基于矢量传声器的智能系统开发

1. 痛点问题

声压型传声器能够拾取各个方向入射的声波，这种传声器是全向传声器。随着声学场景多元化需求，声波入射方位信息也越来越重要。在许多拾音或测量应用中，需要过滤掉环境的噪音而仅拾取或测量目标声特性，例如语音增强，声源定位，场景录音以及复杂环境下声测量等等。在这些应用场景中全向传声器不能够满足需求。矢量传声器作为一种新型MEMS传声器，能够以极小的尺度获得声音的空间方位信息，在智能音箱、定向语音交互等智能家居的器件小型化方面极具优势，但是国内外在相关产品的应用方面仍存在空白。因此，作为在技术和性能上都具有革命性突破的矢量传声器，势必将成为引领声学检测技术新一轮产业爆发的关键。

2. 解决方案

南京大学卢明辉团队研制了一种MEMS声质点振速传感器，它能够直接测量声质点振速量，结合声压传感器构成矢量声学传感器，所测出的物理量能够完整的描述整个声场（声压、声质点振速、声阻抗）。其基本工作原理是：悬空线局域加热周围流体介质产生稳态热场,声波引起流体介质振动导致温度场发生非对称变化,悬空导线检测出由温度引起的电阻变化而获得声质点振速信息。

热线式矢量传声器工作原理以及所制备器件扫描电镜照片

3. 竞争优势分析

1）声学传感装置的小型化和低成本：突破传统标量器件的尺寸限制，阵列尺寸远小于探测声波波长，能在几毫米的空间内实现三维定位；麦克风数目大大减少，可将现有动辄几万的单价降低至百元量级。

2) 高信噪比和抗干扰特性：矢量麦克风只能够拾取特定方向的声质点振动信号，抑制了其他方向上的噪声干扰，提高了工业、城市嘈杂环境下的抗干扰能力。

3) 通用性、可扩展性强：对于阵列应用，在通用平面型阵列的基础上，可以设计出球形、星形、弧形阵列结构，可将其扩展到声学远/近场成像和智能语音定位应用中。

4) 经久耐用：结构简单、无机械运动单元，耐高温且更加可靠。