-
GEBIET
-
Ausführungsformen betreffen ein Mikrofongehäuse zum Bereitstellen eines Mikrofonsignals und ein Verfahren zum Erzeugen eines Mikrofonsignals.
-
HINTERGRUND
-
Mikrofone werden zum Aufzeichnen von Umgebungsgeräuschen oder Umgebungsschall verwendet. Telekommunikationsanwendungen verwenden häufig Mikrofone mit einer geringen Größe. Ein Beispiel eines Mikrofons geringer Größe ist ein Siliciummikrofon oder ein als ein mikroelektromechanisches System (MEMS) implementiertes Mikrofon. Zum Bereitstellen einer guten Qualität des aufgezeichneten Tons oder um Anforderungen von Kunden zu genügen, können eine hohe Linearität, hohe Signal-Rausch-Verhältnisse (SNR) oder die Übereinstimmung mit einer vorgegebenen spektralen Maske für die Antwortfunktion eines Mikrofons erforderlich sein. Einige der vorstehend erwähnten Anforderungen können durch Abstimmen von Mikrofonparametern in der Art eines freien Volumens hinter einer Abtastmembran, der Steifigkeit der Membran, eines Schalleinlasses usw. erfüllt werden. Einige der herkömmlichen Ansätze für das Erhöhen der Linearität der Antwortfunktion können das Signal-Rausch-Verhältnis verringern. Einige Anwendungen können jedoch eine hohe Qualität oder ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis erfordern. Es gibt daher einen Wunsch für das Bereitstellen von Mikrofongehäusen mit verbesserten Eigenschaften.
-
KURZFASSUNG
-
Es besteht ein Bedarf am Bereitstellen eines verbesserten Konzepts für ein Mikrofongehäuse und eine Audioverarbeitungsvorrichtung.
-
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
-
Gemäß einigen Ausführungsformen werden ein Mikrofon und eine mit dem Mikrofon gekoppelte Klangregelungsvorrichtung innerhalb eines Mikrofongehäuses bereitgestellt.
-
Optional umfasst das Mikrofongehäuse ferner einen Anschluss zum Bereitstellen des modifizierten Mikrofonsignals.
-
Ferner ist die Klangregelungsvorrichtung optional mit dem Anschluss gekoppelt.
-
Optional umfasst das Mikrofongehäuse ferner ein gemeinsames Gehäuse, welches das Mikrofon und die Klangregelungsvorrichtung zumindest teilweise einschließt.
-
Ferner umfasst das Mikrofongehäuse weiter eine Dichtungsmasse, welche zumindest eines vom Mikrofon und von der Klangregelungsvorrichtung einschließt.
-
Optional umfasst das Mikrofongehäuse ferner Anschlüsse zum elektrischen Verbinden aller Komponenten des Mikrofongehäuses mit weiteren Schaltungsanordnungen.
-
Ferner umfasst das Mikrofongehäuse optional weiter einen einzelnen Versorgungsspannungsanschluss zum Empfangen einer gemeinsamen Versorgungsspannung für das Mikrofon und die Klangregelungsvorrichtung.
-
Optional umfasst das Mikrofongehäuse ferner einen Schalleinlass im Gehäuse, um Druckschwankungen an einer Membran des Mikrofons innerhalb des Gehäuses zu ermöglichen.
-
Ferner ist das Mikrofon optional als ein mikroelektromechanisches System implementiert.
-
Optional sind die Klangregelungsvorrichtungund das Mikrofon mit einer gemeinsamen gedruckten Leiterplatte gekoppelt.
-
Ferner ist die Klangregelungsvorrichtung optional dafür ausgelegt, ein Mikrofonsignal zu modifizieren, so dass das Signal-Rausch-Verhältnis des modifizierten Mikrofonsignals verglichen mit dem Mikrofonsignal verringert wird.
-
Optional ist die Klangregelungsvorrichtung dafür ausgelegt, das Mikrofonsignal so zu modifizieren, dass eine resonante Komponente innerhalb eines Frequenzgangs des Mikrofonsignals verringert ist.
-
Ferner ist die Klangregelungsvorrichtung optional dafür ausgelegt, einen ersten Frequenzabschnitt des Mikrofonsignals innerhalb des bei 15 kHz beginnenden und bei 20 kHz endenden Intervalls in Bezug auf einen bei 1 kHz beginnenden und bei 5 kHz endenden zweiten Frequenzabschnitt abzuschwächen.
-
Optional umfasst die Klangregelungsvorrichtung ein infinites Impulsantwortfilter.
-
Ferner umfasst die Klangregelungsvorrichtung optional ein finites Impulsantwortfilter.
-
Optional ist das finite Impulsantwortfilter dritter Ordnung.
-
Ferner ist optional eine Eigenschaft der Klangregelungsvorrichtung veränderlich.
-
Optional hängt die Eigenschaft von einer Abtastfrequenz eines Analog-Digital-Wandlers ab.
