《聲學(xué)傳感器產(chǎn)品》課件

聲學(xué)傳感器產(chǎn)品高性能聲學(xué)傳感器解決方案目錄1聲學(xué)傳感器簡介定義、歷史與重要性2聲學(xué)傳感器的類型壓電式、電容式、MEMS、光纖3工作原理與關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)換過程、振動(dòng)膜、背極板應(yīng)用領(lǐng)域與未來趨勢1.聲學(xué)傳感器簡介定義轉(zhuǎn)換聲音信號為電信號的電子設(shè)備功能捕捉、測量、監(jiān)控聲波振動(dòng)應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各類消費(fèi)電子與工業(yè)設(shè)備什么是聲學(xué)傳感器?聲波轉(zhuǎn)換器將聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)換為可測量電信號數(shù)據(jù)采集工具感知周圍環(huán)境的聲學(xué)特性智能設(shè)備核心語音交互系統(tǒng)的基礎(chǔ)組件聲學(xué)傳感器的發(fā)展歷史11876年貝爾發(fā)明第一個(gè)實(shí)用麥克風(fēng)21920年代電容式麥克風(fēng)問世31980年代MEMS麥克風(fēng)技術(shù)興起421世紀(jì)智能聲學(xué)傳感器系統(tǒng)普及聲學(xué)傳感器的重要性智能交互基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)人機(jī)語音通信安全監(jiān)測核心檢測異常聲音預(yù)警音頻體驗(yàn)保障提升聲音采集質(zhì)量數(shù)據(jù)采集關(guān)鍵支持聲學(xué)大數(shù)據(jù)分析2.聲學(xué)傳感器的類型1新型傳感器光纖聲學(xué)傳感器2主流技術(shù)MEMS聲學(xué)傳感器3傳統(tǒng)方案電容式聲學(xué)傳感器4基礎(chǔ)類型壓電式聲學(xué)傳感器壓電式聲學(xué)傳感器壓電材料石英、鋯鈦酸鉛等壓電晶體機(jī)械形變聲波引起晶體形變產(chǎn)生電荷耐用可靠結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用電容式聲學(xué)傳感器1振動(dòng)膜超薄金屬或聚合物膜2氣隙維持電容板間距離3背極板固定電極形成電容MEMS聲學(xué)傳感器光纖聲學(xué)傳感器發(fā)射光激光源發(fā)射穩(wěn)定光波聲波調(diào)制聲波引起光纖微變形光信號檢測探測相位變化計(jì)算聲波信號處理數(shù)字算法還原聲音信息3.聲學(xué)傳感器的工作原理聲波捕獲收集空氣振動(dòng)波形機(jī)械振動(dòng)膜片根據(jù)聲壓產(chǎn)生位移電信號轉(zhuǎn)換位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓暡ǖ诫娦盘柕霓D(zhuǎn)換過程聲波入射聲波進(jìn)入傳感器聲腔膜片振動(dòng)聲壓引起振動(dòng)膜位移參數(shù)變化電容/電阻/電荷發(fā)生變化信號處理放大、濾波、數(shù)字化壓電效應(yīng)原理電容變化原理C=ε·A/d電容公式電容與極板距離成反比20-25μm標(biāo)準(zhǔn)氣隙典型電容麥克風(fēng)膜片間距10-20mV輸出電壓普通說話聲音產(chǎn)生電壓范圍MEMS技術(shù)原理硅基加工利用半導(dǎo)體工藝制造微型結(jié)構(gòu)微機(jī)械結(jié)構(gòu)微米級聲學(xué)元件集成設(shè)計(jì)集成電路信號處理、放大、濾波電路批量制造晶圓級量產(chǎn)降低成本4.聲學(xué)傳感器的關(guān)鍵部件振動(dòng)膜聲波接收轉(zhuǎn)換核心元件背極板形成電容的固定電極聲腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化聲學(xué)特性的空間設(shè)計(jì)信號芯片轉(zhuǎn)換、放大、處理電信號振動(dòng)膜靈敏度指數(shù)使用壽命(年)背極板微孔設(shè)計(jì)精密氣流通道控制聲阻抗導(dǎo)電材料高導(dǎo)電性金屬或摻雜硅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定保證長期工作精度不變精確間距微米級氣隙精確控制聲腔結(jié)構(gòu)前聲腔聲波入射通道直接影響頻率響應(yīng)防塵濾網(wǎng)保護(hù)后聲腔背面減震空間壓力平衡設(shè)計(jì)避免膜片過度形變側(cè)向聲孔聲波導(dǎo)向設(shè)計(jì)增強(qiáng)定向性能避免頻率共振信號處理芯片5.