TW201836368A - 聲音換能器和聲音產生單元的放大器單元 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種用於微型聲音換能器(2)的放大器單元(1)，其可以作為麥克風和揚聲器操作，並具有用於聲音再現和/或聲音記錄的至少一個音頻放大器(3)。根據本發明，放大器單元(1)被設計成聲換能器(2)可以作為揚聲器和麥克風同時操作。此外，本發明涉及一種具有可作為麥克風和揚聲器操作的微型聲音換能器(2)的聲音產生單元以及耦合到放大器單元(1)以進行聲音再現和/或錄音的聲音換能器(2)。

Description

聲音換能器和聲音產生單元的放大器單元
本發明涉及一種用於聲音換能器的放大器單元，特別是一種可作為麥克風和揚聲器操作的微型聲音換能器，其具有至少一個用於聲音再現及/或錄音的音頻放大器。此外，本發明涉及一種具有聲音換能器的聲音產生單元，特別是可作為麥克風和揚聲器操作的微型聲音換能器，以及耦合到聲音換能器以進行聲音再現及/或錄音的放大器單元。
在現有技術的用於噪音抑制的裝置和方法中，所謂的“主動降噪”-ANR方法或“主動噪音消除”-ANC方法是已知的。這樣的設備例如被佈置在頭戴式耳機或頭戴式耳機中，這些頭戴式耳機或頭戴式耳機減少了噪音抑制干擾環境噪音，因為它們首先由佈置在頭戴式耳機上的麥克風記錄。從設備產生的記錄的聲音信號到除了音樂以外由耳機的揚聲器播放的環境噪音匹配反聲。反聲和環境噪音通過破壞性干擾相互抵消，使得只有音樂，特別是沒有環境噪音才能到達耳機的佩戴者。
從US2016/0182987A1已知具有麥克風和驅動器佈置的設備。該設備包括一個麥克風和一個揚聲器驅動器，用於操作聲音換能器，可用作麥克風和揚聲器。這種裝置的缺點是不能執行ANR方法。
因此，本發明的目的是提供一種能夠有效抑制環境噪音的裝置。
該目的通過具有獨立申請專利範圍的特徵的放大器單元和聲音產生單元來實現。
本發明提出一種可用作麥克風和揚聲器的微型聲音換能器的放大器單元。放大器單元因此可以是微型放大器單元或微型換能器放大器單元。為簡單起見，微型聲音換能器在下面可以稱為聲音換能器。
例如，放大器單元可用於執行“主動降噪”方法（ANR方法）或環境噪音主動補償。操作聲音換能器的聲音換能器和放大器單元例如在耳機，頭戴式耳機，入耳式頭戴式耳機，帶有頭戴式耳機或行動電話的頭盔中佈置給佩戴者或用戶更高質量的音樂，聲音及/或通過使用放大器單元提供語言，可以減少環境噪音。在ANR方法中，環境噪音例如通過抗噪音予以抵消。主動補償的特徵可能是環境噪音通過反聲消失。環境噪音的無源補償可以通過例如耳機的隔音來形成。
此外，放大器單元包括用於聲音再現及/或用於錄音的至少一個音頻放大器。例如，音頻放大器可以處理及/或處理由聲音換能器作為麥克風操作時記錄的聲音信號。例如，音頻放大器可以處理聲音信號，以便它們可以被以數位方式儲存。
例如，在音頻放大器的幫助下，如果聲音換能器作為揚聲器工作，輸入音頻信號也可以在放大器單元中處理。音頻放大器可以以這樣的方式處理及/或處理音頻信號，使得它們可以被聲音換能器轉換為聲波，例如聲音，音樂及/或語音。
根據放大器單元被設計為使得為此提供的聲音換能器可以作為揚聲器和麥克風同時操作。在這種情況下，作為揚聲器和麥克風的聲音換能器的同時操作可以意味著，例如，其中佈置了增強器單元的耳機的佩戴者接收到聲音換能器可以同時作為揚聲器再現聲音並且作為麥克風將聲音記錄。
如上所述，在“主動降噪”方法中，環境噪音被麥克風拾取。由此產生反聲，該聲音優選地與耳機中的揚聲器的音樂同時輸出。音樂的反聲部分干擾環境聲音並使其消失。使用者可以聽到聲音，但不會聽到環境噪音。特別是，可以在聲音換能器的幫助下記錄環境噪音，同時可以播放與音樂相對應的反聲。環境噪音和反聲通過破壞性干擾相互抵消，因此只剩下音樂。
由於根據本發明的放大器單元的換能器同時接收環境噪音並且除了音樂之外還播放匹配的反聲，通過同時操作聲音換能器作為麥克風並且揚聲器可以有利地省去用於記錄環境噪音的麥克風或僅用於輸出抗噪音的揚聲器。結果，ANR方法只能用聲音換能器來進行，以便耳機可以更便宜地製造。通過記錄聲音，尤其是環境噪音，以及通過聲音換能器同時播放音樂，故得以提高音質。作為揚聲器的聲音換能器和在相關環境噪音的地方產生反聲的麥克風，使得反聲完全被調諧到相關的環境噪音。
另外，ANR方法的速度可以更快地執行，因為不需要考慮環境噪音的記錄位置與反聲回放位置之間的聲音的運行時間。
在本發明的有利發展中，放大器單元具有處理器，借助於該處理器，為此目的而設置的聲音換能器在聲音產生期間可以同時作為麥克風。處理器也可以設計為數位信號處理器。例如，處理器可以包括計算單元，在該計算單元中執行計算機程序，該計算機程序從記錄的聲音信號中濾除環境噪音並從中產生反聲。處理器也可以操作至少一個音頻放大器。有利的是，處理器可以將反聲導向音頻放大器，音頻放大器連接到聲音換能器到聲音換能器以播放反聲，優選地用音樂播放。
