥陣列、6 (+1)麥陣列和8 (+1)麥陣列方案等。市場主流的智能音箱一般都有4麥以上，那為什么要這么多個麥，一個不行嗎？當(dāng)然可以，但是效果會很不好，主要是應(yīng)用場景的不同，方案就不同，單麥方案只要 應(yīng)用在近距離的場景下，如手機(jī)語音，如果應(yīng)用在遠(yuǎn)距離場景下，這樣的場景下會存 在大量

9、的噪音、混響以及回聲，試想一下，如果只有一個麥，在麥和人的半徑距離上， 麥接收到聲音時差是一樣的，音箱就很難分辨誰跟它說話，距離越遠(yuǎn)效果越差。如果 有多個麥，不同麥就收到聲音的時差就不一樣了，這時會形成一個波速區(qū)域，區(qū)域外 的視為噪音，并通過算法抑制去除，這樣麥克風(fēng)就可以分辨方向，當(dāng)然也是有精度范 圍的，但是，麥越多，泄向精度越高。這時，又有個問題，如果在同樣的距離，不同 的方向，2個人同時說話，音箱到底聽誰的，所以這里別人發(fā)明了一個喚醒的方法， 就是每次都需喚醒一次，哪個方向上的人喚醒了音箱，音箱就先聽誰的，這也是目前 智能音箱的一個缺點：就是不能同時分辨兩個以上的人聲。這樣的缺點就是每次對

10、話 都需要喚醒且只能一對一對話，這樣體驗就不是很好，所以現(xiàn)在有個叫聲紋識別的技 術(shù)，就是能記住喚醒人的聲音，就好像你熟悉的人從你身后叫你，即使你沒看到他, 你也知道叫你的人是誰。這個技術(shù)目前還沒太成熟，相信會很快推上帀場。反射聲O O % Q2/4麥克風(fēng)線性布局一.麥克風(fēng)陣列在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的一些要求（以科大訊飛的5麥方案為例，其他方案如 6麥、8麥類似，以下參考值均為訊飛官網(wǎng)參考資料）.ni圖5五麥環(huán)彩陣列構(gòu)型圖6力右壞形陣列構(gòu)型1、五麥環(huán)形陣列呈圓形布局，其中4個麥均勻分布在圓周，1個麥在圓心，圓直徑 為54mm：（這個直徑跟算法有關(guān)系，不可隨意更改，這也是市場上智能音箱的麥克風(fēng)陣列處的外觀都

11、差不多的原因之一）2、圓心的麥克風(fēng)允許髙出圓平而、但髙度差不超過10mm；（麥克風(fēng)陣列處最好是平 面，這也是限制ID的原因之一）3、圓平而和水平面之間可以有一左夾角，但夾角不能超過10° :（麥克風(fēng)陣列處最 好是平面，這也是限制ID的原因之一）4、麥克風(fēng)陣列的零度方向必須和產(chǎn)品的正面朝向保持一致。二、麥克風(fēng)陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計建議：1設(shè)計總體要求1）人聲陡青達(dá)每個麥克，遁免掩蔽效應(yīng)，即產(chǎn)品在常使用場昂下，保證聲激的百達(dá)聲（非 反射聲到達(dá)毎個麥克的機(jī)會E均筲的，舉例，麥克鳳吏膜肯對人的嘴巴就可能會形 戊掩蔽效應(yīng)；2）聲咅到達(dá)麥克鳳的路徑盡可能短.寬，耍求諧振點頻上対于緊貼面殼安 裝方式.如圖1

