用于测量扬声器的声学特征的压力梯度麦克风制造技术

本发明专利技术题为：“用于测量扬声器的声学特征的压力梯度麦克风”。提供了一种用于测量扬声器的声学特征的差分压力梯度微机电系统(MEMS)麦克风。该麦克风包括MEMS麦克风外壳和安装在MEMS麦克风外壳中的顺应膜，该顺应膜将MEMS麦克风外壳划分为第一腔室和第二腔室。第一腔室包括朝顺应膜的第一侧面开口的主端口且第二腔室包括朝顺应膜的第二侧面开口的第二腔室，并且主端口和副端口相对于彼此调谐以控制顺应膜的第一侧面和第二侧面之间的压力差，使得相对于具有封闭的第一腔室或第二腔室的麦克风在麦克风信号输出中观测到至少10dB衰减。

A pressure gradient microphone for measuring the acoustic characteristics of a loudspeaker

The invention is entitled \pressure gradient microphone for measuring the acoustic characteristics of a loudspeaker\. A differential pressure gradient microelectromechanical system (MEMS) microphone for measuring the acoustic characteristics of a loudspeaker is provided. The microphone includes the MEMS microphone housing and the compliant membrane installed in the MEMS microphone housing. The compliant membrane divides the MEMS microphone shell into the first chamber and the second chamber. The first chamber includes a first side of the opening of the film adaptation main port and the second chamber comprises a second chamber second side toward the opening of the film adaptation, and the primary and secondary ports to each other to control the film adaptation of tuning a first side and a second side pressure difference, the relative to the first chamber is closed or the second chamber. The microphone in the microphone signal output observed at least 10dB attenuation.