聲學(xué)傳感器的制造工藝晶圓處理硅晶圓光刻、刻蝕形成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)薄膜沉積材料層精確沉積形成功能結(jié)構(gòu)組裝封裝芯片、電路板集成與密封處理測試校準(zhǔn)性能檢測與參數(shù)調(diào)整優(yōu)化MEMS工藝流程光刻紫外曝光定義微結(jié)構(gòu)圖案刻蝕干法/濕法去除特定區(qū)域材料沉積材料層精確生長與控制鍵合多層晶圓/基板精確對準(zhǔn)連接釋放犧牲層去除形成可動(dòng)結(jié)構(gòu)封裝技術(shù)金屬屏蔽殼電磁干擾隔離防護(hù)聲學(xué)端口精密設(shè)計(jì)塑料封裝成本效益優(yōu)勢防水防塵處理陶瓷基底熱穩(wěn)定性佳適用高溫環(huán)境晶圓級封裝超小型設(shè)計(jì)集成度高效率優(yōu)質(zhì)量控制措施參數(shù)測試可靠性驗(yàn)證環(huán)境適應(yīng)性聲學(xué)性能6.聲學(xué)傳感器的性能指標(biāo)-42dBV靈敏度聲壓轉(zhuǎn)換為電壓的效率20Hz-20kHz頻率響應(yīng)可接收聲波頻率范圍65dB信噪比有效信號與背景噪聲比值120dB動(dòng)態(tài)范圍可接收最大與最小聲壓差靈敏度定義1Pa聲壓產(chǎn)生的輸出電壓通常以dBV表示值越高靈敏度越好測量方法標(biāo)準(zhǔn)聲壓源校準(zhǔn)專業(yè)無回聲室測試比較測量法驗(yàn)證應(yīng)用需求通話：-42dBV錄音：-36dBV遠(yuǎn)場拾音：-32dBV頻率響應(yīng)頻率(Hz)消費(fèi)級(dB)專業(yè)級(dB)信噪比優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)SNR>65dB標(biāo)準(zhǔn)水平SNR58-64dB基本需求SNR50-57dB動(dòng)態(tài)范圍1專業(yè)錄音設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍>120dB2高端消費(fèi)電子動(dòng)態(tài)范圍100-120dB3普通智能手機(jī)動(dòng)態(tài)范圍85-100dB4低端設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍<85dB7.聲學(xué)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域消費(fèi)電子智能手機(jī)、耳機(jī)、智能音箱汽車電子語音控制、噪聲消除、安全監(jiān)測醫(yī)療設(shè)備聽診器、超聲成像、監(jiān)護(hù)系統(tǒng)消費(fèi)電子智能手機(jī)通話、錄音、語音助手智能耳機(jī)主動(dòng)降噪、通話清晰度智能音箱遠(yuǎn)場語音識別、360°拾音筆記本電腦視頻會議、多向麥克風(fēng)陣列智能手機(jī)應(yīng)用案例通話麥克風(fēng)通話收音處理人聲頻段近場高靈敏度降噪麥克風(fēng)環(huán)境噪聲采集算法消除背景聲提升通話體驗(yàn)立體聲麥克風(fēng)高品質(zhì)錄制寬頻響特性立體聲采集汽車電子醫(yī)療設(shè)備1816年聽診器發(fā)明最早的聲學(xué)醫(yī)療設(shè)備0.1mm超聲波精度現(xiàn)代超聲成像分辨率99.8%心音檢測率數(shù)字聽診器準(zhǔn)確度工業(yè)控制故障預(yù)警監(jiān)測機(jī)械異常聲音預(yù)測維護(hù)需求質(zhì)量控制產(chǎn)品聲學(xué)特性檢測確保一致性安全監(jiān)測泄漏聲音識別及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患過程控制生產(chǎn)流程聲學(xué)反饋優(yōu)化工藝參數(shù)環(huán)境監(jiān)測城市噪聲地圖分析城市聲學(xué)環(huán)境優(yōu)化城市規(guī)劃生態(tài)監(jiān)測野生動(dòng)物聲音采集評估生物多樣性海洋聲學(xué)水下聲學(xué)監(jiān)測跟蹤海洋生物行為氣象預(yù)警超低頻聲波監(jiān)測預(yù)測極端天氣8.