JP2003532881A - Gas flow sensor, speaker system, and microphone utilizing measurement of absolute pressure over time - Google Patents

Gas flow sensor, speaker system, and microphone utilizing measurement of absolute pressure over time

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JP2003532881A
JP2003532881A JP2001583100A JP2001583100A JP2003532881A JP 2003532881 A JP2003532881 A JP 2003532881A JP 2001583100 A JP2001583100 A JP 2001583100A JP 2001583100 A JP2001583100 A JP 2001583100A JP 2003532881 A JP2003532881 A JP 2003532881A
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sensor
microphone
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signal
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グルディン、オレグ
フロロフ、ゲナディ
ランズバーガー、レスリー、エム.
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Microbridge Technologies Inc
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    • H04R3/00Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
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    • H04R29/00Monitoring arrangements; Testing arrangements
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Abstract

(57)【要約】 本発明は現在の一般的マイクロホンの基本的弱点、およびオーディオスピーカシステムのためのフィードバックにおけるそれらの適用を取り扱う。この限界は、周波数範囲1〜100Hzにおける典型的膜型マイクロホンの基本的問題に起因する。膜型マイクロホンの自己雑音はこの範囲でおよそ1/fほど増加し、かつ膜型マイクロホンは寄生慣性振動に敏感であり、それは通常この周波数範囲で非常に重要である。これらの制限を除去することにより、そのようなセンサ(APVセンサ)をオーディオスピーカ内の実効フィードバックのために使用することが可能になり、10〜100Hzの低週波数範囲の性能が劇的に改善される。フィードバック無しでは、一般的なオーディオスピーカはこの範囲の厳しい減衰および/またはひずみを免れない。 Summary The present invention addresses the basic weaknesses of current general microphones and their application in feedback for audio speaker systems. This limitation is due to the fundamental problems of typical membrane microphones in the frequency range 1-100 Hz. The self-noise of membrane microphones increases by about 1 / f in this range, and membrane microphones are sensitive to parasitic inertial vibration, which is usually very important in this frequency range. Removing these limitations allows such sensors (APV sensors) to be used for effective feedback in audio speakers, and dramatically improves performance in the low frequency range of 10-100 Hz. Is done. Without feedback, typical audio speakers suffer from severe attenuation and / or distortion in this range.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、空間内の一点における気体の絶対圧の時間的変動を測定するセンサ
、ならびにこれらのセンサに基づく音声再現および録音システムに関する。用途
は、オーディオスピーカの改善のためのモーショナルフィードバック(MFB)
のシステムにおけるこれらのセンサの使用、およびハイブリッドマイクロホンに
おけるこれらのセンサの使用を含む。本発明は、オーディオスピーカシステムの
ために、この周波数範囲のマイクロホンの性能を改善するため、かつ、この範囲
の実効モーショナルフィードバックを可能にするために、特にオーディオスペク
トルの低周波数端だけでなく、超低周波数範囲の一部にも関係する。
The present invention relates to sensors for measuring the temporal variation of the absolute pressure of gas at a point in space, as well as voice reproduction and recording systems based on these sensors. Uses are Motional Feedback (MFB) to improve audio speakers
Including the use of these sensors in systems, and in hybrid microphones. The present invention is particularly useful for audio speaker systems in order to improve the performance of microphones in this frequency range and to enable effective motional feedback in this range, not only at the low frequency end of the audio spectrum, It is also related to part of the very low frequency range.

【0002】[0002]

【発明の背景】BACKGROUND OF THE INVENTION

音響マイクロホンの分野は数十年間存在してきた成熟した分野であり、数百k
Hz(超音波)から1Hzあるいは数分の1Hz(超低周波)までの周波数範囲
を網羅し、極めて多種多様なモデルが市販されている。特にオーディオ用途では
、20Hzから20kHzまでの範囲が人間の聴取に関係する信号成分を含む範
囲と定義されている。
The field of acoustic microphones is a mature field that has existed for decades, with hundreds of k
An extremely wide variety of models are commercially available, covering the frequency range from Hz (ultrasonic wave) to 1 Hz or a fraction of a few Hz (ultra low frequency). Particularly for audio applications, the range from 20 Hz to 20 kHz is defined as the range containing signal components related to human hearing.

【0003】 膜型マイクロホンは一般的に低い周波数では感度が限定され、雑音が増加する
(一般的に1/f依存性を有する)。これに加えて、それらは基本的に、関係す
る低周波音(圧力)信号と同一周波数範囲の寄生慣性振動の傾向がある。
Membrane microphones typically have limited sensitivity at low frequencies and increased noise (generally having a 1 / f dependence). In addition to this, they are basically prone to parasitic inertial vibrations in the same frequency range as the low frequency sound (pressure) signal concerned.

【0004】 流量に基づく低周波マイクロホンは、ロバート・フェール(Robert F
ehr)による論文「Infrasonic Thermistor Micr
ophone」オーディオ技術学会誌1970年4月号第18巻第2号128〜
132ページから知られている。該マイクロホン装置は、ガス容量チャンバを周
囲に接続するヘルムホルツ共鳴器の管内に配置され、サーモアネモメータ型流量
センサになるサーミスタ構成から成る。この流量センサは、管の入口における周
囲圧力の時間的変動の結果、管を通してチャンバに出入する流量を測定する。こ
の装置は0.1Hzもの低い周波数で動作し、膜型マイクロホンほど振動に対し
て敏感でない。他方、記載された装置は、実際の低周波数オーディオ用途での使
用を妨げる特定の限界を有する。第一に、記載された装置はサーモアネモメータ
の温度感知要素として離散要素(サーミスタ)を使用しており、それは任意に低
い熱慣性の達成を妨げ、結果的に1.5Hz程度の過渡周波数を生じ、それより
上で信号は漸次減衰され、それが今度はマイクロホンの利用可能な周波数範囲を
制限する。第二に、流路内のこれらの離散要素(論文では直径330μmと記載
されている)の配置は、任意に狭い流路の使用を困難にし、したがって流量イン
ピーダンスの利用可能な範囲を制限する。
Low-frequency microphones based on flow rate are based on Robert F.
ehr) "Infrasonic Thermistor Micr
"phone" Audio Technology Society Journal April 1970 Issue 18 Volume 2 Issue 128-
Known from page 132. The microphone device consists of a thermistor arrangement which is arranged in the tube of a Helmholtz resonator which connects the gas volume chamber to the surroundings and which becomes a thermoneemometer type flow sensor. The flow sensor measures the flow rate into and out of the chamber through the tube as a result of the temporal variation in ambient pressure at the tube inlet. This device operates at frequencies as low as 0.1 Hz and is not as sensitive to vibration as a membrane microphone. The described device, on the other hand, has certain limitations that prevent its use in practical low frequency audio applications. First, the described device uses discrete elements (thermistors) as temperature sensing elements of the thermone anemometer, which prevents the achievement of arbitrarily low thermal inertia, resulting in transient frequencies on the order of 1.5 Hz. Occurs, above which the signal is progressively attenuated, which in turn limits the available frequency range of the microphone. Second, the placement of these discrete elements in the flow path (described in the paper as 330 μm in diameter) makes it difficult to use arbitrarily narrow flow paths, thus limiting the available range of flow impedance.

【0005】 したがって、目的が1Hzまたはそれ以下の低周波数範囲の音を検出すること
である場合、ガス容量チャンバはかなりの容量、例えば数百ミリリットルを持た
なければならない。オーディオマイクロホン、またはモーショナルフィードバッ
ク(MFB−以下参照)用のセンサなどの用途の場合、そのような大容量は実際
的でない。第三に、フェール論文に記載された装置の音圧感度(分解能)は1〜
10Paと推定される一方、オーディオ用途にはmPa範囲またはそれ以上の感
度が要求される。
Therefore, if the goal is to detect sounds in the low frequency range of 1 Hz or less, the gas volume chamber must have a considerable volume, for example several hundred milliliters. For applications such as audio microphones, or sensors for motional feedback (MFB-see below), such high capacity is not practical. Thirdly, the sound pressure sensitivity (resolution) of the device described in the fail paper is 1 to
While estimated at 10 Pa, audio applications require sensitivity in the mPa range or higher.

【0006】 MFB技術は、オーディオスピーカの低周波数範囲の周波数応答を下方に約2
0Hzまで拡張し、かつ低周波数信号ひずみを低減することによって、オーディ
オスピーカの低周波数忠実度を改善する効果的方法としてよく知られている。一
般的にMFB法は、スピーカの膜によって生成される音圧(またはその相関物)
を検出する変換器、および検出された信号の電力増幅器への負帰還に基づく。外
部電気入力信号と測定音圧またはスピーカの膜の運動または他の相関物との比較
により、送り出される電力の自動調節が可能となり、スピーカシステムの特定の
複雑な非線形電気機械的性質によって生じたひずみを補償することができる。
[0006] MFB technology lowers the frequency response of the audio speaker in the low frequency range by about 2
It is well known as an effective way to improve the low frequency fidelity of audio speakers by extending to 0 Hz and reducing low frequency signal distortion. Generally, the MFB method is the sound pressure (or its correlate) generated by the speaker membrane.
And a negative feedback of the detected signal to the power amplifier. The comparison of the external electrical input signal with the measured sound pressure or speaker membrane movement or other correlates allows for automatic adjustment of the delivered power and distortion caused by certain complex non-linear electromechanical properties of the speaker system. Can be compensated.

【0007】 1980年代初期の大量市場デジタル音再生装置とコンパクトディスク(CD
)の登場前は、オーディオ愛好家級の音響再生は高価な挑戦であり、大部分の消
費者にはなじまなかった。今日、どの安価なCDプレーヤも音源録音のオーディ
オ愛好家品質の信号を再生する。この信号は、特に低周波数成分の振幅が大きい
ときに、例えば100Hz未満および付近の低周波数成分がスピーカシステムに
よってひずみやすい。信号クリッピングが明瞭に聞き取れることがあり、聴取者
は一般的に音量を下げてひずみの効果を低減することがある。オーディオ愛好家
は依然として、低周波数範囲の再生がより忠実な高性能スピーカシステムを使用
することによって、高品質の音響再生を達成しようと努力している。実効MFB
が実現すると、従来の大量市場の消費者品質レベルの音響再生装置すなわちステ
レオアンプおよびスピーカは、オーディオ愛好家級(高品質)再生をもたらすこ
とができるであろう。これは、MFBの実現に成功することができる限り、比較
的安価な家庭用ステレオ装置が、実質的により高い価格のオーディオシステムに
匹敵するものに近付くことができることを意味する。
Mass market digital sound reproduction devices and compact discs (CDs) in the early 1980s
Before the advent of), audiophile-grade sound reproduction was a costly challenge and unfamiliar to most consumers. Today, any inexpensive CD player reproduces audiophile-quality signals of source recordings. This signal is liable to be distorted by the speaker system for low frequency components, for example below 100 Hz and near, especially when the amplitude of the low frequency components is large. Signal clipping may be clearly audible and the listener may generally reduce the volume to reduce the effects of distortion. Audiophiles are still striving to achieve high quality sound reproduction by using high performance speaker systems where reproduction in the lower frequency range is more faithful. Effective MFB
Would enable conventional mass market consumer quality level sound reproduction devices, ie, stereo amplifiers and speakers, to provide audiophile-grade (high quality) reproduction. This means that relatively cheap home stereo devices can approach those that are substantially comparable to more expensive audio systems, as long as the MFB can be successfully implemented.

【0008】 今日、MFBが成功裏にかつ幅広く実現されることを阻んでいる主たる限界は
、適切な(価格、サイズ、および性能特性の組合せによって評価した場合)低周
波数マイクロホンの欠如である。第二の限界は、MFBを実現するために、スピ
ーカに独立した電源が必要なことである。さらなる限界は、MFBを使用するス
ピーカが特殊な調節を必要とすることである。
[0008] Today, a major limitation preventing successful and widespread implementation of MFB is the lack of a suitable (as assessed by a combination of price, size, and performance characteristics) low frequency microphone. The second limitation is that the speaker requires an independent power source to implement MFB. A further limitation is that speakers using MFB require special adjustment.

