CN114598977B - 一种mems麦克风和语音通讯设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MEMS麦克风和语音通讯设备，属于麦克风技术领域。该MEMS麦克风包括：壳体；基板，壳体密封扣设于基板，壳体与基板围设形成容纳腔；收音振动模块，设置于容纳腔内，收音振动模块包括第一围堰和振动薄膜，振动薄膜密封设置于第一围堰顶部的开口处并与所述第一围堰围设形成第一音腔，第一围堰的底部开设有透气孔，第一音腔与透气孔连通；声学元件，设置于基板且位于容纳腔内。无需开设进音孔，采用骨传导的方式，改变了麦克风的声音传导方式；壳体与人体骨骼接触，语音振动信号依次通过壳体、容纳腔、振动薄膜、第一音腔，然后从透气孔穿出被声学元件接收并处理，降低外界噪音的干扰，提高通话质量。

Description

一种MEMS麦克风和语音通讯设备

技术领域

本发明涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种MEMS麦克风和语音通讯设备。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)技术是近年来高速发展的一项高新技术，它采用先进的半导体制造工艺，实现传感器、驱动器等器件的批量制造，与对应的传统器件相比，MEMS器件在体积、功耗、重量以及价格方面有十分明显的优势。

传统MEMS麦克风的传导方式是MEMS芯片振膜接受空气传播的语音，外界环境的声压信号经过麦克风壳体的进音孔被MEMS芯片的高灵敏度振动薄膜感知，将声音信号转变为电信号。与MEMS芯片电气连接的ASIC芯片将信号运算放大后输出。

传统MEMS麦克风的传感器接受外界空气传播的语音，同时包括通话人的声音和来自周围的噪声，而噪声较大的时候，麦克风就会受到噪声干扰，例如周围人群、机械设备、风噪等，严重影响通话质量。

为此，亟需提供一种MEMS麦克风和语音通讯设备以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MEMS麦克风和语音通讯设备，改变传统麦克风的声音传导方式，改进麦克风的结构，降低噪音的干扰，提高通话质量。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种MEMS麦克风，以骨传导的方式拾取语音，包括：

壳体；

基板，所述壳体整体密封扣设于所述基板，所述壳体与所述基板围设形成容纳腔，所述基板设置有线路层和通孔；

收音振动模块，设置于所述容纳腔内，所述收音振动模块包括第一围堰和振动薄膜，所述振动薄膜密封设置于所述第一围堰顶部的开口处并与所述第一围堰围设形成第一音腔，所述第一围堰的底部开设有透气孔，所述第一音腔与所述透气孔连通；

声学元件，设置于所述基板且位于所述容纳腔内。

作为MEMS麦克风的可选方案，所述收音振动模块还包括位于所述容纳腔内的第二围堰，所述第二围堰的第一端设置于所述壳体，所述第二围堰的第二端设置于所述第一围堰远离所述透气孔的一侧，且所述振动薄膜的外边缘夹设于所述第一围堰和所述第二围堰之间，所述振动薄膜与所述第二围堰围设形成第二音腔，所述振动薄膜贯通开设有泄气孔。

作为MEMS麦克风的可选方案，所述收音振动模块还包括位于所述容纳腔内的第三围堰，所述第三围堰的第一端设置于所述基板上，所述第三围堰的第二端设置于所述第一围堰远离所述振动薄膜的一侧，所述第三围堰形成第三音腔，所述第三音腔通过所述透气孔与所述第一音腔连通，所述声学元件位于所述第三音腔内。

作为MEMS麦克风的可选方案，所述收音振动模块还包括质量块，所述质量块设置于所述振动薄膜的表面。

作为MEMS麦克风的可选方案，所述声学元件包括MEMS芯片和ASIC芯片，所述ASIC芯片的第一端通过金线与所述MEMS芯片电连接，所述ASIC芯片的第二端通过金线与所述基板上的线路层和所述通孔电连接。

