DE102021116158A1

DE102021116158A1 - Adapter für Mikrofone und Kombinationen dafür

Info

Publication number: DE102021116158A1
Application number: DE102021116158.4A
Authority: DE
Inventors: Janice LoPresti; Steve Kearey; Usha Murthy
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2021-12-23
Also published as: DE202021103348U1; CN214799878U; US20230254619A1; US20220132231A1; CN113840219A; US11259104B2; US11659310B2; US20210400366A1

Abstract

Ein Mikrofon kann ein Adaptergehäuse umfassen. Das Adaptergehäuse kann eine Öffnung und einen äußeren Akustik-Port umfassen. Das Mikrofon kann eine interne Mikrofonanordnung umfassen, die wenigstens teilweise innerhalb des Adaptergehäuses angeordnet ist. Die interne Mikrofonanordnung kann ein internes Gehäuse umfassen, das einen internen Akustik-Port aufweist. Die interne Mikrofonanordnung kann eine Vielzahl von Kontakten umfassen, die an dem internen Gehäuse angeordnet sind. Die Kontakte können durch die Öffnung des Adaptergehäuses zugänglich sein. Das Innere des Gehäuses kann über den internen Akustik-Port akustisch mit dem äußeren Akustik-Port gekoppelt sein.

Description

HINTERGRUND
1. Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Mikrofone und insbesondere Adaptergehäuse für Mikrofone und Kombinationen dafür.
2. Einführung
Elektronische Vorrichtungen für Verbraucher wie Mobiltelefone, Personalcomputer, intelligente Lautsprecher, Hörgeräte, True Wireless Stereo (TWS)-Ohrhörer und andere Host-Vorrichtungen enthalten in der Regel ein oder mehrere kleine Mikrofone. Fortschritte in der Mikro- und Nanofabrikationstechnologie haben zur Entwicklung von Mikrofonen geführt, die immer kleinere Abmessungen und unterschiedliche Formfaktoren aufweisen. So werden beispielsweise die früher in diesen und anderen Anwendungen vorherrschenden Elektret-Mikrofone aufgrund ihrer geringen Kosten, ihrer geringen Größe und ihrer hohen Empfindlichkeit zunehmend durch kapazitive Mikroelektromechanische Systeme (MEMS-Mikrofone) ersetzt.
Figurenliste
Um zu beschreiben, wie die Vorteile und Merkmale der Offenbarung erzielt werden können, wird die Offenbarung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Diese Zeichnungen zeigen nur beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung und sind daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs anzusehen. Die Zeichnungen können aus Gründen der Übersichtlichkeit vereinfacht worden sein und sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet.

1 ist eine beispielhafte seitliche Querschnittsansicht eines Mikrofons gemäß einer möglichen Ausführungsform;
2 ist ein Beispiel für einen seitlichen Querschnitt eines Mikrofons gemäß einer möglichen Ausführungsform;
3 ist eine Beispielsdarstellung eines MEMS-Motors und einer Flex gemäß einer möglichen Ausführungsform;
4 ist eine Beispiel-Seitenansicht eines Mikrofons gemäß einer möglichen Ausführungsform;
5 ist eine beispielhafte seitliche Querschnittsansicht eines Mikrofons gemäß einer möglichen Ausführungsform;
6 ist eine beispielhafte Seitenquerschnittsansicht eines Mikrofons gemäß einer möglichen Ausführungsform;
7 ist eine beispielhafte Explosionsansicht eines Mikrofons gemäß einer möglichen Ausführungsform; und
8 ist eine beispielhafte isometrische Ansicht eines Mikrofons gemäß einer möglichen Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen können ein Mikrofon bereitstellen, das ein Adaptergehäuse umfasst. Das Gehäuse des Adapters kann eine Öffnung und einen äußeren Akustik-Port umfassen. Das Mikrofon kann eine interne Mikrofonanordnung umfassen, die wenigstens teilweise innerhalb des Adaptergehäuses angeordnet ist. Die interne Mikrofonanordnung kann ein internes Gehäuse umfassen, das einen internen Akustik-Port aufweist. Die interne Mikrofonanordnung kann eine Vielzahl von Kontakten umfassen, die an dem internen Gehäuse angeordnet sind. Die Kontakte können durch die Öffnung des Adaptergehäuses zugänglich sein. Das Innere des Gehäuses kann über den internen Akustik-Port akustisch mit dem äußeren Akustik-Port gekoppelt sein.
Unter Bezugnahme auf verschiedene mögliche Ausführungsformen, die in den 1, 2 und 4-8 dargestellt sind, kann ein Mikrofon 100 ein Adaptergehäuse 110 und eine interne Mikrofonanordnung 120 umfassen. Das Adaptergehäuse 110 kann ein Gehäuse sein, das aus Metall, metallbeschichtetem Kunststoff, FR4, Kunststoff und/oder anderen Materialien hergestellt werden kann. Das Adaptergehäuse 110 kann auch aus einer Dose und einer Basis, aus zwei Dosen und/oder aus einer beliebigen anderen Anordnung von Gehäuseelementen bestehen. Die Basis kann eine Leiterplatte (PCB), ein Substrat oder ein anderes Element sein, das eine Basis bilden kann. Bei der internen Mikrofonanordnung 120 kann es sich um eine MEMS-Mikrofonanordnung, ein Elektret-Mikrofon, ein piezoelektrisches Mikrofon oder eine andere bekannte oder zukünftige Mikrofonanordnung handeln.
