KR102558358B1 - 듀얼 마이크 이어폰의 진동 제거 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 마이크로폰 장치를 제공한다. 마이크로폰 장치는 마이크로폰 및 진동 센서를 포함할 수 있다. 마이크로폰은 음성 신호 및 제 1 진동 신호를 포함하는 제 1 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 진동 센서는 제 2 진동 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 마이크로폰 및 진동 센서는 제 1 진동 신호가 제 2 진동 신호와 상쇄될 수 있도록 구성된다.

Description

듀얼 마이크 이어폰의 진동 제거 장치 및 방법{VIBRATION REMOVAL APPARATUS AND METHOD FOR DUAL-MICROPHONE EARPHONES}
본 발명은 이어폰의 잡음 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 듀얼 마이크이폰을 사용하여 이어폰에서 진동 잡음을 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
골전도 이어폰은 착용자가 오픈 이어(open ears)로 주변 사운드를 들을 수 있게 해주어 시장에서 점점 더 인기를 얻고 있다. 사용 시나리오가 복잡해짐에 따라, 통신에 있어서의 통신 효과에 대한 요구 사항들이 점점 더 높아지고 있다. 통화하는 동안, 골전도 이어폰 하우징의 진동이 마이크로폰에 의해 픽업될 수 있게 됨에 따라 통화 중에 에코 또는 기타 간섭을 발생시킬 수 있다. 블루투스 칩들이 통합된 일부 이어폰들에서, 바람 잡음 저항(wind noise resistance), 에코 제거, 듀얼 마이크로폰 잡음 제거 등과 같은 여러 신호 처리 방법들이 블루투스 칩에 통합될 수 있다. 그러나, 일반적인 공기 전도 블루투스 이어폰과 비교하면, 골전도 이어폰에 의해 수신되는 신호가 더 복잡하고, 이는 신호 처리 방법을 사용하여 잡음을 제거하는 것을 더 어렵게 하며, 심각한 문자 손실, 심각한 잔향, 파핑 사운드(popping sounds) 등이 있을 수 있게 되어 통신 효과에 심각하게 영향을 미칠 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 통신 효과를 보장하기 위해 이어폰에 진동 제거 구조를 제공해야 한다. 그러나, 이어폰의 볼륨 제한으로 인해 진동 제거 구조의 볼륨도 역시 제한될 수 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하고 본원 청구범위에 청구된 바와 같은 향상된 구성 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 개시의 한 양태에 따라, 마이크로폰 장치가 제공된다. 마이크로폰 장치는 마이크로폰 및 진동 센서를 포함할 수 있다. 마이크로폰은 음성 신호 및 제 1 진동 신호를 포함하는 제 1 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 진동 센서는 제 2 진동 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 그리고 마이크로폰 및 진동 센서는 제 1 진동 신호가 제 2 진동 신호와 상쇄될 수 있도록 구성된다.
일부 실시 예들에서, 진동 센서의 공동 볼륨(cavity volume)은 제 2 진동 신호에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답이 제 1 진동 신호에 대한 마이크로폰의 진폭-주파수 응답과 동일하도록 및/또는 제 2 진동 신호에 대한 진동 센서의 위상-주파수 응답이 제 1 진동 신호에 대한 마이크로폰의 위상-주파수 응답과 동일하도록 구성될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 진동 센서의 공동 볼륨은 제 2 진동 신호가 제 1 진동 신호를 상쇄하도록 하기 위해 마이크로폰의 공동 볼륨에 비례할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 진동 센서의 공동 볼륨 대 마이크로폰의 공동 볼륨의 비는 3 : 1 내지 6.5 : 1의 범위에 있을 수 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 장치는 제 1 진동 신호가 제 2 진동 신호와 상쇄되게 하고 음성 신호를 출력하도록 구성된 신호 처리 유닛을 더 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 진동 센서는 폐쇄된 마이크로폰(closed microphone) 또는 듀얼 링크 마이크로폰(dual-link microphone)일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 마이크로폰은 전방 공동 개방형 이어폰(front cavity opening earphone) 또는 후방 공동 개방형 이어폰(back cavity opening earphone)일 수 있고, 진동 센서는 폐쇄된 전방 공동 및 폐쇄된 후방 공동을 갖는 폐쇄된 마이크로폰일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 마이크로폰은 전방 공동 개방형 이어폰 또는 후방 공동 개방형 이어폰일 수 있고, 진동 센서는 개방된 전방 공동 및 개방된 후방 공동을 갖는 듀얼 링크 마이크로폰일 수 있다.
일부 실시 예들에서, 마이크로폰의 전방 공동 개구부는 전방 공동의 상단(top) 또는 측벽(side wall)에 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 마이크로폰 및 진동 센서는 동일한 하우징에 독립적으로 연결될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 상기 장치는 진동 유닛을 더 포함할 수 있다. 진동 유닛의 적어도 일부는 하우징 내에 위치될 수 있다. 그리고, 진동 유닛은 제 1 진동 신호 및 제 2 진동 신호를 발생하도록 구성될 수 있다. 마이크로폰 및 진동 센서는 하우징의 인접한 위치들에 또는 진동 유닛에 대해 하우징의 대칭적 위치들에 위치될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 마이크로폰 또는 진동 센서와 하우징 사이의 연결은 캔틸레버 연결(cantilever connection), 주변 연결(peripheral connection), 또는 기판 연결(substrate connection) 중 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 마이크로폰 및 진동 센서는 모두 마이크로-전자기계 시스템 마이크로폰일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 이어폰 시스템이 제공된다. 이어폰 시스템은 진동 스피커, 마이크로폰 장치, 및 하우징을 포함할 수 있다. 진동 스피커와 마이크로폰 장치는 하우징 내에 위치될 수 있고, 마이크로폰 장치는 마이크로폰과 진동 센서를 포함할 수 있다. 마이크로폰은 음성 신호 및 제 1 진동 신호를 포함하는 제 1 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 진동 센서는 제 2 진동 신호를 수신하도록 구성될 수 있고, 제 1 진동 신호 및 제 2 진동 신호는 진동 스피커의 진동에 의해 발생될 수 있다. 그리고 마이크로폰 및 진동 센서는 제 1 진동 신호가 제 2 진동 신호와 상쇄될 수 있도록 구성될 수 있다.
종래 기술과 비교하면, 본 개시의 유익한 효과들은 다음을 포함할 수 있다:
1. 구조 설계와 알고리즘의 조합을 사용하여 이어폰에서의 진동 잡음을 보다 효과적으로 제거한다;
2. 특별히 설계된 진동 센서들(예를 들어, 골전도 마이크로폰, 폐쇄된 마이크로폰, 또는 듀얼 링크 마이크로폰)을 사용하여 진동 및 잡음 신호들만이 픽업되도록 이어폰에서 공기 전도 사운드 신호를 효과적으로 차폐한다;
3. 구조 설계를 사용하여 진동 센서(예를 들어, 골전도 마이크로폰, 폐쇄된 마이크로폰, 또는 듀얼 링크 마이크로폰)의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답을 진동 잡음 신호에 대해 공기 전도 마이크로폰과 일치하게 하고 그에 따라 더 나은 잡음 제거 효과를 달성한다.
본 개시의 실시 예들과 관련된 기술적 솔루션들을 설명하기 위해, 실시 예들을 설명하기 위해 사용되는 도면들이 아래에서 간략히 소개된다. 명백하게, 하기에서 설명되는 도면들은 본 개시의 일부 예들 또는 실시 예들일 뿐이다. 추가적인 창의적 노력없이도 본 기술 분야의 숙련된 사람들은 본 개시를 이들 도면들에 따른 다른 유사한 시나리오들에 적용할 수 있다. 문맥으로부터 명백하게 얻어지지 않는 한, 또는 문맥에서 그렇지 않다고 설명하지 않는 한, 도면들에서 동일한 숫자는 동일한 구조 또는 작동을 지칭한다.
도 1은 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 진동 잡음을 제거하기 위한 신호 처리 방법들을 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 이어폰 하우징의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 4a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 이어폰 하우징의 상이한 위치들에 배치된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 4b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 이어폰 하우징의 상이한 위치들에 배치된 마이크로폰의 위상-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 5는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징에 연결된 마이크로폰 또는 진동 센서를 보여주는 개략도이다.
도 6a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징의 상이한 위치들에 연결된 마이크로폰 또는 진동 센서의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 6b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징의 상이한 위치들에 연결된 마이크로폰 또는 진동 센서의 위상-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 7는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징에 연결된 마이크로폰 또는 진동 센서를 보여주는 개략도이다.
도 8a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징의 상이한 위치들에 연결된 마이크로폰 또는 진동 센서의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 8b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징의 상이한 위치들에 연결된 마이크로폰 또는 진동 센서의 위상-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 마이크로폰 및 진동 센서의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 10a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 상이한 공동 높이들을 갖는 진동 센서의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 10b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 상이한 공동 높이들을 갖는 진동 센서의 위상-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 11a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 전방 공동 볼륨이 변화할 때 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 11b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 후방 공동 볼륨이 변화할 때 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 12는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 상이한 개구 위치들을 갖는 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 보여주는 개략도이다.
도 13은 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 전방 공동 볼륨이 변화할 때 진동에 대한 하우징과의 주변 연결에서 공기 전도 마이크로폰 및 완전히 폐쇄된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 14는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 공기 전도 사운드 신호에 대한 공기 전도 마이크로폰 및 2 개의 듀얼 링크 마이크로폰들의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 15는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 진동에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다.
도 16은 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 17은 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크로폰 어셈블리의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 18은 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 19는 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 20은 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 21은 본 발명의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다.