如果用於噪音抑制的處理器被設計為使得其可以基於所傳輸的音頻信號和與同一聲音換能器同時檢測到的聲音信號來濾除環境噪音及/或抑制環境噪音，這也是有利的。處理器通過環境噪音形成反聲，並將其返回到聲音換能器，作為揚聲器將反聲與音樂一起傳送。
有利的是，處理器被實施為使得其分離由作為麥克風操作的微型聲音換能器在代表所發出的有用聲音的第一聲音信號分量和代表環境噪音的第二聲音信號部分中檢測到的聲音信號。例如，有用的聲音包括應提供予聽者的音樂，聲音和語音。但是，環境噪音是噪音。這樣可以進一步處理環境噪音。環境噪音可以由消除環境噪音的反聲所產生。
有利的是，環境噪音可以從檢測到的聲音信號中濾出或者通過形成差動信號從中分離出來。由於在將聲音換能器同時操作為揚聲器和麥克風的情況下，通過聲音換能器將聲信號檢測為包含環境噪音和有用噪音的麥克風，可以通過減法將環境噪音與檢測到的聲音信號予以分離。有用的噪音是已知的，因為它們對應於由揚聲器產生的音頻信號。檢測到的聲音信號因此包含源自根據音頻信號產生的聲波或包括有用噪音的第一聲音信號分量和源自環境噪音的第二聲音信號分量。例如，第一聲音信號分量可以從聲音信號中濾出或者分離，特別是從其中減去，從而留下包括環境噪音的第二聲音信號分量。這樣做的一個優點是，第一聲音信號分量是已知的，因為它對應於音頻信號，根據該音頻信號產生了至少包含音樂，聲音和語音的聲波。
此外有利的是，處理器的實施方式可基於第二聲音信號分量產生抗噪音信號並且將其與包含有用的聲音信號的輸入信號結合。輸入信號可以包括例如語音，音樂或聲音。例如，輸入信號可能來自音樂文件。處理器還可以產生在從其產生聲波時消除環境噪音的抗噪音信號。此外，處理器可將反聲信號和輸入信號組合為傳送到產生相應聲波的微型換能器的音頻信號。然後它們包含組成音樂，聲音或語音的有用聲音以及消除環境聲音的反聲。
此外，如果處理器被設計成可以在作為揚聲器的操作和作為麥克風的操作之間切換微型聲音換能器，則是有利的。為此，處理器可以例如具有開關單元，其可以在作為揚聲器的操作和作為麥克風的操作之間切換聲音換能器。如果處理器在作為揚聲器的聲音換能器的操作與作為麥克風的操作之間足夠快地切換，則這可以呈現聲音換能器同時或同時作為揚聲器和麥克風來操作。例如，在揚聲器間隔中，聲音換能器可以作為揚聲器操作，並且在麥克風間隔中作為麥克風來操作。揚聲器間隔和麥克風間隔可以有利地交替。如果這兩個時間間隔變化足夠快，則可以感覺到這就好像聲音換能器同時產生並檢測到聲波。處理器可以在揚聲器間隔和麥克風間隔之間切換。
如果放大器單元具有混合音頻放大器，則可以通過將音頻信號的聲音再現輸出到指定的聲音換能器並且可以接收用於錄音的聲音換能器的聲音信號，這也是有利的。混合音頻放大器因此被設計為使得它可以將音頻信號傳送到聲音換能器並且同時從相同的聲音換能器接收包含音樂和環境噪音的聲音信號。混合音頻放大器可以通過單個音頻引線連接到換能器。
如果放大器單元具有用於聲音信號的聲音再現的揚聲器放大器和用於聲音信號的聲音記錄的麥克風放大器，則同樣是有利的。這使得兩個放大器中的每一個都能夠專注於他們的任務。揚聲器放大器可以被優化以準備用於聲音換能器的聲音再現的音頻信號。麥克風放大器也可以被優化以處理麥克風拾取的聲音信號。由於聲音信號包含音樂和環境聲音，因此可以優化麥克風放大器以將環境噪音與音樂分離。然後可以處理環境噪音以產生反聲。兩個放大器可以分別通過音頻線單獨連接到聲音換能器。或者，來自放大器的兩條音頻線可以首先匯集在一起，以便只有一條音頻線通向聲音換能器。
此外，如果音頻放大器被設計為使得微型聲音換能器可以與其一起操作，則是有利的。微型換能器也可以是壓電式微型換能器。微型聲音換能器可以設計為節省空間並且低功耗，因此，例如，電池供電的耳機持續時間較長。另外，微型換能器可以很容易地用揚聲器的電信號進行操作。此外，特別地，作為麥克風的壓電式微型聲音換能器直接產生可以從音頻放大器直接處理的電聲音信號。
此外有利的是，放大器單元具有連接到至少一個音頻放大器的至少一個信號處理單元。借助於信號處理單元，準備用於聲音再現的音頻信號。信號處理單元可以例如對音頻信號進行濾波，預放大及/或調制，使得音頻放大器可以將其引導至聲音換能器以進行聲音再現。
額外地或可選地，用於錄音的聲音信號可以通過信號處理單元進行處理。為此目的，信號處理單元也可以例如對聲音信號進行濾波，預放大，調制，數位化及/或儲存。信號處理單元例如也可以被設計為使得它將包含在聲音信號中的環境噪音與音樂分離。信號處理單元例如也可以產生適合於環境噪音的反聲。信號處理單元還可以向揚聲器放大器提供反聲，以便它用反聲播放音樂以消除環境噪音。
