CN110521115A - 声音换能器和声音产生单元的放大器单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于微型声音换能器(2)的放大器单元(1)，其可以作为麦克风和扬声器操作，并具有用于声音再现和/或声音记录的至少一个音频放大器(3)。根据本发明，放大器单元(1)被设计成声音换能器(2)可以作为扬声器和麦克风同时操作。此外，本发明涉及一种具有可作为麦克风和扬声器操作的微型声音换能器(2)的声音产生单元以及耦合到放大器单元(1)以进行声音再现和/或录音的声音换能器(2)。

Description

声音换能器和声音产生单元的放大器单元
【技术领域】
本发明涉及一种用于声音换能器的放大器单元，特别是一种可作为麦克风和扬声器操作的微型声音换能器，其具有至少一个用于声音再现及/或录音的音频放大器。此外，本发明涉及一种具有声音换能器的声音产生单元，特别是可作为麦克风和扬声器操作的微型声音换能器，以及耦合到声音换能器以进行声音再现及/或录音的放大器单元。
【背景技术】
在现有技术的用于噪音抑制的装置和方法中，所谓的“主动降噪”-ANR方法或“主动噪音消除”-ANC方法是已知的。这样的设备例如被布置在头戴式耳机或头戴式耳机中，这些头戴式耳机或头戴式耳机减少了噪音抑制干扰环境噪音，因为它们首先由布置在头戴式耳机上的麦克风记录。从设备产生的记录的声音信号到除了音乐以外由耳机的扬声器播放的环境噪音匹配反声。反声和环境噪音通过破坏性干扰相互抵消，使得只有音乐，特别是没有环境噪音才能到达耳机的佩戴者。
从US2016/0182987A1已知具有麦克风和驱动器布置的设备。该设备包括一个麦克风和一个扬声器驱动器，用于操作声音换能器，可用作麦克风和扬声器。这种装置的缺点是不能执行ANR方法。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种能够有效抑制环境噪音的装置。
该目的通过具有独立权利要求的特征的放大器单元和声音产生单元来实现。
本发明提出一种可用作麦克风和扬声器的微型声音换能器的放大器单元。放大器单元因此可以是微型放大器单元或微型换能器放大器单元。为简单起见，微型声音换能器在下面可以称为声音换能器。
例如，放大器单元可用于执行“主动降噪”方法(ANR方法)或环境噪音主动补偿。操作声音换能器的声音换能器和放大器单元例如在耳机，头戴式耳机，入耳式头戴式耳机，带有头戴式耳机或移动电话的头盔中布置给佩戴者或用户更高质量的音乐，声音及/或通过使用放大器单元提供语言，可以减少环境噪音。在ANR方法中，环境噪音例如通过抗噪音予以抵消。主动补偿的特征可能是环境噪音通过反声消失。环境噪音的无源补偿可以通过例如耳机的隔音来形成。
此外，放大器单元包括用于声音再现及/或用于录音的至少一个音频放大器。例如，音频放大器可以处理及/或处理由声音换能器作为麦克风操作时记录的声音信号。例如，音频放大器可以处理声音信号，以便它们可以被以数字方式储存。
例如，在音频放大器的帮助下，如果声音换能器作为扬声器工作，输入音频信号也可以在放大器单元中处理。音频放大器可以以这样的方式处理及/或处理音频信号，使得它们可以被声音换能器转换为声波，例如声音，音乐及/或语音。
根据放大器单元被设计为使得为此提供的声音换能器可以作为扬声器和麦克风同时操作。在这种情况下，作为扬声器和麦克风的声音换能器的同时操作可以意味着，例如，其中布置了增强器单元的耳机的佩戴者接收到声音换能器可以同时作为扬声器再现声音并且作为麦克风将声音记录。
如上所述，在“主动降噪”方法中，环境噪音被麦克风拾取。由此产生反声，该声音优选地与耳机中的扬声器的音乐同时输出。音乐的反声部分干扰环境声音并使其消失。使用者可以听到声音，但不会听到环境噪音。特别是，可以在声音换能器的帮助下记录环境噪音，同时可以播放与音乐相对应的反声。环境噪音和反声通过破坏性干扰相互抵消，因此只剩下音乐。
由于根据本发明的放大器单元的换能器同时接收环境噪音并且除了音乐之外还播放匹配的反声，通过同时操作声音换能器作为麦克风和扬声器可以有利地省去用于记录环境噪音的麦克风或仅用于输出抗噪音的扬声器。结果，ANR方法只能用声音换能器来进行，以便耳机可以更便宜地制造。通过记录声音，尤其是环境噪音，以及通过声音换能器同时播放音乐，故得以提高音质。作为扬声器的声音换能器和在相关环境噪音的地方产生反声的麦克风，使得反声完全被调谐到相关的环境噪音。
另外，ANR方法的速度可以更快地执行，因为不需要考虑环境噪音的记录位置与反声回放位置之间的声音的运行时间。
