CN105025427A - 麦克风测试程序 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，本发明是一种带有内部测试电路的麦克风系统。该系统包括麦克风，其具有带有声学端口的外壳、第一转换器、第二转换器、控制器以及电流源。该系统还包括带有盖的声学组件，以及定位于盖内的声压源。当声学组件定位于声学端口上，就构成了声腔，可将一信号施加到声压源上，从而可进行第一组测量。还可将声学组件移除并替换为声学盖，由此可进行第二组测量。基于第一和第二测量，可确定出第一和第二转换器的灵敏度。在另一实施例中，本发明提供了一种用于校准麦克风灵敏度的方法。

Description

麦克风测试程序

相关申请

本申请请求在先提交的申请日为2013年7月3日的共同未决的美国临时专利申请No.61/842,694的优先权，该申请的全部内容通过参考引入本文。本申请还涉及共同提交的美国专利申请_____(代理案卷编号081276-9676)。

技术领域

本申请涉及麦克风测试程序，具体涉及用于校准麦克风灵敏度的麦克风测试程序。

背景技术

为了对麦克风进行详细测试，需要知晓其确切的灵敏度。由于这将转换设备的寿命，因此有必要定期校准测量麦克风。麦克风灵敏度随着频率(以及其他因素、例如环境条件)变化而变化，因此通常被记载为一些灵敏度值，每个用于特定频带。麦克风灵敏度还可取决于其所朝向的声场的性质。出于此因，麦克风通常在多于一个的声场中校准，例如压场和自由场。

麦克风校准服务由一些麦克风制造商和独立的认证测试实验室提供。为了校准单独的设备，在指定麦克风校准站点执行的校准技术通常牵涉到多个附加麦克风。在国家计量协会，例如美国的NIST，所有麦克风校准最终可被追溯到主要标准。互易校准技术是公认的关于麦克风校准和测试程序的国际标准。

发明内容

在一个实施例中，本发明是一种带有两个或多个互易膜的麦克风，所述互易膜将转换后的压力测量结果提供到内部测试电路。内部测试电路输出绝对灵敏度测量结果。该绝对灵敏度是指麦克风转换器的灵敏度，可在制造时基于第一原理测量(如，电流、电压、环境空气条件、麦克风声学体积的体积)确定，该第一原理测量可很容易地由直接测量或其它方式获取。在一个实施例中，本发明还提供了一种用于由第一原理测量确定出转换器绝对灵敏度的方法。

麦克风信号的最终输出灵敏度是指麦克风输出信号的灵敏度，其可通过以下方式而被控制：将算得的电子增益施加于输入信号(由转换器在从声源接收到声压波时产生)或通过调整施加到MEMS转换器的偏压。麦克风信号的最终输出灵敏度可根据用户定义的调整参数进行控制。

在一个实施例中，本发明是一种具有内部测试电路的麦克风系统。该系统包括麦克风，所述麦克风具有带有声学端口的外壳、第一转换器、第二转换器、控制器和电流源。该系统还包括带有盖的声压源组件，以及定位于盖内的声压源。当声压源组件定位于声学端口上时，就形成了声腔，可将信号施加到声压源上，从而可进行第一组测量。还可将声压源组件移除并替换为声学盖，由此可进行第二组测量。基于第一和第二组测量，可确定出第一转换器的灵敏度和第二转换器的灵敏度。

在另一实施例中，本发明提供了一种用于校准麦克风灵敏度的方法。该方法包括在麦克风声腔内产生声压，其中，该声腔通过使用声压组件覆盖麦克风的声学端口而形成。该方法还包括通过控制器来测量由麦克风第一转换器输出的电压以及由麦克风第二转换器输出的第一电压。该方法还包括从该声学端口移除该声压组件并覆盖该声压端口。然后将电流施加到第一转换器，且该控制器测量由第二转换器输出的第二电压，并基于这些测量来计算第一和第二转换器的灵敏度。