【0009】 モーショナルフィードバックは一般的に、2通りの方法、すなわち(1)加速
度計を使用してスピーカの膜の加速を測定する方法(例えば米国特許第4,57
3,189号)、および(2)マイクロホンを使用して音圧を測定する方法(例
えば米国特許第4,592,088号)のうちの1つで行われてきた。
Motional feedback is generally done in two ways: (1) using accelerometers to measure the acceleration of the speaker membrane (eg US Pat. No. 4,57).
No. 3,189), and (2) a method of measuring sound pressure using a microphone (eg, US Pat. No. 4,592,088).

【0010】 MFBを達成する第一の方法は、スピーカの膜に取り付けられた加速時計の使
用、および実際の音圧の代わりとしてその加速の検出に基づく。加速時計に基づ
くMFBを実現するためには、複雑な技術上の問題を解決しなければならない。
2つの理由で加速時計からは非常に高い技術性能が要求される。スピーカの膜の
加速はa=(2πf)2xに等しい。ここでfは周波数、xは膜振動の振幅であ
る。周波数範囲の高端、例えば120Hzおよびスピーカの膜の2mmの最大モ
ーショナル振幅で、加速の上限amax≒100gを推定することができる。どち
らの値もオーディオスピーカに一般的である。MFBはまた、人間の生理学的性
質および人間の聴覚の範囲のため、最低約数Hzまでの低周波数および最大値よ
り4桁低い大きさのラウドネスで、(20〜25Hzより高い周波数で実効フィ
ードバックを提供するのに)有効でなければならない。こうして、最低所用検出
可能加速度はミリg以下のレベルと推定することができる。したがって、少なく
とも5桁の大きさの線形ダイナミックレンジを持ち、かつ最高100gまでの高
い加速度を測定できる高性能加速時計が必要である。
The first way to achieve MFB is based on the use of an accelerating clock mounted on the membrane of the speaker and detecting its acceleration as a substitute for the actual sound pressure. In order to realize an MFB based on an acceleration clock, complicated technical problems must be solved.
Acceleration watches require very high technical performance for two reasons. The acceleration of the speaker membrane is equal to a = (2πf) 2 x. Here, f is frequency and x is amplitude of membrane vibration. At the high end of the frequency range, eg 120 Hz and a maximum motional amplitude of 2 mm of the loudspeaker membrane, an upper acceleration limit a max ≈100 g can be estimated. Both values are common for audio speakers. Due to the physiological nature of humans and the range of human hearing, MFB also provides effective feedback at frequencies above 20-25 Hz, at low frequencies down to a few Hz and loudness 4 orders of magnitude below the maximum. Must be valid). In this way, the minimum detectable acceleration can be estimated at a level of millig or less. Therefore, there is a need for a high performance accelerometer with a linear dynamic range of at least 5 orders of magnitude and capable of measuring high accelerations up to 100g.

【0011】 また、オーディオスピーカの膜に取り付けられた加速時計は、時折の低周波(
例えば数Hz)振動および高周波(数百Hz)不安定性による望ましくない寄生
信号に応答する。(米国特許第4,727,584号)これらの影響は、スピー
カのエンクロージャ内部の空気圧の変動および加速時計と相互作用する音波の音
響共鳴によって発生する。製造時に制御することが難しいこれらの要素は結果的
に、(1)「トランペット」形の外観を有するスピーカの膜を使用すること、(
2)ダストカップを逆にすること、(3)不安定性の影響を最小化するために加
速時計に対して周方向に選択された位置でラウドスピーカコイル上におもりを配
置することをはじめ、スピーカドライバに対し重大な設計上の制約を生じる。
In addition, the acceleration clock attached to the membrane of the audio speaker sometimes has a low frequency (
Respond to unwanted parasitic signals due to, for example, several Hz) vibrations and high frequency (several hundred Hz) instabilities. (U.S. Pat. No. 4,727,584) These effects are caused by variations in air pressure inside the enclosure of the speaker and acoustic resonance of sound waves that interact with the accelerating clock. These factors, which are difficult to control during manufacturing, result in (1) the use of speaker membranes having a "trumpet" shaped appearance, (
2) Inverting the dust cup; (3) Placing a weight on the loudspeaker coil at a position selected circumferentially with respect to the accelerating clock to minimize the effects of instability; It creates a significant design constraint for the driver.

【0012】 その結果、加速時計に基づくMFBの使用は、優れた高性能加速時計のみなら
ず、カスタム設計のスピーカドライバをも必要とする。普通の市販のスピーカド
ライバに動き感知要素を取り付けようとすると、不充分な結果を生じる傾向があ
る。
As a result, the use of MFB based acceleration watches requires not only excellent high performance acceleration watches, but also custom designed speaker drivers. Attempts to attach motion-sensing elements to ordinary off-the-shelf speaker drivers tend to give poor results.

【0013】 MFBを得る第二の方法は、スピーカの膜に近接して配置されたマイクロホン
によって現在達成されている音圧の直接測定に基づく。フィードバック構成の極
および移相ずれの動力学のため、20〜150Hz範囲のバスの改善が要求され
る場合、マイクロホンは数Hzから数百Hzの周波数で動作する必要がある。2
0〜25Hzの範囲の周波数のひずみを抑制することのできる実効モーショナル
フィードバックは、最低1〜3Hzまで高い信号対雑音比(SNR)を持つマイ
クロホンの信頼できる動作を必要とする。既存のマイクロホンは低周波数で雑音
が本質的に増加し、かつ低周波数で感度が実質的に低下する。それが、最良の入
手可能なマイクロホンさえも約20Hzで低い遮断周波数を持つ理由である。
The second method of obtaining MFB is based on the direct measurement of sound pressure currently achieved by a microphone placed in close proximity to the membrane of the speaker. Due to the polar and out-of-phase dynamics of the feedback arrangement, the microphone needs to operate at frequencies from a few Hz to a few hundreds of Hz if improvements in the bass in the 20-150 Hz range are required. Two
Effective motional feedback capable of suppressing frequency distortion in the range 0-25 Hz requires reliable operation of microphones with high signal-to-noise ratio (SNR) down to 1-3 Hz. Existing microphones have an inherent increase in noise at low frequencies and a substantial decrease in sensitivity at low frequencies. That is why even the best available microphones have a low cutoff frequency at about 20 Hz.

【0014】 一般的に、マイクロホンはスピーカのエンクロージャの内部および外部の音響
圧を測定することができる。エンクロージャの内部では、測定可能な圧力は18
0〜200dB SPL(音圧レベル)に達することができ、これはマイクロホ
ンの動作範囲(120〜130dB SPL)の典型的な上限よりずっと高い。
In general, microphones can measure acoustic pressure inside and outside the speaker enclosure. Inside the enclosure, the measurable pressure is 18
0-200 dB SPL (sound pressure level) can be reached, which is much higher than the typical upper limit of the microphone operating range (120-130 dB SPL).

【0015】 加えて、(音圧によって直接生じる所望の信号の他に)寄生振動誘発信号の深
刻な問題がある。マイクロホンをスピーカエンクロージャの外部に配置した場合
、マイクロホンをスピーカの膜の近くでアングルアーム上にマイクロホンを固定
する必要性のため、これらの寄生信号が発生する。アームの振動はマイクロホン
の出力に著しく寄与することがあり、したがってスピーカシステムの忠実度を劣
化する。
In addition, there is a serious problem of parasitic vibration-inducing signals (besides the desired signal directly caused by sound pressure). When the microphone is located outside the speaker enclosure, these parasitic signals are generated due to the need to mount the microphone on the angle arm near the speaker membrane. Vibration of the arm can contribute significantly to the output of the microphone, thus degrading the fidelity of the speaker system.

【0016】 サブウーファ設計の分野における別の一般的傾向もまた本発明に関連がある。
(音のひずみを防止するため)音響再生システムの遮断周波数より低い共鳴周波
数を有するスピーカドライバを使用する原理は、MFBを持つシステムおよび持
たないシステムの両方で使用される。該分野の典型的な規則は、スピーカエンク
ロージャに取り付けられたスピーカドライバが20Hz未満の共鳴周波数を持た
なければならないことである。実際には、この要求は結果的にスピーカドライバ
のサイズの増大、複雑な(しばしばカスタム)設計、および時には1kWまたは
それ以上の高い起動電力を使用する必要性を生じる。
Another general trend in the field of subwoofer design is also relevant to the present invention.
The principle of using a speaker driver with a resonance frequency lower than the cut-off frequency of the sound reproduction system (to prevent sound distortion) is used both in systems with and without MFB. A typical rule in the field is that the speaker driver mounted in the speaker enclosure must have a resonant frequency below 20 Hz. In practice, this requirement results in an increase in speaker driver size, complex (often custom) designs, and sometimes the need to use high starting powers of 1 kW or more.

【0017】 近年、サーモアネモメータ型感知要素(ハネウェルのAWMシリーズなど)に
基づくガス質量流量センサが開発され、業界で幅広く使用されている。流路付き
パッケージに封入されたセンサは流路を通過する直接ガス流量を測定し、それは
センサの2つの端子間の圧力降下に依存する。したがって、これらのセンサは、
特定の位置における絶対圧の時間的変動ではなく、2つの非一致空間位置間の差
圧を測定するために使用することができる。
In recent years, gas mass flow sensors based on thermo-anemometer type sensing elements (such as Honeywell's AWM series) have been developed and widely used in the industry. A sensor enclosed in a flow path package measures the direct gas flow rate through the flow path, which depends on the pressure drop between the two terminals of the sensor. Therefore, these sensors
It can be used to measure the differential pressure between two non-coincident spatial locations, rather than the time-varying absolute pressure at a particular location.

【0018】 周囲に開かれており音響流および音の強さを測定することのできる感知要素付
きの別のサーモアネモメータ型センサは、H−E.de Bree、P. Le
ussink、T. Korthorst、H. Jansen、T S J.
Lammerink、M. Elwenspoekによる「The μ−fl
own: A novel device for measuring ac
oustic flows」Sensors and Actuators A
(1996), v.54, n.1, pp.552−557と題する論文
および米国特許第5,959,217号に記載されている。本センサは、絶対圧
の時間的変動を直接測定するのではなく、音響圧の空間勾配に比例する局所的ガ
ス粒子速度を測定する。
Another thermo-anemometer-type sensor that is open to the surroundings and has a sensing element capable of measuring acoustic streaming and sound intensity is described in HE. de Bree. Le
ussink, T.S. Korthorst, H .; Jansen, TS J.
Lammerink, M .; "The μ-fl by Elwenspoek
own: A novel device for measuring ac
“Sousors and Actuators A”
(1996), v. 54, n. 1, pp. 552-557 and US Pat. No. 5,959,217. The sensor does not directly measure the temporal variation of absolute pressure, but rather the local gas particle velocity, which is proportional to the spatial gradient of acoustic pressure.

【0019】 約1Hzから始まり最高数十または数百ヘルツに至る可聴周波数を録音できる
低周波数マイクロホンの必要があることは理解されるであろう。
It will be appreciated that there is a need for a low frequency microphone capable of recording audible frequencies starting at about 1 Hz and up to tens or hundreds of hertz.