-
Ferner umfasst das Mikrofongehäuse weiter optional einen Analog-Digital-Wandler, der zwischen das Mikrofon und die Klangregelungsvorrichtung geschaltet ist.
-
Optional umfasst das Mikrofongehäuse ferner einen Modulator, der zwischen die Klangregelungsvorrichtung und den Anschluss geschaltet ist, um eine einzelbitcodierte Darstellung des modifizierten Mikrofonsignals bereitzustellen.
-
Ferner umfasst das Mikrofongehäuse optional weiter einen Verstärker, der zwischen das Mikrofon und die Klangregelungsvorrichtung geschaltet ist.
-
Eine Audioverarbeitungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen umfasst ein Mikrofongehäuse zum Bereitstellen eines Mikrofonsignals, wobei das Mikrofongehäuse ein Mikrofon und eine Klangregelungsvorrichtung umfasst. Die Audioverarbeitungsvorrichtung umfasst ferner eine gedruckte Leiterplatte mit einem Signalanschluss, der mit einem entsprechenden Signalanschluss des Mikrofongehäuses verbunden ist, um ein Mikrofonsignal zur gedruckten Leiterplatte zu übertragen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachstehend nur als Beispiel und mit Bezug auf die anliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Ausführungsform eines Mikrofongehäuses,
-
2 ein Blockdiagramm der Komponenten einer weiteren Ausführungsform eines Mikrofongehäuses,
-
3 ein Blockdiagramm einer Implementation einer Klangregelungseinrichtung,
-
4 eine Darstellung des Frequenzgangs eines Mikrofons,
-
5 eine Antwortfunktion gemäß einer Ausführungsform,
-
6 eine Antwortfunktion gemäß einer weiteren Ausführungsform,
-
7 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Mikrofonsignals in einem Mikrofongehäuse,
-
8 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Mikrofongehäuses und
-
9 eine Draufsicht und eine Bodenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Mikrofongehäuses.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Verschiedene als Beispiel dienende Ausführungsformen werden nun vollständiger mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in der einige als Beispiel dienende Ausführungsformen dargestellt sind. In den Figuren können die Dicken von Linien, Schichten und/oder Gebieten aus Gründen der Klarheit übertrieben sein.
-
Wenngleich dementsprechend weitere Ausführungsformen verschiedene Modifikationen und alternative Formen haben können, sind einige als Beispiel dienende Ausführungsformen davon in den Figuren beispielhaft dargestellt und werden hier detailliert beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass es nicht beabsichtigt ist, als Beispiel dienende Ausführungsformen auf die offenbarten speziellen Formen zu beschränken, sondern als Beispiel dienende Ausführungsformen sollen im Gegenteil alle Modifikationen, gleichwertigen Ausgestaltungen und Alternativen abdecken, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Gleiche Zahlen beziehen sich in der Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente.
-
Es ist zu verstehen, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element "verbunden" oder "gekoppelt" bezeichnet wird, es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein kann, oder dass Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als mit einem anderen Element "direkt verbunden" oder "direkt gekoppelt" bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Andere Wörter, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in entsprechender Weise interpretiert werden (beispielsweise "zwischen" gegenüber "direkt zwischen", "angrenzend" gegenüber "direkt angrenzend" usw.).
-
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Beschreiben spezieller als Beispiel dienender Ausführungsformen und ist nicht als weitere als Beispiel dienende Ausführungsformen einschränkend vorgesehen. Hier sollen die Singularformen "ein", "eine", "eines" und "der/die/das" auch die Pluralformen einschließen, sofern der Zusammenhang nichts anderes klar angibt. Es sei ferner bemerkt, dass die Begriffe "umfasst", "umfassend", "weist auf" und/oder "aufweisend", wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein erwähnter Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
-
Sofern nichts anderes definiert wird, haben alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung, wie Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet, zu dem die als Beispiel dienenden Ausführungsformen gehören, üblicherweise verstehen werden. Es sei ferner bemerkt, dass Begriffe, beispielsweise jene, die in üblicherweise verwendeten Wörterbüchern definiert sind, als eine Bedeutung aufweisend interpretiert werden sollten, die mit ihrer Bedeutung in Zusammenhang mit der relevanten Technik konsistent ist und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert wird, es sei denn, dass dies hier ausdrücklich so definiert wird.
-
1 zeigt eine Konzeptansicht einer als Beispiel dienenden Ausführungsform eines Mikrofongehäuses 100, das ein Mikrofon 102 und eine Klangregelungsvorrichtung 104 umfasst. Das Mikrofon 102 wird verwendet, um Umgebungsschall, Sprache, Musik oder dergleichen aufzuzeichnen und ein Mikrofonsignal 106 bereitzustellen. Das Aufzeichnen oder Bereitstellen eines Mikrofonsignals kann als ein elektrisches Signal bereitstellend verstanden werden, das vom Umgebungsschall oder mit anderen Worten vom auf das Mikrofon 102 einwirkenden Schalldruck abhängt. Es können verschiedene Mikrofontypen verwendet werden, beispielsweise Elektretmikrofone oder andere Kondensatormikrofone. Ein spezielles Beispiel ist ein als ein mikroelektromechanisches System implementiertes Siliciummikrofon. Das heißt, dass die Membran und andere Komponenten, die das Mikrofon bilden, unter Verwendung von Verarbeitungsschritten und -techniken hergestellt werden können, die üblicherweise bei der Mikroprozessorherstellung verwendet werden.