如果處理器具有到至少一個音頻放大器的資料線，則也是有利的。附加地或可選地，處理器還可以具有連接到至少一個信號處理單元的資料線。通過資料線，處理器可以將傳送的音頻信號和檢測到的聲音信號以及要在信號處理單元中處理的音頻數據傳送出去。資料線也可以設計為雙向資料線，以便數據可以在兩個方向上傳送。資料線也可以設計為印刷電路板的印製導線。
同樣有利的是，放大器單元具有至少一個界面，通過該界面可以將來自放大器單元的聲音信號和來自聲音換能器的聲音信號同時傳送到放大器單元。界面也可以是有線及/或雙向的。該界面可以被設計為例如插頭，RCA插頭，XLR插頭，Speakon接頭及/或USB接頭。通過這樣的界面，聲音換能器可以可分離地連接到放大器單元。該界面也可以設計為焊接點，以便聲音換能器牢固地連接到放大器單元。
放大器單元佈置在單晶片上也是有利的。結果，具有音頻放大器，信號處理單元，處理器及/或資料線的放大器單元可以佈置在單晶片上。放大器單元然後可以以特別節省空間的方式佈置在晶片中。
此外，本發明提出了具有可作為麥克風和揚聲器操作的聲音換能器的聲音產生單元。聲音產生單元還包括耦合到聲音換能器的放大器單元，用於聲音再現及/或聲音錄製。
聲音產生單元例如可以佈置在頭戴式耳機中，耳機中，入耳式耳機中及/或行動電話中。在這種情況下，放大器單元根據前面及/或下面的說明的一個或多個特徵來設計。
在聲音產生單元的有利發展中，聲音換能器被設計為同時聲音換能器，其可以作為揚聲器輸出音頻信號，並且同時將聲音信號作為麥克風來錄製。同時，對聽者而言，作為麥克風的同時聲音換能器拾取聲音，特別是環境噪音，同時傳送音樂，特別是作為揚聲器傳送反聲。
特別地，如果聲音換能器是壓電式微型聲音換能器，則是有利的。壓電式微型換能器可以特別節省空間並具有低功耗，使得發聲單元可以節能運行。另外，利用音頻信號可以特別容易地控制壓電式微型聲音換能器。
放大器單元和聲音換能器佈置在單晶片上同樣是有利的。結果，聲音產生單元可以作為單個部件製造，例如在ASIC晶片。此外，例如在ASIC晶片中，例如在處理器和至少一個音頻放大器之間的組件之間的連接路徑可以保持較短，使得音頻數據的處理速度也降低。如果聲音產生單元被佈置在單晶片上，則部件之間的資料線可以通過簡單的導體跡線直接在晶片上形成。
如果聲音換能器具有耦合到聲音換能器的振動膜的至少一個聲音換能器單元是有利的，所述聲音換能器單元偏轉聲音換能器的振膜以產生聲音並且檢測振膜用於聲音檢測的偏轉。聲音換能器單元可以包括具有例如壓電特性的聲音換能器元件。結果，通過施加電信號，例如音頻信號，聲音換能器元件可以被偏轉。另外，在聲音換能器元件偏轉的情況下，可以產生電信號，例如聲音信號。此外，聲音換能器元件可以通過耦合元件耦合到膜，使得偏轉可以在聲音換能器元件和膜之間傳輸。如果偏轉由此從換能器單元傳遞到振膜，則產生聲波。如果偏轉從振膜傳送到換能器單元，則檢測到聲波。
此外有利的是，至少一個聲音換能器單元具有至少兩個聲音換能器層，其中振動膜可以通過聲音換能器層偏轉並且振動膜的偏轉可以藉助另一聲音換能器層來檢測。在這種情況下，一個聲音換能器層可以作為揚聲器操作，而另一個聲音換能器層可以作為麥克風操作。因此，聲音換能器可以同時或同時作為揚聲器和麥克風與聲音換能器單元一起操作。此外，聲音換能器層可以連接到至少一個音頻放大器。額外地或可選地，聲音換能器層也可以連接到放大器單元的處理器。例如，如果第一聲音換能器層作為揚聲器來操作，則其可以連接到揚聲器放大器。附加地或可替換地，相應地，第二聲音換能器層可以作為麥克風操作並連接到麥克風放大器。
有利的是，至少兩個聲音換能器層在軸線方向上下相互疊置。結果，兩個聲音換能器層均勻地偏轉。
此外，有利的是，至少一個聲音換能器單元連接到放大器單元的處理器，使得它可以通過至少一個聲音換能器單元偏轉振膜以產生聲音，並檢測偏轉以進行聲音檢測。因此，處理器可以例如在作為揚聲器的操作和作為麥克風的操作之間切換聲音換能器單元。附加地或替代地，兩個聲音換能器層中的至少一個可以連接到放大器單元的處理器，使得它可以藉助於兩個聲音換能器層中的至少一個偏轉振動膜以產生聲音並檢測偏轉以用於聲音檢測。
此外有利的是，聲音換能器的至少兩個聲音換能器單元通過連接元件連接在一起。連接元件可以有利地設計成彈性的。結果，例如，作為揚聲器操作的換能器單元向作為傳聲器操作的另一個聲音換能器單元的偏轉。
