CN113115167A - 定向声学传感器 - Google Patents

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姜现旭
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Abstract

公开了一种具有提高的信噪比的紧凑的定向声学传感器。所公开的定向声学传感器包括：第一感测设备，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从一输入方向接收的外部能量来产生具有第一极性的至少一个第一输出信号；第二感测设备，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从所述输入方向接收的外部能量来产生具有第二极性的至少一个第二输出信号，所述第二极性与所述第一极性不同；以及至少一个信号处理器，被配置为基于所述至少一个第一输出信号和所述至少一个第二输出信号来产生至少一个最终输出信号。

Description

定向声学传感器
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2020年1月13日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2020-0004310的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及一种定向声学传感器，更具体地，涉及一种具有增强信噪比(SNR)的定向声学传感器。
背景技术
声学传感器安装在家用电器、图像显示设备、虚拟现实设备、增强现实设备、人工智能扬声器等上，并且被配置为检测声音的方向并识别语音。声学传感器可以包括定向声学传感器，定向声学传感器通过将由压力差引起的机械移动转换成电信号来检测声学信号。
发明内容
提供了一种具有增强信噪比的定向声学传感器。
根据示例实施例的一个方面，一种定向声学传感器可以包括：第一感测设备，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从一输入方向接收的外部能量来产生具有第一极性的至少一个第一输出信号；第二感测设备，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从所述输入方向接收的外部能量来产生具有第二极性的至少一个第二输出信号，所述第二极性与所述第一极性不同；以及至少一个信号处理器，被配置为基于所述至少一个第一输出信号和所述至少一个第二输出信号来产生至少一个最终输出信号。
所述第一感测设备具有与所述第二感测设备相同的方向性。
所述第一感测设备设置在第一基板上，并且包括至少一个第一谐振器，所述至少一个第一谐振器被配置为产生所述至少一个第一输出信号，并且所述第二感测设备设置在第二基板上，并且包括至少一个第二谐振器，所述至少一个第二谐振器被配置为产生所述至少一个第二输出信号。
设置有所述至少一个第一谐振器的至少一个第一支撑件从所述第一基板延伸，并且设置有所述至少一个第二谐振器的至少一个第二支撑件从所述第二基板延伸。
所述第一感测设备和所述第二感测设备在一方向上堆叠。
所述第一支撑件包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且所述第二支撑件包括面向所述第二表面的第三表面和与所述第三表面相对的第四表面。
所述第一谐振器包括设置在所述第一表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，并且所述第二谐振器包括设置在所述第四表面上并具有与所述第一电极相同的极性的第三电极、设置在第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第二电极相同的极性的第四电极。
与所述第一电极电连接的第一端子和与所述第二电极电连接的第二端子设置在所述第一基板上，并且与所述第三电极电连接的第三端子和与所述第四电极电连接的第四端子设置在所述第二基板上。
所述第一谐振器包括设置在所述第二表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，并且所述第二谐振器包括设置在所述第三表面上并具有与所述第一电极相同的极性的第三电极、设置在所述第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第二电极相同的极性的第四电极。
所述第一谐振器包括设置在所述第一表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，并且所述第二谐振器包括设置在所述第三表面上并具有与所述第二电极相同的极性的第三电极、设置在所述第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第一电极相同的极性的第四电极。
所述第一感测设备和所述第二感测设备设置在相同的平面上。
所述第一基板和所述第二基板彼此一体地设置或彼此分开地设置。
所述第一谐振器包括设置在所述第一支撑件的表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，并且所述第二谐振器包括设置在所述第二支撑件的表面上并具有与所述第二电极相同的极性的第三电极、设置在所述第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第一电极相同的极性的第四电极。
所述第一感测设备包括多个第一谐振器，所述多个第一谐振器被配置为分别产生具有不同中心频率的多个第一输出信号，并且所述第二感测设备包括多个第二谐振器，所述多个第二谐振器被配置为分别产生具有与所述多个第一谐振器相对应的不同中心频率的多个第二输出信号。
一对具有相同中心频率并彼此对应的第一谐振器和第二谐振器被配置为针对从所述输入方向接收的外部能量分别产生具有不同极性的所述第一输出信号和所述第二输出信号。
所述至少一个信号处理器包括多个信号处理器，所述多个信号处理器被配置为基于所述多个第一输出信号和所述多个第二输出信号分别产生多个最终输出信号。
所述至少一个信号处理器包括单个信号处理器，所述单个信号处理器被配置为基于所述多个第一输出信号和所述多个第二输出信号产生单个最终输出信号。
一种定向声学传感器可以包括：基板；至少一个第一谐振器，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从一输入方向接收的外部能量来产生具有第一极性的至少一个第一输出信号；至少一个第二谐振器，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从所述输入方向接收的外部能量来产生具有第二极性的至少一个第二输出信号，所述第二极性与所述第一极性不同；以及至少一个信号处理器，被配置为基于所述至少一个第一输出信号和所述至少一个第二输出信号来产生至少一个最终输出信号，其中，所述至少一个第一谐振器和所述至少一个第二谐振器在单个方向上堆叠在所述基板上。
设置有所述至少一个第一谐振器和所述至少一个第二谐振器的至少一个支撑件从所述基板延伸。
所述第一谐振器包括设置在所述支撑件的第一表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，并且所述第二谐振器包括所述第二电极、设置在所述第二电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第一电极相同的极性的第三电极。
与所述第一电极电连接的第一端子、与所述第二电极电连接的第二端子以及与所述第三电极电连接的第三端子设置在所述基板的第一表面上。
所述第一谐振器包括设置在所述支撑件的第一表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，并且所述第二谐振器包括设置在所述支撑件的第二表面上并具有与所述第一电极相同的极性的第三电极、设置在所述第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第二电极相同的极性的第四电极。
与所述第一电极电连接的第一端子和与所述第二电极电连接的第二端子设置在所述基板的第一表面上，并且与所述第三电极电连接的第三端子和与所述第四电极电连接的第四端子设置在所述基板的第二表面上。
所述至少一个第一谐振器包括多个第一谐振器，所述多个第一谐振器被配置为分别产生具有不同中心频率的多个第一输出信号，并且所述至少一个第二谐振器包括多个第二谐振器，所述多个第二谐振器被配置为分别产生具有与所述多个第一谐振器相对应的不同中心频率的多个第二输出信号。