본 명세서 및 청구 범위에 나타난 바와 같이, 문맥 상 예외를 명확하게 나타내지 않는 한, 단수 표현의 단어("a", "an", "an" 및/또는 "the")는 구체적으로 단수를 지칭하는 것이 아니라 복수를 포함할 수도 있다. "포함하는" 및 "구비하는"이라는 용어는 명확하게 식별된 단계들 및 요소들이 포함되어 있음을 의미할 뿐이며, 이러한 단계들 및 요소들은 배타적 리스트를 구성하지 않으며, 그 방법 또는 장치는 다른 단계들 또는 요소들도 또한 포함할 수 있다. "에 기반하여 또는 에 기초하여" 라는 용어는 "적어도 부분적으로 기반 또는 기초하는" 것 이다. 용어 "일 실시 예" 는 "적어도 하나의 실시 예" 를 의미한다. 용어 "다른 실시 예" 는 "적어도 하나의 추가 실시 예" 를 의미한다. 다른 용어들의 관련된 정의들은 하기의 상세한 설명에서 제공될 것이다.
본 개시에서는 애플리케이션의 실시 예들에 따라 시스템에 의해 수행되는 동작들을 보여주기 위해 흐름도가 사용된다. 이전 또는 다음 동작들은 반드시 순서대로 정확하게 수행되는 것은 아니라는 점을 이해해야 한다. 대신, 다양한 단계들이 역순으로 또는 동시에 처리될 수 있다. 동시에, 이러한 프로세스들에 다른 동작들을 추가하거나 이러한 프로세스들로부터 한 단계 또는 여러 동작들을 제거할 수도 있다.
도 1은 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 이어폰(100)의 구조를 보여주는 개략도이다. 이어폰(100)은 진동 스피커(101), 탄성 구조물(102), 하우징(103), 제 1 연결 구조물(104), 마이크로폰(105), 제 2 연결 구조물(106),및 진동 센서(107)를 포함할 수 있다.
진동 스피커(101)는 전기적 신호들을 음향 신호들로 변환할 수 있다. 사운드 신호들은 공기 전도 또는 골 전도를 통해 사용자에게 전달될 수 있다. 예를 들어, 스피커(101)는 사용자의 머리에 직접 접촉하거나 는 특정 매체(예를 들어, 하나 이상의 패널)를 통해 접촉할 수 있으며, 두개골 진동의 형태로 사용자의 청각 신경에 사운드 신호를 전달할 수 있다.
하우징(101)은 이어폰(100)(예를 들어, 스피커(101)) 내의 하나 이상의 구성 요소를 지지하고 보호하기 위해 사용될 수 있다. 탄성 구조물(102)은 진동 스피커(101) 및 하우징(103)을 연결할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 탄성 구조물(102)은 금속 시트의 형태로 하우징(103)에 진동 스피커(101)를 고정하고, 진동 감쇠 방식으로 진동 스피커(101)로부터 하우징(103)으로 전달되는 진동을 감소시킬 수 있다.
마이크로폰(105)은 주변 환경에서 사운드 신호들(예를 들어, 사용자의 음성)을 수집하여 그 사운드 신호들을 전기적 신호들로 변환할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 마이크로폰(105)은 공기(또는 "공기 전도 마이크로폰" 이라고도 함)를 통해 전달되는 사운드를 획득할 수 있다.
진동 센서(107)는 기계적 진동 신호들(예를 들어, 하우징(103)의 진동에 의해 발생된 신호들)을 수집하고, 그 기계적 진동 신호들을 전기적 신호들로 변환할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 센서(107)는 기계적 진동에 민감하고 공기 전도 사운드에 민감하지 않은 장치일 수 있다(즉, 기계적 진동에 대한 진동 센서(107)의 응답성이 공기 전도 사운드에 대한 진동 센서(107)의 응답성을 초과한다). 여기서 사용되는 기계적 진동 신호는 주로 고체를 통해 전파되는 진동을 지칭한다. 일부 실시 예들에서, 진동 센서(107)는 골전도 마이크로폰일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 센서(107)는 공기 전도 마이크로폰의 구성을 변경함으로써 얻어질 수 있다. 진동 센서를 얻기 위해 공기 전도 마이크로폰을 변경하는 것에 관한 세부 사항들에 대해서는 본 개시의 다른 부분들, 예를 들어 도 9b 및 도 9c와 그에 대한 설명에서 찾아 볼 수 있다.
마이크로폰(105)은 제 1 연결 구조물(104)을 통해 하우징(103)에 연결될 수 있다. 진동 센서(107)는 제 2 연결 구조물(106)을 통해 하우징(103)에 연결될 수도 있다. 제 1 연결 구조물(104) 및/또는 제 2 연결 구조물(106)은 마이크로폰(105)과 진동 센서(107)를 하우징(103)의 내부 측면에 동일 또는 상이한 방식으로 연결할 수 있다. 제 1 연결 구조물(104) 및/또는 제 2 연결 구조물(106)에 관한 세부 사항들에 대해서는 본 개시의 다른 부분들, 예를 들어 도 5 및/또는 도 7과 그에 대한 설명에서 찾아 볼 수 있다.
이어폰(100)의 다른 구성 요소들의 영향으로 인해 마이크로폰(105)은 동작 중에 잡음들을 발생시킬 수 있다. 단지 예시적인 목적으로, 마이크로폰(105)의 잡음 발생 프로세스는 다음과 같이 설명될 수 있다. 진동 스피커(101)는 전기적 신호가 인가되면 진동할 수 있다. 진동 스피커(101)는 탄성 구조물(102)을 통해 하우징(103)에 진동을 전달할 수 있다. 하우징(103)과 마이크로폰(105)이 연결 구조물(104)을 통해 직접 연결되기 때문에, 하우징(103)의 진동은 마이크로폰(105)의 진동판의 진동을 일으킬 수 있다. 이러한 경우, 잡음들(또는 "진동 잡음" 또는 "기계적 진동 잡음" 이라고도 함)이 발생될 수 있다.
진동 센서(107)에 의해 획득된 진동 신호는 마이크로폰(105)에서 발생되는 진동 잡음을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 마이크로폰(105) 및/또는 진동 센서(107)의 유형, 마이크로폰(105) 및/또는 진동 센서(107)가 하우징(103)의 내부 측면에 연결되는 위치, 마이크로폰(105) 및/또는 진동 센서(107)와 하우징(103) 사이의 연결 방식은, 진동에 대한 마이크로폰(105)의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답이 진동 센서(107)의 응답과 일치할 수 있도록 선택되어 진동 센서(107)에 의해 수집된 진동 신호를 사용하여 마이크로폰(105)에서 발생되는 진동 잡음을 제거할 수 있다.
이어폰의 구조에 대한 위의 설명은 단지 특정 예일 뿐이며, 실현 가능한 유일한 구현으로 간주되어서는 안된다. 명백하게도, 당업자라면 이어폰들의 기본 원리들을 이해한 후, 그 원리들을 벗어나지 않고서 이어폰들을 구현하는 구체적인 방법들의 형태와 세부 사항들을 다양하게 수정하고 변경할 수 있다. 그러나, 이러한 수정들 및 변경들은 여전히 위에서 설명한 범위 내에 있다. 예를 들어, 이어폰(100)은 마이크(105)에 의해 발생되는 진동 잡음들을 제거하기 위해 더 많은 마이크로폰들 또는 진동 센서들을 포함할 수 있다.
도 2a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 진동 잡음들을 제거하기 위한 신호 처리 방법들을 보여주는 개략도이다. 일부 실시 예들에서, 신호 처리 방법은 디지털 신호 처리 방법을 사용하여 마이크로폰에 의해 수신된 진동 잡음 신호가 진동 센서에 의해 수신된 진동 신호와 상쇄되게 하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 신호 처리 방법은 아날로그 회로에 의해 발생된 아날로그 신호를 사용하여 마이크로폰에 의해 수신된 진동 잡음 신호와 진동 센서에 의해 수신된 진동 신호가 서로 직접 상쇄되게 하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 신호 처리 방법은 이어폰의 신호 처리 유닛에 의해 구현될 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 신호 처리 회로(210)에서, A1은 진동 센서(예를 들어, 진동 센서(107))이고, B1은 마이크로폰(예를 들어, 마이크로폰(105))이다. 진동 센서(A1)는 진동 신호를 수신하고, 마이크로폰(B1)은 공기 전도 사운드 신호 및 진동 잡음 신호를 수신할 수 있다. 진동 센서(A1)에 의해 수신된 진동 신호 및 마이크로폰(B1)에 의해 수신된 진동 잡음 신호는 동일한 진동 소스(예를 들어, 진동 스피커(101))로부터 비롯될 수 있다. 진동 센서(A1)에 의해 수신된 진동 신호는 적응형 필터(C)를 통과한 후 마이크로폰(B1)에 의해 수신된 진동 잡음 신호와 중첩될 수 있다. 적응형 필터(C)는 진동 센서(A1)에 의해 수신된 진동 신호가 마이크로폰(B1)에 의해 수신된 진동 노이즈 신호를 상쇄하게 하여 노이즈들을 제거하도록 중첩 결과에 따라 진동 센서(A1)에 의해 수신된 진동 신호를 조정할 수 있다(예를 들어, 진동 신호의 진폭 및/또는 위상을 조정할 수 있다).
일부 실시 예들에서, 적응형 필터(C)의 파라미터들은 고정될 수 있다. 예를 들어, 진동 센서(A1)와 이어폰의 하우징 사이 및 마이크로폰(B1)과 이어폰의 하우징 사이의 연결 위치와 연결 방식이 고정되어 있기 때문에, 진동에 대한 진동 센서(A1) 및 마이크로폰(B1)의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답은 변하지 않고 유지될 수 있다. 따라서, 적응형 필터(C)의 파라미터들은 결정된 후 신호 처리 칩에 저장될 수 있으며 신호 처리 회로(210)에서 직접 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 적응형 필터(C)의 파라미터들은 가변적일 수 있다. 잡음 제거 프로세스에서, 적응형 필터(C)의 파라미터들은 잡음들을 제거하기 위해 진동 센서(A1) 및/또는 마이크로폰(B1)에 의해 수신된 신호들에 따라 조정될 수 있다.
