用于机械振动噪声消除的双元件MEMS扩音器制造技术

所公开的是在音频信号中最小化机械振动诱导噪声的系统、装置和方法。在一个方面中，公开了扩音器，其包括第一背板、第一振动膜、第二背板和第二振动膜。第一振动膜响应于扩音器的环境中的声压力波和机械振动相对于第一背板运动，因此导致第一振动膜和第一背板之间的第一电容变化。第二振动膜基本上与声压力波声学隔离，并且响应于扩音器的机械振动相对于第二背板运动，因此导致第二振动膜和第二背板之间的第二电容变化。扩音器还包括或通信地连接到集成电路，集成电路配置为根据第一电容和第二电容产生声学信号。

Dual element MEMS amplifier for mechanical vibration noise cancellation

A system, apparatus and method for minimizing mechanical vibration induced noise in an audio signal. In one aspect, a loudspeaker is disclosed that includes a first back plate, a first vibration film, a second back plate, and a second vibration film. The first vibration film is responsive to the acoustic pressure wave and the mechanical vibration in relation to the first back plate in the environment of the loudspeaker, thereby causing a first capacitance change between the first vibration film and the first backing plate. The second vibration film is acoustically isolated from the acoustic pressure wave and is in response to the mechanical vibration of the loudspeaker relative to the second rear plate, thus causing a change in the capacitance of the second vibration film and the second back plate. The loudspeaker is also included or communicated to the integrated circuit, and the integrated circuit is configured to generate an acoustic signal based on the first and second capacitors.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求于2014年3月17日提交的美国专利申请No.14/216,686的优先权，其通过引用全文结合于此。
技术介绍
除非这里另有表示，该部分中描述的材料对于本申请的权利要求来说不是现有技术，并且不因包括在该部分中而被承认是现有技术。典型的微型机电系统(MEMS)扩音器包括柔性安装的振动膜和刚性的背板，它们一起形成可变电容器。当声压力波入射在MEMS扩音器上时，振动膜相对于背板运动，导致可变电容器的电容上的变化。电容上的变化转换成对应于声压力波的音频信号。
技术实现思路
尽管，在典型的MEMS扩音器中，希望振动膜仅作为声压力波的结果相对于背板运动，但是，实际上，振动膜可能由于机械振动以及声压力波而相对于背板额外运动。结果，从电容上的变化转换的音频信号可能反映机械振动和声压力波二者，在音频信号中导致不希望的噪声。所公开的是通过实现在音频信号中取消机械振动而在音频信号中最小化噪声的系统、装置和方法。在一个方面中，公开一种设备，其可包括扩音器和集成电路。扩音器可包括第一振动膜，该第一振动膜设置为使第一振动膜响应于扩音器的环境中的声压力波相对于第一背板运动。第一振动膜还可设置为使第一振动膜也响应于扩音器的机械振动相对于第一背板运动。第一振动膜相对于第一背板的运动可导致第一振动膜和第一背板之间的第一电容变化。