【技术实现步骤摘要】
用于测量扬声器的声学特征的压力梯度麦克风
本专利技术的实施方案涉及用于测量扬声器的音频特征的传感器，并且更具体地用于测量扬声器系统的位移、速度或加速度的麦克风。
技术介绍
扬声器隔膜的位移或速度对于评估任何扬声器的特征来说可能是有用的参数。用于测量扬声器隔膜位移的当前技术包括使用光学传感器，例如激光位移传感器或换能器。然而，此类传感器遭受各种缺点的困扰，例如包括对目标材料的表面特征(例如，颜色、材料等)的敏感度。此外，相对于其他方案，诸如在扬声器隔膜上布置加速度计，加速信号必须加以结合(以产生速度信号)并且测量中的任何噪声将产生累积误差。
技术实现思路
在一个实施方案中，本专利技术涉及用于间接测量扬声器的声学特征的差分压力梯度微机电系统(MEMS)麦克风。声学特征例如可为扬声器系统的位移、速度或加速度。代表性应用例如可包括扬声器保护(例如，偏移限制)，考虑或补偿体积速度的非线性(例如，偏移控制)、估计和/或其他运动反馈应用。在一个实施方案中，差分压力梯度MEMS麦克风置于扬声器的后腔中并且用于间接测量隔膜在扬声器中的位移、速度或加速度。然而，应当理解，为了使用MEMS麦克风准确估计扬声器的位移、速度和/或加速度，MEMS麦克风应当能够在限制在10％总谐波失真(THD)之前处理大于130分贝(dB)声压级(SPL)的工作水平。然而，传统MEMS麦克风具有130dB或更小的最大工作水平(定义为10％THD点)。因此，为了获得适用于本文所述的扬声器的工作水平，减小MEMS麦克风的敏感度使得麦克风不会过载。代表性的是，在一个实施方案中，MEMS麦克风为差分压力梯度MEMS麦克风，包括MEMS麦克风壳体，该壳体具有一个或多个阻性/反应性端口或位于其中的MEMS隔膜的前后侧之间的通道。例如，该壳体可具有MEMS隔膜正面的第一端口或主端口以及MEMS隔膜背面的第二端口或副端口。端口可相对于彼此调谐(例如，每个端口具有不同表面积、尺寸和/或声学阻抗)来控制、修改或以另外方式影响隔膜正反面之间的压力差。通过将MEMS隔膜的正反面两者在相同气温暴露到相同压力场(例如，扬声器的后腔中的均匀压力场)，而每个端口或路径具有不同声学阻抗，产生热稳定性、高SPL容限(例如，大于130dBSPL)麦克风，可用来准确估计产生的扬声器的位移、速度和/或加速度。还要注意，对麦克风的此类控制和/或衰减在1kHz或更小的低频率音频带内实现。更具体地说，一个实施方案涉及用于测量扬声器的声学特征的差分压力梯度麦克风。该麦克风例如可为微机电系统(MEMS)，该微机电系统包括MEMS麦克风外壳和安装在MEMS麦克风外壳中的顺应膜。顺应膜可将麦克风外壳划分为第一腔室和第二腔室。第一腔室可包括朝顺应膜的第一侧面(例如，正面)开口或与第一侧面连通的主端口，并且第二腔室可包括朝顺应膜的第二侧面(例如，背面)开口或与第二侧面连通的副端口。在一个实施方案中，主端口和副端口可穿过分别形成第一腔室和第二腔室的麦克风外壳壁的部分而形成。在另一实施方案中，主端口或副端口中的一者可穿过顺应膜形成。例如，主端口可穿过外壳壁到达第一腔室而形成以及第二端口可穿过顺应膜到达第二腔室而形成。在一些情况下，另一端口可穿过外壳壁到达第二腔室而形成，使得存在正对第二腔室开口的两个端口。主端口和副端口可相对于彼此调谐来控制、调节、修改或以另外方式影响顺应膜的第一侧面和第二侧面之间的压力差，使得相对于具有封闭的第一或第二腔室(例如，没有穿过形成腔室墙壁的开口)的麦克风，在麦克风信号输出中观察到至少10dB衰减。例如，主端口和副端口可被调谐为具有不同表面积。此外，主端口和副端口可被调谐为具有不同声学阻抗。主端口和副端口可被调谐使得相对于具有封闭的第一或第二腔室的麦克风，第一侧面(例如，正面)和第二侧面(例如，背面)之间的压力差足以降低顺应膜的偏移。主端口和副端口可被调谐使得相对于具有封闭的第一或第二腔室的麦克风，减小顺应膜的第一侧面和第二侧面之间的压力差。主端口和副端口可被调谐使得相对于具有封闭的第一或第二腔室的麦克风，在麦克风信号输出中小于1kHz的频率范围内观察到大约20dB到大约70dB的衰减。主端口和副端口可被调谐使得相对于具有封闭的第一或第二腔室的麦克风，在麦克风信号输出中观察到至少50dB的衰减。在一个方面，主端口或副端口中的一者可包括多个分立孔。多个分立孔可被调谐为具有与主端口或副端口的另一个的表面积不同的整体表面积。在另一实施方案中，本专利技术涉及间接测量扬声器的音频特征的系统。该系统包括扬声器，该扬声器具有围绕定位其中的隔膜的正面形成的前腔室以及围绕隔膜的背面形成的后腔室。该系统还可包括定位于扬声器的后腔室内的差分压力梯度麦克风以间接测量扬声器的音频特征。该麦克风可具有将麦克风外壳划分为第一腔室和第二腔室的顺应膜。第一腔室可包括朝顺应膜的第一侧面开口或与第一侧面连通的主端口，并且第二腔室可包括朝顺应膜的第二侧面开口或与第二侧面连通的副端口。主端口和副端口可相对于彼此调谐来修改麦克风对扬声器的声学输出的敏感度。在一个方面，主端口和副端口的声学阻抗相对于彼此调谐，从而控制麦克风的敏感度使得可操作为以大于130dB声压(SPL)的工作水平测量扬声器的音频特征。在另一方面，主端口的尺寸和副端口的尺寸不同，并且副端口的尺寸被选择成在顺应膜的第一侧面和第二侧面之间导致减小的压力差，使得相对于单端口的麦克风减小顺应膜的偏移。例如，副端口的尺寸可小于主端口(例如，主端口开口大于副端口开口)。在其他实施方案中，主端口或副端口中的一者可包括开口表面积足以在第一频率获得麦克风信号输出的至少10dB到30dB的衰减以及在第二频率获得至少45dB到70dB的衰减，其中第一频率高于第二频率并且衰减相对于单端口麦克风。在一些情况下，主端口或副端口中的一者具有开口表面积足以相对于单端口麦克风在小于1kHz的频率范围内获得麦克风信号输出的至少10dB的衰减。主端口可包括单个开口并且副端口包括多个分立开口，其中多个分立开口的整体表面积不同于单个开口。主端口和副端口可相对于彼此调谐来在不存在声学敏感材料的情况下控制、修改或以另外方式影响麦克风的敏感度。在一个方面，扬声器的音频特征为扬声器隔膜的位移、速度或加速度中的一者。此外，扬声器的后腔室可围绕麦克风形成均匀压力场使得主端口和副端口相对于彼此的调谐在碰撞到顺应膜的第一侧面上的声压和碰撞到顺应膜的第二侧面上的声压之间导致量值差。以上概述不包括本专利技术的所有方面的详尽列表。可预期的是，本专利技术包括可由上文概述的各个方面以及在下文的具体实施方式中公开并且在随该专利申请提交的权利要求书中特别指出的各个方面的所有合适的组合来实施的所有系统和方法。此类组合具有未在上述
技术实现思路
中具体阐述的特定优点。附图说明在附图的图示中通过举例而非限制的方式示出了实施方案，在附图中类似的附图标号指示类似的元件。应当指出的是，在本公开中提到“一”或“一个”实施方案未必是同一实施方案，并且其意指至少一个。图1是扬声器系统的一个实施方案的框图。图2是包括无源驱动器的扬声器的一个实施方案的示意截面图。图3是图1的扬声器系统内的差分压力梯度麦克风的一个实施方案的示意截面图。图4是图1的扬声器系统内的差分压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量扬声器的声学特征的差分压力梯度微机电系统(MEMS)麦克风，所述麦克风包括：MEMS麦克风外壳；以及安装在所述MEMS麦克风外壳中的顺应膜，所述顺应膜将所述MEMS麦克风外壳划分为第一腔室和第二腔室，以及其中所述第一腔室包括朝所述顺应膜的第一侧面开口的主端口且所述第二腔室包括朝所述顺应膜的第二侧面开口的副端口，并且其中所述主端口和所述副端口相对于彼此调谐以控制所述顺应膜的所述第一侧面和所述第二侧面之间的压力差，使得相对于具有封闭的第一腔室或第二腔室的麦克风在麦克风信号输出中观测到至少10dB衰减。