作为MEMS麦克风的可选方案，所述振动薄膜与所述第一围堰粘接。

作为MEMS麦克风的可选方案，所述基板开设有音室，所述音室作为声学亥姆霍兹共振腔与所述MEMS芯片的背音腔相互连通。

作为MEMS麦克风的可选方案，所述音室的截面形状为“凸”字形。

作为MEMS麦克风的可选方案，，所述壳体采用金属材质制成。

一种语音通讯设备，包括电源和如上所述的任一项MEMS麦克风的技术方案，所述MEMS麦克风与所述电源电连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明所提供的MEMS麦克风，壳体与基板围设形成容纳腔，在容纳腔内设置收音振动模块，第一围堰的顶部设置有振动薄膜，第一围堰和振动薄膜围设形成第一音腔，底部开设有透气孔，第一音腔与透气孔连通，一方面无需开设进音孔，采用骨传导的方式，改变了麦克风的声音传导方式；另一方面壳体与人体骨骼接触，声音振动信号依次通过壳体、容纳腔、振动薄膜和第一音腔，然后从透气孔传播到声学元件被接收并处理，降低外界噪音的干扰，提高通话质量。

本发明所提供的语音通讯设备，无需开设进音孔，壳体与人体骨骼接触，声音振动信号依次通过壳体、容纳腔、振动薄膜和第一音腔，然后从透气孔穿出被声学元件接收并处理，降低外界噪音的干扰，提高通话质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中MEMS麦克风的剖视图；

图2为本发明实施例一中第一围堰的侧视图；

图3为本发明实施例一中第一围堰的俯视图；

图4为本发明实施例一中振动薄膜为弹性软膜的结构示意图；

图5为本发明实施例一中振动薄膜为弹性金属薄片的结构示意图；

图6为本发明实施例一中振动薄膜边缘加工出多层褶皱的结构示意图；

图7为本发明实施例一中MEMS麦克风的频响曲线图；

图8为本发明实施例二中MEMS麦克风的剖视图。

附图标记：

1、壳体；2、基板；3、容纳腔；4、收音振动模块；5、声学元件；6、质量块；7、音室；8、通孔；9、泄气孔；

51、MEMS芯片；511、MEMS背板；512、MEMS振膜；52、ASIC芯片；

41、第一围堰；42、振动薄膜；43、第一音腔；44、透气孔；45、第二围堰；46、第二音腔；47、第三围堰；48、第三音腔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

为了改变麦克风的声音传导方式，改进麦克风的结构，降低噪音的干扰，提高通话质量，本实施例提供一种MEMS麦克风，通过对麦克风结构的改进，改变了传统麦克风的声音传导方式，即通过人体骨骼来进行声音信号的传导。以下结合图1至图8对本实施例的具体内容进行详细描述。

实施例一

如图1所示，该MEMS麦克风包括壳体1、基板2、收音振动模块4和声学元件5，壳体1密封扣设于基板2上，壳体1的一侧面内凹，壳体1与基板2围设形成容纳腔3，基板2上设有线路层和通孔8，通孔8内壁镀有导电金属层。收音振动模块4包括第一围堰41和振动薄膜42，振动薄膜42密封设置于第一围堰41顶部的开口处并与第一围堰41围设形成第一音腔43，第一围堰41的底部开设有透气孔44，第一音腔43与透气孔44连通。声学元件5设置于基板2且位于容纳腔3内，声学元件5与基板2上的线路层和通孔8电连接。如图2和图3为设有第一围堰41的结构示意图，透气孔44为圆形。本实施例中的MEMS麦克风也可以叫MEMS骨传导麦克风。

简而言之，本发明所提供的MEMS麦克风，壳体1与基板2围设形成容纳腔3，在容纳腔3内设置收音振动模块4，第一围堰41的顶部设置有振动薄膜42，，第一围堰41和振动薄膜42围设形成第一音腔43，底部开设有透气孔44，第一音腔43与透气孔44连通，一方面无需开设进音孔，采用骨传导的方式，改变了麦克风的声音传导方式；另一方面壳体1与人体骨骼接触，声音振动信号依次通过壳体1、容纳腔3、振动薄膜42和第一音腔43，然后从透气孔44传播到声学元件5被接收并处理，降低外界噪音的干扰，提高通话质量。

进一步地，如图1所示，收音振动模块4还包括位于容纳腔3内的第二围堰45，第二围堰45的第一端设置于壳体1，第二围堰45的第二端设置于第一围堰41远离透气孔44的一侧，第二围堰45起到将第一围堰41和振动薄膜42安装到壳体1内顶壁的作用。且振动薄膜42位于第一围堰41和第二围堰45之间，振动薄膜42与第二围堰45围设形成第二音腔46。一部分声音振动信号从壳体1传入第二音腔46，引起振动薄膜42的振动，然后依次通过第一音腔43和透气孔44被声学元件5接收并处理。

