智能音箱硬件结构总结

1、首先说明一下，本人并没做过智能音箱类结构，至于为什么会写有关智能音箱相关的 内容，主要原因是想通过自己总结下智能音箱类硬件结构的共性点以及注意点，以便 日后能用得上，在写本篇之前，本人也拆解过自己的音箱，但是为了寻找共性，通过 网上査询不少资料，由于资料太杂太泛，看过后也容易忘记，故想亲自一个一个字敲 下来加深印象，同时也加强理解。智能音箱，相信很多人都有，也都用过，加上廿前公司抽奖抽中的，本人已经有两个 了，实际上两个音箱功能上并没有多大差别，就像不同手机一样，功能都差不多，主 要差别在于配宜的不同导致的体验不一样。比如说，语音方案不一样，可能就体现在 唤醒成功率、语音识别、语义理解、拾音距

2、离、降噪能力等的不同：扬声器的排布以 及质量不同，所表现出来的音效、音质就不同：当然还有内容的不同，比如这一家的 音箱音乐合作方是QQ音乐，另外一家音箱的合作方是网易云音乐，你让它播放同一 首歌，两个音箱可能听到的不是同一个人唱的。在智能音箱之前，已经岀现过蓝牙音箱了，然而现在的智能音箱跟以前的蓝牙音箱有 什么区别呢？以下是网上的回答：1、首先是连接方式不同，蓝牙音箱内置蓝牙芯片，以蓝牙连接取代传统线材连接的 音响设备，通过与手机平板电脑和笔记本等蓝牙播放设备连接，达到方便快捷的目的。 而智能音箱主要是通过WI-FI连接相关设备，也就是说要通过网络联接相关设备。2、功能上不一样，蓝牙音箱采用的

3、是我们非常熟悉的蓝牙无线连接方式，它在使用 中需要手机+音箱才能实现音频播放，一旦脱离手机等将无法独立使用。比如蓝牙音 箱与手机对连后，就接管了手机的音频播放，手机的所有声音都会由蓝牙音箱发岀来。 而智能音箱采用的是WI-FI网络连接方式，可完全脱离手机、平板等智能设备后自主 播放各种影音，无需依附于任何外在设备，这也是它与蓝牙音箱在使用上最大不同。 此外联上网的智能音箱，可以放歌、听新闻，查询天气，配合其它一些设备，它还可 以实现家电的控制，一句话概括就是，智能音箱未来将有无限可能。所以智能音箱就是一种具备语音交互，可提供内容服务、互联网服务，以及场景化智 能家居控制能力的设备。由于智能音箱

4、有很大的想象空间，所以国内外巨头都争相进去这个行业卡位。品类2020Q1 （百万）2020Q2 （百万）环比增长率总计（百万）|亚马逊4.607.42613%12.03谷瞰3225.58732%8.81百度3.704.93333%8.63天猫3.544.0213.5%7.56小米3.203.241.2%6.43冥它1.041.26230总计193126.4545.76（Canalys2020上半年智能音箱出货呈数据）忌结狗攻城师智能音箱跟蓝牙音箱在结构上的最大差别就是多了语音模块，由于语音模块的硬件结 构要求，导致了目前智能音箱的结构形态的差别不大。以下是我个人通过脑图的方式总结了智能音箱硬件

5、结构相关的知识点，如看不淸可以点击图片放大查看。试用模式XKEH4MH型1MK：任史在方仔e?s巧上时匸也iwfi>MCM*jW-.+： ME曲灣恰禅討吕氏的谒叶 mi2ff &顾砒浪不丽产廉的if苗柑智能音箱硬件结构语音模块音箱棋块硕件模块外观W-MffftWiit :?%体IMStn劑好厲馳i内3）刃卫辭）a««Mfe光恃羽£旳rX«）LfeDM.ie re光寿光沁紡科Etr予二初毛勺佃wfyaw号肥止潘产莎 二认氏如适勾彩JMC嗣或冷Hs®r土話R®.冷.各个W忘還2"（氓讶懾芮* （電巾甌*2：参个务妙

6、IJ5»> h-<T7CJ方越5个乞凍境产於步»则映"rRtei：aw*®：工个戡参'卜第0刃怖宣汁F）J愆产谨MT，乡人运产祕亘厂农嬴奶塔密.朋上1比巴夭下力了GfT盘 MUVlwdT 妙 MimtHamBPod.力 WUf. (S3护下员2曲：小ms io 林刁呦nr以学剜-TWsrrtHt； weva«功於一竝53*个境g, 320J. Z. 9?VZ'9 他& 滋 ntyMsaii题*sm口磧加1H出统询ArM国TG绍：F亡G细巾眾下/圣GG空ILWT3 氐卄卫氐"競竺归已常射憩冋芝!_远比