도 2b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 진동 잡음들을 제거하기 위한 신호 처리 방법들을 보여주는 개략도이다. 도 2a와 도 2b 사이의 차이는, 적응형 필터(C) 대신에 신호 진폭 변조 구성 요소(D) 및 신호 위상 변조 구성 요소(E)가 도 2b의 신호 처리 회로(220)에서 사용된다는 점이다. 진폭 및 위상 변조 후, 진동 센서(A2)에 의해 수신된 진동 신호는 마이크로폰(B2)에 의해 수신된 진동 잡음 신호를 상쇄하여 잡음들을 제거할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 신호 처리 방법은 이어폰의 신호 처리 유닛에 의해 구현될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 신호 진폭 변조 요소(D) 또는 신호 위상 변조 요소(E)는 불필요할 수도 있다.
도 2c는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 진동 잡음들을 제거하기 위한 신호 처리 방법들을 보여주는 개략도이다. 도 2a 및 도 2b의 신호 처리 회로와는 달리, 도 2c에서는 합리적인 구조 설계로 인해 마이크로폰(B3)에 의해 얻어진 진동 잡음 신호(S2)는 진동 센서(A3)에 의해 수신된 진동 신호(S1)로 직접 감산되어 잡음들을 제거할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 신호 처리 방법은 이어폰의 신호 처리 유닛에 의해 구현될 수 있다.
도 2a, 도 2b 또는 도 2c에서 두 신호들을 처리하는 프로세스에서 진동 센서에 의해 수신된 신호와 마이크로폰에 의해 수신된 신호의 중첩 프로세스(superposition process)는, 마이크로폰에 의해 수신된 신호에서 진동 잡음과 관련된 부분이 진동 센서에 의해 수신된 신호에 기초하여 제거될 수 있고 그에 따라 진동 잡음을 제거하는 프로세스로 이해될 수 있다는 것을 유의해야 한다.
잡음 제거에 대한 위의 설명은 단지 특정 예일 뿐이며, 실현 가능한 유일한 구현으로 간주되어서는 안된다. 명백하게도, 당업자라면 이어폰들의 기본 원리들을 이해한 후, 이러한 원리들을 벗어나지 않고서 잡음 제거를 구체적인 방법들의 형태와 세부 사항들을 다양하게 수정하고 변경할 수 있다. 그러나, 이러한 수정들 및 변경들은 여전히 위에서 설명한 범위 내에 있다. 예를 들어, 당업자라면, 적응형 필터(C), 신호 진폭 변조 구성 요소(D), 및 신호 위상 변조 구성 요소(E)는, 대체 구성 요소들 또는 회로들이 진동 센서의 진동 신호를 조정하여 마이크로폰에서 진동 잡음 신호를 제거하는 목적을 달성할 수만 있다면 신호 컨디셔닝에 사용될 수 있는 다른 구성 요소들 또는 회로들로 대체될 수 있다는 것을 알 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 진동에 대한 진동 센서 및/또는 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답은 이어폰의 하우징에 이들이 위치되는 위치와 관련될 수 있다. 하우징에 연결된 진동 센서 및/또는 마이크로폰의 위치를 조정함으로써, 진동에 대한 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답은, 진동 센서에 의해 수집된 신호가 마이크로폰에 의해 발생되는 진동 잡음을 상쇄하는 데 사용될 수 있도록, 기본적으로 진동 센서의 응답과 일치할 수 있다. 도 3은 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 이어폰 하우징의 구조를 보여주는 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(300)은 환형일 수 있다. 하우징(300)은 이어폰 내의 진동 스피커(예를 들어, 진동 스피커(101))를 지지하고 보호할 수 있다. 위치 301, 위치 302, 위치 303, 및 위치 304는 마이크로폰 또는 진동 센서가 놓일 수 있는 하우징(300) 내의 4 개의 선택적 위치이다. 마이크로폰 및 진동 센서가 하우징(300) 내의 상이한 위치들에 연결될 때, 진동에 대한 마이크로폰과 진동 센서의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답도 역시 다를 수 있다. 위치들 중, 위치 301과 위치 302는 인접해 있다. 위치 303 및 위치 301은 하우징(300)의 인접한 코너들에 위치한다. 위치 304는 위치 301로부터 가장 멀리 있고 하우징(300)의 대각선 위치에 위치한다.
도 4a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 이어폰 하우징의 상이한 위치들에 배치된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 도 4b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 이어폰 하우징의 상이한 위치들에 배치된 마이크로폰의 위상-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 진동에 대한 마이크로폰의 진폭-주파수 응답을 나타낸다. 진동은 이어폰의 진동 스피커에 의해 발생될 수 있으며, 하우징, 연결 구조물 등을 통해 마이크로폰에 전달될 수 있다. 곡선들 P1, P2, P3 및 P4는 마이크로폰이 하우징(300) 내의 위치 301, 위치 302, 위치 303 및 위치 304에 각각 배치될 때 진폭-주파수 응답 곡선들을 나타낼 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수이고, 수직 축은 진동에 대한 마이크로폰의 위상-주파수 응답이다. 곡선들 P1, P2, P3 및 P4는 마이크로폰이 하우징 내의 위치 301, 위치 302, 위치 303 및 위치 304에 각각 위치될 때 위상-주파수 응답 곡선들을 나타낼 수 있다.
위치 301을 기준으로 하면, 마이크로폰이 위치 302에 있을 때의 진폭-주파수 응답 곡선 및 위상-주파수 응답 곡선이 마이크로폰이 위치 301에 있을 때의 진폭-주파수 응답 곡선 및 위상-주파수 응답 곡선과 가장 유사할 수 있음을 알 수 있다. 다음으로, 마이크로폰이 위치 304에 있을 때의 진폭-주파수 응답 곡선 및 위상-주파수 응답 곡선은 마이크로폰이 위치 301에 있을 때의 진폭-주파수 응답 곡선 및 위상-주파수 응답 곡선과 비교적 유사할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 마이크로폰과 진동 센서의 구조 및 연결과 같은 다른 요소들을 고려하지 않고서, 마이크로폰과 진동 센서는 하우징 내부의 가까운 위치들(예를 들어, 인접한 위치들)에서 연결될 수 있거나 또는 하우징 내부의 진동 스피커에 대한 대칭적 위치들에서 연결될 수 있다(예를 들어, 진동 스피커가 하우징의 중앙에 위치하는 경우, 마이크로폰과 진동 센서는 각각 하우징의 대각선 위치들에 위치할 수 있다). 이러한 경우, 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답과 진동 센서의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답 사이의 차이가 최소화될 수 있으며, 그에 따라 마이크로폰의 진동 잡음을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징에 연결된 마이크로폰 또는 진동 센서를 보여주는 개략도이다. 예시의 목적으로, 마이크로폰과 하우징 사이의 연결은 예로서 아래에서 설명될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 마이크로폰(503)의 측벽이 연결 구조물(502)을 통해 이어폰 하우징의 측벽(501)에 연결되고 캔틸레버 연결을 형성할 수 있다. 연결 구조물(502)은 실리콘 슬리브를 사용한 간섭 방식으로 하우징의 측벽(501) 및 마이크로폰(503)을 고정하거나, 또는 접착제(하드 접착제 또는 소프트 접착제)로 하우징의 측벽(501)과 마이크로폰(503)을 직접 연결할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 연결 구조물(502)의 중심 축과 하우징의 측벽(501) 사이의 접촉점(504)은 디스펜스 위치(dispensing position)로서 정의될 수 있다. 디스펜스 위치(504)와 마이크로폰(503)의 바닥 사이의 거리는 H1일 수 있다. 진동에 대한 마이크로폰(503)의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답은 디스펜스 위치의 변화에 따라 변할 수 있다.
도 6a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징의 상이한 위치들에 연결된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 상이한 주파수들의 진동들에 대한 마이크로폰의 진폭-주파수 응답을 나타낸다. 진동은 이어폰의 진동 스피커에 의해 발생될 수 있으며, 하우징, 연결 구조물 등을 통해 마이크로폰에 전달될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 디스펜스 위치와 마이크로폰의 바닥 사이의 거리 H1이 0.1mm 일 때, 마이크로폰의 진폭-주파수 응답의 피크 값이 가장 높다. H1이 0.3mm 일 때 진폭-주파수 응답의 피크 값은 H1이 0.1mm 일 때 피크 값보다 낮을 수 있으며, 높은 주파수들로 이동할 수 있다. H1이 0.5mm 일 때 진폭-주파수 응답의 피크 값은 더 떨어질 수 있으며, 높은 주파수들로 이동할 수 있다. H1이 0.7mm 일 때 진폭-주파수 응답의 피크 값은 더 떨어질 수 있으며, 높은 주파수들로 이동할 수 있다. 이때, 피크 값은 거의 0으로 떨어질 수 있다. 진동에 대한 마이크로폰의 진폭-주파수 응답은 디스펜스 위치의 변화에 따라 변할 수 있음을 알 수 있다. 실제 애플리케이션에서, 디스펜스 위치는 진동에 대한 필요한 진폭-주파수 응답을 가진 마이크로폰을 얻기 위해 실제 요구 사항들에 따라 유연하게 선택될 수 있다.
도 6b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 하우징의 상이한 위치들에 연결된 마이크로폰의 위상-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 상이한 주파수들의 진동들에 대한 마이크로폰의 위상-주파수 응답을 나타낸다. 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이, 디스펜스 위치와 마이크로폰의 바닥 사이의 거리가 증가함에 따라, 마이크로폰의 다이어프램의 진동 위상이 그에 따라 변화할 수 있으며 위상 변이(phase mutation)의 위치가 높은 주파수들로 이동할 수 있다. 진동에 대한 마이크로폰의 위상-주파수 응답은 디스펜스 위치의 변화에 따라 변할 수 있음을 알 수 있다. 실제 애플리케이션에서, 디스펜스 위치는 진동에 대한 필요한 위상-주파수 응답을 가진 마이크로폰을 얻기 위해 실제 요구 사항들에 따라 유연하게 선택될 수 있다.
당업자에게는, 마이크로폰이 하우징의 측벽에 연결되는 방식에 추가하여, 마이크로폰은 또한 다른 방식들 또는 다른 위치들로 하우징에 연결될 수 있다는 것은 명백할 것이다. 예를 들어, 마이크로폰의 바닥이 하우징 내부의 바닥에 연결될 수 있다("기판 연결" 이라고도 함).
