CN103416075A

CN103416075A - 音频设备

Info

Publication number: CN103416075A
Application number: CN2012800121734A
Authority: CN
Inventors: 保罗·达林顿
Original assignee: Soundchip SA
Current assignee: DSP Group Ltd
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: EP2684381A1; WO2012120295A1; CN103416075B; US9357283B2; EP2684381B1; US20130343564A1

Abstract

耳机装置（40），包括：限定出至少一个电连接路径（44）的基本上为平面的基板（43）；均安装在所述基板（43）上并被连接至所述至少一个电连接路径（44）的电-声驱动器（41）和传感麦克风（42）；其中所述基板（43）至少部分地限定出声波导，声波导具有延伸通过所述基板（43）的部分，以将声音从所述耳机装置（40）的外部传送至所述传感麦克风（42）；且所述声波导（47）的所述部分以大致垂直于所述基板的厚度的方式延伸通过所述基板（43）。

Description

音频设备

本发明涉及音频设备，特别是但不限于是用于便携装置中的音频设备（例如：耳机（包括降噪耳机）、便携式通信装置和便携式媒体装置）。

耳机（例如：通过头带连接在一起以形成耳机或耳内装置（通常被称之为耳塞）的罩耳式或贴耳式耳机/被配置成置于用户耳朵的耳道的入口处或耳道中且可替代地称之为耳内式耳机/监控器）为用于将声音传给用户的电-声系统。耳机结合有至少一个作为微型扬声器的电-声传感器（即，驱动器）。参照在电话工程中所发展名目的成果，在耳机中设置的微型扬声器被称之为“接收器”。接收器必须安装在便捷的耳机组件中以存储和插入或插在佩带者耳道的入口处。必须对耳机组件进行设计以将接收器所生成的声音以工程化的方式传导至用户的耳朵，从而使总成充当音频功能。最后，耳机组件必须结合有建立与接收器电连接的装置，以传导待传感的音频信号。可以看出耳机组件为接收器提供了机械、声学和电性支持。

在随后的发展中，有源电子手段已被结合至耳机系统，向其提供取消不必要的外部声音（至少是一些有用的部分）的能力和/或在说话的过程中取消在阻塞（或“闭塞”）的耳道中的过度压力。称为“闭塞效应”的这后一种现象使得在佩戴某些耳机类型的同时无法舒服的进行说话。主动减少闭塞效应被看作是用在电话和其他语音应用中的理想功能。

为了提供对噪声或闭塞的主动控制以及添加其他先进的功能，有必要对耳机添加额外的传感器。具体而言，需要被配置成对闭塞耳道中的压力或头外部的压力中任一压力或两种压力均敏感的耳机。这些麦克风的集成需要将其结合至耳机组件中且充分考虑机械安装、声学配置和电子连接。

在机械、声学和电性领域中向耳机中的所有传感器提供支持会使装置的设计和制造复杂化，这往往会导致若干单独元件、子组件和制造过程。

图1示出普通的定制型“耳内监视器”的现有技术中的耳机10，其具有两个接收器11，且源自接收器11的声音通过塑料管12被传导至耳朵。经可能进一步携带电子元件（例如：作为“转线路”以得到信号以用于两个接收器中的每一个）14的印刷电路板13实现电子连接。整个组件安装在可能利于进行定制以适应佩带者耳朵的成型体15中。将电信号传送至耳机6的电缆16可包括结17或等效手段以实现机械张力的消除。

耳机10的平衡电枢接收器11、管声学耦合12和成型体的形式15是助听器行业的成果。许多类似的成果正体现在当代的耳机设计和构造中。

图2示出现有技术中耳机20的另一实例，该实例结合有主动降噪技术。源自动态或“动线圈”接收器21的声音在其通至耳朵的过程中通过麦克风22进行感测。通过在卡扣23形成的管子（或“波导”）向耳朵传导源自接收器21的声音，卡扣23的一端终止于确保对佩带者的耳朵实现气密的和舒适配合性的橡胶“索环”或“顶端”24。接收器和麦克风位于深拉拔金属壳体25中。接收器抵靠着经金属壳体25横截面的改变而产生的对齐“肩”，且麦克风是通过塑料麦克风固定器26进行固定的。

印刷电路板27保持有电子元件28并提供耳机中的装置和电缆29之间的电连接。壳体25的一端铆接在环组件30上以保持瓶帽的内容物。在壳体上设置外壳31。该外壳有助于实现耳机的舒适性和声学配合性并提供机会以表达工业设计和应用品牌和类似的装饰考虑。外壳元件31也包含限定接收器的声学后负载的“格栅”或通风布置32。

所描述耳机系统的各种现有技术的实施证明了普通耳机系统中有大量各种各样的元件。通过这些若干组件，各个组件被视为服务于各个用途（或最好是两个用途）；可以是机械性、电学或声学的。

本申请人已确定需要一种新的音频设备构造以解决或至少减轻与现有技术相关的问题。

根据本发明的一个方面，提供了音频设备，包括：限定出至少一个电连接路径的基板；以及设置于基板上或中（例如安装在其上或中）且被连接至至少一个电连接路径的传感器；其中：传感器包括电-声驱动器且基板至少部分地限定出声波导（即：充满空气的通路，其被配置成在传播声波的过程中沿其长度支持压力差异），声波导具有延伸通过基板的部分（例如：通路部分）以将声音从电-声驱动器传送至音频设备中的开口，从而将声音传送至用户；或者传感器包括麦克风且基板至少部分地限定出声波导，声波导具有延伸通过基板的部分（例如：通路部分）以将声音（例如：待监控的外部声音）从音频设备的外部传送至麦克风。