如果聲音換能器具有限制元件也是有利的，通過該限制元件，聲音換能器的振動膜在聲音換能器的軸線的至少一個方向上以一次振動進行界定。限制元件相對於振膜靜止。限制元件例如可以與聲音換能器的承載元件一體地形成。限制元件例如可以佈置成使得振膜在一個方向上振動時抵靠限制元件。結果，振動沿著行程軸線的至少一個方向受到限制。另外，振膜也可以連接到限制元件，使得振膜的振動沿著行程軸在兩個方向上受到限制。例如，振膜可以粘合到限制元件。然而，限制元件也可以具有供振膜插入的槽，使得振膜的振動沿著行程軸在兩個方向上受到限制。當然，振膜的振動僅限於限制元件的區域。在限制元件附近，振膜可以繼續振動。但是，限制部件將振膜分成兩個振膜區域。
如果振膜具有第一振膜區域和第二振膜區域是有利的，其中一個聲音換能器單元使第一振膜區域中的振膜偏轉以產生聲音，並且第二振膜區域中的另一聲音換能器單元可以記錄振膜的偏轉以用於聲音檢測。例如，兩個膜區域可以通過限制元件分開。因此，聲音換能器可以同時或同時作為揚聲器和麥克風進行操作。此外，換能器可以使用單個振膜進行操作。
此外，限制元件可以佈置在至少兩個聲音換能器單元之間。結果，在每種情況下，一個聲音換能器單元可以分別佈置在一個振膜區域中，使得例如第一振膜區域中的振膜作為揚聲器操作，並且在第二振膜區域中作為麥克風操作。
以下實施例說明了本發明的其他優點，其中：
圖1顯示用於操作具有兩個音頻放大器3a、3b、一處理器4和兩個信號處理單元5a，5b的聲音換能器2的放大器單元1的方塊圖。在本實施例中，音頻放大器3a是作為放大聲音換能器2的音頻信號的揚聲器放大器，使得聲音換能器2可以作為揚聲器操作。音頻放大器3b在本實施例中作為麥克風放大器，其放大來自聲音換能器2的聲音信號，使得聲音換能器2可以作為麥克風來操作。
此外，在該實施例中，音頻放大器3a和信號處理單元5a被組合成揚聲器單元6，並且音頻放大器3b和信號處理單元5b被組合成麥克風單元7。例如，揚聲器單元6及/或麥克風單元7可以被製造為特別是在單晶片上的部件，並連接在一起以形成放大器單元1。
放大器單元1具有音頻輸入端8，用於饋送通向揚聲器單元6及/或信號處理單元5a的音頻信號，例如音樂及/或語音。或者，音頻輸入端8也可以將音頻信號直接傳送到揚聲器放大器3a。音頻輸入端8例如可以將來自MP3播放器、CD播放器及/或無線電信號的音樂信號例如從行動電話引入至放大器單元1。
為了饋送音頻信號，放大器單元1具有音頻輸出端9，其從麥克風單元7引出及/或從信號處理單元5b引出。音頻輸出端9還可以將音樂或語音信號傳送到儲存單元及/或行動電話、在儲存單元及/或行動電話中儲存或傳送給通信者。
音頻輸入端8和音頻輸出端9還可以具有圖中未顯示的界面，使得音頻信號可以被輸入，例如，輸入放大器單元1及/或被執行。
為了將聲音換能器2連接到放大器單元1，其具有一界面10。音頻輸入端8及/或音頻輸出端9的界面及/或界面10可以是有線及/或雙向的及/或例如作為插孔、RCA插頭、XLR插頭、Speakon接頭及/或USB接頭，聲音換能器2可採可拆卸地連接到放大器單元1。界面也可以附加地或可選地被設計為光學的界面。
附加地或替代地，聲音換能器2可以例如借助於固定到界面10的焊接點來連接。
在該實施例中，在音頻放大器3a和音頻放大器3b之間佈置處理器4，處理器4通過資料線11（為了簡單起見，只有一個資料線被提供有附圖標記）連接到兩個音頻放大器3a、3b。此外，資料線11由處理器4連接至界面10。
資料線11也可以是有線及/或雙向的。資料線11可以被配置為傳輸電信號及/或光信號。此外，資料線11也可以被設計為印刷電路板上的印刷導線。
放大器單元1可以安裝在例如耳機、耳內式耳機、具有揚聲器的頭盔或在行動電話中，藉助放大器單元1通過聲音換能器2，使音樂、聲音和/或語音可以播放及/或錄製。如果要記錄音樂，則可以將聲音換能器2用作麥克風。如果要播放音樂，則可以將聲音換能器2用作揚聲器。
借助於本發明的放大器單元1，還可以執行“有源噪音降低”方法（ANR方法）。為達到此目的，放大器單元1被設計為可以操作作為麥克風的聲音記錄的聲音換能器2，並且同時用於作為揚聲器的聲音再現。
意味著只有音樂、聲音或語音的聆聽者才會同時聽到由反聲消除的環境噪音。例如，由於人類聽覺的有限分辨能力，如果反聲所消除的環境噪音是在人類聽覺的最短分辨能力範圍內，則可能就足夠了。
借助也可以設計為數位信號處理器的處理器4，聲音換能器2可以在產生聲音的過程中同時用作麥克風。
舉例來說，處理器4可以包括計算單元，其中執行處理由聲音換能器2拾取的聲音的計算機程序。處理器4例如可以從記錄的聲音中濾除環境噪音。處理器4還可以從環境噪音形成反聲，該反聲與聲音換能器2一起播放音樂並消除環境噪音。音樂和反聲的播放可以同時進行以記錄環境噪音，使得環境噪音基本上被相應的反聲予以消除。