더욱이, 마이크로폰은 또한 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 도 7은 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 주변 연결을 통해 하우징에 연결된 마이크로폰을 보여주는 개략도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로폰(703)의 적어도 2 개의 측벽들이 연결 구조물(702)을 통해 하우징(701)에 각각 연결되고 주변 연결을 형성할 수 있다. 연결 구조물(702)은 연결 구조물(502)과 유사할 수 있으며, 여기서 다시 설명되지 않는다. 도면에 도시된 바와 같이, 연결 구조물(702)의 중심 축과 하우징 사이의 접촉점(704, 705)은 디스펜스 위치일 수 있고, 디스펜스 위치와 마이크로폰(703)의 바닥 사이의 거리는 H2일 수 있다. 진동에 대한 마이크로폰(703)의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답은 디스펜스 위치 H2의 변화에 따라 변할 수 있다.
도 8a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 주변 연결을 통해 하우징의 상이한 위치들에 연결된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 상이한 주파수들의 진동들에 대한 마이크로폰의 진폭-주파수 응답을 나타낸다. 도 8a에서 알 수 있는 바와 같이, 디스펜스 위치와 마이크로폰의 바닥 사이의 거리가 증가함에 따라 마이크로폰의 진폭-주파수 응답의 피크 값이 점차 증가할 수 있다. 마이크로폰이 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 때 진동에 대한 마이크로폰의 진폭-주파수 응답은 디스펜스 위치의 변화에 따라 변할 수 있음을 알 수 있다. 실제 애플리케이션에서, 디스펜스 위치는 진동에 대한 필요한 진폭-주파수 응답을 가진 마이크로폰을 얻기 위해 실제 요구 사항들에 따라 유연하게 선택될 수 있다.
도 8b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 주변 연결을 통해 하우징의 상이한 위치들에 연결된 마이크로폰의 위상-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 상이한 주파수들의 진동들에 대한 마이크로폰의 위상-주파수 응답을 나타낸다. 도 8b에서 알 수 있는 바와 같이, 디스펜스 위치와 마이크로폰의 바닥 사이의 거리가 증가함에 따라, 마이크로폰의 다이어프램의 진동 위상이 또한 변화할 수 있으며 위상 변이의 위치가 높은 주파수들로 이동할 수 있다. 마이크로폰이 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 때 진동에 대한 마이크로폰의 위상-주파수 응답은 디스펜스 위치의 변화에 따라 변할 수 있음을 알 수 있다. 실제 애플리케이션에서, 디스펜스 위치는 진동에 대한 필요한 위상-주파수 응답을 가진 마이크로폰을 얻기 위해 실제 요구 사항들에 따라 유연하게 선택될 수 있다.
일부 실시 예들에서, 진동에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답/위상-주파수 응답이 가능한 한 마이크로폰의 것과 일치하게 되도록 하기 위해, 진동 센서와 마이크로폰은 동일한 방식으로 하우징에 연결될 수 있으며(예를 들어, 캔틸레버 연결, 주변 연결, 또는 기판 연결 중 하나), 진동 센서 및 마이크로폰의 각각의 디스펜스 위치들이 동일하거나 가능한 가깝게 될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 진동에 대한 진동 센서 및/또는 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답은 마이크로폰 및/또는 진동 센서의 유형과 관련될 수 있다. 적절한 유형의 마이크로폰 및/또는 진동 센서를 선택함으로써, 진동에 대한 마이크로폰과 진동 센서의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답이 기본적으로 동일할 수 있으며, 이로써 진동 센서에 의해 얻어진 진동 신호가 마이크로폰에 의해 픽업된 진동 잡음을 제거하는 데 사용할 수 있다.
도 9a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 공기 전도 마이크로폰(910)의 구조를 보여주는 개략도이다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰(910)은 MEMS(micro-electromechanical system) 마이크로폰일 수 있다. MEMS 마이크로폰들은 작은 크기, 낮은 전력 소비, 높은 안정성, 및 진폭-주파수와 위상-주파수 응답의 양호한 일관성(well consistency)의 특성들을 가질 수 있다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 공기 전도 마이크로폰(910)은 개구부(911), 하우징(912), 집적 회로(ASIC)(913), 인쇄 회로 기판(PCB)(914), 전방 공동(915), 다이어프램(916), 및 후방 공동(917)을 포함할 수 있다. 개구부(911)는 하우징(912)의 일 측면(도 9a의 상부 측면, 즉 상단)에 위치할 수 있다. 집적 회로(913)는 PCB(914) 상에 장착될 수 있다. 전방 공동(915) 및 후방 공동(917)은 다이어프램(916)에 의해 분리되어 형성될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 전방 공동(915)은 다이어프램(916) 위에 공간을 포함할 수 있고, 다이어프램(916) 및 하우징(912)에 의해 형성될 수 있다. 후방 공동(917)는 다이어프램(916) 아래의 공간을 포함할 수 있고, 다이어프램(916) 및 PCB(914)에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰(910)이 이어폰 내에 배치될 때, 주변 환경에서의 공기 전도 사운드(예를 들어, 사용자의 음성)는 개구부(911)를 통해 전방 공동(915)으로 들어가 다이어프램(916)의 진동을 일으킬 수 있다. 동시에, 진동 스피커에 의해 발생되는 진동 신호가 이어폰의 하우징, 연결 구조물 등을 통해 공기 전도 마이크로폰(910)의 하우징(912)에 진동을 일으켜, 다이어프램(916)을 진동시키게 하고, 그에 따라 진동 잡음 신호를 발생시킨다.
일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰(910)은 후방 공동(917)이 개구부를 갖고 전방 공동(915)이 외부 공기로부터 격리되는 방식으로 대체될 수 있다.
도 9b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 진동 센서(920)의 구조를 보여주는 개략도이다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 진동 센서(920)는 하우징(922), 집적 회로(ASIC)(923), 인쇄 회로 기판(PCB)(924), 전방 공동(925), 다이어프램(926), 및 후방 공동(927)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 센서(920)는 도 9a에서 공기 전도 마이크로폰의 개구부(911)를 폐쇄함으로써 획득될 수 있다(본 개시에서, 진동 센서(920)는 또한 폐쇄된 마이크로폰(920)으로 지칭될 수 있다). 일부 실시 예들에서, 폐쇄된 마이크로폰(920)이 이어폰 내에 배치될 때, 주변 환경에서의 공기 전도 사운드(예를 들어, 사용자의 음성)는 다이어프램(926)을 진동시키도록 상기 폐쇄된 마이크로폰(920)에 들어갈 수 없다. 진동 스피커에 의해 발생되는 진동은 폐쇄된 마이크로폰(920)의 하우징(922)이 이어폰의 하우징, 연결 구조물 등을 통해 진동하게 할 수 있으며, 다이어프램(926)을 진동시켜 진동 신호를 발생시킬 수 있다.
도 9c는 본 개시의 일부 실시 예들에 따른 진동 센서(930)의 구조를 보여주는 개략도이다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 진동 센서(930)는 개구부(931), 하우징(932), 집적 회로(ASIC)(933), 인쇄 회로 기판(PCB)(934), 전방 공동(935), 다이어프램(936), 후방 공동(937), 및 개구부(938)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 센서(930)는 후방 공동(937)이 외부와 연통할 수 있도록 도 9a의 공기 전도 마이크로폰의 후방 공동(937)의 바닥에 구멍을 내서 얻어질 수 있다(본 개시에서, 진동 센서(930)는 또한 듀얼 링크 마이크로폰(930)이라 칭해질 수도 있다). 일부 실시 예들에서, 듀얼 링크 마이크로폰(930)이 이어폰 내에 배치되면, 주변 환경에서의 공기 전도 사운드(예를 들어, 사용자의 음성)가 개구부(931) 및 개구부(938)를 통해 듀얼 링크 마이크로폰(930)으로 들어갈 수 있어, 다이어프램(936)의 양측들에 수신된 공기 전도 사운드 신호들은 서로 상쇄될 수 있다. 따라서, 공기 전도 사운드 신호들은 다이어프램(936)의 명백한 진동을 일으키지 않을 수 있다. 진동 스피커에 의해 발생되는 진동은 듀얼 연통 마이크로폰(930)의 하우징(932)이 이어폰의 하우징, 연결 구조물 등을 통해 진동하게 할 수 있으며, 또한 다이어프램(936)을 진동시켜 진동 신호를 발생시킬 수 있다.
공기 전도 마이크로폰 및 진동 센서에 대한 위의 설명은 단지 특정 예들일 뿐이며 실현 가능한 유일한 구현으로 간주해서는 안된다. 당연히 당업자라면 마이크로폰의 기본 원리들을 이해한 후 그 원리들로부터 벗어나지 않고서 마이크로폰 및/또는 진동 센서의 특정 구조를 다양하게 수정 및 변경하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 이러한 수정들 및 변경들은 여전히 위에서 설명한 범위 내에 있다. 예를 들어, 당업자라면, 공기 전도 마이크로폰(910) 또는 진동 센서(930)의 개구부(911 또는 931)는 그 개구부가 전방 공동(915 또는 935)과 외부 사이의 연통을 가능하게 하는 한 하우징(912) 또는 하우징(932)의 좌측 또는 우측에 배치될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 개구부의 개수는 1 개로 제한되지 않고, 공기 전도 마이크로폰(910) 또는 진동 센서(930)는 개구부들(911 또는 931)과 유사한 복수의 개구부들을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 폐쇄된 마이크로폰(920) 또는 듀얼 마이크로폰(930)의 다이어프램(926 또는 936)에 의해 발생되는 진동 신호는 공기 전도 마이크로폰(910)의 다이어프램(916)에 의해 발생되는 진동 잡음 신호를 상쇄하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 및 잡음 제거의 더 나은 효과를 얻기 위해, 폐쇄된 마이크로폰(920) 또는 듀얼 링크 마이크로폰(930) 및 공기 전도 마이크로폰(910)이 이어폰 하우징의 기계적 진동에 대한 동일한 진폭-주파수 응답 또는 위상-주파수 응답을 갖도록 하는 것이 필요할 수 있다.