本发明的其他方面将通过考虑详细说明书以及所附附图变得显而易见。

附图说明

图1是使用电子增益控制输出信号的麦克风的示意图。

图2是使用可控MEMS偏压控制输出信号的麦克风的示意图。

图3是使用电子增益控制输出信号的另一麦克风实施例的示意图。

图4是使用可控MEMS偏压和三电极MEMS设备控制输出信号的麦克风示意图。

图5是使用可控MEMS偏压和两个三电极MEMS设备控制输出信号的麦克风实施例的示意图。

图6示出了校准麦克风所采取的测量。

图7A是用于完成图6的测量1和2的测试装置。

图7B是用于完成图6的测量3和4的测试装置。

图8示出了分割电极MEMS转换器的两种变形。

图9A-9F示出了附加示范性测试装置。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当明白本发明在其应用上并不限于以下说明书所提出的以及在以下附图中所示的组件的构造和布置的细节。本发明能够使用其他实施方式，并可以各种方式实践和执行。

图1是通过控制施加于输入信号(即，由转换器响应于从声压源接收声压波而产生的信号)的电子增益来调整麦克风信号的输出灵敏度的麦克风90。该麦克风包括位于由流体(比如空气)填充的声学容积105内的扬声器100。该麦克风还包括第一压敏膜110和第二压敏膜111，并包括特定用途集成电路(ASIC)115。膜110和111通过ASIC 115内包含的开关块116而连接到ASIC 115。开关块116连接到第一放大器120和第二放大器121、电压检测器125、电流源130以及第一和第二偏压电路135和136，偏压通过第一和第二偏压电路被施加到膜110和111。放大器120和121还连接到相加放大器140，所述相加放大器140进而连接到控制器150。控制器150还与存储器160(如非易失性计算机可读介质)相连。

控制器150可包括处理器，用于执行来自存储器160的代码。该控制器150还将命令和/或数据通过通信总线170发送到ASIC内所包含的组件，而不发送到偏压提供装置135和136。此外，控制器150通过输入/输出接口185向外部电子器件发送命令以及与其通信。控制器150还通过通信总线170从ASIC内的组件接收输入，并通过输入/输出接口185从外部电子器件180接收输入。输入/输出接口185例如可包括用户接口，例如液晶显示(LCD)屏或软件图形用户接口(GUI)。控制器150可通过输入/输出接口185与用户通信参数，用户可通过输入/输出接口185向控制器150输入参数。

麦克风的最终输出灵敏度是指麦克风输出信号的最终灵敏度，其可通过内部麦克风电子器件进行调整。例如，图1中，控制器150调制放大器120和121的增益，以修改麦克风90的输出灵敏度。当第一和第二膜110和111从扬声器100接收声压输入(传播通过声学容积105)时，作为响应，膜110和111相应地产生第一和第二电信号。膜110和111产生的信号由开关块116根据电压输入的特征(例如频率)接收，且开关块116将该信号输出到第一和第二放大器120和121。第一放大器120将一增益施加到第一转换器110所产生的信号，第二放大器121将一增益施加到第二转换器111所产生的信号。然后将修改的信号在相加放大器140中相加并发送到控制器150。控制器150然后将相加后的修改声信号(其此时表现了已调整的输出灵敏度)通过输入/输出接口185输出。替代性地或附加地，控制器150将该信号存储到存储器160(如由将来麦克风操作时再调用)。

放大器120和121施加到每个信号的增益由控制器150根据通过输入/输出接口185所接收的信息计算出。经由输入/输出接口185接收的该调整信息可由用户定义或由外部电子器件180另行确定。该调整信息可包括用户定义的电压，且可被存储到存储器160以用于将来与用户或外部电子器件180(例如，如在随后上电时)进行通信。类似地，膜110和111的绝对灵敏度(如在制造时确定的)以及麦克风90的最终输出灵敏度(基于调整输入信息产生的)也可存储到存储器160用于未来通信或处理。