这样就提供了音频设备，其中用于传感器的机械、声学和电学支持作用可通过单一基板组件（例如：被配置成携带该或每个传感器的基板）而实现，且留下组件的剩余部分以提供基本为装饰的作用。通过将用于传感器的机械、声学和电学支持作用结合至单一组件，可借助于共享的制造工艺以及潜在的辅助小型化而显著地提高制造效率。本发明的范围包括所有目前和未来的用于表现音频信号以供娱乐、通信、辅听和其他听力放大（所有的均应以名称“音频设备”进行表示）的电-声系统。

在本领域中的传统意义上，术语声波导用于指出充满空气的通路（例如：沿其长度具有基本恒定或逐渐改变的阻抗，例如：沿其长度具有基本恒定或逐渐改变的横截面积），其被配置成在通路中所含的空气中支持声波的传播。声波导的常见例子包括用于传播平面声波的管子和通过操纵声波的波前声而故意引入逐步阻抗变化的喇叭。在细长的声波导的情况下，由于声波是沿声波导而传播的，声波导可支持声波的若干相位（或其组分）且要求参照偏微分方程数学性地分析和描述波导的行为。这将源自空气在其中移动（移至一阶近似）作为大致为“集总参数”的有界间隔的波导进行了区别，其中系统是通过常微分方程进行控制的。这个间隔的“集总参数”包括密封的体积和用于表示感性或电阻性阻抗的收缩，如密封的体积常用于处理源自电-声驱动器的后向辐射。

至少一个电连接可被配置成提供下列项中的至少一项：至/源自传感器的电力、信号、参考或控制连接。

在第一组实施例中，基板为基本上为平面的（或板状）基板（例如：厚度比在任何与厚度垂直的方向上的最小平均尺寸小1/5甚或1/10）且声波导的该部分以大致垂直于基板厚度的方式延伸（例如：用以沿大致平行于基本上为平面的基板平面的传播向量引导声音）。

在一个实施例中，基本上为平面的基板为基本上为平面的电路基板（例如：如下面更详细讨论的限定至少一个整体电连接的基本上为平面的基板）。

基本上为平面的电路基板可以是多层基板（例如：由若干至少部分重叠的层所形成）。在一个实施例中，多层基板是通过在层叠过程中粘合多层而形成的。在另一实施例中，多层基板是通过在半导体器件的制造过程中相继形成若干层而形成的。

在一个实施例中，至少一个电连接路径为整体表面形成的连接路径（例如：在表面蚀刻过程中所形成）。例如，在一个实施例中，基本上为平面的电路基板可以是印刷电路板（PCB）总成。

在另一实施例中，至少一个电连接路径为整体嵌入式连接路径（例如：通过在半导体器件的制造过程中相继形成若干层所形成）。例如，在一个实施例中，基本上为平面的电路基板可以是包括嵌入在半导体晶片上形成的成层结构中的电连接路径的基板（例如：通过在半导体器件的制造过程中相继沉积若干层所形成）。在一个实施例中，基板可以是半导体器件，如微芯片（例如：包括嵌入在半导体晶片上形成的成层结构中的电连接路径的芯片）或MEMS装置。

在第二组实施例中，基板为非平面电路基板（例如：限定至少一个整体电连接路径的非平面基板）。

在一个实施例中，非平面电路基板为多层电路基板（例如：由若干至少部分重叠的层所形成）。在一个实施例中，多层基板是通过在层叠过程中粘合多层而形成的。在另一实施例中，多层基板是通过在半导体器件的制造过程中相继形成若干层而形成的。

在一个实施例中，声波导的该部分延伸通过多层电路基板的内层。在一个实施例中，声波导的该部分以大致垂直于内层厚度的方式延伸。

在一个实施例中，声波导的该部分延伸通过内层以及至少一个其他层。在一个实施例中，声波导的该部分以大致平行于内层和至少一个其他层的厚度的方式延伸。

在一个实施例中，声波导的该部分具有以大致平行于内层和至少一个其他层的厚度的方式延伸的第一区段以及以大致垂直于内层和至少一个其他层的厚度的方式延伸的第二区段。这样，声波导的该部分可能会改变通过其的声波方向（例如：用以将波引导至传感器或从传感器开始引导波）。

在一个实施例中，至少一个电连接路径为整体表面形成的连接路径（例如：在表面蚀刻过程中或表面或微加工过程中所形成）。例如，非平面电路基板可包括非平面印刷电路板（PCB）。

在另一实施例中，至少一个电连接路径为整体嵌入式连接路径（例如：在多层半导体器件的制造过程中所形成）。例如，非平面电路基板可以是非平面半导体器件（例如：非平面微芯片或非平面MEMS装置）。