【技术特征摘要】
2016.09.23 US 15/275,0771.一种用于测量扬声器的声学特征的差分压力梯度微机电系统(MEMS)麦克风，所述麦克风包括：MEMS麦克风外壳；以及安装在所述MEMS麦克风外壳中的顺应膜，所述顺应膜将所述MEMS麦克风外壳划分为第一腔室和第二腔室，以及其中所述第一腔室包括朝所述顺应膜的第一侧面开口的主端口且所述第二腔室包括朝所述顺应膜的第二侧面开口的副端口，并且其中所述主端口和所述副端口相对于彼此调谐以控制所述顺应膜的所述第一侧面和所述第二侧面之间的压力差，使得相对于具有封闭的第一腔室或第二腔室的麦克风在麦克风信号输出中观测到至少10dB衰减。2.根据权利要求1所述的麦克风，其中所述主端口和所述副端口被调谐为具有不同表面积，并且所述主端口的表面积大于所述副端口的表面积。3.根据权利要求1所述的麦克风，其中所述主端口和所述副端口被调谐为具有不同声学阻抗。4.根据权利要求1所述的麦克风，其中所述主端口和所述副端口被调谐使得相对于具有封闭的第一腔室或第二腔室的麦克风，所述顺应膜的所述第一侧面和所述第二侧面之间的压力差足以降低所述顺应膜的偏移。5.根据权利要求1所述的麦克风，其中所述主端口和所述副端口被调谐使得相对于具有封闭的第一腔室或第二腔室的麦克风，减小所述顺应膜的所述第一侧面和所述第二侧面之间的压力差。6.根据权利要求1所述的麦克风，其中所述主端口和所述副端口被调谐使得相对于具有封闭的第一腔室或第二腔室的麦克风，在麦克风信号输出中小于100Hz的频率内观察到大约45dB到大约70dB的衰减。7.根据权利要求1所述的麦克风，其中所述主端口和所述副端口被调谐使得相对于具有封闭的第一腔室或第二腔室的麦克风，在麦克风信号输出中观察到至少50dB的衰减。8.根据权利要求1所述的麦克风，其中所述主端口穿过所述MEMS麦克风外壳的壁形成并且所述副端口穿过所述顺应膜形成。9.根据权利要求1所述的麦克风，其中所述主端口或所述副端口中的一者包括多个分立孔。10.根据权利要求9所述的麦克风，其中所述多个分立孔被调谐为具有与所述主端口或所述副端口中的另一个的表面积不同的整体表面积。11.一种用于间接测量扬声器的音频特征的系统，所述系统包括：扬声器，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·K·波特，S·J·舒瓦塞尔，J·A·利珀特，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US