【0020】[0020]

【発明の概要】[Outline of the Invention]

本発明の目的の1つは、典型的膜型マイクロホンを流量に基づくマイクロホン
から区別するために絶対圧変動(APV)と略される絶対圧の時間的変動の測定
のために集積サーモアネモメータ型質量流量感知要素を利用し、特に低周波数に
おけるそのような測定の分解能および精度を改善し、かつ他の慣性機械振動に対
する測定のイミュニティを改善することである。発明のAPVセンサ(単数また
は複数)をさらに、スピーカシステムのMFB、および優れた低周波数性能を持
つハイブリッドマイクロホンの作成に使用することを提案する。
One of the objects of the present invention is an integrated thermometer anemometer for measuring the temporal variation of absolute pressure, abbreviated as absolute pressure variation (APV) to distinguish typical membrane microphones from flow-based microphones. Utilizing mass flow sensing elements to improve the resolution and accuracy of such measurements, especially at low frequencies, and improve the immunity of the measurements to other inertial mechanical vibrations. The invention's APV sensor (s) is further proposed for use in the MFB of speaker systems and in the fabrication of hybrid microphones with excellent low frequency performance.

【0021】 したがって本発明の目的は次の通りである。 (1)絶対圧の時間的変動の測定のために集積サーモアネモメータ型質量流量感
知要素を利用する。絶対圧変動(APV)センサは、下は数ヘルツ以下まで、上
は少なくとも100Hzまで高感度を提供するように発明されている。それはま
た、小さいサイズを持ちかつ慣性(非音圧)振動に反応しないようにも発明され
ている。 (2)APVセンサに基づくモーショナルフィードバック(MFB)を利用して
、低周波数における音響再生および録音システムの周波数応答を改善し、音のひ
ずみを低減する。 (3)特殊設計を持ち振動に反応しないAPVセンサに基づくMFBを利用して
、低周波数における周波数応答を改善し、音のひずみを低減し、外部の振動/加
速度の下で安定した動作を提供する。 (4)比較的小さいスピーカドライバおよびスピーカエンクロージャが望ましい
音響再生システムで上記のセンサに基づくMFBを利用する。 (5)共鳴周波数が最低再生周波数より高いスピーカドライバを使用する音響再
生システムで上記のセンサに基づくMFBを利用する。 (6)APVセンサを利用して、優れた低周波数性能を持つハイブリッドマイク
ロホンを作成する。 (7)増幅器の入力にフィードバックさせる必要がなく、かつスピーカおよびフ
ィードバックシステムが増幅器からの(単一ケーブル)オーディオ信号からのみ
電力を供給され続けることを可能にするAPVセンサ(または加速時計)によっ
て使用可能になるモーショナルフィードバックの一態様を提供する。 (8)増幅器の入力に戻り接続することなくモーショナルフィードバックのその
ようなシステムにAPVセンサを利用する。
Therefore, the objects of the present invention are as follows. (1) Utilizes an integrated thermometer anemometer type mass flow sensing element to measure absolute pressure over time. Absolute pressure variation (APV) sensors are invented to provide high sensitivity down to a few hertz or below and up to at least 100 Hz. It is also invented to have a small size and to be insensitive to inertial (non-sound pressure) vibrations. (2) Utilizing APV sensor based motional feedback (MFB) to improve the frequency response and reduce sound distortion of sound reproduction and recording systems at low frequencies. (3) Utilizing MFB based on a specially designed and vibration insensitive APV sensor to improve frequency response at low frequencies, reduce sound distortion and provide stable operation under external vibration / acceleration To do. (4) Utilize the above sensor-based MFB in a sound reproduction system where a relatively small speaker driver and speaker enclosure are desired. (5) Utilizing the MFB based on the above sensor in a sound reproduction system using a speaker driver having a resonance frequency higher than the minimum reproduction frequency. (6) Using the APV sensor, create a hybrid microphone with excellent low frequency performance. (7) Used by an APV sensor (or accelerating clock) that does not require feedback to the input of the amplifier and allows the speaker and feedback system to remain powered only from the (single cable) audio signal from the amplifier. One aspect of possible motional feedback is provided. (8) Utilize the APV sensor in such a system of motional feedback without connecting back to the input of the amplifier.

【0022】 本発明では、チャンバと、熱ガス流量センサを介して周囲からチャンバにガス
を連通する制限流路とを備えた圧力の時間的変動のための変換装置であって、セ
ンサが基板上に集積されたサーモアネモメータ型感知要素を備え、かつ低熱慣性
を有することを特徴とする変換装置を提供する。該低熱慣性は、装置が約50H
z、有利には約150Hzより高い上部遮断周波数を持つことを可能にする。該
流路は、感度を改善するために、感知要素におけるガス流速が流路内と同一また
はそれ以上となるように、センサと結合することができる。センサはチャンバの
内部に設けることが好ましく、流路もまたチャンバ内部に設けることができる。
該サーモアネモメータ型感知要素は流路の内部に設け、センサの残りは流路の外
部に設けることが好ましい。
According to the present invention, there is provided a conversion device for temporal fluctuation of pressure, which comprises a chamber and a restriction flow path for communicating gas from the surroundings to the chamber via a hot gas flow rate sensor, the sensor being on a substrate. A converter device having a thermo-anemometer type sensing element integrated into a substrate and having a low thermal inertia. The low thermal inertia is about 50H
z, preferably having an upper cut-off frequency higher than about 150 Hz. The flow path can be coupled with a sensor such that the gas flow rate at the sensing element is the same or higher than in the flow path to improve sensitivity. The sensor is preferably provided inside the chamber and the flow path can also be provided inside the chamber.
Preferably, the thermo-anemometer type sensing element is provided inside the channel and the rest of the sensor is provided outside the channel.

【0023】 該装置は少なくとも2つのセンサを持つことが好ましく、センサおよび流路は
、慣性振動関連成分を打ち消すように結合することができる信号を提供するよう
に、幾何学形状的に配設する。
The device preferably has at least two sensors, the sensor and the flow path being geometrically arranged to provide a signal that can be coupled to cancel out inertial vibration related components. .

【0024】 本発明はまた、通常範囲の音響信号に敏感な膜型マイクロホンと、低周波数オ
ーディオ信号を検出するために本発明に係る変換装置を備えたサーモアネモメー
タ型マイクロホンと、膜型マイクロホンの出力とサーモアネモメータ型マイクロ
ホンを結合して低オーディオ周波数から少なくとも通常のオーディオ周波数まで
優れた応答を持つ複合出力信号を提供するためのコンバイナ回路とを備えたハイ
ブリッドマイクロホンをも提供する。
The invention also relates to a membrane microphone sensitive to acoustic signals in the normal range, a thermo-anemometer microphone equipped with the converter according to the invention for detecting low-frequency audio signals, and a membrane microphone. There is also provided a hybrid microphone having a combiner circuit for combining an output and a thermo-anemometer type microphone to provide a composite output signal having excellent response from a low audio frequency to at least a normal audio frequency.

【0025】 本発明はまた、スピーカと、フィードバック信号に応答してスピーカによって
導入される低周波数の減衰およびひずみを補償するために入力オーディオ信号を
変化させるための回路と、フィードバック信号を生成するためのマイクロホンと
を備えたモーショナルフィードバック(MFB)スピーカ装置であって、マイク
ロホンが、本発明に係る変換装置またはハイブリッドマイクロホンを備えたマイ
クロホンを含むことを特徴とするスピーカ装置をも提供する。流路はスピーカの
音波伝搬軸に対して垂直であることが好ましい。
The present invention also provides a speaker, circuitry for varying the input audio signal to compensate for low frequency attenuation and distortion introduced by the speaker in response to the feedback signal, and for producing the feedback signal. The present invention also provides a motional feedback (MFB) speaker apparatus including the microphone according to the present invention, wherein the microphone includes the conversion apparatus according to the present invention or the microphone including the hybrid microphone. The flow path is preferably perpendicular to the sound wave propagation axis of the speaker.

【0026】 本発明はさらに、スピーカと、フィードバック信号に応答してスピーカによっ
て導入される低周波数の減衰およびひずみを補償するために入力オーディオ信号
を変化させるための回路と、フィードバック信号を生成するためのマイクロホン
とを備えたモーショナルフィードバック(MFB)スピーカ装置であって、回路
が増幅源とスピーカとの間でオーディオ信号に可変減衰を印加し、可変減衰が補
償を提供するために変調されるベースレベルを有することを特徴とするスピーカ
装置をも提供する。
The invention further includes a speaker, circuitry for varying the input audio signal to compensate for low frequency attenuation and distortion introduced by the speaker in response to the feedback signal, and for generating the feedback signal. A MFB speaker device with a microphone, the circuit applying variable attenuation to an audio signal between an amplification source and a speaker, the variable attenuation being modulated to provide compensation. A speaker device having a level is also provided.

【0027】 回路は増幅源とスピーカとの間でオーディオ信号に可変減衰を印加し、可変減
衰は補償を提供するために変調されるベースレベルを持つことが好ましい。該回
路にはオーディオ信号によって電力を供給することができる。回路は、スピーカ
の隣に配置するように適応された筐体に収納し、筐体はスピーカの前にマイクロ
ホンを保持するためのマウントを備えることが好ましい。筐体はまた、スピーカ
のためのベースまたはスタンドを設けることもできる。
The circuit applies variable attenuation to the audio signal between the amplification source and the speaker, the variable attenuation preferably having a base level that is modulated to provide compensation. The circuit can be powered by an audio signal. The circuit is preferably housed in a housing adapted to be placed next to the speaker, the housing preferably comprising a mount for holding the microphone in front of the speaker. The enclosure can also provide a base or stand for the speaker.

【0028】 可変減衰は、スピーカに可聴干渉を生じない高周波数で動作するパルス幅変調
(PWM)回路によって提供することが好ましい。該回路はまた、オーディオ信
号の低周波数成分を中/高周波数成分から分離し、低周波数成分だけを補償のた
めに変化させ、補償された低周波数成分を復調して、補償され復調された低周波
数成分を中/高周波数成分と混合することもできる。
The variable attenuation is preferably provided by a pulse width modulation (PWM) circuit operating at high frequencies that does not cause audible interference to the speaker. The circuit also separates the low frequency components of the audio signal from the medium / high frequency components, changes only the low frequency components for compensation, demodulates the compensated low frequency components, and outputs the compensated and demodulated low frequencies. It is also possible to mix frequency components with medium / high frequency components.

【0029】 本発明は、添付の図面に関連する好適な実施形態および他の実施形態について
の以下の詳細な説明によっていっそうよく理解されるであろう。
The invention will be better understood by the following detailed description of preferred and other embodiments in connection with the accompanying drawings.

【0030】[0030]

【好適な実施形態またはその他の実施形態の詳細な説明】Detailed Description of the Preferred or Other Embodiments

絶対圧変動の測定にサーモアネモメータ型感知要素に基づく集積質量流量セン
サを利用するために、センサの特殊空気圧筐体を使用する。一般的に、好適な実
施形態に係るセンサは、流路2を収容する容器内に配置された少なくとも1つの
サーモアネモメータ型感知要素1を含む。該流路は、図1に示すように剛性壁お
よび容量Voを持つ密閉チャンバ3に接続される。流路の他端は周囲に開いてい
る。センサの動作原理を次に説明する。
In order to utilize an integrated mass flow sensor based on a thermo-anemometer type sensing element for measuring absolute pressure fluctuations, a special pneumatic housing of the sensor is used. In general, the sensor according to the preferred embodiment comprises at least one thermo-anemometer-type sensing element 1 arranged in a container containing the flow channel 2. Flow path is connected to the sealed chamber 3 having rigid walls and a capacitor V o as shown in FIG. The other end of the flow path is open to the surroundings. The operating principle of the sensor will be described below.

【0031】 周囲ガスの絶対圧をPo+Pa(t)で表わす。ここでPa(t)(|Pa(t)
|<<Po)項は一定のPoに対する圧力変動を表わす。これらの変動Pa(t)
は関心のある信号、すなわち絶対圧変動(APV)である。
The absolute pressure of the ambient gas is represented by P o + P a (t). Where P a (t) (| P a (t)
The | << P o ) term represents the pressure fluctuation for a constant P o . These fluctuations P a (t)
Is the signal of interest, namely the absolute pressure variation (APV).