-
Einige der Eigenschaften des Mikrofons, die das resultierende Mikrofonsignal in Beziehung mit dem einwirkenden Schalldruck setzen, können durch Hardwareeigenschaften des Mikrofons selbst abgestimmt werden, beispielsweise das rückseitige Volumen oder die Steifigkeit einer Membran des Mikrofons 102. Das Mikrofongehäuse 100 gemäß als Beispiel dienenden Ausführungsformen umfasst ferner eine Klangregelungsvorrichtung 104 zum Modifizieren des Mikrofonsignals 106, um ein modifiziertes Mikrofonsignal 108 bereitzustellen. Das modifizierte Mikrofonsignal 108 wird an einem Ausgang des Mikrofongehäuses 100 bereitgestellt.
-
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen verwenden die Klangregelungsvorrichtung, um das Mikrofonsignal so zu modifizieren, dass das Signal-Rausch-Verhältnis des modifizierten Mikrofonsignals verglichen mit dem Signal-Rausch-Verhältnis des Mikrofonsignals verringert wird. Dies kann es erlauben, ein Mikrofongehäuse bereitzustellen, welches ein Signal mit verbesserten Eigenschaften bereitstellt.
-
Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen ist die Klangregelungsvorrichtung dafür ausgelegt, das Mikrofonsignal so zu modifizieren, dass eine resonante Komponente innerhalb eines Frequenzgangs des Mikrofonsignals verringert wird. Der Frequenzgang und das Signal-Rausch-Verhältnis des Mikrofonsignals können vom Gehäuse abhängen. Als Beispiel dienende Ausführungsformen können daher Mikrofongehäuse vorsehen, die verwendet werden können, ohne dass eine weitere Signalverarbeitung durch den Kunden erforderlich wäre, selbst wenn verbesserte Signaleigenschaften erforderlich sind.
-
Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen schließt das Modifizieren des Mikrofonsignals 106 das Abschwächen oder Verstärken erster Frequenzkomponenten des Mikrofonsignals 106 in Bezug auf verschiedene zweite Frequenzkomponenten durch die Klangregelungsvorrichtung 104 ein.
-
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen verwenden ein finites Impulsantwortfilter (FIR) innerhalb der Klangregelungsvorrichtung 104. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen stellt dies eine kostenwirksame Implementation der Klangregelungsvorrichtung 104 bereit und ermöglicht eine Verbesserung einer Signaleigenschaft des Mikrofonsignals 108. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen ist das finite Impulsantwortfilter von der dritten Ordnung. Falls die Antwortfunktion des Mikrofons eine resonante Eigenschaft oder eine Resonanzspitze innerhalb des untersuchten Spektrums aufweist, kann ein FIR-Filter mit drei Koeffizienten in der Lage sein, die Inverse des Frequenzgangs des Mikrofons 102 zu modellieren. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen sind die Koeffizienten des FIR-Filters programmierbar oder veränderlich. Dies kann dazu dienen, die gewünschten Filtereigenschaften beizubehalten, wenn die Klangregelungsvorrichtung 104 mit verschiedenen Abtastfrequenzen betrieben wird, um mehrere Anwendungsszenarien durch ein einziges Mikrofongehäuse 100 zu unterstützen.
-
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen umfassen ferner einen Analog-Digital-Wandler, um das Mikrofonsignal 106 innerhalb des digitalen Bereichs verarbeiten zu können. Hierdurch kann die Flexibilität der Anwendung erhöht werden, beispielsweise indem mehrere Abtastfrequenzen für aufeinander folgende Komponenten unterstützt werden.
-
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen umfassen ein infinites Impulsantwortfilter (IIR) innerhalb der Klangregelungsvorrichtung 104. Weitere als Beispiel dienende Ausführungsformen umfassen ein Tiefpassfilter innerhalb der Klangregelungsvorrichtung. Ein Tiefpassfilter kann entweder als ein Digitalfilter oder ein Analogfilter implementiert werden.
-
Das modifizierte Mikrofonsignal 108 kann in beliebigen verschiedenen Darstellungen bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Einzelbitprotokoll verwendet werden, so dass das modifizierte Mikrofonsignal als ein Bitstrom bereitgestellt wird. Andere Implementationen können das modifizierte Mikrofonsignal als eine Sequenz von Bytes, beispielsweise im Hexadezimalsystem oder im Dezimalsystem, bereitstellen. Weitere Ausführungsformen können ein modifiziertes Mikrofonsignal als ein Analogsignal bereitstellen.
