CN105657628B - 传声器设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种传声器设备及其控制方法，该传声器设备包括具有音孔和相位延迟膜的外壳。多个无指向型传声器布置在外壳中。半导体芯片连接到无指向型微型机电系统(MEMS)传声器并且响应于输入信号而运行，其中，任一无指向型传声器通过与外壳的音孔和相位延迟膜连接而形成指向型传声器。

Description

传声器设备及其控制方法

相关申请的交叉引证

本申请要求于2014年11月28日向韩国知识产权局提交的第10-2014-0169042号韩国专利申请的优先权的权益，通过引证的方式将其全部内容结合在此。

技术领域

本公开涉及一种传声器(microphone，麦克风、扬声器)设备以及控制该传声器设备的方法。更具体地，本公开涉及一种能够根据车辆中嘈杂的环境选择性地运行传声器的传声器设备以及控制该传声器设备的方法。

背景技术

通常，传声器是一种将声音转换为电信号的设备，并用于移动通信设备(例如终端)和各种通信设备(例如耳机或助听器)。这类传声器需要高音频性能、可靠性以及可操作性。

与驻极体电容传声器(下文简称为“ECM传声器”)相比，基于微型机电系统(MEMS)的电容传声器(下文简称为“MEMS传声器”)具有高音频性能、可靠性和可操作性。

MEMS传声器根据指向特征分为无指向型(全向型)传声器和指向型传声器。

无指向型传声器对于在所有方向内传播的声波具有均匀的敏感度。

另一方面，指向型传声器根据入射声波的方向具有不同的敏感度，并且根据指向特性分成单向型和双向型。

例如，指向型传声器用于在狭窄的空间中录音或用于在具有大量回音的空间中仅捕捉期望的声音。

当这些传声器安装在车辆中时，声源远离这些传声器并且由于车辆的环境特性而可变地生成噪声。因此，需要一种有效抵抗车辆内部的嘈杂环境变化的传声器，并且为了这个目的，使用仅沿期望的方向捕捉声音的指向型MEMS传声器。

然而，因为现有技术中指向型传声器仅沿期望的方向捕捉声音，所以指向型传声器有效抵抗噪声，但是与无指向型传声器相比，指向型传声器敏感度低并且频率响应特性不佳。

在背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此，其可能包含未构成在该国家为本领域的技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开致力于提供一种具有适于车辆中具有可变噪声的环境的优点的传声器设备以及控制传声器设备的方法。

根据本发明的示例性实施方式，传声器设备包括具有音孔和相位延迟膜的外壳。多个无指向型传声器布置在外壳中。半导体芯片连接到无指向型传声器并且响应于输入信号而运行，其中，任一无指向型传声器可以通过连接至外壳的音孔和相位延迟膜来形成指向型传声器。

无指向型传声器可以包括具有穿孔的基板。振动膜布置在基板上。固定膜与振动膜隔开。

相位延迟膜可以连接到任一无指向型传声器的穿孔。

无指向型传声器可以包括第一无指向型传声器和第二无指向型传声器。

第二无指向型传声器可以通过与外壳的音孔和相位延迟膜连接来形成指向型传声器。

当声音处理器开始运行时，半导体芯片可以测量相对于通过第一无指向型传声器感测的声音电压的噪声电压，并且可以确定噪声电压是否大于提前设置在半导体芯片中的参考电压。

当噪声电压小于设置在半导体芯片中的参考电压时，半导体芯片可以运行第一无指向型传声器。

当噪声电压大于设置在半导体芯片中的参考电压时，半导体芯片可以将第二无指向型传声器运行为指向型传声器。

外壳可具有圆柱体形状和矩形柱体形状中任一种。

声音处理器可以是语音识别设备、免提设备和便携式通信终端中的至少一种。

根据本发明的另一示例性实施方式，一种用于控制传声器设备的方法包括当声音处理器开始运行时，运行第一无指向型传声器。将由第一无指向型传声器生成的声音电压传输至半导体芯片。测量声音电压的噪声电压，并且将声音电压的噪声电压与提前设置在半导体芯片中的参考电压进行比较。当噪声电压小于参考电压时，第一无指向型传声器运行。声音处理器的运行停止。

该方法可以进一步包括在进行比较之后，当噪声电压大于参考电压时，将第二无指向型传声器运行为指向型传声器。

根据本发明的示例性实施方式，由于设置了指向型传声器和无指向型传声器，所以可以在车辆中具有可变噪声的环境中选择性地运行指向型传声器和无指向型传声器。

也就是说，由于实施具有对于噪声的优异指向性的指向型传声器以及具有优异敏感度和频率响应的无指向型传声器，所以当施加比提前设置在半导体芯片中的参考电压更小的噪声电压时，无指向型传声器运行。当施加大于参考电压的噪声电压时，指向型传声器运行，因此实现高信噪比(SNR)。

