KR102008457B1 - 음향 테스팅을 위한 마이크로폰 테스트 스탠드 - Google Patents

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브루엘 앤드 크재르 사운드 앤드 바이브레이션 미져먼트 에이/에스
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Abstract

본 발명은 제 1 음향 밀봉 부재에 의해 둘러싸이는 마이크로폰 홀더를 갖는 슬라이드 어셈블리를 포함하는 마이크로폰 테스트 스탠드에 관한 것이다. 슬라이드 어셈블리는, 마이크로폰 홀더의 노출된 상태의 음향 챔버 외부의 제 1 위치와 마이크로폰 홀더의 차폐된 상태의 음향 챔버 내부의 제 2 위치 사이에서 제 1 방향으로 이동가능하다. 전기 커넥터는 음향 챔버의 테스트 사운드 압력에 응답하여 마이크로폰 홀더에 배열된 마이크로폰 어셈블리로부터 마이크로폰 응답 신호를 수신하기 위해 마이크로폰 단자들의 세트에 연결가능한 전기 커넥터 단자들의 세트를 포함한다.

Description

음향 테스팅을 위한 마이크로폰 테스트 스탠드 {A MICROPHONE TEST STAND FOR ACOUSTIC TESTING}
본 발명은 제 1 음향 밀봉 부재(acoustic sealing member)에 의해 둘러싸이는 마이크로폰 홀더를 갖는 슬라이드 어셈블리를 포함하는 마이크로폰 테스트 스탠드(microphone test stand)에 관한 것이다. 슬라이드 어셈블리는, 마이크로폰 홀더의 노출된 상태의 음향 챔버(acoustical chamber) 외부의 제 1 위치와 마이크로폰 홀더의 차폐된 상태의 음향 챔버 내부의 제 2 위치 사이에서 제 1 방향으로 이동가능하다. 전기 커넥터는 음향 챔버의 테스트 사운드 압력에 응답하여 마이크로폰 홀더에 배열된 마이크로폰 어셈블리로부터 마이크로폰 응답 신호를 수신하기 위해 마이크로폰 단자들의 세트에 연결가능한 전기 커넥터 단자들의 세트를 포함한다.
미니어처(miniature) ECM 또는 MEMS 마이크로폰 어셈블리들과 같은 마이크로폰 어셈블리들 또는 마이크로폰들의 신속하고 정확한 음향 테스팅은, 모바일 폰들과 같은 휴대용 통신 디바이스들의 제조자들에게 계속 흥미 있는 것이다. 인입하는(incoming) 마이크로폰 어셈블리들이, 모바일 폰들 또는 다른 휴대용 통신 장비에 장착되기 전에, 100% 기능하는지 및 규정된 전기음향 테스트 제한들 또는 표준들에 따르는지 양측 모두를 검증하는 것이 필수적이다.
이러한 음향 테스팅을 수행하는 마이크로폰 테스트 스탠드는, 가변하는 온도, 습도, 및 기압과 같은 가변하는 환경 조건들 하에서, 정확하고, 신속하고, 신뢰적인 측정들을 전달할 수 있어야 한다. 마이크로폰 테스트 스탠드가 단순한 방식으로 마이크로폰 어셈블리들의 상이한 물리적 기하학적 구조들에 적응될 수 있다면 더욱 유리하다. 특정 유형들의 미니어처 마이크로폰 어셈블리들에 있어서, 정확한 테스트 결과들을 획득하기 위해 음향 테스팅 동안 마이크로폰 캡슐 또는 모듈에 대한 기계적인 힘 또는 압력의 임의의 적용을 회피하는 것이 또한 중요하다. 예를 들어, 테스트 사운드 압력이 마이크로폰 어셈블리의 전방측 및 후방측 양측 모두에 적용되도록, 마이크로폰 테스트 스탠드의 음향 챔버 내부에 적용되는 테스트 사운드 압력에 의해 마이크로폰 어셈블리가 완전히 둘러싸인다면 더 유리하다.
테스트된 마이크로폰 어셈블리들의 큰 처리량을 가능하게 하기 위해, 마이크로폰 테스트 스탠드가, 마이크로폰 홀더의 노출된 상태의 음향 챔버의 외부의 제 1 위치와 마이크로폰 홀더의 차폐된 상태의 음향 챔버 내부의 제 2 위치 사이에서 이송될 수 있는 마이크로폰 홀더를 포함한다면 더 유익할 것이다. 이러한 피쳐는, 테스트 오퍼레이터 또는 기술자로 하여금, 마이크로폰 어셈블리가, 음향 테스팅이 수행되는 밀봉된 음향 챔버로 이송되기 전에, 의도된 바와 같이 마이크로폰 어셈블리를 노출된 상태의 마이크로폰 홀더에 신속하고 안전하게 위치 및 배향시키도록 허용한다. 명백하게, 음향 테스팅 동안, 마이크로폰 홀더 및 어셈블리 양측 모두는, 환경 잡음으로부터 격리(isolate)되도록 밀봉(seal) 또는 방음(sound-proof) 음향 챔버 내부에 위치되어야 한다.
본 발명의 제 1 양상은 테스트 신호에 따라 음향 챔버에 테스트 사운드 압력을 생성하도록 배열된 스피커에 커플링된 음향 챔버를 포함하는 마이크로폰 테스트 스탠드에 관한 것이다. 슬라이드 어셈블리는, 자신 위에 배열된 마이크로폰 홀더를 갖는 미리 결정된 표면 영역을 포함한다. 슬라이드 어셈블리는, 마이크로폰 홀더의 노출된 상태에서 음향 챔버 외부의 제 1 위치와 마이크로폰 홀더의 차폐된 상태에서 음향 챔버 내부의 제 2 위치 사이에서 제 1 방향으로 이동가능하다. 제 1 음향 밀봉 부재는 마이크로폰 홀더의 차폐된 상태에서 마이크로폰 홀더를 둘러싼다. 전기 커넥터는 테스트 사운드 압력에 응답하여 마이크로폰 홀더에 배열된 마이크로폰 어셈블리로부터 마이크로폰 응답 신호를 수신하기 위해 마이크로폰 단자들의 세트에 연결가능한 전기 커넥터 단자들의 세트를 포함한다.
테스트 신호는 테스트 시스템의 적합한 신호원에 의해 생성될 수 있다. 테스트 시스템은, 사운드 및 진동 측정을 위해 설계되고 복수의 구성들로 본 출원인/양수인으로부터 입수가능한 적절하게 적응 또는 프로그래밍된 버전의 펄스(PULSE) 측정 플랫폼을 포함할 수 있다. 테스트 신호는, 미리 결정된 주파수 범위, 예를 들어 100 ㎐ 내지 15 ㎑의 범위의 주파수 응답 측정들과 같은 복수의 개개의 테스트 신호들을 포함하는 미리 결정된 또는 프로그래밍된 테스트 프로시저의 부분을 형성할 수 있다. 테스트 신호들은 또한, 하나 또는 둘 이상의 기준 주파수들에서의 감도 측정들, 왜곡 측정들, 잡음 레벨 측정들 등을 포함할 수 있다. 테스트 하의 마이크로폰 어셈블리에 적용된 테스트 프로시저는 바람직하게, 테스트 시스템의 적합한 프로그래밍에 의해 사전설계된다. 마이크로폰 응답 신호들은, 테스트 하의 마이크로폰 어셈블리의 특정 유형의 특징들에 따라, 아날로그 또는 디지털 포맷으로, 예를 들어, 산업 표준 프로토콜에 따라 포맷화된 디지털 오디오 신호로서 테스트 시스템에 공급될 수 있다. 마이크로폰 테스트 스탠드의 음향 챔버의 볼륨은, 이용가능 주파수 범위 또는 최대 사운드 압력과 같은 챔버에 대한 요건들에 따라 변화할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 음향 챔버의 볼륨은 2 ㎝3 미만, 바람직하게는 1 ㎝3 미만이다. 이들 후자의 실시예들은 보통, 챔버의 공명 주파수들 또는 정상 모드들을 여기시킴이 없이, 연장된 고주파 응답 측정들이 챔버에서 수행되도록 허용하기 위해 충분히 작은 치수들을 갖는 음향 챔버를 남긴다.