12、1所示嬰求聲孔的深廈（向殼進(jìn)聲孔外側(cè)鋤1IC進(jìn)聲幾外知的踴離）小于 1.5mm,聲孔宜徑盡町能人（攝小2mn） o如來麥克能宜接圧表面最好，如圖12所示：圖11麥克緊貼而殼交裝基本要求圖12麥克安裝在農(nóng)面3）聲音賂衿內(nèi)不要存托仟何空辟.對干緊貼而殼安裝方式，農(nóng)廉和殼體內(nèi)壁不爰百縫卩隹 不允許出現(xiàn)如圖13的安裝方式；結(jié)淀曲盜師II圖13謖膜相殼體存在腔體（避免）4麥克風(fēng)要遠(yuǎn)離干擾或震動（嘲叭叢動、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動震動）。對于喪動，-般釆用硅膠套 進(jìn)行減瑕密封處理，硅膠軟硬度可根胡實際結(jié)構(gòu)形式逬彳亍匹配驗證.一般要求盡可能 軟；5）喇叭的失真耍小，100Hz-1kHz失真要小于10%, lkHzN后小f5

13、%o 一股喇叭在低頻部分 失真會較高，超過10%.建議加濾波器濾除低頻成份。6）喇叭的結(jié)構(gòu)設(shè)計要避免結(jié)構(gòu)引發(fā)的失貞“嘛叭要進(jìn)行減股處理，避免結(jié)構(gòu)殺動對麥克 造成較大影響。7）喇叭腔體凹周與其它機(jī)構(gòu)件至少保留In口的間距，振旗上方與機(jī)構(gòu)件至少保ffll. Snm.的 間隙.防止嘲叭碰到結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生振動和異音.8）避免纟吉構(gòu)內(nèi)聲音傳播，即喇叭的聲音不能在結(jié)構(gòu)內(nèi)淤露到麥克.只能通過第構(gòu)外的空 氣傳播到麥克，建議喇叭和麥克風(fēng)放在不同腔體內(nèi)或選用性能好的密封材料對腔體內(nèi) 麥克部分進(jìn)行冼封：圖14避免結(jié)構(gòu)內(nèi)聲音泄霜示意圖9）對于駐極體麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)過程中要考慮對麥克鳳的保護(hù).避免擠壓引發(fā)的 麥克風(fēng)一致

14、性損失:圧:.結(jié)關(guān)型城師2駐極體麥克風(fēng)安裝方式1）面殼安裝方式2）該結(jié)構(gòu)方案麥克風(fēng)陣列和硅膠套裝配后固左于而殼上，通過而殼上的拾音孔進(jìn)行 錄音釆集。如下圖：a）示意圖抬旨孔1拾音孔2麥克風(fēng)1麥克鳳2圖15面殼安裝方式聲腔結(jié)構(gòu)示意圖圖16單個麥克風(fēng)聲腔設(shè)計示意圖b）設(shè)計說明1）麥克風(fēng)之間嚴(yán)格獨(dú)立，侮個麥克風(fēng)的拾音孔是其唯-的進(jìn)聲孔一種驗證方法：用手按住麥克風(fēng)的拾音孔，拾音音量降低不小于20dB：2）麥克風(fēng)需要有橡膠套和固體表而隔絕，起到降低殼體震動傳聲以及密封的作用（圖16 綠色結(jié)構(gòu)）。3）麥克風(fēng)距離外表面的距離（拾音孔深度）燙盡町能的?。ò泠┣笮 1.5mm）,聲孔直接盡可能大（般要求大于2

15、mm）,防止聲音在拾音孔內(nèi)壁的反射形成諧振點。4）根據(jù)應(yīng)用場景悄況，可在麥克風(fēng)表面增加防風(fēng)棉（類似車載空調(diào)風(fēng)11吹場景和防塵棉第亦伴.、$.結(jié)詢攻勅師3非面殼安裝方式（不建議）所有麥克風(fēng)在一個開放空間內(nèi)（如圖17所示），麥克風(fēng)本身不需要聲腔結(jié)構(gòu)，可以 是裸露的。開油區(qū)懺去克乂結(jié)構(gòu)上表面開的區(qū)怪外殼結(jié)構(gòu)圖17非面殼安裝方式結(jié)枸示意圖b）設(shè)計說明1）所有麥克虬在個開放空間內(nèi)，麥克風(fēng)本身不需耍聲腔結(jié)構(gòu)，可以足裸露的，麥 克風(fēng)相互之間不能有隔板等障礙物阻擋。2）麥克鳳的開放空間外表而要充分透聲，不能形成聲反射區(qū)，外表面可使用金屬網(wǎng) 或者布網(wǎng)彎材料，開戒區(qū)域外殼開扎率不低于50%.3）奕克風(fēng)上農(nóng)Iftl