作為麥克風，聲音換能器2因此可以記錄例如音樂和環境噪音。放大器單元1隔離環境噪音並產生相應的反聲。反聲與此時作為揚聲器的聲音換能器2播放的音樂一起被再現。在這種情況下，反聲可以通過聲音換能器2與音樂同時播放以記錄環境噪音。由此產生的聲音的反聲部分干擾了環境噪音，從而使其消失。剩下的只是聽者所聽到的音樂。
通過記錄特別包含環境噪音的聲音以及通過單個聲音換能器2同時產生聲音，可以高質量地執行“主動降低噪音”方法。通過相應的反聲消除環境噪音是由一個聲音換能器2在記錄環境噪音的地方執行的。因此，在計算抗噪音時，必須考慮環境噪音記錄位置與抗噪音再現之間的運行時間，以便能夠更快地計算出抗噪音。
然而，也可以在晶片上的一個生產步驟中製造放大器單元1。例如，音頻放大器3a、3b、處理器4、信號處理單元5a、5b及/或資料線11可以被佈設在晶片上。額外地或替代地，音頻輸入端8及/或音頻輸出端9的界面及/或界面10可以被佈設在晶片上。
圖2以方塊圖顯示放大器單元1的替代實施例。為簡單起見，圖1中的相同特徵和功能在此不再說明。處理器4在本實施例中佈置在揚聲器單元6和麥克風單元7之間。處理器4分別具有連接揚聲器單元6和麥克風單元7的資料線11。處理器4耦合於信號處理單元5a和音頻放大器3a之間的資料線11。另外，處理器4耦合於信號處理單元5b和音頻放大器3b之間的資料線11。
在該實施例中，處理器4可以進一步處理由音頻放大器3b處理的聲音，尤其包含環境噪音和音樂。特別地，處理器4可以從環境噪音產生環境聲音。然後處理器4可以將反聲引導到揚聲器單元6中，其中反聲通過音頻放大器3a傳送到聲音換能器2。
圖3顯示具有聲音換能器2、混合音頻放大器3c、處理器4和兩個信號處理單元5a、5b的放大器單元1的另一可選示例性實施例。
在該實施例中，放大器單元1具有一個混合音頻放大器3c，其可以放大用於聲音再現的音頻信號以便將其提供給聲音換能器2，並且特別是同時可以處理來自聲音換能器2的聲音信號以進行錄音以便予以儲存。例如，混合音頻放大器3c也可以從記錄的聲音信號中濾除環境噪音並從中產生反聲。混合音頻放大器3c也可以再次放大反聲並與用於聲音再現的音樂一起傳送到聲音換能器2。
額外地或可選地，處理器4可以從記錄的聲音信號中濾除環境噪音並且產生反聲。
圖4顯示具有承載元件12和振膜13的聲音換能器2的示意斷面圖。聲音換能器2具有承載元件12，振膜13係佈置在承載元件12上。借助振膜13，可以將位在其上方的空氣產生振動，從而產生聲波。聲音換能器2在此係作為揚聲器進行操作。另外，由於振膜13上的聲波引起的振動空氣可以使它們振動。聲音換能器2由此作為麥克風來操作。振膜13可以沿著軸線20偏轉。
根據本示例性實施例，聲音換能器2具有第一聲音換能器單元21和第二聲音換能器單元22。
此外，第一聲音換能器單元21可以具有第一聲音換能器元件14，該第一聲音換能器元件14在當前情況下通過第一耦合元件16連接到振膜13。第二聲音換能器單元22可以具有第二聲音換能器元件15，該第二聲音換能器元件15在當前情況下通過第二耦合元件17連接到振膜13。兩個耦合元件16、17可以穩固地連接到振膜13。
根據本實施，在耦合元件16、17和振膜13之間分別設置連接板27、28。通過相應的連接板27、28，使振膜13和相應的聲音換能器單元21、22之間的偏轉即可進行平面的傳遞。
第一聲音換能器元件14及/或第二聲音換能器元件15例如可以包括壓電元件，使得電信號可以被轉換為聲音換能器元件14、15的偏轉及/或聲音換能器元件14、15的偏轉為電信號。由於第一及/或第二聲音換能器元件14、15通過相應的耦合元件16、17連接到振膜13，聲音換能器元件14、15到振膜13的偏轉及/或振膜13到聲音換能器元件14、15的振動即可被傳送。
有利地，例如，第一聲音換能器單元21可以作為揚聲器來操作。借助第一聲音換能器單元21可以產生聲波。另外，第二聲音換能器單元22可以作為麥克風來操作。借助於第二聲音換能器單元22，因此可以記錄聲波。在這種情況下，第一聲音換能器單元21可以與第二聲音換能器單元22同時操作，使得可以與聲音換能器2同時產生和記錄聲波。由於兩個聲音換能器單元21、22都耦合到振膜13，所以可以藉助聲音換能器2產生和檢測聲波。
例如，第一聲音換能器單元21作為揚聲器進行操作，故可基於音頻信號而產生聲波，該聲音信號又可以包括音樂、聲音和語音以及反聲。
例如，第二聲音換能器單元22可以被操作為麥克風，故可基於聲波檢測出聲音信號。檢測到的聲音信號可以具有兩個聲音信號分量。第一聲音信號分量可以具有例如環境噪音。另外，第二聲音信號部分可以包括由第一聲音換能器單元21同時產生的語音、聲音及/或反聲。檢測到的聲音信號因此由第一和第二聲音信號分量組成。然而，由於第二聲音信號分量是已知的，因為其係對應於第一聲音換能器單元22所產生的音頻信號，故第二聲音信號分量可以由聲音信號中予以濾出。例如，可以從聲音信號中減去第二聲音信號分量。如此可得到一差異信號。結果，即可得到包括環境噪音的第一聲音信號分量。
