[发明专利]微机电声音换能器系统

说明书

本发明涉及一种实施为片上系统或系统级封装的微机电扬声器。微机电扬声器包括实现为微机电系统(MEMS)的微机电声音产生装置和安装在盖上或集成在盖中的麦克风，其中，麦克风定位成与盖的声音出口开口中的一个相邻。MEMS包括形成在平面盖、平面基座和设置在盖和基座之间的周向侧壁之间的空腔。MEMS还包括用于产生声音的多个可移动致动器。致动器设置在盖和基座之间的空腔中，并且其中，盖和基座具有多个声音出口开口，以分别在横向于盖和基座的方向上发出声音。

技术领域

本发明的实施方式涉及微机电声音换能器系统和装置。在本发明的一些实施方式中，微机电声音换能器系统在芯片/管芯中实施，例如以片上系统(SoC)或系统级封装(SiP)的形式。一些实施方式提供了一种实施主动噪声消除(ANC)的微机电声音换能器系统。

背景技术

声音是弹性载体介质(诸如，空气或液体)中压力随时间的变化。作为致动器，扬声器产生压力变化。麦克风用作传感器并且可以记录压力的变化并且将它们转换为电信号。扬声器和麦克风属于声音换能器组，其中，电信号到机械功或反之亦然的转换通常通过振荡单元(例如膜片)来实施。根据应用领域，声音换能器可以在设计和尺寸方面彼此相差很大，并且可以在例如音箱、近场扬声器(例如集成在移动装置中，例如智能电话)、耳机、耳塞或助听器中找到。通过经由声音换能器的声音输出或记录，声音换能器可以实施各种功能并且便于不同的使用，例如，在娱乐、测量技术或助听器领域中。

由于类型和设计，先前的声音换能器经常受到功能限制，从而经常不能发生适当的声音转换。声音换能器设计的缺点涉及例如声学质量、能量效率、电磁兼容性(EMC)或所需的安装空间。此外，例如，形成声音换能器或声音换能器系统的各个部件的组装随着装置的尺寸减小而复杂。最近，已经提出了基于微机电系统(MEMS)的声音换能器设计，其解决了上面指出的至少一些缺点。基于MEMS的声音换能器装置可以使用不同的机制来产生声音。例如，压电声音换能器、静电驱动声音换能器等可以用作基于MEMS的装置，其允许能量有效的操作和更大规模的集成以促进整个声音换能器系统的小型化。对于助听器，通常采用磁性或平衡电枢(BA)驱动器。

使用静电驱动致动器来产生声音的基于MEMS的声音换能器设计的示例从WO2012/095185 A1和WO 2016/202790 A2中获知。

基于MEMS的声音换能器系统的另一个示例是WO 2018/167272 A1，其提出了用于产生声音的压电元件。基于MEMS的声音换能器系统可以用作麦克风和扬声器。

现代耳机、耳塞或助听器实施主动噪声消除(ANC)功能，以便通过施加消除信号来补偿环境噪声来改善声音换能器系统的声音质量。ANC使用麦克风和扬声器来减少背景和周围噪声(周围噪声)。一种更复杂类型的ANC，其中噪声消除水平数字地适应周围环境，是使用麦克风和扬声器自动地适应收听者周围环境的自适应ANC。此外，还存在允许收听者通过手动调整噪声消除水平来选择收听者听到多少背景噪声的可调整ANC。

不考虑ANC的类型，现代主动噪声消除系统通常被实施为混合系统，即，一个麦克风拾取环境噪声(前馈麦克风)，并且一个麦克风直接位于扬声器(反馈麦克风)的前面，并且在耳道中直接拾取声音。ANC算法的目的是最小化由环境噪声引起的耳道中的声音。Stefan Liebich等人的文章，“Signal Processing Challenges for Active NoiseCancellation Headphones(主动噪声消除耳机的信号处理挑战)”，13.ITG FachtagungSprachkommunikation/Speech Communication(语言通信)，Oldenburg,Germany(德国奥尔登堡)，2018年10月(可在http://ikspub.iks.rwth-aachen.de/pdfs/liebich18c.pdf获得)提供了建立ANC耳机的挑战的概述，以入耳式耳机为例，包括声学前端、电子后端和算法实施。