在本发明的有利发展中，放大器单元具有处理器，借助于该处理器，为此目的而设置的声音换能器在声音产生期间可以同时作为麦克风。处理器也可以设计为数字信号处理器。例如，处理器可以包括计算单元，在该计算单元中执行计算器程序，该计算器程序从记录的声音信号中滤除环境噪音并从中产生反声。处理器也可以操作至少一个音频放大器。有利的是，处理器可以将反声导向音频放大器，音频放大器连接到声音换能器到声音换能器以播放反声，优选地用音乐播放。
如果用于噪音抑制的处理器被设计为使得其可以基于所传输的音频信号和与同一声音换能器同时检测到的声音信号来滤除环境噪音及/或抑制环境噪音，这也是有利的。处理器通过环境噪音形成反声，并将其返回到声音换能器，作为扬声器将反声与音乐一起传送。
有利的是，处理器被实施为使得其分离由作为麦克风操作的微型声音换能器在代表所发出的有用声音的第一声音信号分量和代表环境噪音的第二声音信号部分中检测到的声音信号。例如，有用的声音包括应提供予听者的音乐，声音和语音。但是，环境噪音是噪音。这样可以进一步处理环境噪音。环境噪音可以由消除环境噪音的反声所产生。
有利的是，环境噪音可以从检测到的声音信号中滤出或者通过形成差动信号从中分离出来。由于在将声音换能器同时操作为扬声器和麦克风的情况下，通过声音换能器将声信号检测为包含环境噪音和有用噪音的麦克风，可以通过减法将环境噪音与检测到的声音信号予以分离。有用的噪音是已知的，因为它们对应于由扬声器产生的音频信号。检测到的声音信号因此包含源自根据音频信号产生的声波或包括有用噪音的第一声音信号分量和源自环境噪音的第二声音信号分量。例如，第一声音信号分量可以从声音信号中滤出或者分离，特别是从其中减去，从而留下包括环境噪音的第二声音信号分量。这样做的一个优点是，第一声音信号分量是已知的，因为它对应于音频信号，根据该音频信号产生了至少包含音乐，声音和语音的声波。
此外有利的是，处理器的实施方式可基于第二声音信号分量产生抗噪音信号并且将其与包含有用的声音信号的输入信号结合。输入信号可以包括例如语音，音乐或声音。例如，输入信号可能来自音乐文件。处理器还可以产生在从其产生声波时消除环境噪音的抗噪音信号。此外，处理器可将反声信号和输入信号组合为传送到产生相应声波的微型换能器的音频信号。然后它们包含组成音乐，声音或语音的有用声音以及消除环境声音的反声。
此外，如果处理器被设计成可以在作为扬声器的操作和作为麦克风的操作之间切换微型声音换能器，则是有利的。为此，处理器可以例如具有开关单元，其可以在作为扬声器的操作和作为麦克风的操作之间切换声音换能器。如果处理器在作为扬声器的声音换能器的操作与作为麦克风的操作之间足够快地切换，则这可以呈现声音换能器同时或同时作为扬声器和麦克风来操作。例如，在扬声器间隔中，声音换能器可以作为扬声器操作，并且在麦克风间隔中作为麦克风来操作。扬声器间隔和麦克风间隔可以有利地交替。如果这两个时间间隔变化足够快，则可以感觉到这就好像声音换能器同时产生并检测到声波。处理器可以在扬声器间隔和麦克风间隔之间切换。
如果放大器单元具有混合音频放大器，则可以通过将音频信号的声音再现输出到指定的声音换能器并且可以接收用于录音的声音换能器的声音信号，这也是有利的。混合音频放大器因此被设计为使得它可以将音频信号传送到声音换能器并且同时从相同的声音换能器接收包含音乐和环境噪音的声音信号。混合音频放大器可以通过单个音频引线连接到换能器。
如果放大器单元具有用于声音信号的声音再现的扬声器放大器和用于声音信号的声音记录的麦克风放大器，则同样是有利的。这使得两个放大器中的每一个都能够专注于他们的任务。扬声器放大器可以被优化以准备用于声音换能器的声音再现的音频信号。麦克风放大器也可以被优化以处理麦克风拾取的声音信号。由于声音信号包含音乐和环境声音，因此可以优化麦克风放大器以将环境噪音与音乐分离。然后可以处理环境噪音以产生反声。两个放大器可以分别通过音频线单独连接到声音换能器。或者，来自放大器的两条音频线可以首先汇集在一起，以便只有一条音频线通向声音换能器。
此外，如果音频放大器被设计为使得微型声音换能器可以与其一起操作，则是有利的。微型换能器也可以是压电式微型换能器。微型声音换能器可以设计为节省空间并且低功耗，因此，例如，电池供电的耳机持续时间较长。另外，微型换能器可以很容易地用扬声器的电信号进行操作。此外，特别地，作为麦克风的压电式微型声音换能器直接产生可以从音频放大器直接处理的电声音信号。
此外有利的是，放大器单元具有连接到至少一个音频放大器的至少一个信号处理单元。借助于信号处理单元，准备用于声音再现的音频信号。信号处理单元可以例如对音频信号进行滤波，预放大及/或调制，使得音频放大器可以将其引导至声音换能器以进行声音再现。