扩音器还可包括第二振动膜，第二振动膜基本上与扩音器的环境声学隔离，从而第二振动膜响应于环境中的声压力波基本上不相对于第二背板运动。第二振动膜可响应于扩音器的机械振动相对于第二背板运动。第二振动膜相对于第二背板的运动可导致第二振动膜和第二背板之间的第二电容变化。集成电路可配置为根据第一电容变化和第二电容变化之差产生音频信号。在另一个方面中，公开一种扩音器，其可包括第一振动膜，该第一振动膜设置为使第一振动膜响应于扩音器的环境中的声压力波相对于第一背板运动。第一振动膜还可设置为使第一振动膜也响应于扩音器的机械振动相对于第一背板运动。第一振动膜相对于第一背板的运动可导致第一振动膜和第一背板之间的第一电容变化。扩音器还可包括第二振动膜，第二振动膜基本上与扩音器的环境声学隔离，从而第二振动膜响应于环境中的声压力波基本上不相对于第二背板运动。第二振动膜可响应于扩音器的机械振动相对于第二背板运动。第二振动膜相对于第二背板的运动可导致第二振动膜和第二背板之间的第二电容变化。在再一个方面中，公开一种方法，该方法可包括决定扩音器的第一振动膜和第一背板之间的第一电容变化。第一电容变化可根据第一振动膜相对于第一背板的运动决定。第一振动膜可响应于扩音器的环境中的声压力波和扩音器的机械振动二者相对于第一背板运动。该方法还可包括决定扩音器的第二振动膜和第二背板之间的第二电容变化。第二电容变化可根据第二振动膜相对于第二背板的运动决定。第二振动膜可响应于扩音器的环境中的声压力波基本上不相对于第二背板运动，但是第二振动膜可响应于扩音器的机械振动相对于第二背板运动。该方法还可包括根据第一电容变化和第二电容变化之差产生音频信号。在又一个方面中，公开了一种装置，其可包括用于确定扩音器中第一振动膜和扩音器中第一背板之间的第一电容变化的机构，其中第一电容变化基于第一振动膜响应声压力波和机械振动相对于第一背板的运动。该装置还可包括用于确定扩音器中第二振动膜和扩音器中第二背板之间的第二电容变化的机构，其中第二电容变化基于第二振动膜响应机械振动相对于第二背板的运动。该装置还可包括用于根据第一电容变化和第二电容变化确定音频信号的机构。这些以及其它方面、优点和选择性方案通过参考适当的附图阅读下面的具体实施方式对本领域的普通技术人员将变得明显易懂。附图说明图1A示出了根据示例性实施例的可穿戴计算机系统。图1B示出了图1A所示的可穿戴计算机装置的替换图。图1C示出了根据示例性实施例的另一可穿戴计算机系统。图1D示出了根据示例性实施例的另一可穿戴计算机系统。图1E至1G是由佩戴者佩戴的图1D所示的可穿戴计算机系统的简化图。图2是根据示例性实施例的计算机装置的简化方块图。图3示出了典型的微型机电系统扩音器。图4A至4D示出了根据示例性实施例的示例性微型机电系统扩音器。图5是根据示例性实施例的微型机电系统扩音器的简化方块图。图6是示出根据示例性实施例的方法的流程图。具体实施方式这里描述示例性方法和系统。应理解，这里使用的词语“示例”、“示例性的”和“图解的”是指“用作示例、例子或图示”。这里描述为“示例”、是“示例性的”或是“图解的”的任何实施例或特征不必须解释为与其它实施例或特征相比是优选或有利的。这里描述的示例性实施例不意味着是限制。容易理解，本公开的各方面，如这里总体上描述和附图中图示的，可以各种不同配置来设置、替代、结合、分离和设计，其全部这里明确地预期。I.概述如上所述，典型的微型机电系统(MEMS)扩音器可包括柔性安装的振动膜和刚性背板，它们一起形成可变电容器。当声压力波入射在扩音器上时，振动膜可相对于背板运动(例如，振动)。在振动膜振动时，振动膜和背板之间的电容变化。电容随着时间的变化可转换成对应于声压力波的音频信号(例如，模拟声压力波的音频信号)。特别是，音频信号可产生与声压力波基本上相同的声音。尽管在典型的扩音器中希望振动膜仅响应于声压力波相对于背板运动，但是，实际上振动膜也响应于机械振动相对于背板运动。结果，从电容上的变化转换的音频信号可能反映机械振动和声压力波二者，在音频信号中导致不希望的机械振动诱导噪声。所公开的是一种扩音器，该扩音器通过消除音频信号中的机械振动而在音频信号中最小化机械振动诱导的噪声。为此，扩音器可包括第一背板、第一振动膜、第二背板和第二振动膜。第一振动膜可暴露到包括声压力波的环境。因此，第一振动膜可响应于声压力波相对于第一背板运动。然而，第一振动膜也可响应于扩音器的机械振动相对于第一背板运动。第一振动膜和第一背板之间的第一电容变化可因此基于声压力波和机械振动二者。换言之，第一电容变化将包括声电容变化和机械电容变化二者。