16、距離卄戒區(qū)域上端的距離d不小于5mm.結(jié)溝班豹帥3硅麥克風(fēng)安裝方式首先硅麥不同于駐極體麥，硅麥一般貼片的，所以硅麥相對于駐極體麥對ID的限制 更加嚴(yán)格，麥的正上方弧而應(yīng)盡量小，否則孔深太大。硅麥按進(jìn)音孔的位置分有兩種：一種是上進(jìn)音，另一種是下進(jìn)音，其中F進(jìn)音的對應(yīng) PCB板子需穿孔。下進(jìn)音上進(jìn)音PCB設(shè):備表面1PCBI豐J；膠害設(shè)備表面設(shè)備表面I囂設(shè)備表面其中L表示深度，D表示開孔直徑，結(jié)構(gòu)設(shè)il時，需要保證開孔盡量大（D>lmm）, 孔深盡量?。↙<5mm）,建議保證L/D < 3。1）為保證密封性，而板與PCB板之間以及硅麥本身都要選用硅膠保護(hù)套、密封圈 或泡棉密封，推

17、薦porono2）為避免麥克風(fēng)直接硬性接觸面板產(chǎn)生震動，采用的硅膠保護(hù)套盡量選擇較軟的。3）為了防止MIC音孔被堵，需要安裝防塵網(wǎng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要避免諧振空腔的出現(xiàn)，如下圖:1X7文備表面PCB- ' 亠 * _ ° “ .0文備表5PCB宅討設(shè)備表面:PCI設(shè)備表面4茨克風(fēng)與揚(yáng)聲器之間的距離要求結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)保證揚(yáng)聲器發(fā)生孔方向和麥克風(fēng)拾音方向不在同一方向，揚(yáng)聲器和麥 克風(fēng)距離盡量遠(yuǎn)，揚(yáng)聲器到麥克風(fēng)的聲壓不超過90分貝（在麥克風(fēng)處測得），人聲 音量和揚(yáng)聲器音疑強(qiáng)度信噪比不低于-25dB （人聲到麥克風(fēng)的聲壓約65分貝）。建議調(diào)試步驟：1）在揚(yáng)聲器最大播音音量下，確保麥克錄音

18、不截幅，2）在揚(yáng)聲器最大播音音量時，距離麥克35米進(jìn)行喚醒測試（超過3米人聲需要 適當(dāng)提高），如果不能正常喚醒，則需調(diào)小功放增益，直到能正常喚醒為止。02 音箱模塊首先是方案的確立，音箱方案需同時考慮成本以及音質(zhì)，在攸件結(jié)構(gòu)上，不同的方案 選擇不同的揚(yáng)聲器數(shù)量與質(zhì)量，最終的成本會相差很大。方案1：多個高音揚(yáng)聲器+低音揚(yáng)聲器采用這種方案的代表廠商有蘋果的HomePod和華為的SoundX,這兩款都是髙端產(chǎn)品， 揚(yáng)聲器的品質(zhì)都不錯。低咅出咅方向蘋果的HomePodMl jKrr 4沁 6麥克風(fēng)陣列2低音揚(yáng)聲器高音出音方向華為的SoundX這兩款音箱外形看起來很相似，但是內(nèi)部布局還是有些差別的，相同