额外地或可选地，用于录音的声音信号可以通过信号处理单元进行处理。为此目的，信号处理单元也可以例如对声音信号进行滤波，预放大，调制，数字化及/或储存。信号处理单元例如也可以被设计为使得它将包含在声音信号中的环境噪音与音乐分离。信号处理单元例如也可以产生适合于环境噪音的反声。信号处理单元还可以向扬声器放大器提供反声，以便它用反声播放音乐以消除环境噪音。
如果处理器具有到至少一个音频放大器的数据线，则也是有利的。附加地或可选地，处理器还可以具有连接到至少一个信号处理单元的数据线。通过数据线，处理器可以将传送的音频信号和检测到的声音信号以及要在信号处理单元中处理的音频数据传送出去。数据线也可以设计为双向数据线，以便数据可以在两个方向上传送。数据线也可以设计为印刷电路板的印制导线。
同样有利的是，放大器单元具有至少一个界面，通过该界面可以将来自放大器单元的声音信号和来自声音换能器的声音信号同时传送到放大器单元。界面也可以是有线及/或双向的。该界面可以被设计为例如插头，RCA插头，XLR插头，Speakon接头及/或USB接头。通过这样的界面，声音换能器可以可分离地连接到放大器单元。该界面也可以设计为焊接点，以便声音换能器牢固地连接到放大器单元。
放大器单元布置在单芯片上也是有利的。结果，具有音频放大器，信号处理单元，处理器及/或数据线的放大器单元可以布置在单芯片上。放大器单元然后可以以特别节省空间的方式布置在芯片中。
此外，本发明提出了具有可作为麦克风和扬声器操作的声音换能器的声音产生单元。声音产生单元还包括耦合到声音换能器的放大器单元，用于声音再现及/或声音录制。
声音产生单元例如可以布置在头戴式耳机中，耳机中，入耳式耳机中及/或移动电话中。在这种情况下，放大器单元根据前面及/或下面的说明的一个或多个特征来设计。
在声音产生单元的有利发展中，声音换能器被设计为同时声音换能器，其可以作为扬声器输出音频信号，并且同时将声音信号作为麦克风来录制。同时，对听者而言，作为麦克风的同时声音换能器拾取声音，特别是环境噪音，同时传送音乐，特别是作为扬声器传送反声。
特别地，如果声音换能器是压电式微型声音换能器，则是有利的。压电式微型换能器可以特别节省空间并具有低功耗，使得发声单元可以节能运行。另外，利用音频信号可以特别容易地控制压电式微型声音换能器。
放大器单元和声音换能器布置在单芯片上同样是有利的。结果，声音产生单元可以作为单个部件制造，例如在ASIC芯片。此外，例如在ASIC芯片中，例如在处理器和至少一个音频放大器之间的组件之间的连接路径可以保持较短，使得音频数据的处理速度也降低。如果声音产生单元被布置在单芯片上，则部件之间的数据线可以通过简单的导体迹线直接在芯片上形成。
如果声音换能器具有耦合到声音换能器的振动膜的至少一个声音换能器单元是有利的，所述声音换能器单元偏转声音换能器的振膜以产生声音并且检测振膜用于声音检测的偏转。声音换能器单元可以包括具有例如压电特性的声音换能器组件。结果，通过施加电信号，例如音频信号，声音换能器组件可以被偏转。另外，在声音换能器组件偏转的情况下，可以产生电信号，例如声音信号。此外，声音换能器组件可以通过耦合组件耦合到膜，使得偏转可以在声音换能器组件和膜之间传输。如果偏转由此从换能器单元传递到振膜，则产生声波。如果偏转从振膜传送到换能器单元，则检测到声波。
此外有利的是，至少一个声音换能器单元具有至少两个声音换能器层，其中振动膜可以通过声音换能器层偏转并且振动膜的偏转可以藉助另一声音换能器层来检测。在这种情况下，一个声音换能器层可以作为扬声器操作，而另一个声音换能器层可以作为麦克风操作。因此，声音换能器可以同时或同时作为扬声器和麦克风与声音换能器单元一起操作。此外，声音换能器层可以连接到至少一个音频放大器。额外地或可选地，声音换能器层也可以连接到放大器单元的处理器。例如，如果第一声音换能器层作为扬声器来操作，则其可以连接到扬声器放大器。附加地或可替换地，相应地，第二声音换能器层可以作为麦克风操作并连接到麦克风放大器。
有利的是，至少两个声音换能器层在轴线方向上下相互迭置。结果，两个声音换能器层均匀地偏转。
此外，有利的是，至少一个声音换能器单元连接到放大器单元的处理器，使得它可以通过至少一个声音换能器单元偏转振膜以产生声音，并检测偏转以进行声音检测。因此，处理器可以例如在作为扬声器的操作和作为麦克风的操作之间切换声音换能器单元。附加地或替代地，两个声音换能器层中的至少一个可以连接到放大器单元的处理器，使得它可以藉助于两个声音换能器层中的至少一个偏转振动膜以产生声音并检测偏转以用于声音检测。
此外有利的是，声音换能器的至少两个声音换能器单元通过连接组件连接在一起。连接组件可以有利地设计成弹性的。结果，例如，作为扬声器操作的换能器单元向作为传声器操作的另一个声音换能器单元的偏转。