聲學(xué)傳感器市場概況全球市場規(guī)模及增長趨勢15.2%年均增長率2021-2026年預(yù)測CAGR120億美元2026年預(yù)測全球聲學(xué)傳感器市場規(guī)模42%MEMS份額MEMS聲學(xué)傳感器市場占比36%亞太增速亞太地區(qū)市場年增長率主要廠商及市場份額樓氏電子歌爾股份瑞聲科技英飛凌科技意法半導(dǎo)體其他中國市場發(fā)展現(xiàn)狀生產(chǎn)基地全球65%產(chǎn)能珠三角集群長三角新興技術(shù)水平中高端突破專利量增長研發(fā)投入大市場特點(diǎn)內(nèi)需快速增長出口優(yōu)勢明顯價(jià)格競爭激烈9.聲學(xué)傳感器技術(shù)創(chuàng)新微型化技術(shù)更小尺寸更低功耗更高集成度信號處理技術(shù)降噪算法波束成形AI輔助處理新型材料石墨烯應(yīng)用壓電薄膜新型納米結(jié)構(gòu)多功能集成多傳感器融合單芯片系統(tǒng)智能決策能力高信噪比MEMS麥克風(fēng)12015年SNR65dB突破22018年SNR70dB商用化32021年SNR74dB量產(chǎn)42023年SNR80dB實(shí)驗(yàn)室成功智能降噪技術(shù)聲音采集多麥克風(fēng)收集環(huán)境聲音信號分析AI區(qū)分目標(biāo)聲音與噪聲噪聲消除生成反相聲波或數(shù)字濾除聲音增強(qiáng)目標(biāo)聲音增強(qiáng)與恢復(fù)多麥克風(fēng)陣列技術(shù)空間布置精確計(jì)算麥克風(fēng)位置關(guān)系時(shí)延計(jì)算分析聲波到達(dá)時(shí)間差異波束成形聲學(xué)聚焦增強(qiáng)特定方向聲音聲源跟蹤實(shí)時(shí)追蹤移動(dòng)聲源位置10.聲學(xué)傳感器在新興領(lǐng)域的應(yīng)用人工智能交互語音助手、情感識別、環(huán)境感知可穿戴設(shè)備智能手表、AR眼鏡、健康監(jiān)測智能家居語音控制、安全監(jiān)測、情境感知智能家居語音控制中心遠(yuǎn)場拾音全屋控制聲音安防異常聲音檢測報(bào)警健康監(jiān)測呼吸心率聲學(xué)分析能源管理聲音觸發(fā)智能場景可穿戴設(shè)備智能耳機(jī)健康監(jiān)測與語音助手雙重功能智能手表微型麥克風(fēng)支持語音交互與通話智能眼鏡骨傳導(dǎo)技術(shù)與語音識別結(jié)合VR/AR設(shè)備空間音頻捕捉多通道麥克風(fēng)陣列采集360°環(huán)繞聲實(shí)時(shí)聲源定位精確鎖定虛擬環(huán)境中聲音位置語音交互控制在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無縫語音交互沉浸式體驗(yàn)聲學(xué)反饋增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸感人工智能語音交互聲音采集高信噪比麥克風(fēng)捕獲語音預(yù)處理降噪增強(qiáng)算法優(yōu)化音頻質(zhì)量AI識別深度學(xué)習(xí)模型解析語音內(nèi)容響應(yīng)執(zhí)行理解意圖并執(zhí)行相應(yīng)操作11.聲學(xué)傳感器行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)技術(shù)瓶頸SNR提升難度大成本壓力價(jià)格持續(xù)下降競爭激烈新進(jìn)入者增多3標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作難技術(shù)瓶頸成本壓力原材料成本關(guān)鍵材料價(jià)格上漲替代材料性能不足供應(yīng)鏈波動(dòng)大研發(fā)投入技術(shù)迭代加速研發(fā)周期縮短人才成本高昂制造挑戰(zhàn)良率提升難度大設(shè)備折舊壓力自動(dòng)化轉(zhuǎn)型投入市場競爭12.聲學(xué)傳感器的未來發(fā)展趨勢1微型化極限突破物理尺寸限制高度集成多功能傳感器融合邊緣智能傳感器內(nèi)置AI處理微型化和集成化0.5mm2芯片面積新一代MEMS麥克風(fēng)尺寸0.1mW功耗水平低功耗設(shè)計(jì)目標(biāo)4合1集成度多麥克風(fēng)單芯片方案高性能化超高信噪比理論極限接近85dB全頻段響應(yīng)5Hz-40kHz全覆蓋超低功耗休眠電流小于1μA環(huán)境適應(yīng)性抗干擾能力提升10倍智能化和多功能化自學(xué)習(xí)算法根據(jù)環(huán)境自動(dòng)調(diào)整參數(shù)適應(yīng)不同場景需求多傳感融合聲學(xué)