此外，在下文详细描述中直接或暗示地描述了可从本发明的示例性实施方式获得或期望的效果。也就是说，将在以下详细的描述中描述从本发明的示例性实施方式期望的各种效果。

附图说明

图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的传声器设备的示意图。

图2A和图2B是分别示出了在嘈杂环境下根据本发明的示例性实施方式的无指向型传声器和指向型传声器的性能的曲线图。

图3是示出了根据本发明的示例性实施方式的控制传声器设备的方法的流程图。

具体实施方式

下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施方式。然而，为了有效地解释本发明的特性，下文将描述的附图和以下详细的说明涉及多种示例性实施方式中的一个示例性实施方式。因此，本公开不应被解释为受限于这些附图和以下描述。

进一步地，在本公开的说明中，当熟知的构造和功能确定为不必要地使本公开的范围不清楚时，不提供涉及熟知的构造和功能的详细说明。此外，以下将描述的术语在本公开中是考虑它们的功能而定义的术语，并且可以通过用户、操作者的意图或习惯而改变。因此，应当基于本公开的描述来确定它们的定义。

此外，在以下示例性实施方式中，为了有效地解释本公开的主要技术特征，将术语适当地改变、组合或拆分，以使本领域技术人员可清楚地理解这些术语，但本公开并不限于此。

在下文中，将参考附图详细描述本发明的示例性实施方式。

图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的传声器设备的示意图，并且图2A和图2B是示出了在嘈杂环境下根据本发明的示例性实施方式的每种类型的传声器设备的性能的曲线图。

参考图1，根据本发明的示例性实施方式的传声器设备1包括外壳10、多个无指向型传声器30和50以及半导体芯片90。

外壳10具有音孔11和相位延迟膜13，音孔穿过顶部而形成，相位延迟膜形成在外壳10的底部上。

音孔11是来自声音处理器5的声音传播所通过的孔，并且通过音孔11在内部传播的声音传播至无指向型传声器30和50。

车辆中处理语音的声音处理器5可以是语音识别设备、免提设备和便携式通信终端中的至少一种。

当驾驶员通过语音发出命令时，声音处理器5识别并且执行来自驾驶员的命令。

免提设备通过本地无线通信与便携式通信终端连接，以使得驾驶员可以不用在他们的手中握着便携式通信终端就能自由地讲话。

可执行无线打电话的便携式通信终端可以是智能电话或个人数字助理(PDA)。

虽然音孔11形成于传声器设备1的中心处，但是其并不限于此，并且可以根据需要改变位置。

相位延迟膜13使来自外部声音处理器5的在内部传播的声音的相位延迟，从而允许声音传播至下文描述的第二传声器50。

相位延迟膜13与第二无指向型传声器50的穿孔150接触。

具有音孔11和相位延迟膜13的外壳10可以由金属和陶瓷中的任一种制成。外壳10可具有圆柱体形状或矩形柱体形状。

虽然两个无指向型传声器30和50在示例性实施方式中对称地布置在外壳10中，但是它们的布置并不限于此，并且可以根据需要改变它们的位置。

无指向型传声器30和50可以通过微型机电系统(MEMS)实现，并且每个无指向型传声器均包括基板(substrate，衬底)100、振动膜110以及固定膜120。

基板100可以由硅制成并且具有穿孔150。

振动膜110通过穿孔150暴露并且布置于基板100上。

振动膜110具有多个狭槽S。

固定膜120与振动膜110隔开并且具有多个进气孔130。

振动膜110和固定膜120彼此以预定距离布置，并且预定距离限定了空气层140并且防止振动膜110和固定膜120之间的接触。

详细地，在无指向型传声器30和50中，当来自声音处理器5的声音通过进气孔130传播至振动膜110时，振动膜110振动，并且当振动膜110振动时，振动膜110和固定膜120之间的间隙改变。

因此，在振动膜110和固定膜120之间的电容改变，并且所改变的电容被转换为电信号并且由电路感测。

无指向型传声器30和50是第一无指向型传声器30和第二无指向型传声器50。

第一无指向型传声器30将由来自声音处理器5的在内部传播的声音生成的声音电压传输至半导体芯片90。

另一方面，第二无指向型传声器50通过包括外壳10的音孔11和相位延迟膜13来形成指向型传声器70。

指向型传声器70通过使用相位延迟膜13使通过音孔11在内部传播的声音的相位延迟，而阻挡沿非期望的方向的声音并捕捉沿期望的方向的声音，从而改善信噪比(SNR)。

半导体芯片90连接至第一无指向型传声器30并且响应于输入信号而运行。

半导体芯片90感测从第一无指向型传声器30输入的声音电压并且测量相对于该声音电压的噪声电压的大小。

半导体芯片90可以是专用集成电路(ASIC)。

半导体芯片90将噪声电压的大小与设置在半导体芯片90中的参考电压的大小进行比较。

当噪声电压的大小小于设置在半导体芯片90中的预定参考电压的大小时，半导体芯片90使第一无指向型传声器30运行。

当噪声电压的大小大于设置在半导体芯片90中的参考电压的大小时，半导体芯片90使指向型传声器50运行。

图2A是示出了根据在仅装配有无指向型传声器的车辆中环境的变化的性能的曲线图，并且图2B是示出了根据在仅装配有指向型传声器的车辆中环境的变化的性能的曲线图。

参考图2A，无指向型传声器具有稳定的频率响应和相对高的敏感度，但是当噪声传播到车辆中时，该无指向型传声器显示了噪声信号迅速增加200a并且示出了对噪声的易损性。

相反，参考图2B，指向型传声器具有随着频率减少敏感度降低的缺陷，但是即使噪声传播到车辆中，该指向型传声器显示200b的增量并且示出了对抗沿其他方向传输的噪声的强度。