如果声音换能器具有限制组件也是有利的，通过该限制组件，声音换能器的振动膜在声音换能器的轴线的至少一个方向上以一次振动进行界定。限制组件相对于振膜静止。限制组件例如可以与声音换能器的承载组件一体地形成。限制组件例如可以布置成使得振膜在一个方向上振动时抵靠限制组件。结果，振动沿着行程轴线的至少一个方向受到限制。另外，振膜也可以连接到限制组件，使得振膜的振动沿着行程轴在两个方向上受到限制。例如，振膜可以粘合到限制组件。然而，限制组件也可以具有供振膜插入的槽，使得振膜的振动沿着行程轴在两个方向上受到限制。当然，振膜的振动仅限于限制组件的区域。在限制组件附近，振膜可以继续振动。但是，限制部件将振膜分成两个振膜区域。
如果振膜具有第一振膜区域和第二振膜区域是有利的，其中一个声音换能器单元使第一振膜区域中的振膜偏转以产生声音，并且第二振膜区域中的另一声音换能器单元可以记录振膜的偏转以用于声音检测。例如，两个膜区域可以通过限制组件分开。因此，声音换能器可以同时或同时作为扬声器和麦克风进行操作。此外，换能器可以使用单个振膜进行操作。
此外，限制组件可以布置在至少两个声音换能器单元之间。结果，在每种情况下，一个声音换能器单元可以分别布置在一个振膜区域中，使得例如第一振膜区域中的振膜作为扬声器操作，并且在第二振膜区域中作为麦克风操作。
【附图说明】
以下实施例说明了本发明的其他优点，其中：
图1显示具有两个音频放大器，处理器和两个信号处理单元的放大器单元的方块图。
图2显示具有两个音频放大器，处理器和两个信号处理单元的放大器单元的替代实施例的方块图。
图3显示具有混合音频放大器，处理器和两个信号处理单元的放大器单元的替代实施例的方块图。
图4显示具有承载组件和振膜的声音换能器的示意断面图。
图5显示声音换能器的另一示例性实施例的示意断面图。
图6是声音换能器的另一个实施例的示意断面图。
图7是声音换能器的另一个实施例的示意断面图。
【具体实施方式】
图1显示用于操作具有两个音频放大器3a、3b、一处理器4和两个信号处理单元5a，5b的声音换能器2的放大器单元1的方块图。在本实施例中，音频放大器3a是作为放大声音换能器2的音频信号的扬声器放大器，使得声音换能器2可以作为扬声器操作。音频放大器3b在本实施例中作为麦克风放大器，其放大来自声音换能器2的声音信号，使得声音换能器2可以作为麦克风来操作。
此外，在该实施例中，音频放大器3a和信号处理单元5a被组合成扬声器单元6，并且音频放大器3b和信号处理单元5b被组合成麦克风单元7。例如，扬声器单元6及/或麦克风单元7可以被制造为特别是在单芯片上的部件，并连接在一起以形成放大器单元1。
放大器单元1具有音频输入端8，用于馈送通向扬声器单元9及/或信号处理单元5b的音频信号，例如音乐及/或语音。或者，音频输入端8也可以将音频信号直接传送到扬声器放大器3b。音频输入端8例如可以将来自MP3播放器、CD播放器及/或无线电信号的音乐信号例如从移动电话引入至放大器单元1。
为了馈送音频信号，放大器单元1具有音频输出端9，其从麦克风单元7引出及/或从信号处理单元5a引出。音频输出端9还可以将音乐或语音信号传送到储存单元及/或移动电话、在储存单元及/或移动电话中储存或传送给通信者。
音频输入端8和音频输出端9还可以具有图中未显示的界面，使得音频信号可以被输入，例如，输入放大器单元1及/或被执行。
为了将声音换能器2连接到放大器单元1，其具有一界面10。音频输入端8及/或音频输出端9的界面及/或界面10可以是有线及/或双向的及/或例如作为插孔、RCA插头、XLR插头、Speakon接头及/或USB接头，声音换能器2可采可拆卸地连接到放大器单元1。界面也可以附加地或可选地被设计为光学的界面。
附加地或替代地，声音换能器2可以例如借助于固定到界面10的焊接点来连接。
在该实施例中，在音频放大器3a和音频放大器3b之间布置处理器4，处理器4通过数据线11(为了简单起见，只有一个数据线被提供有附图标记)连接到两个音频放大器3a、3b。此外，数据线11由处理器4连接至界面10。
数据线11也可以是有线及/或双向的。数据线11可以被配置为传输电信号及/或光信号。此外，数据线11也可以被设计为印刷电路板上的印刷导线。
放大器单元1可以安装在例如耳机、耳内式耳机、具有扬声器的头盔或在移动电话中，藉助放大器单元1通过声音换能器2，使音乐、声音和/或语音可以播放及/或录制。如果要记录音乐，则可以将声音换能器2用作麦克风。如果要播放音乐，则可以将声音换能器2用作扬声器。
借助于本发明的放大器单元1，还可以执行“有源噪音降低”方法(ANR方法)。为达到此目的，放大器单元1被设计为可以操作作为麦克风的声音记录的声音换能器2，并且同时用于作为扬声器的声音再现。