在上述第一组和第二组实施例中的每一个中，可适用下列另外的可选功能：

在一个实施例中，声波导可以是细长的（例如：长度大于在任何垂直于其长度的方向上的最大平均宽度）。

在一个实施例中，基板包括横向延伸超出传感器外周的部分（例如：在垂直于基板厚度的方向上）。在一个实施例中，声波导的该部分延伸通过基板的该部分（例如：从而使声波导的该部分在传感器和传感器横向外周外的一点之间指引声音）。这样，与仅在传感器上的压力相比，整个基板的压力间可能存在更大的相位差。

在一个实施例中，声波导的该部分是通过在基板外表面中的通道而形成的。在另一实施例中，声波导的该部分可由具有完全形成在基板中的区段的通路所形成。在这两个实施例中，声波导的该部分可通过蚀刻、铣切或微加工过程中（例如：使用激光切割技术）所形成。在多层基板（例如：多层电路基板）的情况下，声波导可通过在多层基板的一个或多个内层中形成通道（例如：通过蚀刻、铣切或微加工过程）并使用上层（例如：预成形上层）覆盖通道以形成完全形成在基板中的一段而进行构造。

在经通道形成声波导的情况下，通道可位于传感器所附至的基板表面上（例如：基本上为平面的基板上或下表面）。声波导部分的上表面可通过施于基板以覆盖通道的层所形成。通道和至少一个导电轨道可沿基板的共同表面延伸。

在一个实施例中，声波导的该部分大致从传感器延伸至音频设备中的开口。

在另一实施例中，声波导的该部分经连接室被连接至传感器。这样，可在基板中的一个位置上激励集总参数行为以提供顺从性。

在一个实施例中，音频设备包括另一个具有延伸通过基板且与第一个限定的声波导相连（例如：串连）的一部分的声波导，且另一个声波导具有相对于第一个限定的声波导减小的横截面积（例如：具有主要表现电阻性或电感性行为的趋向）。这样，可在基板中的一个位置上激励集总参数行为以使所连接的声波导（单独或与室相结合）充当谐振器（例如：二阶谐振器）或声学滤波器（例如：低通、高通或带通声学滤波器），以及以控制或确定的方式实现信号的加减。

在一个实施例中，声波导的该部分包括歧管结构（例如：用于在传感器和若干出口之间传送声音）。这样，声波导可被配置成分割或结合声波。

在音频设备包括麦克风的情况下，声波导可被配置成从若干出口将声音结合至用于麦克风的一个路径中。这样，可将方向响应提供至通过音频设备的麦克风、基板和任何另外的结构所形成的“组合麦克风”。

在音频设备包括电-声驱动器的情况下，声波导可被配置成将从电-声驱动器接收到的声音分割成若干经不同的波导分支平行移动的波。歧管结构可被配置成修改呈现给驱动电-声驱动器的来源的辐射负荷和/或改变源自与传统声喇叭类似的基板的声辐射。在另一实施例中，若干出口位于音频设备中以生成方向声场。

在一个实施例中，声波导（例如：延伸通过基板的声波导的该部分或另外部分）具有可修改的轮廓。例如，可通过基板的弹性变形或机械致动器的作用而修改声波导。在一个实施例中，机械致动器为声-机械组件（例如：被配置成暂时密封其中存在有高压脉冲的且在其他方式中为开放的声路的阀门）。在另一实施例中，机械致动器包括被配置成修改声波导的声学特性的机械门控装置。

在一个实施例中，基板限定至少一个通往连接点（例如：焊盘）的导电轨道。至少一个导电轨道和/或连接点可沿基板的外表面（例如：在基本上为平面的基板的情况下，为上或下表面）延伸。

在一个实施例中，基板被配置成提供二级电性功能（例如：为音频设备提供共同的地面或提供手段以减少无线电频率干扰）。

在音频设备包括电-声驱动器的情况下，驱动器可以是任何合适类型的驱动器。在一个实施例中，驱动器为平衡电枢（BA）驱动器或其他高源阻抗驱动器（例如：声源阻抗高于人耳在几乎整个人类听觉频率范围（例如：在20Hz-20kHz的范围）上的声输入阻抗的驱动器）。

在一个实施例中，传感器形成基板的一个整体部分（例如：当基板为半导体器件时，传感器可与半导体器件构成一个整体）。例如，基板可包括传感器的基板（例如：MEMS麦克风的硅晶片）。

在一个实施例中，至少一个另外的传感器设置于基板（一个或多个另外的电-声传感器（例如：驱动器或麦克风）或一个或多个用于非声学变量，如位置或其时间导数的传感器）中或上（例如：安装）。在有另一个电-声传感器的情况下，可经声波导或经另外的声波导将声音传送至另一个传感器或从另一个传感器传送声音。该或另一个声波导可包括大致从另一个传感器至开口或至音频设备中的另一开口延伸通过基板的部分。基板可进一步限定至少一个用于另一传感器的（例如：整体）电连接。

在音频设备包括另一声波导的情况下，另一声波导可具有与第一个限定开口相间隔的另一开口。第一个限定开口和另一个开口的相对定位可被配置成提供方向性（例如：根据传感器是麦克风还是电-声驱动器的方向性输入或输出）。

另一声波导可至少部分地通过基板而形成或可替代地由不同于基板的声波导而提供。

在第一个限定的声波导包括歧管结构的情况下，另一声波导也可包括通往若干开口的歧管结构（例如：用以在另一传感器和若干另外的出口之间传送声音）。在音频设备包括电-声装置的情况下，每个歧管结构可被配置成修改源自第一个限定的以及另一电-声驱动器的辐射声，例如：以实现生成方向声场的目的。在音频设备包括麦克风的情况下，存在于若干开口的独立压力可通过控制的方式进行组合（例如：用以提供比简单仅使用声求和方式更灵活的方向性麦克风）。

