Micro dạng mảng - Định hướng giọng nói nhưng khó triệt tiêu tiếng quạt

Micro dạng mảng là cụm từ hai micro MEMS siêu nhỏ trở lên, đặt cách nhau vài centimet, phối hợp để ưu tiên giọng người ngồi trước màn hình hơn âm thanh xung quanh. Nói đơn giản, laptop so thời điểm cùng một tiếng nói chạm tới từng micro rồi cộng các tín hiệu cho khớp nhau. Cách làm này hiệu quả với tiếng ồn ở xa, còn tiếng quạt tản nhiệt nằm ngay trong thân máy nên khó lọc hơn nhiều. Bài này đi vào phần cứng: số capsule, khoảng cách, vị trí đặt và cách đọc thông số linh kiện.

Micro dạng mảng là gì và vì sao laptop dùng nhiều capsule

Mỗi capsule trong micro dạng mảng là một micro MEMS, tức màng rung chế tạo trên đế silicon rồi đóng gói chỉ cỡ vài milimet. Infineon công bố micro IM73D122 dùng cho laptop và thiết bị hội nghị có kích thước 4,00 x 3,00 x 1,20 mm, còn TDK InvenSense ICS-43434 chỉ 3,50 x 2,65 x 0,98 mm. Micro MEMS đặt trong laptop thường là loại đa hướng, thu âm gần như đều mọi phía, nên một capsule đơn lẻ không biết giọng bạn nằm ở đâu để ưu tiên.

Tài liệu trình điều khiển của Microsoft ghi rằng một micro gắn trong máy thu âm không tốt, còn mảng micro tách nguồn âm và loại tiếng ồn môi trường, tiếng vang hiệu quả hơn. Để Windows hỗ trợ mảng, trình điều khiển phải khai báo cấu trúc KSAUDIO_MIC_ARRAY_GEOMETRY gồm kiểu mảng (thẳng, phẳng hoặc 3D), số micro, dải tần làm việc và tọa độ từng micro. Nghĩa là thuật toán beamforming không tự đoán vị trí capsule mà đọc đúng bản vẽ do hãng laptop cung cấp, sai tọa độ thì hướng thu cũng lệch theo.

Trên tài liệu PSREF của Lenovo, ThinkPad X1 Carbon Gen 13 (2025) và ThinkPad T14 Gen 6 (2025) phiên bản Intel cùng ghi "Dual-microphone array, 360° far-field, Dolby Voice", tức hai micro kèm chế độ thu xa quanh 360 độ. Chi tiết này cho thấy số capsule thực tế có thể chỉ là hai, còn khả năng nghe quanh bàn thực chất đến từ khâu xử lý. Khi xem cấu hình, bạn nên tìm số micro ghi bằng con số cụ thể, vì cụm "micro tích hợp" không xác nhận laptop có mảng hay không.

Khoảng cách giữa các capsule quyết định dải tần thu theo hướng

Âm thanh đi trong không khí khoảng 343 m/s ở 20°C, con số mà ghi chú ứng dụng AN-1140 của InvenSense dùng cho mọi phép tính mảng micro. Với hai capsule cách nhau 40 mm, giọng nói tới từ phía đầu trục mảng chạm micro xa chậm hơn micro gần khoảng 117 micro giây. Ở tần số lấy mẫu 16 kHz, mức tối thiểu Microsoft khuyến nghị cho mảng micro, độ lệch đó chưa tới 2 mẫu âm thanh. Micro dạng mảng phải bù đắp những độ lệch rất nhỏ như vậy, nên khoảng cách giữa các capsule phải được khai báo chính xác tới từng milimet.