7、nr;trp：后亠刚初：z”.心啊,j“处卜代注，体丫处*tE沁哇皆.wii©WxrsMKIP6g.讣慢=®E gid. n:S»2磁士疔垃H橙IC個为衣巳加：灯JGEE罩.FCTE*JJ：n 燥虫=4）认快：匕RW间疋:m：ABMffirg逊孑.【加«尘月I内）WJ±3Eife>U初（»） 定iR（W）«<L !>： 険?1 使)畑進紘1（滋加弱他 ：/“.结沟里砌师由于内容太多，以下我只针对几个方而进行详细介绍。01 麦克风阵列麦克风阵列，从字而上，指的是麦克风的排列，也就是说由一楚数目的声学传感器(一

8、 般是麦克风)组成，用来对声场的空间特性进行采样并处理的系统。通俗地讲就是相当于在音箱上加了耳朵，这样音箱就会听到声音、并理解声音、最后 进行反馈。目前市场上成熟的麦克风阵列方案的主要包括：科大讯飞的2麦、4麦和6麦方案， 思必驰的6+1麦方案，云知声(科胜讯)的2麦方案，以及声智科技的单麦、2麦阵 列、4 (+1)麦阵列、6 (+1)麦阵列和8 (+1)麦阵列方案等。市场主流的智能音箱一般都有4麦以上，那为什么要这么多个麦，一个不行吗？当然可以，但是效果会很不好，主要是应用场景的不同，方案就不同，单麦方案只要 应用在近距离的场景下，如手机语音，如果应用在远距离场景下，这样的场景下会存 在大量

9、的噪音、混响以及回声，试想一下，如果只有一个麦，在麦和人的半径距离上， 麦接收到声音时差是一样的，音箱就很难分辨谁跟它说话，距离越远效果越差。如果 有多个麦，不同麦就收到声音的时差就不一样了，这时会形成一个波速区域，区域外 的视为噪音，并通过算法抑制去除，这样麦克风就可以分辨方向，当然也是有精度范 围的，但是，麦越多，泄向精度越高。这时，又有个问题，如果在同样的距离，不同 的方向，2个人同时说话，音箱到底听谁的，所以这里别人发明了一个唤醒的方法， 就是每次都需唤醒一次，哪个方向上的人唤醒了音箱，音箱就先听谁的，这也是目前 智能音箱的一个缺点：就是不能同时分辨两个以上的人声。这样的缺点就是每次对

10、话 都需要唤醒且只能一对一对话，这样体验就不是很好，所以现在有个叫声纹识别的技 术，就是能记住唤醒人的声音，就好像你熟悉的人从你身后叫你，即使你没看到他, 你也知道叫你的人是谁。这个技术目前还没太成熟，相信会很快推上帀场。反射声O O % Q2/4麦克风线性布局一.麦克风阵列在结构设计上的一些要求（以科大讯飞的5麦方案为例，其他方案如 6麦、8麦类似，以下参考值均为讯飞官网参考资料）.ni图5五麦环彩阵列构型图6力右坏形阵列构型1、五麦环形阵列呈圆形布局，其中4个麦均匀分布在圆周，1个麦在圆心，圆直径 为54mm：（这个直径跟算法有关系，不可随意更改，这也是市场上智能音箱的麦克风阵列处的外观都

11、差不多的原因之一）2、圆心的麦克风允许髙出圆平而、但髙度差不超过10mm；（麦克风阵列处最好是平 面，这也是限制ID的原因之一）3、圆平而和水平面之间可以有一左夹角，但夹角不能超过10° :（麦克风阵列处最 好是平面，这也是限制ID的原因之一）4、麦克风阵列的零度方向必须和产品的正面朝向保持一致。二、麦克风阵列结构设计建议：1设计总体要求1）人声陡青达每个麦克，遁免掩蔽效应，即产品在常使用场昂下，保证声激的百达声（非 反射声到达毎个麦克的机会E均筲的，举例，麦克凤吏膜肯对人的嘴巴就可能会形 戊掩蔽效应；2）声咅到达麦克凤的路径尽可能短.宽，耍求谐振点频上対于紧贴面壳安 装方式.如图1