Unter Bezugnahme auf verschiedene mögliche Ausführungsformen, die in den 1, 2 und 4-7 gezeigt sind, kann das Mikrofon 100 ein inneres Gehäuse 130 umfassen. Unter Bezugnahme auf verschiedene mögliche Ausführungsformen, die in den 1, 2 und 5-7 dargestellt sind, kann das Mikrofon 100 einen äußeren Akustik-Port 112 umfassen. Unter Bezugnahme auf verschiedene mögliche Ausführungsformen, die in den 1, 2, 5 und 6 gezeigt sind, kann das Adaptergehäuse 110 eine Öffnung 118 umfassen.
Die interne Mikrofonanordnung 120 kann wenigstens teilweise innerhalb des Adaptergehäuses 110 angeordnet sein. Das interne Gehäuse 130 kann einen internen Akustik-Port 132 aufweisen. Die interne Mikrofonanordnung 120 kann auch eine Vielzahl von Kontakten 140 umfassen, die an dem internen Gehäuse 130 angeordnet sind. 7 zeigt einzelne Kontakte 140 an der internen Mikrofonanordnung 120, wobei die Kontakte 140 durch die Öffnung 118 des Adaptergehäuses 110 zugänglich sind und freiliegen (ohne Verwendung der in 1 gezeigten Leiterplatte 210 oder des in 2 gezeigten Kabels). Das Innere des Gehäuses 130 kann über den internen Akustik-Port 132 akustisch mit dem äußeren Akustik-Port 112 gekoppelt werden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann das Innere des internen Gehäuses 130 über den internen Akustik-Port 132 und über einen akustischen Kanal 114, wie einen akustischen Pfad, zwischen dem internen Gehäuse 130 und dem Adaptergehäuse 110 akustisch mit dem äußeren Akustik-Port 112 gekoppelt sein. Der akustische Kanal 114 kann auch zwischen dem internen Gehäuse 130 und dem Adaptergehäuse 110 an nicht dargestellten Seiten angeordnet sein, beispielsweise indem er das interne Gehäuse 130 abgesehen von Stützstrukturen zwischen den Gehäusen 110 und 130 vollständig umgibt oder indem er das interne Gehäuse 130 teilweise umgibt.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann die interne Mikrofonanordnung 120 einen MEMS-Motor 122 und eine integrierte Schaltung 124 umfassen, die innerhalb des internen Gehäuses 130 angeordnet sind. Alternativ kann der Motor auch ein Elektretmotor, ein piezoelektrischer Motor oder ein anderes bekanntes oder zukünftiges Transduktionselement sein. Der integrierte Schaltkreis 124 kann elektrisch mit dem Motor und den Kontakten 140 der internen Mikrofonanordnung verbunden sein. Bei Audioanwendungen kann der Motor über den internen Akustik-Port 132 auch akustisch mit dem äußeren Akustik-Port 112 gekoppelt sein. Der Motor bildet zusammen mit dem integrierten Schaltkreis 124, der im internen Gehäuse 130 angeordnet ist, die interne Mikrofonanordnung 120.
Unter Bezugnahme auf die und gemäß möglicher Ausführungsformen kann das Mikrofon 100 in Kombination mit einem Schnittstellenadapter 210 sein, der eine Vielzahl von elektrischen Leiterbahnen (nicht gezeigt) aufweist, die Kontakte 140 der internen Mikrofonanordnung mit entsprechenden Schnittstellenkontakten 212 der Host-Vorrichtung auf dem Schnittstellenadapter 210 miteinander verbinden. Zum Beispiel können die Kontakte mit Pads 214 auf dem Schnittstellenadapter 210 gekoppelt werden, die elektrisch mit den Schnittstellenkontakten 212 verbunden werden können, beispielsweise durch eine Lötschicht. Der Schnittstellenadapter 210 kann eine Leiterplatte oder ein flexibler Schaltkreis sein. Gemäß den , und kann das Mikrofon 100 mit einem Schnittstellenadapter kombiniert werden, der als flexibler Schaltkreis 160 konfiguriert ist und elektrische Leiterbahnen 161, 162 und 163 aufweist, die die Kontakte 140 der internen Mikrofonanordnung 120 (siehe ) und die entsprechenden Kontakte 141, 142, 143 auf dem flexiblen Schaltkreis 160 miteinander verbinden. In den und weist der flexible Schaltkreis 160 einen ersten Endabschnitt 122 auf, der mit den Kontakten 140 der internen Mikrofonanordnung verbunden ist, einen Zwischenabschnitt, der die interne Mikrofonanordnung umschließt, und einen zweiten Endabschnitt mit Schnittstellenkontakten des Hosts (beispielsweise 161, 162 und 163 in ). Die Adapterschnittstelle kann auch verwendet werden, um die Anordnung oder Reihenfolge der Kontakte 140 an der internen Mikrofonanordnung so zu ändern, wie sie an den Schnittstellenkontakten der Host-Vorrichtung auf dem Kabel oder der Leiterplatte erscheinen. Beispielsweise können die Kontakte GRND, PWR, DATA des internen Mikrofons so geändert werden, dass sie als GRND, DATA, PWR an der Host-Vorrichtung der PCB oder des flexiblen Schaltkreises erscheinen.