Mẫu bố trí của Microsoft	Số micro	Kích thước khuyến nghị	Khoảng cách xa giữa 2 micro (mm)	Độ trễ tối đa (µs)
Thẳng 2 micro	2	Cách nhau 40 mm	40	117
Thẳng 4 micro	4	Dài 120 mm, mỗi micro cách 40 mm	120	350
Tròn 4 micro	4	3 ngoài, 1 tâm, bán kính 42,5 mm	73,6	215
Tròn 7 micro	7	6 ngoài, 1 tâm, bán kính 42,5 mm	85	248

Điểm mấu chốt là khoảng cách giữa capsule cũng đặt ngưỡng trên cho dải tần mà micro dạng mảng thu theo hướng. AN-1140 nêu ví dụ hai micro cách nhau 75 mm có điểm triệt tiêu lý thuyết quanh 2,3 kHz, tính bằng 343 chia hai lần khoảng cách. Áp cùng công thức cho khoảng 40 mm trong mẫu của Microsoft, điểm này dời lên khoảng 4,3 kHz. Tài liệu ghi mảng ngang cần khoảng cách nhỏ để tránh chồng phổ (aliasing): khi nửa bước sóng tiến gần khoảng cách giữa hai micro, đáp tuyến theo hướng bị sai lệch đáng kể. Hai cột cuối của bảng là phép tính từ 343 m/s cho từng mẫu bố trí.

Ở chiều ngược lại, capsule đặt quá sát làm mảng kém định hướng ở dải trầm. Bước sóng của âm 200 Hz dài khoảng 1,7 m, gấp hơn 40 lần khoảng 40 mm giữa hai capsule, nên hai micro nhận gần như cùng một pha, chỉ lệch khoảng 8 độ. AN-1140 cũng ghi mảng ngang đặt sát nhau thì mức suy hao ở tần số thấp suy giảm. Đây là lý do thuật toán beamforming trên mảng hai, ba micro phân biệt hướng rõ ở dải giọng trung và cao, nhưng gần như bất lực trước tiếng ù trầm.

Thuật toán beamforming delay-and-sum dựng vùng thu trước màn hình ra sao

Thuật toán beamforming kiểu delay-and-sum vận hành theo nguyên lý đúng như nghĩa tiếng Anh: làm trễ rồi cộng. Bộ xử lý giữ lại tín hiệu của micro nhận âm sớm một khoảng bằng độ lệch tính từ hình học mảng, rồi cộng với tín hiệu micro còn lại. Giọng nói từ hướng mục tiêu được cộng cùng pha nên mạnh lên, còn âm thanh từ hướng khác cộng lệch pha nên yếu đi một phần. Theo AN-1140, kiểu mảng ngang (broadside) đặt hàng micro vuông góc với hướng giọng nói, chỉ cần phép cộng đơn giản và có độ sâu mỏng, hợp với viền màn hình.

Micro dạng mảng kiểu ngang có nhược điểm đến từ chính sự đối xứng. AN-1140 ghi rằng đáp tuyến phía sau của mảng ngang luôn trùng với phía trước, nghĩa là mảng không phân biệt được âm từ trước mặt hay sau lưng màn hình. Trong ví dụ khoảng cách 75 mm của InvenSense, mảng hai micro chỉ giảm 3 dB âm từ hai bên, mảng ba micro giảm 6 dB. Mức 3 dB tương đương giảm một nửa công suất âm, nên tiếng ồn bên cạnh chỉ nhỏ đi vừa phải chứ không biến mất.

Kiểu dọc (endfire) xếp micro thẳng theo hướng giọng nói, làm trễ và đảo dấu tín hiệu micro sau để tạo vùng thu hình trái tim, câm ở phía sau. Bậc hai của kiểu này có ưu thế 12 dB suy hao hai bên, đổi lại mảng dài hơn và khả năng tái tạo dải trầm bị hụt, đáp tuyến tăng 6 dB mỗi quãng tám. Định hướng bằng hình học chỉ là lớp đầu; lớp lọc tạp âm bằng phần mềm chạy phía sau, cách kích hoạt lớp này trên Windows cùng ứng dụng họp được hướng dẫn trong bài Micro khử ồn trên laptop - Bật lọc tạp âm khi họp online và gọi video.

Vì sao tiếng quạt tản nhiệt vẫn lọt qua micro dạng mảng

Về bản chất, mọi phép tính ở trên giả định nguồn âm ở xa, sóng tới mảng gần như một mặt phẳng, và AN-1140 ghi rõ giả định trường xa này. Giọng bạn khi ngồi trước laptop khá gần với giả định đó. Quạt tản nhiệt lại nằm ngay trong thân máy, còn ở nhiều mẫu laptop, khe thoát gió đặt ở cạnh sau gần bản lề, ngay dưới mép màn hình. Sóng từ nguồn gần như vậy không còn phẳng, độ trễ giữa các capsule khác với mô hình, nên thuật toán beamforming không triệt tiêu tiếng quạt theo đúng tính toán.