一对具有相同中心频率并彼此对应的第一谐振器和第二谐振器被配置为针对相同输入方向分别产生具有不同极性的所述第一输出信号和所述第二输出信号。
所述至少一个信号处理器包括多个信号处理器，所述多个信号处理器被配置为基于所述多个第一输出信号和所述多个第二输出信号分别产生多个最终输出信号。
所述至少一个信号处理器包括单个信号处理器，所述单个信号处理器被配置为基于所述多个第一输出信号和所述多个第二输出信号产生单个最终输出信号。
一种声学传感器可以包括：第一感测设备，被配置为响应于外部声音输入而产生第一极性的第一输出信号；第二感测设备，被配置为响应于所述外部声音输入而产生极性与所述第一极性不同的第二输出信号；以及信号处理器，被配置为将所述第一输出信号和所述第二输出信号相减。
所述第一输出信号和所述第二输出信号具有彼此相反的相位。
所述第一感测设备和所述第二感测设备彼此堆叠。
所述第一感测设备和所述第二感测设备设置在相同的平面上。
所述第一感测设备和所述第二感测设备彼此堆叠，并且共享公共电极。
所述第一感测设备和所述第二感测设备具有相同的方向性。
所述第一感测设备包括第一谐振器，并且所述第二感测设备包括第二谐振器。
所述第一谐振器面向所述第二谐振器。
所述第一谐振器与所述第二谐振器相比设置在不同的方向上。
所述第一谐振器具有与所述第二谐振器相同的中心频率。
所述第一谐振器和所述第二谐振器中的每一个包括一对电极和设置在该对电极之间的压电层。
所述第一感测设备包括具有不同中心频率的多个第一谐振器，并且所述第二感测设备包括具有与所述多个第一谐振器相对应的不同中心频率的多个第二谐振器。
附图说明
根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其他方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
图1是定向声学传感器的示例的透视图；
图2是沿图1的线I-I′截取的定向声学传感器的截面图；
图3A和图3B示出了图1的定向声学传感器的定向特性的测量结果；
图4是根据实施例的定向声学传感器的透视图；
图5是图4的定向声学传感器的分解透视图；
图6是沿图4的线II-II′截取的定向声学传感器的截面图；
图7是图4的定向声学传感器的示意性配置的框图；
图8A和图8B示出了图4的定向声学传感器的定向特性的测量结果；
图9A是示出了图1的定向声学传感器的频率响应特性的测量结果的曲线图；
图9B是示出了图4的定向声学传感器的频率响应特性的测量结果的曲线图；
图10示出了根据另一实施例的定向声学传感器；
图11是根据另一实施例的定向声学传感器的分解透视图；
图12是图11的定向声学传感器的截面图；
图13是根据另一实施例的定向声学传感器的分解透视图；
图14是根据另一实施例的定向声学传感器的透视图；
图15A是沿图14的线III-III′截取的定向声学传感器的截面图；
图15B是沿图14的线IV-IV′截取的定向声学传感器的截面图；
图16是根据另一实施例的定向声学传感器的透视图；
图17A是沿图16的V-V′线截取的定向声学传感器的截面图；
图17B是沿图16的线VI-VI′截取的定向声学传感器的截面图；
图18是根据另一实施例的定向声学传感器的透视图；
图19A至图19C示意性地示出了在唤醒测试中用作测试模型的根据相关技术的声学传感器和根据实施例的定向声学传感器；
图20是示出了图19A至图19C的声学传感器的唤醒成功率的比较的曲线图；
图21是根据另一实施例的定向声学传感器的透视图；
图22是沿图21的线VII-VII′截取的定向声学传感器的截面图；
图23是根据另一实施例的定向声学传感器的截面图；
图24是根据另一实施例的定向声学传感器的分解透视图；
图25是图24的定向声学传感器的示意性配置的框图；
图26是图25的定向声学传感器的变型的框图；
图27是图25的定向声学传感器的另一变型的框图；以及
图28是根据另一实施例的定向声学传感器的透视图。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，在附图中示出了实施例的示例，其中，贯穿附图类似的附图标记表示类似的元件。在附图中，为了清楚和便于说明，夸大了构成元件的尺寸。在这点上，所呈现的实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为受限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的，术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个的任何和所有组合。诸如“…中的至少一个”之类的表述当在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
在层结构中，当构成元件被设置在另一构成元件“上方”或“上”时，该构成元件可以直接在该另一构成元件上、下、左侧或右侧，或者以非接触方式在该另一构成元件上、下、左侧或右侧。说明书中以单数形式使用的表达也包括其复数形式的表达，除非上下文另外明确指出。此外，诸如“包括”或“包含”之类的术语可以解释为表示特定构成元件，但是不可解释为排除一个或多个其他构成元件的存在或添加的可能性。
在描述本公开的上下文中使用术语“一”、“一个”和“该”及类似指代词应被解释为涵盖术语的单数和复数两种形式。
此外，可以按照任何适当顺序执行本文中描述的所有方法的步骤，除非本文中另外指出或者上下文另外明确地相反指示。
本文中提供的任何和所有示例或语言(例如，“诸如”)的使用仅意在更好地阐述本公开而不对本公开的范围施加限制，除非另外要求。
图1是定向声学传感器100的示例的透视图。图2是沿图1的线I-I′截取的定向声学传感器100的截面图。
参考图1和图2，定向声学传感器100可以包括设置在基板111上的谐振器130。通过穿透基板111而在基板111中形成腔111a，并且支撑件112从基板111向腔111a延伸。支撑件112的一端部固定到基板111，并且另一端部设置成沿竖直方向例如图1所示的z轴方向移动。基板111可以包括例如硅基板，但是本公开不限于此，并且因此可以使用包括各种其他材料的基板。
谐振器130设置在支撑件112上。详细地，谐振器130可以包括设置在支撑件112的一表面上的第一电极131、设置在第一电极131上的压电层133和设置在压电层133上的第二电极132。分别与第一电极131和第二电极132电连接的第一端子131a和第二端子132a可以设置在基板111上。
当诸如声音或压力的外部能量输入到谐振器130时，压电层133发生变形以产生电能。例如，当从声源S产生的声音输入到谐振器130使得压电层133变形时，可以在第一电极131和第二电极132之间产生电能，并因此可以通过第一端子131a和第二端子132a输出电能。例如，当将公共电压Vcom施加到第一端子131a时，可以通过与第二端子132a连接的读出电路150获得输出信号160。
图1的定向声学传感器100可以具有根据外部能量的输入方向而变化的输出增益。换句话说，定向声学传感器100可以具有根据外部能量的输入方向而变化的方向性和灵敏度。
图3A和图3B示出了图1的定向声学传感器100的定向特性的测量结果。如图3A和图3B所示，可以看出定向声学传感器100具有双向性，即，在0°方向和180°方向的z轴方向上的方向性。
图4是根据实施例的定向声学传感器200的透视图。图5是图4的定向声学传感器200的分解透视图。图6是沿图4的线II-II′截取的定向声学传感器200的截面图。图7是图4的定向声学传感器200的示意性配置的框图。
参考图4至图7，定向声学传感器200可以包括第一感测设备210和第二感测设备220以及用于处理从第一感测设备210和第二感测设备220输出的信号的信号处理器270。第一感测设备210和第二感测设备220可以响应于相同的外部声音输入而产生不同极性的输出信号。
第一感测设备210和第二感测设备220沿一个方向堆叠，例如沿图4所示的z轴方向。第一感测设备210和第二感测设备220可以是相同的感测设备。例如，如图4所示，第二感测设备220被示出为具有与经上下翻转的第一感测设备210的形状相同的形状。
第一感测设备210可以包括设置在第一基板211上的第一谐振器230。第一谐振器230可以具有特定的中心频率。第一基板211具有通过穿透第一基板211而形成的第一腔211a，并且第一支撑件212从第一基板211向第一腔211a延伸。第一支撑件212的一端部固定到第一基板211，并且其另一端部设置为沿竖直方向例如图4所示的z轴方向移动。第一基板211可以包括例如硅基板，但是本公开不限于此，并且因此可以使用包括各种其他材料的基板。