进一步地，在振动薄膜42上贯通开设有泄气孔9，用于平衡第一音腔43和第二音腔46内的气压，第二音腔46内部处于密闭状态，开设泄气孔9后，振动薄膜42振动时，第一音腔43内的气体分子能够通过泄气孔9进入第二音腔46内，第二音腔46内气体分子也能够通过泄气孔9进入第一音腔43内，平衡第一音腔43和第二音腔46的气压。泄气孔9可以平衡振动薄膜42两边的气压，从而可以调整整个骨传导麦克风的性能，如频率响应和信噪比等。泄气孔9的直径在5um-20um，孔大小对骨传导麦克风的低频响应有很大影响，孔大时在低频端会衰减，孔太小会影响平衡振动薄膜42两边的气压，也会影响信噪比。

示例性地，如图4所示是振动薄膜42为弹性软膜的结构示意图，弹性软膜采用聚酰亚胺或聚乙烯制成，泄气孔9为圆孔。如图5所示是振动薄膜42为弹性金属薄片的结构示意图，弹性金属薄片采用金属钢或金属铜制成，泄气孔9采用两种形状的孔，一种条状直线孔，另一种是条状弯折孔。

具体地，振动薄膜42可以设置成平面膜。在一些应用场景中，为了更好的提升振动效果，可将平面膜的边缘加工出多层褶皱，如图6所示，该褶皱可以降低振动薄膜42的刚度，提高振动薄膜42随声音振动的幅度，优化音质。

进一步地，收音振动模块4还包括质量块6，质量块6设置于振动薄膜42的表面。质量块6可以粘接在振动薄膜42的上表面、下表面或上下表面均设置质量块6，更好的辅助振动薄膜42的振动。

进一步地，声学元件5包括MEMS芯片51和ASIC芯片52，ASIC芯片52的第一端通过金线与MEMS芯片51电连接，ASIC芯片52的第二端通过金线与基板2电连接。MEMS芯片51将气压信号转换成电信号，再通过ASIC芯片52运算放大后输出。

进一步地，振动薄膜42粘接于第一围堰41上，提高安装牢固性。

进一步地，基板2开设有音室7，音室7作为声学亥姆霍兹共振腔与MEMS芯片51的背音腔连通且相互作用。MEMS芯片51包括MEMS背板511和MEMS振膜512，将音室7的截面形状设计为“凸”字形，改善MEMS振膜512的振动灵敏度，提高音质。具体地，MEMS振膜512与音室7对应设置，即在MEMS芯片51的背音腔下方还设置有音室7，音室7作为声学亥姆霍兹共振腔与MEMS芯片51的背音腔连通且相互作用，能明显地增大灵敏度，且可以通过改变音室7的大小来改变共振频率。最终，可以提高麦克风的灵敏度和信噪比，并调节频响特性。

示例性地，通过改变音室7的大小可以调节共振的频率。音室7体积越大，亥姆霍兹共振频率越小，测试SNR（Signal To Noise Ratio，信噪比）的1KHz频率越接近共振频率，表现出来的灵敏度就越高。同时基底噪声不变，所以SNR越高。

进一步地，壳体1采用金属材质制成，金属材质一方面质易于压铸成型，另一方面易于声音的传导，有利于提高音质。

本实施例还提供了一种语音通讯设备，该语音通讯设备包括电源和上述的MEMS骨传导麦克风。

MEMS骨传导麦克风的工作原理为：当人体语音振动信号通过骨骼传导到MEMS骨传导麦克风时，振动薄膜42上的质量块6受到该语音传递的振动信号后带动振动薄膜42一起振动，振动薄膜42所产生的振动幅度在第一音腔43内产生气压的变化，随振动频率和幅度引起的气压信号被MEMS芯片51的高灵敏度MEMS振膜512感知。质量块6的设置可以让振动薄膜42的振动效果更好，也对传入的振动信号更敏感，即使传入微小的振动信号也能引起振动薄膜42的振动。最后，MEMS芯片51将动态气压信号转换成电信号，再通过ASIC芯片52运算放大后输出。