图2示出了通过改变MEMS偏置而控制最终输出灵敏度的麦克风190。应当指出图2的麦克风190包括与图1所描述的组件相同的一些组件。因此，这些组件根据图1的附图标记而标以附图标记。这仅仅是为了简化对示例性实施例的说明而做出，并非意图隐含必须在本发明其他实施例中实施同样的组件。图2中，第一和第二MEMS转换器210和211从扬声器100接收声压波，与图1的压敏膜110和111相对。在图2的情形下，通过调整由偏置元件135和136通过开关块116施加到MEMS转换器210和211的偏压而修改MEMS转换器210和211生成的信号。特别地，控制器150计算要施加到MEMS转换器210和211的偏压的量。通过调制施加到MEMS转换器210和211的偏压的量，可改变MEMS转换器210和211的转换系数。改变转换系数调整了转换器的灵敏度，由此调整输出信号的灵敏度。所计算的偏压在开关块116被施加以使来自偏置元件135的偏压被施加到MEMS转换器210，且来自偏置元件136的偏压被施加到MEMS转换器211。

开关块116此时将修改后的信号输出到放大器120和121，且相加放大器140进一步将信号相加。注意在图2的情形下，放大器120和121不是由控制器150控制。但是，控制器150仍控制相加放大器140。修改后的信号在相加放大器140相加之后，相加后的修改信号由控制器150接收并经由输入/输出接口185输出或存储到存储器160中。如以上关于图1解释的，控制器150根据经由输入/输出接口185接收的特定调整信息(即，数据)确定用于每个信号的偏置量。如图1中的麦克风90一样，MEMS转换器的绝对灵敏度以及声音信号的最终输出灵敏度可存储到存储器160以备将来调用。

图3示出了类似于图1的麦克风。但是，图3的麦克风包括第三压敏膜301。图3的麦克风还包括第三放大器304，所述第三放大器304接收第三膜301产生的信号。与放大器120和121一样，第三放大器304由控制器150经由总线170进行控制。因此，控制器150可修改第三放大器304的增益，这也修改了第三膜301的输出灵敏度。第三放大器304的输出也在加法器140处与放大器120和121的输出相加。进一步地，第三偏置元件305向膜301提供一偏压。

图4示出了与图2类似的麦克风。但是，图4的麦克风使用包含在MEMS转换器312的单个晶片(die)上的分割电极310和311，而不是图2中的在两个分离晶片上的两个电极。MEMS转换器312的背板(“BP1/BP2”)彼此之间电绝缘，以容纳电极310和311的分割配置。因此，在图4的麦克风中，单个MEMS转换器总共具有三个电极，而图2的麦克风需要跨越两块分离的MEMS转换器的四个电极。此外，图4的麦克风通过改变MEMS偏置而控制输出灵敏度，如以上关于图2所解释的。特别地，分割电极310和311所产生的信号通过调整偏压而修改。

图5示出了与图4相似的MEMS麦克风。但是，图5的麦克风包括第二分割MEMS转换器320(“MEMS 2”)，以与图3的膜301类似的方式替代了扬声器100和声学容积105。也就是说，第二分割MEMS转换器320具有分割电极322和323(包含在同一晶片上)，它们可在麦克风封装(即，内部麦克风容积)内产生声压波。分割电极322和323所产生的声压波可由第一分割MEMS转换器312接收。同样地，第一分割MEMS转换器312可产生待由第二分割MESM转换器320接收的声压波。因此，第一和第二分割MEMS转换器312和320可在缺少声学容积105和扬声器100的情况下被校准。尤其是，第一和第二分割MEMS转换器312和320可根据下文进一步详细描述的校准程序进行校准。

与第一分割MEMS转换器312的电极310和311一样，电极322和323中的每个所产生的信号被发送到开关块116并由放大器325和326接收。然后信号被发送到加法器140。而且，可通过调整施加到电极322和323的偏压而调制这些信号。特别是，控制器150控制偏置元件328和329以修改偏压。

