声学结构

声学结构决定声音进入麦克风、离开扬声器以及在设备内部串扰的方式。很多语音效果问题看起来像算法不稳，根因却是开孔、腔体、密封、麦克风位置或扬声器漏音路径不合理。

基本组成

组成	作用	常见问题
声源	产生声音的人、设备或环境	距离变化、方向变化、多人同时说话
传播空间	声音传播和反射的环境	混响、遮挡、驻波、背景噪声
麦克风	把声压变化转成电信号	灵敏度不一致、底噪、饱和、开孔堵塞
扬声器	把电信号转成声压变化	失真、破音、漏音、箱体共振
腔体和导声结构	控制声音进出设备的路径	密封不良、频响凹陷、风噪放大
结构材料	影响吸声、反射、阻尼和机械振动	共振、异响、低频泄漏

声源与声场

人声不是单点理想声源。说话时，口腔、鼻腔、胸腔和头部都会影响辐射方向。高频更有方向性，低频绕射更强，所以设备在侧后方听到的人声会更闷，辅音更容易丢失。

声场可以粗略分为三类：

声场	特点	场景
自由场	声音基本不反射，声压随距离衰减	消声室、开阔户外
扩散场	声音从多方向反射到达，方向性弱	混响较强的室内
近场	声源距离麦克风很近，距离和角度变化影响大	耳机、手机、遥控器

远场语音通常指说话人与设备距离超过 1 米的场景。远场不只是“声音小”，还会叠加混响、噪声、遮挡和播放回声。

麦克风结构

单麦

单麦结构简单、成本低，适合近场拾音、遥控器、录音笔、简单通话设备。它无法从空间维度区分目标人声和噪声，只能依赖频谱、统计模型或神经网络做降噪。

单麦设计重点：

• 开孔不能被外壳、胶水、泡棉或防尘网堵住。
• 声孔到麦克风声口的导声路径要短、直、密封。
• 麦克风远离马达、风扇、按键、扬声器和高速数字线。
• 留出防风、防水、防尘结构时，要重新测频响和灵敏度。

麦克风阵列

麦克风阵列利用不同麦克风之间的时间差和相位差估计方向，从目标方向增强语音、从其他方向抑制噪声。

阵列	特点	适用场景
线性阵列	结构简单，主方向清晰	电视、会议条形设备
环形阵列	360 度拾音，方向覆盖均衡	智能音箱、会议终端
平面阵列	可做更复杂方向估计	机器人、车载顶棚

阵列间距不是越大越好。间距过小，低频方向差异弱；间距过大，高频会出现空间混叠。语音阵列常见间距在几厘米量级，需要结合目标频段、外形尺寸和算法能力一起定。

阵列一致性

阵列算法默认每路麦克风的增益、相位、延迟稳定一致。如果装配偏差大，波束形成、声源定位和 AEC 都会变差。

需要关注：

• 每颗麦克风灵敏度差异。
• 各路 ADC 或 PDM 时钟是否同步。
• 声孔长度是否一致。
• 结构装配是否导致某一路被遮挡。
• 标定数据是否被写入设备并正确加载。

扬声器与腔体

扬声器结构影响播放效果，也影响麦克风采集质量。语音设备里，扬声器播放的声音会通过空气和结构件回到麦克风，形成声学回声。

扬声器设计重点：

• 腔体容积影响低频响应，容积太小会低频不足。
• 密封不良会导致低频泄漏、杂音和结构振动。
• 扬声器到麦克风的直达路径越强，AEC 压力越大。
• 设备外壳共振会让某些频段异常突出。
• 大音量播放时的非线性失真会显著增加回声消除难度。

声学隔离

声学隔离的目标不是完全阻断声音，而是让“不该进来的声音”尽量少、尽量稳定。

典型措施：

• 麦克风与扬声器之间增加距离或隔离筋。
• 麦克风导声腔独立密封，避免内部串音。
• 使用泡棉、硅胶套、防尘网时控制一致性。
• 避免扬声器后腔漏到麦克风腔。
• 对风口、散热孔和装饰孔做声学评估。

常见结构问题

现象	可能原因	排查入口
录音发闷	声孔被遮挡、防尘网阻尼过大、高频衰减	对比裸麦和整机频响
单路麦克风明显偏小	开孔堵塞、焊接异常、密封偏差	分路录音、扫频、灵敏度测试
播放时唤不醒	喇叭到麦克风漏音强、AEC 参考不准	录近端和参考信号，查 ERLE
远距离识别差	阵列孔位不准、混响大、目标方向被遮挡	做不同距离和角度录音
大音量破音	功放削顶、扬声器超行程、腔体共振	看波形削顶和 THD+N
户外风噪大	声孔迎风、缺少防风结构	对比不同风向录音

结构评审清单

• 麦克风声孔、麦克风声口、导声腔是否对齐。
• 每个声孔是否有独立密封，是否存在内部串音。
• 麦克风到扬声器的路径是否过短或直通。
• 阵列几何尺寸是否与算法配置一致。
• 防水、防尘、防风材料是否改变频响。
• 喇叭腔体是否密封，是否存在异响和共振。
• 整机装配后是否做过分路录音、扫频和一致性测试。

总结

声学结构是语音算法的输入条件。结构不稳定时，算法调参只能掩盖部分问题，无法保证批量一致性。新设备立项时应先确定拾音距离、播放声压、结构空间和目标环境，再反推麦克风、扬声器和腔体方案。