AU60双麦波束成形硬件设计实操:选麦、接线、避坑

双麦波束成形硬件设计指南:从选麦到接线的完整实操

波束成形不是算法调一调就行,硬件端的麦克风选型、间距、布线直接决定最终效果。这篇基于 AU-60 模组,把双麦波束成形硬件设计的关键环节走一遍。


上一篇聊了波束成形能解决什么问题,这篇落地到硬件------做双麦波束成形的产品,麦克风怎么选、两个麦间距多少、怎么接线、PCB 布局要注意什么。

以下内容基于 AU-60 语音处理模组的双数字麦克风模式(模式八/九/十)整理,其他双麦模组原理相通,参数按各自规格书调整。

01 第一步:确定用哪种麦克风

波束成形对麦克风一致性要求很高。两个麦的灵敏度、频响、相位必须尽量一致,否则时延差计算会引入误差。

**模拟麦还是数字麦?**波束成形推荐用 PDM 数字麦。原因:

  • 数字麦输出 PDM 信号,抗干扰能力强,长距离布线也不容易受模拟噪声影响

  • 两个数字麦共用同一组 CLK 信号,时钟天然同步,省去模拟麦需要做的相位匹配

  • 数字麦灵敏度一致性比模拟麦好,选同一批次配对麦基本不用单独校准

AU-60 的数字麦接口是 PDM 格式,引脚定义:

AU-60 引脚 功能 接数字麦时的接法
Pin 14 DAT 数字麦 DAT 数据 接两个数字麦的 DAT 线(左右麦分时复用)
Pin 15 CLK 数字麦 CLK 时钟 接两个数字麦的 CLK 线(共用时钟)
Pin 19 3V3 3.3V 电源输出 给数字麦供电(最大 30mA),或用外部 3.3V 供电
Pin 18 GND 数字麦电源地 数字麦 GND 接这里

规格书提醒:Pin 19 的 3V3 输出电流限制在 30mA 以内。两个 PDM 麦的功耗通常在 1--2mA,一般够用。如果你的数字麦模块上还有其他电路,建议外部独立 3.3V 供电,不要用 Pin 19。

02 第二步:两个麦的间距怎么定

这是波束成形硬件设计最关键的参数之一。间距决定了能区分的声源方向精度,也决定了可做波束的频率范围。

规格书里推荐的双数字麦克风板是 DMIC-22-6 ,两个麦间距 6cm。

为什么是 6cm?简单理解:

  • **间距太小:**两个麦收到的声音几乎一样,时延差不明显,方向区分精度差

  • **间距太大:**对高频声音会出现空间混叠------算法分不清声音从左还是右来

  • 6cm 是语音频段(300Hz--8kHz)的常见折中值,在多数拾音距离(0.5m--5m)下波束效果稳定

如果你做的产品尺寸不允许 6cm,可以减小到 4cm 左右,但要接受高频方向精度下降。做桌面会议设备、门口机这类 6cm 通常没问题;做智能工牌这种小尺寸设备,可能需要 3--4cm 间距配合近距离拾音。

03 第三步:两种波束模式怎么选

AU-60 支持两种波束输出,硬件接线一样,固件不同:

模式 A:单波束单声道

  • 两个麦合成一个波束,朝一个方向收音

  • 输出一路降噪后的音频

  • 适合:门口机、会议全向麦、行车记录仪------只需要收前方一个区域

模式 B:双波束双声道

  • 两个麦各自形成一个波束,朝相反方向(左前方和右前方)独立收音

  • 输出两路互不串音的音频

  • 适合:智能工牌(收正前方 + 侧方)、双分区翻译设备、双通道录音

硬件上两种模式接线完全一样,区别在固件。选哪种模式取决于你的产品需要几路独立拾音。

04 第四步:波束方向角怎么理解

规格书里两个角度参数要搞清楚:

**中轴角度:**波束的中心指向。默认 90°------两个麦中间垂直方向。也就是说麦克风阵列横着装,波束正对着麦克风板的正前方。

如果你需要波束偏左或偏右,比如产品外壳决定了麦克风只能斜着装,可以通过固件改中轴角度,不用改硬件。

**拾取范围角度:**以中轴为中心,左右各 30°,总共约 60° 的区域。在这个范围内的声音会被增强,范围外的会被抑制。

这个范围也可以通过固件调整。需要更窄的波束(精准收一个人)就缩到 40°--50°;需要更宽的覆盖(会议桌多人)就放宽到 80°--100°。

05 第五步:AEC 参考信号怎么接

做全双工通话时,波束成形 + AEC 要同时工作。AEC 需要知道"喇叭正在放什么声音"作为参考,才能把喇叭声从麦克风里消掉。

AU-60 的 AEC 参考输入是 Pin 26 AECIN(模拟差分输入)。接法:

  • 从功放输入端(小信号端)取参考信号,直接接到 AECIN

  • 如果从功放输出端取信号,需要串联 C1(104 电容)和 R1(1K--10K 电阻)做隔离和幅值匹配

  • 常规 5W 以下功放,C1 用 1μF,R1 用 10KΩ

经验法则:优先从功放输入端取参考信号。这是小信号,不需要隔直和衰减,接线最简单,消回音效果也最稳定。

06 第六步:T1/T2 参数切换

AU-60 在板上留了 T1(Pin 11)、T2(Pin 9)两个参数切换脚。悬空时默认中高电平,对应中距离参数。

通过在 PCB 上预留 0Ω 电阻对地短接,可以组合四档拾音距离:

T1 T2 拾音距离
高(默认) 高(默认) 中距离 0.5--2m
高 低(对地短接) 近距离 0.1--0.2m
低(对地短接) 高 远距离 0.5--5m
低 低 超远距离 0.5--8m

做产品时建议 T1、T2 在 PCB 上都留焊盘,试产阶段根据实际拾音距离决定贴不贴 0Ω。

07 PCB 布局的几个常见坑

**坑 1:两个麦不在一条直线上。**波束成形要求两个麦克风的进音孔在同一条轴线上。如果因为结构限制歪着装,时延差计算会偏,波束方向就不准。

**坑 2:麦克风进音孔被外壳遮挡。**外壳面板到麦克风之间的隔音腔要短,进音孔不能贴防尘棉太厚------厚棉会改变高频频响,两个麦频响不一致,波束效果打折。

**坑 3:CLK 线太长太绕。**PDM 时钟频率不低,CLK 线要短、等长,DAT 线跟着 CLK 走。两根麦的走线尽量对称,减少串扰。

**坑 4:喇叭离麦克风太近但没做隔音。**波束成形管方向,但 AEC 管消回音。两个能力都要做好,喇叭到麦克风之间的物理隔音必须做------贴隔音棉、喇叭腔和麦腔独立,不能共一个腔体。

坑 5:数字麦供电和模拟电路共地不干净。 PDM 麦的电源要就近加 0.1μF 去耦电容,数字地和模拟地单点连接。地噪声大了,麦克风底噪会起来,波束成形再强也救不回来。

08 需要在线调参怎么办

如果产品出厂后需要根据现场环境微调参数,AU-60 预留了 SPI 端口(Pin 21--24:MISO/MOSI/CLK/CS)。外部 MCU 可以通过 SPI 在运行时写入寄存器调整工作参数,不用重新烧固件。

上电流程:AU-60 上电约 2 秒后进入工作状态,外部 MCU 再等 1 秒后就可以开始 SPI 通信。具体寄存器地址和时序需要找模组厂商获取。

小结

双麦波束成形的硬件设计,关键就三件事:

  1. **选对麦:**PDM 数字麦,同批次配对,间距按产品尺寸选 4--6cm

  2. **接对线:**DAT/CLK/VCC/GND 四线,AEC 参考信号从功放输入端取,T1/T2 留焊盘

  3. **布好板:**两麦同轴、进音孔通畅、CLK 等长、喇叭和麦物理隔音

算法和固件交给模组处理,硬件端把这三件事做扎实,波束效果基本不会差。

AU60模组规格书

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