绝对转换器灵敏度(例如用于压敏膜或MEMS转换器)是指不能仅由信号处理容易地改变的转换器特征。互易校准法可用于校正麦克风的绝对转换器灵敏度。该技术采用特定转换机制的互易特性。互易定理表明，如果在第一终端上向线性无源网络供应一电压，并在另一终端上产生一电流，施加到第二终端上的相同电压将产生与在第一终端上相比同样的电流量。测量麦克风通常是电容麦克风，因此，展现出互易行为。对于图1、2和4的实施例，互易校准使用声耦合器执行。声耦合器将压力脉冲输出到测试麦克风，并诱发麦克风的响应。激发麦克风的响应使得麦克风的灵敏度被测量，而由此被校准。对于图3的实施例，第三膜301代替了声耦合器的作用。对于图5的实施例，声耦合器的功能被第二分割MEMS转换器320替代。但是，应当指出第三膜301以及第二分割MEMS转换器320的功能并不限于如上所描述的声耦合器的那些功能。膜301和MEMS转换器320同样可用于其他功能，例如用于转换声压波。

随后的讨论是针对用于确定一个或多个麦克风转换器的绝对灵敏度以及用于校准转换器的麦克风测试程序。图6示出了用于校准麦克风的互易技术的适应过程以及确定麦克风转换器绝对灵敏度所采取的测量。具体地，本系统采用了四种测量。校准测量所涉及的麦克风组件是第一转换器400和第二转换器402以及扬声器410。但是，注意该扬声器410并不需要是与图1、2和4中的扬声器100和声学容积105同样的声耦合器，而是也可以是附加的膜或转换器，例如图3的膜301和图5的MEMS转换器320。转换器400和402可包括膜110、111和301、MEMS转换器210和211、和/或分割电极MEMS转换器312和320的任意组合。

图7A示出了用于测量1和2的测试装置500。该测试装置包括转换器400和402、ASIC 115、ASIC输入/输出端口403以及具有阻抗Z_ac1(如图6所示)的声学容积510。测试装置500还包括转换器400的背板520，以及转换器402的背板522。转换器400和402的膜相对于背板520和522的运动导致转换器400和402内的电容变化。根据冲击的声压波的性质，该电容变化从转换器400和402产生信号(如电压)。图7B示出用于图1、2和4的实施例(即，包括扬声器100和声学容积105的实施例)的执行图6的测量3和4的测试装置500。图7B中的变化包括由密封垫圈600替代扬声器410，以用于为测量3和4隔离该转换器400和402。密封垫圈600形成了新的声学容积610，其具有阻抗Z_ac(如图6所示)。对于图3和5的实施例，密封垫圈600不是必须的，这是因为如以下将进一步详细描述的，图3和5的膜和转换器分别已经共享了麦克风封装的容积。

参考图6，通过向扬声器410施加一电压而实施第一和第二压力测量(测量1和测量2)。在测量1和2中，施加到扬声器410的电压在阻抗为Z_ac1的声学容积510内产生压力P_S。转换器400和402的每个将压力P_S进行转换并输出对应的电压信号(V_M1，S和V_M2，S)。转换器400和402输出的电压信号随后由ASIC 115进行处理。ASIC 115进行的处理可例如包括，使用上述关于调制放大器120和121的增益、或调制施加到MEMS转换器210和211的偏压的方法来修改信号。ASIC 115所进行的处理还可包括将信号存储到存储器160。对于第三测量(测量3)，具有声学容积510的扬声器410被密封垫圈600取代，该密封垫圈形成了具有阻抗Z_ac的新的声学容积610。密封垫圈600将转换器400和402隔离，以创建对转换器400和402所产生和接收的压力波具有很少阻碍的受控环境。特别地，在测量3中，从电流源130向转换器400供应电流I_in。电流I_in致使转换器400在声学容积610内产生压力P_M1。压力P_M1由转换器402进行转换并记录为输出电压V_M2，M1(即，转换器402对来自转换器400的压力波进行响应产生的电压)。还将输出电压V_M2，M1发送到ASIC 115进行处理，如对电压信号V_M1，S和V_M2，S所说明的那样。

