一文看懂 | 一副耳机塞下6个麦克风，苹果是怎么做到的

前不久，苹果的Airpods Pro正式上市，各路拆解大神速度进行了360度花式拆解，把Airpods Pro从里到外看了个遍。大神们在感叹苹果牛掰的工业设计之外，惊讶的发现，每个耳机居然史无前例的塞进了3个麦克风。

▲X光下的Airpods Pro，原图来自iFixit，黑毛警长008标记

上图是Airpods Pro的X光照片，在红圈处就是三颗麦克风所在的位置。分别位于耳机机身的底部、中部以及耳机内部。

1.麦克风长什么样？

我们先看看3号麦克风，3号麦克风位于耳机内部

▲3号麦克风被称为“内向”麦克风，位于耳机内部，原图来自APPLE，黑毛警长008标记

而耳机被暴力拆解后可以更加清晰的看到麦克风（红框处）的黄铜外壳

▲耳机被暴力拆卸后看到的3号麦克风实物图，原图来自ifixit，黑毛警长008标记

经过进一步拆解和对比，发现1号与2号麦克风信号相同，为234-936-GWM1。而三号麦克风信号略有区别。

▲三颗麦克风实物图，黑毛警长008整理

2.为什么麦克风这么小？原理是怎样的？

Airpods Pro用的麦克风的长宽高约为3*2*0.98毫米，不足米粒大小。这种麦克风的专业名称为MEMS麦克风。

MEMS, 原文全称Micro-Electro-Mechanical System，中文全称微机电系统。MEMS传感器采用半导体技术进行加工，加工精度可以控制到微米甚至纳米级别。相比传统麦克风，MEMS麦克风具备尺寸小、功耗低、性能优、一致性高、成本低的优点。由于这一系列优点，目前市场上的大部分消费电子产品，包括手机、智能音箱、智能穿戴、TWS耳机、VR、AR等都在广泛使用MEMS麦克风，以至于如今业界把MEMS麦克风形容为电子产品的“听觉细胞”。“听觉细胞”的数量和质量，直接关系到电子消费产品的品质与最终体验。

▲MEMS麦克风3D结构图，来自41j.com

MEMS麦克风由三部分构成，第一部分是MEMS声音传感器（上左图中的右边部分），第二部分是ASIC芯片（上左图中的左边部分），第三部分是金属外壳。底部PCB板上有信号端子（上右图黄色方块部分）和接地端子（上右图黄色圆圈部分）。根据信号处理方式的不同，不同信号MEMS麦克风的信号端子数量不同，常见的为2~4个。（Airpods Pro的麦克风有4个信号端子）

▲MEMS传感器右视图横截面示意图，来自omron

MEMS传感器由上下两层“薄膜”构成一个电容器，上层为孔洞结构（上图黄色/绿色部分），下层为密闭结构。当声音传递到传感器时，声压会导致两层薄膜之间的间距发生变化，从而形成电容变化，也就是将声音信号转变为了电信号。

▲MEMS底层薄膜随声波震动，从而将声压转换为电信号，来自omron

在MEMS传感器将声压转换为电信号之后，电信号会被传递给ASIC芯片，芯片会对电信号进行处理，比如进行放大和模数转换（将模拟信号转为数字信号）

ASIC处理后的信号，最终通过底部的信号端子传递进行输出。

3.为什么要放置三颗麦克风？

作为耳麦（耳机+麦克风）来说，每个耳麦放一个麦克风不就够了吗？为什么要放三个？

这个问题要从苹果追求极致的设计思路说起。

1号麦克风，也就是整体底部的那一颗麦克风，功能是接收语音。这个麦克风必不可少，TWS（True Wireless Stereo，真无线立体声）耳机中都会有这个麦克风。

而2号麦克风，用于接收外部噪音信号。

▲2号麦克风，用于接收外部噪音信号，来自Apple

耳机中的处理器会识别2号麦克风接收到的噪音，并生成一个与噪音幅度相同、相位相反的声音信号（上图中右侧绿色部分），可以理解为噪声的一个镜像。当噪声与这个噪声镜像叠加后，两者就互相被抵消了，从而实现了所谓的“主动降噪”功能。