Das interne Gehäuse 130 kann eine Abdeckung 134 umfassen, die auf einer Basis 136 montiert ist. Die Kontakte 140 können oberflächenmontierte Kontakte sein, die auf der Basis 136 angeordnet sind, und können einen negativen Kontakt 142 umfassen, der zwischen einem Ausgangssignal-Kontakt 141 und einem positiven Kontakt 143 angeordnet ist. Der flexible Schaltkreis 160 kann eine Vielzahl von Schnittstellenkontakten 161-163 aufweisen, die jeweils über eine entsprechende elektrische Leiterbahn 164 mit einem entsprechenden Kontakt des internen Gehäuses 130 elektrisch verbunden sind. Die Vielzahl von Host-Schnittstellenkontakten 161-163 des flexiblen Schaltkreises 160 kann einen Host-Ausgangssignal-Kontakt 162 umfassen, der sich zwischen einem positiven Host-Kontakt 161 und einem negativen Host-Kontakt 163 befindet. Die flexible Schaltung 160 kann sich um das äußere Gehäuse 110 wickeln, um Terminal-Pads auf dem äußeren Gehäuse 110 zu erzeugen.
Der interne Gehäusedeckel 134 kann eine Metalldose sein, kann eine metallbeschichtete Kunststoffdose sein, kann Kunststoff sein, kann Seitenwände und einen Deckel aus FR4 aufweisen, wie eine dünne Schicht Kupferfolie, die auf eine oder beide Seiten laminiert ist, und/oder kann eine beliebige andere Abdeckung sein. Die Basis 136 kann ein Isolator mit Kontakten sein, wie beispielsweise Drahtbondkontakten auf der Innenseite und oberflächenmontierte Kontakte auf der Außenseite. Die Komponenten des Mikrofons 100 können für optimierte akustische Eigenschaften wie akustischen Widerstand (R), Inertanz (L) und Nachgiebigkeit (C) zur Filterung von Frequenzgang und/oder Rauschen designt werden. Die Basis 136 kann aus einer Leiterplatte (beispielsweise FR4), aus Kunststoff, aus einem Substrat und/oder aus einer anderen Basis bestehen. Die für die interne Gehäuseabdeckung 134, die Basis 136, das Adaptergehäuse 110 und/oder andere Komponenten verwendeten Materialien können austauschbar sein und/oder für andere Elemente verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf die 1, 5 und 6 kann das Mikrofon 100 einen akustischen Kanal 114 zwischen dem internen Gehäuse 130 und dem Adaptergehäuse 110 umfassen. Der interne Akustik-Port 132 kann durch den Akustik-Kanal 114 akustisch mit dem äußeren Akustik-Port 112 gekoppelt sein. Der akustische Kanal 114 kann ein gewundener Pfad oder ein anderer Pfad oder Kanal sein. Der gewundene Pfad kann eine Barriere für das Eindringen von Licht oder Partikelkontamination sein. Der akustische Kanal 114 kann so konfiguriert sein, dass er die akustischen Eigenschaften des Mikrofons abstimmt. Die akustischen Eigenschaften umfassen Inertanz (L), Nachgiebigkeit (C) und/oder Widerstand (R).
Der akustische Kanal 114 kann eine definierte Länge in Richtung der Luftströmung und eine Querschnittsfläche senkrecht zur Luftströmung aufweisen. Die Querschnittsfläche kann durch die Breite und die Höhe, beispielsweise die Dicke, definiert sein, wobei die kleinere Abmessung die Höhe sein kann.
Die akustische Nachgiebigkeit kann proportional zum Volumen sein. Die akustische Inertanz kann proportional zur Länge und umgekehrt proportional zur Querschnittsfläche sein. Der akustische Widerstand kann proportional zur Länge, umgekehrt proportional zur Breite und, falls ausreichend schmal, umgekehrt proportional zur Höhe hoch drei, beispielsweise kubisch, sein.
Eine erhöhte Nachgiebigkeit kann die Mikrofonempfindlichkeit erhöhen und die Resonanzfrequenz verringern. Erhöhte Trägheit kann die Resonanzfrequenz verringern. Ein erhöhter Widerstand kann die Resonanzamplitude verringern. Akustischer Widerstand (R), Inertanz (L) und Nachgiebigkeit (C) können auch zu resonierenden oder filternden Strukturen kombiniert werden, die einem elektrischen Resonator R L C oder einem Tiefpassfilter R C entsprechen.