可通过向转换器402施加电流I_M1执行可选的第四测量。电流I_M1是从测量3中的电压V_M2，M1产生的电流。当向转换器402施加该电流I_M1时，转换器402在声学容积610内产生压力P_M2。该压力P_M2随后由转换器400接收到，其随后产生电压V_M1，M2(即转换器400对来自转换器402的压力波进行响应产生的电压)。

执行测量1-4所记录下来的输出电压(V_M1，S、V_M2，S、V_M1，M2和V_M2，M1)用于计算转换器400和402的绝对灵敏度。因此，当输出电压由ASIC 115进行处理时，该处理还包括计算绝对转换器灵敏度，这由控制器150根据所测量的输出电压值和第一原理测量执行。转换器灵敏度(M_o，M1和M_o，M2)是扬声器在转换器中所激发的电压(即V_M1，S或V_M2，S)与扬声器最初产生的声压(即P_S)的比率。该概念由以下式1和2进行表示。由转换器灵敏度的该概念，对于特定麦克风转换器的绝对灵敏度(M_o，M1和M_o，M2)可使用所测量的电压(V_M1，S、V_M2，S、V_M1，M2和V_M2，M1)以及第一原理值导出并求出，这是公知的或容易测量的。

特别地，转换器400和402的绝对灵敏度可根据以下数学过程得到：

由测量1和2，

V_M2，S＝M_O，M2·P_S，V_M1，S＝M_O，M1·P_S     (1，2)

V_M2，S/V_M1，S＝M_O，M2/M_O，M1     (3)

M_O，M2＝M_O，M1·(V_M2，S/V_M1，S)     (4)

对于测量3和式4，

M_o，M2·M_o，M1＝(1/Z_ac)·(V_M2，M1/I_in)     (5)

(M_o，M1)²·(V_M2，S/V_M1，S)＝(1/Z_ac)·(V_M2，M1/I_in)     (6)

由测量4(或通过将式6带入式3)，

M_o，M1·M_o，M2＝(1/Z_ac)·(V_M1，M2/I_in)     (7)

(M_o，M2)²·(V_M1，S/V_M2，S)＝(1/Z_ac)·(V_M1，M2/I_in)     (8)

假设所感兴趣的频率(即声学容积610中所产生的压力波的频率)远低于集总元件声音为有效的要求，容积610中的声音阻抗可按照以下表示：

Z_ac＝(r·c²)/(j·V·2_P·f)     (9)

转换器400的绝对灵敏度则可确定为：

(M_o，m1)²＝(V_M1，S/V_M2，S).(1/Z_ac)·(V_M2，M1/I_in)     (10)

转换器402的绝对灵敏度可确定为：

(M_o，m2)²＝(V_M1，S/V_M2，S).(1/Z_ac)·(V_M1，M2/I_in)     (11)

其中，

V_M2，S＝由外部扬声器(S)在膜(M2)中引起的电压

V_M1，S＝由外部扬声器(S)在膜(M1)中引起的电压

V_M1，M2＝由膜(M2)在膜(M1)中引起的电压

V_M2，M1＝由膜(M1)在膜(M2)中引起的电压

M_o，M2＝膜(M2)的绝对灵敏度

M_o，M1＝膜(M1)的绝对灵敏度

P_s＝外部扬声器(S)产生的压力

Z_ac＝通常声学容积的阻抗

I_in＝传输扬声器的输入电流(M1或M2，根据其它哪个正在接收)

r＝气体密度(如空气的气体密度)

c＝声速

j＝虚操作符，sqrt(-1)

2_Pf＝声音的角频率

V＝腔容积

转换器400和402的绝对灵敏度一旦由控制器150计算出，可经由输入/输出接口185发送到用户，或存储到存储器160以便下次上电时(当绝对灵敏度还可经由输入/输出接口185传送时)调用。在必须进行标准化或其它精细校准条件下的科学测量时，或，例如在调谐声音滤波算法而优化麦克风的特定应用场合的信噪比时，有关转换器400和402的绝对灵敏度的信息是有用的。还应注意图6的麦克风测试程序还可用于周期性地或乃至可能发生意外改变转换器400和402的灵敏度的突发事件后，例如在麦克风掉落之后，将转换器400和402的灵敏度彼此之间进行重校准或同步。类似地，对于图3和5的实施例，校准程序在没有声耦合器的情况下在膜和MEMS转换器间执行。例如，参考图3，膜301可用于替代扬声器410而使用以上描述的相同方法来校准膜310和311。为校准膜301，则对于同一程序，可用膜310和311中的一个替代扬声器410。