意味着只有音乐、声音或语音的聆听者才会同时听到由反声消除的环境噪音。例如，由于人类听觉的有限分辨能力，如果反声所消除的环境噪音是在人类听觉的最短分辨能力范围内，则可能就足够了。
借助也可以设计为数字信号处理器的处理器4，声音换能器2可以在产生声音的过程中同时用作麦克风。
举例来说，处理器4可以包括计算单元，其中执行处理由声音换能器2拾取的声音的计算器程序。处理器4例如可以从记录的声音中滤除环境噪音。处理器4还可以从环境噪音形成反声，该反声与声音换能器2一起播放音乐并消除环境噪音。音乐和反声的播放可以同时进行以记录环境噪音，使得环境噪音基本上被相应的反声予以消除。
作为麦克风，声音换能器2因此可以记录例如音乐和环境噪音。放大器单元1隔离环境噪音并产生相应的反声。反声与此时作为扬声器的声音换能器2播放的音乐一起被再现。在这种情况下，反声可以通过声音换能器2与音乐同时播放以记录环境噪音。由此产生的声音的反声部分干扰了环境噪音，从而使其消失。剩下的只是听者所听到的音乐。
通过记录特别包含环境噪音的声音以及通过单个声音换能器2同时产生声音，可以高质量地执行“主动降低噪音”方法。通过相应的反声消除环境噪音是由一个声音换能器2在记录环境噪音的地方执行的。因此，在计算抗噪音时，必须考虑环境噪音记录位置与抗噪音再现之间的运行时间，以便能够更快地计算出抗噪音。
然而，也可以在芯片上的一个生产步骤中制造放大器单元1。例如，音频放大器3a、3b、处理器4、信号处理单元5a、5b及/或数据线11可以被布设在芯片上。额外地或替代地，音频输入端8及/或音频输出端9的界面及/或界面10可以被布设在芯片上。
图2以方块图显示放大器单元1的替代实施例。为简单起见，图1中的相同特征和功能在此不再说明。处理器4在本实施例中布置在扬声器单元6和麦克风单元7之间。处理器4分别具有连接扬声器单元6和麦克风单元7的数据线11。处理器4耦合于信号处理单元5a和音频放大器3a之间的数据线11。另外，处理器4耦合于信号处理单元5b和音频放大器3b之间的数据线11。
在该实施例中，处理器4可以进一步处理由音频放大器3b处理的声音，尤其包含环境噪音和音乐。特别地，处理器4可以从环境噪音产生环境声音。然后处理器4可以将反声引导到扬声器单元6中，其中反声通过音频放大器3a传送到声音换能器2。
图3显示具有声音换能器2、混合音频放大器3c、处理器4和两个信号处理单元5a、5b的放大器单元1的另一可选示例性实施例。
在该实施例中，放大器单元1具有一个混合音频放大器3c，其可以放大用于声音再现的音频信号以便将其提供给声音换能器2，并且特别是同时可以处理来自声音换能器2的声音信号以进行录音以便予以储存。例如，混合音频放大器3c也可以从记录的声音信号中滤除环境噪音并从中产生反声。混合音频放大器3c也可以再次放大反声并与用于声音再现的音乐一起传送到声音换能器2。
额外地或可选地，处理器4可以从记录的声音信号中滤除环境噪音并且产生反声。
图4显示具有承载组件12和振膜13的声音换能器2的示意断面图。声音换能器2具有承载组件12，振膜13布置在承载组件12上。借助振膜13，可以将位在其上方的空气产生振动，从而产生声波。声音换能器2在此作为扬声器进行操作。另外，由于振膜13上的声波引起的振动空气可以使它们振动。声音换能器2由此作为麦克风来操作。振膜13可以沿着轴线20偏转。
根据本示例性实施例，声音换能器2具有第一声音换能器单元21和第二声音换能器单元22。
此外，第一声音换能器单元21可以具有第一声音换能器组件14，该第一声音换能器组件14在当前情况下通过第一耦合组件16连接到振膜13。第二声音换能器单元22可以具有第二声音换能器组件15，该第二声音换能器组件15在当前情况下通过第二耦合组件17连接到振膜13。两个耦合组件16、17可以稳固地连接到振膜13。
根据本实施，在耦合组件16、17和振膜13之间分别设置连接板27、28。通过相应的连接板27、28，使振膜13和相应的声音换能器单元21、22之间的偏转即可进行平面的传递。
第一声音换能器组件14及/或第二声音换能器组件15例如可以包括压电组件，使得电信号可以被转换为声音换能器组件14、15的偏转及/或声音换能器组件14、15的偏转转换为电信号。由于第一及/或第二声音换能器组件14、15通过相应的耦合组件16、17连接到振膜13，声音换能器组件14、15到振膜13的偏转及/或振膜13到声音换能器组件14、15的振动即可被传送。