12、1所示嬰求声孔的深厦（向壳进声孔外侧鋤1IC进声几外知的踊离）小于 1.5mm,声孔宜径尽町能人（摄小2mn） o如來麦克能宜接圧表面最好，如图12所示：图11麦克紧贴而壳交装基本要求图12麦克安装在农面3）声音賂衿内不要存托仟何空辟.对干紧贴而壳安装方式，農廉和壳体内壁不爰百缝卩隹 不允许出现如图13的安装方式；结淀曲盗师II图13谡膜相壳体存在腔体（避免）4麦克风要远离干扰或震动（嘲叭叢动、结构转动震动）。对于喪动，-般釆用硅胶套 进行减瑕密封处理，硅胶软硬度可根胡实际结构形式逬彳亍匹配验证.一般要求尽可能 软；5）喇叭的失真耍小，100Hz-1kHz失真要小于10%, lkHzN后小f5

13、%o 一股喇叭在低频部分 失真会较高，超过10%.建议加滤波器滤除低频成份。6）喇叭的结构设计要避免结构引发的失貞“嘛叭要进行减股处理，避免结构殺动对麦克 造成较大影响。7）喇叭腔体凹周与其它机构件至少保留In口的间距，振旗上方与机构件至少保ffll. Snm.的 间隙.防止嘲叭碰到结构件产生振动和异音.8）避免纟吉构内声音传播，即喇叭的声音不能在结构内淤露到麦克.只能通过第构外的空 气传播到麦克，建议喇叭和麦克风放在不同腔体内或选用性能好的密封材料对腔体内 麦克部分进行冼封：图14避免结构内声音泄霜示意图9）对于驻极体麦克风结构设计和生产过程中要考虑对麦克凤的保护.避免挤压引发的 麦克风一致

14、性损失:圧:.结關型城师2驻极体麦克风安装方式1）面壳安装方式2）该结构方案麦克风阵列和硅胶套装配后固左于而壳上，通过而壳上的拾音孔进行 录音釆集。如下图：a）示意图抬旨孔1拾音孔2麦克风1麦克凤2图15面壳安装方式声腔结构示意图图16单个麦克风声腔设计示意图b）设计说明1）麦克风之间严格独立，侮个麦克风的拾音孔是其唯-的进声孔一种验证方法：用手按住麦克风的拾音孔，拾音音量降低不小于20dB：2）麦克风需要有橡胶套和固体表而隔绝，起到降低壳体震动传声以及密封的作用（图16 绿色结构）。3）麦克风距离外表面的距离（拾音孔深度）烫尽町能的小（般雯求小T 1.5mm）,声孔直接尽可能大（般要求大于2

15、mm）,防止声音在拾音孔内壁的反射形成谐振点。4）根据应用场景悄况，可在麦克风表面增加防风棉（类似车载空调风11吹场景和防尘棉第亦伴.、$.结詢攻勅师3非面壳安装方式（不建议）所有麦克风在一个开放空间内（如图17所示），麦克风本身不需要声腔结构，可以 是裸露的。开油区懺去克乂结构上表面开的区怪外壳结构图17非面壳安装方式结枸示意图b）设计说明1）所有麦克虬在个开放空间内，麦克风本身不需耍声腔结构，可以足裸露的，麦 克风相互之间不能有隔板等障碍物阻挡。2）麦克凤的开放空间外表而要充分透声，不能形成声反射区，外表面可使用金属网 或者布网彎材料，开戒区域外壳开扎率不低于50%.3）奕克风上农Iftl

16、距离卄戒区域上端的距离d不小于5mm.结沟班豹帅3硅麦克风安装方式首先硅麦不同于驻极体麦，硅麦一般贴片的，所以硅麦相对于驻极体麦对ID的限制 更加严格，麦的正上方弧而应尽量小，否则孔深太大。硅麦按进音孔的位置分有两种：一种是上进音，另一种是下进音，其中F进音的对应 PCB板子需穿孔。下进音上进音PCB设:备表面1PCBI豐J；胶害设备表面设备表面I囂设备表面其中L表示深度，D表示开孔直径，结构设il时，需要保证开孔尽量大（D>lmm）, 孔深尽量小（L<5mm）,建议保证L/D < 3。1）为保证密封性，而板与PCB板之间以及硅麦本身都要选用硅胶保护套、密封圈 或泡棉密封，推

17、荐porono2）为避免麦克风直接硬性接触面板产生震动，采用的硅胶保护套尽量选择较软的。3）为了防止MIC音孔被堵，需要安装防尘网。结构设计时需要避免谐振空腔的出现，如下图:1X7文备表面PCB- ' 亠 * _ ° “ .0文备表5PCB宅討设备表面:PCI设备表面4茨克风与扬声器之间的距离要求结构设计时，应保证扬声器发生孔方向和麦克风拾音方向不在同一方向，扬声器和麦 克风距离尽量远，扬声器到麦克风的声压不超过90分贝（在麦克风处测得），人声 音量和扬声器音疑强度信噪比不低于-25dB （人声到麦克风的声压约65分贝）。建议调试步骤：1）在扬声器最大播音音量下，确保麦克录音