이동가능 슬라이드 어셈블리는 마이크로폰 어셈블리의 음향 테스트의 신속하고 안전한 실시를 가능하게 한다. 특히, ECM들 또는 MEMS 유형들의 미니어처 콘덴서 마이크로폰과 같은 고볼륨 원격통신 마이크로폰들에 대해, 부가되는 비용들을 낮추기 위해, 짧은 테스트 시간이 유익하다. 마이크로폰 홀더의 노출된 상태에서, 마이크로폰 홀더 및 마이크로폰 어셈블리 양측 모두는 바람직하게 오퍼레이터가 액세스가능하여서, 테스트 오퍼레이터 또는 기술자가, 마이크로폰 어셈블리를 마이크로폰 홀더에 수동으로 위치시키고, 어셈블리가 상기 마이크로폰 홀더에 적절하게 배향 또는 위치되었는지를 시각적으로 체크하는 것을 허용한다. 그 후에, 슬라이드 어셈블리는, 마이크로폰 홀더 및 마이크로폰 어셈블리의 차폐된 상태 또는 보호된 상태를 제공하기 위해 음향 챔버 내부의 제 2 위치로 변위 또는 이송될 수 있다. 슬라이드 어셈블리는 수동으로, 반자동으로, 또는 완전 자동으로, 제 2 위치로 변위 또는 평행이동(translate)될 수 있는데, 예를 들어, 선형 방식으로, 레일 또는 다른 가이딩 구조에 의해 가이드될 수 있다. 일 실시예에서, 슬라이드 어셈블리는, 자신의 수평 상부 표면 상에 배열된 마이크로폰 홀더를 갖는 드로워형(drawer like) 구조를 포함한다. 이러한 실시예에서, 슬라이드 어셈블리는 바람직하게, 자신 상에 장착된 핸들을 조작함으로써 본질적으로 수평 방향으로 평행이동된다. 마이크로폰 테스트 스탠드의 다른 실시예에서, 슬라이드 어셈블리는 수직으로 평행이동가능한 피스톤형 구조(piston like)를 포함한다. 마이크로폰 홀더는 테스팅 동안 수직으로 평행이동되는 피스톤형 구조의 수평 말단부(distal end) 표면 상에 배열된다. 또한 마이크로폰 테스트 스탠드의 실시예는, 공유 프레임 또는 홀더 구조, 예를 들어 세장형(elongate) 컨테이너 또는 회전가능 캐러셀(carousel) 상에 장착되는 복수의 개개의 슬라이드 어셈블리들을 포함한다. 이러한 실시예에서, 개개의 슬라이드 어셈블리들 각각은, 마이크로폰 테스트 스탠드 상에 홀더 구조의 장착 전에 마이크로폰 어셈블리와 함께 사전로딩(preload)될 수 있다. 테스팅 동안, 개개의 슬라이드 어셈블리들은, 공유 프레임 또는 캐러셀에 홀딩되는 슬라이드 어셈블리들의 전체 컬렉션의 각각의 마이크로폰 어셈블리가 테스트될 때까지, 수직으로 배향되어 제 1 위치로부터 제 2 위치로 변위될 수 있고 차례차례 그 반대도 가능하다.
음향 챔버는 바람직하게, 슬라이드 어셈블리의 차폐된 상태에서 음향적으로 밀봉된 챔버를 형성한다. 이는, 제 1 음향 밀봉 부재가 마이크로폰 홀더를 둘러싸도록 음향 챔버를 에워싸는 고정식 또는 이동가능 하우징 구조 상에 제 1 음향 밀봉 부재를 장착함으로써 또는 마이크로폰 홀더를 둘러싸는 슬라이드 어셈블리의 미리 결정된 표면 영역 상에 제 1 음향 밀봉 부재를 장착함으로써 달성될 수 있다. 양측 경우들에서, 슬라이드 어셈블리의 설계 또는 기하학적 구조는, 미리 결정된 표면 영역이 슬라이드 어셈블리의 차폐된 상태에서 음향 챔버의 벽 섹션(wall section)을 형성하도록 구성될 수 있다. 미리 결정된 표면 영역은 바람직하게, 제 1 음향 밀봉 부재의 경계선(perimeter) 내부에 배열된다. 이동가능 하우징 구조, 제 1 밀봉 부재, 및 슬라이드 어셈블리의 미리 결정된 표면은, 음향 챔버를 외부 환경으로부터 음향적으로 밀봉하기 위해, 슬라이드 어셈블리의 차폐된 상태에서 접합(abutment) 또는 물리적 접촉을 초래할 수 있다. 제 1 밀봉 부재는 바람직하게, 슬라이드 어셈블리의 많은 동작 사이클들에 걸쳐 우수한 음향 밀봉을 제공하기 위해, 내마모성 탄성중합체 재료(wear-resistant elastomeric material), 예를 들어, 합성 고무 혼성중합체(synthetic rubber copolymer)를 포함한다.
다른 실시예는, 일단 슬라이드 어셈블리가 자신의 제 2 위치에 도달하면, 음향 챔버를 위해 밀봉 메커니즘을 제공하기 위해, 음향 챔버를 에워싸는 이동가능 하우징 구조의 변위를 활용한다. 이러한 실시예에서, 이동가능 하우징 구조는 제 1 방향을 실질적으로 횡단하는 제 2 방향으로 이동가능하고;
- 이동가능 하우징 구조는:
a) 슬라이드 어셈블리의 제 2 위치에서 음향 챔버의 음향 밀봉이 없는 비활성 위치와,
b) 슬라이드 어셈블리의 제 2 위치에서 음향적으로 밀봉된 챔버를 형성하기 위해, 음향 챔버, 제 1 밀봉 부재, 및 슬라이드 어셈블리의 미리 결정된 표면 영역이 접하는(abut) 활성 위치 사이에서 이동가능하게 배열된다.
활성 위치와 비활성 위치 사이에서의 이동가능 하우징 구조의 변위 거리는, 3 ㎜ 내지 20 ㎜, 이를 테면, 5 ㎜ 내지 10 ㎜에 놓일 수 있다. 당업자는, 활성 위치와 비활성 위치 사이의 움직임이, 이동가능 하우징 구조에 부착된 또는 이동가능 하우징 구조와 상호작용하는 핸들 또는 그립(grip) 구조의 수동 작동에 의해, 또는 적합한 작동기 또는 모터 메커니즘에 의해 달성되는 반자동 또는 완전 자동 동작에 의해 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일 실시예에서, 제 1 음향 밀봉 부재는 슬라이드 어셈블리의 미리 결정된 표면 영역 상에 장착되고; 그리고 제 2 밀봉 부재는 이동가능 하우징 구조 상에 장착되고, 음향 챔버의 애퍼쳐(aperture)를 둘러싸고, 바람직하게는 하향으로 애퍼쳐에 면한다. 제 2 밀봉 부재는, 제 1 및 제 2 밀봉 부재들이 이동가능 하우징 구조의 활성 위치에서 접합을 초래하도록, 제 1 밀봉 부재와 짝을 이루는(mating) 형상을 갖는다. 그러므로, 제 1 및 제 2 밀봉 부재들은 이동가능 하우징 구조의 활성 위치에서 물리적 접촉을 초래한다. 이러한 실시예에서, 제 1 밀봉 부재와 제 2 밀봉 부재 사이의 접합은 음향 챔버의 원하는 음향 밀봉을 제공할 수 있는 한편, 제 1 음향 밀봉 부재의 경계선 내부의 슬라이드 어셈블리의 미리 결정된 표면 영역은 음향 챔버의 벽 구조의 부분, 예를 들어, 챔버의 바닥부 또는 측부 벽 표면을 형성한다.