Der akustische Kanal 114 kann ein Teil einer Kavität sein und/oder werden. Zum Beispiel kann das Volumen des akustischen Kanals 114 selbst als Resonator wirken. Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform kann wenigstens ein zusätzlicher Pfad oder eine Kavität des Weiteren als Resonator in Kombination mit dem akustischen Kanal 114 wirken.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann das Mikrofon 100 wenigstens ein Stützelement 170 umfassen, das wenigstens einen Abschnitt des Adaptergehäuses 110 von wenigstens einem Abschnitt des Innengehäuses 130 trennt. Das Element 170 kann wenigstens einen Abschnitt des akustischen Kanals 114 definieren. Eine Struktur des Elements 170 kann eine akustische Eigenschaft des sich durch den akustischen Kanal 114 ausbreitenden Schalls verändern. Zum Beispiel kann das Element 170 aus Rippen, Fasern, gewebtem Material, Gel, Erhebungen oder anderen Strukturen bestehen, die eine akustische Eigenschaft des sich durch den akustischen Kanal 114 ausbreitenden Schalls modifizieren können.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform in 1 kann der MEMS-Motor 122 das interne Gehäuse 130 in ein Rückvolumen 196 und ein Vordervolumen 194 unterteilen, das akustisch mit dem internen Akustik-Port 132 gekoppelt ist. Gemäß einer möglichen Ausführungsform in 2 kann das interne Gehäuse 130 einen Port 198 für das Rückvolumen umfassen, der das Rückvolumen 196 akustisch mit einem Raum 172 zwischen dem Adaptergehäuse 110 und dem internen Gehäuse 130 verbindet. Der Raum 172 kann als ein umschlossenes Volumen verwendet werden und darf nicht zur Außenseite des Adaptergehäuses 110 geöffnet sein. Gemäß einer anderen möglichen Ausführungsform kann der Raum 172 über einen externen Akustik-Port, der dem äußeren Akustik-Port 112 ähnlich oder unähnlich ist, zur Außenseite des Adaptergehäuses 110 geöffnet sein. Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann der flexible Schaltkreis 160 der 3 und 4 als Schnittstelle zwischen den Kontakten 140 und den elektrischen Leiterbahnen 212 verwendet werden. Alternativ dazu können die Host-Schnittstellenkontakte 161-163 als oder anstelle der elektrischen Leiterbahnen 212 verwendet werden.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform (siehe 1 und 5) kann das interne Gehäuse 130 eine Abdeckung 134 umfassen, die auf einer Basis 136 montiert ist. Die Vielzahl von Kontakten 140 des internen Gehäuses 130 können oberflächenmontierte Kontakte sein, die auf der Basis 136 angeordnet sind. Wie in 5 dargestellt, kann das Adaptergehäuse 110 eine Abdeckung 116 umfassen, die an der Basis 136 des Innengehäuses 130 befestigt ist. Somit können das interne Gehäuse 130 und das Adaptergehäuse 110 die Basis 136 als eine gemeinsame Basis nutzen.
Nach anderen möglichen Ausführungsformen kann das Adaptergehäuse 110 eine Metalldose und eine Metallplatte oder zwei Metalldosen umfassen. Das Adaptergehäuse 110 kann auch eine Basis aus einer Leiterplatte mit einem eigenen Akustik-Port und einer äußeren Dose aufweisen und einen Standard-MEMS-Bodenport umfassen, der auf einer zweiten Leiterplatte oder einem Flex montiert ist. Das Adaptergehäuse 110 kann des Weiteren eine Basis auf einer Leiterplatte mit einem akustischen Kanal und einer äußeren Dose aufweisen, beispielsweise zwei auf einer Leiterplatte montierte Dosen. Das Adaptergehäuse 110 kann zusätzlich zwei Basen aufweisen, von denen eine einen zusätzlichen Akustikkanal umfasst und die andere auf der gegenüberliegenden Seite den äußeren Akustik-Port 112 aufweist. Des Weiteren kann das Adaptergehäuse 110 ein umspritztes äußeres Gehäuse und einen akustischen Kanal aufweisen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann das interne Gehäuse 130 die auf der Basis 136 montierte Abdeckung 134 umfassen. Der interne Akustik-Port 132, die Kontakte 140 und der MEMS-Motor 122 können auf der Basis 136 angeordnet sein.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann das Mikrofon 100 einen akustischen Kanal 114 zwischen dem internen Gehäuse 130 und dem Adaptergehäuse 110 umfassen. Die Öffnung 118 kann auf einer ersten Seite des Adaptergehäuses 110 angeordnet sein und der äußere Akustik-Port 112 kann auf einer zweiten Seite des Adaptergehäuses 110 angeordnet sein. Die zweite Seite des Adaptergehäuses 110 kann sich gegenüber der ersten Seite des Adaptergehäuses 110 befinden. Der interne Akustik-Port 132 kann über den Akustik-Kanal 114 akustisch mit dem äußeren Akustik-Port 112 gekoppelt sein.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform von 7 kann das Adaptergehäuse eine erste Abdeckung 116 in Form eines Bechers aus Edelstahl und eine zweite Abdeckung 119 in Form eines Deckels aus Edelstahl umfassen. Das interne Gehäuse 130 kann eine vordere Kavitätenwand aus geformtem Kunststoff sein. Der äußere Akustik-Port 112 kann sich auf einer Seite der ersten Abdeckung 116 befinden.
Das Mikrofon 100 kann einen akustischen Kanal 114 zwischen dem internen Gehäuse 130 und dem Adaptergehäuse 110 umfassen (siehe 1 und 7). Die Öffnung 118 kann auf einer ersten Seite des Adaptergehäuses 110 angeordnet sein und der äußere Akustik-Port 112 kann auf einer zweiten Seite des Adaptergehäuses 110 angeordnet sein, wie in 7 gezeigt. Die zweite Seite des Adaptergehäuses 110 kann nicht parallel zu der ersten Seite des Adaptergehäuses 110 verlaufen. Zum Beispiel kann sich die Öffnung 118 an der Unterseite des Adaptergehäuses 110 und der Sound-Port 112 des Adapters an der Seite des Adaptergehäuses befinden. Der interne Akustik-Port 132 kann über den Akustik-Kanal 114 akustisch mit dem äußeren Akustik-Port 112 gekoppelt sein.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform von 8 kann eine Unterlegscheibe 180 an der Unter- oder Oberseite des internen Gehäuses 130 angebracht werden. Die Unterlegscheibe 180 kann einen schmalen Kanal, wie beispielsweise einen Schlitz 186, aufweisen, der in das Material geschnitten ist, um den Luftstrom einzuschränken, und die Unterlegscheibe 180 kann auch als Stützstruktur dienen oder nicht. Ein Flex 182 kann ebenfalls den Luftstrom einschränken und dieselbe Funktion erfüllen. Die Flex 182 kann einen Schlitz 184 aufweisen, und die Unterlegscheibe 180 kann einen weiteren Schlitz 186 aufweisen.