-
Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen stellen ein modifiziertes Mikrofonsignal in einer Einzelbitdarstellung bereit und können einen Modulator zum Bereitstellen der Einzelbitdarstellung aus einer Mehrbitdarstellung, die in vorhergehenden Verarbeitungsschritten innerhalb des Mikrofongehäuses verwendet werden kann, bereitstellen.
-
Ein Mikrofongehäuse 100 gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen umfasst ferner einen oder mehrere Anschlüsse, um die Möglichkeit bereitzustellen, alle Komponenten innerhalb des Mikrofongehäuses in einem einzigen Montageschritt durch den Anschluss (die Anschlüsse) mit weiteren Schaltungsanordnungen, gedruckten Leiterplatten oder dergleichen zu verbinden. Einige als Beispiel dienende Ausführungsformen eines Mikrofongehäuses 100 umfassen eine gemeinsame Gehäuseanordnung, welche das Mikrofon und die Klangregelungsvorrichtung zumindest teilweise umschließt, wobei die gemeinsame Gehäuseanordnung Zufuhrverbinder für die elektrische Verbindung aller Komponenten des Mikrofongehäuses mit weiteren Schaltungsanordnungen aufweist. Ein Mikrofongehäuse 100 gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen kann als eine einzelne Einheit verstanden werden, die als eine diskrete unabhängige Vorrichtung behandelt werden kann, so dass die Komponenten innerhalb des Mikrofongehäuses mit weiteren Vorrichtungen oder Schaltungsanordnungen verbunden werden können, indem das Mikrofongehäuse insgesamt mit den weiteren Schaltungsanordnungen elektrisch verbunden wird. Dies kann es ermöglichen, die Anzahl der innerhalb einer Anwendung verwendeten Anschlüsse zu verringern, beispielsweise indem ein einziger Versorgungsspannungsanschluss für das Mikrofon und die Klangregelungsvorrichtung innerhalb des Gehäuses verwendet wird.
-
2 zeigt eine weitere als Beispiel dienende Ausführungsform eines Mikrofongehäuses 100, wobei ein MEMS-Mikrofon 102 als das Mikrofon für das Bereitstellen des Mikrofonsignals 106 verwendet wird. Bei dem speziellen Beispiel umfasst das MEMS-Mikrofon einen Wandler 111, der als eine MEMS-Vorrichtung implementiert ist, einen Sourcefolger 114 und einen nachfolgenden Verstärker 116 zur Vorverarbeitung und Vorverstärkung eines Rohsignals des Wandlers 111, um das Mikrofonsignal 106 an den dynamischen Eingangsbereich eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) 110 anzupassen. Die Klangregelungsvorrichtung 104 wird gemäß einer Ausführungsform im digitalen Bereich implementiert, und das Mikrofongehäuse 100 umfasst den Analog-Digital-Wandler 110, um eine digitale Darstellung des Mikrofonsignals 112 im digitalen Bereich bereitzustellen. Bei dem in 2 dargestellten Beispiel stellt das Mikrofon 102 ein analoges Mikrofonsignal 106 bereit. Bei weiteren Beispielen kann ein Mikrofon ein Digitalsignal bereitstellen, so dass der Analog-Digital-Wandler 110 auch Teil des Mikrofons 102 sein kann. Die Klangregelungsvorrichtung 104 stellt das modifizierte Mikrofonsignal bereit. Gemäß der als Beispiel dienenden Ausführungsform aus 2 ist der Analog-Digital-Wandler 110 ein Mehrbitwandler, so dass das modifizierte Mikrofonsignal 108 eine Mehrbitdarstellung ist. Ein Modulator 120 des Mikrofongehäuses 100 überträgt gemäß einer Ausführungsform die Mehrbitdarstellung in eine Einzelbitdarstellung des modifizierten Mikrofonsignals 108, welche vom Mikrofongehäuse 100 ausgegeben wird.
-
Es sei bemerkt, dass die Tatsache, dass die hier erläuterten Funktionsblöcke nicht so ausgelegt werden sollten, dass sie bedeuten, dass die entsprechende Funktionalität notwendigerweise in einem einzigen Hardwarebestandteil oder in einer einzigen Vorrichtung implementiert werden muss. Stattdessen können die verschiedenen Funktionalitäten auf verschiedene Vorrichtungen verteilt werden oder in einer einzigen Vorrichtung implementiert werden. Beispielsweise können der Sourcefolger 114, der Verstärker 116, der Analog-Digital-Wandler 110, die Klangregelungsvorrichtung 104 und der Modulator 120 aus 2 bei einigen Beispielen als ein einziger ASIC oder eine einzige Vorrichtung implementiert werden, während sie bei anderen Beispielen unter Verwendung von zwei oder mehr getrennten Vorrichtungen implementiert werden können.
-
Gemäß der Ausführungsform aus 2 ist eine Abtastfrequenz Fs des Analog-Digital-Wandlers 110 veränderlich, so dass mehrere Abtastfrequenzen durch das Mikrofongehäuse 100 unterstützt werden können. Gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen von Mikrofongehäusen ist eine Eigenschaft der Klangregelungsvorrichtung 104 veränderlich, was es ermöglichen kann, ähnliche Modifikationseigenschaften der Klangregelungsvorrichtung 104 für verschiedene Abtastfrequenzen des Analog-Digital-Wandlers 110 zu erreichen.