第一谐振器230设置在第一支撑件212上。详细地，第一谐振器230可以包括设置在第一支撑件212的上表面上的第一电极231、设置在第一电极231上的第一压电层233以及设置在第一压电层233上的第二电极232。第一电极231和第二电极232可以分别是例如正(+)电极和负(-)电极。然而，本公开不限于此，并且第一电极231和第二电极232可以分别是负(-)电极和正(+)电极。
第一端子231a和第二端子232a分别电连接到第一电极231和第二电极232，并且可以设置在第一基板211的上表面上。图4示出了以下示例情况：第一端子231a和第二端子232a基于面向正x轴的方向在第一基板211的上表面上分别位于左侧和右侧。与图1的定向声学传感器100一样，第一感测设备210可以具有双向性，例如在如图4所示的z轴方向上。
第二感测设备220设置在第一感测设备210下方。如上所述，第二感测设备220可以具有与经上下翻转的第一感测设备210相同的形状。第二感测设备220可以包括设置在第二基板221上的第二谐振器240。第二谐振器240可以具有与第一谐振器230相同的中心频率。第二基板221具有通过穿透第二基板221而形成的第二腔221a，并且第二支撑件222从第二基板221向第二腔221a延伸。第二支撑件222的一端部固定到第二基板221，并且其另一端部可沿竖直方向例如图4所示的z轴方向移动。
第二谐振器240设置在第二支撑件222上。详细地，第二谐振器240可以包括设置在第二支撑件222的下表面上的第三电极241、设置在第三电极241上的第二压电层243以及设置在第二压电层243上的第四电极242。因此，第一谐振器230和第二谐振器240可以布置在第一支撑件212和第二支撑件222上，并且可以面对彼此相反的方向。第三电极241可以具有与第一电极231相同的极性，并且第四电极242可以具有与第二电极232相同的极性。例如，当第一电极231和第二电极232分别是正(+)电极和负(-)电极时，第三电极241和第四电极242可以分别是正(+)电极和负(-)电极。
第三端子241a和第四端子242a分别与第三电极241和第四电极242电连接，并且可以设置在第二基板221的下表面上。在图4中，第三端子241a和第四端子242a基于面向正x轴的方向在第二基板221的下表面上分别位于右侧和左侧。第二感测设备220可以具有与第一感测设备210相同的方向性。
第一感测设备210和第二感测设备220可以被布置为与外部能量的输入同步地操作。第一感测设备210和第二感测设备220可以在z轴方向上以例如大致10cm或更小的间隔来布置。例如，第一感测设备210和第二感测设备220可以以大致0mm至3mm的间隔来布置。然而，这仅是示例性的，并且第一感测设备210和第二感测设备220之间的间隔可以变化。这样，当第一感测设备210和第二感测设备220彼此靠近地布置时，定向声学传感器200可以被实现为紧凑的。
当诸如声音或压力之类的外部能量输入到第一谐振器230和第二谐振器240时，可以从第一谐振器230和第二谐振器240产生电能。详细地，当从声源S产生的声音输入到第一谐振器230时，第一压电层233发生变形，从而可以在第一电极231和第二电极232之间产生电能。可以通过与第一端子231a或第二端子232a连接的第一读出电路251来输出电能作为第一输出信号261。
此外，当从相同声源S产生的声音输入到第二谐振器240时，第二压电层243发生变形，从而可以在第三电极241和第四电极242之间产生电能。可以通过与第三端子241a或第四端子242a连接的第二读出电路252来输出电能作为第二输出信号262。
在本实施例中，通过将第一谐振器230的第一电极231和第二谐振器240的第三电极241配置为具有相同的极性，并且将第一谐振器230的第二电极232和第二谐振器240的第四电极242配置为具有相同的极性，第一谐振器230和第二谐振器240可以针对外部能量的相同输入方向而产生不同极性的输出信号。详细地，第一谐振器230和第二谐振器240可以产生具有不同极性的反相的第一输出信号261和第二输出信号262。
信号处理器270可以基于第一输出信号261和第二输出信号262产生最终输出信号280。例如，信号处理器270可以通过处理由第一谐振器230产生的第一输出信号261和由第二谐振器240产生的第二输出信号262来产生最终输出信号280。作为示例，信号处理器270可以通过计算不同极性的第一输出信号261和第二输出信号262的差来产生最终输出信号280。换句话说，信号处理器270可以从第二输出信号262中减去第一输出信号261。作为另一示例，信号处理器270可以改变第一输出信号261和第二输出信号262之一的符号，然后将第一输出信号261和第二输出信号262相加。因此，可以提高信噪比(SNR)。
例如，因为由第一谐振器230和第二谐振器240产生的输出信号的符号彼此相反，所以当计算第一输出信号261和第二输出信号262之间的差时，由第一谐振器230和第二谐振器240接收的外部信号得以加倍，并且不是外部信号的随机噪声或来自电路的典型噪声得以减小。
以该方式，组合第一谐振器230和第二谐振器240以针对相同输入信号而产生极性相反的输出信号，并且计算输出信号的差以使从外部接收的输入信号的幅度加倍，并减小随机噪声或来自电路的噪声。
由第一谐振器230和第二谐振器240产生的第一输出信号261和第二输出信号262是通过第一谐振器230和第二谐振器240的行为而产生的，并且第一输出信号261和第二输出信号262通常均可以包括调制形式的噪声。噪声可以包括从振动体产生的噪声、电路的固有噪声以及由供电引起的噪声。当增大声学传感器的灵敏度同时减小噪声时，可以提高SNR。
在本实施例中，当第一谐振器230和第二谐振器240产生不同极性的第一输出信号261和第二输出信号262，并且通过使用信号处理器270计算不同极性的第一输出信号261和第二输出信号262之间的差时，可以增大由第一谐振器230和第二谐振器240的行为产生的同步信号，并且可以减小不同步的噪声。因此，可以获得具有提高的SNR的最终输出信号280。
包括图4的第一感测设备210和第二感测设备220在内的定向声学传感器200可以具有根据外部能量的输入方向而具有不同输出增益的方向性。图8A和图8B示出了图4的定向声学传感器200的定向特性的测量结果。如图8A和图8B所示，可以看出定向声学传感器200具有双向性，即，在0°方向和180°方向的z轴方向上的方向性。
图9A是示出了图1的定向声学传感器100的频率响应特性的测量结果的曲线图。参考图9A，在定向声学传感器100中测量到大致44.6dB的SNR。
图9B是示出了图4的定向声学传感器200的频率响应特性的测量结果的曲线图。参考图9B，可以看出，与图9A的定向声学传感器100的频率响应特性相比，在根据实施例的定向声学传感器200中，随着输出增大，灵敏度提高并且噪声也降低。在根据实施例的定向声学传感器200中，测量到大致51.6dB的SNR。可以看出，与图9A的定向声学传感器100的频率响应特性相比，在根据实施例的定向声学传感器200中，SNR增大了大致7dB。
这样，在根据实施例的定向声学传感器200中，第一谐振器230和第二谐振器240可以产生不同极性的第一输出信号261和第二输出信号262，并且可以通过使用信号处理器270计算具有不同极性的第一输出信号261和第二输出信号262的差来提高SNR。此外，由于第一感测设备210和第二感测设备220彼此靠近地布置，所以定向声学传感器200可以被实现为紧凑的。
图10示出了根据另一实施例的定向声学传感器300。
参考图10，定向声学传感器300可以包括沿一个方向堆叠的第一感测设备310和第二感测设备320，其中第一感测设备310与经上下翻转的图4的第一感测设备210相同，并且第二感测设备320与经上下翻转的图4的第二感测设备220相同。在图10中，设置了第一基板311和第二基板321以及第一支撑件312和第二支撑件322。
设置在第一基板311上的第一谐振器330和设置在第二基板321上的第二谐振器340面向彼此布置。详细地，第一谐振器330可以包括设置在第一支撑件312的下表面上的第一电极331、设置在第一电极331上的第一压电层333以及设置在第一压电层333上的第二电极332。与第一电极331和第二电极332电连接的第一端子和第二端子(未示出)可以设置在第一基板311的下表面上。