Zurück zu 1 kann das Mikrofon 100 den akustischen Kanal 114 zwischen dem internen Gehäuse 130 und dem Adaptergehäuse 110 umfassen. Der interne Akustik-Port 132 kann durch den Akustik-Kanal 114 akustisch mit dem äußeren Akustik-Port 112 gekoppelt sein. Der MEMS-Motor 122 kann eine kapazitive Vorrichtung sein, die eine Membran 192 umfasst, die das interne Gehäuse 130 in ein Vordervolumen 194 mit einer Höhenabmessung h₁ und ein Rückvolumen 196 mit einer Höhenabmessung h₂ senkrecht zu einer Oberfläche der Membran 192 trennt. Der akustische Kanal 114 kann eine Höhenabmessung h₃ aufweisen, die senkrecht zur Oberfläche der Membran 192 verläuft, wobei h₃ > h₁ + h₂ ist.
Das Mikrofon ist im Allgemeinen empfindlich gegenüber Vibrationen. Bezugnehmend auf 1 kann die Beschleunigung des Mikrofons 100 eine Verdrängung der Luft im Rückvolumen 196 und im Vordervolumen 194 verursachen. Eine solche Luftverdrängung kann die Membran 192 verschieben, was zu Störsignalen führt, die hörbare Artefakte erzeugen können. Die Verdrängung ist am größten, wenn die Beschleunigung senkrecht zur Oberfläche der Membran erfolgt. Im Allgemeinen sind die Kräfte, die auf die Oberfläche der Membran wirken, proportional zur Höhe des Luftvolumens vor dem Volumen h₁ und dem Rückvolumen h₂. Kräfte, die auf die Oberfläche der Membran 192 wirken, können auch als Druck quantifiziert werden. Die Beschleunigung des äußeren Gehäuses 110 kann dazu führen, dass die Luft im akustischen Kanal 114 eine Kraft auf die Oberfläche der Membran 192 ausübt. Wenn die Beschleunigung in der Richtung senkrecht zur Oberfläche der Membran 192 erfolgt, kann die auf die Oberfläche der Membran 192 wirkende Kraft außerdem proportional zur Höhe des Luftvolumens im Kanal h₃ sein.
Unter Bezugnahme auf die 1, 5, 6, 7 und 8 kann der äußere Akustik-Port 112 in einer dem internen Akustik-Port 132 entgegengesetzten Richtung angeordnet sein, wobei sich zwischen dem äußeren Akustik-Port 112 und dem internen Akustik-Port 132 ein Akustikkanal 114 befindet. Bei dieser Ausrichtung des internen Akustik-Ports 132 und des äußeren Akustik-Ports 112 kann die Richtung der auf die Membran 192 wirkenden Kraft der Richtung der von der Luft im Vordervolumen 194 und der Luft im Rückvolumen 196 erzeugten Kräfte entgegengesetzt sein und die Schwingungsempfindlichkeit verringern. Eine Verringerung der Schwingungsempfindlichkeit um mehr als 3 dB kann als sinnvoll erachtet werden. Die Dämpfung von Schwingungen in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Membran kann auf der Basis von h₃=h₁+h₂+(Membran-Masse/(Membran-Fläche*Luftdichte)) erfolgen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann die Öffnung 118 an einer ersten Seite des Adaptergehäuses 110 und der äußere Akustik-Port 112 an einer zweiten Seite des Adaptergehäuses 110 angeordnet sein. Die zweite Seite des Adaptergehäuses 110 kann der ersten Seite des Adaptergehäuses 110 gegenüber liegen. Die Höhenabmessung h₃ kann sich zwischen der ersten und der zweiten Seite des Adaptergehäuses 110 erstrecken.
Im Allgemeinen können Adaptergehäuse, wie das Adaptergehäuse 110, verschiedener Ausführungsformen Abwärtskompatibilität für Mikrofone jeder Technologie (beispielsweise MEMS, Elektret, Piezo usw.) bieten, die eine geringere Größe oder einen anderen Formfaktor als herkömmliche Mikrofone aufweisen. So kann ein solcher Adapter beispielsweise die Verwendung eines MEMS-Mikrofons als Ersatz für Anwendungen oder Steckdosen ermöglichen, für die bisher Elektret-Mikrofone verwendet wurden. Wenigstens einige Ausführungsformen können auch Schutz vor dem Eindringen von Partikeln und Licht und/oder Flexibilität bei der Abstimmung von Frequenzgang und/oder Rauschen bieten.
Ausführungsformen können zum Beispiel eine innere Kavität vorsehen, die durch ein inneres und ein äußeres Gehäuse gebildet wird. Die innere Kavität kann einen akustischen Pfad für die Gestaltung des Frequenzgangs bereitstellen. Ausführungsformen können auch eine innere Kavität vorsehen, die durch ein inneres und ein äußeres Gehäuse als zusätzliches Rückvolumen für ein Mikrofon geschaffen wird. Ausführungsformen können des Weiteren einen internen akustischen Pfad mit Luftmasse zur Auslöschung oder Verringerung des Schwingungsverhaltens vorsehen. Ausführungsformen können zusätzlich einen internen gewundenen Pfad zum Schutz vor Eindringlingen mit einer Trennung von internen und externen Akustik-Ports vorsehen. Ausführungsformen können auch ein doppeltes Gehäuse mit einem inneren und einem äußeren Gehäuse vorsehen, um das Eindringen von Licht zu verhindern.