-
3 zeigt in weiteren Einzelheiten ein finites Impulsantwortfilter 300, wie es bei einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen der Klangregelungsvorrichtungen 104 verwendet werden kann. Das finite Impulsantwortfilter 300 arbeitet im zeitdiskreten digitalen Bereich und stellt bei jedem Verarbeitungsschritt ein Ausgangssignal 310 bereit, das vom mit einem ersten Skalierungsparameter (c0) 314 multiplizierten gegenwärtigen Eingangssignal 312 abhängt. Das Ausgangssignal 310 hängt ferner vom mit einem zugeordneten zweiten Skalierungsparameter (c1) 318 multiplizierten vorhergehenden Eingangssignal oder Abtastwert 316 und vom mit einem dritten Skalierungsparameter (c2) 322 multiplizierten vorletzten Eingangssignal 320 ab. Das Ausgangssignal 300 ist die Summe eines skalierten Eingangsabtastwerts 312, eines skalierten vorhergehenden Eingangsabtastwerts 316 und eines skalierten vorletzten Eingangsabtastwerts 320.
-
4 zeigt einen Frequenzgang eines MEMS-Mikrofons, wie es als ein Mikrofon 102 innerhalb eines Mikrofongehäuses gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform verwendet werden kann. Die x-Achse zeigt die Frequenz in Einheiten von zehn kHz, und die y-Achse zeigt den Betrag des Ansprechens des MEMS-Mikrofons in dB. Die Graphik 400 zeigt eine erhebliche Resonanzspitze im verwendbaren Band, das bei typischen Mikrofonanwendungen beispielsweise von einigen zehn Hz bis zu 20 kHz reichen kann.
-
Die starke Resonanzspitze bei etwa 19 kHz führt zu einer Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Mikrofonsignals, was ein unerwünschtes Verhalten sein kann.
-
5 zeigt den Frequenzgang eines modifizierten Mikrofonsignals einer als Beispiel dienenden Ausführungsform eines Mikrofongehäuses 100 verglichen mit dem vom Mikrofon bereitgestellten Mikrofonsignal. Insbesondere sind drei verschiedene Graphiken 500a, 500b und 500c gezeigt, welche eine Variation des Frequenzgangs des Mikrofonsignals des MEMS-Mikrofons um etwa ±10 % annehmen. Eine wünschenswerte Frequenzmaske 510 ist in unterbrochenen Linien dargestellt und gibt einen Frequenzgang an, wie er für die jeweilige Implementation wünschenswert ist.
-
Die Graphiken 502a, 502b und 502c zeigen die Frequenzgänge des modifizierten Mikrofonsignals, wie sie durch ein Mikrofongehäuse gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform erreicht werden. Gemäß der als Beispiel dienenden Ausführungsform wird ein finites Impulsantwortfilter dritter Ordnung innerhalb der Klangregelungsvorrichtung 104 verwendet. Wenngleich die Implementation eines FIR-Filters dritter Ordnung wirtschaftlich vorteilhaft ist, zeigt 5, dass auch wenn sich die Eigenschaften der MEMS-Mikrofone infolge von Herstellungsschwankungen um bis zu ±10 % ändern können, ein FIR-Filter dritter Ordnung mit identischen Filterkoeffizienten verwendet werden kann, um den Frequenzgang des Mikrofonsignals abzuflachen, so dass er in eine erforderliche spektrale Maske 510 passt. Dies kann das Signal-Rausch-Verhältnis des durch das Mikrofongehäuse bereitgestellten Mikrofonsignals erheblich verringern.
-
Insbesondere erhöht die als Beispiel dienende Ausführungsform eines Mikrofongehäuses das Signal-Rausch-Verhältnis des betrachteten MEMS-Mikrofons von etwa 65 dB auf 67,2 dB und damit um mehr als 2 dB. Das heißt, dass einige als Beispiel dienende Ausführungsformen das Signal-Rausch-Verhältnis um mehrere dB, beispielsweise um bis zu 2, 3, 4 oder sogar 5 dB und mehr erhöhen können.
-
Andere als Beispiel dienende Ausführungsformen können das Signal-Rausch-Verhältnis in einem geringeren Maße erhöhen, wobei der Frequenzgang des Mikrofonsignals und damit seine Linearität noch abgeflacht wird.
-
6 zeigt die Ausgabe einer weiteren als Beispiel dienenden Ausführungsform eines Mikrofongehäuses unter Verwendung einer Klangregelungseinrichtung mit einem Tiefpassfilter. Die Graphiken 500a bis 500c entsprechen den Graphiken aus 5 ebenso wie die spektrale Maske 510. Die Klangregelungseinrichtung gemäß der als Beispiel dienenden Ausführungsform, welche der Erläuterung von 6 zugrunde liegt, verwendet ein Tiefpassfilter zweiter Ordnung, um das Mikrofonsignal im digitalen Bereich zu modifizieren. Wie aus 6 ersichtlich ist, zeigen die Frequenzgänge der entsprechenden Graphiken 600a bis 600c, dass die spektrale Anforderung auch durch ein Tiefpassfilter erreicht werden kann, das beispielsweise unter Verwendung eines IIR-Filters implementiert werden kann. Die in 6 dargestellte als Beispiel dienende Ausführungsform führt auch zu einer Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses des modifizierten Mikrofonsignals des Mikrofongehäuses 100 um 2 dB.
