[發明專利]小型不定向傳聲器

有效

• 申請號: 200780046413.1
• 申請日: 2007-10-11
• 公開（公告）號: CN101611636A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發明（設計）人: 羅納德·N·邁爾斯
• 申請（專利權）人: 紐約州立大學研究基金會
• 主分類號: H04R9/08
• 分類號: H04R9/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 李 輝

資助的研究

本項工作部分地得到由來自美國國立衛生研究院的撥款號1035968 的支持。政府在本發明中可享有一定的權利。

相關申請

本發明與多個共同未決的美國專利申請有關：于2003年10月20日 提交的序列號為10/689,189，題為“ROBUST?DIAPHRAGM?FOR?AN ACOUSTIC?DEVICE”、于2005年8月5日提交的序列號為11/198,370， 題為“COMB?SENSE?MICROPHONE”、于2006年1月19日提交的序列 號11/335,137，題為“OPTICAL?SENSING?LN?A?DIRECTIONAL?MEMS MICROPHONE”、以及于2006年1月31日提交的序列號為11/343,564， 題為“SURFACE?MICROMACHINED?MICROPHONE”的申請，它們全部 通過引用全文包括在此。

技術領域

本發明涉及小型不定向傳聲器的領域，具體涉及具有高靈敏度以及 良好的低頻響應特性的小型傳聲器。

背景技術

能夠以低成本制造的小傳聲器在許多便攜式電子產品中是非常令人 希望的部件。然而，在目前的設計方式中，傳聲器的小尺寸導致對聲音 的減弱的靈敏度，并且特別是對于低頻的不良的靈敏度。其結果是，在 設計中必須非常小心以便使靈敏度最大化，這樣通常增加了裝置的復雜 性以及成本。

產生小型傳聲器的常規方式是制造一個薄且輕的膜片，該膜片響應 于微小的聲壓而振動。該膜片的運動通常是經過電容感應而轉換為一個 電信號，其中在該移動膜片與一個固定背板電極之間檢測電容的變化。 然而，隨著在制造一個小且低成本的傳聲器的嘗試中該膜片的尺寸被減 小，該膜片的剛度一般會被增大。這種被增加的剛度造成該膜片響應于 變動的聲壓而偏轉的能力的明顯降低。這種隨著尺寸減小而增加的剛度 在小型傳聲器的設計中是一個根本性的挑戰。在傳聲器設計中一個額外 的挑戰來自為獲得電容性感應而使用的背板電極。為了得到一個電子讀 出，有必要在背板與膜片之間施加一個偏置電壓。這將導致一種力，該 力與該電壓的平方成比例(并且因此而獨立于它的極性)，該電壓所起的 作用總是對朝向固定的背板來牽引柔性的膜片。因為該電子電路的輸出 會與所采用的偏置電壓成比例，它吸引人們采用盡可能高的電壓以增加 靈敏度。然而，必須非常小心地確保所導致的牽引力不足以使該膜片塌 陷而進入背板。為了避免這種潛在地災難情形，人們可采用具有較高剛 度的膜片使它能抵抗該牽引力，但是這也導致降低的聲學靈敏度。在通 過使用高偏置電壓來增強電子靈敏度與避免膜片塌陷之間實現的一種折 衷方案是傳聲器設計的最具挑戰性的方面之一。

因為傳聲器一般被設計為采用一個壓敏膜片來響應于聲壓，重要之 處在于要確保由于聲音而產生的壓力僅作用在該膜片的一側或一面上， 否則作用于兩側的這些壓力會抵消。(在某些情況下，對這個抵消性能加 以有利的利用，特別是在能夠將該傳聲器設計為使不希望的聲音被抵消 而希望的聲音不被抵消的情況下)。另外，因為該膜片還易受相對大的大 氣壓變化的影響，所以結合一個小的通氣口以均衡膜片兩側的靜壓很重 要。取決于圍繞膜片后側的封閉區的尺寸以及均壓通氣口的尺寸，通過 該通氣口還將降低膜片的低頻響應。在多種小傳聲器中，在膜片之后的 空氣體積一般是相對地小并且其結果是該膜片的運動能引起空氣體積的 明顯變化。因此隨著膜片的運動空氣被壓縮或膨脹，這樣導致其壓力的 一個對應的增強或減少。這個壓力在膜片上產生了一個恢復力并且能被 視作具有一個剛度的等效線性空氣彈簧，該剛度隨著空氣的額定體積的 減小而增加。在對小的、具有良好的靈敏度、并且在多種低音頻下響應 的傳聲器進行設計時需要非常仔細地考慮膜片的機械剛度、均壓通氣口 以及后部體積的等效空氣彈簧的這些相結合的作用。

當一個傳聲器在感測在空氣壓力(即，音波)中的小差別時，原則 上，大的以及小的膜片將同等地能夠拾取低頻。一個壓力傳聲器的下限 截止頻率典型地受一個小的壓力均衡通氣口的控制，該通氣口防止傳聲器 膜片對周圍氣壓的變化產生響應。該通氣口典型地起到一個聲學低頻切除 濾波器(即，一個高通濾波器)，該濾波器的截止頻率取決于通氣口的尺 寸。(例如，直徑以及長度)。當一個聲壓波穿過該傳聲器時，較長的波長 (較低的頻率)將趨于使膜片四周的壓力均衡并且因此抵消它們的響應。

發明內容