Phổ tiếng quạt cũng bất lợi cho micro dạng mảng. Tiếng gió rít trải rộng trên nhiều dải tần, còn tiếng ù của động cơ và cánh quạt dồn nhiều ở dải trầm, đúng vùng mà mảng vài centimet gần như không định hướng. Tiếng quạt còn đổi theo tải: khi CPU và GPU nóng lên, quạt quay nhanh hơn, cao độ và cường độ tiếng ồn thay đổi liên tục. Cơ chế quạt tăng tốc theo nhiệt độ và các nguyên nhân khiến quạt rít to được phân tích trong bài Quạt laptop ồn - Vì sao kêu to và cách giảm tiếng ồn hiệu quả.

Đường truyền thứ hai là rung cơ học. Rung từ quạt và loa đi qua khung vỏ tới bo mạch gắn micro dạng mảng, không lan qua không khí nên không mang hướng để mảng loại trừ. Microsoft khuyến nghị gioăng cao su có công dụng tách rung qua kết cấu, nhất là đường rung từ loa tích hợp. Các capsule cũng phải đồng đều trong khoảng ±1 dB biên độ và ±2 độ pha ở 1 kHz; AN-1140 cảnh báo chênh lệch hai thông số này làm hỏng đáp tuyến mong muốn, khiến điểm triệt tiêu kém sâu.

Đọc thông số micro MEMS qua SNR, độ nhạy dBFS và AOP

SNR là tỷ số giữa tín hiệu chuẩn và tạp âm nội tại của micro, tính bằng dB. Trong khuyến nghị mảng micro của Microsoft, SNR đo bằng tín hiệu 1 kHz ở 94 dBSPL, tức áp suất 1 Pa, với tạp âm lọc trọng số A. Lấy 94 trừ SNR ra sàn tạp âm: micro MEMS 73 dB(A) có sàn khoảng 21 dBSPL, micro 65 dB có sàn khoảng 29 dBSPL. Để đáp ứng khuyến nghị của Microsoft, mỗi capsule cần đạt từ 65 dB và cả mảng sau khi lắp đạt từ 64 dB, mức đo sau khâu khuếch đại và cân bằng cố định.

Linh kiện	Hãng	SNR (dB)	Độ nhạy (dBFS)	AOP (dBSPL)	Trạng thái theo hãng
IM73D122	Infineon	73	-26	122	Đang sản xuất, hãng nêu cho laptop và thiết bị hội nghị
IM69D130	Infineon	69	-36	130	Không dùng cho thiết kế mới
ICS-43434	TDK InvenSense	65	-26	120	Ngừng sản xuất (EOL), ngõ ra I2S 24 bit
ICS-41350	TDK InvenSense	64	-26	120	Ngừng sản xuất (EOL), ngõ ra PDM
Khuyến nghị cho mỗi capsule	Microsoft	Từ 65	-26 (cả mảng)	Từ 120	Mảng sau khi lắp cần SNR từ 64 dB

Độ nhạy dBFS cho biết âm chuẩn 94 dBSPL ra mức số bao nhiêu so với mức tối đa của bộ chuyển đổi. Mức -26 dBFS Microsoft khuyến nghị cho mảng nghĩa là âm chuẩn còn cách ngưỡng bão hòa 26 dB. Micro -36 dBFS như IM69D130 cho tín hiệu nhỏ hơn 10 dB ở cùng áp suất, đổi lại chịu được âm lớn tới 130 dBSPL. AOP là ngưỡng áp suất khiến độ méo chạm 10%, Microsoft đặt mức tối thiểu 120 dBSPL. Định dạng thu tối thiểu là 16 kHz, khuyến nghị 24 bit để duy trì dải động của micro MEMS.