第二谐振器340可以包括设置在第二支撑件322的上表面上的第三电极341、设置在第三电极341上的第二压电层343以及设置在第二压电层343上的第四电极342。第三电极341可以具有与第一电极331相同的极性，并且第四电极342可以具有与第二电极332相同的极性。与第三电极341和第四电极342电连接的第三端子和第四端子(未示出)可以设置在第二基板321的上表面上。因此，第一谐振器330和第二谐振器340可以布置在第一支撑件312和第二支撑件322上以面向彼此。
第一谐振器330和第二谐振器340可以产生具有不同极性的反相的第一输出信号和第二输出信号。由于信号处理器(未示出)通过计算不同极性的第一输出信号和第二输出信号的差来产生最终输出信号，因此可以提高SNR。
图11是根据另一实施例的定向声学传感器400的分解透视图。图12是图11的定向声学传感器400的截面图。
参考图11和图12，定向声学传感器400可以包括沿一个方向堆叠的第一感测设备410和第二感测设备420以及用于处理从第一感测设备410和第二感测设备420输出的信号的信号处理器470。
第一感测设备410与图4的第一感测设备210相同。在图11中，设置了第一基板411、第一腔411a和第一支撑件412，并且设置了第一谐振器430的第一电极431、第二电极432和压电层433。设置了第一端子431a和第二端子432a。图11示出了其中第一端子431a和第二端子432a基于面向正x轴的方向在第一基板411的上表面上分别位于左侧和右侧的情况。
设置在第一感测设备410下方的第二感测设备420与第一感测设备410相同，除了电极的极性彼此相反之外。可以通过将第一感测设备410和电极端子反向布线来制造第二感测设备420。
在图11中，设置了第二基板421、第二腔421a和第二支撑件422。第二谐振器440可以包括设置在第二支撑件422的上表面上的第三电极441、设置在第三电极441上的第二压电层443和设置在第二压电层443上的第四电极442。第一谐振器430和第二谐振器440可以布置在第一支撑件412和第二支撑件422上，面向相同的方向。第三电极441可以具有与第二电极432相同的极性，并且第四电极442可以具有与第一电极431相同的极性。例如，当第一电极431和第二电极432分别是正(+)电极和负(-)电极时，第三电极441和第四电极442可以分别是负(-)电极和正(+)电极。与第三电极441和第四电极442电连接的第三端子441a和第四端子442a可以设置在第二基板421的上表面上。图11示出了其中第三端子441a和第四端子442a基于面向正x轴的方向在第二基板421的上表面上位于左侧和右侧的情况。
在本实施例中，由于第一谐振器430的第一电极431和第二谐振器440的第四电极442被配置为具有相同的极性，并且第一谐振器430的第二电极432和第二谐振器440的第三电极441被配置为具有相同的极性，所以第一谐振器430和第二谐振器440可以通过第一读出电路451和第二读出电路452针对外部能量的相同输入方向而产生具有不同极性的反相的第一输出信号和第二输出信号。
信号处理器470可以基于第一输出信号和第二输出信号来产生最终输出信号。例如，信号处理器470可以通过计算不同极性的第一输出信号和第二输出信号的差来产生最终输出信号。换句话说，信号处理器470可以从第二输出信号中减去第一输出信号。作为另一示例，信号处理器470可以改变第一输出信号和第二输出信号之一的符号，然后将第一输出信号和第二输出信号相加。因此，可以增大由第一谐振器430和第二谐振器440的行为产生的同步信号，并且可以减小不同步的噪声，从而提高SNR。
例如，因为由第一谐振器430和第二谐振器440产生的输出信号的符号彼此相反，所以当计算第一输出信号和第二输出信号之间的差时，由第一谐振器430和第二谐振器440接收的外部信号得以加倍，并且不是外部信号的随机噪声或来自电路的典型噪声得以减小。
以该方式，组合第一谐振器430和第二谐振器440以针对相同输入信号而产生极性相反的输出信号，并且计算输出信号的差以使从外部接收的输入信号的幅度加倍，并减小随机噪声或来自电路的噪声。
图13是根据另一实施例的定向声学传感器500的分解透视图。图13的定向声学传感器500与图11的定向声学传感器400相同，除了电极端子的位置之外。
参考图13，第一感测设备510与图11的第一感测设备410相同。第一感测设备510的第一端子431a′和第二端子432a′基于面向+x轴的方向在第一基板411的上表面上分别位于左侧和右侧。第二感测设备520的第三端子441a’和第四端子442a′在第二基板421的上表面上分别位于右侧和左侧。因此，可以将具有相同极性的第二端子432a’和第三端子441a′布置在相同方向上，例如z轴方向，并且可以将具有相同极性的第一端子431a’和第四端子442a’布置在相同方向上。
图14是根据另一实施例的定向声学传感器600的透视图。图15A是沿图14的线III-III′截取的定向声学传感器600的截面图。图15B是沿图14的线IV-IV′截取的定向声学传感器600的截面图。图14的定向声学传感器600与图11的定向声学传感器相同，除了第一感测设备610和第二感测设备620设置在相同平面上之外。
参考图14、图15A和图15B，定向声学传感器600可以包括设置在相同平面上的第一感测设备610和第二感测设备620以及用于处理从第一感测设备610和第二感测设备620输出的信号的信号处理器670。第一感测设备610和第二感测设备620可以设置为与外部能量的输入同步地操作。第一感测设备610和第二感测设备620可以以例如大约10cm或更小的间隔布置在平面上，详细地以大约0cm至大约1cm的间隔布置在平面上，但这仅仅是示例性的。第一感测设备610与图11的第一感测设备410相同。在图14中，设置了第一基板611、第一腔611a和第一支撑件612，并且设置了第一谐振器630的第一电极631、第二电极632和压电层633。设置了第一端子631a和第二端子632a。
第二感测设备620与第一感测设备610相邻地设置在相同平面(例如，x-y平面)上。第二感测设备620与图11的第二感测设备420相同。换句话说，第二感测设备620与第一感测设备610相同，除了电极的极性彼此相反之外。在图14中，设置了第二基板621、第二腔621a和第二支撑件622，并且设置了第二谐振器640的第一电极641、第二电极642和压电层643。设置了第一端子641a和第二端子642a。可以通过将第一感测设备610和电极端子反向布线来制造第二感测设备620。第一感测设备610的第一谐振器630和第二感测设备620的第二谐振器640可以具有相同的中心频率。
可以通过将图11的定向声学传感器400的第一感测设备410和第二感测设备420设置在相同平面上来实现根据本实施例的定向声学传感器600。此外，可以通过将图13的定向声学传感器500的第一感测设备510和第二感测设备520设置在相同平面上来实现定向声学传感器。
图16是根据另一实施例的定向声学传感器700的透视图。图17A是沿图16的线V-V′截取的定向声学传感器700的截面图。图17B是沿图16的线VI-VI′截取的定向声学传感器700的截面图。图16的定向声学传感器700与图14的定向声学传感器600相同，除了将第一感测设备710和第二感测设备720一体地设置之外。
参考图16、图17A和图17B，定向声学传感器700可以包括一体地形成在相同平面上的第一感测设备710和第二感测设备720以及用于处理从第一感测设备710和第二感测设备720输出的信号的信号处理器770。第一感测设备710和第二感测设备720可以被布置为与外部能量的输入同步地操作。
通过穿透基板711而在基板711中形成腔711a，并且朝向腔711a延伸的第一支撑件712和第二支撑件713设置在基板711上。第一感测设备710可以设置在第一支撑件712上，并且第二感测设备720可以设置在第二支撑件713上。
第一感测设备710可以包括第一谐振器730，并且第一谐振器730可以包括设置在第一支撑件712的上表面上的第一电极731、设置在第一电极731上的第一压电层733和设置在第一压电层733上的第二电极732。分别与第一电极731和第二电极732电连接的第一端子731a和第二端子732a可以在一侧设置在基板711的上表面上。
第二感测设备720可以包括第二谐振器740，并且第二谐振器740可以包括设置在第二支撑件713的上表面上的第三电极741、设置在第三电极741上的第二压电层743和设置在第二压电层743上的第四电极742。第三电极741可以具有与第二电极732相同的极性，并且第四电极742可以具有与第一电极731相同的极性。分别与第三电极741和第四电极742电连接的第三端子741a和第四端子742a可以在另一侧设置在基板711的上表面上。