【0032】 密閉チャンバ3内部の圧力はPo+Pc(t)で変動する。ここでPc(t)は
a(t)とは一般的に異なる。これらの条件下で、流路2に加えられる差圧は
流路2内のガス流量F(t)を生じ、それは次式から求めることができる。
The pressure inside the closed chamber 3 fluctuates as P o + P c (t). Here, P c (t) is generally different from P a (t). Under these conditions, the differential pressure applied to the channel 2 produces a gas flow rate F (t) in the channel 2, which can be determined from the following equation.

【数1】 [Equation 1]

【0033】 低い周波数では、流路のインダクタンスの寄与を無視することができる場合、
絶対圧変動によって生じる流量は次式から求めることができる。
At low frequencies, the contribution of the flow path inductance can be neglected:
The flow rate caused by the absolute pressure fluctuation can be obtained from the following equation.

【数2】 [Equation 2]

【0034】 正弦波形圧力変動の場合、Pa(t)=ΔPsin(2πft)であり、ここ
でΔPおよびfはそれぞれ圧力振幅および周波数であり、流路を通過するガス流
量は次の通りである。
For sinusoidal pressure fluctuations, P a (t) = ΔP sin (2πft), where ΔP and f are the pressure amplitude and frequency, respectively, and the gas flow rate through the flow path is .

【数3】 [Equation 3]

【0035】 したがって流量センサは低い遮断周波数fL=1/(2πτ)=P/(2πV R)を有する。The flow sensor thus has a low cutoff frequency f L = 1 / (2πτ) = P o / (2πV o R).

【0036】 より高い周波数では、センサの感度は流路2のインダクタンスによって制限さ
れ、高い遮断周波数はfH=R/(2πL)=(192η)/(ρD2)と定義される。
D=2mmの内径の流路2を持つセンサの場合、fH=660Hzとなる(D=
3mmではfH=295Hz)。
At higher frequencies, the sensitivity of the sensor is limited by the inductance of channel 2 and the high cutoff frequency is defined as f H = R / (2πL) = (192η) / (ρD 2 ).
In the case of a sensor having a flow passage 2 with an inner diameter of D = 2 mm, f H = 660 Hz (D =
F H = 295 Hz at 3 mm).

【0037】 その上、センサの感度はさらに、より高い周波数でサーモアネモメータ型感知
要素1の慣性のためにも制限される。一般的に、近年のサーモアネモメータの周
波数応答は最高150〜200Hzに達しているが、最高数百Hzまで改善する
ことができる。この音圧感度は主として、流路内の流量感知要素の注意深い設計
に依存する。特に、加熱した要素に近接して流れ全体を蓄積することが望ましい
。流路内の質量流量は一定であるが、より高い感度のためには、例えば狭窄を使
用することによって、流れが感知要素付近で速度を高めることが望ましいかもし
れない。
Moreover, the sensitivity of the sensor is further limited due to the inertia of the thermo-anemometer type sensing element 1 at higher frequencies. Generally, the frequency response of recent thermometers has reached a maximum of 150 to 200 Hz, but it can be improved to a maximum of several hundred Hz. This sound pressure sensitivity mainly depends on the careful design of the flow sensing element in the flow path. In particular, it is desirable to accumulate the entire flow in close proximity to the heated element. Although the mass flow rate in the channel is constant, for higher sensitivity it may be desirable to increase the velocity of the flow near the sensing element, for example by using constriction.

【0038】 図2を参照すると、該音響再生システムは、スピーカエンクロージャ6に取り
付けられたスピーカドライバ5を備えている。該入力オーディオ信号は、スピー
カドライバ5を駆動する電力増幅器7に加えられる。該流量感知要素1付き絶対
圧変動(APV)センサ4はスピーカエンクロージャ6の外側でスピーカドライ
バ5の近くに配置され、発生した音圧を検出する。その出力信号は電子処理回路
機構によって増幅され、(必要ならば)濾波される。処理された信号は電力増幅
器7の逆相入力に送られる。本負帰還は、発生した音圧が忠実に音声信号を追跡
することを確実にする。
Referring to FIG. 2, the sound reproduction system includes a speaker driver 5 attached to a speaker enclosure 6. The input audio signal is applied to a power amplifier 7 which drives a speaker driver 5. The absolute pressure fluctuation (APV) sensor 4 with the flow rate sensing element 1 is arranged outside the speaker enclosure 6 and near the speaker driver 5, and detects the generated sound pressure. The output signal is amplified by electronic processing circuitry and filtered (if necessary). The processed signal is sent to the negative phase input of the power amplifier 7. This negative feedback ensures that the generated sound pressure faithfully tracks the audio signal.

【0039】 図2で、MFB機構はAPVセンサ4からの出力が増幅器7の入力にフィード
バックされることを示す。実際には、これは増幅器/スピーカシステムに特定の
制約/条件を課す。増幅器7がスピーカエンクロージャ6内部に統合されない場
合、スピーカから増幅器への追加ケーブルが必要である。また、増幅器7はその
入力へのアクセスを提供しなければならないが、この場合は必ずしもそうではな
い。
In FIG. 2, the MFB mechanism shows that the output from the APV sensor 4 is fed back to the input of the amplifier 7. In practice, this imposes certain constraints / conditions on the amplifier / speaker system. If the amplifier 7 is not integrated inside the speaker enclosure 6, an additional cable from the speaker to the amplifier is required. Also, the amplifier 7 must provide access to its input, but not necessarily in this case.

【0040】 これらの不便さに応えて、本発明は、独立スピーカに使用することができ、増
幅器から単一出力線のみから動作可能であり、信号を増幅器の入力にフィードバ
ックする必要の無いモーショナルフィードバック機構を提供する。この機構の幾
つかの可能な実施形態がある。
In response to these inconveniences, the present invention can be used in an independent speaker and can operate from a single output line from the amplifier only, without the need to feed back the signal to the input of the amplifier. Provide a feedback mechanism. There are several possible embodiments of this mechanism.

【0041】 一実施形態を図15aおよび15bに示す。ここでオーディオ信号はクロスオ
ーバフィルタ24によって低周波数成分と中/高周波数成分に分離される。中/
高成分はフィルタ24または他の回路要素によって適切に減衰され、中/高スピ
ーカドライバ(図示せず)へ、かつ図15aの実施形態ではおそらくスピーカド
ライバ5へ直接送られる。該低周波数成分は、オーディオ信号のパルス幅変調を
もたらす電子モジュール20を介してスピーカドライバ5へ送られる。測定され
た音圧に対応するAPVセンサ4からの信号は、モジュール23によって増幅さ
れ、入力低周波数電気信号と比較される。本比較の結果に応じて、電子モジュー
ル20は、ひずみを補償するためにパルス幅変調のパラメータを変更する。通常
レベルのパルス幅変調が最大ではなく、ひずみを補償するために必要ならば供給
される電力を増加または減少どちらもできることが重要である。
One embodiment is shown in FIGS. 15a and 15b. Here, the audio signal is separated by the crossover filter 24 into low frequency components and medium / high frequency components. During/
The high component is appropriately attenuated by filter 24 or other circuitry and sent directly to the medium / high speaker driver (not shown), and perhaps speaker driver 5 in the embodiment of Figure 15a. The low frequency components are sent to the speaker driver 5 via an electronic module 20 which provides pulse width modulation of the audio signal. The signal from the APV sensor 4 corresponding to the measured sound pressure is amplified by the module 23 and compared with the input low frequency electrical signal. Depending on the result of this comparison, the electronic module 20 modifies the parameters of the pulse width modulation to compensate for the distortion. It is important that the normal level of pulse width modulation is not maximal and that either the supplied power can be increased or decreased if necessary to compensate for the distortion.

【0042】 一般的に、そのような回路要素は約数十mWのレベルの電力を必要とするが、
増幅器7からスピーカドライバへ供給される電力は数百ワットに達することがで
き、それは、入力信号を著しく劣化することなく、電子回路に電力を供給するた
めにAC−DC変換器21を追加することによって、オーディオ信号線から電子
機構全体に電力を供給することを可能にする。入力電力が低いか零である場合、
ひずみはほとんど発生しそうになく、補償回路は作動する必要が無い。
Generally, such circuit elements require a power level on the order of tens of mW,
The power supplied from the amplifier 7 to the speaker driver can reach hundreds of watts, which adds an AC-DC converter 21 to power the electronic circuit without significantly degrading the input signal. Makes it possible to power the entire electronics from the audio signal line. If the input power is low or zero,
Distortion is unlikely to occur and the compensation circuit does not need to work.

【0043】 本発明はまた、改造ユニットとして増幅器7からの入力を受け入れ、スピーカ
の前で音圧を感知し、補償を実現し、正確な信号をスピーカ入力に加える、通常
のスピーカに使用される図15bに示すような独立型筐体22を形成する可能性
をも含む。それ自体のクロスオーバフィルタ25を有する標準スピーカと使用す
ることのできる独立型ユニットを提供するために、該ユニット22には、低およ
び中/高成分をスピーカに出力する再結合する前に、PWM低周波数成分信号か
ら高周波数成分を除去することができる復調器ユニット26がある。
The present invention is also used as a retrofit unit in a normal loudspeaker that accepts the input from the amplifier 7, senses the sound pressure in front of the loudspeaker, realizes the compensation and applies an accurate signal to the loudspeaker input. It also includes the possibility of forming a stand-alone enclosure 22 as shown in Figure 15b. In order to provide a stand-alone unit that can be used with a standard loudspeaker having its own crossover filter 25, the unit 22 is provided with PWM prior to recombining the low and medium / high components to the loudspeaker. There is a demodulator unit 26 that can remove high frequency components from the low frequency component signal.

【0044】 図15aおよび15bの実施形態は単なる一部の例にすぎない。一般的に、オ
ーディオ信号を使用して回路機構に電力を供給することが非常に望ましいが、必
ずしも必要ではない。同様に、可変減衰器としてのPWMの使用は望ましいが、
必ずしも必要ではない。本実施形態は、従来の低価格帯のスピーカへの本質的に
独立型の付加装置によりオーディオ愛好家級の結果を提供することを可能にする
。減衰のためには通常の聴取中に増幅器7からの電力を増加する必要があるので
、全てのスピーカに装置22を設けるべきである。ベースレベルの減衰の調整能
力と同様に、バイパスまたはオフスイッチは有用な付属品である。MFBが完全
な補償を提供することができないときにそれを示すためのインジケータと同様に
、MFBが有効であるときにそれを示すためのインジケータも望ましい。
The embodiments of Figures 15a and 15b are merely some examples. In general, it is highly desirable, but not necessary, to use audio signals to power circuitry. Similarly, the use of PWM as a variable attenuator is desirable, but
Not necessarily required. This embodiment makes it possible to provide audiophile-grade results with an essentially stand-alone add-on device to conventional low-priced speakers. All loudspeakers should be equipped with a device 22 as the power from the amplifier 7 needs to be increased during normal listening for attenuation. Bypass or off switches, as well as the ability to adjust base level attenuation, are useful accessories. An indicator for indicating when the MFB is valid is desirable, as is an indicator for indicating when the MFB is unable to provide full compensation.