根據圖4所示的實施例，第一聲音換能器單元21佈置在第一聲音換能器區域18中。額外地或可選地，根據本實施例的第二聲音換能器單元22係佈置在第二聲音換能器區域19中。兩個聲音換能器區域18、19可以彼此相距一距離A。額外地或可選地，兩個聲音換能器單元21、22間彼此相距一距離A。通過距離A和耦合元件16、17彼此隔開，以傳遞振膜13和對應的換能器元件14、15之間的偏轉。結果，兩個聲音換能器單元21、22對聲波的產生及/或檢測幾乎沒有影響。
例如，第一聲音換能器單元21是作為揚聲器來操作，從而與其一起產生聲波。耦合元件16將第一聲音換能器區域18中的第一聲音換能器元件14的偏轉傳遞到形成相應振動的振膜。第二聲音換能器單元22可以與第一聲音換能器單元21同時或同時操作為麥克風。聲波使得第二聲音換能器區域19中的振膜13振動，其通過耦合元件17傳輸到第二聲音換能器元件15。以單一個聲音換能器2可以同時產生和檢測聲波。
或者，兩個聲音換能器單元21、22可以作為揚聲器及/或作為麥克風來操作。例如，兩個聲音換能器單元21、22在作為揚聲器時係作為揚聲器功能，而隨後在麥克風期間係可暫時作為麥克風來操作。
圖5顯示聲音換能器2的另一實施例的示意斷面圖。為了簡單起見，將不再解釋與前面附圖相同的特徵。
例如，可以通過第一聲音換能器單元21使第一振膜區域25中的振膜13振動，從而產生聲波。振膜13因此被用在第一振膜區域25中作為聲音換能器2的揚聲器功能。在第二振膜區域26中，聲波可以使振膜13振動，這可以由第二聲音換能器單元22檢測到。振膜13因此用於第二振膜區域26中作為聲音換能器2的麥克風功能。
振膜13還可以包括第一振膜區域25和第二振膜區域26。根據本實施例，兩個膜區域25、26彼此相鄰地佈置在振膜13上。在圖5所示的實施例中，兩個膜區域25、26之間佈置有一限制元件23。
通過限制元件23可以限制振膜13在限制元件23的區域中沿著軸線20的偏轉。例如，特別是鬆弛的振膜13扺靠在限制元件23上，從而防止在限制元件23的方向沿著軸線20偏轉。附加地或替代地，振膜13也可以結合於限制元件23，使得沿著軸線20的偏轉在兩個方向上受到限制。例如振膜13可以膠合在限制元件23上。例如，限制元件23可以與承載元件12一體成型。
在這種情況下，第一聲音換能器區域18可以佈置在第一振膜區域25中，且第二聲音換能器區域19可以佈置在第二振膜區域26中。
圖6顯示聲音換能器2的另一實施例的示意斷面圖。
根據本示例性實施例，兩個聲音換能器單元21、22通過連接元件24彼此連接。連接元件24連接兩個聲音換能器單元21、22，使得聲音換能器單元21、22的偏轉被傳送到相應的另一個聲音換能器單元21、22。根據本示例性實施例，連接元件24佈置在兩個聲音換能器單元21、22的兩個耦合元件16，17之間。
連接元件24也可以設計成具有彈性，從而可以補償由聲音換能器元件21、22的偏轉引起的距離A的變化。連接元件24可以例如彈簧元件。
此外，第一及/或第二聲音換能器單元21、22可以連接到至少一個音頻放大器3a、3b。例如，如果第一聲音換能器單元21是作為產生聲波的揚聲器時， 第一聲音換能器單元21可連接於作為揚聲放大器的音頻放大器3a、3b。例如，如果第一聲音換能器單元21是作為揚聲器操作，則其可以連接到圖1和圖2的音頻放大器3a。例如，如果第二聲音換能器單元22作為麥克風來操作，例如用於檢測聲波，，則第二聲音換能器單元22同樣可以連接到音頻放大器3a、3b。例如，如果第二聲音換能器單元22作為麥克風來操作，則其可以例如連接到圖1和圖2的音頻放大器3b。
圖7顯示聲音換能器2的另一實施例的示意斷面圖。根據本示例性實施例，第一聲音換能器元件14可具有第一聲音換能器層29和第二聲音換能器層30。兩個聲音換能器層29、30構成第一聲音換能器元件14。聲音換能器層29、30可以在軸線20的方向上下相互疊置。兩個聲音換能器層29、30可以分別為壓電元件。本實施例的第一聲音換能器元件14可以由上下疊置的兩個壓電元件組成。
有利的是，用於產生聲波的兩個聲音換能器層29、30中的一個是作為揚聲器，而另一個聲音換能器層29、30是作為麥克風來檢測聲波。利用聲音換能器層29、30可以產生聲波，並且可以利用另一個聲音換能器層29、30來檢測聲波。因此聲波可以由例如第一聲音換能器層29產生並且由第二聲音換能器單元30同時被檢測。
兩個聲音換能器層29、30還可以連接到各自的音頻放大器3a、3b。作為揚聲器操作的聲音轉換層29、30可以連接到作為揚聲器放大器的音頻放大器3a、3b，並且作為麥克風操作的聲音轉換層29、30可以連接到作為麥克風放大器的音頻放大器3a、3b。