图18是根据另一实施例的定向声学传感器800的透视图。图18的定向声学传感器800与图16的定向声学传感器700相同，除了电极端子的位置之外。
参考图18，第一感测设备810与图16的第一感测设备710相同。第一感测设备810的第一端子731a′和第二端子732a′基于面向+x轴的方向分别位于基板711的右侧和左侧。第二感测设备820的第三端子741a’和第四端子742a′在右侧分别位于基板711的上表面上的右侧和左侧。
图19A至图19C示意性地示出了在唤醒测试中用作测试模型的根据相关技术的声学传感器和根据实施例的定向声学传感器。在附图中，将侧声源(SS)和前声源(FS)布置在声学传感器周围。
图19A示出了根据相关技术的声学传感器。在图19A的声学传感器中，两个非定向麦克风11和12彼此分开布置，并且通过使用到达非定向麦克风11和12的信号的时间差来实现方向性。在测试中，非定向麦克风11和12之间的间隔为大约5.6cm，并且SS和FS分别被布置为与非定向麦克风11和12之间的中心点相距大约1m。图19B和图19C示出了根据实施例的定向声学传感器。图19B的定向声学传感器与图14的定向声学传感器600相同，并且包括设置在相同平面上的第一感测设备21和第二感测设备22。在测试中，第一感测设备21与第二感测设备22之间的间隔为大约5.6cm，并且SS和FS分别被布置为与第一感测设备21和第二感测设备22之间的中心点相距大约1m。图19C的定向声学传感器与图4的定向声学传感器200相同，并且包括沿竖直方向堆叠的第一感测设备31和第二感测设备32。在测试中，第一感测设备31与第二感测设备32之间的间隔为大约3mm，并且SS和FS分别被布置为与第一感测设备31和第二感测设备32之间的中心点相距大约1m。
图20是示出了图19A至图19C的声学传感器的唤醒成功率的比较的曲线图。图20示出了在SS产生噪声的同时使用触发字从FS进行语音识别的唤醒测试的结果。在图20中，“A”表示图19A的声学传感器，“B”表示图19B的声学传感器，“C”表示图19C的声学传感器。
参考图20，可以看出，根据实施例的图19B和图19C的声学传感器比根据相关技术的图19A的声学传感器具有更高的唤醒成功率。
通过使用图19A至图19C的声学传感器测量了灵敏度比，具体地，侧向语音信号与前向语音信号的灵敏度比，以便当在产生侧向噪声的同时获得前向语音信号时，评估噪声的影响程度。作为在大约100Hz至大约8kHz的频率范围内的测量结果，根据相关技术的图19A的声学传感器具有大约为6dB的相对低的灵敏度比，而根据实施例的图19B和图19C的声学传感器具有大约为20dB的相对高的灵敏度比。
图21是根据另一实施例的定向声学传感器900的透视图。图22是沿图21的线VII-VII′截取的定向声学传感器900的截面图。
参考图21和图22，定向声学传感器900可以包括基板911和设置在基板911上的谐振器940。通过穿透基板911而在基板911中形成腔911a，并且支撑件912从基板911向腔911a延伸。支撑件912的一个端部固定到基板911，另一端部在竖直方向(例如，z轴方向)上可移动。基板911可以包括例如硅基板，但是本公开不限于此，并且因此可以使用包括各种其他材料的基板。
谐振器940设置在支撑件912的一个表面上。详细地，谐振器940可以包括设置在支撑件912的上表面上的第一电极931、设置在第一电极931上的第一压电层934、设置在第一压电层934上的第二电极932、设置在第二电极932上的第二压电层935和设置在第二压电层935上的第三电极933。
第二电极932可以是公共电极。第三电极933可以具有与第一电极931相同的极性。例如，第一电极931、第二电极932和第三电极933可以分别是(+)电极、(-)电极和(+)电极。然而，这仅是示例性的，并且第一电极931、第二电极932和第三电极933可以分别是(-)电极、(+)电极和(-)电极。第一电极931、第一压电层934和第二电极932可以构成第一谐振器941，而第二电极932、第二压电层935和第三电极933可以构成第二谐振器942。第一谐振器941和第二谐振器942可以共享第二电极932作为公共电极。
分别与第一电极931、第二电极932和第三电极933电连接的第一端子931a、第二端子932a和第三端子933a可以设置在基板911的上表面上。在图21中，第一端子931a、第二端子932a和第三端子933a基于面向+x轴的方向在基板911的上表面上分别位于左侧、中间和右侧。
当诸如声音或压力的外部能量输入到谐振器940时，可以产生电能。详细地，当声音输入到谐振器940时，第一谐振器941的第一压电层934发生变形，因此可以在第一电极931和第二电极932之间产生电能。可以通过与第一端子931a连接的第一读出电路951来输出电能作为第一输出信号。此外，第二谐振器942的第二压电层935发生变形，因此可以在第二电极932和第三电极933之间产生电能。可以通过与第三端子933a连接的第二读出电路952来输出电能作为第二输出信号。
由于第一谐振器941的第一电极931和第二谐振器942的第三电极933被配置为具有相同的极性，并且第二电极932被配置为具有与第一电极931和第三电极933不同的极性的公共电极，所以第一谐振器941和第二谐振器942可以产生不同极性的输出信号。详细地，第一谐振器941和第二谐振器942可以产生具有不同极性的反相的第一输出信号和第二输出信号。
信号处理器970可以通过处理由第一谐振器941产生的第一输出信号和由第二谐振器942产生的第二输出信号来产生最终输出信号。详细地，信号处理器970可以通过计算不同极性的第一输出信号和第二输出信号的差来产生最终输出信号。因此，可以提高SNR。
图23是根据另一实施例的定向声学传感器1100的截面图。与图22的定向声学传感器900不同，在图23的定向声学传感器1100中，第一谐振器1130设置在基板1111的上表面上，并且第二谐振器1140设置在基板1111的下表面上。
参考图23，第一谐振器1130可以包括设置在基板1111的支撑件1112的上表面上的第一电极1131、设置在第一电极1131上的第一压电层1133和设置在第一压电层1133上的第二电极1132。与第一电极1131和第二电极1132电连接的第一端子和第二端子(未示出)可以设置在基板1111的上表面上。
第二谐振器1140可以包括设置在基板1111的支撑件1112的下表面上的第三电极1141、设置在第三电极1141上的第二压电层1143和设置在第二压电层1143上的第四电极1142。第三电极1141可以具有与第一电极1131相同的极性，并且第四电极1142可以具有与第二电极1132相同的极性。与第三电极1141和第四电极1142电连接的第三端子和第四端子(未示出)可以设置在基板1111的下表面上。
由于第一谐振器1130的第一电极1131和第二谐振器1140的第三电极1141被配置为具有相同的极性，并且第一谐振器1130的第二电极1132和第二谐振器1140的第四电极1142被配置为具有相同的极性，所以第一谐振器1130和第二谐振器1140可以产生不同极性的输出信号。信号处理器(未示出)可以通过计算不同极性的第一输出信号261和第二输出信号262的差来产生最终输出信号。因此，可以提高SNR。
图24是根据另一实施例的定向声学传感器1200的分解透视图。图25是图24的定向声学传感器1200的示意性配置的框图。
参考图24和图25，定向声学传感器1200可以包括第一感测设备1210和第二感测设备1220以及用于处理从第一感测设备1210和第二感测设备1220输出的信号的多个信号处理器1271、1272和1273。第一感测设备1210和第二感测设备1220沿一个方向(例如，z轴方向)堆叠。第一感测设备1210和第二感测设备1220可以是相同的感测设备，并且在图24中，第二感测设备1220被示为具有与经上下翻转的第一感测设备1210相同的形状。
第一感测设备1210可以包括设置在第一基板1211上的多个第一谐振器1230a、1230b和1230c。通过穿透第一基板1211而在第一基板1211中形成第一腔1211a，并且多个第一支撑件1212a、1212b和1212c从第一基板1211向第一腔1211a延伸。