Trang cấu hình laptop thường không ghi SNR hay độ nhạy của từng capsule trong micro dạng mảng. Trên PSREF, Lenovo ghi số micro và chế độ thu xa, không ghi model linh kiện. Vì vậy bạn không nên suy SNR của một laptop từ datasheet micro MEMS bất kỳ, cũng không nên tin các con số SNR chung chung cho cả dòng máy. Thông số khả dụng để so sánh là số capsule, chế độ thu và tính năng xử lý đi kèm; giới hạn phần cứng mà bảng cấu hình không bộc lộ chỉ xác minh được qua bản ghi âm thực tế trong căn phòng của bạn.

Đặt micro trên viền màn hình hay thân máy khác nhau thế nào

Viền trên màn hình là vị trí hay gặp cho micro dạng mảng vì hướng thẳng về phía người ngồi và cách xa bàn phím, quạt. Mảng thẳng nằm ngang trên viền khớp với thuật toán beamforming kiểu ngang của AN-1140: giọng nói tới vuông góc, tiếng từ hai bên bị giảm. Khi gập laptop 2 trong 1 thành máy tính bảng hoặc dựng kiểu lều, trục mảng đổi hướng so với miệng, nên trải nghiệm thu âm có thể khác so với lúc ngồi gõ phím bình thường.

Micro dạng mảng đặt ở thân máy, gần bàn phím hoặc cạnh trước, nhạy cảm hơn trước nguồn ồn: tiếng gõ phím và rung từ bàn tay truyền thẳng qua vỏ. Trong hướng dẫn tích hợp mảng micro, Microsoft khuyến nghị tối ưu các lỗ dẫn âm cùng chiều dài, đường kính 0,8 đến 1,0 mm, tỷ lệ dài trên đường kính dưới 2, gioăng xốp nén trên 70% và lưới chắn bụi. Những chi tiết này quyết định các capsule nhận âm có đồng đều không, điều mà nhìn số lỗ trên vỏ máy không thể đoán được.

Loa tích hợp là nguồn ồn thứ ba nằm ngay cạnh micro. Microsoft cho biết bộ xử lý cần thêm luồng tín hiệu phát ra loa làm tham chiếu để khử tiếng vọng, vì micro luôn nghe lại tiếng loa của chính máy. Khi họp không đeo tai nghe, loa rời đặt lệch khỏi viền màn hình là phương án giảm phần âm dội về mảng, và cách chọn loại loa phù hợp có trong bài Loa ngoài cho laptop - Chọn loại nhỏ gọn, nghe rõ lời khi họp trực tuyến.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Micro dạng mảng trên laptop thường có mấy capsule?

Nhiều mẫu laptop doanh nhân dùng hai capsule, ví dụ ThinkPad X1 Carbon Gen 13 và ThinkPad T14 Gen 6 ghi "Dual-microphone array" trên PSREF. Microsoft đưa ra mẫu tham khảo hai, bốn và bảy micro. Thêm capsule giúp thuật toán beamforming tăng suy hao âm hai bên, nhưng không tự loại tiếng quạt nằm trong thân máy.

Vì sao bật thuật toán beamforming mà tiếng quạt vẫn còn?

Thuật toán beamforming tính độ trễ theo giả định nguồn âm ở xa, trong khi quạt nằm sát micro và tiếng ù tập trung ở dải trầm, nơi mảng vài centimet gần như không định hướng. Rung từ quạt còn truyền qua vỏ máy tới bo mạch micro, không mang hướng để mảng loại trừ.

SNR bao nhiêu thì micro MEMS đáp ứng khuyến nghị của Microsoft?

Microsoft khuyến nghị mỗi micro MEMS đạt SNR từ 65 dB, đo bằng tín hiệu 1 kHz ở 94 dBSPL với tạp âm lọc trọng số A. Cả mảng sau khi lắp vào máy cần từ 64 dB, độ nhạy khuyến nghị -26 dBFS và AOP từ 120 dBSPL.

Khoảng cách giữa hai micro trong mảng nên là bao nhiêu?

Với micro dạng mảng thẳng gồm hai capsule, mẫu của Microsoft dùng khoảng cách 40 mm. Theo công thức 343 chia hai lần khoảng cách, mảng này định hướng ổn tới khoảng 4,3 kHz. Đặt xa hơn thì ngưỡng chồng phổ tụt xuống, đặt sát hơn thì mảng kém định hướng ở dải trầm.