Ausführungsformen können eine Mikrofonanordnung bereitstellen, die ein inneres MEMS-Mikrofon umfasst, das von einem äußeren Gehäuse umschlossen ist, das eine Metalldose oder ein Becher und eine Leiterplatte oder ein Flex für Terminal-Pads sein kann. Das innere Mikrofon kann ein MEMS-Mikrofon, ein Elektret-Mikrofon oder ein anderes Mikrofon sein. Das MEMS-Mikrofon kann ein MEMS-Mikrofon mit unterem Port oder mit oberem Port sein. Das MEMS-Mikrofon kann elektronisch trimmbare Filter aufweisen, kann verschiedene Größen haben, um Resonanzfrequenzen abzustimmen, und kann in ein umschlossenes Volumen in einem externen Gehäuse entlüftet werden, um das Rückvolumen des MEMS-Mikrofons für eine verbesserte Leistung zu erhöhen, oder auch nicht. Das MEMS-Mikrofon kann vollständig als PCB und Dose oder als MEMS- und ASIC-Die auf einer Stützstruktur in einem externen Gehäuse verpackt sein. Externe Anschlüsse können sich auf einer Flex, auf einer Leiterplatte oder auf anderen externen Anschlüssen befinden. Das externe Gehäuse kann eine Metalldose oder einen Becher, eine Abdeckung, wie beispielsweise einen Becher oder eine Platte, und Terminal-Pads umfassen. Es kann auch verschiedene Größen aufweisen. Das externe Gehäuse kann rechteckig, zylindrisch oder in einer anderen Form sein. Die Konfiguration der externen Anschlüsse und des externen Ports kann entsprechend den Anforderungen des Designs von Hörgeräten, des Designs von Smartphones, des Designs von Laptops oder anderer Designs für andere Geräte angepasst werden.
Wenigstens einigen Ausführungsformen zufolge kann sich zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse ein interner akustischer Kanal, beispielsweise eine Kavität, befinden. Der Kanal kann mit Hilfe von Abstandshaltern, Vorsprüngen auf einem Becher oder anderen Strukturen zur Formung des akustischen Ansprechverhaltens geschaffen werden und kann auch eine mechanische Unterstützung oder mechanische Isolierung für ein inneres Mikrofon bieten. Der innere akustische Kanal kann so designt sein, dass er die Resonanzfrequenzen und Amplituden des Mikrofons abstimmt und zusätzliche Komponenten oder Materialien umfasst, wie beispielsweise Gummieinlagen, gewebtes Material, Fasern, Gel und/oder andere Komponenten oder Materialien zur Modifizierung des Luftstroms. Der Kanal kann auch poröses akustisches Material umfassen, wie beispielsweise Mesh oder Schaumstoff, nachgiebiges Material, Gel und/oder anderes Material im Kanal. Der interne akustische Kanal kann zusätzlich einen Pfad oder eine Kavität als Resonator umfassen. Der Resonator kann sich in einem Zwischenraum zwischen einem inneren oder äußeren Gehäuse befinden oder in einer Flex/PCB für Anschlüsse eingebaut sein. Das interne Gehäuse kann ein kontrolliertes akustisches Leck, wie Ports oder Löcher, enthalten, um den Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse als zusätzliches Rückvolumen zu nutzen. Die akustischen Eigenschaften des Kanals können eine beliebige Kombination aus akustischem Widerstand, Inertheit und Nachgiebigkeit umfassen, um dämpfende oder resonierende Strukturen oder andere Eigenschaften zu schaffen.
Zusätzliche Aspekte eines MEMS-Mikrofons können genutzt werden, um die akustischen Eigenschaften des Pfads abzustimmen, einschließlich eines perforierten oder gekerbten Umfangs auf der MEMS-Leiterplatte; einer Größe eines MEMS-Akustik-Ports, die Resonanzen höherer Ordnung beeinflussen kann; und/oder eines internen Mikrofonports, der auf den externen Akustik-Port zu oder von ihm weg ausgerichtet werden kann, um die Länge des Akustikkanals zu verändern oder um den Bereich zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse als zusätzliches Rückvolumen zu nutzen.
Ausführungsformen können des Weiteren Vibrationen minimieren. Zum Beispiel kann der innere Kanal, der durch das innere und äußere Gehäuse mit einer Luftmasse geschaffen wird, die Bewegung der Luft im internen Gehäuse des Mikrofons, einschließlich des Vorder- und Rückvolumens und der Bewegung der Membran, ausgleichen, d. h. aufheben oder reduzieren. Das Design kann so angepasst werden, dass es alle Kanäle außerhalb des Mikrofons in einem Gehäuse, beispielsweise in einem Hörgerätegehäuse, umfasst. Vibrationen können auch durch die Verwendung von weichem Befestigungs- und Stützmaterial für das innere Mikrofon zur mechanischen Isolierung minimiert werden.
Ausführungsformen können des Weiteren einen Schutz gegen Eindringen bieten. Beispielsweise kann ein interner Akustik-Kanal den externen Akustik-Port und den internen Akustik-Port zum Schutz vor Fremdmaterial trennen, beispielsweise durch Verwendung eines gewundenen Pfades zum Schutz vor dem Eindringen von Materialien, die fest, flüssig oder dampfförmig sein können. Auch kann eine Membran oder ein Netz, wie beispielsweise ein Sieb, in den Kanal eingesetzt werden, um eine Barriere zum Schutz vor eindringendem Material zu bilden.