오직 설명의 목적으로, 도 9a, 도 9b, 및 도 9c에서 언급된 공기 전도 마이크로폰들 및 진동 스피커들이 예들로서 설명될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰 또는 진동 센서(예를 들어, 폐쇄된 마이크로폰(920) 또는 듀얼 링크 마이크로폰(930))의 전방 공동 볼륨, 후방 공동 볼륨, 및/또는 공동 볼륨은 공기 전도 마이크로폰 및 진동 센서가 진동에 대한 동일한 또는 거의 동일한 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답을 갖게 하도록 변경될 수 있으며, 그에 따라 진동 및 잡음을 제거할 수 있다. 여기서 공동 볼륨은 마이크로폰 또는 폐쇄된 마이크로폰의 전방 공동 볼륨과 후방 공동 볼륨의 합을 지칭한다. 일부 실시 예들에서, 이어폰 하우징의 진동에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답이 공기 전도 마이크로폰의 것과 일치할 때, 진동 센서의 공동 볼륨은 공기 전도 마이크로폰(910)의 공동 볼륨의 "등가 볼륨" 으로서 간주될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰 공동 볼륨의 등가 볼륨인 공동 볼륨을 갖는 폐쇄된 마이크로폰이 공기 전도 마이크로폰의 진동 잡음 신호의 제거를 용이하게 하도록 선택될 수 있다.
도 10a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 상이한 공동 볼륨들을 갖는 진동 센서의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 일부 실시 예들에서, 진동에 대한 상이한 공동 볼륨을 갖는 진동 센서들의 진폭-주파수 응답 곡선들은 유한 요소 계산 방법들 또는 실제 측정들을 통해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 진동 센서는 폐쇄된 마이크로폰일 수 있고, 진동 센서의 바닥은 이어폰 하우징 내부에 설치될 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 상이한 주파수들의 진동들에 대한 폐쇄된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답을 나타낸다. 진동은 이어폰의 진동 스피커에 의해 발생될 수 있으며, 하우징 및 연결 구조물을 통해 공기 전도 마이크로폰 또는 진동 센서로 전달될 수 있다. 실선은 진동에 대한 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 나타낸다. 점선들은 폐쇄된 마이크로폰 대 공기 전도 마이크로폰 공동의 볼륨 비율이 1 : 1, 3 : 1, 6.5 : 1, 및 9.3 : 1 일 때 진동에 대한 폐쇄된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 나타낸다. 볼륨 비율이 1 : 1 인 경우, 폐쇄된 마이크로폰의 전체 진폭-주파수 응답 곡선은 공기 전도 마이크로폰의 것보다 낮을 수 있다. 볼륨 비율이 3 : 1 인 경우, 폐쇄된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선은 증가할 수 있지만 그 전체 진폭-주파수 응답 곡선은 여전히 공기 전도 마이크로폰의 것보다 약간 낮을 수 있다. 볼륨 비율이 6.5 : 1 인 경우, 폐쇄된 마이크로폰의 전체 진폭-주파수 응답 곡선은 공기 전도 마이크로폰의 것보다 약간 높을 수 있다. 공동 볼륨 비율이 9.3 : 1 인 경우, 폐쇄된 마이크로폰의 전체 진폭-주파수 응답 곡선은 공기 전도 마이크로폰의 것보다 높을 수 있다. 공동 볼륨 비율이 3 : 1에서 6.5 : 1 사이일 때, 폐쇄된 마이크로폰과 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들은 기본적으로 동일할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 공기 전도 마이크로폰의 공동 볼륨에 대한 등가 볼륨(즉, 폐쇄된 마이크로폰의 공동 볼륨)의 비율은 3 : 1에서 6.5 : 1 사이에 있다고 간주할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 센서(예를 들어, 폐쇄된 마이크로폰(920)) 및 공기 전도 마이크로폰(예를 들어, 공기 전도 마이크로폰(910))이 동일한 진동 소스로부터 진동 신호들을 수신하고, 진동 센서의 공동 볼륨 대 공기 전도 마이크로폰의 공동 볼륨의 비율이 3 : 1에서 6.5 : 1 사이에 있을 때, 진동 센서는 공기 전도 마이크로폰에 의해 수신되는 진동 신호를 제거하는 데 도움이 될 수 있다.
유사하게, 도 10b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 상이한 공동 높이들을 갖는 진동 센서의 위상-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 상이한 주파수들의 진동에 대한 폐쇄된 마이크로폰의 위상-주파수 응답을 나타낸다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 실선은 진동에 대한 공기 전도 마이크로폰의 위상-주파수 응답 곡선을 나타낸다. 점선들은 폐쇄된 마이크로폰 대 공기 전도 마이크로폰 공동의 볼륨 비율이 1 : 1, 3 : 1, 6.5 : 1, 및 9.3 : 1 일 때 진동에 대한 폐쇄된 마이크로폰의 위상-주파수 응답 곡선들을 나타낸다. 일부 실시 예들에서, 폐쇄된 마이크로폰(예를 들어, 폐쇄된 마이크로폰(920)) 및 공기 전도 마이크로폰(예를 들어, 공기 전도 마이크로폰(910))이 동일한 진동 소스로부터 진동 신호들을 수신하고, 폐쇄된 마이크로폰의 공동 볼륨 대 공기 전도 마이크로폰의 공동 볼륨의 비율이 3 : 1보다 클 때, 폐쇄된 마이크로폰은 공기 전도 마이크로폰에 의해 수신되는 진동 신호를 제거하는 데 도움이 될 수 있다.
공기 전도 마이크로폰 공동 볼륨의 등가 볼륨에 대한 위의 설명은 단지 특정 예일 뿐이며, 실현 가능한 유일한 구현으로 간주되어서는 안된다. 당연히 당업자라면 공기 전도 마이크로폰들의 기본 원리들을 이해한 후 그 원리들로부터 벗어나지 않고서 마이크로폰 및/또는 진동 센서의 특정 구조를 다양하게 수정 및 변경하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 이러한 수정들 및 변경들은 여전히 위에서 설명한 범위 내에 있다. 예를 들어, 공기 전도 마이크로폰의 공동 볼륨의 등가 볼륨은, 진동 및 잡음들의 제거 목적을 달성하기 위한 적합한 공동 보륨을 갖는 폐쇄된 마이크로폰이 선택되는 한, 공기 전도 마이크로폰 또는 진동 센서의 구조를 수정하여 변경될 수 있다.
위에 설명된 바와 같이, 공기 전도 마이크로폰이 상이한 구조들을 가질 때, 그 공동 볼륨의 등가 볼륨도 역시 다를 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰의 공동 볼륨의 등가 볼륨에 영향을 미치는 요인들은 전방 공동 볼륨, 후방 공동 볼륨, 개구부의 위치, 및/또는 공기 전도 마이크로폰의 사운드 소스 전달 경로를 포함할 수 있다. 대안적으로, 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 진동 센서의 전방 공동 볼륨을 특징짓는 데 사용될 수 있다. 여기에서 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은, 진동 센서의 후방 공동 볼륨이 공기 전도 마이크로폰의 후방 공동 볼륨과 동일하고 이어폰 하우징의 진동에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답이 공기 전도 마이크로폰의 것과 일치할 때 진동 센서의 전방 공동 볼륨이 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 "등가 볼륨" 일 수 있다는 것으로 설명될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰의 후방 공동 볼륨과 동일한 후방 공동 볼륨 및 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨인 전방 공동 볼륨를 갖는 폐쇄된 마이크로폰이 공기 전도 마이크로폰의 진동 잡음 신호를 제거하는 것을 돕도록 선택될 수 있다.
공기 전도 마이크로폰이 상이한 구조들을 가질 때, 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨도 역시 다를 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨에 영향을 미치는 요인들은 전방 공동 볼륨, 후방 공동 볼륨, 개구부의 위치, 및/또는 공기 전도 마이크로폰의 사운드 소스 전달 경로를 포함할 수 있다.
도 11a는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 전방 공동 볼륨이 변화할 때 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 일부 실시 예들에서, 진동에 대한 상이한 전방 공동 볼륨들을 갖는 공기 전도 마이크로폰들의 진폭-주파수 응답 곡선들은 유한 요소 계산 방법들 또는 실제 측정들을 통해 얻어질 수 있다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 상이한 주파수들의 진동들에 대한 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답을 나타낸다. V0는 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨을 나타낸다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 실선은 전방 공동 볼륨이 V0 일 때 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 나타내고, 점선들은 전방 공동 볼륨이 2 V0, 3 V0, 4 V0, 5 V0 및, 6 V0 각각일 때 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨이 증가함에 따라, 공기 전도 마이크로폰의 다이어프램의 진폭이 증가하고 다이어프램이 진동할 가능성이 더 커질 수 있다.
상이한 전방 공동 볼륨들을 갖는 공기 전도 마이크로폰들의 경우, 각각의 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 대응하는 진폭-주파수 응답 곡선에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 도 10a와 유사한 방법에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 11a의 대응하는 진폭-주파수 응답 곡선들에 따라, 전방 공동 볼륨이 2 V0 인 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 도 10a의 방법을 사용하여 6.7 V0로 결정될 수 있다. 즉, 진동 센서의 후방 공동 볼륨이 공기 전도 마이크로폰의 후방 공동 볼륨과 동일하고 진동 센서의 전방 공동 볼륨이 6.7 V0이고 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨이 2 V0 일 때, 진동에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답은 공기 전도 마이크로폰의 것과 동일하게 될 수 있다. 표 1에 도시된 바와 같이, 전방 공동 볼륨이 증가함에 따라, 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨도 역시 증가할 수 있다.