在一个实施例中，该或至少一个另外的传感器经中间部分（例如：振动吸收部分）被安装在基板上。

当基板在制造/组装过程中或在音频设备的整个后续寿命和使用中实现于任一点定位或固定该传感器（在三个空间维度中的任一个中）的目的时，基板向音频设备的该或至少一个传感器提供机械支持。

当通过基板限定的空气部分传导源至或至所述传感器的任何声音时，基板向音频设备的该或至少一个传感器提供声学功能支持。该声音包括直接声音以及与辐射负荷、通风孔、压力均衡释放、声学滤波器等的其他修改相关的声音。其仅包括源自被部分打开支持的电-声致动器，如动态接收器的前辐射（前辐射为从振膜的“前面”：被声学耦合至佩带者耳朵的振膜的一侧所产生的声音）。在基板中或上的波导边界可通过机加工、蚀刻或沉积等现存的或尚未发明的任何工艺所形成。

当通过基板中或上的传导路径传输电信号（或电力）时，基板向音频设备的该或至少一个传感器提供电性功能支持。可通过蚀刻、沉积等现存的或尚未发明的任何工艺在基板上或中形成传导路径。根据本发明的第二个方面，提供了一种用于根据第一个方面的实施例中任一项所述的耳机装置的模块。

根据本发明的第三个方面，提供了根据第一个方面的实施例中任一项所述的耳机装置（例如：具有被配置成允许声音传入用户耳朵的耳道的开口且麦克风为传感麦克风（例如：用于将信号提供至信号处理器））。

耳机装置可包括通过头带连接在一起以形成耳机或耳内耳机的罩耳式或贴耳式耳机/被配置成置于用户耳朵的耳道的入口处或耳道中的“耳道内”耳机（或其立体声对）。

在一个实施例中，耳机装置被配置成至少部分地被插入用户耳朵的耳道中（例如：“耳道内”装置包括被配置成在将装置插入耳朵中时大致密封用户耳道的本体）且麦克风为包括处于适当位置以感测在用户耳朵的耳道中压力变化的传感元件的传感麦克风。这样，传感麦克风可将反馈信号提供给信号处理器（或主动降噪（ANR）处理器）以允许消除闭塞噪声。信号处理器可形成耳机装置的一部分且可位于壳体内或外。在一个实施例中，麦克风为微机电系统（MEMS）麦克风（或“硅麦克风”），例如：底部端口MEMS麦克风。在一个实施例中，耳机装置包括经第一声波导连接至第一开口的驱动器以及经第二声波导连接至第二开口的传感麦克风（例如：包括处于适当位置以感测用户耳朵的耳道中存在的声音的传感元件），其中第一和第二声波导的至少一个具有以大致垂直于基板的厚度的方式延伸通过基板的一部分。有利地是，本申请人已经确定将主动闭塞管理系统的传感元件经至驱动器的单独声波导连接至用户耳道能有利地减少驱动器和驱动器波导的相互作用而产生的谐振效应。在驱动器为BA驱动器或类似的高源阻抗驱动器（例如：包括用于将声音传送至用户耳朵的喷口或喷嘴的类型）以及通路产生的共振效应可能比传统的低源阻抗动态驱动器更加明显的应用中，这一改进已被发现是特别有利的。通过减少通路产生的共振效应，传感麦克风能够提供反馈信号，其降低了信号处理器（或主动降噪（ANR）处理器）进行的后续滤波以允许以改进的方式消除闭塞噪声。在基板中提供声波导中的至少一个提供了一种特别有效的在小空间内（例如：在耳内或在耳道内耳机中）实现这种布置的方式。

在可替代的实施例中，声波导大致从传感麦克风延伸至耳机装置中的开口以接收用户外部的噪声（例如：用以提供前馈信号以消除（或至少减少）到达用户耳道的环境噪声）。

耳机装置可进一步包括壳体以接收至少一部分基板。壳体可限定耳机装置的外部轮廓以插入或插在用户耳道的入口处。

耳机装置可限定从开口延伸至壳体后部的纵轴。

在一个实施例中，基板为电路基板（例如：包括嵌入半导体晶片，如半导体器件上形成的成层结构中的电连接路径的印刷电路板或基板）。

在一个实施例中，基板是细长的。

在一个实施例中，基板以大致平行于耳机装置纵轴的方式延伸。

在一个实施例中，通路以大致平行于耳机装置纵轴的方式延伸。

在一个实施例中，基板本体限定向开口延伸的颈部局域。

在上面限定的实施例中，耳机装置可被配置成在被插入用户耳朵中时基本上实现用户耳朵的耳道的声学密封（例如：用以改善系统，特别是平衡电枢驱动器系统中的低频率响应）。

本发明的耳机装置可在需要个人聆听的任何应用中进行使用。

在一个实施例中，耳机装置形成助听器的一部分。

在另一实施例中，耳机形成包括用于使用户对其说话的麦克风的头戴式耳机的一部分（例如：用于和移动电话一起使用）。

根据本发明的第四个方面，提供了一种用于根据本发明第一个方面的实施例中任一项所述的麦克风装置的模块（例如：用于被配置成以一种操作模式提供麦克风功能的便携式装置（例如：便携式通信装置或便携式媒体播放器）的模块）。