第一谐振器1230a、1230b和1230c可以具有彼此不同的中心频率。为此，第一谐振器1230a、1230b和1230c可以具有彼此不同的尺寸。例如，第一谐振器1230a、1230b和1230c可以具有彼此不同的长度、彼此不同的宽度和/或彼此不同的厚度。图24示出了其中具有不同长度的第一支撑件1212a、1212b和1212c设置在第一基板1211上并且具有不同长度的第一谐振器1230a、1230b和1230c设置在第一支撑件1212a、1212b和1212c上的示例情况。图24示出了具有第一中心频率、第二中心频率和第三中心频率的三个第一谐振器1230a、1230b和1230c。然而，这仅是示例性的，并且具有不同中心频率的第一谐振器1230a、1230b和1230c的数量可以不同地改变。
第一谐振器1230a、1230b和1230c中的每一个与图4的第一谐振器230相同。详细地，第一谐振器1230a、1230b和1230c中的每一个可以包括设置在第一支撑件1212a、1212b和1212c中的每一个的上表面上的第一电极(未示出)、设置在第一电极上的第一压电层(未示出)和设置在第一压电层上的第二电极(未示出)。第一电极和第二电极可以分别是例如(+)电极和(-)电极，但是本公开不限于此。
电连接到第一电极的多个第一端子1231a、1231b和1231c以及电连接到第二电极的多个第二端子1232a、1232b和1232c可以设置在第一基板1211的上表面上。第一感测设备1210可以例如在z轴方向上具有双向性。
第二感测设备1220设置在第一感测设备1210下方。如上所述，第二感测设备1220可以具有与经上下翻转的第一感测设备1210相同的形状。第二感测设备1220可以包括设置在第二基板1221上的多个第二谐振器1240a、1240b和1240c。通过穿透第二基板1221而在第二基板1221中形成第二腔1221a，并且多个第二支撑件1222a、1222b和1222c从第二基板1221向第二腔1221a延伸。
第二谐振器1240a、1240b和1240c可以具有彼此不同的中心频率。详细地，第二谐振器1240a、1240b和1240c可以像第一谐振器1230a、1230b和1230c一样具有不同的中心频率。为此，第二谐振器1240a、1240b和1240c可以具有彼此不同的尺寸。图24示出了其中具有不同长度的多个第二支撑件1222a、1222b和1222c设置在第二基板1221上并且长度与第一谐振器1230a、1230b和1230c的长度相同的第二谐振器1240a、1240b和1240c设置在第二支撑件1222a、1222b和1222c上的示例情况。图24示出了具有第一中心频率、第二中心频率和第三中心频率的三个第二谐振器1240a、1240b和1240c。然而，这仅是示例性的，并且具有不同中心频率的第二谐振器1240a、1240b和1240c的数量可以响应于第一谐振器1230a、1230b和1230c而不同地改变。
第二谐振器1240a、1240b和1240c中的每一个可以与图4的第二谐振器240相同。详细地，第二谐振器1240a、1240b和1240c中的每一个可以包括设置在第二支撑件1222a、1222b和1222c中的每一个的下表面上的第三电极(未示出)、设置在第三电极上的第二压电层(未示出)和设置在第二压电层上的第四电极(未示出)。第三电极可以具有与第一电极相同的极性，并且第四电极可以具有与第二电极相同的极性。例如，当第一电极和第二电极分别是(+)电极和(-)电极时，第三电极和第四电极可以分别是(+)电极和(-)电极。
与多个第三电极电连接的多个第三端子1241a、1241b和1241c以及与第四电极电连接的多个第四端子1242a、1242b和1242c可以设置在第二基板1221的下表面上。第二感测设备1220可以具有与第一感测设备1210相同的方向性。
第一感测设备1210和第二感测设备1220可以被布置为与外部能量的输入同步地操作。第一感测设备1210和第二感测设备1220可以被布置为在z轴方向上具有例如大致10cm或更小的间隔。例如，第一感测设备1210和第二感测设备1220可以被布置为具有大致0mm至大约3mm的间隔。然而，这仅是示例性的，并且第一感测设备1210与第二感测设备1220之间的间隔可以不同地改变。这样，当第一感测设备1210和第二感测设备1220彼此靠近地布置时，定向声学传感器1200可以被实现为紧凑的。
具有相同中心频率的成对的第一谐振器和第二谐振器1230a和1240a、1230b和1240b以及1230c和1240c可以构成一个单元传感器。例如，一对具有第一中心频率的第一谐振器1230a和第二谐振器1240a可以构成第一单元传感器，一对具有第二中心频率的第一谐振器1230b和第二谐振器1240b可以构成第二单元传感器，并且一对具有第三中心频率的第一谐振器1230c和第二谐振器1240c可以构成第三单元传感器。
当声音输入到第一谐振器1230a、1230b和1230c时，第一压电层发生变形，并因此可以在第一电极和第二电极之间产生电能。可以通过第一读出电路1251a、1251b和1251c来输出电能作为具有不同中心频率的多个第一输出信号。当声音输入到第二谐振器1240a、1240b和1240c时，第二压电层发生变形，并因此可以在第三电极和第四电极之间产生电能。可以通过第二读出电路1252a、1252b和1252c来输出电能作为具有不同中心频率的多个第二输出信号。
在本实施例中，由于第一谐振器1230a、1230b和1230c中的每一个的第一电极和第二谐振器1240a、1240b和1240c中的每一个的第三电极被配置为具有相同的极性，并且第一谐振器1230a、1230b和1230c中的每一个的第二电极和第二谐振器1240a、1240b和1240c中的每一个的第四电极被配置为具有相同的极性，因此可以产生不同极性的输出信号。
例如，在第一单元传感器中，一对第一谐振器1230a和第二谐振器1240a可以具有第一中心频率，并产生具有不同极性的反相的第一输出信号和第二输出信号。在第二单元传感器中，一对第一谐振器1230b和第二谐振器1240b可以具有第二中心频率，并产生具有不同极性的反相的第一输出信号和第二输出信号。在第三单元传感器中，一对第一谐振器1230c和第二谐振器1240c可以具有第三中心频率，并产生具有不同极性的反相的第一输出信号和第二输出信号。
可以对应于多个单元传感器来设置信号处理器1271、1272和1273。例如，信号处理器1271、1272和1273可以包括与第一单元传感器、第二单元传感器和第三单元传感器相对应的第一信号处理器1271、第二信号处理器1272和第三信号处理器1273。
第一信号处理器1271可以基于第一输出信号和第二输出信号来产生第一最终输出信号1281。例如，第一信号处理器1271可以通过计算从第一单元传感器的第一谐振器1230a和第二谐振器1240a输出的不同极性的第一输出信号和第二输出信号的差来产生第一最终输出信号1281。换句话说，第一信号处理器1271可以从第二输出信号中减去第一输出信号。作为另一示例，第一信号处理器1271可以改变第一输出信号和第二输出信号之一的符号，然后将第一输出信号和第二输出信号相加。
第二信号处理器1272可以基于第一输出信号和第二输出信号来产生第二最终输出信号1282。例如，第二信号处理器1272可以通过计算从第二单元传感器的第一谐振器1230b和第二谐振器1240b输出的不同极性的第一输出信号和第二输出信号的差来产生第二最终输出信号1282。换句话说，第二信号处理器1272可以从第二输出信号中减去第一输出信号。作为另一示例，第二信号处理器1272可以改变第一输出信号和第二输出信号之一的符号，然后将第一输出信号和第二输出信号相加。
第三信号处理器1273可以基于第一输出信号和第二输出信号来产生第三最终输出信号1283。例如，第三信号处理器1273可以通过计算从第三单元传感器的第一谐振器1230c和第二谐振器1240c输出的不同极性的第一输出信号和第二输出信号的差来产生第三最终输出信号1283。换句话说，第三信号处理器1273可以从第二输出信号中减去第一输出信号。作为另一示例，第三信号处理器1273可以改变第一输出信号和第二输出信号之一的符号，然后将第一输出信号和第二输出信号相加。
因此，可以获得具有提高的SNR的第一最终输出信号1281、第二最终输出信号1282和第三最终输出信号1283。例如，因为由单元传感器产生的输出信号的符号彼此相反，所以当计算第一输出信号与第二输出信号之间的差时，由单元传感器接收的外部信号得以加倍，并且不是外部信号的随机噪声或来自电路的典型噪声得以减小。以这种方式，组合单元传感器以针对相同的输入信号而产生极性相反的输出信号，并且计算输出信号的差以使从外部接收的输入信号的幅度加倍，并减小随机噪声或来自电路的噪声。
图26是图25的定向声学传感器的变型的框图。