전기 커넥터 단자들의 세트는, 접촉될 마이크로폰 단자들의 세트의 기계적인 및 전기적인 특징들에 따라 상이한 형상들 및 치수들을 가질 수 있다. 전기 커넥터 단자들은 예를 들어, 마이크로폰 단자들의 특징들에 따라 실질적으로 평평한 패드들의 세트 또는 포크 핀(poke pin)들의 세트를 포함할 수 있다. 마이크로폰 단자들은, 적합하게 정렬된 포크 핀들의 세트에 의해 접촉되기에 적합한, 인쇄 회로 기판 또는 세라믹 기판과 같은 마이크로폰 어셈블리의 캐리어 상에 배열된 노출된 금 커버된 패드(exposed gold covered pad)들의 세트를 포함할 수 있다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 전기 커넥터는, 비등방성 탄성중합체 부재(anisotropic elastomeric member)의 표면 상에 미리 결정된 패턴으로 배열된 각각의 전기 커넥터 패드들로서 형성된 전기 커넥터 단자들의 세트를 갖는 비등방성 탄성중합체 부재를 포함한다. 전기 커넥터 패드들은, 탄성중합체 부재의 비-전도성 재료에 의해 제 1 방향에서, 예를 들어 수평으로, 서로로부터 전기적으로 격리된다. 바람직하게는 제 1 방향을 횡단하는 제 2 방향에서, 탄성중합체 부재의 재료는 압력 하에서 전도성이 된다. 비등방성 탄성중합체 부재는, 전기 전도성 경로(pathway)들의 위치들을 마이크로폰 어셈블리의 마이크로폰 단자들의 가변적인 기하학적 구조 또는 패턴에 적응시키는 능력으로 인해, 커넥터의 전기 커넥터 패드들과 마이크로폰 어셈블리의 개개의 마이크로폰 단자들 사이에 전기 연결들을 확립하도록 매우 유연한 전기 연결 메커니즘을 제공한다. 상이한 유형들의 마이크로폰 어셈블리들은, 상이한 레이아웃 기하학적 구조들 또는 패턴들의 마이크로폰 단자들을 이용하지만, 본 커넥터 실시예에 제공된 비등방성 탄성중합체 부재는 특정 레이아웃 또는 기하학적 구조의 마이크로폰 단자들에 피팅(fit)하기 위해 전기 전도성 경로들의 위치들을 자동으로 적응시킨다. 이러한 방식으로, 단일 유형의 전기 커넥터가, 상이한 물리적 레이아웃들 또는 패턴들의 마이크로폰 단자들을 갖는 상이한 마이크로폰 유형들을 테스트하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 전기 커넥터는 비등방성 탄성중합체 부재와 별개인 유연한 인쇄 회로 기판의 세장형 스트립을 포함한다. 유연한 인쇄 회로 기판의 세장형 스트립의 말단부 섹션 또는 영역은 전기 커넥터 패드들의 세트를 포함한다. 전기 커넥터의 말단부 섹션은, 전기 연결이, 각각의 전기 커넥터 패드와 비등방성 탄성중합체 부재의 표면의 대응하는 표면 구역 사이에서 확립되도록, 비등방성 탄성중합체 부재의 표면과의 물리적 접촉을 초래한다. 전기 커넥터의 말단부 섹션과 비등방성 탄성중합체 부재 사이의 물리적 접촉은, 예를 들어, 일단 이동가능 하우징 구조가 전기 커넥터의 말단부 섹션과 비등방성 탄성중합체 부재를 접촉시킬 수 있는 자신의 활성 위치로 변위되면, 이동가능 하우징 구조로부터의 압력에 의해 확립될 수 있다. 하나의 이러한 실시예에 따르면, 비등방성 탄성중합체 부재는, 마이크로폰 어셈블리의 마이크로폰 단자들이 제 1 밀봉 부재의 경계선의 내부로부터 외부로 돌출하도록, 제 1 밀봉 부재의 경계선 외부에 배열된다. 이러한 실시예는 특히, 유연한 인쇄 회로 기판의 일 단부에 배열된 마이크로폰 단자들을 갖는 유연한 인쇄 회로 기판의 스트립과 같은 세장형 캐리어 스트립을 포함하는 마이크로폰 어셈블리들의 음향 테스팅에 잘-적합하다. 유연한 인쇄 회로 기판은 MEMS 트랜스듀서 엘리먼트와 같은 마이크로폰 캡슐 또는 마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트를 위해 캐리어 구조를 형성할 수 있다. 유연한 인쇄 회로 기판의 스트립은, 밀봉된 음향 챔버로부터의 임의의 상당한 음향 누설(acoustical leak)을 유도함이 없이 제 1 밀봉 부재에 걸쳐 이어지도록 충분히 얇을 수 있다. 특히, 제 1 밀봉 부재, 또는 가능하게는 제 1 및 제 2 밀봉 부재들 양측 모두가 탄성중합체 재료를 포함하는 경우 그러하다. 이러한 방식으로, 마이크로폰 어셈블리의 위치는, 이동가능 하우징 구조의 활성 위치에서의 음향 테스트 동안, 제 1 밀봉 부재에 의해, 또는 가능하게는 제 1 및 제 2 밀봉 부재들 양측 모두에 의해 고정될 수 있다.
본 마이크로폰 테스트 스탠드의 또한 다른 바람직한 실시예에서, 음향 챔버는, 음향 챔버 내부에 배열된 제 1 개구(opening) 및 음향 챔버 외부에 배열된 제 2 개구를 갖는 사운드 튜브를 포함한다. 프로브(probe) 마이크로폰이, 챔버의 캘리브레이션 사운드 압력(calibration sound pressure) 및/또는 테스트 사운드 압력을 검출하기 위해 사운드 튜브의 제 2 개구에 커플링된다. 테스트 사운드 압력이, 사운드 도관(sound conduit)을 통해, 음향 챔버 내부의 제 1 개구로부터, 제 2 개구에 위치된 프로브 마이크로폰으로 전달되도록, 사운드 도관 또는 채널이 사운드 튜브 또는 파이프에 형성된다. 사운드 도관 또는 채널의 단면 프로파일은, 원형, 타원형, 정사각형 등과 같은 다양한 형상들을 가질 수 있다. 사운드 도관 또는 채널의 단면적은 바람직하게, 음향 챔버에 대한 음향 로딩 영향들을 최소화하고 음향 챔버의 유효 볼륨을 낮게(down) 유지하기 위해 3.14 ㎜2 미만, 바람직하게는 2 ㎜2 미만이다. 일 실시예에서, 마이크로폰 테스트 스탠드는 사운드 튜브의 제 2 개구에 배열된 음향 임피던스 매칭 부재를 더 포함한다. 음향 임피던스 매칭 부재는, 제 2 개구 부근의 사운드 튜브의 원단부 또는 말단부(far or distal end)로부터의 음향 전달 라인 반사들의 발생을 제거 또는 적어도 억제하고, 추가로, 프로브 마이크로폰 어레인지먼트에 의한 음향 챔버의 음향 로딩을 최소화한다. 음향 임피던스 매칭 부재는 코일드(coiled) 사운드 튜브를 포함할 수 있다.
프로브 마이크로폰은 유리하게, 음향 챔버 내부의 사운드 압력을 모니터링 또는 캘리브레이팅(calibrate)하도록 적응될 수 있다. 음향 챔버 내부의 사운드 압력을 모니터링함으로써, 테스트 시스템은, 테스트 확성기(loudspeaker), 파워 증폭기들, 및 테스트 시스템의 다른 전자 컴포넌트들 또는 디바이스들의 음향 또는 전기 특성들의 변화들을 검출 및 보상하도록 적응될 수 있다. 음향 챔버 내부의 사운드 압력의 모니터링은, 마이크로폰 어셈블리들의 음향 테스트 동안 및/또는 전용의 사운드 캘리브레이션 프로시저들 동안 "오프-라인(off-line)"으로 수행될 수 있다. 양측 모두의 경우들에서, 환경 파라미터들이 변화하고 테스트 시스템 및/또는 마이크로폰 테스트 스탠드의 컴포넌트들의 전기 또는 음향 특징들이 변화함에도 불구하고, 시간에 걸쳐 정확한 테스트 사운드 압력이 유지된다.
프로브 마이크로폰은 바람직하게, 개개의 캘리브레이션 차트에 따라 잘-규정된 음향 감도 및 주파수 응답을 갖는 기준 마이크로폰을 포함한다. 이들 유형들의 기준 마이크로폰들은, 개개의 기준 마이크로폰의 음향 파라미터들, 및 기압, 온도, 및 습도와 같은 환경 조건들의 변화들에 대한 그의 감도를 도큐먼팅(document)하는 캘리브레이션 차트들 및 다른 데이터와 함께 여러 제조자들로부터 입수가능하다. 기준 마이크로폰은, 마이크로폰 감도가 특정 유형의 캘리브레이터를 통해 하나 또는 둘 이상의 기준 주파수들에서 정확하게 캘리브레이팅될 수 있도록, 사운드 캘리브레이터 또는 피스톤폰(pistonphone)의 커플링 부재와 짝을 이루는 하나 또는 둘 이상의 표준화된 외측 치수(outer dimension)(들)를 포함할 수 있다. 하나의 전형적인 실시예에서, 기준 마이크로폰은, 제조자 Brueel & Kjaer Sound and Vibration Measurement A/S로부터 입수가능한 프로브 마이크로폰 유형 4182를 포함한다. 사운드 튜브의 제공은, 기준 마이크로폰이 음향 챔버로부터 좀 떨어져 위치되도록 허용하며, 이는 유리한 피쳐인데, 그 이유는 말단 배치(distal placement)는, 상술된 유형들의 기준 마이크로폰들이 프로브 마이크로폰으로서 이용되도록 허용하기 때문이다. 기압, 온도, 및 습도와 같은 환경 조건들의 변화들에 대한 그들의 잘-도큐먼팅된 응답과 함께, 이들 유형들의 기준 마이크로폰들의 정확한 또는 잘-규정된 음향 감도는, 테스트 시스템이 테스트 사운드 압력의 매우 정확한 캘리브레이션을 유지하도록 허용한다.