【0045】 図3aおよびbは、好適な実施形態に係るAPVセンサの最も重要な機能的部
分、すなわちサーモアネモメータが流路に取り付けられている場所を示す。この
実施形態では、毛管12が切開溝を有し、その中にシリコン基板1が嵌め込まれ
る。該毛管12は、それが集積加熱および感知要素を全体的かつ対称的に被覆す
るように取り付けられる。この特定の実施形態では、微細加工された中央加熱器
8および微細加工された温度感知熱抵抗器9が、適切な形状であって装置のため
に高い感度および低い熱慣性を提供するシリコン基板1のキャビティ10上に懸
吊される。熱抵抗器の大きさは100μmもの低さにすることができ、したがっ
て流路2の内径はほぼ同じ大きさ(100〜200μm)を持つことができ、そ
れはガス流量全体を小さい断面に蓄積することを可能にし、それが高いガス速度
およびセンサの高い感度を与える。小さい内径の毛管12の使用は、流動インピ
ーダンスを著しく高め、かつ取り付けられるチャンバの所用容量を低減すること
を可能にし、それはセンサ全体の超小型化のために極めて重要である。図3bは
、エポキシ13または他の適切な接着剤を使用して管12をシリコン基板1に取
り付けて密封したセンサの断面を模式的に示す。管12は、集積サーモアネモメ
ータ感知要素8、9だけを被覆する必要がある。例えば、電気的接続のためのワ
イヤボンディングパッド11は流路12内にある必要はない。
FIGS. 3 a and b show the most important functional part of the APV sensor according to the preferred embodiment, namely where the thermone anemometer is attached to the flow path. In this embodiment, the capillary 12 has an incision groove into which the silicon substrate 1 is fitted. The capillary 12 is mounted so that it covers the integrated heating and sensing element in a general and symmetrical manner. In this particular embodiment, a micromachined central heater 8 and a micromachined temperature sensitive thermal resistor 9 are appropriately shaped silicon substrate 1 to provide high sensitivity and low thermal inertia for the device. Suspended above the cavity 10. The size of the thermal resistor can be as low as 100 μm, so that the inner diameter of the channel 2 can have almost the same size (100-200 μm), which allows the total gas flow rate to accumulate in a small cross section. Which gives a high gas velocity and a high sensitivity of the sensor. The use of small inner diameter capillaries 12 makes it possible to significantly increase the flow impedance and to reduce the required volume of the chamber in which it is mounted, which is of great importance for the overall miniaturization of the sensor. FIG. 3b schematically shows a cross section of the sensor in which the tube 12 is attached and sealed to the silicon substrate 1 using epoxy 13 or other suitable adhesive. The tube 12 need only cover the integrated thermone anemometer sensing elements 8,9. For example, the wire bonding pad 11 for electrical connection need not be in the flow path 12.

【0046】 図1は、密閉チャンバに接続された流路2およびサーモアネモメータ型感知要
素1から成る絶対圧変動センサを模式的に示す。センサの空気圧部(流路2およ
びチャンバ3)の適切な設計が、特定の用途に要求されるレベルの周波数fL
確立することを可能にする。例えば、流路2の流動インピーダンスR=1000
Pa・s/mlを有するセンサは、それが容量Vo=1mlのチャンバ3に接続
されたとき、fL=15Hzを持つ。遮断周波数を例えば0.3Hzまで低下す
るためには、より大きい容量50mlのチャンバ3を使用しなければならない。
FIG. 1 schematically shows an absolute pressure fluctuation sensor consisting of a flow path 2 and a thermometer anemometer type sensing element 1 connected to a closed chamber. Proper design of the pneumatic part of the sensor (flow path 2 and chamber 3) makes it possible to establish the level of frequency f L required for a particular application. For example, the flow impedance R of the flow path 2 is 1000.
A sensor with Pa · s / ml has f L = 15 Hz when it is connected to chamber 3 with a volume V o = 1 ml. In order to reduce the cut-off frequency to, for example, 0.3 Hz, a chamber 3 with a larger volume of 50 ml must be used.

【0047】 遮断周波数fLの調整は、流路2の適切な設計によっても達成することができ
る。例えば、1cmの長さおよび0.2mmの内径を持つ追加毛管をセンサ流路
2に直列に接続すると、全流量インピーダンスが約14000Pa・s/mlだ
け増加し、センサの遮断周波数が低下する。この場合、3Hzを達成するために
、100mlの代わりにわずか0.3mlを必要とするだけである。
Adjustment of the cutoff frequency f L can also be achieved by a suitable design of the flow path 2. For example, connecting an additional capillary with a length of 1 cm and an inner diameter of 0.2 mm in series with the sensor channel 2 increases the total flow impedance by approximately 14000 Pa · s / ml and lowers the cutoff frequency of the sensor. In this case, only 0.3 ml is needed instead of 100 ml to achieve 3 Hz.

【0048】 好適な実施形態に係るAPVセンサの振動に対するイミュニティは、以下の物
理的現象によって説明される。図1に模式的に示すセンサは、Y軸と平行な方向
に働く振動に対する感度を有する。振動感度は、サーモアネモメータ型感知要素
1の加熱器付近のガスの加熱容量の振動誘発移動によって生じる。サーモアネモ
メータの重要な特徴は、それが流量感度と同一方向の振動感度を持つことである
。センサはXZ面と平行な方向に働く振動に対しては、この場合には感知要素を
またぐ温度差が生じないので、無視できるほど小さい感度しか持たない。したが
って発明のセンサは、1つの好適な方向に、または1つの好適な面内で働く振動
下の絶対圧変動を測定するために使用することができる。この場合の振動に対す
るイミュニティは、振動がサーモアネモメータ型感知要素1付近で流路2に対し
て垂直となるようにセンサを方向付けることによって達成される。
The immunity to vibration of the APV sensor according to the preferred embodiment is explained by the following physical phenomenon. The sensor schematically shown in FIG. 1 has sensitivity to vibration acting in a direction parallel to the Y axis. The vibration sensitivity is caused by the vibration-induced movement of the heating capacity of the gas near the heater of the thermometer type sensing element 1. An important feature of the thermometer is that it has vibration sensitivity in the same direction as flow sensitivity. The sensor has negligible sensitivity to vibrations acting in a direction parallel to the XZ plane, since in this case there is no temperature difference across the sensing element. Thus, the inventive sensor can be used to measure absolute pressure fluctuations under vibration acting in one preferred direction or in one preferred plane. Immunity to vibrations in this case is achieved by orienting the sensor so that the vibrations are perpendicular to the flow path 2 in the vicinity of the thermo-anemometer type sensing element 1.

【0049】 全方向に働く振動に対するイミュニティを提供するために、図4に模式的に示
すセンサを設ける。それは、密閉チャンバ3に接続された1つの流路2に沿って
配設された2つのサーモアネモメータ型感知要素1を含む。XZ面と平行な方向
に働く振動に対するイミュニティは、一要素センサの場合と同じ理由によって説
明される。Y方向に働く振動に対するイミュニティは次の理由によって説明され
る。流路2内を流れるガスは、サーモアネモメータ1内を逆方向に通過する。し
たがって、両方のサーモアネモメータの加熱器付近のガスの加熱容量も反対方向
に移動し、逆相出力信号を生じる。ガス流(および軸Y)と平行な方向に加速が
加えられると、ガスの加熱容量は両方のサーモアネモメータで同一方向に移動し
、両方のセンサで同一の出力信号の増分を生じる。次いで2つの流量感知要素1
の出力信号は電子回路機構によって処理され、1つの信号が他の信号から減算さ
れる。 センサ出力1=(流量)+(加速) センサ出力2=−(流量)+(加速) センサ出力1−センサ出力2=2*(流量)
In order to provide immunity to vibrations acting in all directions, a sensor, which is schematically shown in FIG. 4, is provided. It comprises two thermo-anemometer-type sensing elements 1 arranged along one flow path 2 connected to a closed chamber 3. Immunity to vibrations acting in a direction parallel to the XZ plane is explained for the same reason as for the one element sensor. The immunity to vibrations acting in the Y direction is explained by the following reasons. The gas flowing in the flow path 2 passes through the thermometer 1 in the opposite direction. Therefore, the heating capacity of the gas near the heaters of both thermone anemometers will also move in the opposite direction, producing a negative phase output signal. When acceleration is applied in a direction parallel to the gas flow (and axis Y), the heating capacity of the gas moves in the same direction on both thermonemmometers, producing the same output signal increment on both sensors. Then two flow sensing elements 1
The output signal of is processed by electronics and one signal is subtracted from the other signal. Sensor output 1 = (flow rate) + (acceleration) Sensor output 2 =-(flow rate) + (acceleration) Sensor output 1-sensor output 2 = 2 * (flow rate)

【0050】 2つのサーモアネモメータ1が同一である場合、APVセンサ全体の加速に対
する感度は理論的に零に減ずることができる。実際には、加速に対するイミュニ
ティは、2つのサーモアネモメータおよびそれらの感度の校正の不整合によって
限定される。流量センサの構成および設計のさらなる詳細については、2001
年3月15日に発行された出願人の同時係属PCT公報WO01/18496を
参考にされたい。
If the two thermo-anemometers 1 are identical, the sensitivity of the entire APV sensor to acceleration can theoretically be reduced to zero. In practice, immunity to acceleration is limited by the mismatch of the two thermometer anemometers and their sensitivity calibrations. 2001 for more details on flow sensor configuration and design.
Please refer to Applicant's co-pending PCT publication WO 01/18496, published March 15, 2014.

【0051】 図5は、チャンバ3の内部に配置されたサーモアネモメータ型感知要素1を含
むAPVセンサを示す。本設計は、その追加的エンクロージャ14によって感知
要素のより優れた機械的保護を提供する。開示された構成は、数ml以上の容量
oを有するチャンバ3を設計する場合に好ましい。チャンバの壁もまた、関係
センサ信号処理回路機構を閉囲するために使用することができる。
FIG. 5 shows an APV sensor including a thermone anemometer type sensing element 1 arranged inside the chamber 3. The present design provides better mechanical protection of the sensing element due to its additional enclosure 14. The disclosed configuration is preferred when designing the chamber 3 with a volume V o of a few ml or more. The walls of the chamber can also be used to enclose the relevant sensor signal processing circuitry.

【0052】 次のことに注意する必要がある。 (A)図1、図3〜5に示したもの以外に、異なる流量のアセンブリおよび容量
のチャンバの組合せとしてAPVセンサを提案することができる。例えば、図5
に示すように二要素感知要素(図3に示す)をチャンバ3の内部に配置すること
ができる。特定の設計は、用途の条件に最適に適合するように選択する必要があ
る。 (B)サーモアネモメータ型感知要素1の特定の構成は、それが次の特徴を持た
なければならないことを除いては、開示した発明にとって重要ではない。それは
流路2内を通過するガス流に対して二方向感度を持たなければならず、かつ2つ
の温度感知要素およびサーモアネモメータ要素間に配置された1つの電気加熱器
を含むことができる。それはまた、2つだけの自己加熱温度感知要素を含むこと
ができる。Sensors and Actuators A (1996)
v.54, n.1, pp.552−557におけるH−E.de Bree
らの上記の論文を参照されたい。熱抵抗器、サーモパイル、または温度を電気信
号に変換する他の手段とすることのできるその機能的要素の特定の設計もまた、
開示した発明にとって重要ではない。
It is necessary to note the following. (A) Other than those shown in FIGS. 1 and 3-5, the APV sensor can be proposed as a combination of chambers of different flow rate assembly and volume. For example, in FIG.
A two-element sensing element (shown in FIG. 3) can be placed inside the chamber 3 as shown in FIG. The particular design should be selected to best fit the requirements of the application. (B) The particular configuration of the thermometer anemometer-type sensing element 1 is not important to the disclosed invention, except that it must have the following features. It must be bidirectionally sensitive to the gas flow passing through the flow path 2 and can include an electric heater arranged between the two temperature sensing elements and the thermone anemometer element. It can also include only two self-heating temperature sensing elements. Sensors and Actuators A (1996)
v. 54, n. 1, pp. HE at 552-557. de Bree
See the above papers, et al. The specific design of its functional element, which can be a thermal resistor, thermopile, or other means of converting temperature into an electrical signal, is also
It is not important to the disclosed invention.