因此，根据本发明的示例性实施方式的传声器设备1具有优异的SNR，因为当第一无指向型传声器30运行时，其利用优异的敏感度捕捉声音，并且当第二无指向型传声器50运行为指向型传声器70时，其降低噪声电压。

图3是示出了根据本发明的示例性实施方式的控制传声器设备的方法的流程图。

参考图3，声音处理器5开始运行(S300)。

处理车辆中的语音的声音处理器5可以是语音识别设备、免提设备和便携式通信终端中的至少一种。

当声音处理器5开始运行时，第一无指向型传声器30运行(S310)。

第一无指向型传声器30将从声音处理器5输入的声音电压传输至半导体芯片90(S315)。

半导体芯片90测量相对于从第一无指向型传声器30输入的声音电压的噪声电压的大小(S320)。

半导体芯片90将噪声电压与参考电压进行比较(S325)。

当噪声电压小于参考电压时，半导体芯片90使第一无指向型传声器30再次运行，并且然后使声音处理器5(S330)停止。

当噪声电压大于参考电压时，半导体芯片90使第二无指向型传声器50运行为指向型传声器70(S335)，并且然后使声音处理器5停止(S340)。

因此，根据本发明的示例性实施方式的传声器设备1可以根据车辆环境通过选择性地运行无指向型传声器和指向型传声器而具有优异的SNR。

虽然上文结合实际的例示性实施方式对本公开进行了说明，但应理解的是，本公开并不限于公开的实施方式，而是旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种变形和同等设置。

Claims (10)

1.一种传声器设备，包括：

外壳，所述外壳具有音孔和相位延迟膜；

多个无指向型传声器，所述多个无指向型传声器布置在所述外壳中；以及

半导体芯片，所述半导体芯片连接至所述多个无指向型传声器并且响应于输入信号而运行，

其中，所述无指向型传声器中的任一个通过与所述外壳的所述音孔和所述相位延迟膜连接而形成指向型传声器；

其中，所述无指向型传声器包括第一无指向型传声器和第二无指向型传声器；

其中，所述第二无指向型传声器通过连接至所述外壳的所述音孔和所述相位延迟膜而形成指向型传声器；

其中，当声音处理器开始运行时，所述半导体芯片测量来自由所述第一无指向型传声器感测的声音电压中的噪声电压，并且确定所述噪声电压是否小于提前设置在所述半导体芯片中的参考电压；

其中，当所述噪声电压小于设置在所述半导体芯片中的所述参考电压时，所述半导体芯片使所述第一无指向型传声器运行；

其中，当所述噪声电压大于设置在所述半导体芯片中的所述参考电压时，所述半导体芯片使所述第二无指向型传声器作为所述指向型传声器运行。

2.根据权利要求1所述的传声器设备，其中，所述无指向型传声器包括：

基板，所述基板具有穿孔；

振动膜，所述振动膜布置在所述基板上；以及

固定膜，所述固定膜与所述振动膜隔开。

3.根据权利要求1所述的传声器设备，其中，所述相位延迟膜连接至任一所述无指向型传声器的穿孔。

4.根据权利要求1所述的传声器设备，其中，所述外壳具有圆柱体形状和矩形柱体形状中的任一种。

5.根据权利要求1所述的传声器设备，其中，所述声音处理器是语音识别设备、免提设备和便携式通信终端中的至少一种。

6.根据权利要求2所述的传声器设备，其中，所述相位延迟膜连接至任一所述无指向型传声器的所述穿孔。

7.根据权利要求2所述的传声器设备，其中，所述振动膜包括多个狭槽，并且所述固定膜包括多个进气孔。

8.根据权利要求1所述的传声器设备，其中，所述音孔形成在所述传声器设备的顶侧上，并且所述相位延迟膜形成在所述传声器设备的底侧上。

9.根据权利要求1所述的传声器设备，其中，所述无指向型传声器是无指向型微型机电系统传声器。

10.一种控制传声器设备的方法，包括以下步骤：

当声音处理器开始运行时，使第一无指向型传声器运行；

将通过所述第一无指向型传声器生成的声音电压传输至半导体芯片；

测量来自输入至所述半导体芯片的声音电压中的噪声电压，并且将所述噪声电压与提前设置在所述半导体芯片中的参考电压进行比较；

当所述噪声电压小于所述参考电压时，使所述第一无指向型传声器运行；以及

停止所述声音处理器的运行；

所述方法还包括以下步骤：在测量和比较的步骤之后，当所述噪声电压大于所述参考电压时，使第二无指向型传声器作为指向型传声器运行。