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표 1. 상이한 전방 공동 볼륨들에 대응하는 등가 볼륨들
유사하게, 도 11b는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 후방 공동 볼륨이 변화할 때 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 일부 실시 예들에서, 진동에 대한 상이한 후방 공동 볼륨들을 갖는 공기 전도 마이크로폰들의 진폭-주파수 응답 곡선들은 유한 요소 계산 방법들 또는 실제 측정들을 통해 얻어질 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 상이한 주파수들의 진동들에 대한 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답을 나타낸다. V1 은 공기 전도 마이크로폰의 후방 공동 볼륨을 나타낸다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 실선은 후방 공동 볼륨이 0.5 V1 일 때 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 나타내고, 점선들은 후방 공동 볼륨이 1 V1, 1.5 V1, 2 V1, 2.5 V1 및, 3 V1 각각일 때 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 공기 전도 마이크로폰의 후방 공동의 볼륨이 증가함에 따라, 공기 전도 마이크로폰의 다이어프램의 진폭이 증가할 수 있고 다이어프램이 진동할 가능성이 더 커질 수 있다. 상이한 후방 공동 볼륨들을 갖는 공기 전도 마이크로폰들의 경우, 각각의 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 대응하는 진폭-주파수 응답 곡선에 따라 결정될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 도 10a와 유사한 방법에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 11b에 도시된 실선에 따라, 0.5 V1의 후방 공동 볼륨을 갖는 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 도 10a의 방법을 사용하여 3.5 V0 로 결정될 수 있다. 즉, 공기 전도 마이크로폰과 진동 센서의 후방 공동 볼륨들이 모두 0.5 V1 이고 진동 센서의 전방 공동 볼륨이 3.5 V0 이고 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨이 1 V0 일 때, 진동에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답은 공기 전도 마이크로폰의 것과 동일하게 될 수 있다. 다른 예로서, 공기 전도 마이프로폰과 진동 센서의 후방 공동 볼륨들이 모두 3.0 V1 이고 진동 센서의 전방 공동 볼륨이 7 V0 이고 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨이 1 V0 일 때, 진동에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답은 공기 전도 마이크로폰의 것과 동일하게 될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨이 1 V0 에서 변경되지 않고 유지되고 후방 공동 볼륨이 0.5 V1 에서 3.0 V1 로 증가할 때, 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 3.5 V0 에서 7 V0 으로 증가할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰의 하우징의 개구부의 위치는 또한 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨에 영향을 미칠 수 있다. 도 12는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 상이한 개구 위치들에 대응하는 다이어프램의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 일부 실시 예들에서, 상이한 개구 위치들을 갖는 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들은 유한 요소 계산 방법 또는 실제 측정을 통해 얻어질 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 수평 축은 진동 주파수를 나타내고, 수직 축은 진동에 대한 상이한 개구 위치들을 갖는 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답을 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 실선은 하우징 상단에 개구부를 갖는 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 나타내고, 점선은 하우징 측벽에 개구부를 갖는 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 나타낸다. 개구부가 상단에 있을 때 공기 전도 마이크로폰의 전체 진폭-주파수 응답은 개구부가 측벽에 있을 때 공기 전도 마이크로폰의 것보다 높다는 것을 알 수 있다. 일부 실시 예들에서, 상이한 개구 위치들을 갖는 공기 전도 마이크로폰들의 경우, 대응하는 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 대응하는 진폭-주파수 응답 곡선에 따라 결정될 수 있다. 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨을 결정하는 방법은 도 10a의 방법과 동일할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 하우징의 상단에 개구부를 갖는 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 측벽에 개구부를 갖는 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨보다 크다. 예를 들어, 상단 개구부를 갖는 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨은 1 V0 일 수 있고, 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 4 V0 일 수 있으며, 측벽에 개구부를 갖는 동일 크기의 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 약 1.5 V0 일 수 있다. 동일한 크기는, 측벽에 개구부를 갖는 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨 및 후방 공동 볼륨이 상단에 개구부를 갖는 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨 및 후방 공동 볼륨과 각각 동일할 수 잇다는 것을 의미한다.
일부 실시 예들에서, 진동 소스의 전달 경로는 상이할 수 있으며, 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨도 역시 상이할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 소스의 전달 경로는 마이크로폰과 이어폰의 하우징 사이의 연결 방식과 관련될 수 있고, 마이크로폰과 이어폰의 하우징 사이의 상이한 연결 방식들은 상이한 진폭-주파수 응답들에 대응할 수 있다. 예를 들어, 마이크로폰이 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 때, 진동에 대한 진폭-주파수 응답은 측벽 연결의 것과 상이할 수 있다.
도 10의 하우징에 대한 기판 연결과는 다르게, 도 13은 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 전방 공동 볼륨이 변화할 때 진동에 대한 하우징과의 주변 연결에서 공기 전도 마이크로폰 및 완전히 폐쇄된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨 또는 공동 볼륨의 등가 볼륨을 논의할 때, 공기 전도 마이크로폰의 연결 방식은 상응하는 등가 볼륨(전방 공동 볼륨의 등가 볼륨 또는 공동 볼륨의 등가 볼륨)을 갖는 진동 센서의 연결 방식과 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 7, 도 8, 및 도 13에서, 공기 전도 마이크로폰과 진동 센서는 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 수 있다. 다른 예로서, 본 개시의 다른 실시 예들에서 공기 전도 마이크로폰과 진동 센서는 기판 연결, 주변 연결, 또는 다른 연결 방식들을 통해 하우징에 연결될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동에 대한 하우징과의 주변 연결에서 완전히 폐쇄된 마이크로폰과 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선은 유한 요소 계산 방법 또는 실제 측정을 통해 얻어질 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 실선은, 전방 공동 볼륨이 V0 이고 공기 전도 마이크로폰이 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 때 진동에 대한 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 나타낸다. 점선들은, 완전히 폐쇄된 마이크로폰이 주변 연결을 통해 하우징에 연결되고 전방 공동 볼륨이 각각 1 V0, 2 V0, 4 V0, 6 V0 일 때 진동에 대한 완전히 폐쇄된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선들을 나타낸다. 1 V0 의 전방 공동 볼륨을 갖는 공기 전도 마이크로폰이 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 때, 전체 진폭-주파수 응답 곡선은 주변 연결을 통해 하우징에 연결된 1 V0 의 전방 공동 볼륨을 갖는 완전히 폐쇄된 마이크로폰의 것보다 낮을 수 있다. 2 V0 의 전방 공동 볼륨을 갖는 완전히 폐쇄된 마이크로폰이 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 때, 전체 진폭-주파수 응답 곡선은 주변 연결을 통해 하우징에 연결된 1 V0 의 전방 공동 볼륨을 갖는 공기 전도 마이크로폰의 것보다 낮을 수 있다. 4 V0 및 6 V0 의 전방 공동 볼륨을 갖는 완전히 폐쇄된 마이크로폰들이 주변 연결을 통해 하우징에 연결될 때 진폭-주파수 응답 곡선들은 계속 감소할 수 있으며, 이는 주변 연결을 통해 하우징에 연결된 1 V0 의 전방 공동 볼륨을 갖는 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선보다 낮을 수 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 완전히 폐쇄된 마이크로폰의 전방 공동 볼륨이 1 V0 - 2 V0 일 때, 주변 연결을 통해 하우징에 연결된 완전히 폐쇄된 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선은 측벽 연결을 통해 하우징에 연결된 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선에 가장 근접할 수 있다. 공기 전도 마이크로폰 및 폐쇄된 마이크로폰이 모두 주변 연결들을 통해 하우징에 연결되는 경우, 공기 전도 마이크로폰의 전방 공동 볼륨의 등가 볼륨은 1 V0 - 2 V0 사이일 수 있다.
도 14는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 공기 전도 사운드 신호에 대한 공기 전도 마이크로폰 및 2 개의 듀얼 링크 마이크로폰들의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 구체적으로, 실선은 공기 전도 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선에 해당하고, 점선은 하우징의 상단에 개구부를 갖는 듀얼 링크 마이크로폰과 측벽에 개구부를 갖는 듀얼 링크 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선에 각각 해당한다. 도면에서 점선에 의해 도시된 바와 같이, 공기 전도 사운드 신호의 주파수가 5 kHz 미만일 때 듀얼 링크 마이크로폰은 공기 전도 사운드 신호에 응답하지 않을 수 있다. 공기 전도 사운드 신호의 주파수가 10 kHz를 초과할 때, 공기 전도 사운드 신호의 파장이 듀얼 링크 마이크로폰의 특징적 길이에 점차 접근하고 동시에 공기 전도 사운드 신호의 주파수가 다이어프램 구조의 특성 주파수에 가까워지거나 또는 도달하게 되므로, 다이어프램은 공진이 일어나게 되어 상대적으로 높은 진폭을 발생할 수 있며, 이때 듀얼 링크 마이크로폰는 공기 전도 사운드 신호에 응답할 수 있다. 여기서 듀얼 링크 마이크로폰의 특징적 길이는 한 치수에서 듀얼 링크 마이크로폰의 크기일 수 있다. 예를 들어, 듀얼 링크 마이크로폰이 입방체이거나 대략적인 입방체일 때, 특징적 길이는 듀얼 링크 마이크로폰의 길이, 폭, 또는 높이일 수 있다. 다른 예로서, 듀얼 링크 마이크로폰이 실린더 또는 대략적인 실린더일 때, 특징적 길이는 듀얼 링크 마이크로폰의 직경 또는 높이일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 사운드 신호의 파장은 듀얼 링크 마이크로폰의 특징적 길이에 가까우며, 이는 공기 전도 사운드 신호의 파장 및 듀얼 링크 마이크로폰의 특징적 길이가 동일 등급의 크기(예를 들어, mm 등급)에 있다는 것으로 이해될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 음성 통신의 주파수 대역은 500 Hz - 3400 Hz의 범위에 있을 수 있다. 듀얼 링크 마이크로폰은 이러한 범위에서 공기 전도 사운드에 민감하지 않을 수 있으며, 진동 잡음 신호들을 측정하는 데 사용할 수 있다. 폐쇄된 마이크로폰들과 비교하여, 듀얼 링크 마이크로폰은 낮은 주파수 대역들에서 공기 전도 사운드 신호들에 대해 더 나은 격리 효과들을 가질 수 있다. 이러한 경우들에 있어서, 하우징의 상단 또는 측벽에 구멍을 갖는 듀얼 링크 마이크로폰은 진동 센서로서 사용되어 공기 전도 마이크로폰에서의 진동 잡음 신호를 제거하는 데 도움을 줄 수 있다.