参考图4，由于分割电极310和311机械上是相同的并驱动分割MEMS转换器，不再存在两个分离的MEMS转换器(因此不存在两个分离的电极驱动每个转换器)共享声学容积105。因此，可将以上描述的互易性测量和计算进行简化，因为由于分隔电极装置(310和311)，因此如先前参考图3和5所描述的，单独、分割MEMS转换器都能产生并接收测量3和4中的压力波。这将声学容积105的阻抗减少到±1(其中，+1对应于同相电容变化，-1对应于异相位电容变化，这些将在以下进行进一步描述)，这是由于电极310和311所产生的压力波并不穿越声学容积105。相反，一个电极所产生的声压波的强度可直接影响另一电极(即可被直接接收)，这是因为与该电极共享了同一结构。特别地，这意味着分割转换器(310)的第一部分(即电极)驱动声压波的产生，而分割转换器(311)的第二部分经由该分割转换器的第二部分(即电极)接收了该压力波。由于Z_ac等于±1，不需要知道声学容积105的容积，因此简化了以上所述的互易性计算。

图8示出了示例性分割MEMS转换器的两个机械配置，以及每个配置怎样影响电极所感应的电容变化。上方的示意图(“同相变化(+1)”)示出了带有电极523a和523b的分割MEMS转换器。电极523a和523b被布置在可移动膜524的同一侧上。该配置中，如果一个电极(如电极523a)产生声压波并致使膜524移位，另一电极(如电极523b)将感应到由膜524移位所产生的电容变化，与电极523a所产生的压力波同相位。这是由于每个电极被布置在膜524同一侧上，从而膜524的移位方向被每个电极“感知”为相同的。然而，下方的示意图(“异相位变化(-1)”)示出了带有电极526a和526b的分割MEMS转换器，电极被布置在膜527相反侧上。该配置中，当膜527移位，一个电极所观测到的移位方向与另一个所观测到的方向相反。因此，一个电极(如电极526b)所感应到的电容变化与另一个(如电极526a)所产生的压力波将会是异相位接收的。

图9A-9F示出了用于实施图6所示的程序的示例测试装置的替代性配置。每个示例性配置包括扬声器410、转换器400和402、ASIC 115以及ASIC输入/输出端口403。图9A示出了与图7A相同的示例性测试装置。具体地，图9A示出了一种测试装置，其中，扬声器410与转换器400和402共享声学容积510，而收容声学容积510和ASIC 115两者的更大的腔体与容积510隔离并被划分成封闭腔530和531。转换器400和402收容于子腔690和691内，以使转换器400被安置在子腔690的内壁(相对于容积510而言)上，且转换器402被安置在子腔691的内壁上。扬声器410与转换器400和402通过开口700共享容积510，该开口是麦克风中的穿孔，允许来自扬声器410的声压波传播进入子腔690和691而冲击到转换器400和402上。

图9B示出了与图9A类似的配置。但是，图9B中的转换器400和402附接在背板520和522(即子腔690和691的外壁)的相反侧上，使转换器400收容在腔530之内，转换器402被收容在腔531之内。图9B中，转换器400和402与扬声器410和声学容积510隔离。图9C示出了与图9A相似的另一示例性测试装置。但是，替代于在扬声器410与转换器400和402之间具有一开口700(参见图9A和9B)，图9C的配置呈现出两个开口715和716。开口715和716创建了与容积510毗邻的子腔717和718，以使转换器400由腔717部分地收容，转换器402由腔718部分地收容。两个开口715和716引导来自扬声器410的声压波进入腔717和718，在容积510以及腔717和718内创建气流布置，替代于图9A和9B中所呈现的那些情况。