如图7所示，为本实施例中MEMS骨传导麦克风典型的频响曲线。可以看出该骨传导麦克风具有优秀的低频响应，在低于3 kHz频率区间的频响曲线基本保持平直，灵敏度一致性非常高，可以保证人类语音振动的信号被骨传导麦克风高保真采集，完美再现。

综上，本实施例中，第一围堰41和第二围堰45的材质及加工方式可以采用3D打印或PCB 板加工而成；振动薄膜42表面的纹路、形状及泄气孔9的加工方式可以采用结构平面激光开槽，也可在边缘增加褶皱。MEMS芯片51可应用的类型可以为电容式，也可为压电式。

实施例二

本实施例提供了一种MEMS骨传导麦克风，与实施例一相比，本实施例提供的MEMS骨传导麦克风的基本结构与实施例一相同，仅收音振动模块4的设置存在差异，本实施例不再对与实施例一相同的结构进行赘述。

进一步地，如图8所示，收音振动模块4还包括位于容纳腔3内的第三围堰47，第三围堰47的第一端设置于基板2上，第三围堰47的第二端设置于第一围堰41远离振动薄膜42的一侧，第三围堰47形成第三音腔48，第三音腔48通过透气孔44与第一音腔43连通，声学元件5位于第三音腔48内。将收音振动模块4安装到基板2上，声音振动信号从壳体1传入容纳腔3，引起振动薄膜42的振动后依次通过第一音腔43、透气孔44进入第三音腔48并被声学元件5接受并处理。

本实施例中，收音振动模块4通过第三围堰47焊接或粘接的方式固定在基板2上，质量块6可以是金属或陶瓷等，MEMS芯片51和ASIC芯片52均用胶水粘贴在基板2上。基板2为PCB电路板。贴装好MEMS芯片51和ASIC芯片52的基板2过回流焊，壳体1使用SMT（SurfaceMountTechnology，表面组装技术）设备贴片回流焊。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种MEMS麦克风，其特征在于，以骨传导的方式拾取语音，包括：

壳体（1）；

基板（2），所述壳体（1）整体密封扣设于所述基板（2），所述壳体（1）与所述基板（2）围设形成容纳腔（3），所述基板（2）设置有线路层和通孔（8）；

收音振动模块（4），设置于所述容纳腔（3）内，所述收音振动模块（4）包括第一围堰（41）、第二围堰（45）和振动薄膜（42），所述振动薄膜（42）密封设置于所述第一围堰（41）顶部的开口处并与所述第一围堰（41）围设形成第一音腔（43），所述第一围堰（41）的底部开设有透气孔（44），所述第一音腔（43）与所述透气孔（44）连通；所述第二围堰（45）的第一端设置于所述壳体（1），所述第二围堰（45）的第二端设置于所述第一围堰（41）远离所述透气孔（44）的一侧，且所述振动薄膜（42）的外边缘夹设于所述第一围堰（41）和所述第二围堰（45）之间，所述振动薄膜（42）与所述第二围堰（45）围设形成第二音腔（46），所述振动薄膜（42）贯通开设有泄气孔（9）；

声学元件（5），设置于所述基板（2）且位于所述容纳腔（3）内， 所述声学元件（5）包括MEMS芯片（51）和ASIC芯片（52），所述ASIC芯片（52）的第一端通过金线与所述MEMS芯片（51）电连接，所述ASIC芯片（52）的第二端通过金线与所述基板（2）上的线路层和所述通孔（8）电连接；

所述基板（2）开设有音室（7），所述音室（7）作为声学亥姆霍兹共振腔与所述MEMS芯片（51）的背音腔相互连通。

2.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述收音振动模块（4）还包括质量块（6），所述质量块（6）设置于所述振动薄膜（42）的表面。

3.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述振动薄膜（42）与所述第一围堰（41）粘接。

4.根据权利要求2所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述音室（7）的截面形状为“凸”字形。

5.根据权利要求1所述的MEMS麦克风，其特征在于，所述壳体（1）采用金属材质制成。

6.一种语音通讯设备，其特征在于，包括电源和如权利要求1-5任一项所述的MEMS麦克风，所述MEMS麦克风与所述电源电连接。

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