테스트 하의 마이크로폰 어셈블리가 음향 테스팅 동안 슬라이드 어셈블리에 어떻게 고정되는지는, 측정된 마이크로폰 응답 신호들의 유효성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 특정 유형들의 미니어처 마이크로폰 어셈블리들에 있어서, 측정된 마이크로폰 응답 신호들의 유효성을 보장하기 위해 음향 테스팅 동안 마이크로폰 어셈블리의 마이크로폰 캡슐에 대한 기계적인 압력 또는 힘의 임의의 적용을 회피하는 것이 중요하다. 마이크로폰 캡슐에 대한 기계적인 압력 또는 힘이 없는 것은, 특히, 힘이 마이크로폰 캡슐의 다이어프램 플레인(diaphragm plane)을 실질적으로 횡단하여 적용되는 경우, 마이크로폰 캡슐과 마이크로폰 어셈블리의 캐리어 재료 사이의 음향 누설들이, 음향 테스트에 의해 가려지거나(mask) 또는 간과(overlook)되는 것을 회피한다. 본 발명의 일 실시예에서, 마이크로폰 홀더는 그러므로, 슬라이드 어셈블리 상에 마이크로폰 어셈블리의 위치를 고정하도록 형상화 및 크기지정된 공동(cavity)을 포함한다. 이러한 공동은 유리하게, 마이크로폰 어셈블리의 트랜스듀서 엘리먼트 또는 마이크로폰 캡슐의 하나 또는 둘 이상의 에지 표면들에 접촉하도록 형상화 및 크기지정될 수 있다. 전체 마이크로폰 캡슐은 공동 내로 돌출될 수 있고, 공동의 하나 또는 둘 이상의 대응하는 벽 구조들에 접하는 하나 또는 둘 이상의 에지 표면들에 의해 제 위치에 유지될 수 있다. 이러한 방식으로, 마이크로폰 어셈블리는, 임의의 기계적인 압력 또는 힘을 마이크로폰 캡슐에 적용하지 않으면서, 슬라이드 어셈블리 상의 잘-규정된 위치에서 유지될 수 있다.
마이크로폰 홀더의 또한 다른 바람직한 실시예에 따르면, 홀더는, 미니어처 마이크로폰 어셈블리의 후방측 및 미니어처 마이크로폰 어셈블리의 전방측에 테스트 사운드 압력을 전달하도록 형상화 및 크기지정된다. 이는, 테스트 사운드 압력이 마이크로폰 어셈블리 주변(around)을 횡단하도록 그리고 그의 상부측 및 후방측 모두에 도달하게 허용되도록, 공동의 벽 구조를 따라 마이크로폰 캡슐의 에지 표면들 중 적어도 하나 주변에 적합한 음향 누설(acoustic leak)들을 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 제 2 양상은 미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은:
- a) 마이크로폰 홀더의 노출된 상태의 음향 챔버 외부의 제 1 위치에 슬라이드 어셈블리를 위치시키는 단계,
- b) 슬라이드 어셈블리의 마이크로폰 홀더에 미니어처 마이크로폰 어셈블리를 장착하는 단계,
- c) 음향 챔버 내부에 배열된 마이크로폰 홀더와 함께 슬라이드 어셈블리를 제 1 방향으로, 제 2 위치로 변위시키는 단계,
- d) 음향 챔버에 테스트 사운드 압력을 생성하기 위해 배열된 스피커에 테스트 신호를 적용하는 단계,
- e) 테스트 사운드 압력에 응답하여 마이크로폰 어셈블리로부터의 응답 신호를 기록하는 단계를 포함한다.
미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법은, 센서, 예를 들어, 마이크로폰 테스트 스탠드 상에 장착된 스위치로부터의 제어 신호에 응답하여 테스트 시스템에 의해 자동으로 시작될 수 있다. 스위치는, 일단 이동가능 하우징 구조가 활성 위치에 도달하면, 상기 이동가능 하우징 구조에 의해 활성화될 수 있다. 후자의 상황에서, 제 1 및 제 2 밀봉 부재들은 음향 챔버의 밀봉된 상태를 제공하도록 접합을 초래했을 수 있다. 마이크로폰 어셈블리로부터의 응답 신호의 기록은 바람직하게, 예를 들어, 랩톱 컴퓨터와 같은 개인용 컴퓨터 주변에 빌드된 컴퓨터화된 테스트 시스템에 의해 수행된다. 개인용 컴퓨터는 종종, 방대한 양의 마이크로폰 어셈블리들에 대한 응답 데이터가 저장되고 가능하게는 분석될 수 있도록, 개개의 마이크로폰 어셈블리들로부터의 응답 신호들의 기록을 위해 매우 큰 신호 저장 용량을 제공할 것이다. 각각의 마이크로폰 어셈블리가 특정한 규정된 표준들에 대해 기능하고 수행하는 것을 보장하기 위해, 테스팅 방법론은 바람직하게 추가의 단계, 즉: f) 마이크로폰 어셈블리로부터 기록된 응답 신호를 하나 또는 둘 이상의 미리 결정된 테스트 제한들과 비교하는 단계를 포함한다. 테스트 제한들은 상위 및 하위 주파수 응답 제한들, 잡음 제한들, 왜곡 제한들 등을 포함할 수 있다. 테스트 제한들은 바람직하게, 테스트 프로시저가 완결된 후에 각각의 마이크로폰 어셈블리가 즉각, 테스트 제한들이 초과되었는지의 여부에 따라 "OK" 또는 "실패"로 플래깅(flag)될 수 있도록, 개인용 컴퓨터 상에 사전-저장된다.
테스팅 방법론의 일 실시예에서, 슬라이드 어셈블리 및 이동가능 하우징 구조 양측 모두는, 비록 횡단하는 방향들일지라도, 마이크로폰 홀더가 노출된 상태에 있는 테스트 스탠드의 초기 또는 로딩 상태로부터, 음향 테스팅을 위해 준비가 된 활성 위치로 변위된다. 이러한 실시예에 따르면, 상술된 단계 c) 후에, 방법은 추가의 단계, 즉: g) 음향 챔버를 에워싸는 이동가능 하우징 구조를, 음향 챔버의 밀봉되지 않은 상태의 비활성 위치로부터, 음향 챔버의 밀봉된 상태를 갖는 활성 위치로 변위시키는 단계를 더 포함하고; 이동가능 하우징 구조는 제 1 방향을 실질적으로 횡단하는 제 2 방향으로 변위된다. 하나의 이러한 실시예에서, 이동가능 하우징 구조가 수직 방향으로 변위되는 반면, 슬라이드 어셈블리는 실질적으로 수평 방향으로 변위될 수 있다.
테스팅 방법론은 추가의 단계, 즉: h) 마이크로폰 어셈블리에 전기 접촉을 확립하기 위해 마이크로폰 단자들의 세트를 접촉시키도록 전기 커넥터의 전기 접촉 단자들의 세트를 변위시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기에서 상세하게 설명된 바와 같이, 전기 커넥터 단자들의 세트의 형상 및 치수는, 접촉될 마이크로폰 단자들의 기계적 및 전기적 특징들에 따라 상당히 변화할 수 있다.