参考图26，第一感测设备1210可以通过将分别经由第一读出电路1251a、1251b和1251c从第一谐振器1230a、1230b和1230c输出的信号进行整合来产生相同极性的一个第一输出信号。此外，第二感测设备1220可以通过将分别经由第二读出电路1252a、1252b和1252c从第二谐振器1240a、1240b和1240c输出的信号进行整合来产生极性与第一输出信号的极性不同的一个第二输出信号。信号处理器1270可以通过计算从第一感测设备1210和第二感测设备1220输出的不同极性的第一输出信号和第二输出信号的差来产生最终输出信号1280。
图27是图25的定向声学传感器的另一变型的框图。
参考图27，第一感测设备1210可以通过布线将来自第一谐振器1230a、1230b和1230c的输出整合为一个输出，然后通过第一读出电路1251产生相同极性的第一输出信号。此外，第二感测设备1220可以通过布线将来自第二谐振器1240a、1240b和1240c的输出整合为一个输出，然后通过第二读出电路1252产生极性与第一输出信号的极性不同的第二输出信号。
信号处理器1270可以基于由第一感测设备1210产生的第一输出信号和由第二感测设备1220产生的第二输出信号来产生最终输出信号1280。例如，信号处理器1270可以通过计算从第一感测设备1210和第二感测设备1220输出的不同极性的第一输出信号和第二输出信号的差来产生最终输出信号1280。换句话说，信号处理器1270可以从第二输出信号中减去第一输出信号。作为另一示例，信号处理器1270可以改变第一输出信号和第二输出信号之一的符号，然后将第一输出信号和第二输出信号相加。
在以上描述中，呈现了其中每个单元传感器具有与图4的第一感测设备210和第二感测设备220相同的结构的示例情况。然而，本公开不限于此，并且每个单元传感器可以具有与图10、图11和图13的第一感测设备和第二感测设备310和320、410和420以及510和520相同的结构。此外，尽管图24示出了其中第一感测设备1210和第二感测设备1220沿诸如z轴方向的一个方向堆叠的示例情况，但是第一感测设备1210和第二感测设备1220可以如图14、图16和图18所示设置在相同平面(例如，x-y平面)上。
图28是根据另一实施例的定向声学传感器1300的透视图。
参考图28，定向声学传感器1300可以包括基板1311、设置在基板1311上的多个谐振器1330a、1330b和1330c以及多个信号处理器(未示出)。通过穿透基板1311而在基板1311中形成腔1311a，并且多个支撑件1312a、1312b和1312c从基板1311向腔1311a延伸。
谐振器1330a、1330b和1330c可以具有彼此不同的中心频率。为此，谐振器1330a、1330b和1330c可以具有彼此不同的尺寸。例如，谐振器1330a、1330b和1330c可以具有不同的长度、不同的宽度和/或不同的厚度。图28示出了如下示例情况：具有不同长度的支撑件1312a、1312b和1312c设置在基板1311上，并且具有不同长度的谐振器1330a、1330b和1330c设置在支撑件1312a、1312b和1312c上。图28示出了具有第一中心频率、第二中心频率和第三中心频率的三个谐振器1330a、1330b和1330c。然而，这仅是示例性的，并且具有不同中心频率的谐振器1330a、1330b和1330c的数量可以不同地改变。
谐振器1330a、1330b和1330c中的每一个与图21的谐振器940相同。详细地，谐振器1330a、1330b和1330c中的每一个可以包括设置在支撑件1312a、1312b和1312c中的每一个的上表面上的第一电极(未示出)、设置在第一电极上的第一压电层(未示出)、设置在第一压电层上的第二电极(未示出)、设置在第二电极上的第二压电层(未示出)和设置在第二压电层上的第三电极(未示出)。
第二电极可以是公共电极，并且第三电极可以具有与第一电极相同的极性。例如，第一电极、第二电极和第三电极可以分别是正(+)电极、负(-)电极和正(+)电极。因此，第一电极、第一压电层和第二电极可以构成第一谐振器，而第二电极、第二压电层和第三电极可以构成第二谐振器。与第一电极电连接的第一端子1331a、1331b和1331c、与第二电极电连接的第二端子1332a、1332b和1332c以及与第三电极电连接的第三端子1333a、1333b和1333c可以设置在基板1311的上表面上。
一对具有相同中心频率的第一谐振器和第二谐振器可以构成一个单元传感器。例如，包括一对具有第一中心频率的第一谐振器和第二谐振器的谐振器1330a可以构成第一单元传感器，包括一对具有第二中心频率的第一谐振器和第二谐振器的谐振器1330b可以构成第二单元传感器，并且包括一对具有第三中心频率的第一谐振器和第二谐振器的谐振器1330c可以构成第三单元传感器。
在本实施例中，类似于图25的图示，可以与多个单元传感器相对应地设置多个信号处理器(未示出)。例如，多个信号处理器可以包括与第一单元传感器、第二单元传感器和第三单元传感器相对应的第一信号处理器、第二信号处理器和第三信号处理器。
在本实施例中，类似于图26的图示，可以设置一个信号处理器(未示出)。此外，在本实施例中，类似于图27的图示，可以设置一个信号处理器(未示出)。
根据上述实施例，由于感测设备产生不同极性的输出信号，并且基于所述输出信号产生最终输出信号(例如，计算所产生的不同极性的输出信号之间的差)，因此可以在保持方向性的同时提高SNR。此外，由于感测设备彼此靠近地布置，所以定向声学传感器可以被实现为紧凑的。
应当理解的是，应仅以描述性意义而不是限制性目的来考虑本文中描述的实施例。对每个实施例中的特征或方面的描述一般应当被看作可用于其他实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参考附图描述了一个或多个实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

Claims (42)

1.一种定向声学传感器，包括：
第一感测设备，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从一输入方向接收的外部能量来产生具有第一极性的至少一个第一输出信号；
第二感测设备，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从所述输入方向接收的外部能量来产生具有第二极性的至少一个第二输出信号，所述第二极性与所述第一极性不同；以及
至少一个信号处理器，被配置为基于所述至少一个第一输出信号和所述至少一个第二输出信号来产生至少一个最终输出信号。
2.根据权利要求1所述的定向声学传感器，其中，所述第一感测设备具有与所述第二感测设备相同的方向性。
3.根据权利要求1所述的定向声学传感器，其中，所述第一感测设备设置在第一基板上，并且包括至少一个第一谐振器，所述至少一个第一谐振器被配置为产生所述至少一个第一输出信号，以及
其中，所述第二感测设备设置在第二基板上，并且包括至少一个第二谐振器，所述至少一个第二谐振器被配置为产生所述至少一个第二输出信号。
4.根据权利要求3所述的定向声学传感器，其中，设置有所述至少一个第一谐振器的至少一个第一支撑件从所述第一基板延伸，以及
其中，设置有所述至少一个第二谐振器的至少一个第二支撑件从所述第二基板延伸。
5.根据权利要求4所述的定向声学传感器，其中，所述第一感测设备和所述第二感测设备在一方向上堆叠。
6.根据权利要求5所述的定向声学传感器，其中，所述第一支撑件包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，以及
其中，所述第二支撑件包括面向所述第二表面的第三表面和与所述第三表面相对的第四表面。
7.根据权利要求6所述的定向声学传感器，其中，所述第一谐振器包括设置在所述第一表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，以及
其中，所述第二谐振器包括设置在所述第四表面上并具有与所述第一电极相同的极性的第三电极、设置在第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第二电极相同的极性的第四电极。
8.根据权利要求7所述的定向声学传感器，其中，与所述第一电极电连接的第一端子和与所述第二电极电连接的第二端子设置在所述第一基板上，以及
其中，与所述第三电极电连接的第三端子和与所述第四电极电连接的第四端子设置在所述第二基板上。
9.根据权利要求6所述的定向声学传感器，其中，所述第一谐振器包括设置在所述第二表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，以及