18、不截幅，2）在扬声器最大播音音量时，距离麦克35米进行唤醒测试（超过3米人声需要 适当提高），如果不能正常唤醒，则需调小功放增益，直到能正常唤醒为止。02 音箱模块首先是方案的确立，音箱方案需同时考虑成本以及音质，在攸件结构上，不同的方案 选择不同的扬声器数量与质量，最终的成本会相差很大。方案1：多个高音扬声器+低音扬声器采用这种方案的代表厂商有苹果的HomePod和华为的SoundX,这两款都是髙端产品， 扬声器的品质都不错。低咅出咅方向苹果的HomePodMl jKrr 4沁 6麦克风阵列2低音扬声器高音出音方向华为的SoundX这两款音箱外形看起来很相似，但是内部布局还是有些差别的，相同

19、点都是实现了 360° 环绕声，差别在于：1、苹果的HomePod采用1个低音扬声器，且出音方向朝上，这样麦克风阵列为了避 免T扰得考虑远离岀音方向，苹果的做法是往卜移到音箱中部，但是这种麦克风阵列 方式目前只有苹果这么做，估计通过算法优化了。高音扬声器是7个均分阵列，但是 出音方向是朝下的。2. 华为的SoundX采用2个低音扬声器，且左右对称摆放，采用的是帝瓦雷（法国高 端音响品牌，成立于2007年，总部设于巴黎）的低音增强技术，至于他们为啥合 作，看下图，细品！高音扬声器和麦克风阵列都是常规布局方式了，这里不细说了。 这两家对髙音扬声器的出线设汁都比较特别：都是通过中间金属件间

20、接把扬声器与 PCB电性连接，这样做的好处就是装配方便，避免音腔漏气，缺点是增加了成本。苹果的HomePod二结初攻城师华为的SoundX方案2：多个全频扬声器+低音扬声器（或被动辐射振膜单元）采用这种方案的代表厂商有叮咚智能音箱和小米小爱智能音箱HD、小度智能音箱大 金刚和华为AI智能音箱2,具体细节大家慢慢看图吧！叮咚智能音箱小米小爱智能音箱HD列0r4个触按按键、人右2个全频小度智能音箱大金刚r為尬师华为AI智能音箱2导电泡棉方案力1个全频扬声器+被动辐射振膜单元这种方案扬声器用量最少，音质可想而知了，为了增加点低音效果有的通过增加被动 辐射振膜单元，有的通过设汁倒相管来实现，这种方案就

21、是为了低成本考虑的，同时 也非常适合小体积的音箱。最典型的有小度智能音箱、京东叮咚mini2,还有更狠的， 如小米小爱智能音箱mini,连独立的音腔结构都省了。小度智能音箱京东叮咚mini2小米小爱智能音箱mini以上3种扬声器方案为目前智能音箱常见的方案，由于各厂商的音箱型号太多，这里 就不一一列举了，有兴.趣了可网上搜索相关音箱的拆解分析。03音箱设计的总结1、扬声器的选型，应根据音腔大小选择，相反亦是，并通过声学设汁优化，测试。2、扬声器的指向性：指向性是指扬声器声波辐射到空间各个方向的能力，扬声器对不同方向上的辐射，其 声压频率特性是不同的，它与扬声器的口径有关，口径大时指向性尖，口径

22、小时指向 性宽，指向性还与频率有关，一般而言，对250Hz以下的低频信号，没有明显的指向 性。对1.5kHz以上的高频信号则有明显的指向性。频率超过8kHz以后，声压将形成 一束，指向性十分尖锐。所以，某些音箱在不同方向上排列几个高音单元，就是为了改善指向性，比如苹果的 HomePod和华为的SoundX,因此，1）对于超重低音、重低音扬声器，其发声方向可无特别限制，扬声器可以放巻于听音 区的任何位置。2）对于全频、中高频、髙频扬声器，英发声方向尽量正对听音位置，若因结构、外观 形态等限制，无法正对听音者位置，需要设汁声音反射装豊（如下图），以减小指向 性带来的声音衰减。H1X.IXIII音 k3箱体的设计1）箱体壳需要足够的强度箱体的厚度依据箱体振动情况和内部产生谐振的情况来确左。在条件允许情况下，尽 量比箱壁做厚些，并在箱体内壁适当增加加强筋，以减