Ausführungsformen können zusätzlich eine Stützstruktur zwischen dem inneren und dem äußeren Gehäuse vorsehen. Bei der Stützstruktur kann es sich um einen Vorsprung am Becher, beispielsweise eine Erhebung oder eine Halbperforation, eine Komponente, beispielsweise einen Abstandshalter oder eine Unterlegscheibe, ein weiches Material, beispielsweise Gummi oder Silikon, oder andere Stützstrukturen handeln. Die Stützstruktur kann aus einem harten Material wie Metall oder einem weichen Material wie Gummi oder Gel bestehen. Die Stützstruktur kann nur als Stütze dienen, sie kann als Stoßschutz fungieren, sie kann die akustische Reaktion formen und/oder sie kann andere Funktionen erfüllen.
Wenigstens einige Verfahren dieser Offenbarung können auf einem programmierten Prozessor implementiert werden. Auch wenn diese Offenbarung mit spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass viele Alternativen, Modifikationen und Variationen für die Fachleute in der Technik offensichtlich sind. Zum Beispiel können verschiedene Komponenten der Ausführungsformen ausgetauscht, hinzugefügt oder in anderen Ausführungsformen ersetzt werden. Auch sind nicht alle Elemente der einzelnen Figuren für die Operation der offenbaren Ausführungsformen erforderlich. Zum Beispiel wäre ein Fachmann mit normalen Kenntnissen in der Technik der offenbaren Ausführungsformen in der Lage, die Lehren der Offenbarung herzustellen und zu verwenden, indem er einfach die Elemente der unabhängigen Ansprüche verwendet. Dementsprechend sind die Ausführungsformen der Offenbarung, wie sie hierin dargelegt sind, veranschaulichend und nicht einschränkend. Es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne von Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen.
In diesem Dokument können relationale Ausdrücke wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen nur verwendet werden, um eine Einheit oder Handlung von einer anderen Einheit oder Handlung zu unterscheiden, ohne dass dies notwendigerweise eine tatsächliche Beziehung oder Reihenfolge zwischen diesen Einheiten oder Handlungen erfordert oder impliziert. Die Formulierung „wenigstens eines von“, „wenigstens eines aus der Gruppe von“ oder „wenigstens eines ausgewählt aus“, gefolgt von einer Liste, ist so definiert, dass sie eines, einige oder alle, aber nicht unbedingt alle Elemente der Liste bezeichnet. Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“, „einschließend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung umfassen, so dass ein Verfahren, ein Prozess, ein Artikel oder ein Apparat, der eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente umfasst, sondern auch andere Elemente enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder zu einem solchen Prozess, Verfahren, Artikel oder Apparat gehören. Ein Element, das mit „ein“, „eine“ oder ähnlichem eingeleitet wird, schließt ohne weitere Einschränkungen die Existenz weiterer identischer Elemente in dem Prozess, Verfahren, Artikel oder Apparat, der das Element umfasst, nicht aus. Auch der Begriff „ein weiteres“ ist definiert als wenigstens ein zweites oder mehr. Die Begriffe „einschließlich“, „mit“ und dergleichen, wie sie hier verwendet werden, sind als „umfassend“ definiert. Darüber hinaus wird der Abschnitt über den Hintergrund nicht als Stand der Technik anerkannt, sondern als das eigene Verständnis des Erfinders über den Zusammenhang einiger Ausführungsformen zum Zeitpunkt der Anmeldung geschrieben und umfasst die eigene Erkenntnis des Erfinders über etwaige Probleme mit bestehenden Technologien und/oder Probleme, die er bei seiner eigenen Arbeit erfahren hat.

Claims

Mikrofon, umfassend: ein Adaptergehäuse, das eine Öffnung und einen äußeren Akustik-Port umfasst; und eine interne Mikrofonanordnung, die wenigstens teilweise innerhalb des Adaptergehäuses angeordnet ist, wobei die interne Mikrofonanordnung umfasst: ein internes Gehäuse, das einen internen Akustik-Port aufweist; und eine Vielzahl von Kontakten, die auf dem internen Gehäuse angeordnet sind, wobei die Kontakte durch die Öffnung des Adaptergehäuses zugänglich sind, wobei ein Inneres des internen Gehäuses über den internen Akustik-Port akustisch mit dem äußeren Akustik-Port gekoppelt ist.
Mikrofon nach Anspruch 1, wobei die Mikrofonanordnung des Weiteren einen MEMS-Motor (Mikroelektromechanisches System) und einen integrierten Schaltkreis umfasst, der im internen Gehäuse angeordnet ist, wobei der integrierte Schaltkreis elektrisch mit dem MEMS-Motor und den Kontakten gekoppelt ist und der MEMS-Motor über den internen Akustik-Port akustisch mit dem äußeren Akustik-Port verbunden ist.
Mikrofon nach Anspruch 2 in Kombination mit einer Adapterschnittstelle, die eine Vielzahl von Kontakten der Host-Vorrichtung aufweist, die jeweils über eine elektrische Leiterbahn mit einem entsprechenden Kontakt des internen Gehäuses verbunden sind.