第二振动膜可基本上与环境声学隔离，从而第二振动膜基本上不响应于声压力波相对于第二背板运动，但是第二振动膜可响应于扩音器的机械振动相对于第二背板运动。因此，第二振动膜和第二背板之间的第二电容变化可基于机械振动(且基本上不基于声压力波)。换言之，第二电容变化将基本上仅包括机械电容变化。扩音器还可包括集成电路，集成电路配置为根据第一电容变化和第二电容变化决定用于扩音器的声学信号。因为第一电容变化和第二电容变化的每一个包括机械电容变化，所以机械电容变化可被消除，基本上仅留下第一电容变化的声电容变化。音频信号可根据声电容变化决定。这样，所公开的扩音器可在音频信号中最小化由机械振动导致的噪声。所公开的扩音器可具有任何的应用数，并且可包括在任何数量的装置中。为了图示的目的，下面根据大量的可穿戴计算机装置描述所公开的扩音器，扩音器可集成在该可穿戴计算机装置中或者扩音器与其一起实施。然而，应理解，所公开的扩音器也可集成和/或实施有其它装置。例如，所公开的扩音器可与其它消费者电子装置结合使用。特别是，所公开的扩音器可用在还包括扬声器的消费者电子装置中，这可能倾向于由连接到扩音器的扬声器振动导致的回音挑战。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：扩音器；以及集成电路，其中该扩音器包括第一振动膜，该第一振动膜设置为使得：(i)该第一振动膜响应于该扩音器的环境中的声压力波相对于第一背板运动，以及(ii)该第一振动膜也响应于该扩音器的机械振动相对于该第一背板运动，其中该第一振动膜相对于该第一背板的运动导致该第一振动膜和该第一背板之间的第一电容变化；其中该扩音器还包括第二振动膜，该第二振动膜与该扩音器的环境基本上声学隔离，使该第二振动膜基本上不响应于环境中的该声压力波相对于第二背板运动，其中该第二振动膜响应于该扩音器的机械振动相对于该第二背板运动，并且其中该第二振动膜相对于该第二背板的运动导致该第二振动膜和该第二背板之间的第二电容变化；并且其中该集成电路配置为根据该第一电容变化和该第二电容变化之差产生音频信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.17 US 14/216,6861.一种设备，包括：扩音器；以及集成电路，其中该扩音器包括第一振动膜，该第一振动膜设置为使得：(i)该第一振动膜响应于该扩音器的环境中的声压力波相对于第一背板运动，以及(ii)该第一振动膜也响应于该扩音器的机械振动相对于该第一背板运动，其中该第一振动膜相对于该第一背板的运动导致该第一振动膜和该第一背板之间的第一电容变化；其中该扩音器还包括第二振动膜，该第二振动膜与该扩音器的环境基本上声学隔离，使该第二振动膜基本上不响应于环境中的该声压力波相对于第二背板运动，其中该第二振动膜响应于该扩音器的机械振动相对于该第二背板运动，并且其中该第二振动膜相对于该第二背板的运动导致该第二振动膜和该第二背板之间的第二电容变化；并且其中该集成电路配置为根据该第一电容变化和该第二电容变化之差产生音频信号。2.如权利要求1所述的设备，其中：该第一电容变化包括(i)根据该第一振动膜响应于该声压力波而相对于该第一背板的运动的声电容变化，以及(ii)根据该第一振动膜响应于该机械振动而相对于该第一背板的运动的第一机械电容变化；该第二电容变化包括根据该第二振动膜响应于该机械振动而相对于该第二背板的运动的第二机械电容变化；并且该第一机械电容变化基本上等于该第二机械电容变化。3.如权利要求1所述的设备，其中配置为根据该第一电容变化和该第二电容变化之间的差产生该音频信号的该集成电路包括配置为如下的集成电路：将该第一电容变化转换成第一电压信号，其中该第一电压信号基于该声压力波和该机械振动二者；将该第二电容变化转换成第二电压信号，其中该第二电压信号基于该机械振动；以及从该第一电压信号减去该第二电压信号以产生声学信号。4.如权利要求1所述的设备，其中该第一振动膜和该第二振动膜的每一个包括硅。5.如权利要求1所述的设备，其中该第一背板和该第二背板的每一个包括硅。6.如权利要求1所述的设备，还包括支撑结构，其中该第一振动膜和该第二振动膜的每一个柔性地安装到该支撑结构。7.如权利要求6所述的设备，其中该支撑结构包括硅。8.如权利要求1所述的设备，还包括基板，其中：至少该第一背板、该第一振动膜、该第二背板和该第二振动膜形成在该基板上；并且该基...

【专利技术属性】
技术研发人员：MK莫里希塔，J董，
申请(专利权)人：谷歌公司，
类型：发明
国别省市：美国;US