图9D的测试装置示出扬声器410定位于与ASIC 115相对的壁上，使扬声器410以及转换器400和402不再共享容积510。相反，扬声器410被封闭在声学容积720之内，不同于图9A-C中的容积510，该容积720共享具有更大腔721的空间，再次在该测试装置器中创建了替代性的气流布置。转换器400由腔725封闭，转换器402由腔726收容。扬声器410和ASIC 115当前通过开口740共享容积720和721。在图9E中，扬声器410仍旧如同图9D被放置。但是，如图9A-C，扬声器410是被封闭在声学容积510内。图9E的配置基本上与图9A相同，但是，图9E的所有组件(除了ASIC 115和ASIC输入/输出端口403)是关于图9A的配置“翻转”的。例如，开口700不再位于具有ASIC 115的壁内。通过该配置，子腔690和691(收容转换器400和402)背向腔760和761并朝向扬声器410敞开。图9E的测试装置与图9A之间的另一区别方式是图9E中的腔690和691的加宽。

因此，除了其他方面，本发明的实施例提供了一种麦克风系统，带有用于确定和校准麦克风中的转换器膜绝对灵敏度的内部测试电路。该系统基于第一原理测量，例如电流、电压、声学谐振腔的容积以及测试站点的环境空气条件，来确定绝对膜灵敏度。因此，该系统能够在制造时或在该麦克风已被终端用户使用后，确定并校准膜绝对灵敏度而不需要精细校准的或标准化的环境。该系统包括扬声器、一个或多个转换器、包含一个或多个放大器的集成电路、一个或多个用于向转换器提供偏压的装置、以及包含存储器和输入/输出接口的控制器。该控制器根据第一原理测量，以及通常通过使来自转换器声压波冲击扬声器而在转换器中激发电压响应而取得的转换器响应测量，来计算绝对膜灵敏度。除了其他方面，本发明的实施例因此还提供了一种麦克风测试程序，用于确定并校准麦克风中的转换器膜的绝对灵敏度。

本发明的各种特征在权利要求书中提出。

Claims (20)

1.一种麦克风测试装置，包括：

麦克风，其具有：

外壳，

声压源，

第一转换器，

第二转换器，

控制器，以及

电流源；

其中，第一信号被施加到声压源并进行第一组测量，第二信号被施加到第一转换器和第二转换器中的一个并进行第二组测量；以及

其中，由第一和第二组测量确定出第一转换器的第一灵敏度和第二转换器的第二灵敏度。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括：

外壳，其具有声学端口；

定位于盖中的声压源，从而声压源和盖组成声压源组件；以及

声学端口盖；

其中，所述声压源组件定位于声学端口之上而形成声腔，第一信号被施加到声压源并进行第一组测量，移除所述声压源组件并将所述声学端口盖定位在声学端口之上并进行第二组测量。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述声压源包括第三转换器。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述声压源还包括与该第三转换器共享晶片的第四转换器，从而晶片的第一部分包括所述第三转换器且晶片的第二部分包括所述第四转换器。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一组测量包括：响应于声压源产生的声压而测量第一转换器输出的电压，并响应于所述声压而测量第二转换器输出的电压。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第二组测量包括：在电流被施加到第一转换器时，测量第二转换器输出的电压。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电流通过电流源施加到第一转换器。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述电流源由控制器控制。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括存储器，其中，第一和第二灵敏度存储在所述存储器中。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一转换器的灵敏度由下式定义：

${\left(M_{o,M1}\right)}^2=\frac{V_{m1,S}}{V_{m2,S}}\·\frac{1}{Z_{\mathrm{ac}}}\·\frac{V_{m2,m1}}{I_{\mathrm{in}}}$

其中，

M_o，M1＝第一转换器的灵敏度

V_m1，S＝由来自声源的声压波在第一转换器中产生的电压

V_m2，S＝由来自声源的声压波在第二转换器中产生的电压

$Z_{\mathrm{ac}}=\frac{{\mathrm{rc}}^2}{\mathrm{jV}{2}_{p}f}$

r＝声腔中的气体的气体密度

c＝声速

j＝虚操作符sqrt(-1)