테스팅 방법론의 다른 실시예는 추가의 단계, 즉: i) 마이크로폰 홀더 및 이동가능 하우징 구조를 둘러싸는 제 1 음향 밀봉 부재에 의해 미니어처 마이크로폰 어셈블리의 세장형 전기 접촉 부재의 위치를 접촉 및 고정시키는 단계를 포함한다. 이전에 설명된 바와 같이, 세장형 전기 접촉 부재는 마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트 또는 캡슐을 위해 캐리어 구조를 형성하는 유연한 인쇄 회로 기판의 세장형 스트립을 포함할 수 있다. 세장형 전기 접촉 부재는, 전기 접촉 부재의 일 단부가 제 1 음향 밀봉 부재의 경계선의 외부로 돌출되도록, 오퍼레이터에 의해 마이크로폰 홀더에 위치될 수 있다. 세장형 전기 접촉 부재의 단부는, 마이크로폰 응답 신호들이, 제 1 음향 밀봉 부재의 경계선 내부에 형성된 밀봉된 음향 챔버 외부에 액세스가능하도록, 이들이 테스트 어셈블리의 커넥터의 대응하는 전기 패드들 또는 단자들에 의해 접촉되게 허용하는 전기적으로 노출된 마이크로폰 단자들의 세트를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 커넥터는 커넥터의 전기 패드들 또는 단자들을 제공하는 비등방성 탄성중합체 부재를 포함할 수 있고, 이러한 경우, 방법은 추가의 단계, 즉: k) 전기적으로 노출된 마이크로폰 단자들의 세트를, 비등방성 탄성중합체 부재의 표면 상에 미리 결정된 패턴으로 배열된 전기 커넥터 패드들의 세트를 포함하는 비등방성 탄성중합체 부재와 접촉시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면들과 관련되어 더욱 상세하게 기술될 것이다:
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로폰 테스트 스탠드의 사시도이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슬라이드 어셈블리의 구성 및 동작의 개략도들이고,
도 3은 도 1에 도시된 마이크로폰 테스트 스탠드를 통한 중앙 수직 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로폰 테스트 스탠드의 사시도이고; 그리고
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로폰 테스트 스탠드에서 이용하기 위한 피스톤형 구조를 갖는 슬라이드 어셈블리의 사시도이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로폰 테스트 스탠드(100)의 사시도이다. 마이크로폰 테스트 스탠드는, 음향 챔버(도시되지 않음)를 에워싸는, 수직으로 (즉, 화살표(116)에 의해 표시된 방향들로) 이동가능한 하우징 구조(104)를 지지하는 프레임(102)을 포함한다. 하우징 구조(104)는, 베어링들의 쌍을 통해 프레임(102)에 피봇식으로(pivotally) 커플링된 핸들(118)의 작동에 의해, 화살표(116)에 의해 표시된 바와 같이 수직으로 이동가능하다. 4개의 수직으로 배향된 기둥(pillar)들 또는 막대(rod)들(126)은 하우징 구조(104)의 수직 움직임을 가이드한다. 슬라이드 어셈블리(106)는, 아래에서 부가하여 상세하게 기술되는 바와 같이 바람직하게는 MEMS 또는 ECM 기반 마이크로폰 어셈블리의 형태의, 미니어처 마이크로폰 어셈블리(114)의 위치와 맞물려 고정시키는 마이크로폰 홀더(도시되지 않음)를 포함하는 상부 표면(112)을 포함한다. 마이크로폰 캡슐을 포함하는 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 부분 및 마이크로폰 홀더(도시되지 않음)는, 제 1 음향 밀봉 부재(110)에 의해 둘러싸인다. 제 1 음향 밀봉 부재(110)는, 합성 고무 혼성중합체, 예를 들어, 니트릴 부타디엔 고무(Nitrile butadiene rubber; NBR)와 같은 우수한 내마모성을 갖는 탄성중합체 재료를 포함할 수 있다. MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 세장형 전기 접촉 부재는, 제 1 음향 밀봉 부재(110)에 의해 에워싸인 상부 표면(112)의 표면 영역의 외부로 돌출된다. 슬라이드 어셈블리(106)는, MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)가, 하우징 구조(104)에 의해 에워싸인 음향 챔버 외부에 배열되는, 예시된 제 1 또는 근접(proximate) 위치 사이에서 화살표(124)에 의해 표시된 바와 같은 실질적으로 수평 방향으로 이동가능하다. 근접 상태에서, 마이크로폰 홀더는, 오퍼레이터로 하여금, MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)를 마이크로폰 홀더에 수동으로 위치시키고, 어셈블리가 상기 마이크로폰 홀더에 적합하게 배향 또는 위치되었는지를 시각적으로 체크하도록 허용하는 노출된 또는 오퍼레이터 액세스가능한 상태로 배열된다. 제 2 또는 말단 위치(distal position)에서, 슬라이드 어셈블리(106)는, 마이크로폰 홀더 및 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 차폐된 상태 또는 보호된 상태를 제공하기 위해 음향 챔버 내부에 위치된다. 슬라이드 어셈블리(106)는, 핸들(108)을 캐리(carrying) 또는 지지(supporting)하는 전방 표면이 실질적으로 하우징 구조(104)의 전방 표면과 정렬될 때까지 수평 방향으로, 선형 방식으로, 수동으로, 반자동으로, 또는 완전 자동으로 평행이동된다. 슬라이드 어셈블리(106)의 이러한 제 2 또는 말단 위치에서, 하우징 구조(104)는 초기에, 슬라이드 어셈블리(106)의 상부 표면(112) 상의 제 1 밀봉 부재(110)와 음향 챔버 사이에 물리적 접촉이 없는 비활성 위치에 배열된다. 이동가능 하우징 구조(104)의 비활성 위치에서, 이는 활성 상태에서보다 더 높이 프레임(102) 및 슬라이딩 부재(106) 위에, 3 내지 20 ㎜, 이를 테면, 5 내지 10 ㎜에 놓일 수 있다. 음향 테스트 챔버의 음향 격리를 개선하기 위해, 제 2 밀봉 부재(도시되지 않음)가 음향 챔버의 하향으로 면하는 애퍼쳐를 둘러싸도록, 제 2 밀봉 부재가 이동가능 하우징 구조(104) 상에 장착된다. 제 2 밀봉 부재는, 이동가능 하우징 구조(104)가 활성 위치로 더 낮아질 때, 제 1 및 제 2 밀봉 부재들이 물리적 접촉을 초래하도록, 슬라이드 어셈블리(106) 상의 제 1 밀봉 부재(110)와 짝을 이루는 형상을 갖는다. 오퍼레이터는, 하우징 구조(104)가, 제 1 및 제 2 밀봉 부재들이 음향적으로 밀봉된 테스트 챔버를 형성하도록 접합 또는 물리적 접촉을 초래하는 활성 위치에 도달할 때까지, 하우징 구조(104)가 낮아지도록, 즉, 화살표(116)에 의해 표시된 수직 방향으로 프레임(102)을 향하여 평행이동되도록, 핸들(118)을 작동시킬 수 있다.
이러한 활성 위치에서, 마이크로폰 테스트 스탠드(100)는 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 원하는 음향 테스팅을 수행할 준비가 된다. MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)는, 잘-규정된 테스트 사운드 압력이 테스트 챔버의 최상측-부분에 배열된 스피커에 의해 그에 적용될 수 있도록, 음향적으로 밀봉된 테스트 챔버 내부에 적합하게 위치되어 배향된다. 당업자는, 일단 이동가능 하우징 구조(104)가 자신의 활성 위치로 낮아지고, 마이크로폰 홀더 및 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)가 슬라이드 어셈블리(106)에 의해 차폐된 상태에 위치되면, 미리 결정된 테스트 프로시저가 자동으로 개시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 미리 결정된 테스트 프로시저의 자동 시작은, 센서, 예를 들어, 마이크로폰 테스트 스탠드(100) 상에 장착된 스위치로부터의 제어 신호에 응답하여 테스트 시스템에 의해 개시될 수 있다. 당업자는, 대안으로, 미리 결정된 테스트 프로시저가 오퍼레이터에 의해 수동으로 개시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 테스트 프로시저의 완료 후에, 오퍼레이터는, 이동가능 하우징 구조(104)가 자신의 비활성 위치로 리프팅되도록, 핸들(118)을 상향으로 수동으로 리프팅할 수 있고, 그 후에, 슬라이드 어셈블리(106)를, MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)가 노출되는, 상기 슬라이드 어셈블리(106)의 제 1 위치로 핸들(108)에 의해 수동으로 수축(retract)시킬 수 있다. 그 후에, 테스트된 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)는 마이크로폰 홀더로부터 제거되어, 적합한 컨테이너에 위치되고, 새로운 샘플이 상기 마이크로폰 홀더에 삽입되어, 음향 테스트가 처음부터 다시(over again) 시작된다.