도 15는 본 개시의 일부 실시 예들에 따라 진동에 대한 진동 센서의 진폭-주파수 응답 곡선들을 보여주는 개략도이다. 진동 센서는 폐쇄된 마이크로폰 또는 듀얼 링크 마이크로폰을 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 15는 진동에 대한 2 개의 폐쇄된 마이크로폰들과 2 개의 듀얼 링크 마이크로폰들의 진폭-주파수 응답 곡선들을 도시한다. 도 15에 도시된 바와 같이, 굵은 실선은 1 V0 의 전방 공동 볼륨과 진동에 대한 상단의 개구부를 갖는 듀얼 연통 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 나타내고, 가는 실선은 1 V0 의 전방 공동 볼륨과 진동에 대한 측벽의 개구부를 갖는 듀얼 연통 마이크로폰의 진폭-주파수 응답 곡선을 나타낸다. 2 개의 점선들은 진동에 대한 9 V0 및 3 V0 의 전방 공동 볼륨들을 갖는 폐쇄된 마이크로폰들의 진폭-주파수 응답 곡선들을 각각 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 1 V0 의 전방 공동 볼륨과 측벽에 개구부를 갖는 듀얼 링크 마이크로폰은 9 V0 의 전방 공동 볼륨을 갖는 폐쇄된 마이크로폰과 거의 "등가" 일 수 있다. 1 V0 의 전방 공동 볼륨과 상단에 개구부를 듀얼 링크 마이크로폰은 3 V0 의 전방 공동 볼륨을 갖는 폐쇄된 마이크로폰과 거의 "등가" 일 수 있다. 따라서, 큰 볼륨을 갖는 완전히 폐쇄된 마이크로폰 대신 작은 볼륨을 갖는 듀얼 링크 마이크로폰이 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 서로 "등가" 이거나 또는 거의 "등가" 인 듀얼 링크 마이크로폰들 및 폐쇄된 마이크로폰들은 상호 교환적으로 사용될 수 있다.
예 1
도 16에 도시된 바와 같이, 이어폰(1600)은 공기 전도 마이크로폰(1601), 골 전도 마이크로폰(1602), 및 하우징(1603)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 공기 전도 마이크로폰(1601)의 사운드 홀(1604)은 이어폰(1600) 외부의 공기와 연통할 수 있고, 공기 전도 마이크로폰(1601)의 측면은 하우징(1603) 내부의 측면 표면에 연결될 수 있다. 골전도 마이크로폰(1602)은 하우징(1603)의 측면 표면에 접합될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(1601)은 사운드 홀(1604)을 통해 공기 전도 사운드 신호를 얻고, 측면과 하우징(1603) 사이의 연결 구조를 통해 제 1 진동 신호(즉, 진동 잡음 신호)를 얻을 수 있다. 골전도 마이크로폰(1602)은 제 2 진동 신호(즉, 하우징(1603)에 의해 전달되는 기계적 진동 신호)를 얻을 수 있다. 제 1 진동 신호와 제 2 진동 신호는 모두 하우징(1603)의 진동에 의해 발생될 수 있다. 특히, 골전도 마이크로폰(1602)과 공기 전도 마이크로폰(1601)의 구조들 사이의 큰 차이로 인해, 두 마이크로폰들의 진폭-주파수 응답과 위상-주파수 응답이 다를 수 있으며, 도 2a에 도시된 신호 처리 방법은 진동 및 잡음 신호들을 제거하기 위해 사용될 수 있다.
예 2
도 17에 도시된 바와 같이, 듀얼 마이크 어셈블리(1700)는 공기 전도 마이크로폰(1701), 폐쇄된 마이크로폰(1702), 및 하우징(1703)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 공기 전도 마이크로폰(1701) 및 폐쇄된 마이크로폰(1702)은 일체형 구성 요소일 수 있고, 두 마이크로폰들의 외벽들은 각각 하우징(1703)의 내부 측면에 접합될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(1701)의 사운드 홀(1704)은 듀얼 마이크로폰 어셈블리(1700) 외부의 공기와 연통할 수 있고, 폐쇄된 마이크로폰(1702)의 사운드 홀(1702)은 공기 전도 마이크로폰(1701)의 바닥에 위치되어 외부로부터 격리될 수 있다(도 9b의 폐쇄된 마이크로폰과 등가). 특히, 폐쇄된 마이크로폰(1702)은 공기 전도 마이크로폰(1701)과 정확히 동일한 공기 전도 마이크로폰을 사용할 수 있으며, 폐쇄된 구조로부터 폐쇄된 마이크로폰(1702)은 구조적 설계를 통해 외부 공기와 연통하지 않는다. 상기 일체형 구조는 공기 전도 마이크로폰(1701) 및 폐쇄된 마이크로폰(1702)이 진동 소스(예를 들어, 도 1의 진동 스피커(101))에 대해 동일한 진동 전달 경로를 갖도록 할 수 있고, 따라서 공기 전도 마이크로폰(1701) 및 폐쇄된 마이크로폰(1702)은 동일한 진동 신호를 수신할 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(1701)은 사운드 홀(1704)을 통해 공기 전도 사운드 신호를 얻고, 하우징(1703)을 통해 제 1 진동 신호(즉, 진동 잡음 신호)를 얻을 수 있다. 폐쇄된 마이크로폰(1702)은 제 2 진동 신호(즉, 하우징(1703)에 의해 전달된 기계적 진동 신호)만을 얻을 수 있다. 제 1 진동 신호와 제 2 진동 신호는 모두 하우징(1603)의 진동에 의해 발생될 수 있다. 특히, 폐쇄된 마이크로폰(1702)의 전방 공동 볼륨, 후방 공동 볼륨, 및/또는 공동 볼륨은 공기 전도 마이크로폰(1701)의 대응하는 볼륨(전방 공동 볼륨, 후방 공동 볼륨, 및/또는 공동 볼륨)의 등가 볼륨에 따라 결정되어, 공기 전도 마이크로폰(1701) 및 폐쇄된 마이크로폰(1702)이 동일하거나 또는 거의 동일한 주파수 응답을 가질 수 있도록 될 수 있다. 듀얼 마이크로폰 어셈블리(1700)는 작은 볼륨의 장점을 가질 수 있으며, 간단한 생산 프로세스를 통해 개별적으로 디버그되고 얻어질 수 있다. 일부 실시 예들에서, 듀얼 마이크로폰 어셈블리(1700)는 공기 전도 마이크로폰(1701)에 의해 수신된 모든 통신 주파수 대역들에서 진동 및 잡음을 제거할 수 있다.
도 18은 도 17의 듀얼 마이크로폰 구성 요소를 포함하는 이어폰의 구조를 나타내는 개략도이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 이어폰(1800)은 듀얼 마이크로폰 어셈블리(1700), 하우징(1801), 및 연결 구조(1802)를 포함할 수 있다. 듀얼 마이크로폰 어셈블리(1700)의 구성 요소들 중 하우징(1703)은 주변 연결을 통해 하우징(1801)에 연결될 수 있다. 주변 연결은 듀얼 마이크로폰 어셈블리(1700)의 2 개의 마이크로폰들을 하우징(1801)의 연결 위치에 대해 대칭적으로 유지할 수 있으며, 이에 따라 진동 소스로부터 2 개의 마이크로폰들로의 진동 전달 경로들이 동일하게 되도록 더욱 보장할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도 18의 이어폰 구조는 진동 잡음들을 제거하는 데 있어 진동 잡음들의 상이한 전달 경로들, 상이한 유형들의 2 개의 마이크로폰들 등의 영향을 효과적으로 제거할 수 있다.
예 3
도 19는 본 발명의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 이어폰(1900)은 진동 스피커(1901), 하우징(1902), 탄성 요소(1903), 공기 전도 마이크로폰(1904), 골전도 마이크로폰(1905), 및 개구부(1906)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 진동 스피커(1901)는 탄성 요소(1903)를 통해 하우징(1902)에 고정될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(1904) 및 골 전도 마이크로폰(1905)은 하우징(1902) 내부의 상이한 위치들에 각각 연결될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(1904)은 공기 전도 사운드 신호들을 수신하기 위해 개구부(1906)를 통해 외부 공기와 연통할 수 있다. 진동 스피커(1901)가 진동하여 사운드를 생성하면, 하우징(1902)은 진동하도록 구동될 수 있고, 하우징(1902)은 그 진동을 공기 전도 마이크로폰(1904) 및 골전도 마이크로폰(1905)으로 전달할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도 2b의 신호 처리 방법은 골전도 마이크로폰(1905)에 의해 얻어진 진동 신호를 사용하여 공기 전도 마이크로폰(1904)에 의해 수신된 진동 잡음 신호를 제거하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 골전도 마이크로폰(1905)은 공기 전도 마이크로폰(1904)에 의해 수신된 모든 통신 주파수 대역들의 진동 잡음들을 제거하는 데 사용될 수 있다.
예 4
도 20은 본 발명의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 이어폰(2000)은 진동 스피커(2001), 하우징(2002), 탄성 요소(2003), 공기 전도 마이크로폰(2004), 진동 센서(2005), 및 개구부(2006)를 포함할 수 있다. 진동 센서(2005)는 본 개시의 일부 실시 예들에 도시된 바와 같이 폐쇄된 마이크로폰, 듀얼 커넥션 마이크로폰, 또는 골전도 마이크로폰이 될 수 있거나, 또는 진동 신호 수집 기능을 갖는 다른 센서 장치들이 될 수 있다. 진동 스피커(2001)는 탄성 요소(2003)를 통해 하우징(2002)에 고정될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(2004) 및 진동 센서(2005)는 선택 또는 조정 후 동일한 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답을 갖는 2 개의 마이크로폰들일 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(2004)의 상단과 측면은 하우징(2006) 내부에 각각 연결될 수 있고, 진동 센서(2005)의 측면은 하우징(2006) 내부에 연결될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(2004)은 개구부(2006)를 통해 외부 공기와 연통할 수 있다. 진동 스피커(2001)가 진동할 때 하우징(2002)을 진동시킬 수 있고, 하우징(2002)의 진동은 공기 전도 마이크로폰(2004) 및 진동 센서(2005)로 전달될 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(2004)이 하우징(2006)에 연결되는 위치는 진동 센서(2005)가 하우징(2006)에 연결되는 위치에 매우 가깝기 때문에(예를 들어, 2 개의 마이크로폰들은 도 3에서 위치들 301 및 302에 각각 위치될 수 있다), 하우징(2006)에 의해 2 개의 마이크로폰들에 전달되는 진동은 동일하게 될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰(2004)에 의해 수신된 진동 잡음 신호는 공기 전도 마이크로폰(2004) 및 진동 센서(2005)에 의해 수신된 신호들에 기초하여 도 2c에 도시된 신호 처리 방법을 사용하여 제거될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 센서(2005)는 공기 전도 마이크로폰(2004)에 의해 수신된 모든 통신 주파수 대역들에서의 진동 잡음들을 제거하는 데 사용될 수 있다.
