CN219164733U - 声学传感器组件 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种声学传感器组件。该声学传感器组件包括壳体，该壳体具有外部装置接口以及通向壳体的内部的声音端口。在壳体内设置有电声换能器和电路。电声换能器将内部分隔成前腔容积和后腔容积，其中，声音端口以声学方式将前腔容积联接至壳体的外部。后腔容积包括第一部分和第二部分。将电路电联接至电声换能器以及外部装置接口。一个或更多个孔以声学方式联接后腔容积的第一部分和第二部分，并且被构造成对声学传感器组件的频率响应进行整形。

Description

声学传感器组件
技术领域
本实用新型总体上涉及声学传感器组件，更特别地，涉及具有改进频率响应的声学传感器组件，例如，微机电系统(MEMS)麦克风。
背景技术
微机电系统(MEMS)麦克风因其低成本、小尺寸、高灵敏度、以及高信噪比(SNR)而广泛用于各种装置，包括助听器、移动电话、智能扬声器、个人计算机以及其它装置和设备。MEMS麦克风通常包括设置在壳体中的MEMS马达和集成电路，该壳体由被安装在基部上的金属罐壳或屏蔽盖形成，该基部被配置用于与主机装置集成。MEMS马达将经由端口进入壳体的声音转换成由下游集成电路调节的电信号。经调节的电信号在麦克风的主机装置接口上输出以供主机装置使用。麦克风的性能可以由其在频率范围内的灵敏度(本文中被称为“频率响应”)来表征。灵敏度是模拟或数字输出信号与参考输入声压级(SPL)的比率，通常在1kHz下为1帕斯卡。然而，麦克风的灵敏度跨所有关注频率是不均匀的，并且可能不满足希望的性能规范。
通过考虑以下详细描述以及下面描述的附图，本实用新型的各个方面、特征以及优点对于本领域普通技术人员将变得更完全显见。
实用新型内容
本实用新型的一方面涉及一种声学传感器组件，所述声学传感器组件包括：壳体，所述壳体具有外部装置接口以及通向所述壳体的内部的声音端口；电声换能器，所述电声换能器设置在所述壳体的所述内部，并且将所述壳体的所述内部分隔成前腔容积和后腔容积，所述声音端口以声学方式将所述前腔容积联接至所述壳体的外部，并且所述后腔容积包括第一部分和第二部分；电路，所述电路设置在所述壳体的所述内部，并且电联接至所述电声换能器以及所述外部装置接口上的电触点；以及孔，所述孔以声学方式联接所述后腔容积的所述第一部分与所述后腔容积的所述第二部分，其中，所述孔被构造成对所述声学传感器组件的频率响应进行整形。
所述壳体包括设置在基部的表面上的盖子，所述电声换能器安装在所述基部上，所述声音端口位于所述盖子上，并且所述孔是至少部分地贯穿所述基部设置的。
所述孔是将所述后腔容积的所述第一部分与所述后腔容积的所述第二部分分隔开的屏的部分。
所述后腔容积的所述第一部分位于所述盖子与所述基部之间，并且所述后腔容积的所述第二部分至少部分地形成在所述基部中。
所述后腔容积的所述第二部分全部形成在所述基部中，并且所述孔形成在所述基部的将所述后腔容积的所述第一部分与所述后腔容积的所述第二部分分隔开的一部分中。
所述声学传感器组件还包括第二盖子，所述第二盖子设置在所述基部的与所述盖子相反的表面上，所述第二盖子包括所述后腔容积的所述第二部分的至少一部分。
所述频率响应的整形基于所述孔的特征。
所述频率响应的整形由传感器灵敏度对比频率来表征，并且在所述后腔容积的所述第一部分与所述后腔容积的所述第二部分之间的所述孔被构造成增加在11kHz以上的频率处的灵敏度。
所述频率响应的整形由传感器灵敏度对比频率来表征，所述孔包括多个孔，并且所述传感器灵敏度基于所述多个孔的组合声阻抗。
附图说明
下面，结合附图更详细地描述本实用新型，并且其中，相同标号表示相同组件：