-
7 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bereitstellen eines Mikrofonsignals in einem Mikrofongehäuse.
-
Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Mikrofonsignals bei 700 unter Verwendung eines Mikrofons eines mikroelektromechanischen Systems und das Modifizieren des Mikrofonsignals, um ein modifiziertes Mikrofonsignal bereitzustellen, bei 702.
-
8 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines Mikrofongehäuses 100. Das Mikrofongehäuse 100 weist ein Mikrofon 102 und eine Klangregelungsvorrichtung 104 auf. Das Mikrofon 102 ist als ein MEMS-Mikrofon implementiert und umfasst eine Membran 103, die ein rückseitiges Volumen 105 versiegelt. Eine Kapsel 107 umschließt das Mikrofon 102 und die Klangregelungsvorrichtung 104 zumindest teilweise. Eine Schallöffnung oder ein Schalleinlass 109 ist durch eine Öffnung in der Kapsel 107 gebildet, wodurch ermöglicht wird, dass Druckschwankungen in das Gehäuse eindringen, um eine Auslenkung der Membran 103 zu bewirken. Die Auslenkung der Membran 103 ändert die Kapazität des Mikrofons 102 und dient dazu, das Mikrofonsignal zu erzeugen. Das durch das Mikrofongehäuse 100 erzeugte Tonsignal wird an einem Anschluss 111 des Mikrofongehäuses 100 bereitgestellt. Die Klangregelungsvorrichtung 104 ist mit dem Mikrofon 102 und mit dem Anschluss 111 gekoppelt. Die Klangregelungsvorrichtung 104 ist gemäß einer Ausführungsform als ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) implementiert, und das MEMS-Mikrofon 102 ist auf einem getrennten Substrat ausgebildet. Das MEMS-Mikrofon 102 und der ASIC der Klangregelungsvorrichtung 104 sind beide auf einer gemeinsamen gedruckten Leiterplatte 115 (PCB) montiert, wodurch auch der äußere Anschluss 111 bereitgestellt ist. Die gedruckte Leiterplatte 115 und die Kapsel 107 bilden eine gemeinsame Gehäuseanordnung, welche das Mikrofon und die Klangregelungsvorrichtung zumindest teilweise einschließt, wobei zumindest eine Öffnung für den Schalleinlass 109 verbleibt. Das MEMS-Mikrofon 102 und der ASIC der Klangregelungsvorrichtung 104 können durch die gedruckte Leiterplatte 115 oder durch eine zusätzliche Schaltungsanordnung elektrisch gekoppelt sein.
-
Gemäß der Ausführungsform aus 8 sind das Mikrofon 102 und die Klangregelungsvorrichtung 104 beide durch eine gemeinsame Dichtungsmasse 113 innerhalb des Mikrofongehäuses 100 versiegelt. Die Dichtungsmasse 113 verschließt jedoch nicht den Schalleinlass 109. Das rückseitige Volumen 105 kann hermetisch versiegelt sein oder einen kleinen Ventilationskanal aufweisen, um eine Kompression der Luft innerhalb des rückseitigen Volumens 105 zu verhindern.
-
Gemäß weiteren Implementationen kann die Schallöffnung 109 auch unterhalb der Membran 103, d.h. am Boden des Gehäuses, ausgebildet sein, wie beispielsweise in 9 gezeigt ist. Weitere Ausführungsformen von Gehäusen umfassen zusätzliche Anschlüsse, um eine Versorgungsspannung und eine Masseverbindung bereitzustellen. Dies kann die Möglichkeit bereitstellen, alle Komponenten innerhalb des Mikrofongehäuses durch den Anschluss (die Anschlüsse) in einem einzigen Montageschritt mit weiteren Schaltungsanordnungen, gedruckten Leiterplatten oder dergleichen zu verbinden.
-
9 zeigt eine Draufsicht und eine Bodenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Mikrofongehäuses mit einer anderen Geometrie. Der Unterschied zwischen 9 und der Implementation der Ausführungsform aus 8 wird nachstehend kurz zusammengefasst. Der Schalleinlass 109 ist innerhalb der PCB 115 in 9 ausgebildet, so dass die Kapsel, die nicht dargestellt ist, das rückseitige Volumen für das MEMS-Mikrofon 102 bildet. Die Anschlüsse 111a–111d des Mikrofongehäuses 100 befinden sich am Boden der gemeinsamen PCB 115, was dabei helfen kann, die Fläche zu verringern, welche das Mikrofongehäuse 100 insgesamt verbraucht. Das MEMS-Mikrofon 102 und der ASIC der Klangregelungsvorrichtung 104 sind durch Bonddrähte elektrisch gekoppelt. Der ASIC der Klangregelungsvorrichtung 104 und die Anschlüsse 111a–111d sind auch durch Bonddrähte verbunden. Die PCB 115 überträgt die Anschlüsse 111a–111d von der Innenseite des Gehäuses 100 zur Außenseite des Gehäuses 100.