或者，聲音換能器2也可以類似於前述附圖具有至少兩個聲音換能器層29、30的兩個聲音換能器單元21、22。
本發明不限於前述所示例及說明的實施例。即使以不同實施例中予以顯示和說明，本發明申請專利範圍內的變化均含蓋可能的特徵組合。
1‧‧‧放大器單元
2‧‧‧聲音換能器
3a、3b‧‧‧音頻放大器
3c‧‧‧混合音頻放大器
4‧‧‧處理器
5a、5b‧‧‧信號處理單元
6‧‧‧揚聲器單元
7‧‧‧麥克風單元
8‧‧‧音頻輸入端
9‧‧‧音頻輸出端
10‧‧‧界面
11‧‧‧資料線
12‧‧‧承載元件
13‧‧‧振膜
14‧‧‧第一聲音換能器元件
15‧‧‧第二聲音換能器元件
16‧‧‧第一耦合元件
17‧‧‧第二耦合元件
18‧‧‧第一聲音換能器區域
19‧‧‧第二聲音換能器區域
20‧‧‧軸線
21‧‧‧第一聲音換能器單元
22‧‧‧第二聲音換能器單元
23‧‧‧限制元件
24‧‧‧連接元件
25‧‧‧第一振膜區域
26‧‧‧第二振膜區域
27‧‧‧連接板
28‧‧‧連接板
29‧‧‧第一聲音換能器層
30‧‧‧第二聲音換能器層
A‧‧‧距離
圖1顯示具有兩個音頻放大器，處理器和兩個信號處理單元的放大器單元的方塊圖。 圖2顯示具有兩個音頻放大器，處理器和兩個信號處理單元的放大器單元的替代實施例的方塊圖。 圖3顯示具有混合音頻放大器，處理器和兩個信號處理單元的放大器單元的替代實施例的方塊圖。 圖4顯示具有承載元件和振膜的聲音換能器的示意斷面圖。 圖5顯示聲音換能器的另一示例性實施例的示意斷面圖。 圖6是聲音換能器的另一個實施例的示意斷面圖。 圖7是聲音換能器的另一個實施例的示意斷面圖。

Claims (24)

  1. 一種聲音換能器的放大器單元(1)，該聲音換能器(2)係作為一麥克風和一揚聲器操作，其具有用於聲音再現及/或錄音的至少一音頻放大器(3a、3b)，其特徵在於：該放大器單元(1)被設計成該聲音換能器(2)係同時作為該揚聲器和該麥克風操作。
  2. 如申請專利範圍第1項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該放大器單元(1)具有一處理器(4)，特別是一數位信號處理器，通過該處理器使該聲音換能器(2)在產生聲音的同時作為該麥克風。
  3. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該處理器(4)被設計用於抑制噪音，使該處理器基於傳輸的音頻信號濾除環境噪音，且/或同時抑制該聲音換能器(2)檢測到的該環境噪音。
  4. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該處理器(4)將作為該麥克風的該聲音換能器(2)所檢測的該聲音信號予以分離出代表有用聲音的一第一聲音信號分量和一代表該環境噪音的一第二聲音信號分量。
  5. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該處理器(4)基於該第二聲音信號分量產生一抗噪音信號，並且將該抗噪音信號結合於包含該聲音信號中的該有用聲音的輸入信號。
  6. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該處理器(4)在作為該揚聲器的操作和作為該麥克風的操作之間，切換該聲音換能器(2)。
  7. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該放大器單元(1)具有一混合音頻放大器(3c)，藉由該混合音頻放大器(3c)可接收提供給該聲音換能器(2)的再現音頻信號及聲音換能器(2)所記錄的該聲音信號。
  8. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該放大器單元(1)具有一用於音頻信號再現的揚聲器音頻放大器(3a)和一用於記錄該聲音信號的麥克風音頻放大器(3b)。
  9. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該音頻放大器(3a、3b)是被設計成可使特別是壓電式聲音換能器(2)可操作。
  10. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該放大器單元(1)具有至少一個信號處理單元(5a、5b)，該信號處理單元連接到該音頻放大器(3a、3b)中的至少一個，並且藉由該信號處理單元，使該音頻信號可再現聲音及/或該聲音信號可被處理以供錄製聲音。