图1至图2是具有在麦克风组件中内部地形成的增强后腔容积的麦克风组件的立体图；
图3是具有增强后腔容积的第一实现的、图1的麦克风组件的俯视图；
图4至图5分别是图3的麦克风组件的沿着线A-A和B-B截取的截面图；
图6是具有增强后腔容积的第二实现的、图1的麦克风组件的俯视图；
图7至图8分别是图6的麦克风组件的沿着线C-C和D-D截取的截面图；
图9是具有增强后腔容积的第三实现的、图1的麦克风组件的俯视图；
图10至图11分别是图9的麦克风组件的沿着线E-E和F-F截取的截面图；
图12至图14是用于增强后腔容积的不同的孔构型；
图15是不同孔构型的频率响应曲线图；
图16是具有在麦克风组件中外部地形成的增强容积的麦克风组件的截面图；以及
图17至图18是图16的麦克风组件的分解立体图。
具体实施方式
根据本实用新型的一个方面，声学传感器组件(例如，MEMS麦克风组件)包括设置在壳体内的电声换能器(例如，MEMS马达)和电路。还将电路设置在壳体内并且电联接至电声换能器和壳体的外部装置接口上的电触点。换能器将内部分隔成前腔容积和后腔容积。声音端口前腔容积以声学方式联接至壳体的外部，并且后腔容积包括第一部分和第二部分。一个或更多个孔以声学方式联接后腔容积的第一部分和第二部分，并且被构造成对声学传感器组件的频率响应进行整形。可以将声学传感器组件实现为麦克风或振动传感器以及其它传感器及其组合。
在一些实施方式中，壳体包括设置在基部的表面上的盖子，将电声换能器安装在基部上，并且使声音端口位于盖子上。第一后腔容积部分位于盖子与基部之间。第二后腔容积部分至少部分地位于基部中。在一个实现中，第二后腔容积的一部分位于基部中。在另一实现中，整个第二后腔容积部分位于基部中。根据第二后腔容积部分是全部地还是部分地位于基部中，来将所述一个或更多个孔部分地或全部地贯穿基部的将后腔容积的第一部分和第二部分分隔开的一部分设置。在某些实施方式中，将第二盖子设置在基部的与盖子相反的表面上，其中，所述一个或更多个孔全部延伸贯穿基部，并且后腔容积的至少一部分位于第二盖子中。在本文所描述的各种声学传感器组件中，所述一个或更多个孔可以是将后腔容积的第一部分和第二部分分隔开的屏(screen)或其它阻尼构件的一部分。例如，可以将屏设置在基部中的连接至后腔容积的孔上方。屏将后腔容积的第一部分和第二部分隔开。另选地，所述一个或更多个孔可以是部分地或全部地贯穿基部的一个或更多个开口，而没有屏或其它阻尼构件。
在各种实施方式中，在后腔容积的第一部分与第二部分之间的所述一个或更多个孔的特性对声学传感器组件的频率响应进行整形。这些特性包括：声阻抗(例如，电阻)、惯性、或顺应性或其任何组合。频率响应可以由传感器灵敏度对比频率的曲线来表征。可以将后腔容积的第一部分与第二部分之间的所述一个或更多个孔构造成，增加或降低传感器在某些频率下的灵敏度。
图1和图2示出了声学传感器组件100的立体图，该声学传感器组件包括壳体102，该壳体102具有被安装在基部108上的罩子或盖子104。盖子包括声音端口106，声音可以通过该声音端口进入壳体。可以将盖子配置成屏蔽壳体的内部免受电磁干扰。基部包括顶表面109(其上安装有盖子)和底表面110(仅在图2中示出)。底表面包括具有电触点111至113(例如，电源电压、地、时钟、数据等)的外部装置接口。在图2中，将地平面示出为环形触点114。在其它的实施方式中，地触点具有不同的形状。在一个实现中，外部装置接口是适合于将传感器组件集成到主机装置的表面安装接口，例如通过回流或波动焊接或者某一其它已知或未来的表面安装技术。另选地，传感器组件可以包括用于与主机集成的通孔引脚。图1的麦克风组件示出了在盖子上具有声音端口的顶部端口装置。
