[发明专利]用于测量扬声器的声学特征的压力梯度麦克风

说明书

本发明题为：“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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

在一个实施方案中，本发明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130dB SPL)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。