【0053】 APVセンサを立証するために実験的原型を製造して試験した(図3aおよび
3b参照)。該原型は、約500Pa・s/mlの流量インピーダンスを有する
流路2に取り付けられた図3aおよび3bによる微細加工したサーモアネモメー
タ1に基づく。サーモアネモメータ1の感知要素は、シリコン基板およびパッケ
ージから熱的に分離された3つのポリシリコン抵抗器を含む。中央の抵抗器8は
加熱器として動作する一方、その両側に対称的に配置された他の2つ9は、流路
2内を流れるガスによって生じる温度差を検出する。該流路2は、剛性壁を持つ
交換可能なチャンバに接続される。
Experimental prototypes were manufactured and tested to demonstrate the APV sensor (see Figures 3a and 3b). The prototype is based on a micromachined thermone anemometer 1 according to FIGS. 3a and 3b mounted in a channel 2 having a flow impedance of about 500 Pa · s / ml. The sensing element of the thermometer 1 includes three polysilicon resistors that are thermally isolated from the silicon substrate and package. The central resistor 8 acts as a heater, while the other two symmetrically arranged 9 on both sides detect the temperature difference caused by the gas flowing in the flow path 2. The channel 2 is connected to a replaceable chamber with rigid walls.

【0054】 10mlの容量を持つチャンバに接続されたセンサの時間応答τを、センサ入
力に段階過圧を掛けることによって測定した。信号がその最大に達した後、段階
の開始から数ミリ秒後に、それはチャンバ内部とセンサの入力の圧力の均衡化に
より、それは指数関数的に低下する。この均衡化の時定数はτ=0.05sとな
ることが測定された。そこから遮断周波数fL=3Hzが計算される。
The time response τ of a sensor connected to a chamber with a volume of 10 ml was measured by subjecting the sensor input to stepwise overpressure. A few milliseconds after the signal reaches its maximum, a few milliseconds after the beginning of the phase, it drops exponentially due to the pressure balancing inside the chamber and at the input of the sensor. The time constant of this equilibration was measured to be τ = 0.05s. The cut-off frequency f L = 3 Hz is calculated therefrom.

【0055】 同じ実験を60mlのチャンバ容量で繰り返した。測定された時定数はτ=0
.3sとなり、fL=0.5Hzに対応した。得られたデータは、遮断周波数が
容量Voの増加と共に低下することを予測する理論的推定と一致する。
The same experiment was repeated with a chamber volume of 60 ml. The measured time constant is τ = 0
. 3 s, which corresponds to f L = 0.5 Hz. The data obtained, the cutoff frequency is coincident with the theoretical estimates predict that decreases with increasing volume V o.

【0056】 APVセンサの周波数応答を図6に示す。圧力変動(音圧)をオーディオスピ
ーカドライバによって生成し、20Hzから20kHzまで平坦(±1dB)の
周波数応答を有する計装マイクロホン(AUDIX TR−40)によって制御
した。測定された周波数応答は、約220Hzまで平坦(3dB以内)であるこ
とが実証されている。fH=220Hzのこの同じ高い遮断周波数が10mlお
よび60mlの両方のチャンバ容量について得られた。
The frequency response of the APV sensor is shown in FIG. The pressure fluctuation (sound pressure) was generated by an audio speaker driver and controlled by an instrumentation microphone (AUDIX TR-40) with a flat (± 1 dB) frequency response from 20 Hz to 20 kHz. The measured frequency response has been demonstrated to be flat (within 3 dB) up to about 220 Hz. This same high cutoff frequency of f H = 220 Hz was obtained for both 10 ml and 60 ml chamber volumes.

【0057】 〔APVセンサを利用するモーショナルフィードバック付きスピーカシステム〕 図7は、サーモアネモメータ型感知要素1(流量感知要素など)が支持アーム
15付きスピーカエンクロージャに取り付けられたAPVセンサ4を模式的に示
す。該センサは、流路と共にパッケージに組み立てられた流量感知要素を含む。
該流路は周囲と密閉チャンバ(センサエンクロージャの内部容積Vo)との間の
空気の流動を可能にする。スピーカの膜によって発生する音圧は流路(その入力
から出力まで)をまたいで圧力降下を生じ、したがってガス流を生じる。該流量
感知要素付近で、ガスはX軸と平行に流れる。
[Speaker System with Motional Feedback Utilizing APV Sensor] FIG. 7 schematically shows an APV sensor 4 in which a thermo-anemometer type sensing element 1 (such as a flow rate sensing element) is attached to a speaker enclosure with a support arm 15. Shown in. The sensor includes a flow sensing element assembled in a package with a flow path.
The flow path allows the flow of air between the surroundings and the enclosed chamber (sensor enclosure internal volume V o ). The sound pressure generated by the membrane of the speaker causes a pressure drop across the flow path (from its input to its output) and thus a gas flow. Near the flow sensing element, the gas flows parallel to the X axis.

【0058】 図7に示したセンサは、上記の通りXZ面と平行な方向に働く振動に対して無
視できるほど小さい感度を持つ。振動に対してより優れたイミュニティを持つ、
図8に示したセンサもまたMFBに使用することができる。
The sensor shown in FIG. 7 has negligibly small sensitivity to vibrations acting in the direction parallel to the XZ plane as described above. With better immunity to vibration,
The sensor shown in FIG. 8 can also be used for MFB.

【0059】 図9は、APVセンサ4がスピーカエンクロージャ6内に配置されたスピーカ
システムの別の好適な実施形態を示す。低周波数では、密閉されたエンクロージ
ャ内部の音響圧がスピーカコーンの変位に比例する一方、エンクロージャ外部の
音響圧がコーンの加速に比例することはよく知られている。MFBの達成は、A
PVセンサ4をエンクロージャ6の内側または外側のどちらに配置した場合でも
可能であることに注意されたい。APVセンサ4をエンクロージャ6の内側に配
置した場合、双方の信号処理(周波数濾波)を変更しなければならず、センサ自
体を180〜200dB SPLまでずっと高い音響圧に適合するように調節し
なければならない。発明したAPVセンサ4の構造は、この範囲への容易な調節
を可能にする。センサに直列に接続した小さい内径を持つ追加毛管は、サーモア
ネモメータ1内のガス流量を制約し、装置の動作範囲をより高い圧力に切り換え
る。
FIG. 9 shows another preferred embodiment of the speaker system in which the APV sensor 4 is located in the speaker enclosure 6. It is well known that at low frequencies the acoustic pressure inside a closed enclosure is proportional to the displacement of the speaker cone, while the acoustic pressure outside the enclosure is proportional to the acceleration of the cone. Achieving MFB is A
Note that it is possible to place the PV sensor 4 either inside or outside the enclosure 6. If the APV sensor 4 is placed inside the enclosure 6, both signal processing (frequency filtering) must be modified and the sensor itself must be adjusted to accommodate much higher acoustic pressures up to 180-200 dB SPL. I won't. The structure of the invented APV sensor 4 allows easy adjustment to this range. An additional capillary with a small inner diameter connected in series with the sensor limits the gas flow rate in the thermometer 1 and switches the operating range of the device to higher pressures.

【0060】 APVセンサによるMFBの開示された概念の実効性を立証するために、以下
の原型スピーカシステムおよび試験手順を使用した。
The following prototype speaker system and test procedure were used to demonstrate the effectiveness of the disclosed concept of MFB with an APV sensor.

【0061】 OptimusTM二方向本棚サイズのスピーカSTS65を選択し、実験用に
適応させた。16リットルの容量を持つ該スピーカは、6.5インチのスピーカ
ドライバおよびツイータを含む。それ自体のクロスオーバフィルタおよびツイー
タの切り離し、120Hzの遮断周波数を持つ8次低域フィルタを設置して、再
生可能な周波数範囲をサブウーファに典型的なそれに制限した。
The Optimus bi-directional bookshelf size speaker STS65 was selected and adapted for experimentation. The speaker, which has a capacity of 16 liters, includes a 6.5 inch speaker driver and tweeter. A crossover filter of its own and a tweeter isolation, an 8th order lowpass filter with a cutoff frequency of 120 Hz was installed to limit the reproducible frequency range to that typical of subwoofers.

【0062】 図7に示すように、3つの支持アーム15によってAPVセンサ4をスピーカ
の膜から1cmの距離にスピーカエンクロージャ6に取り付けた。サーモアネモ
メータ型感知要素1は、直径3.5cmの中空球形エンクロージャ(約8mlの
内部容積)内に実装した。約500Pa・s/mlの空気圧インピーダンスを有
するサーモアネモメータの流路2は、周囲と球形エンクロージャ内部の空気の密
閉容量との間の空気の流動を可能にする。流路の入力で音圧によって生じるガス
流量はサーモアネモメータ1によって検出され、その増幅信号が100ワット電
力増幅器7の逆相入力に送り込まれる。センサの周波数応答は10〜220Hz
の範囲で平坦である(3dB以内)。
As shown in FIG. 7, the APV sensor 4 was attached to the speaker enclosure 6 by the three support arms 15 at a distance of 1 cm from the speaker membrane. The thermometer anemometer type sensing element 1 was mounted in a hollow spherical enclosure with a diameter of 3.5 cm (internal volume of about 8 ml). The flow path 2 of the thermone anemometer, which has a pneumatic impedance of about 500 Pa · s / ml, allows the flow of air between the surroundings and the enclosed volume of air inside the spherical enclosure. The gas flow rate caused by the sound pressure at the input of the flow path is detected by the thermone anemometer 1 and the amplified signal is sent to the negative phase input of the 100 watt power amplifier 7. The frequency response of the sensor is 10-220Hz
Is flat (within 3 dB).

【0063】 20Hzから20kHzまで平坦(±1dB)の周波数応答を有する試験マイ
クロホンAUDIX TR−40をスピーカの膜から1cmの距離に配置して、
発生した音圧を測定した(近傍測定)。その増幅信号を12ビット獲得ボードで
デジタル化し、次いでコンピュータによって視覚化し、処理し、格納した。
A test microphone AUDIX TR-40 having a flat (± 1 dB) frequency response from 20 Hz to 20 kHz was placed 1 cm from the speaker membrane,
The generated sound pressure was measured (neighborhood measurement). The amplified signal was digitized on a 12-bit acquisition board, then visualized by a computer, processed and stored.

【0064】 図10は、フィードバックが無い場合とある場合のサブウーファの周波数応答
を示す。絶対圧変動センサに基づく発明のMFBの使用により、動作周波数範囲
の拡張および65Hzから25Hzへの遮断周波数(3dBレベル)の低下が可
能である。
FIG. 10 shows the frequency response of the subwoofer with and without feedback. The use of the MFB of the invention based on absolute pressure fluctuation sensors allows the extension of the operating frequency range and the reduction of the cut-off frequency (3 dB level) from 65 Hz to 25 Hz.

【0065】 該MFBはまた、サブウーファの高調波ひずみの効果的抑制をも提供する。図
11は、MFBが無い場合(a、b)とある場合(c、d)について、同一音圧
レベルでサブウーファによって生成される音の周波数スペクトルを示す。原型ス
ピーカシステムの高調波ひずみを20Hzから110Hzまでの周波数範囲で試
験した。図11aおよびbは、MFBが無い場合のデータを2つの異なる縦方向
の尺度で示し、図11cおよびdはMFBがある場合のデータを同じ2つの縦方
向の尺度で示す。本発明に係るMFBによってもたらされる高次調波の明らかな
効果的抑制が、動作周波数範囲全体で実験的に確認された。約50Hz(20H
zの低動作周波数より高い)に存在するスピーカシステムの自然共鳴による望ま
しくない追加ひずみは見つからなかった。
The MFB also provides effective suppression of subwoofer harmonic distortion. FIG. 11 shows the frequency spectrum of the sound generated by the subwoofer at the same sound pressure level when there is no MFB (a, b) and when there is MFB (c, d). The harmonic distortion of the prototype speaker system was tested in the frequency range from 20 Hz to 110 Hz. Figures 11a and b show the data without MFB on two different vertical scales, and Figures 11c and d show the data with MFB on the same two vertical scales. The apparent effective suppression of higher harmonics provided by the MFB according to the invention was experimentally confirmed over the operating frequency range. About 50Hz (20H
No undesired additional distortion due to the natural resonance of the loudspeaker system, which is present above the low operating frequency of z) was found.

