[發明專利]用于測量揚聲器的聲學特征的壓力梯度麥克風

有效

• 申請號: 201710738226.5
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN107872761B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: S·K·波特;S·J·舒瓦塞爾;J·A·利珀特
• 申請（專利權）人: 蘋果公司
• 主分類號: H04R19/04
• 分類號: H04R19/04
• 代理公司: 11038 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 曹瑾

本發明題為：“用于測量揚聲器的聲學特征的壓力梯度麥克風”。提供了一種用于測量揚聲器的聲學特征的差分壓力梯度微機電系統(MEMS)麥克風。該麥克風包括MEMS麥克風外殼和安裝在MEMS麥克風外殼中的順應膜，該順應膜將MEMS麥克風外殼劃分為第一腔室和第二腔室。第一腔室包括朝順應膜的第一側面開口的主端口且第二腔室包括朝順應膜的第二側面開口的第二腔室，并且主端口和副端口相對于彼此調諧以控制順應膜的第一側面和第二側面之間的壓力差，使得相對于具有封閉的第一腔室或第二腔室的麥克風在麥克風信號輸出中觀測到至少10dB衰減。

技術領域

本發明的實施方案涉及用于測量揚聲器的音頻特征的傳感器，并且更具體地用于測量揚聲器系統的位移、速度或加速度的麥克風。

背景技術

揚聲器隔膜的位移或速度對于評估任何揚聲器的特征來說可能是有用的參數。用于測量揚聲器隔膜位移的當前技術包括使用光學傳感器，例如激光位移傳感器或換能器。然而，此類傳感器遭受各種缺點的困擾，例如包括對目標材料的表面特征(例如，顏色、材料等)的敏感度。此外，相對于其他方案，諸如在揚聲器隔膜上布置加速度計，加速信號必須加以結合(以產生速度信號)并且測量中的任何噪聲將產生累積誤差。

發明內容

在一個實施方案中，本發明涉及用于間接測量揚聲器的聲學特征的差分壓力梯度微機電系統(MEMS)麥克風。聲學特征例如可為揚聲器系統的位移、速度或加速度。代表性應用例如可包括揚聲器保護(例如，偏移限制)，考慮或補償體積速度的非線性(例如，偏移控制)、估計和/或其他運動反饋應用。在一個實施方案中，差分壓力梯度MEMS麥克風置于揚聲器的后腔中并且用于間接測量隔膜在揚聲器中的位移、速度或加速度。然而，應當理解，為了使用MEMS麥克風準確估計揚聲器的位移、速度和/或加速度，MEMS麥克風應當能夠在限制在10％總諧波失真(THD)之前處理大于130分貝(dB)聲壓級(SPL)的工作水平。然而，傳統MEMS麥克風具有130dB或更小的最大工作水平(定義為10％THD點)。因此，為了獲得適用于本文所述的揚聲器的工作水平，減小MEMS麥克風的敏感度使得麥克風不會過載。代表性的是，在一個實施方案中，MEMS麥克風為差分壓力梯度MEMS麥克風，包括MEMS麥克風殼體，該殼體具有一個或多個阻性/反應性端口或位于其中的MEMS隔膜的前后側之間的通道。例如，該殼體可具有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。端口可相對于彼此調諧(例如，每個端口具有不同表面積、尺寸和/或聲學阻抗)來控制、修改或以另外方式影響隔膜正反面之間的壓力差。通過將MEMS隔膜的正反面兩者在相同氣溫暴露到相同壓力場(例如，揚聲器的后腔中的均勻壓力場)，而每個端口或路徑具有不同聲學阻抗，產生熱穩定性、高SPL容限(例如，大于130dB SPL)麥克風，可用來準確估計產生的揚聲器的位移、速度和/或加速度。還要注意，對麥克風的此類控制和/或衰減在1kHz或更小的低頻率音頻帶內實現。