其中，所述第二谐振器包括设置在所述第三表面上并具有与所述第一电极相同的极性的第三电极、设置在所述第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第二电极相同的极性的第四电极。
10.根据权利要求6所述的定向声学传感器，其中，所述第一谐振器包括设置在所述第一表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，以及
其中，所述第二谐振器包括设置在所述第三表面上并具有与所述第二电极相同的极性的第三电极、设置在所述第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第一电极相同的极性的第四电极。
11.根据权利要求4所述的定向声学传感器，其中，所述第一感测设备和所述第二感测设备设置在相同的平面上。
12.根据权利要求11所述的定向声学传感器，其中，所述第一基板和所述第二基板彼此一体地设置或彼此分开地设置。
13.根据权利要求11所述的定向声学传感器，其中，所述第一谐振器包括设置在所述第一支撑件的表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，以及
其中，所述第二谐振器包括设置在所述第二支撑件的表面上并具有与所述第二电极相同的极性的第三电极、设置在所述第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第一电极相同的极性的第四电极。
14.根据权利要求3所述的定向声学传感器，其中，所述第一感测设备包括多个第一谐振器，所述多个第一谐振器被配置为分别产生具有不同中心频率的多个第一输出信号，以及
其中，所述第二感测设备包括多个第二谐振器，所述多个第二谐振器被配置为分别产生具有与所述多个第一谐振器相对应的不同中心频率的多个第二输出信号。
15.根据权利要求14所述的定向声学传感器，其中，一对具有相同中心频率并彼此对应的第一谐振器和第二谐振器被配置为针对从所述输入方向接收的外部能量分别产生具有不同极性的所述第一输出信号和所述第二输出信号。
16.根据权利要求15所述的定向声学传感器，其中，所述至少一个信号处理器包括多个信号处理器，所述多个信号处理器被配置为基于所述多个第一输出信号和所述多个第二输出信号分别产生多个最终输出信号。
17.根据权利要求15所述的定向声学传感器，其中，所述至少一个信号处理器包括单个信号处理器，所述单个信号处理器被配置为基于所述多个第一输出信号和所述多个第二输出信号产生单个最终输出信号。
18.一种定向声学传感器，包括：
基板；
至少一个第一谐振器，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从一输入方向接收的外部能量来产生具有第一极性的至少一个第一输出信号；
至少一个第二谐振器，被配置为基于外部能量的不同输入方向来产生不同的输出增益，并且被配置为基于从所述输入方向接收的外部能量来产生具有第二极性的至少一个第二输出信号，所述第二极性与所述第一极性不同；以及
至少一个信号处理器，被配置为基于所述至少一个第一输出信号和所述至少一个第二输出信号来产生至少一个最终输出信号，
其中，所述至少一个第一谐振器和所述至少一个第二谐振器在单个方向上堆叠在所述基板上。
19.根据权利要求18所述的定向声学传感器，其中，设置有所述至少一个第一谐振器和所述至少一个第二谐振器的至少一个支撑件从所述基板延伸。
20.根据权利要求19所述的定向声学传感器，其中，所述第一谐振器包括设置在所述支撑件的第一表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，以及
其中，所述第二谐振器包括所述第二电极、设置在所述第二电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第一电极相同的极性的第三电极。
21.根据权利要求20所述的定向声学传感器，其中，与所述第一电极电连接的第一端子、与所述第二电极电连接的第二端子以及与所述第三电极电连接的第三端子设置在所述基板的第一表面上。
22.根据权利要求19所述的定向声学传感器，其中，所述第一谐振器包括设置在所述支撑件的第一表面上的第一电极、设置在所述第一电极上的第一压电层以及设置在所述第一压电层上的第二电极，以及
其中，所述第二谐振器包括设置在所述支撑件的第二表面上并具有与所述第一电极相同的极性的第三电极、设置在所述第三电极上的第二压电层以及设置在所述第二压电层上并具有与所述第二电极相同的极性的第四电极。
23.根据权利要求22所述的定向声学传感器，其中，与所述第一电极电连接的第一端子和与所述第二电极电连接的第二端子设置在所述基板的第一表面上，以及
其中，与所述第三电极电连接的第三端子和与所述第四电极电连接的第四端子设置在所述基板的第二表面上。
24.根据权利要求18所述的定向声学传感器，其中，所述至少一个第一谐振器包括多个第一谐振器，所述多个第一谐振器被配置为分别产生具有不同中心频率的多个第一输出信号，以及
其中，所述至少一个第二谐振器包括多个第二谐振器，所述多个第二谐振器被配置为分别产生具有与所述多个第一谐振器相对应的不同中心频率的多个第二输出信号。
25.根据权利要求24所述的定向声学传感器，其中，一对具有相同中心频率并彼此对应的第一谐振器和第二谐振器被配置为针对相同输入方向分别产生具有不同极性的所述第一输出信号和所述第二输出信号。
26.根据权利要求25所述的定向声学传感器，其中，所述至少一个信号处理器包括多个信号处理器，所述多个信号处理器被配置为基于所述多个第一输出信号和所述多个第二输出信号分别产生多个最终输出信号。
27.根据权利要求25所述的定向声学传感器，其中，所述至少一个信号处理器包括单个信号处理器，所述单个信号处理器被配置为基于所述多个第一输出信号和所述多个第二输出信号产生单个最终输出信号。
28.一种声学传感器，包括：
第一感测设备，被配置为响应于外部声音输入而产生第一极性的第一输出信号；
第二感测设备，被配置为响应于所述外部声音输入而产生极性与所述第一极性不同的第二输出信号；以及
信号处理器，被配置为将所述第一输出信号和所述第二输出信号相减。
29.根据权利要求28所述的声学传感器，其中，所述第一输出信号和所述第二输出信号具有彼此相反的相位。
30.根据权利要求28所述的声学传感器，其中，所述第一感测设备和所述第二感测设备彼此堆叠。
31.根据权利要求28所述的声学传感器，其中，所述第一感测设备和所述第二感测设备设置在相同的平面上。
32.根据权利要求28所述的声学传感器，其中，所述第一感测设备和所述第二感测设备彼此堆叠，并且共享公共电极。
33.根据权利要求28所述的声学传感器，其中，所述第一感测设备和所述第二感测设备具有相同的方向性。
34.根据权利要求28所述的声学传感器，其中，所述第一感测设备包括第一谐振器，并且所述第二感测设备包括第二谐振器。
35.根据权利要求34所述的声学传感器，其中，所述第一谐振器面向所述第二谐振器。
36.根据权利要求34所述的声学传感器，其中，所述第一谐振器与所述第二谐振器相比设置在不同的方向上。
37.根据权利要求34所述的声学传感器，其中，所述第一谐振器具有与所述第二谐振器相同的中心频率。
38.根据权利要求34所述的声学传感器，其中，所述第一谐振器和所述第二谐振器中的每一个包括一对电极和设置在该对电极之间的压电层。
39.根据权利要求28所述的声学传感器，其中，所述第一感测设备包括具有不同中心频率的多个第一谐振器，以及
其中，所述第二感测设备包括具有与所述多个第一谐振器相对应的不同中心频率的多个第二谐振器。
40.一种传感器，包括：
第一感测设备，被配置为基于从一方向输入的外部能量来产生具有第一极性的第一输出信号；
第二感测设备，被配置为基于从所述方向输入的外部能量来产生具有第二极性的第二输出信号，所述第二极性与所述第一极性相反；以及
处理器，被配置为基于所述第一输出信号和所述第二输出信号来产生最终输出信号。
41.根据权利要求40所述的传感器，其中，所述处理器还被配置为：
将所述第一输出信号和所述第二输出信号相减；以及
基于将产生所述第一输出信号和所述第二输出信号相减来所述最终输出信号。
42.根据权利要求40所述的传感器，其中，所述处理器还被配置为：
改变所述第一输出信号或所述第二输出信号中的至少一个的符号；
基于改变所述符号，将所述第一输出信号和所述第二输出信号相加；以及
基于将所述第一输出信号和所述第二输出信号相加来产生所述最终输出信号。
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