-
Während der Herstellung des Mikrofongehäuses 100 werden das Substrat des MEMS-Mikrofons 102 und die Klangregelungsvorrichtung 104 an der PCB 115 angebracht, bevor sie durch die Bonddrähte elektrisch gekoppelt werden. Schließlich kann das Gehäuse durch Aufbringen der Kapsel von der Oberseite hermetisch versiegelt werden.
-
Eine Eigenschaft der Klangregelungsvorrichtung kann so abgestimmt werden, dass sie zum MEMS-Mikrofon 102 und insbesondere zum bestimmten verwendeten Gehäuseentwurf passt. Identische MEMS-Mikrofone 102 können in verschiedenen Gehäuseentwürfen verwendet werden, wodurch ein modifiziertes Mikrofonsignal mit ähnlichen Eigenschaften oder Signal-Rausch-Verhältnissen bereitgestellt wird. Die Eigenschaft oder die Filterkoeffizienten der Klangregelungsvorrichtung 104 können für jede Kombination eines MEMS-Mikrofons 102 und eines Gehäuseentwurfs bestimmt werden, so dass geeignet vorkonfigurierte Klangregelungsvorrichtungen innerhalb der verschiedenen Kombinationen verwendet werden können.
-
Alternativ können die Eigenschaften der Klangregelungseinrichtung nach der Montage programmierbar sein. Verschiedene Abweichungen können dadurch kompensiert werden, dass ein Frequenzgang des unmodifizierten Mikrofonsignals dann nach der Montage des Gehäuses bestimmt werden kann. Die Eigenschaften der Klangregelungseinrichtung können dann programmiert werden, so dass ein gewünschtes spektrales Verhalten für das modifizierte Mikrofonsignal jedes einzelnen Gehäuses erreicht wird, wodurch dann auch Prozessvariationen Rechnung getragen werden kann, beispielsweise bei den Prozessen, die für die Herstellung des MEMS-Mikrofons verwendet werden.
-
Die Mikrofongehäuse gemäß den vorstehend beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen können beispielsweise in Mobiltelekommunikationsvorrichtungen, wie beispielsweise Mobiltelefonen oder dergleichen, verwendet werden. Eine beliebige Anwendung, welche die Aufzeichnung oder Überwachung von Umgebungsschall benötigt, kann Mikrofongehäuse gemäß als Beispiel dienenden Ausführungsformen verwenden. Beispielsweise können bei Automobilanwendungen freihändige Autoausrüstungen als Beispiel dienende Ausführungsformen von Mikrofongehäusen verwenden, um eine verbesserte Tonqualität zu erreichen. Beispielsweise können Handapparate für Callcenterpersonal oder dergleichen ferner Mikrofongehäuse gemäß einer als Beispiel dienenden Ausführungsform verwenden, um die von einem Kunden des Callcenters gespürte Signalqualität zu erhöhen. Allgemein ausgedrückt, können Mikrofongehäuse gemäß einigen als Beispiel dienenden Ausführungsformen bei jeder beliebigen Anwendung, bei der Umgebungsschall aufzuzeichnen oder zu überwachen ist oder durch weitere elektrische Schaltungsanordnungen auf einer gedruckten Leiterplatte oder dergleichen weiterzuverarbeiten ist, zusätzliche Vorteile bereitstellen.
-
Als Beispiel dienende Ausführungsformen können ferner ein Computerprogramm mit einem in einem nichtflüchtigen Speichermedium gespeicherten Programmcode zum Ausführen eines der vorstehenden Verfahren bereitstellen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Fachleute werden leicht verstehen, dass Schritte verschiedener vorstehend beschriebener Verfahren durch programmierte Computer ausgeführt werden können. Hier sollen einige als Beispiel dienende Ausführungsformen auch Programmspeichervorrichtungen, beispielsweise digitale Datenspeichermedien, abdecken, die maschinen- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare oder computerausführbare Programme von Befehlen codieren, wobei die Befehle einige oder alle Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren ausführen. Die Programmspeichervorrichtungen können beispielsweise digitale Speicher, Magnetspeichermedien, wie Magnetplatten und Magnetbänder, Festplatten oder optisch lesbare digitale Datenspeichermedien sein. Weitere als Beispiel dienende Ausführungsformen sollen auch Computer, die programmiert sind, um die Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen, oder (feld-)programmierbare Logikarrays ((F)PLAs) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGAs), die programmiert sind, um die Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen, abdecken.