一般来说，对于主动降噪耳机，有这个麦克风就足够用了。但是苹果并不满足于此。

苹果发现，噪声不仅会来自外部，还会来自“内部”，也就是耳塞与耳道之间。由于人体无论是静止还是运动状态，耳塞与耳道都会产生持续的摩擦，从而产生噪声并影响到音质体验。这部分噪声如何去除呢？苹果想到，既然可以用2号麦克风“拾取”外部噪声，那么耳塞内部一样也放一个麦克风，用于侦测耳塞内部的噪声，并使用同样的“主动降噪”技术，将这一部分噪声也进行抵消。

这颗耳塞内的麦克风就是我们前面提到的3号麦克风，这也是它被称为“内向”麦克风的原因。（嗯，并不是性格内向，而是侦测的方向是“向内”的）

这样，1号麦克风用于接收语音等有用信号，2号麦克风用于侦测耳机外部的噪声信号，3号麦克风用于侦测耳塞内部的噪声信号，从而最终形成了内置3颗麦克风的Airpods Pro。

4.其他的TWS耳机也有这么多麦克风吗？

虽然市面上已经有了不少可以主动降噪的耳机，但是截止目前Airpods Pro还是独此一家。“其他”的耳机们仅仅能够主动抑制来自耳机外部的噪声，尚不具备Airpods Pro的消除耳塞内部噪声的功能。因此，既然功能上不具备，它们当然也就不需要在耳塞内部再多加一颗麦克风了。

手机摄像头不断增多，能够带来更好的体验；同样TWS耳机内麦克风的增多，一样可以带来更好的体验（当然，同时还需要强大的信号处理芯片，如H1，以及其他辅助零组件）。TWS耳机内部的麦克风，从最初的一个发展成两个，如今苹果发展成了三个，让降噪效果达到了前所未有的高度。这也是为什么Airpods Pro在1999元的高价下，依然“真香”重要原因之一。

5.Airpods Pro的麦克风是什么品牌？还有哪些耳机品牌使用同款麦克风？

截止目前，在业界对Airpods Pro拆解中，发现麦克风均来自歌尔股份。歌尔股份是一家2001年成立的中国公司，2008年A股上市。

在MEMS麦克风领域，在2011年之前几乎被一家公司所垄断，这家公司就是美国的楼氏（Knowles）。当时，在MEMS市场，楼氏一家就占了83%以上的份额，而其他公司，只能被楼氏按在地上反复摩擦。

▲MEMS麦克风市场，黑毛警长008整理

但从2011年开始，一些中国“小公司”的开始崛起。一家是歌尔，另外一家是瑞声。随着这些中国公司的不断努力，美国楼氏的份额被不断蚕食。

特别是歌尔股份，在2019年，一举超越美国楼氏，成为全球份额第一的MEMS麦克风厂家。

市场上，大部分高端电子产品，都会采用这三家的电声元器件。

苹果目前使用的比较多的是歌尔的麦克风，楼氏和瑞声用的相对少。而歌尔是华为在声学领域的唯一金牌供应商，华为通常会在其高端产品上使用歌尔，中低端产品使用其他品牌的声学器件。

据了解，业界TWS耳机品牌中，除了苹果、华为、三星等大品牌之外，一些追求高品质的小众品牌，比如Libratone（丹麦品牌）也有选择歌尔的MEMS麦克风。

写在最后

随着半导体技术的发展，麦克风从传统麦克风演进到MEMS麦克风，如今，MEMS麦克风已经被誉为电子消费产品的“听觉细胞”。

“听觉细胞”市场早期被美国所垄断，但是在歌尔和瑞声等中国公司的努力下，实现了中国MEMS技术的超越。发展到今天，歌尔已经跃居成为世界第一大MEMS麦克风厂商，无论在质量上还是在数量上，都成为业界的Number One。

由于MEMS麦克风等技术的加持，苹果的Airpods于2016年诞生。而在苹果的引领下，TWS耳机从被认知到认可，快速发展。预计明年全球TWS耳机出货量将达到一亿以上。

随着苹果为Airpods Pro史无前例配置多达3颗麦克风，从而将主动降噪技术带上了一个新的台阶。就像手机行业的“摄像头”大战一样，在苹果的标杆作用下，可以想象，华为、OV、小米等厂商必将快速跟进，“MEMS麦克风大战”一触即发。

在此背景下，MEMS麦克风厂商也必将迎来雪花一般的订单。希望歌尔、瑞声等中国厂商，能够充分利用好市场机会，努力研发更多更好的“听觉细胞”，为中国的MEMS高科技事业再加一把油。

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