【0066】 上記の実施形態は、MFBを用いる音響システムにおけるAPVセンサの使用
法の唯一の可能な実施形態ではない。ポート付き(通気)スピーカシステムは、
基本的に2つの音源(スピーカドライバおよびポート)があるのでより複雑に作
動する。原則的に、1つまたは幾つかのAPVセンサから成るフィードバックシ
ステムは、センサをスピーカエンクロージャの内側および/または外側の様々な
位置に配置して構成することができる。
The above embodiments are not the only possible embodiments of the use of APV sensors in acoustic systems with MFB. The ported (ventilated) speaker system
Basically, there are two sound sources (speaker driver and port), so it operates more complicatedly. In principle, a feedback system consisting of one or several APV sensors can be constructed with the sensors located in various positions inside and / or outside the speaker enclosure.

【0067】 〔APVセンサを利用するハイブリッドマイクロホン〕 典型的な膜型マイクロホンは特定の性能の限界を持つ。低周波数における応答
は内在的(自己)雑音の本質的増加によってしばしば制限され、そのようなマイ
クロホンは一般的に、関係信号(音圧振動)のみならず、寄生機械的振動にも応
答する。発明のAPVセンサは低周波数における優れた信号対雑音比(SNR)
および振動に対する高いイミュニティを持つ。しかし、その高遮断周波数は数百
Hzの範囲内に限定され、それは一般的マイクロホンの動作の全範囲を網羅する
には充分でない。発明のAPVセンサと一般的な安価なマイクロホンの両方の特
徴を利用するために、それらを組み合わせて使用してハイブリッドマイクロホン
を作成し、安価な膜型マイクロホンの劣った低周波数性能をAPVセンサの優れ
た低周波数性能に置き換えることができる。本組合せは、低周波数における機械
的振動に対する低減された感度のみならず、低周波数における強化されたSNR
を持つ。
[Hybrid Microphone Utilizing APV Sensor] A typical membrane microphone has specific performance limits. The response at low frequencies is often limited by an intrinsic increase in intrinsic (self) noise, and such microphones generally respond to parasitic mechanical vibrations as well as related signals (sound pressure vibrations). Inventive APV sensor has excellent signal-to-noise ratio (SNR) at low frequencies
And has high immunity to vibration. However, its high cutoff frequency is limited to the range of a few hundred Hz, which is not sufficient to cover the full range of operation of typical microphones. In order to utilize the features of both the APV sensor of the invention and a general inexpensive microphone, they are used in combination to create a hybrid microphone, and the inferior low frequency performance of an inexpensive membrane microphone is superior to that of the APV sensor. Can be replaced with low frequency performance. This combination not only has reduced sensitivity to mechanical vibrations at low frequencies, but also enhanced SNR at low frequencies.
have.

【0068】 図12は、範囲全体(クロスオーバを含め)にわたって平坦な周波数応答を得
るために、2つの成分がハイブリッドマイクロホンでどのように接続されるかの
略電気図を示す。図12に模式的に表わした実験用原型は、1次低域電気フィル
タ17および1次高域電気フィルタ18と共に上記APVセンサ4および市販の
パナソニックWM−54マイクロホン16から成る。センサ4および16からの
2つの濾波された信号は、加算増幅器19を用いて加算される。
FIG. 12 shows a schematic electrical diagram of how the two components are connected in a hybrid microphone to obtain a flat frequency response over the entire range (including crossover). The experimental prototype schematically shown in FIG. 12 comprises the above-mentioned APV sensor 4 and a commercially available Panasonic WM-54 microphone 16 together with a primary low-pass electric filter 17 and a primary high-pass electric filter 18. The two filtered signals from sensors 4 and 16 are summed using summing amplifier 19.

【0069】 図12に示した実験用の原型ハイブリッドマイクロホンの性能を、20Hzか
ら20kHzまで+/−1dBの平坦な周波数応答を有する計装マイクロホンA
udix TR−40と比較する実験を行なった。これらの2つのマイクロホン
を共通の剛性の機械的支持体上に配置した。2つの器具の利得は、それらの出力
電気信号が94dBの所定の30Hz音響入力に対して同等の振幅となるように
調整した。次いで、低周波数(おおまかに5Hzなど)での振動に対する感度を
強調するために、器具が音響妨害から分離されるように音響入力を密封し、それ
らを機械的運動にさらした。図13は、ハイブリッドがこれらの(共通する)機
械的妨害に対するイミュニティがずっと高かったことを実証する、2つの器具の
反応を示す。次いで、器具の音響入力を再び開放し、同様の機械的運動を加えた
。音響入力を開放した状態で、器具は、運動によって誘発されるこれらの低周波
数の圧力変動を測定することができる。
The performance of the prototype prototype hybrid microphone shown in FIG. 12 was measured using an instrumentation microphone A with a flat frequency response of +/− 1 dB from 20 Hz to 20 kHz.
Experiments were performed comparing with udix TR-40. These two microphones were placed on a common rigid mechanical support. The gains of the two instruments were adjusted so that their output electrical signals were of comparable amplitude for a given 30 Hz acoustic input of 94 dB. The acoustic inputs were then sealed so that the instrument was isolated from acoustic disturbances and exposed to mechanical movement in order to emphasize sensitivity to vibrations at low frequencies (such as roughly 5 Hz). FIG. 13 shows the response of the two instruments, demonstrating that the hybrid was much more immunized to these (common) mechanical disturbances. The acoustic input of the instrument was then reopened and a similar mechanical movement was applied. With the acoustic input open, the instrument is able to measure these low frequency pressure fluctuations induced by motion.

【0070】 図14は器具の反応を示す。ハイブリッドはこれらの圧力変動に対する高い感
度を示す一方(2つの図の尺度が異なることに注意されたい)、TR40の応答
は該マイクロホンに含まれる高次高域フィルタによって20Hz未満の周波数が
抑制されるため、ずっと低い。言うまでもなく、所望の用途によって、例えば音
楽の場合の10〜20Hzなど、低周波数範囲の一部を濾波することができる。
FIG. 14 shows the response of the device. While the hybrid is highly sensitive to these pressure fluctuations (note that the scales in the two figures are different), the response of TR40 is suppressed at frequencies below 20Hz by the high order high pass filter included in the microphone. Because it is much lower. Of course, depending on the desired application, a portion of the low frequency range may be filtered, for example 10-20 Hz for music.

【0071】[0071]

【発明の効果】【The invention's effect】

容量性(エレクトレット)膜型音圧変換器はしばしば高抵抗の信号源であるこ
とが知られている。最近のマイクロホンの特徴の1つは、それらが高抵抗の信号
源であるということである。一般物理学および電子工学から、高抵抗の源を取り
扱う場合、電磁干渉(EMI)を回避する問題があり、それは適切な接地、遮蔽
等によって解決できることがよく知られている。幸運にも(本発明の場合)、サ
ーモアネモメータセンサは数百オームから数kΩまでの低い抵抗を持つ。その結
果、それらはEMIの影響がずっと低い。
Capacitive (electret) membrane sound pressure transducers are often known to be high resistance signal sources. One of the features of modern microphones is that they are high resistance signal sources. From general physics and electronics, it is well known that when dealing with high resistance sources, there is the problem of avoiding electromagnetic interference (EMI), which can be solved by proper grounding, shielding, etc. Fortunately (for the present invention), thermone anemometer sensors have low resistances in the hundreds of ohms to a few kΩ. As a result, they are much less affected by EMI.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 1つのサーモアネモメータ型感知要素を有するAPVセンサの略図である。[Figure 1]   1 is a schematic diagram of an APV sensor having one thermonemometer type sensing element.

【図2】 モーショナルフィードバック内の流量感知要素に基づく絶対圧変動センサを含
む音響再生システムの略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a sound reproduction system including an absolute pressure variation sensor based on a flow sensing element in motional feedback.

【図3a】 流路管内に切り込まれた凹所内に嵌め込まれた集積サーモアネモメータ型感知
装置を有する流路の斜視図である。
FIG. 3a is a perspective view of a channel having an integrated thermometer anemometer type sensing device fitted in a recess cut into the channel tube.

【図3b】 図3aに示した流路管内に切り込まれた凹所内に嵌め込まれた集積サーモアネ
モメータ型感知装置を有する流路の断面側面図である。
3b is a cross-sectional side view of a flow channel having an integrated thermometer anemometer-type sensing device fitted in a recess cut into the flow channel tube shown in FIG. 3a.

【図4】 1つの流路に沿って配設された2つのサーモアネモメータ型感知要素を有する
APVセンサの略図である。
FIG. 4 is a schematic diagram of an APV sensor having two thermo-anemometer-type sensing elements arranged along one flow path.

【図5】 チャンバ内部に配置されたAPVセンサの略図である。[Figure 5]   1 is a schematic diagram of an APV sensor located inside a chamber.

【図6】 交換可能なチャンバを持つ構成におけるAPVセンサの実験的に決定された周
波数応答を示す図である。
FIG. 6 shows the experimentally determined frequency response of an APV sensor in a configuration with replaceable chambers.

【図7】 スピーカに取り付けられたサーモアネモメータ型感知要素付きAPVセンサの
略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of an APV sensor with a thermo-anemometer type sensing element attached to a speaker.

【図8】 2つのサーモアネモメータ型流量感知要素から成る、振動に反応しないAPV
センサの略図である。
FIG. 8: Vibration-insensitive APV consisting of two thermo-anemometer type flow sensing elements
3 is a schematic diagram of a sensor.

【図9】 スピーカエンクロージャ内部に配置されたAPVセンサを持つスピーカシステ
ムの略図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of a speaker system having an APV sensor located inside the speaker enclosure.

【図10】 MFBがある場合と無い場合の低周波数におけるスピーカシステムの実験的に
測定された周波数応答の一例を示す図である。
FIG. 10 shows an example of experimentally measured frequency response of a speaker system at low frequencies with and without MFB.

【図11a】 それぞれMFBがある場合と無い場合について、25Hzトーンによって励起
されるスピーカシステムによって生成される音を実験的に測定した周波数スペク
トルを示す図である。
FIG. 11a shows experimentally measured frequency spectra of the sound produced by a speaker system excited by a 25 Hz tone with and without MFB, respectively.

【図11b】 それぞれMFBがある場合と無い場合について、25Hzトーンによって励起
されるスピーカシステムによって生成される音の周波数スペクトルの実験的測定
値を示す図である。
11b shows experimental measurements of the frequency spectrum of the sound produced by a speaker system excited by a 25 Hz tone, with and without MFB, respectively.

【図11c】 それぞれMFBがある場合と無い場合について、25Hzトーンによって励起
されるスピーカシステムによって生成される音の周波数スペクトルの実験的測定
値を示す図である。
FIG. 11c shows experimental measurements of the frequency spectrum of the sound produced by a speaker system excited by a 25 Hz tone, with and without MFB, respectively.

【図11d】 それぞれMFBがある場合と無い場合について、25Hzトーンによって励起
されるスピーカシステムによって生成される音の周波数スペクトルの実験的測定
値を示す図である。
11d shows experimental measurements of the frequency spectrum of the sound produced by a speaker system excited by a 25 Hz tone with and without MFB, respectively.

【図12】 APVセンサと容量性膜型マイクロホンの組合せを備えた単純ハイブリッドマ
イクロホンの略図である。
FIG. 12 is a schematic diagram of a simple hybrid microphone with a combination of an APV sensor and a capacitive membrane microphone.

【図13a】 アコースティック入力を密封した状態で、およそ5Hzの共通慣性振動妨害に
対するハイブリッドマイクロホンの応答対時間のグラフの図である。
FIG. 13a is a graphical representation of the response of a hybrid microphone versus time to a common inertial disturbance of approximately 5 Hz with the acoustic input sealed.