有利地，例如，第一声音换能器单元21可以作为扬声器来操作。借助第一声音换能器单元21可以产生声波。另外，第二声音换能器单元22可以作为麦克风来操作。借助于第二声音换能器单元22，因此可以记录声波。在这种情况下，第一声音换能器单元21可以与第二声音换能器单元22同时操作，使得可以与声音换能器2同时产生和记录声波。由于两个声音换能器单元21、22都耦合到振膜13，所以可以藉助声音换能器2产生和检测声波。
例如，第一声音换能器单元21作为扬声器进行操作，故可基于音频信号而产生声波，该声音信号又可以包括音乐、声音和语音以及反声。
例如，第二声音换能器单元22可以被操作为麦克风，故可基于声波检测出声音信号。检测到的声音信号可以具有两个声音信号分量。第一声音信号分量可以具有例如环境噪音。另外，第二声音信号部分可以包括由第一声音换能器单元21同时产生的语音、声音及/或反声。检测到的声音信号因此由第一和第二声音信号分量组成。然而，由于第二声音信号分量是已知的，因为其对应于第一声音换能器单元22所产生的音频信号，故第二声音信号分量可以由声音信号中予以滤出。例如，可以从声音信号中减去第二声音信号分量。如此可得到一差异信号。结果，即可得到包括环境噪音的第一声音信号分量。
根据图4所示的实施例，第一声音换能器单元21布置在第一声音换能器区域18中。额外地或可选地，根据本实施例的第二声音换能器单元22布置在第二声音换能器区域19中。两个声音换能器区域18、19可以彼此相距一距离A。额外地或可选地，两个声音换能器单元21、22间彼此相距一距离A。通过距离A和耦合组件16、17彼此隔开，以传递振膜13和对应的换能器组件14、15之间的偏转。结果，两个声音换能器单元21、22对声波的产生及/或检测几乎没有影响。
例如，第一声音换能器单元21是作为扬声器来操作，从而与其一起产生声波。耦合组件16将第一声音换能器区域18中的第一声音换能器组件14的偏转传递到形成相应振动的振膜。第二声音换能器单元22可以与第一声音换能器单元22同时或同时操作为麦克风。声波使得第二声音换能器区域19中的振膜13振动，其通过耦合组件17传输到第二声音换能器组件15。以单一个声音换能器2可以同时产生和检测声波。
或者，两个声音换能器单元21、22可以作为扬声器及/或作为麦克风来操作。例如，两个声音换能器单元21、22在作为扬声器时作为扬声器功能，而随后在麦克风期间可暂时作为麦克风来操作。
图5显示声音换能器2的另一实施例的示意断面图。为了简单起见，将不再解释与前面附图相同的特征。
例如，可以通过第一声音换能器单元21使第一振膜区域25中的振膜13振动，从而产生声波。振膜13因此被用在第一振膜区域25中作为声音换能器2的扬声器功能。在第二振膜区域26中，声波可以使振膜13振动，这可以由第二声音换能器单元22检测到。振膜13因此用于第二振膜区域26中作为声音换能器2的麦克风功能。
振膜13还可以包括第一振膜区域25和第二振膜区域26。根据本实施例，两个膜区域25、26彼此相邻地布置在振膜13上。在图5所示的实施例中，两个膜区域25、26之间布置有一限制组件23。
通过限制组件23可以限制振膜13在限制组件23的区域中沿着轴线20的偏转。例如，特别是松弛的振膜13扺靠在限制组件23上，从而防止在限制组件23的方向沿着轴线20偏转。附加地或替代地，振膜13也可以结合于限制组件23，使得沿着轴线20的偏转在两个方向上受到限制。例如振膜13可以胶合在限制组件23上。例如，限制组件23可以与承载组件12一体成型。
在这种情况下，第一声音换能器区域18可以布置在第一振膜区域25中，且第二声音换能器区域19可以布置在第二振膜区域26中。
图6显示声音换能器2的另一实施例的示意断面图。
根据本示例性实施例，两个声音换能器单元21、22通过连接组件23彼此连接。连接组件23连接两个声音换能器单元21、22，使得声音换能器单元21、22的偏转被传送到相应的另一个声音换能器单元21、22。根据本示例性实施例，连接组件23布置在两个声音换能器单元21、22的两个耦合组件16，17之间。
连接组件24也可以设计成具有弹性，从而可以补偿由声音换能器组件21、22的偏转引起的距离A的变化。连接组件24可以例如弹簧组件。
此外，第一及/或第二声音换能器单元21、22可以连接到至少一个音频放大器3。例如，如果第一声音换能器单元21是作为产生声波的扬声器时，第一声音换能器单元21可连接于作为扬声放大器的音频放大器3。例如，如果第一声音换能器单元21是作为扬声器操作，则其可以连接到图1和图2的音频放大器3a。例如，如果第二声音换能器单元22作为麦克风来操作，例如用于检测声波，则第二声音换能器单元22同样可以连接到音频放大器3。例如，如果第二声音换能器单元22作为麦克风来操作，则其可以例如连接到图1和图2的音频放大器3b。