Mikrofon nach Anspruch 3, wobei das interne Gehäuse eine Abdeckung umfasst, die auf einer Basis montiert ist, die Kontakte oberflächenmontierte Kontakte sind, die auf der Basis angeordnet sind und einen negativen Kontakt umfassen, der zwischen einem Ausgangssignal-Kontakt und einem positiven Kontakt angeordnet ist, und wobei die Adapterschnittstelle ein flexibler Schaltkreis ist, wobei die Vielzahl von Host-Schnittstellenkontakten des flexiblen Schaltkreises einen Host-Ausgangssignal-Kontakt umfasst, der zwischen einem positiven Host-Kontakt und einem negativen Host-Kontakt angeordnet ist.
Mikrofon nach Anspruch 2, das des Weiteren einen akustischen Kanal zwischen dem internen Gehäuse und dem Adaptergehäuse umfasst, wobei der interne Akustik-Port durch den akustischen Kanal akustisch mit dem äußeren Akustik-Port gekoppelt ist.
Mikrofon nach Anspruch 5, wobei der akustische Kanal ein gewundener Pfad ist, wobei der gewundene Pfad eine Eintrittsbarriere für Licht oder Partikelkontamination ist.
Mikrofon nach Anspruch 5, wobei der akustische Kanal so konfiguriert ist, dass er die akustischen Eigenschaften des Mikrofons abstimmt.
Mikrofon nach Anspruch 7, wobei die akustischen Eigenschaften Trägheit, Nachgiebigkeit oder Widerstand umfassen.
Mikrofon nach Anspruch 7, wobei der akustische Kanal eine Kavität mit Resonator umfasst.
Mikrofon nach Anspruch 5, das des Weiteren ein Element umfasst, das wenigstens einen Abschnitt des Adaptergehäuses von wenigstens einem Abschnitt des Innengehäuses trennt.
Mikrofon nach Anspruch 10, wobei das Element wenigstens einen Abschnitt des akustischen Kanals definiert.
Mikrofon nach Anspruch 11, wobei eine Struktur des Elements eine akustische Eigenschaft des sich durch den akustischen Kanal ausbreitenden Schalls modifiziert.
Mikrofon nach Anspruch 2, wobei der MEMS-Motor das interne Gehäuse in ein Rückvolumen und ein Vordervolumen trennt, die akustisch mit dem internen Akustik-Port gekoppelt sind, wobei das interne Gehäuse einen Rückvolumen-Port umfasst, der das Rückvolumen akustisch mit einem Raum zwischen dem Adaptergehäuse und dem internen Gehäuse koppelt.
Mikrofon nach Anspruch 2, wobei das interne Gehäuse eine Abdeckung umfasst, die auf einer Basis montiert ist, wobei die Vielzahl von Kontakten des internen Gehäuses oberflächenmontierte Kontakte sind, die auf der Basis angeordnet sind, wobei das Adaptergehäuse eine Abdeckung umfasst, die an der Basis des internen Gehäuses montiert ist, wobei das interne Gehäuse und das Adaptergehäuse die Basis als eine gemeinsame Basis teilen.
Mikrofon nach Anspruch 2, wobei das interne Gehäuse eine Abdeckung umfasst, die auf einer Basis montiert ist, wobei der interne Akustik-Port, die Kontakte und der MEMS-Motor auf der Basis angeordnet sind.
Mikrofon nach Anspruch 15, das des Weiteren einen Akustik-Kanal zwischen dem internen Gehäuse und dem Adaptergehäuse umfasst, wobei die Öffnung auf einer ersten Seite des Adaptergehäuses angeordnet ist und der äußere Akustik-Port auf einer zweiten Seite des Adaptergehäuses angeordnet ist, wobei die zweite Seite des Adaptergehäuses der ersten Seite des Adaptergehäuses gegenüberliegt, wobei der interne Akustik-Port durch den Akustik-Kanal akustisch mit dem äußeren Akustik-Port gekoppelt ist.
Mikrofon nach Anspruch 15, das des Weiteren einen Akustik-Kanal zwischen dem internen Gehäuse und dem Adaptergehäuse umfasst, wobei die Öffnung auf einer ersten Seite des Adaptergehäuses angeordnet ist und der äußere Akustik-Port auf einer zweiten Seite des Adaptergehäuses angeordnet ist, wobei die zweite Seite des Adaptergehäuses nicht parallel zu der ersten Seite des Adaptergehäuses verläuft, wobei der interne Akustik-Port durch den Akustik-Kanal akustisch mit dem äußeren Akustik-Port gekoppelt ist.
Mikrofon nach Anspruch 15, das des Weiteren einen Akustik-Kanal zwischen dem internen Gehäuse und dem Adaptergehäuse umfasst, wobei der interne Akustik-Port durch den Akustik-Kanal akustisch mit dem äußeren Akustik-Port gekoppelt ist, wobei der MEMS-Motor eine kapazitive Vorrichtung ist, die eine Membran umfasst, die das interne Gehäuse in ein Rückvolumen mit einer Höhenabmessung h₁ und ein Vordervolumen mit einer Höhenabmessung h₂ senkrecht zu einer Oberfläche der Membran trennt, wobei der akustische Kanal eine Höhenabmessung h₃ senkrecht zu der Oberfläche der Membran aufweist, wobei h₃ > h₁ + h₂.
Mikrofon nach Anspruch 18, wobei die Öffnung auf einer ersten Seite des Adaptergehäuses und der äußere Akustik-Port auf einer zweiten Seite des Adaptergehäuses angeordnet ist, wobei die zweite Seite des Adaptergehäuses der ersten Seite des Adaptergehäuses gegenüberliegt und sich die Höhenabmessung h₃ zwischen der ersten und zweiten Seite des Adaptergehäuses erstreckt.