根据本发明的第五个方面，提供了根据本发明的第一个方面的实施例中任一项所述的麦克风装置。

根据本发明的第六个方面，提供了一种用于根据本发明第一个方面的实施例中任一项所述的扩音器装置的模块（例如：用于被配置成以一种操作模式提供扩音器功能的便携式装置（例如：便携式通信装置或便携式媒体播放器）的模块）。

根据本发明的第七个方面，提供了根据本发明的第一个方面的实施例中任一项所述的扩音器装置。

根据本发明的第八个方面，提供了耳机装置，包括：限定至少一个电连接路径的基板；

以及安装在基板上且被连接至至少一个电连接路径的传感器；其中：传感器包括电-声驱动器且基板至少部分地限定出通路（例如：细长的通路）以将声音从电-声驱动器传送至耳机装置中的开口以允许将声音传入用户耳朵的耳道；或者传感器包括传感麦克风（例如：用以将信号提供至信号处理器）且基板至少部分地限定出通路以从耳机装置的外部将声音传送至传感麦克风。

根据本发明的第九个方面，提供了一种用于耳机的模块，该模块包括：限定至少一个电连接路径的基板（例如：包括嵌入在半导体晶片，如半导体器件上形成的成层结构中的电连接路径的印刷电路板或基板）；以及安装在基板上且被连接至至少一个电连接路径的传感器；其中：传感器包括电-声驱动器且基板至少部分地限定出通路（例如：细长的通路）以通过传感器将前向方向上辐射的声音传送至与传感器相隔开的出口；或者传感器包括传感麦克风且基板至少部分地限定出通路以从与传感麦克风相隔开的入口将声音传送至传感麦克风。

在一个实施例中，通路是通过在基板外表面中的通道而形成的。

在一个实施例中，通路大致从传感器延伸至入口或大致从传感器延伸至出口。

在一个实施例中，至少一个另外的传感器被安装在基板上。至少一个另外的传感器可以是电-声传感器且经通路或经另一通路将声音传送至电-声传感器或从电-声传感器传送声音。

现在，将通过实例并参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1为第一个现有技术中耳机的示意性横断面图；

图2为第二个现有技术中耳机的示意性横断面图；

图3为从第一视角截取的根据本发明第一实施例的耳机装置的示意性横断面图；

图4为从第二（平面）视角截取的图3所示的耳机装置的示意性横断面图；

图5为根据本发明第二实施例的耳机装置的示意性横断面图；

图6为根据本发明第三实施例的耳机装置的示意性横断面图；

图7为根据本发明另一实施例的麦克风模块的示意性立体图；

图8为根据本发明另一实施例的微型扬声器模块的示意性立体图；

图9为根据本发明另一实施例的微型扬声器模块的示意性立体图；

图10为根据本发明另一实施例的麦克风模块的示意性立体图；

图11为根据本发明另一实施例的麦克风模块的示意性横断面图；

图12为根据本发明另一实施例的包括非平面体的音频模块的示意性立体图。

图3示出包括壳体40A和用于将声音传输至用户耳道中的开口40B的噪声消除耳机装置40，其中壳体40A容置平衡电枢（BA）接收器41和MEMS（或“硅”）麦克风42，且该MEMS（或“硅”）麦克风42对佩带者耳道中的压力敏感，佩戴者的耳道通过“索环”或“顶端”组件50与外部声音很好隔离。麦克风42和接收器41都被安装在共同的、细长的且基本上为平面的基板43（例如：使用PCB或半导体器件技术形成的电路基板）上，且该基板43充当成品耳机组件的“底盘”或“骨架”。在本实施例中，基板43包括直接连接至带有索环50的卡扣49上的颈部区域43a。

通过基板组件43上的电迹线44实现至传感器41和42的电连接，该迹线通往便于附加外部配线52的焊盘（或一些可替代的电连接工具）。额外的电子组件（主动或被动式）45被安装在迹线44上的共同基板43上。通过将其固定至基板，可向传感器41和42提供机械支持。在使用麦克风42的情况下，通过流焊至有意放置在基板43上的焊盘，可提供机械连接。可以明白，有利地是基板43可使用“印刷电路板”的技术进行构造。在使用接收器41的情况下，使用粘接剂来实现机械安装。

麦克风42包括设置在与电连接同一面上的声口，其还具有物理固定麦克风的机械功能。通过在基板中形成的波导将声音从耳朵传导至麦克风。波导47可以（例如）通过在基板中（在载有MEMS麦克风42的一侧的相对侧上）铣出通道而形成，该通道连接有向麦克风的声口开放的孔46。一旦铣切过程已形成通道，关闭通道以通过另一组件48形成波导47，该另一组件48则可以很方便地为粘合至（或以其他方式沉积在）第一层基板上的胶带或第二层基板。在使用PCB技术制造基板的情况下，能够使用常见的、用于显出板轮廓的仿形铣床实施通道的铣切。