  11. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該處理器(4)具有連接於該至少一個音頻放大器(3a、3b)及/或至少一個信號處理單元(5a、5b)的資料線(11)，藉由該資料線，使該處理器(4)可以傳送該音頻信號及檢測到的該聲音信號以及信號處理單元(5a、5b)要處理的音頻數據。
  12. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於放大器單元(1)具有至少一個特別是有線及/或雙向的界面(10)，優選地由該放大器單元(1)到該聲音換能器(2)的音頻信號和由該界面(10)到該放大器單元(1)的聲音信號可以同時被傳送。
  13. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音換能器的放大器單元，其特徵在於，該放大器單元(1)被佈置在一單晶片上。
  14. 一種聲音產生單元的放大器單元，該聲音產生單元具有可作為麥克風和揚聲器操作的聲音換能器(2)，和耦合於該聲音換能器(2)作為聲音再現及/或聲音記錄的放大器單元(1)，其特徵在於：該放大器單元(1)係如前述申請專利範圍中的一項或多項申請專利範圍來設計。
  15. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該聲音換能器(2)被設計成可傳送音頻信號的該揚聲器且同時可錄製聲音信號的該麥克風。
  16. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該聲音換能器(2)是壓電式聲音換能器。
  17. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該放大器單元(1)和該聲音換能器(2)被佈置在一單晶片上。
  18. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該聲音換能器(2)具有至少一個將該聲音換能器(2)耦合至一振膜(13)的聲音換能器單元(21，22)，該聲音換能器(2)的該振膜(13)可產生聲音並檢測該振膜(13)的偏轉以進行聲音檢測。
  19. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該至少一個聲音換能器單元(21，22)具有至少兩個聲波換能器層(29，30)，藉由該聲波換能器層(29，30)，該振膜(13)可偏轉並且藉由另一個該聲音換能器層可檢測該振膜(13)的偏轉。
  20. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該聲音換能器(2)具有至少一個耦合到該振膜(13)的一第一聲音換能器單元(21)以及至少一個耦合到該振膜(13)的一第二聲音換能器單元(22)，該聲音換能器單元(21，22)中的其中一個使該隔膜(13)偏轉，而另一個該聲音換能器單元(21，22)可以檢測該隔膜(13)的偏轉。
  21. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該至少一聲音換能器單元(21，22)及/或該兩個聲音換能器層(29，30)中的至少一個是連接於該放大器單元(1)的一處理器(4)，藉由該至少一個聲音換能器單元(21，22)及/或兩個聲音換能器層(29，30)中的至少一個感測該振膜(13)的偏轉，以產生聲音，並檢測該偏轉以進行聲音檢測。
  22. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該聲音換能器(2)的該至少兩個聲音轉換器單元(21，22)係藉由一特別是彈性的連接元件(24)互連。
  23. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該聲音換能器(2)具有一限制元件(23)，用以限制該振膜(13)沿該聲音換能器(2)的一軸線(20)的偏轉方向。
  24. 如前述申請專利範圍中的一項或多項之聲音產生單元的放大器單元，其特徵在於，該振膜(13)特別是由該限制元件(23)予以分開，該振膜(13)包括一第一振膜區域(25)和一第二振膜區域(26)，兩個該聲音轉換器單元(21，22)中的其中一個在該第一振膜區域(25)產生偏轉，用以偏轉產生聲音，而該兩個聲音轉換器單元(21，22)中的另一個則在該第二振膜區域(26)可檢測該膜(13)的偏轉，用以檢測聲音。
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