智能音箱硬件结构总结

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，通过网上查询不少资料，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，加上节前公司抽奖抽中的，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，主要差别在于配置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，已经出现过蓝牙音箱了，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出来。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。

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结构相关的知识点，如看不清可以点击图片放大查看。

由于内容太多，以下我只针对几个方面进行详细介绍。

01 麦克风阵列

麦克风阵列，从字面上，指的是麦克风的排列，也就是说由一定数目的声学传感器(一般是麦克风)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，定向精度越高。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，相信会很快推上市场。

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）。

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

风阵列处的外观都差不多的原因之一）

2、圆心的麦克风允许高出圆平面、但高度差不超过10mm；（麦克风阵列处最好是平面，这也是限制ID的原因之一）

3、圆平面和水平面之间可以有一定夹角，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：

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定于面壳上，通过面壳上的拾音孔进行录音采集。如下图：

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。

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，麦的正上方弧面应尽量小，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，其中下进音的对应PCB板子需穿孔。

其两种安装方式如下：

其中 L 表示深度，D 表示开孔直径，结构设计时，需要保证开孔尽量大（D>1mm）,孔深尽量小（L<5mm），建议保证 L/D < 3。

1）为保证密封性，面板与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，推荐poron。

2）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：

4 麦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量强度信噪比不低于-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，确保麦克录音不截幅，

2) 在扬声器最大播音音量时，距离麦克 3~5 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

首先是方案的确定，音箱方案需同时考虑成本以及音质，在硬件结构上，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，这两款都是高端产品，扬声器的品质都不错。

苹果的HomePod

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干扰得考虑远离出音方向，苹果的做法是往下移到音箱中部，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。这两家对高音扬声器的出线设计都比较特别：都是通过中间金属件间接把扬声器与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

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

小度智能音箱大金刚

华为 AI 智能音箱2

方案3：1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，有的通过设计倒相管来实现，这种方案就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，并通过声学设计优化，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，扬声器可以放置于听音区的任何位置。

2）对于全频、中高频、高频扬声器，其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，需要设计声音反射装置（如下图），以减小指向性带来的声音衰减。

3、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定。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，以减小箱体振动，抑制箱体内部的声波谐振。

2）箱体的密封性要好箱体不能出现漏气，特别是对于低音音箱，漏气的话会出现风噪声，所以应在箱体上下壳结合处增加泡棉密封或者点胶，甚至设计双止口结构，如下图。

3）提高音箱低音效果的结构

a、倒相管，普通倒相式音箱把扬声器振膜露在外面来发声，而扬声器的后方也会有振动，如果把扬声器向后方的振动也利用起来，就会使声波加强，重低音加强，安装倒相管之后，低频声波反相后到前面和正面的声波叠加，增加了低频的输出声压，也就是说同样的箱体，同样的功率，倒相式音箱比封闭式音箱在低音上效果好得多。倒相管设计位置、形状需要保证箱体内部气流的顺畅性，开口处应设计成类喇叭口并倒圆角，以减小低频失真及产生风噪声，倒相管的长度和截面积大小依据箱体容积大小、扬声器的相关参数进行设计和调节。

b、辐射振膜，它是利用空纸盆代替倒相管所构成的，适当加以控制可使空纸盆振动所产生的辐射声波与扬声器前向辐射声波同相，从而改善了音箱的低频特性，提高了低频频响，空纸盆倒相箱更适合用到容积相对较小的箱体中。

4、出声结构

1) 塑胶孔（外）+防尘网（内）

2) 钢网（外）+防尘网（内）

3) 网布（外）+塑胶孔（内）

5、减震

1）音箱固定位减震（加软胶垫）

2）扬声器固定位减震（加软胶垫）

4）麦克风阵列板减震（加软胶垫）后面还有散热结构、导光结构等等，

由于篇幅有限，这里就不详细介绍了，其中导光结构、热设计等，之前文章有总结，