테스트 사운드 압력은 스피커(122)에 커플링된 파워 증폭기에 의해 적용된 테스트 신호에 따라 생성된다. 음향적으로 밀봉된 테스트 챔버 내에서 생성된 실제 테스트 사운드 압력은 아래에서 더 상세하게 기술되는 바와 같이 테스팅 동안 모니터 마이크로폰에 의해 모니터링될 수 있다. 테스트 신호는 테스트 시스템의 적합한 신호원에 의해 생성될 수 있다. 테스트 시스템은, 사운드 및 진동 측정을 위해 설계되고 복수의 구성들로 본 출원인/양수인으로부터 입수가능한 적합하게 적응 또는 프로그래밍된 버전의 펄스(PULSE) 측정 플랫폼을 포함할 수 있다. 테스트 신호들은, 100 ㎐ 내지 15 ㎑의 범위의 주파수 응답 측정들, 감도 측정들, 왜곡 측정들, 잡음 레벨 측정들 등을 포함할 수 있다. MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 각각의 샘플에 적용된 테스트 프로시저는 바람직하게, 한 조(suite)의 상이한 테스트 신호들이 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)에 자동으로 적용되도록 그리고 마이크로폰 응답 신호들이 테스트 시스템에 의해 아날로그 또는 디지털 형태로 기록되도록, 테스트 시스템의 적합한 프로그래밍에 의해 사전설계된다. 마이크로폰 응답 신호들은, 마이크로폰 어셈블리로부터 전기 케이블(120), 예를 들어, 플렉스(flex)-PCB의 평평한 세장형 피스를 통해, 전기 케이블(120)의 말단 부분(distal portion)에 커플링된 테스트 시스템에 전송된다. 전기 케이블(120)의 대향 단부 또는 근단부(opposite or proximal end)는, MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 유연한 인쇄 회로(도 3 아래의 113을 나타냄)의 세장형의 평평한 피스 상에 배열된 마이크로폰 단자들의 세트에 연결가능한 전기 커넥터 패드들의 세트를 갖는 전기 커넥터를 포함한다. 이러한 방식으로, 전기 케이블(120)은, 측정된 마이크로폰 응답 신호들을 기록 및 프로세싱을 위해 테스트 시스템으로 캐리 또는 안내(conduct)하도록 적응된다. 전기 케이블(120) 및 수반되는 전기 커넥터 패드들은, 측정된 마이크로폰 응답 신호들을 테스트 시스템으로 캐리하는 것에 부가하여, 테스트 시스템으로부터 또는 마이크로폰 테스트 스탠드(100)로부터 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)로 다른 유형들의 신호들을 캐리하는 부가적인 전기 연결들을 포함할 수 있다. 이들 신호들은 아날로그-투-디지털 컨버터(analog-to-digital converter) 및 다른 클록킹된 회로소자(clocked circuitry)를 포함하는 디지털 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)를 위한 클록 신호 및/또는 MEMS 마이크로폰 캡슐을 위한 DC 바이어스 전압을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 상술된 슬라이드 어셈블리(106)의 구성 및 동작의 개략도들이다. 도 2a에서, 슬라이드 어셈블리(106)는, 마이크로폰 홀더 및 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)가 노출된 또는 오퍼레이터 액세스가능한 상태로 음향 챔버(도시되지 않음) 외부에 배열되는 제 1 또는 근접 위치에 배열된다. 마이크로폰 홀더는 밀봉 링(110)의 경계선 내부의 슬라이드 어셈블리(106)의 상부 표면(112)에 공동 또는 컷-아웃(도 3 아래의 아이템 117을 나타내며, MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)에 의해 가려짐)을 포함한다. 공동은, 슬라이드 어셈블리(106) 상에 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 위치를 실질적으로 고정하기 위해, 마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트 또는 캡슐(도시되지 않음)의 표면 또는 에지 경계선의 적어도 일부에 접촉하도록 형상화 및 크기지정된다. 마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트는, 트랜스듀서 엘리먼트가 공동으로 돌출되고 예시된 뷰에서 보이지 않게(invisible) 되도록, MEME 마이크로폰 어셈블리(114)의 하향으로 면하는 표면 상에 위치된다. 예시된 뷰는 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 후방 표면을 도시한다. 그러나, MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 후방 표면은 작은 사운드 포트 또는 유입구(inlet)(117)를 포함하고, 이를 통해, 테스트 사운드 압력이 마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트로 전파될 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)는, 마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트를 위한 캐리어 구조를 형성하는 유연한 인쇄 회로 기판의 세장형 스트립을 포함한다. 유연한 인쇄 회로 기판의 이러한 세장형 스트립의 말단부 섹션(115)은 제 1 밀봉 부재(110)의 경계선의 외부로 돌출된다. 말단부 섹션(115)은, 전기 커넥터(120)의 단부 섹션에 배열된 전기 커넥터 패드들의 세트의 대응하는 패드들 또는 단자들에 연결가능한, 전기적으로 노출된 마이크로폰 단자들의 세트를 포함한다. 이러한 전기 연결은 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 비등방성 탄성중합체 부재(도 3의 아이템 121을 나타냄)를 통해 확립된다.
일단 오퍼레이터가 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)를 상술된 바와 같이 마이크로폰 홀더에 적합하게 위치시키면, 슬라이드 어셈블리(106)가 도 2b 상에 도시된 바와 같이 마이크로폰 홀더의 차폐된 상태의 음향 챔버 내부의 자신의 제 2 위치로 이송된다. 슬라이드 어셈블리(106)는 레일(128) 또는 다른 유형의 가이딩 메커니즘에 의해 가이드되는 실질적으로 선형 움직임에 의해 이송될 수 있다. 당업자는 슬라이드 어셈블리(106)가 수동으로 또는 자동으로, 자신의 제 2 위치로 이송될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 슬라이드 어셈블리(106)의 제 2 위치에서, 이동가능 하우징 구조(104)의 수직 전방 표면은, 외부로 돌출되어 남겨진 핸들(108)을 이용하여 슬라이드 어셈블리의 수직 전방 표면에 정렬된다.
도 3은 이동가능 하우징 구조(104)의 활성 위치에서, 도 1에 도시된 마이크로폰 테스트 스탠드(100)의 상부를 관통하는 중앙 수직 단면도이다. 중앙 수직 단면도는 음향 챔버(125)의 중앙 부분을 관통해 만들어졌다. 확성기(122)가, 음향 챔버(125)에 테스트 사운드 압력을 공급하기 위해 음향 챔버(125)의 최상부에 배열된다. 확성기(122)는, 음향 챔버(125)에 존재하는 것과 같은 클로징된 공동(closed cavity)에 커플링될 때, 우수한 고주파 사운드 재생 특성들을 갖는 PVDF-포일(foil) 스피커를 포함할 수 있다. 확성기(122)는 바람직하게, 적어도 15 ㎑의 주파수까지, 그리고 바람직하게는 더 높은 상당한 사운드 압력을 제공하도록 설계된다. 음향 챔버(125)의 적합하게 선택된 치수들과 함께, 이는 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 고주파 응답이 정확하게 결정되도록 허용한다.
MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)의 마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트(111)는 상술된 바와 같은 마이크로폰 홀더의 공동(117)에 위치된다. 제 2 밀봉 부재(130)는, 그가 음향 챔버(125)의 애퍼쳐를 둘러싸거나 또는 에워싸도록, 이동가능 하우징 구조(104)의 하향으로 면하는 표면 상에 배열된다. 제 2 밀봉 부재(130)는, 본질적으로 음향적으로 밀봉된 챔버가 형성되도록, 도시된 활성 위치의 음향 챔버(125)의 전체 경계선 주변의 슬라이드 어셈블리(106) 상에 배열된 제 1 밀봉 부재(110)에 물리적 접촉을 한다. 음향 밀봉은, 챔버로의 환경 잡음 사운드들의 이송을 감쇠시키거나 억제하고, 테스트 프로시저 동안 MEMS 마이크로폰 어셈블리(114)에 적용되는 테스트 사운드 압력과 간섭하는데 있어서 유익하다.
제 2 밀봉 부재(130)는 바람직하게 제 1 밀봉 부재(110)와 동일한 재료, 예를 들어, 니트릴 부타디엔 고무(NBR) 같은 합성 고무 혼성중합체를 포함한다.
마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트(111)를 위한 캐리어 구조로서 기능하는 유연한 인쇄 회로 기판(113)의 이전에-언급된 세장형 스트립은, 제 1 및 제 2 밀봉 부재들(110, 130) 중간에 돌출하거나 그렇지 않으면 제 1 및 제 2 밀봉 부재들(110, 130)에 접한다. 이들 제 1 및 제 2 밀봉 부재들(110, 130)의 탄성중합체 성질은, 상기 제 1 및 제 2 밀봉 부재들(110, 130)이, 슬라이드 어셈블리 상에 유연한 인쇄 회로 기판(113)의 세장형 스트립의 위치 및 배향을, 그를 손상시키지 않으면서 고착(fixate)시키도록 허용한다. 유연한 인쇄 회로 기판(113)의 세장형 스트립의 말단부 섹션(115)은 상응하게, 말단부 섹션(115)이 비등방성 탄성중합체 부재(121)에 접촉하는 제 1 및 제 2 밀봉 부재들의 경계선의 외부로 돌출된다. 상술된 바와 같이, 말단부 섹션(115)은 전기적으로 노출된 마이크로폰 단자들의 세트를 포함한다. 전기 연결들은 이제, 비등방성 탄성중합체 부재(121)를 통해 전기 커넥터(120) 상의 단부 섹션에 배열된 전기 커넥터 패드들의 세트의 대응하는 패드들 또는 단자들에 대해 확립된다. 이동가능 하우징 구조(104)의 하향으로 면하는 표면으로부터의 압력 하에, 복수의 전기 경로들 또는 전도체들이 비등방성 탄성중합체 부재(121)를 통해 수직으로 확립되어, 전기 커넥터(120) 상에 배열된 전기 커넥터 패드들의 세트의 각각의 패드들과 전기적으로 노출된 마이크로폰 단자들의 세트의 수직으로 정렬된 전기 단자들 또는 패드들 사이에 전기 연결들을 형성한다. 결과적으로, 비등방성 탄성중합체 부재(121)에 형성된 전기 경로들로 인해, 전기 케이블(120)은 이제, 측정된 마이크로폰 응답 신호들을 기록 및 프로세싱을 위해 테스트 시스템에 캐리 또는 안내할 수 있다.