【図13b】 アコースティック入力を密封した状態で、およそ5Hzの共通慣性振動妨害に
対する計装マイクロホンの応答対時間のグラフの図である。
FIG. 13b is a graph of the response of an instrumentation microphone versus time to a common inertial vibration disturbance of approximately 5 Hz with the acoustic input sealed.

【図14a】 アコースティック入力を開放した状態で、図13の運動と同様の共通運動に対
するハイブリッドマイクロホンの応答対時間のグラフの図である。
14a is a graph of the response of a hybrid microphone versus time for a common movement similar to that of FIG. 13 with acoustic input open. FIG.

【図14b】 アコースティック入力を開放した状態で、図13の運動と同様の共通運動に対
する計装マイクロホンの応答対時間のグラフの図である。
14b is a graph of instrumentation microphone response versus time for a common movement similar to that of FIG. 13 with the acoustic input open. FIG.

【図15a】 回路の電力がオーディオスピーカ信号自体から得られるようにした、可聴周波
数より上のPWM周波数を使用してパルス幅変調によってスピーカ信号への可変
減衰をMFBに提供する回路の略図である。
FIG. 15a is a schematic diagram of a circuit that provides the MFB with variable attenuation to the speaker signal by pulse width modulation using a PWM frequency above the audio frequency, with the power of the circuit derived from the audio speaker signal itself. .

【図15b】 回路がベースに設けられ、その上にスピーカが着座し、ベースがマイクロホン
マウントを支持して成る、図15aの実施形態に係るMFBシステムの物理的セ
ットアップの略図である。
FIG. 15b is a schematic diagram of the physical setup of the MFB system according to the embodiment of FIG. 15a, where the circuitry is provided on the base, with the speaker seated thereon, the base supporting the microphone mount.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM, AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,B Z,CA,CH,CN,CO,CR,CU,CZ,DE ,DK,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD, GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK ,LR,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG, MK,MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,P T,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL ,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,US, UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 グルディン、オレグ カナダ、ケベック H3H 2N7、モン トリオール、デュ フォート ストリート 1411、アパートメント 2404 (72)発明者 フロロフ、ゲナディ カナダ、ケベック H3H 2N7、モン トリオール、デュ フォート ストリート 1411、アパートメント 812 (72)発明者 ランズバーガー、レスリー、エム. カナダ、ケベック H3Z 1Z5、ウエ ストモント、エルム アベニュー 310 Fターム(参考) 2F035 EA08 GA01 5D020 AC01 CD02 CD04 5D021 DD06 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE, TR), OA (BF , BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, G M, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ , UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, B Z, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE , DK, DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, I S, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK , LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, P T, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL , TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Gludin, Oleg             Quebec, Canada H3H2N7, Mont             Triol, Du Fort Street               1411, apartment 2404 (72) Inventor Florov, Gennady             Quebec, Canada H3H2N7, Mont             Triol, Du Fort Street               1411, apartment 812 (72) Inventor Landsberger, Leslie, M.             Quebec, Canada H3Z 1Z5, Ue             Stormont, Elm Avenue 310 F-term (reference) 2F035 EA08 GA01                 5D020 AC01 CD02 CD04                 5D021 DD06

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チャンバと、熱ガス流量センサを介して周囲から前記チャン
バにガスを連通する制限流路とを備えた、圧力の時間的変動のための変換装置で
あって、 前記センサが基板上に集積されたサーモアネモメータ型感知要素を備え、かつ
低い熱慣性を有することを特徴とする変換装置。
1. A conversion device for temporal fluctuation of pressure, comprising: a chamber; and a restriction channel for communicating gas from the surroundings to the chamber via a hot gas flow rate sensor, wherein the sensor is a substrate. A converter having a thermonemometer-type sensing element integrated thereon and having low thermal inertia.
【請求項2】 前記低い熱慣性により、前記装置が約50Hzより高い上部
遮断周波数を持つことが可能になる、請求項1に記載の装置。
2. The device of claim 1, wherein the low thermal inertia allows the device to have an upper cutoff frequency greater than about 50 Hz.
【請求項3】 前記低い熱慣性により、前記装置が約100Hzより高い上
部遮断周波数を持つことが可能になる、請求項1に記載の装置。
3. The device of claim 1, wherein the low thermal inertia allows the device to have an upper cutoff frequency greater than about 100 Hz.
【請求項4】 前記低い熱慣性により、前記装置が約150Hzより高い上
部遮断周波数を持つことが可能になる、請求項1に記載の装置。
4. The device of claim 1, wherein the low thermal inertia allows the device to have an upper cutoff frequency greater than about 150 Hz.
【請求項5】 前記感知要素上のガス流動速度が前記流路内と同一またはそ
れより大きくなるように前記流路を前記センサに連結した、請求項1ないし4の
いずれか一項に記載の装置。
5. The flow path is connected to the sensor so that the gas flow rate on the sensing element is the same as or greater than in the flow path, and the flow path is connected to the sensor. apparatus.
【請求項6】 前記センサを前記チャンバ内に設けた、請求項1ないし5の
いずれか一項に記載の装置。
6. The apparatus according to claim 1, wherein the sensor is provided in the chamber.
【請求項7】 前記流路を前記チャンバ内にも設けた、請求項6に記載の装
置。
7. The apparatus according to claim 6, wherein the flow path is also provided in the chamber.
【請求項8】 前記サーモアネモメータ型感知要素が前記流路の内側にあり
、前記センサの残りが前記流路の外側にある、請求項1ないし7のいずれか一項
に記載の装置。
8. An apparatus according to claim 1, wherein the thermo-anemometer type sensing element is inside the flow channel and the rest of the sensor is outside the flow channel.
【請求項9】 前記装置が少なくとも2つの前記センサを備えており、前記
センサおよび前記流路が、慣性振動関連成分を取り消すように結合することので
きる信号を提供するように幾何学的に配設された、請求項1ないし8のいずれか
一項に記載の装置。
9. The device comprises at least two of said sensors, said sensor and said flow path being geometrically arranged to provide a signal that can be coupled to cancel out inertial vibration related components. The device according to any one of claims 1 to 8, which is installed.
【請求項10】 通常範囲の音響信号に敏感な膜型マイクロホンと、低周波
数オーディオ信号を検出するために請求項1ないし9のいずれか一項に記載の変
換装置を備えたサーモアネモメータ型マイクロホンと、前記膜型マイクロホンの
出力と前記サーモアネモメータ型マイクロホンを結合して低オーディオ周波数か
ら少なくとも通常のオーディオ周波数まで優れた応答を持つ複合出力信号を提供
するためのコンバイナ回路とを備えたハイブリッドマイクロホン。
10. A membrane microphone that is sensitive to acoustic signals in the normal range, and a thermometer anemometer microphone that includes the conversion device according to claim 1 for detecting low frequency audio signals. And a combiner circuit for combining the output of the membrane microphone and the thermometer anemometer microphone to provide a composite output signal with excellent response from low audio frequencies to at least normal audio frequencies. .
【請求項11】 スピーカと、フィードバック信号に応答して前記スピーカ
によって導入される低周波数の減衰およびひずみを補償するために入力オーディ
オ信号を変更するための回路と、フィードバック信号を生成するためのマイクロ
ホンとを備えたモーショナルフィードバック(MFB)スピーカ装置であって、 前記マイクロホンが、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の変換装置およ
び請求項10に記載のハイブリッドマイクロホンのうちの一つを備えたマイクロ
ホンを含むことを特徴とするスピーカ装置。
11. A speaker, circuitry for modifying an input audio signal to compensate for low frequency attenuation and distortion introduced by the speaker in response to the feedback signal, and a microphone for generating the feedback signal. And a hybrid microphone according to claim 10, wherein the microphone is one of the conversion device according to any one of claims 1 to 9 and the hybrid microphone according to claim 10. A speaker device comprising a provided microphone.
【請求項12】 前記回路が増幅源と前記スピーカとの間で前記オーディオ
信号に可変減衰を加え、前記可変減衰が補償を提供するために変調されるベース
レベルを有する、請求項11に記載のスピーカ装置。
12. The circuit of claim 11, wherein the circuit adds variable attenuation to the audio signal between an amplification source and the speaker, the variable attenuation having a base level that is modulated to provide compensation. Speaker device.
【請求項13】 前記流路が前記スピーカの音伝搬軸に垂直である、請求項
11または12に記載のスピーカ装置。
13. The speaker device according to claim 11, wherein the flow path is perpendicular to a sound propagation axis of the speaker.
【請求項14】 スピーカと、フィードバック信号に応答して前記スピーカ
によって導入される低周波数の減衰およびひずみを補償するために入力オーディ
オ信号を変化させるための回路と、フィードバック信号を生成するためのマイク
ロホンとを備えたモーショナルフィードバック(MFB)スピーカ装置であって
、 前記回路が増幅源と前記スピーカとの間で前記オーディオ信号に可変減衰を加
え、前記可変減衰が補償を提供するために変調されるベースレベルを有すること
を特徴とするスピーカ装置。
14. A speaker, circuitry for varying an input audio signal to compensate for low frequency attenuation and distortion introduced by the speaker in response to the feedback signal, and a microphone for generating the feedback signal. A feedback feedback (MFB) loudspeaker device comprising: a circuit for adding variable attenuation to the audio signal between an amplification source and the speaker, the variable attenuation being modulated to provide compensation. A speaker device having a base level.
【請求項15】 前記回路が前記オーディオ信号によって電力を供給される
、請求項11ないし14のいずれか一項に記載のスピーカ装置。
15. The speaker device according to claim 11, wherein the circuit is powered by the audio signal.
【請求項16】 前記回路が前記スピーカの隣に配置するように適応させた
筐体内に収容され、前記筐体が前記マイクロホンを前記スピーカの前に保持する
ためのマウントを備えている、請求項11ないし15のいずれか一項に記載のス
ピーカ装置。
16. The circuit is housed in a housing adapted for placement next to the speaker, the housing comprising a mount for holding the microphone in front of the speaker. 16. The speaker device according to any one of 11 to 15.
【請求項17】 前記筐体が前記スピーカのためのベースまたはスタンドを
提供する、請求項16に記載のスピーカ装置。
17. The speaker device of claim 16, wherein the housing provides a base or stand for the speaker.
【請求項18】 前記可変減衰が、前記スピーカで可聴干渉を生じない高周
波数で動作するパルス幅変調(PWM)回路によって提供される、請求項12な
いし17のいずれか一項に記載のスピーカ装置。
18. The speaker device according to claim 12, wherein the variable attenuation is provided by a pulse width modulation (PWM) circuit operating at a high frequency that does not cause audible interference in the speaker. .
【請求項19】 前記回路が前記オーディオ信号の低周波数成分を中/高周
波数成分から分離し、前記低周波数成分のみを前記補償のために変化させ、前記
補償した低周波数成分を復調し、かつ前記補償し復調した低周波数成分を前記中
/高周波数成分と混合する、請求項18に記載のスピーカ装置。
19. The circuit separates low frequency components of the audio signal from medium / high frequency components, changes only the low frequency components for the compensation, demodulates the compensated low frequency components, and The speaker device according to claim 18, wherein the compensated and demodulated low frequency component is mixed with the medium / high frequency component.
【請求項20】 前記回路が前記オーディオ信号の低周波数成分を中/高周
波数成分から分離し、前記低周波数成分のみを前記補償のために変化させ、前記
補償した低周波数成分を前記中/高周波数成分と混合する、請求項12ないし1
7のいずれか一項に記載のスピーカ装置。
20. The circuit separates low frequency components of the audio signal from medium / high frequency components, only the low frequency components are varied for the compensation, and the compensated low frequency components are converted to the medium / high frequency components. Mixing with frequency components, 12 to 1
7. The speaker device according to any one of 7.
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