[發(fā)明專利]通氣聲換能器及相關(guān)方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010458416.3
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN112019982B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P·C·赫魯?shù)?/a>;J·D·克羅斯比;G·哈提波格魯
• 申請（專利權(quán)）人: 蘋果公司
• 主分類號: H04R9/02
• 分類號: H04R9/02;H04R9/06;H04R19/02
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務(wù)所 11602
• 代理人: 魏小薇;吳麗麗

本公開提供了一種通氣聲換能器及相關(guān)方法和系統(tǒng)。一種電子設(shè)備具有聲換能器，該聲換能器具有聲學(xué)振動膜。振動膜具有相對的第一主表面和第二主表面。前腔與第一主表面相鄰設(shè)置。后腔與第二主表面相鄰設(shè)置。細(xì)長通道限定氣壓通氣孔并且從與前腔流體耦接的第一端延伸到與后腔流體耦接的第二端，從而將前腔與后腔流體耦接。細(xì)長通道可具有高縱橫比(L/D)，從而為通氣孔提供很大的空氣質(zhì)量。細(xì)長通道可被分段以限定更高階濾波器。例如，分段通道可具有級聯(lián)的重復(fù)聲學(xué)質(zhì)量單元和聲學(xué)順應(yīng)性單元，從而為氣壓通氣孔提供用于調(diào)諧的附加自由度。

相關(guān)申請的交叉引用

本公開要求2019年5月28日提交的美國專利申請62/853,626，2020年5月21日提交的美國專利申請16/880,812以及2020年5月21日提交的美國專利申請16/880,825的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，這些美國專利申請的內(nèi)容全文并入本文以用于所有目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本專利申請以及本文公開的主題(統(tǒng)稱為“公開”)整體涉及通氣聲換能器以及相關(guān)的方法和系統(tǒng)。更具體地但非排他性地，相對于各種電聲換能器和結(jié)合此類換能器的電子設(shè)備來描述被構(gòu)造為表現(xiàn)出復(fù)聲阻抗的通氣孔布置。電聲換能器的示例包括揚聲器換能器和麥克風(fēng)換能器，包括(以舉例的方式)MEMS麥克風(fēng)換能器。

背景技術(shù)

一般來講，聲音(有時也稱為聲學(xué)信號)構(gòu)成通過載體介質(zhì)(諸如例如氣體、液體或固體)傳播的振動。繼而，電聲換能器是被構(gòu)造為將傳入的聲音轉(zhuǎn)換為電信號或反之的設(shè)備。

在其使用壽命期間，電聲換能器可暴露于多種環(huán)境壓力，例如氣壓。例如，具有電聲換能器的電子設(shè)備可由用戶在不同海拔(例如，從海平面附近到高山環(huán)境)或甚至在水下(例如，當(dāng)參與水上運動時，如游泳、沖浪、漂流、花式滑水等)操作。環(huán)境壓力的此類變化可引起換能器振動膜的移動，從而影響換能器的輸出。并且，在給定的閾值或變化率以上，此類移動甚至可能損壞換能器。

更具體地，在整個常規(guī)聲學(xué)振動膜上施加的大壓力梯度可將振動膜偏置到位移的最外側(cè)(或最內(nèi)側(cè))位置。當(dāng)被外部負(fù)載偏置時，聲換能器(無論被構(gòu)造為揚聲器還是麥克風(fēng))的操作可受到負(fù)面影響，或者換能器可完全變得不可操作。負(fù)面影響的示例包括聲音失真或低于正常振幅(例如，所發(fā)射或所檢測到的響度)。

發(fā)明內(nèi)容

所公開的聲換能器包括振動膜和用以均衡振動膜兩側(cè)壓力的通氣孔。更具體地但非排他性地，某些所公開的通氣布置允許均衡振動膜兩側(cè)的氣壓(例如，壓力的低頻變化或慢變化率)，同時抑制在壓力的較高頻率變化(例如，在可聽見的帶寬中)下的壓力均衡。

本公開所公開的通氣孔限定具有復(fù)聲阻抗的通路。一些具有復(fù)聲阻抗的通路具有高縱橫比(例如，介于約1,000和約32,000之間的長度與有效直徑的比率，或介于約1×10⁸和約2×10⁹之間的長度與橫截面積的比率)，從而為通路提供大的聲學(xué)質(zhì)量并使通氣孔用作聲感應(yīng)器。下文詳細(xì)描述的具有復(fù)聲阻抗的通路中的其他通路是分段的，從而限定與對應(yīng)的多個聲學(xué)順應(yīng)性單元并置的多個聲學(xué)質(zhì)量單元。如下文更全面描述的，聲學(xué)質(zhì)量單元可被布置為相對較窄的管道，并且聲學(xué)順應(yīng)性單元可被布置為相對較大的管道或腔室。

本公開所公開的通氣孔可顯著降低所謂的“泄漏噪聲”或“滲漏噪聲”。一般來講，當(dāng)振動膜由通過通氣孔的空氣(或其他聲學(xué)介質(zhì))流激勵時，尤其是當(dāng)流在期望帶寬(例如，人類可聽見的頻帶)內(nèi)激勵振動膜時，可產(chǎn)生泄漏噪聲。例如，當(dāng)通氣孔主要充當(dāng)聲阻器時，可能出現(xiàn)此類泄漏噪聲。與阻力通氣孔相比，本文所述的通氣孔可在暴露于期望頻帶(例如，介于約20Hz和約20kHz之間)中的壓力變化(或聲音)時抑制通過通氣孔的流動，并且還可在壓力的低頻或緩慢變化下(例如，如改變氣壓那樣)允許流動。

因此，本公開所公開的通氣布置可減少泄漏噪聲(這是帶內(nèi)噪聲功率的顯著貢獻因素)，同時仍然提供通道以均衡振動膜兩側(cè)的壓力。因此，與結(jié)合主要為阻力通氣布置的換能器相比，結(jié)合本公開所公開的通氣布置的換能器可提供改善的信噪比信號。