음향 챔버(125) 내부의 사운드 압력을 모니터링 또는 캘리브레이팅하기 위해, 사운드 파이프 또는 튜브(119)가 음향 챔버(125)의 측벽 섹션으로부터 돌출된다. 사운드 튜브(119) 내부의 사운드 도관 또는 채널의 개구는 중심적으로(centrally) 챔버(125) 내로 돌출되고, 해당하는 사운드 압력의 검출을 허용하기 위해 챔버(125) 내부의 테스트 사운드 압력을 또는 가능하게는 캘리브레이션 사운드 압력을, 사운드 튜브(119)의 대향 단부의 제 2 개구에 커플링된 프로브 마이크로폰(도시되지 않음)에 전달한다. 사운드 도관 또는 채널(119)의 단면 프로파일은, 원형, 타원형, 정사각형 등과 같은 다양한 형상들을 가질 수 있다. 사운드 도관 또는 채널의 단면적은 바람직하게, 3.14 ㎜2 미만, 바람직하게는 2 ㎜2 미만이다. 사운드 도관 또는 채널의 제공은, 프로브 마이크로폰이 음향 챔버(125)로부터 좀 떨어져 위치되도록 허용한다. 이는 본 실시예의 유리한 피쳐인데, 그 이유는 이는, 고정밀(high-precision) 측정 또는 기준 유형의 마이크로폰이 프로브 마이크로폰으로서 이용되도록 허용하기 때문이다. 그렇지 않으면, 이는, 이러한 유형의 마이크로폰들의 비교적 큰(MEMS 또는 일렉트릿(electret) 마이크로폰들과 같은 미니어처 원격통신 마이크로폰들의 치수들과 비교하여) 치수들에 의해 금지될 것이다. 일 실시예에서, 기준 마이크로폰은 제조자 Brueel & Kjaer Sound and Vibration Measurement A/S로부터 입수가능한 프로브 마이크로폰 유형 4182를 포함한다. 기압, 온도, 및 습도와 같은 환경 조건들의 변화들에 대한 그의 잘-도큐먼팅된 응답과 함께, 이러한 유형의 기준 마이크로폰의 정확한 또는 잘-규정된 음향 감도는, 테스트 시스템이 테스트 사운드 압력의 매우 정확한 캘리브레이션을 유지하도록 허용한다. 이에 의해, 테스트 시스템의 전자 컴포넌트들 또는 디바이스들 및 테스트 확성기의 음향 또는 전기 특성들의 변화들이 보상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로폰 테스트 스탠드(400)의 사시도이다. 마이크로폰 테스트 스탠드(400)는 음향 챔버(도시되지 않음)를 에워싸는 고정식(stationary) 하우징 구조(404)를 지지하는 프레임(402)을 포함한다. 수직으로(즉, 화살표(416)를 따라) 평행이동가능한 슬라이드 어셈블리는 피스톤형 구조(406)를 포함한다. 피스톤형 구조(406)의 상부 단부 표면(도시되지 않음)은 도 5와 관련하여 더 상세하게 아래에 기술되는 바와 같은 마이크로폰 홀더(도시되지 않음)를 지지한다.
슬라이드 어셈블리의 피스톤형 구조(406)는, 마이크로폰 홀더가 하우징 구조(404) 내에 에워싸인 음향 챔버의 외부에 놓이는, 예시된 제 1 또는 근접 위치 사이에서 화살표(416)에 의해 표시된 바와 같이 실질적으로 수직 방향으로 이동가능하다. 근접 위치에서, 마이크로폰 홀더는 음향 테스트 챔버 외부에 노출된 상태로 배열되지만, 본 발명의 상기 논의된 제 1 실시예에 대한 상황과 반대로, 편리한 오퍼레이터 액세스를 갖지 않는다. 그러므로, 마이크로폰 홀더에 대한 오퍼레이터 액세스를 제공하기 위해, 슬라이드 어셈블리(406)는, 마이크로폰 홀더가 보이게(visible) 되고 오퍼레이터가 액세스가능하도록, 마이크로폰 테스트 스탠드(400)로부터 수동으로 또는 자동으로 제거되어, 적합한 지지부 상에 위치된다. 슬라이드 어셈블리의 이러한 제거된 위치에서, 오퍼레이터는, 예를 들어, 적합한 픽앤플레이스(pick-and-place) 툴에 의한 도움으로, 마이크로폰 어셈블리를 마이크로폰 홀더에 수동으로 위치시킬 수 있다. 그 후에, 오퍼레이터는, 마이크로폰 어셈블리가 거기에 적합하게 배향 또는 위치되는지를 시각적으로 체크할 수 있다. 그 후에, 오퍼레이터(또는 로봇)는 슬라이드 어셈블리를 그랩(grab)하여, 이를 마이크로폰 테스트 스탠드(400) 상의 근접 위치로 리턴시킨다. 오퍼레이터는 이제, 피스톤형 슬라이드 부분(406)이 상승되지만 마이크로폰 테스트 스탠드의 하우징(404)은 정적으로 유지되도록, 화살표(416)에 의해 표시된 수직 방향으로 핸들(418)을 작동시키도록 계속할 수 있다. 응답하여, 피스톤형 슬라이드 부분(406)은, 슬라이드 어셈블리가, 마이크로폰 홀더의 차폐된 상태 또는 보호된 상태를 제공하기 위해 마이크로폰 홀더 및 마이크로폰 어셈블리가 음향 챔버 내부에 적합하게 위치되는 활성 또는 말단 위치에 도달할 때까지, 하우징 구조(404)를 향하여 수직 방향으로 평행이동된다.
이러한 활성 상태에서, 마이크로폰 테스트 스탠드(400)는, 마이크로폰 테스트 스탠드(100)의 제 1 실시예와 관련하여 이전에 기술된 방식과 유사한 방식으로, 마이크로폰 어셈블리(114)의 원하는 음향 테스팅을 수행할 준비가 된다.
도 5는 마이크로폰 테스트 스탠드(400)에서 이용하기 위한, 피스톤형 구조(40)를 포함하는 슬라이드 어셈블리의 사시도이다. 전체 슬라이드 어셈블리는 음향 테스팅 동안 마이크로폰 테스트 스탠드(400)로부터 연결해제될 수 있다. 피스톤형 구조(406)는 슬라이드 어셈블리의 캐리어 구조(405) 상에 장착된다. 수직으로 돌출되는 막대들(426)의 쌍은, 전체 구조의 수직 움직임을 가이드하기 위해 하우징(404)의 짝을 이루는 가이딩 홀들의 쌍으로 피팅된다. 마이크로폰 홀더는, MEMS 마이크로폰 어셈블리(414)에 의해 시야(view)로부터 부분적으로 가려지는 공동 또는 컷-아웃(417)을 포함한다. 마이크로폰 홀더(417)는 피스톤형 슬라이드 어셈블리(406)의 상단부 또는 말단부 표면(412)에 배열된다. 마이크로폰 홀더의 공동은, 피스톤형 슬라이드 어셈블리(406) 상에 MEMS 마이크로폰 어셈블리(414)의 위치를 실질적으로 고정하기 위해, 마이크로폰 트랜스듀서 엘리먼트 또는 캡슐(도시되지 않음)의 표면 또는 에지 경계선의 적어도 일부와 접촉하도록 형상화 및 크기지정된다. 밀봉 링(410)은 피스톤형 슬라이드 어셈블리(406)의 원주형 숄더(circumferential shoulder) 상에 배열되고, 이전에 논의된 재료들 중 어떠한 재료든 포함할 수 있다.
MEMS 마이크로폰 어셈블리(414)는, 전원 전압, 클록 신호들, 디지털 오디오 출력 신호들 등을 마이크로폰 테스트 스탠드(400)로부터/마이크로폰 테스트 스탠드(400)로 캐리하는 3개 내지 5개의 노출된 상향으로 배향된 마이크로폰 패드들(도시되지 않음)을 갖는 캐리어를 포함한다. 마이크로폰 테스트 스탠드(400)는 마이크로폰 패드들로의 전기 연결을 확립하는 적합한 전기 커넥터(도시되지 않음)를 포함한다. 전기 커넥터는 예를 들어, 피스톤형 슬라이드 어셈블리(406)가 제 2 위치로 움직일 때 3개 내지 5개의 노출된 마이크로폰 패드들 중 각각의 마이크로폰 패드들과 기계적 및 전기적 접촉을 자동으로 초래하는 포크 핀들의 세트를 포함한다. 그러므로, 마이크로폰 테스트 스탠드(400)의 본 실시예에서, 전기 커넥터는 음향 테스트 챔버 내부에 배열된다.