예 5
도 21은 본 발명의 일부 실시 예들에 따른 듀얼 마이크 이어폰의 구조를 보여주는 개략도이다. 듀얼 마이크 이어폰(2100)은 도 20의 이어폰(2000)의 또 다른 변형일 수 있다. 이어폰(2100)은 진동 스피커(2101), 하우징(2102), 탄성 요소(2103), 공기 전도 마이크로폰(2104), 진동 센서(2105), 및 개구부(2106)를 포함할 수 있다. 진동 센서(2105)는 폐쇄된 마이크로폰, 듀얼 링크 마이크로폰, 또는 골전도 마이크로폰일 수 있다. 공기 전도 마이크로폰(2104) 및 진동 센서(2105)는 주변 연결을 통해 하우징(2102)의 내부 측면에 각각 연결될 수 있으며, 진동 스피커(2101)에 대해 대칭적으로 분포될 수 있다(예를 들어, 2 개의 마이크로폰들은 도 3의 위치들 301 및 304에 각각 위치될 수 있다). 공기 전도 마이크로폰(2104) 및 진동 센서(2105)는 선택 또는 조정 후 동일한 진폭-주파수 응답 및/또는 위상-주파수 응답을 갖는 2 개의 마이크로폰들일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 공기 전도 마이크로폰(2104)에 의해 수신된 진동 잡음 신호는 공기 전도 마이크로폰(2104) 및 진동 센서(2105)에 의해 수신된 신호들에 기초하여 도 2c에 도시된 신호 처리 방법을 사용하여 제거될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 진동 센서(2105)는 공기 전도 마이크로폰(2104)에 의해 수신된 모든 통신 주파수 대역들에서의 진동 잡음들을 제거하는 데 사용될 수 있다.
기본 개념들이 위에서 설명되었다. 명백히, 당업자에게 본 발명의 개시는 단지 예일 뿐이며, 본 개시에 대한 제한을 구성하지는 않는다. 여기에 명시적으로 언급되지 않았지만, 당업자는 본 개시에 대한 다양한 수정들, 개선들 및 보정들을 행할 수 있다. 이들 수정들, 개선들, 및 정정들은 본 개시에 의해 제안되도록 의도되며, 본 개시의 대표적인 실시예들의 사상 및 범위 내에 있다.
또한, 청구 범위에 명확하게 명시되지 않는 한, 프로세싱 요소들 및 시퀀스들의 순서, 숫자들과 문자들의 사용, 또는 본 개시의 다른 이름들의 사용은 본 개시의 절차들 및 방법들의 순서를 제한하는 데 사용되지 않는다. 상기 개시는 다양한 예들을 통해 현재 본 개시의 다양한 유용한 실시예들인 것으로 고려되는 것을 논의하지만, 이러한 세부사항은 단지 그 목적을 위한 것이고 첨부된 청구항들은 개시된 실시예들에 제한되지 않으며, 그와는 대조적으로 개시된 실시예들의 사상 및 범위 내에 있는 수정들 및 동등한 배열들을 커버하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 설명된 다양한 구성요소들의 구현은 하드웨어 디바이스에서 구체화될 수 있지만, 그것은 또한 소프트웨어 전용 솔루션, 예컨대, 기존의 서버 또는 이동 디바이스 상에서의 설치로서 구현될 수 있다.
유사하게, 본 개시의 실시예들의 앞서 말한 설명에서, 다양한 특징들은 때때로 다양한 실시예들 중 하나 이상의 이해를 도울 때 본 개시를 간소화하기 위한 목적으로 단일 실시예, 도면, 또는 그것의 설명에서 함께 그룹핑된다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 이러한 사실은 본 개시의 목적이 청구 범위에 언급된 특징들보다 더 많은 특징들을 요구한다는 것을 의미하지는 않는다. 오히려, 청구된 청구 대상은 앞서 개시된 단일 실시 예의 모든 특징보다 적을 수 있다.
마지막으로, 본 개시에서 설명된 실시 예들은 본 출원의 실시 예들의 원리들을 단지 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 채용될 수 있는 다른 수정들은 본 개시의 범위 내에 있을 수 있다. 따라서, 제한이 아닌 예로서, 본 개시의 실시예들의 대안적인 구성들이 본 명세서의 교시들에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 본 개시의 실시예들은 도시되고 설명된 것 자체에 제한되지 않는다.

Claims (15)

  1. 마이크로폰 및 진동 센서를 포함하는 마이크로폰 장치에 있어서:
    상기 마이크로폰은 음성 신호 및 제 1 진동 신호를 포함하는 제 1 신호를 수신하도록 구성되고;
    상기 진동 센서는 제 2 진동 신호를 수신하도록 구성되고,
    상기 제 1 진동 신호 및 상기 제 2 진동 신호는 진동 소스의 진동으로부터 비롯되고,
    상기 진동 센서의 공동 볼륨(cavity volume)이 상기 마이크로폰의 공동 볼륨보다 크고,
    상기 진동 센서의 공동 볼륨은 상기 마이크로폰의 공동 볼륨에 비례하고, 상기 진동 센서의 공동 볼륨 대 상기 마이크로폰의 공동 볼륨의 비(ratio)는 3:1 내지 6.5:1의 범위에 있는, 마이크로폰 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 진동 신호에 대한 상기 진동 센서의 진폭-주파수 응답은 상기 제 1 진동 신호에 대한 상기 마이크로폰의 진폭-주파수 응답과 동일하고/하거나, 상기 제 2 진동 신호에 대한 상기 진동 센서의 위상-주파수 응답은 상기 제 1 진동 신호에 대한 상기 마이크로폰의 위상-주파수 응답과 동일한, 마이크로폰 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 진동 신호가 상기 제 2 진동 신호와 상쇄되게 하고 상기 음성 신호를 출력하도록 구성되는 신호 처리 유닛을 더 포함하는, 마이크로폰 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 진동 센서는 폐쇄된 마이크로폰(closed microphone) 또는 듀얼 링크 마이크로폰(dual-link microphone)인, 마이크로폰 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은 전방 공동 개구부(front cavity opening) 또는 후방 공동 개구부(back cavity opening)를 포함하는 디바이스이고,
    상기 진동 센서는 폐쇄된 전방 공동(closed front cavity) 및 폐쇄된 후방 공동(closed back cavity)을 갖는 폐쇄된 마이크로폰인, 마이크로폰 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 마이크로폰은 전방 공동 개구부 또는 후방 공동 개구부를 갖는 디바이스이고,
    상기 진동 센서는 개방된 전방 공동(open front cavity) 및 개방된 후방 공동(open back cavity)을 갖는 듀얼 링크 마이크로폰인, 마이크로폰 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 마이크로폰의 상기 전방 공동 개구부는 상기 전방 공동의 상단 또는 측벽에 적어도 하나의 개구부를 포함하는, 마이크로폰 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로폰 및 상기 진동 센서는 동일한 하우징에 독립적으로 연결되는, 마이크로폰 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 스피커를 더 포함하고,
    상기 스피커의 적어도 일부는 상기 하우징 내에 위치되고, 상기 스피커는 상기 제 1 진동 신호 및 상기 제 2 진동 신호를 발생하도록 구성되고,
    상기 마이크로폰 및 상기 진동 센서는 상기 하우징의 인접한 위치들에 위치되거나 또는 상기 스피커에 대하여 상기 하우징의 대칭적인 위치들에 위치되는, 마이크로폰 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로폰 또는 상기 진동 센서와, 상기 하우징 사이의 연결은 캔틸레버 연결(cantilever connection), 주변 연결(peripheral connection) 또는 기판 연결(substrate connection) 중 하나를 포함하는, 마이크로폰 장치.
  13. 스피커, 마이크로폰 및 진동 센서를 포함하는 이어폰 시스템에 있어서:
    상기 마이크로폰은 음성 신호 및 제 1 진동 신호를 포함하는 제 1 신호를 수신하도록 구성되고;
    상기 진동 센서는 제 2 진동 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 제 1 진동 신호 및 상기 제 2 진동 신호는 진동 소스의 진동으로부터 비롯되고;
    상기 진동 센서의 공동 볼륨이 상기 마이크로폰의 공동 볼륨보다 크고,
    상기 진동 센서의 공동 볼륨은 상기 마이크로폰의 공동 볼륨에 비례하고, 상기 진동 센서의 공동 볼륨 대 상기 마이크로폰의 공동 볼륨의 비(ratio)는 3:1 내지 6.5:1의 범위에 있는, 이어폰 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 진동 신호에 대한 상기 진동 센서의 진폭-주파수 응답은 상기 제 1 진동 신호에 대한 상기 마이크로폰의 진폭-주파수 응답과 동일하고/하거나, 상기 제 2 진동 신호에 대한 상기 진동 센서의 위상-주파수 응답은 상기 제 1 진동 신호에 대한 상기 마이크로폰의 위상-주파수 응답과 동일한, 이어폰 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 진동 신호가 상기 제 2 진동 신호와 상쇄되게 하고 상기 음성 신호를 출력하도록 구성되는 신호 처리 유닛을 더 포함하는, 이어폰 시스템.
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