图7显示声音换能器2的另一实施例的示意断面图。根据本示例性实施例，第一声音换能器组件14可具有第一声音换能器层29和第二声音换能器层30。两个声音换能器层29、30构成第一声音换能器组件14。声音换能器层29、30可以在轴线20的方向上下相互迭置。两个声音换能器层29、30可以分别为压电组件。本实施例的第一声音换能器组件14可以由上下迭置的两个压电组件组成。
有利的是，用于产生声波的两个声音换能器层29、30中的一个是作为扬声器，而另一个声音换能器层29、30是作为麦克风来检测声波。利用声音换能器层29、30可以产生声波，并且可以利用另一个声音换能器层29、30来检测声波。因此声波可以由例如第一声音换能器层29产生并且由第二声音换能器单元30同时被检测。
两个声音换能器层29、30还可以连接到各自的音频放大器3a、3b。作为扬声器操作的声音转换层29、30可以连接到作为扬声器放大器的音频放大器3a、3b，并且作为麦克风操作的声音转换层29、30可以连接到作为麦克风放大器的音频放大器3a、3b。
或者，声音换能器2也可以类似于前述附图具有至少两个声音换能器层29、30的两个声音换能器单元21、22。
本发明不限于前述所示例及说明的实施例。即使以不同实施例中予以显示和说明，本发明权利要求内的变化均涵盖可能的特征组合。
【符号说明】
1 放大器单元
2 声音换能器
3 音频放大器
4 处理器
5 信号处理单元
6 扬声器单元
7 麦克风单元
8 音频输入端
9 音频输出端
10 界面
11 资料线
12 承载组件
13 振膜
14 第一声音换能器组件
15 第二声音换能器组件
16 第一耦合组件
17 第二耦合组件
18 第一声音换能器区域
19 第二声音换能器区域
20 轴线
21 第一声音换能器单元
22 第二声音换能器单元
23 限制组件
24 连接组件
25 第一振膜区域
26 第二振膜区域
27 连接板
28 连接板
29 第一声音换能器层
30 第二声音换能器层
A 距离

Claims (24)

1.一种声音换能器的放大器单元(1)，该声音换能器(2)作为一麦克风和一扬声器操作，其具有用于声音再现及/或录音的至少一音频放大器(3)，其特征在于：该放大器单元(1)被设计成该声音换能器(2)同时作为该扬声器和该麦克风操作。
2.如权利要求1所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该放大器单元(1)具有处理器(4)，特别是数字信号处理器，通过该处理器使该声音换能器(2)在产生声音的同时作为该麦克风。
3.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该处理器(4)被设计用于抑制噪音，使该处理器基于传输的音频信号滤除环境噪音，且/或同时抑制该声音换能器(2)检测到的该环境噪音。
4.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该处理器(4)将作为该麦克风的该声音换能器(2)所检测的该声音信号予以分离出代表有用声音的第一声音信号分量和代表该环境噪音的第二声音信号分量。
5.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该处理器(4)基于该第二声音信号分量产生抗噪音信号，并且将该抗噪音信号结合于包含该声音信号中的该有用声音的输入信号。
6.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该处理器(4)在作为该扬声器的操作和作为该麦克风的操作之间，切换该声音换能器(2)。
7.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该放大器单元(1)具有一混合音频放大器(3c)，藉由该混合音频放大器(3c)可接收提供给该声音换能器(2)的再现音频信号及声音换能器(2)所记录的该声音信号。
8.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该放大器单元(1)具有用于音频信号再现的扬声器音频放大器(3a)和用于记录该声音信号的麦克风音频放大器(3b)。
9.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该音频放大器(3)是被设计成可使特别是压电式声音换能器(2)可操作。
10.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该放大器单元(1)具有至少一个信号处理单元(5)，该信号处理单元连接到该音频放大器(3)中的至少一个，并且藉由该信号处理单元，使该音频信号可再现声音及/或该声音信号可被处理以供录制声音。