2_P f＝声音的角频率

V＝声腔容积

I_in＝施加到第一转换器的电流

V_m2，m1＝当I_in施加到第一转换器时由第二转换器所产生的电压。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，第二转换器的灵敏度由下式定义：

${\left(M_{o,M2}\right)}^2=\frac{V_{m1,S}}{V_{m2,S}}\·\frac{1}{Z_{\mathrm{ac}}}\·\frac{V_{m1,m2}}{I_{\mathrm{in}}}$

其中，

M_o，M2＝第二转换器的灵敏度

V_m1，S＝由来自声源的声压波在第一转换器中产生的电压

V_m2，S＝由来自声源的声压波在第二转换器中产生的电压

$Z_{\mathrm{ac}}=\frac{{\mathrm{rc}}^2}{\mathrm{jV}{2}_{p}f}$

r＝气体密度

c＝声速

j＝虚操作符sqrt(-1)

2_P f＝声音的角频率

V＝声腔容积

V_m1，m2＝由来自第二膜的声压波在第一转换器中所产生的电压

I_in＝施加到第二转换器的电流。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，Z_ac的值大约等于±1。

13.一种用于校准麦克风的方法，包括：

在麦克风的声腔中产生声压；

通过控制器测量由麦克风的第一转换器输出的电压；

通过控制器测量由麦克风的第二转换器输出的第一电压；

将电流施加到第一转换器；

通过控制器测量由第二转换器输出的第二电压；以及

基于所述测量计算第一和第二转换器的灵敏度。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

在声腔中产生声压，所述声腔由定位于麦克风的声学端口之上的声压组件形成，

移除所述声压组件，以及

封盖所述声学端口。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在声腔中产生声压源，所述声腔由麦克风的外壳形成。

16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，将电流施加到第一转换器使得第一转换器产生压力波。

17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，第一和第二转换器的灵敏度输出到存储器和输入/输出接口中的至少一个。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，第一转换器的灵敏度使用下式计算：

${\left(M_{o,M1}\right)}^2=\frac{V_{m1,S}}{V_{m2,S}}\·\frac{1}{Z_{\mathrm{ac}}}\·\frac{V_{m2,m1}}{I_{\mathrm{in}}}$

其中，

M_o，M1＝第一转换器的灵敏度

V_m1，S＝由来自声源的声压波在第一转换器中产生的电压

V_m2，S＝由来自声源的声压波在第二转换器中产生的电压

$Z_{\mathrm{ac}}=\frac{{\mathrm{rc}}^2}{\mathrm{jV}{2}_{p}f}$

r＝气体密度

c＝声速

j＝虚操作符sqrt(-1)

2_P f＝声音的角频率

V＝声腔容积

V_m2，m1＝由来自第二膜的声压波在第一转换器中所产生的电压

I_in＝施加到第一转换器的电流。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，第二转换器的灵敏度使用下式计算：

${\left(M_{o,M2}\right)}^2=\frac{V_{m1,S}}{V_{m2,S}}\·\frac{1}{Z_{\mathrm{ac}}}\·\frac{V_{m1,m2}}{I_{\mathrm{in}}}$

其中，

M_o，M2＝第二转换器的灵敏度

V_m1，S＝由来自声源的声压波在第一转换器中产生的电压

V_m2，S＝由来自声源的声压波在第二转换器中产生的电压

$Z_{\mathrm{ac}}=\frac{{\mathrm{rc}}^2}{\mathrm{jV}{2}_{p}f}$

r＝气体密度

c＝声速

j＝虚操作符sqrt(-1)

2_P f＝声音的角频率

V＝声腔容积

V_m1，m2＝由来自第二膜的声压波在第一转换器中所产生的电压

I_in＝施加到第二转换器的电流。

20.如权利要求13所述的方法，其特征在于，第一和第二转换器的灵敏度以Z_ac＝±1进行计算。