在一个实现中，一般来说，顶部端口传感器组件包括在传感器组件中内部地形成的增强后腔容积。将后腔容积配置成，对传感器组件的频率响应进行整形，如本文进一步描述的。在图3、图6以及图9中，基部包括侧壁302、304以及端壁306，308。在图4、图5、图7、图8、图10以及图11中，将电声换能器402和电路502(例如，集成电路)设置在壳体的内部。将电路电联接至电声换能器以及外部装置接口上的电触点。电声换能器可以是任何合适的类型，包括：电容、压电或光学换能装置，尤其是利用驻极体材料，微机电系统(MEMS)技术或者其它已知或未来的技术实现的。将电声换能器配置成将声音转换成电信号。一旦转换，电路就先对该电信号进行调节，然后再在外部装置接口处提供经调节的信号。这种调节可以包括：缓冲、放大、滤波、用于数字装置的模数(A/D)转换、以及信号协议格式化等调节或处理。
通常，电声换能器将壳体的内部分隔成前腔容积和后腔容积。声音端口以声学方式将前腔容积联接至壳体的外部。后腔容积包括通过一个或更多个孔以声学方式联接至第二后腔容积部分的第一后腔容积部分，其中，该孔被构造成，对传感器的频率响应进行整形。
在图4、图5、图7、图8、图10以及图11中，电声换能器将壳体的内部分隔成前腔容积404和后腔容积406。声音端口以声学方式将前腔容积联接至壳体的外部。后腔容积包括第一部分407和第二部分408。后腔容积的第一部分至少部分地位于电声换能器与基部之间。后腔容积的第二部分全部位于基部中并且部分地由基部的侧壁和端壁限定。在图4、图5、图7、图8、图10以及图11中，后腔容积的第二部分408是全部形成在基部中的空腔。在图16和图17中，后腔容积的第二部分是部分地处于基部中的空腔。后腔容积的位于基部中的所述部分可以通过钻孔、铣削、或模制以及其它制造技术来形成。
在图4、图5、图7、图8、图10以及图11中，一个或更多个孔410以声学方式连接后腔容积的第一部分和第二部分。图12至图14示出了具有不同构型的多个孔。在图12中，该构型包括与图3至图5的所述多个孔相对应的两个阵列化孔。在图13中，该构型包括与图6至图8的所述多个孔相对应的四个阵列化孔。在图14中，该构型包括与图9至图11的所述多个孔相对应的六个阵列化孔。另选地，单个孔可以连接后腔容积的第一部分和第二部分。
图16至图18例示了传感器组件100的另一实施方式，其中，后腔容积的一部分是由第二盖子1602形成的，该第二盖子被紧固至基部108的与盖子104相反的部分。以这种方式，由第二盖子形成的封闭容积构成后腔容积的第二部分的一部分。延伸贯穿基部的一个或更多个通气孔1604以声学方式连接后腔容积的第一部分和第二部分。所述一个或更多个孔可以是设置在所述一个或更多个通气孔的一部分1608上方的屏、网或其它面板1606的一部分。
传感器组件的声学性能可以通过在结构上配置联接后腔容积的第一部分和第二部分的所述一个或更多个孔来进行整形或修改。例如，所述一个或更多个孔的声阻抗可以通过选择性地确定后腔容积的第一部分与第二部分之间的孔的尺寸来进行配置。另选地，声阻抗可以通过增加或减少后腔容积的第一部分与第二部分之间的孔的数量来进行配置。声阻抗还可以通过经由在所述一个或更多个孔之中或之上引入或移除机械堵塞介质(例如，屏、隔板等)来阻碍或增强声音传播通过所述一个或更多个孔来进行配置。