11.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该处理器(4)具有连接于该至少一个音频放大器(3)及/或至少一个信号处理单元(5)的数据线(11)，藉由该数据线，使该处理器(4)可以传送该音频信号及检测到的该声音信号以及信号处理单元(5)要处理的音频数据。
12.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于放大器单元(1)具有至少一个特别是有线及/或双向的界面(10)，优选地由该放大器单元(1)到该声音换能器(2)的音频信号和由该界面(10)到该放大器单元(1)的声音信号可以同时被传送。
13.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音换能器的放大器单元，其特征在于，该放大器单元(1)被布置在一单芯片上。
14.一种声音产生单元的放大器单元，该声音产生单元具有可作为麦克风和扬声器操作的声音换能器(2)，和耦合于该声音换能器(2)作为声音再现及/或声音记录的放大器单元(1)，其特征在于：该放大器单元(1)如前述权利要求中的一项或多项来设计。
15.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该声音换能器(2)被设计成可传送音频信号的该扬声器且同时可录制声音信号的该麦克风。
16.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该声音换能器(2)是压电式声音换能器。
17.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该放大器单元(1)和该声音换能器(2)被布置在一单芯片上。
18.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该声音换能器(2)具有至少一个将该声音换能器(2)耦合至一振膜(13)的声音换能器单元(21，22)，该声音换能器(2)的该振膜(13)可产生声音并检测该振膜(13)的偏转以进行声音检测。
19.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该至少一个声音换能器单元(21，22)具有至少两个声波换能器层(29，30)，藉由该声波换能器层(29，30)，该振膜(13)可偏转并且藉由另一个该声音换能器层可检测该振膜(13)的偏转。
20.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该声音换能器(2)具有至少一个耦合到该振膜(13)的第一声音换能器单元(21)以及至少一个耦合到该振膜(13)的第二声音换能器单元(22)，该声音换能器单元(21，22)中的其中一个使该隔膜(13)偏转，而另一个该声音换能器单元(21，22)可以检测该隔膜(13)的偏转。
21.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该至少一声音换能器单元(21，22)及/或该两个声音换能器层(29，30)中的至少一个是连接于该放大器单元(1)的处理器(4)，藉由该至少一个声音换能器单元(21，22)及/或两个声音换能器层(29，30)中的至少一个感测该振膜(13)的偏转，以产生声音，并检测该偏转以进行声音检测。
22.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该声音换能器(2)的该至少两个声音转换器单元(21，22)藉由特别是弹性的连接组件(24)互连。
23.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该声音换能器(2)具有限制组件(23)，用以限制该振膜(13)沿该声音换能器(2)的轴线(20)的偏转方向。
24.如前述权利要求中的一项或多项所述的声音产生单元的放大器单元，其特征在于，该振膜(13)特别是由该限制组件(23)予以分开，该振膜(13)包括第一振膜区域(25)和第二振膜区域(26)，两个该声音转换器单元(21，22)中的其中一个在该第一振膜区域(25)产生偏转，用以偏转产生声音，而该两个声音转换器单元(21，22)中的另一个则在该第二振膜区域(26)可检测该膜(13)的偏转，用以检测声音。
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