BA接收器41从“喷口”提供声输出。为了方便起见，经终止于卡扣49的管子51将声音从该喷口传导至耳朵。

相应地，即使基板43关于接收器41仅起到机械和电功能，基板43仍向麦克风42提供了机械和声学功能。

图4示出在基本上为平面的基板43上方的视角所看到的耳机装置40。在基板上可以看到MEMS麦克风42，但是接收器却位于下侧。对基板43成形以方便贴合至佩带者的耳朵中。尽管图4所示的基板具有关于与波导47长轴相重合的水平线的外形对称性，但是这种对称性并不是强制性的。在缺少这种对称性的情况下，基板可以是手形，从而为立体声或双声道系统提供镜面对称（左/右）。可替代地，可在一个耳朵中“颠倒”基板（以及其上的组件）而仅对性能产生很少的影响，从而减少系统成本。

壳体40A充当整体的外壳组件以有助于在佩带者耳朵中的舒适性，但在其他方面，其主要起到装饰作用。例如，可使用与常见的用于电子子系统的“灌封”封装相似的成型工艺应用壳体40A。

图5示出耳机装置40’，包括壳体40A’以及用于将声音传输至用户耳道中的开口40B’，壳体40A’容纳动态接收器41’和麦克风42’（相应地，也标记出与图3所示的耳机装置40相同的其他功能）。源自动态接收器41’的前辐射声音通过在共同的、细长的且基本上为平面的基板组件（或底盘）43’（例如：使用PCB或半导体器件技术所形成的电路基板）中形成的通道53传导。如已在图3中说明的那样，麦克风42’被耦合至基板中的麦克风通道54。麦克风通道54可直接与通道相连通，该通道将声音从接收器53’传送至开口40B’。可替代地，麦克风通道54可与接收器41'的通道53相隔离（即从麦克风42'延伸至开口40B’），且仅在两个通道53和54均通过组件49'和50'向耳朵开放后才能实现声学耦接。类似地，其他的传感器组合件，如ECM麦克风与“喷口”声口也可与耦接至耳朵的管子一同使用。

图6示出耳机装置40''，包括壳体40A''以及用于将声音传输至用户耳道中的开口40B''，壳体40A'容纳接收器41''和一对麦克风42A和42B。源自动态接收器41’的声音通过波导47'传导至开口40B''。麦克风42A和42B被耦接至分别在共同的、细长的且基本上是平面的基板组件（或底盘）43''（例如：使用PCB或半导体器件技术而形成的电路基板）中形成的麦克风通道54A和54B。与麦克风42和42’一样，麦克风42A被配置成测量源自用户耳道的噪声，从而减少在耳道中耳机中发生的闭塞效应或消除（或至少减少）达到用户耳道的环境噪声。麦克风42B被配置成测量环境噪声（即位于用户的耳机外部的噪声），从而生成前馈信号以消除（或至少减少）达到用户耳道的环境噪声。

重要的是，本发明还设想带有声口的接收器与电连接件位于相同的表面上，因此与MEMS麦克风（图3）所教导的相同电连接件、声耦合和机械安装也可用于接收器。

图7示出用于在具有麦克风功能的装置（例如：噪音消除耳机、便携式通信装置、便携式媒体装置等）中的麦克风模块100，该麦克风模块100包括被安装在或一体成形在基本上为平面的基板组件120（例如：使用PCB或半导体器件技术形成的电路基板）上的MEMS麦克风110以及声波导系统130，其中基本上为平面的基板组件120限定用于将麦克风110连接至信号处理器（未示出）的整体电连接路径125，且声波导系统130包括若干用于允许装置外部的声音通过基板组件120传至麦克风110中的横向间隔开的入口132。声波导系统130包括：歧管结构134，其包括若干以大致垂直于基板厚度的方式延伸的、且每一个均在各自入口132处结束的细长线性通路136，以及以大致垂直于连接线性通路134中每一个的基板厚度的方式延伸的细长线性通路138；以及连接通路140，其以大致平行于基板厚度的方式延伸，从而将歧管结构134连接至麦克风110。

在使用中，入口132中的每一个均在稍微不同的位置上暴露于压力下。在将各压力汇总并传递给麦克风110前，歧管结构134会对各压力发挥过滤作用。麦克风模块100（如由麦克风110和基板组件120所形成的）的整体响应具有方向性响应，其可通过对入口132的适当定位以及歧管结构134的设计进行精心设计以实现方向性麦克风（例如：方向性噪音消除麦克风），从而用于具有电话或视频录制功能的装置中。

图8示出用于具有扬声器功能的装置（例如：便携式通信装置、便携式媒体播放器等）中的微型扬声器模块200，该扬声器模块200包括安装在或一体成形在基本上为平面的基板组件220（例如：使用PCB或半导体器件技术形成的电路基板）上的电-声驱动器210以及声波导系统230，其中基本上为平面的基板组件220限定出用于将驱动器210连接至放大器（未示出）的整体电连接路径225，且声波导系统230包括若干用于允许驱动器210所产生的声音通过基板组件220传至装置外部的横向间隔的出口232。声波导系统230包括：歧管结构234，其包括若干以大致垂直于基板厚度的方式延伸的且每一个均在各自出口232处结束的细长线性通路236，以及连接线性通路234中每一个的锥形室238；以及连接通路240，其被配置成将歧管结构234连接至驱动器210。