通常，后腔容积的第一部分与第二部分之间的所述一个或更多个孔的较低声阻抗增加了传感器在较高频率下的灵敏度，反之亦然。在一个实现中，将所述一个或更多个孔构造成，增加高于11kHz的频率下的灵敏度。图15示出了连接后腔容积的第一部分和第二部分的所述一个或更多个孔的不同构型的频率响应。曲线1502对应于具有图12的双孔阵列构型的传感器组件的频率响应。曲线1504对应于具有图13的四孔阵列构型的传感器组件的频率响应。曲线1506对应于具有图14的六孔阵列的传感器组件的频率响应。四孔阵列具有比二孔阵列小的声阻抗。类似地，六孔阵列具有比四孔阵列小的声阻抗。在图15中，曲线1504示出了具有四个孔阵列的传感器组件比具有(以声学方式联接后腔容积的第一部分和第二部分的)二孔阵列的传感器组件在更高频率下具有更大的灵敏度。曲线1506示出了具有六孔阵列的传感器组件比具有四孔阵列的传感器组件在更高频率下具有更大的灵敏度。另选地，可以通过减小后腔容积的第一部分与第二部分之间的单个孔的声阻抗来获得灵敏度的增加。相反地，通过增加后腔容积的第一部分与第二部分之间的一个或更多个孔的声阻抗，可以降低频率响应在较高频率的灵敏度。
在其它优点当中，采用多个孔来增强麦克风或另一传感器的后腔容积可以用于在麦克风中产生更期望的频率响应。本领域普通技术人员将认识到其它益处。
虽然本实用新型和目前被认为是其最佳模式的内容已经以确定本发明人拥有并且使得本领域普通技术人员能够制造和使用其的方式进行了描述，但应理解和清楚，本文所公开的示例性实施方式存在许多等同物，并且可以在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下对这些实施方式进行种种修改和变化，这些修改和变化不受示例性实施方式的限制，而是受所附权利要求所限制。

Claims (9)

1.一种声学传感器组件，其特征在于，所述声学传感器组件包括：
壳体，所述壳体具有外部装置接口以及通向所述壳体的内部的声音端口；
电声换能器，所述电声换能器设置在所述壳体的所述内部，并且将所述壳体的所述内部分隔成前腔容积和后腔容积，所述声音端口以声学方式将所述前腔容积联接至所述壳体的外部，并且所述后腔容积包括第一部分和第二部分；
电路，所述电路设置在所述壳体的所述内部，并且电联接至所述电声换能器以及所述外部装置接口上的电触点；以及
孔，所述孔以声学方式联接所述后腔容积的所述第一部分与所述后腔容积的所述第二部分，
其中，所述孔被构造成对所述声学传感器组件的频率响应进行整形。
2.根据权利要求1所述的声学传感器组件，其特征在于，所述壳体包括设置在基部的表面上的盖子，所述电声换能器安装在所述基部上，所述声音端口位于所述盖子上，并且所述孔是至少部分地贯穿所述基部设置的。
3.根据权利要求2所述的声学传感器组件，其特征在于，所述孔是将所述后腔容积的所述第一部分与所述后腔容积的所述第二部分分隔开的屏的部分。
4.根据权利要求2所述的声学传感器组件，其特征在于，所述后腔容积的所述第一部分位于所述盖子与所述基部之间，并且所述后腔容积的所述第二部分至少部分地形成在所述基部中。
5.根据权利要求4所述的声学传感器组件，其特征在于，所述后腔容积的所述第二部分全部形成在所述基部中，并且所述孔形成在所述基部的将所述后腔容积的所述第一部分与所述后腔容积的所述第二部分分隔开的一部分中。
6.根据权利要求4所述的声学传感器组件，其特征在于，所述声学传感器组件还包括第二盖子，所述第二盖子设置在所述基部的与所述盖子相反的表面上，所述第二盖子包括所述后腔容积的所述第二部分的至少一部分。
7.根据权利要求1所述的声学传感器组件，其特征在于，所述频率响应的整形基于所述孔的特征。
8.根据权利要求7所述的声学传感器组件，其特征在于，所述频率响应的整形由传感器灵敏度对比频率来表征，并且在所述后腔容积的所述第一部分与所述后腔容积的所述第二部分之间的所述孔被构造成增加在11kHz以上的频率处的灵敏度。
9.根据权利要求7所述的声学传感器组件，其特征在于，所述频率响应的整形由传感器灵敏度对比频率来表征，所述孔包括多个孔，并且所述传感器灵敏度基于所述多个孔的组合声阻抗。
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