哈曼国际工业公司（以下简称“哈曼”）于2025年10月8日公开了一项专利（EP4629663A2），提出了一种通过“外部附加后腔体（Back Volume）”提升MEMS麦克风性能的系统级设计方法。这项发明主要面向MEMS麦克风在信噪比（SNR）和低频截止性能方面的局限，提供了一种在麦克风模块层面增加后腔体空气容积的结构方案，从而提升整个麦克风组件的声学性能。
专利文件指出，传统的MEMS麦克风通常由基底、MEMS换能器以及印刷电路板（PCB）组成，外部盖板或壳体包裹其结构。MEMS换能器通常通过声孔与外部声场连通，内部形成前腔（Front Volume, FV）与后腔（Back Volume, BV）。后腔体积对麦克风的信噪比和低频响应有直接影响，体积越大，SNR 越高，低频响应越好。然而，常规MEMS麦克风封装体积受限，后腔空间往往不足。
Fig1A：底端口 MEMS 麦克风子组件 100。展示最经典的“芯片-基底-盖板”封装结构；声音从基底声孔 110 进入，后腔 BV 由盖板内部空间形成。
Fig1B：顶端口 MEMS 麦克风子组件 100′。声音从盖板声孔 110′ 进入，前腔 FV 在盖板侧，后腔 BV 在基底侧；BV 明显小于图 1A，直观解释“顶端口 SNR 吃亏”的原因。
哈曼的这项专利设计核心在于：在麦克风模组层面引入额外的空气体积，使后腔（BV）不再局限于MEMS芯片或其封装内部，而通过与PCB或模块外壳相结合的结构延伸得到扩展。
专利中双端口 MEMS 麦克风子组件（sub-assembly 350）包括一个带有贯穿声孔（port 110）的基底，一个带有嵌入式空腔的PCB，以及一个带有第二声孔（port 110′）的盖板。MEMS换能器安装在基底上，位于第一声孔和PCB空腔的正上方。盖板覆盖在换能器之上，与基底共同形成前腔（FV）。基底中的第一声孔与PCB内部空腔形成后腔（BV），其体积大于前腔体积。通过增大BV，麦克风组件的信噪比和频率响应得到改善。
该设计可以构成不同形式的麦克风模组结构。专利文件提供了三种典型结构方式：
第一种形式是在PCB下方安装第二盖板（second lid 408），该盖板与PCB之间形成空腔（cavity 402），通过基底的声孔（port 110）与MEMS换能器背部相通。如下图5所示，这一空腔与换能器背面空气连通后形成扩展的后腔体积，从而改善信噪比。
Fig-5：带第二盖板408的模组方案400。（在主板 206 背面再焊一只金属盖 408，形成外部大腔 402 → 经基底声孔 110 与 MEMS 背部连通，显著增大 BV；同时保留顶端口最短声路 d2，兼得“高 SNR + 平滑频响”。）
第二种形式是在PCB内部直接形成嵌入式空腔，如下图6所示。专利描述了 PCB 通常由 4 至 6 层 FR4 材料构成，可通过在不同 FR4 层切割不同形状和尺寸的孔，再将这些层堆叠在一起形成空腔（cavity 402），实现这种设计，空腔通过声孔与换能器背部连通，提供附加的空气体积。同样，这一结构能提升后腔体积，从而增强 SNR 与低频响应。
Fig-6：PCB 内嵌腔体方案 500。（直接利用 4-6 层 FR4 的层间空腔当外部 BV，无需第二盖板，降低高度与成本；腔体形状/大小通过层间开孔自由设计，功能与图 5 等同。）
第三种形式是利用麦克风外壳（housing 202）构成后腔。PCB与外壳的内部壁体共同围成密封腔体，该腔体通过声孔与MEMS换能器背部连通。这样形成的后腔通常具有更大的空气容积，因此能够进一步提升SNR表现。
Fig-7：机壳围合腔体方案 600。（主板 206 与机壳侧壁 208b-208d 一起围成密封大腔 402 当 BV，无需额外金属盖，最适合车载多麦克风阵列；BV 最大，SNR 提升最显著。）
Fig-8：用于 ANC 的低频增强梯度麦克风组件 1000。展示“单 MEMS + 双声入口”梯度结构；通过封住第二入口 1007/1015 把原梯度麦变成全向麦，并把第二通道空气体积并入 BV，30 Hz 灵敏度提升 2 dB。
Fig-9：两种密封位置对应的频响曲线 1200。曲线 1204（封在 1007 处）比曲线 1202（封在 1015 处）在 30 Hz 高 2 dB，直观证明“外部 BV 越大，低频截止越低”。
专利文件还提出了可调节后腔体积的设计，即“可变后腔（Variable Back Volume, VBV）”。这种结构主要用于主动降噪（ANC）系统中，以获得更好的低频响应和灵敏度一致性。VBV的核心是通过在第二声孔（second sound aperture 1007）处设置密封件（seal 1102），实现对后腔体积的调节。
具体方式包括在密封件处注入灌封材料（potting solution 1108），插入滑动塞（plunger 1110），或使用可调螺钉（set screw）以改变密封腔体的空气体积。通过控制注入材料的量或机械调节深度，可以改变后腔内空气量，从而调节麦克风在低频段的响应特性。
Fig-10：可变后腔体积方案 1000′。在图 8 基础上增加“可调”功能——通过针头注胶、螺钉或活塞改变第二通道空气量，实现生产线末端对灵敏度/频响的微调，解决批量一致性难题。Fig-11：VBV 调节后的频响/灵敏度对比 1300。四条曲线显示“空腔灌满” vs “空腔空” 在 30 Hz 差异约 2 dB；两样品间未经调节时差 4 dB，调节后仅 2 dB，量化证明 VBV 可把灵敏度容差减半。
专利中描述的端到端测试方法也体现了该调节机制的实际应用。在生产过程中，可通过对组装完成的麦克风组件进行声学测试，根据测试数据调整灌封材料的体积、调节元件的位置，或挤压、变形第二声孔（second sound aperture 1007）和 / 或第二声学管（second acoustic tube 1014）定义的体积，以获得目标频率响应。这样一来，不同的麦克风单元可在出厂时通过后腔调节实现一致的灵敏度特性。
Fig-13：麦克风组件的调谐流程 1400。端到线生产流程图——先组装 → 封第二入口 → 声学测试 → 根据数据注入灌封材料/调节螺钉或活塞 → 再测试确认，直到达到目标低频响应与灵敏度，实现 100% 在线闭环调谐。
EP4629663A2 还进一步阐述了这种后腔扩展和可变设计在主动降噪系统中的作用。文件中说明，低频截止点的改善对ANC系统至关重要，因为系统通常工作于30至500 Hz范围。通过增加或调节后腔体积，可以实现更低的截止频率和更窄的灵敏度容差，使麦克风在ANC应用中具备更稳定的性能表现。
不同于Knowles通过芯片层面增加硅腔容积（代表方案：SPH0645LM4H MEMS，内置大背腔+声阻抗控制），或Infineon利用背孔声导结构优化低频性能（XENSIV系列麦克风），哈曼的策略更具系统性——它在不修改MEMS芯片的前提下，通过模块级结构工程实现声学性能提升。
总结一下，哈曼的这项专利的核心创新并不在MEMS芯片内部结构，而是在封装与电路层之间利用可控的空气容积实现声学特性调整，具备更高的灵活性和成本优势。尤其在汽车领域，这种通过结构扩展后腔的方式可以无缝集成到多麦克风阵列中，为空间声学传感、语音识别和ANC系统提供统一的调音平台。