在使用中，当从出口232辐射出相关的声音以及从驱动器210辐射出的声音时，出口232中的每一个均产生互阻抗效应。可对歧管结构234进行设计以将在基板出口232处的辐射负荷耦合至驱动器210的源阻抗（即，用以形成离散化的喇叭），从而提高效率。此外，可对歧管进行设计以修改从模块200辐射出的声音的方向。这使得在便携式通信装置，如智能手机和便携式计算机中实现高效和潜在的方向性声音辐射成为可能。

图9示出用于具有扬声器功能的装置（例如：便携式通信装置、便携式媒体播放器等）中的微型扬声器模块300，该扬声器模块300包括彼此相邻地安装在或一体成形在共同的基本上为平面的基板组件320（例如：使用PCB或半导体器件技术形成的电路基板）上的中心位置处的一对电-声驱动器310A和310B，其中基本上为平面的基板组件320限定用于将驱动器310A和310B连接至放大器（未示出）的整体电连接路径325。基板组件320限定一对声波导系统330A和330B，其包括一对位于基板组件320相邻侧上且被配置成允许驱动器310A和310B所产生的声音分别通过基板组件320传至装置外部的横向具有较大间隔的出口332。每个声波导系统330A和330B均包括：歧管结构334，其包括若干以大致垂直于基板厚度的方式延伸的且每一个均在各自出口332处结束的细长线性通路336以及连接线性通路334中每一对的室338；以及连接通路340，其以大致平行于基板厚度的方式延伸以将歧管结构334连接至各自的驱动器310A和310B。

扬声器模块300可被配置成从一对位于中心的驱动器提供方向性声源（例如：当驱动器310A和310B的输出具有适当的相关性时）或立体声。

图10示出用于具有麦克风功能的装置（例如：噪音消除耳机装置、便携式通信装置、便携式媒体播放器等）中的方向性麦克风模块400，该麦克风模块400包括彼此相邻地安装在或一体成形在共同的基本上为平面的基板组件420（例如：使用PCB或半导体器件技术形成的电路基板）上的中心位置处的一对MEMS麦克风410A和401B，其中基本上为平面的基板组件420限定用于将麦克风410A和401B连接至信号处理器（未示出）的整体电连接路径425。基板组件420限定一对声波导系统430A和430B，其包括一对允许装置外部的声音通过基板组件420传至各自的麦克风410A和410B的横向具有较大间隔的入口432（即，用以提供在基板组件420的相对极端取样的压力）。每个声波导系统430A和430B均包括：歧管结构434，其包括若干以大致垂直于基板厚度的方式延伸的且每一个均在各自入口432处结束的细长线性通路436以及以大致垂直于连接线性通路434中每一对的基板厚度的方式延伸的细长线性通路438；以及连接通路440，其以大致平行于基板厚度的方式延伸，从而将每个歧管结构434连接至各自的麦克风410A和410B。

在使用中，在麦克风410A和410B进行传感前，通过结合压力的通路436的作用对入口432处的压力进行过滤。这样，可提供较高阶方向性的噪声抑制麦克风或立体声麦克风以用于电话（或其他结合有麦克风功能的通信装置）、摄像机等中。

图11示出用于在具有麦克风功能的装置（例如：噪音消除耳机装置、便携式通信装置、便携式媒体装置等）中的麦克风模块500，该麦克风模块500包括被安装在或一体成形在基本上为平面的基板组件520（例如：使用PCB或半导体器件技术形成的电路基板）上的MEMS麦克风510以及声波导系统530，其中基本上为平面的基板组件520限定用于将麦克风510连接至信号处理器（未示出）的整体电连接路径525，且声波导系统530包括用于允许装置外部的声音通过基板组件520传至麦克风510中的入口532。声波导系统530包括以大致垂直于基板厚度的方式延伸的且在入口532处结束的细长线性通路534，连接至通路534的室536以及以大致平行于基板厚度的方式延伸的用于将室536连接至麦克风510的连接通路538。通路534包括串联的第一和第二部分534A和534B，第二部分534B具有相对于第一部分534A的受限的横截面并将第一部分534A连接至室536。第二部分534B的几何形状被配置成促进集总参数的行为作为阻力和/或电感，且室536的几何形状（具有比第一部分534A更大的横截面积）被配置成提供顺从性。这样，基板组件520可使麦克风510前面的声学低通滤波网络便于实现。这使得，例如在硅麦克风的响应中控制不必要的高频共振效应成为可能。

图12示出用于在具有麦克风或声音生成功能的装置（例如：噪音消除耳机装置、便携式通信装置、便携式媒体装置等）中的音频模块600，该音频模块600包括被安装在或一体成形在非平面电路基板620（例如：使用PCB或半导体器件技术形成的非平面电路基板）上的电磁传感器610以及声波导系统630，其中非平面电路基板620限定整体电连接路径625且声波导系统630包括用于允许在传感器610和装置外部区域之间通过的入口/出口632。电路基板620大致在三个空间维度中延伸，其在将若干基本上为平面的基板层612粘结在一起或顺序沉积起来以实现在第三维度上的所需延伸的过程中已经成形。波导系统630包括以大致垂直于层621厚度的方式延伸且在入口/出口632处结束的细长线性通路634，通向传感器610的室636以及以大致平行于层621厚度的方式延伸以将室636连接至通路634的连接通路638。为了上述具体描述，术语基板和电路基板应被理解为不限于作为印刷电路板的实施例，且不限于使用PCB加工方法生成的实施例。在生产向传感器中的至少一个提供电气、声学和机械支持的音频设备的过程中所使用的任何基板组件均是本发明的主题。这明确包括了用于现存或尚未发明的集成电路、“系统级封装”或类似的制造方法中的任何基板组件。