19、點都是實現(xiàn)了 360° 環(huán)繞聲，差別在于：1、蘋果的HomePod采用1個低音揚(yáng)聲器，且出音方向朝上，這樣麥克風(fēng)陣列為了避 免T擾得考慮遠(yuǎn)離岀音方向，蘋果的做法是往卜移到音箱中部，但是這種麥克風(fēng)陣列 方式目前只有蘋果這么做，估計通過算法優(yōu)化了。高音揚(yáng)聲器是7個均分陣列，但是 出音方向是朝下的。2. 華為的SoundX采用2個低音揚(yáng)聲器，且左右對稱擺放，采用的是帝瓦雷（法國高 端音響品牌，成立于2007年，總部設(shè)于巴黎）的低音增強(qiáng)技術(shù)，至于他們?yōu)樯逗?作，看下圖，細(xì)品！高音揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)陣列都是常規(guī)布局方式了，這里不細(xì)說了。 這兩家對髙音揚(yáng)聲器的出線設(shè)汁都比較特別：都是通過中間金屬件間

20、接把揚(yáng)聲器與 PCB電性連接，這樣做的好處就是裝配方便，避免音腔漏氣，缺點是增加了成本。蘋果的HomePod二結(jié)初攻城師華為的SoundX方案2：多個全頻揚(yáng)聲器+低音揚(yáng)聲器（或被動輻射振膜單元）采用這種方案的代表廠商有叮咚智能音箱和小米小愛智能音箱HD、小度智能音箱大 金剛和華為AI智能音箱2,具體細(xì)節(jié)大家慢慢看圖吧！叮咚智能音箱小米小愛智能音箱HD列0r4個觸按按鍵、人右2個全頻小度智能音箱大金剛r為尬師華為AI智能音箱2導(dǎo)電泡棉方案力1個全頻揚(yáng)聲器+被動輻射振膜單元這種方案揚(yáng)聲器用量最少，音質(zhì)可想而知了，為了增加點低音效果有的通過增加被動 輻射振膜單元，有的通過設(shè)汁倒相管來實現(xiàn)，這種方案就

21、是為了低成本考慮的，同時 也非常適合小體積的音箱。最典型的有小度智能音箱、京東叮咚mini2,還有更狠的， 如小米小愛智能音箱mini,連獨(dú)立的音腔結(jié)構(gòu)都省了。小度智能音箱京東叮咚mini2小米小愛智能音箱mini以上3種揚(yáng)聲器方案為目前智能音箱常見的方案，由于各廠商的音箱型號太多，這里 就不一一列舉了，有興.趣了可網(wǎng)上搜索相關(guān)音箱的拆解分析。03音箱設(shè)計的總結(jié)1、揚(yáng)聲器的選型，應(yīng)根據(jù)音腔大小選擇，相反亦是，并通過聲學(xué)設(shè)汁優(yōu)化，測試。2、揚(yáng)聲器的指向性：指向性是指揚(yáng)聲器聲波輻射到空間各個方向的能力，揚(yáng)聲器對不同方向上的輻射，其 聲壓頻率特性是不同的，它與揚(yáng)聲器的口徑有關(guān)，口徑大時指向性尖，口徑

22、小時指向 性寬，指向性還與頻率有關(guān)，一般而言，對250Hz以下的低頻信號，沒有明顯的指向 性。對1.5kHz以上的高頻信號則有明顯的指向性。頻率超過8kHz以后，聲壓將形成 一束，指向性十分尖銳。所以，某些音箱在不同方向上排列幾個高音單元，就是為了改善指向性，比如蘋果的 HomePod和華為的SoundX,因此，1）對于超重低音、重低音揚(yáng)聲器，其發(fā)聲方向可無特別限制，揚(yáng)聲器可以放巻于聽音 區(qū)的任何位置。2）對于全頻、中高頻、髙頻揚(yáng)聲器，英發(fā)聲方向盡量正對聽音位置，若因結(jié)構(gòu)、外觀 形態(tài)等限制，無法正對聽音者位置，需要設(shè)汁聲音反射裝豊（如下圖），以減小指向 性帶來的聲音衰減。H1X.IXIII音 k3箱體的設(shè)計1）箱體殼需要足夠的強(qiáng)度箱體的厚度依據(jù)箱體振動情況和內(nèi)部產(chǎn)生諧振的情況來確左。在條件允許情況下，盡 量比箱壁做厚些，并在箱體內(nèi)壁適當(dāng)增加加強(qiáng)筋，以減