-
Die Beschreibung und die Zeichnung veranschaulichen lediglich die Grundgedanken der Offenbarung. Es ist demgemäß zu verstehen, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu entwickeln, die, wenngleich sie hier nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind, die Grundgedanken der Offenbarung verwirklichen und in ihrem Gedanken und Schutzumfang enthalten sind. Ferner sind alle hier erwähnten Beispiele in erster Linie ausdrücklich für pädagogische Zwecke vorgesehen, um dem Leser dabei zu helfen, die Grundgedanken der Offenbarung und die vom Erfinder (den Erfindern) zur Weiterentwicklung der Technik beigetragenen Konzepte zu verstehen, und sie sind als diese spezifisch angeführten Beispiele und Bedingungen nicht einschränkend auszulegen. Überdies sollen alle hier vorgenommenen Aussagen, welche Grundgedanken, Aspekte und Beispiele der Offenbarung anführen, sowie spezifische Beispiele davon gleichwertige Ausgestaltungen davon einschließen.
-
Funktionsblöcke, die als "Mittel zum ..." (eine bestimmte Funktion ausführend) bezeichnet sind, sollen als Funktionsblöcke verstanden werden, die eine Schaltungsanordnung aufweisen, die dafür ausgelegt ist, eine jeweilige bestimmte Funktion auszuführen. Daher kann ein "Mittel für etwas" auch als ein "Mittel, das für etwas ausgelegt ist oder für etwas geeignet ist" verstanden werden. Ein Mittel, das dafür ausgelegt ist, eine bestimmte Funktion auszuführen, impliziert daher nicht, dass dieses Mittel notwendigerweise die Funktion ausführt (zu einem gegebenen Zeitpunkt).
-
Funktionen verschiedener Elemente, die in den Figuren dargestellt sind, einschließlich jeglicher Funktionsblöcke, die als "Mittel", "Mittel zum Bereitstellen eines Sensorsignals", "Mittel zum Erzeugen eines Sendesignals" usw. bezeichnet sind, können durch die Verwendung zweckgebundener Hardware in der Art "eines Signalbereitstellers", "einer Signalverarbeitungseinheit", "eines Prozessors", "einer Steuereinrichtung" usw. sowie Hardware, die in der Lage ist, Software in Zusammenhang mit geeigneter Software auszuführen, bereitgestellt werden. Überdies kann jede Einheit, die hier als "Mittel" beschrieben wird, "einem oder mehreren Modulen", "einer oder mehreren Vorrichtungen", "einer oder mehreren Einheiten" usw. entsprechen oder dadurch implementiert sein. Wenn sie durch einen Prozessor bereitgestellt werden, können die Funktionen durch einen einzigen zweckgebundenen Prozessor, durch einen einzigen geteilten Prozessor oder durch mehrere einzelne Prozessoren, von denen einige geteilt werden können, bereitgestellt werden. Überdies sollte die explizite Verwendung des Begriffs "Prozessor" oder "Steuereinrichtung" nicht als sich ausschließlich auf Hardware, die in der Lage ist, Software auszuführen, beziehend ausgelegt werden und kann ohne Einschränkung digitale Signalprozessor-(DSP)-Hardware, einen Netzprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), einen Nurlesespeicher (ROM) zum Speichern von Software, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen nicht flüchtigen Speicher implizit einschließen. Andere Hardware, ob herkömmlich und/oder eigens ausgelegt, kann auch aufgenommen werden.
-
Fachleute werden verstehen, dass alle hier gezeigten Blockdiagramme Konzeptansichten der Erläuterung dienender Schaltungsanordnungen, welche die Grundgedanken der Offenbarung verwirklichen, darstellen. Ähnlich ist zu verstehen, dass alle Flussdiagramme, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium dargestellt werden können und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, unabhängig davon, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit dargestellt ist.
-
Ferner sind die folgenden Ansprüche hiermit in die Detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich als eine getrennte als Beispiel dienende Ausführungsform stehen kann. Wenngleich jeder Anspruch für sich als eine getrennte als Beispiel dienende Ausführungsform stehen kann, ist zu bemerken, dass, wenngleich sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann, andere als Beispiel dienende Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, es sei denn, dass ausgesagt wird, dass eine spezifische Kombination nicht vorgesehen ist. Ferner ist vorgesehen, auch Merkmale eines Anspruchs in jeden anderen unabhängigen Anspruch aufzunehmen, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt vom unabhängigen Anspruch abhängig gemacht ist.
-
Es ist ferner zu verstehen, dass in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die Mittel zum Ausführen jedes der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
-
Ferner ist zu verstehen, dass die Offenbarung mehrerer Schritte oder Funktionen, die in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbart sind, nicht als sich in der spezifischen Reihenfolge befindend ausgelegt werden kann. Daher beschränkt die Offenbarung mehrerer Schritte oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Ausführungsformen ein einziger Schritt mehrere Unterschritte aufweisen oder in diese zerlegt sein. Diese Unterschritte können in die Offenbarung dieses einzelnen Schritts aufgenommen sein und Teil davon sein, es sei denn, dass dies explizit ausgeschlossen wird.