此外，在上面所有图示实例中，应理解的是可将具有随附传感器的基板进一步安装在壳体（例如：外壳）中，该壳体进一步将至/源自基板中开口的声音指引至壳体内或在其外表面上的位置（例如：可能遥远的位置）。这样，安装在基板上的传感器的制造和安装上的优点允许壳体充当衍射/反射/阻挡物体，在声输入/输出间产生更大的独立性。例如，当本发明的模块被放置在壳/杯中以形成耳机的一侧时，杯限定用于安装在基板上的电-声学的声学前/后负荷并实现至佩带者头部的物理耦合。当本发明的模块被放置在便携式通信或媒体装置的壳体中时，壳体可包括内部波导以与延伸通过基板的声波导的部分相耦合并使其延伸，从而允许提高对辐射或接收到的声音的方向性控制以及提高关于壳体中模块位置的灵活性。

Claims

1.耳机装置，包括：

限定出至少一个电连接路径的、基本上为平面的基板；以及

设置于所述基板上或所述基板中且被连接至所述至少一个电连接路径的传感器；

其中：

所述传感器包括电-声驱动器且所述基板至少部分地限定出声波导，所述声波导具有延伸通过所述基板的部分，用以将声音从所述电-声驱动器传送至所述耳机装置中的开口，从而允许声音进入用户耳朵的耳道中；或者

所述传感器包括传感麦克风且所述基板至少部分地限定出声波导，所述声波导具有延伸通过所述基板的部分，用以将声音从所述耳机装置的外部传送至所述传感麦克风；并且

所述声波导的所述部分以大致垂直于所述基板的厚度的方式延伸通过所述基板。

2.根据权利要求1所述的耳机装置，其中所述基板为印刷电路板或为包括嵌入形成于半导体晶片上的成层结构中的电连接路径的基板。

3.根据权利要求2所述的耳机装置，其中所述基板为半导体器件且所述传感器与所述基板一体制成。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的耳机装置，其中所述声波导由所述基板外表面中的通道所形成。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的耳机装置，其中所述声波导的所述部分由包含完全形成于所述基板中的区段在内的通路所形成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的耳机装置，其中所述声波导基本从所述传感器延伸至所述耳机装置中的所述开口。

7.根据前述权利要求中任一项所述的耳机装置，其中所述声波导的所述部分经连接室被连接至所述传感器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的耳机装置，其中所述声波导的所述部分包括歧管结构。

9.根据前述权利要求中任一项所述的耳机装置，其中所述传感器包括传感麦克风，并且所述声波导基本从所述传感器延伸至所述耳机装置中的另一开口，用以接收所述用户外部的噪声。

10.根据前述权利要求中任一项所述的耳机装置，其中所述耳机装置被配置成至少部分地被插入用户耳朵的耳道中。

11.根据权利要求10所述的耳机装置，其中所述传感麦克风包括定位成感测出现在所述用户耳朵的耳道中的声音的传感元件。

12.根据前述权利要求中任一项所述的耳机装置，其中在所述基板中或所述基板上设有至少一个另外的传感器。

13.根据权利要求12所述的耳机装置，其中所述至少一个另外的传感器为电声传感器且声音经所述声波导或经另一个声波导被传送至所述电声传感器或从所述电声传感器被传出。

14.根据前述权利要求中任一项所述的耳机装置，其中所述耳机装置形成助听器的一部分。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的耳机装置，其中所述耳机装置形成包括供用户对其说话的麦克风的头戴式耳机的一部分。

16.音频设备，包括：

限定出至少一个电连接路径的、基本上为平面的基板；以及

其中：

所述传感器包括电-声驱动器且所述基板至少部分地限定出声波导，所述声波导具有延伸通过所述基板的部分，用以将声音从所述电-声驱动器传送至所述音频设备中的开口，从而将声音传送至用户；或者

所述传感器包括传感麦克风且所述基板至少部分地限定出声波导，所述声波导具有延伸通过所述基板的部分，用以将声音从所述音频设备的外部传送至所述麦克风；并且

17.音频设备，包括：

限定出至少一个电连接路径的非平面电路基板；以及

设置于所述电路基板上或所述基板中且被连接至所述至少一个电连接路径的传感器；

其中：

所述传感器包括电-声驱动器且所述电路基板至少部分地限定出声波导，所述声波导具有延伸通过所述电路基板的部分，用以将声音从所述电-声驱动器传送至所述音频设备中的开口，从而将声音传送至用户；或者

所述传感器包括麦克风且所述电路基板至少部分地限定出声波导，所述声波导具有延伸通过所述电路基板的部分，用以将声音从所述音频设备的外部传送至所述麦克风。

18.一种用于根据权利要求16或权利要求17所述的麦克风装置的模块。

19.根据权利要求16或权利要求17所述的麦克风装置。

20.一种用于根据权利要求16或权利要求17所述的扬声器装置的模块。

21.根据权利要求16或权利要求17所述的扬声器装置。