Claims (27)

  1. 마이크로폰 테스트 스탠드(microphone test stand)로서,
    테스트 신호에 따라 음향 챔버(acoustical chamber)에서 테스트 사운드 압력을 생성하도록 배열된 스피커에 커플링된 상기 음향 챔버,
    미리 결정된 표면 영역 위에 배열된 마이크로폰 홀더를 갖는 미리 결정된 표면 영역을 포함하는 슬라이드 어셈블리 ― 상기 슬라이드 어셈블리는, 상기 마이크로폰 홀더의 노출된 상태에서 상기 음향 챔버 외부의 제 1 위치와 상기 마이크로폰 홀더의 차폐된 상태에서 상기 음향 챔버 내부의 제 2 위치 사이에서 제 1 방향으로 이동가능함 ―,
    상기 마이크로폰 홀더의 상기 차폐된 상태에서 상기 마이크로폰 홀더를 둘러싸는 제 1 음향 밀봉 부재(acoustic sealing member),
    상기 테스트 사운드 압력에 응답하여 상기 마이크로폰 홀더에 배열된 마이크로폰 어셈블리로부터 마이크로폰 응답 신호를 수신하기 위해 마이크로폰 단자들의 세트에 연결가능한 전기 커넥터 단자들의 세트를 포함하는 전기 커넥터,
    상기 음향 챔버 내부에 배열된 제 1 개구(opening) 및 상기 음향 챔버 외부에 배열된 제 2 개구를 갖는 사운드 튜브,
    상기 테스트 사운드 압력을 검출하기 위해 상기 사운드 튜브의 상기 제 2 개구에 커플링된 프로브 마이크로폰(probe microphone)
    를 포함하는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 음향 밀봉 부재는,
    상기 슬라이드 어셈블리의 상기 미리 결정된 표면 영역 상에, 또는
    상기 음향 챔버를 에워싸는 이동가능 하우징 구조 상에
    장착되는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬라이드 어셈블리의 상기 미리 결정된 표면 영역은 상기 슬라이드 어셈블리의 상기 제 2 위치에서 상기 음향 챔버의 벽 섹션(wall section)을 형성하고,
    상기 미리 결정된 표면 영역은 상기 제 1 음향 밀봉 부재의 경계선(perimeter) 내부에 배열되는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동가능 하우징 구조는 상기 제 1 방향을 실질적으로 횡단하는 제 2 방향으로 이동가능하고,
    상기 이동가능 하우징 구조는,
    a) 상기 슬라이드 어셈블리의 상기 제 2 위치의 상기 음향 챔버의 음향 밀봉이 없는 비활성 위치와,
    b) 상기 슬라이드 어셈블리의 상기 제 2 위치에서 음향적으로 밀봉된 챔버를 형성하기 위해, 상기 음향 챔버, 상기 제 1 음향 밀봉 부재, 및 상기 슬라이드 어셈블리의 상기 미리 결정된 표면 영역이 접하는(abut) 활성 위치
    사이에서 이동가능하게 배열되는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 음향 밀봉 부재는 상기 슬라이드 어셈블리의 상기 미리 결정된 표면 영역 상에 장착되고,
    제 2 밀봉 부재가 상기 이동가능 하우징 구조 상에 장착되고 음향 챔버의 애퍼쳐(aperture)를 둘러싸며,
    상기 제 2 밀봉 부재는, 상기 제 1 음향 밀봉 부재 및 제 2 밀봉 부재가 상기 이동가능 하우징 구조의 상기 활성 위치에서 접합(abutment)을 초래하도록, 상기 제 1 음향 밀봉 부재와 짝을 이루는(mating) 형상을 갖는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 커넥터는 비등방성 탄성중합체 부재(anisotropic elastomeric member)를 포함하고,
    상기 전기 커넥터 단자들의 세트는 상기 비등방성 탄성중합체 부재의 표면 상에 미리 결정된 패턴으로 배열되는 전기 패드들의 세트를 포함하는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비등방성 탄성중합체 부재는, 제 2 방향을 따라 가압(pressurize)될 때, 상기 제 2 방향으로 전기 전도성이 되고, 상기 제 1 방향으로 전기 절연되는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 비등방성 탄성중합체 부재는, 압력이 이동가능 하우징 구조의 활성 위치에서 상기 비등방성 탄성중합체 부재에 적용되도록, 상기 이동가능 하우징 구조와 상기 슬라이드 어셈블리의 중간에(in-between) 배열되는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비등방성 탄성중합체 부재는 상기 제 1 음향 밀봉 부재의 경계선 외부에 배열되는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로브 마이크로폰은 개개의 캘리브레이션 차트(calibration chart)에 따라 잘-규정된 음향 감도 및 주파수 응답을 갖는 기준 마이크로폰을 포함하는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기준 마이크로폰은 사운드 캘리브레이터 또는 피스톤폰(pistonphone)의 커플링 부재와 짝을 이루는 하나 또는 둘 이상의 표준화된 외측 치수(outer dimension)(들)를 포함하는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 사운드 튜브의 사운드 도관(sound conduit) 또는 채널의 단면적은 3.14 ㎜2 미만인,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 사운드 튜브의 상기 제 2 개구에 배열된 음향 임피던스 매칭 부재
    를 더 포함하는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로폰 홀더는, 상기 슬라이드 어셈블리 상에 상기 마이크로폰 어셈블리의 위치를 고정하도록 형상화 및 크기지정된 공동(cavity)을 포함하는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 마이크로폰 홀더의 상기 공동은, 상기 마이크로폰 어셈블리의 마이크로폰 캡슐의 하나 또는 둘 이상의 에지 표면들에 접촉하도록 형상화 및 크기지정되는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로폰 홀더는, 미니어처(miniature) 마이크로폰 어셈블리의 후방측 및 상기 미니어처 마이크로폰 어셈블리의 전방측에 상기 테스트 사운드 압력을 전달하도록 형상화 및 크기지정되는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향 챔버는 2 ㎝3 미만의 볼륨을 갖는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  19. 미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법으로서,
    a) 마이크로폰 홀더의 노출된 상태의 음향 챔버 외부의 제 1 위치에 슬라이드 어셈블리를 위치시키는 단계,
    b) 상기 슬라이드 어셈블리의 상기 마이크로폰 홀더에 미니어처 마이크로폰 어셈블리를 장착하는 단계,
    c) 상기 슬라이드 어셈블리를 제 1 방향으로, 상기 마이크로폰 홀더가 음향 챔버 내부에 배열되는 제 2 위치로 변위시키는 단계,
    d) 상기 음향 챔버에 테스트 사운드 압력을 생성하기 위해 배열된 스피커에 테스트 신호를 적용하는 단계,
    e) 상기 테스트 사운드 압력에 응답하여 상기 마이크로폰 어셈블리로부터의 응답 신호를 기록하는 단계,
    e1) 상기 음향 챔버 내부의 제 1 개구 및 상기 음향 챔버 외부의 제 2 개구를 갖는 사운드 튜브를 배열하는 단계,
    e2) 상기 테스트 사운드 압력을 검출하기 위해 상기 사운드 튜브의 상기 제 2 개구에 프로브 마이크로폰을 커플링시키는 단계
    를 포함하는,
    미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    f) 상기 마이크로폰 어셈블리로부터 기록된 상기 응답 신호를 하나 또는 둘 이상의 미리 결정된 테스트 제한들과 비교하는 단계
    를 더 포함하는,
    미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    단계 c) 후에,
    g) 상기 음향 챔버를 에워싸는 이동가능 하우징 구조를, 상기 음향 챔버의 밀봉되지 않은 상태의 비활성 위치로부터 상기 음향 챔버의 밀봉된 상태의 활성 위치로 변위시키는 단계 ― 상기 이동가능 하우징 구조는 상기 제 1 방향을 실질적으로 횡단하는 제 2 방향으로 변위됨 ―
    를 더 포함하는,
    미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    h) 상기 마이크로폰 어셈블리에 전기 접촉을 확립하기 위해 마이크로폰 단자들의 세트를 접촉시키도록 포크 핀(poke pin)들과 같은 전기 커넥터의 전기 접촉 단자들의 세트를 변위시키는 단계
    를 더 포함하는,
    미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    i) 상기 마이크로폰 홀더 및 이동가능 하우징 구조를 둘러싸는 제 1 음향 밀봉 부재에 의해 상기 미니어처 마이크로폰 어셈블리의 세장형(elongate) 전기 접촉 부재의 위치를 접촉 및 고정시키는 단계
    를 더 포함하는,
    미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 세장형 전기 접촉 부재는 전기적으로 노출된 마이크로폰 단자들의 세트를 포함하고,
    상기 방법은,
    j) 상기 전기적으로 노출된 마이크로폰 단자들의 세트를, 비등방성 탄성중합체 부재의 표면 상에 미리 결정된 패턴으로 배열된 전기 커넥터 패드들의 세트를 포함하는 상기 비등방성 탄성중합체 부재와 접촉시키는 단계
    를 더 포함하는,
    미니어처 마이크로폰 어셈블리들을 테스트하는 방법.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 스피커는 PVDF 포일(foil) 스피커를 포함하는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  26. 제 13 항에 있어서,
    상기 사운드 튜브의 사운드 도관 또는 채널의 단면적은 2 ㎜2 미만인,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
  27. 제 18 항에 있어서,
    상기 음향 챔버는 1 ㎝3 미만의 볼륨을 갖는,
    마이크로폰 테스트 스탠드.
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