TW201909655A - 具有輔助埠之移動線圈麥克風換能器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種麥克風換能器，該麥克風換能器包括一外殼及經支撐於該外殼內且界定一內部聲學空間之一換能器總成。該換能器總成包含：一磁體總成；一隔膜，其經安置成鄰近於該磁體總成且具有一前表面及一後表面；及一線圈，其經附接至該隔膜之該後表面且能夠回應於撞擊於該前表面上之聲波而相對於該磁體總成移動。該換能器總成進一步包含：一主要埠，其建立該內部聲學空間與至少部分在該外殼內之一外部腔之間的聲學通信；及一輔助埠，其經定位於該隔膜之該前表面處。

Description

具有輔助埠之移動線圈麥克風換能器
本申請案大體上係關於一種動態麥克風。特定言之，本申請案係關於最小化一移動線圈麥克風換能器之一內部聲學體積。
存在數種類型之麥克風及相關換能器(舉例而言，諸如動態、晶體、電容器式(condenser/capacitor) (外部偏壓及駐極體)等)，其等可經設計具有各種極性回應型樣(polar response pattern) (心形、超心形、全向等)。取決於應用，各種類型之麥克風具有其優點及缺點。
動態麥克風(包含移動線圈麥克風)之一個優點在於其等係被動裝置且因此不需要主動電路、外部電源或電池來進行操作。再者，動態麥克風一般為穩健的或堅固的、相對廉價的且較不易受濕氣/濕度問題影響，且其等在引起音訊回饋問題之前展現一潛在高增益。此等屬性使動態麥克風對於舞臺用途係理想的且更適於處置諸如(舉例而言)來自近距離聲樂節目、某些樂器(例如，踢鼓及其他敲擊樂器)及放大器(例如，吉他放大器)之高音壓。
然而，動態麥克風音頭(microphone capsule)通常大於例如電容式麥克風。此係因為動態麥克風通常採用一大聲學順性(acoustical compliance)，或在隔膜後方採用一大內部腔C1 。較大腔趨於增加動態換能器之一總軸向長度，此增加總音頭大小且限制麥克風之可用外觀尺寸及實際應用。
因此，需要一種尤其提供改良的外觀尺寸而不犧牲專業級動態麥克風效能之動態型麥克風換能器。
本發明意欲藉由尤其提供一種移動線圈麥克風換能器而解決上述及其他問題，該移動線圈麥克風換能器具有一主動隔膜埠及一輔助埠，該輔助埠經構形以定位成平行於該主動隔膜埠且相對於該主動隔膜埠引入零聲學延遲。此配置有效地使用一外部聲學體積來滿足內部聲學順性要求，藉此容許最小化該換能器之一內部腔體積。
例如，一項實施例包含一種麥克風換能器，該麥克風換能器包括一外殼及支撐於該外殼內且界定一內部聲學空間的一換能器總成。該換能器總成包含：一磁體總成；一隔膜，其安置成鄰近於該磁體總成且具有一前表面及一後表面；及一線圈，其附接至該隔膜之該後表面且能夠回應於撞擊於該前表面上之聲波而相對於該磁體總成移動。該換能器總成進一步包含：一主要埠，其建立該內部聲學空間與至少部分在該外殼內之一外部腔之間的聲學通信；及一輔助埠，其定位於該隔膜之該前表面處。
另一實例實施例包含一種用於一麥克風之移動線圈換能器總成。該換能器總成包含一磁體總成及安置成鄰近於該磁體總成之一隔膜，該隔膜具有一前表面及一後表面。該換能器總成進一步包含一線圈，該線圈附接至該後表面且能夠回應於撞擊於該前表面上之聲波而與該磁體總成之一磁場相互作用。該換能器總成亦包含鄰近於該隔膜之該後表面的一第一聲學路徑，及穿過該隔膜之該前表面的一第二聲學路徑。
另一實例實施例包含一種麥克風，其包括一麥克風本體及安置於該麥克風本體中且界定一內部聲學體積的一換能器總成。該換能器總成包含一隔膜，該隔膜具有安置成穿過該隔膜之一前表面的至少一個孔隙。該麥克風進一步包含定位於該換能器總成外部之一外部聲學體積，該外部聲學體積與該內部聲學體積聲學通信。
自以下[實施方式]及隨附圖式將明白且更充分理解此等及其他實施例以及各種置換及態樣，隨附圖式闡述指示可採用本發明原理之各種方式的闡釋性實施例。
以下描述描述、繪示且例示根據本發明原理之本發明之一或多項特定實施例。本描述並非經提供以將本發明限於本文中描述之實施例，而是用於說明及教示本發明之原理，使得一般技術者能夠理解此等原理，且在該理解之情況下，能夠應用該等原理來不僅實踐本文中描述之實施例而且實踐可根據此等原理想到的其他實施例。本發明之範疇意欲涵蓋在字面上或在等效原則下落在隨附發明申請專利範圍之範疇內的全部此等實施例。
應注意，在描述及圖式中，相同或實質上類似元件可由相同元件符號標記。然而，有時此等元件可由不同數字標記，舉例而言，諸如在其中此標記促進一更清楚描述之情況中。另外，本文中闡述之圖式不一定按比例繪製，且在一些例項中，可能已放大比例以更清楚描繪某些特徵。此等標記及圖式實踐不一定涉及一潛在實質性目的。如上文陳述，本說明書意欲被視為一整體且根據如本文中所教示且如一般技術者所理解之本發明之原理來解釋。
圖1繪示一典型或習知移動線圈麥克風換能器10之形貌，其經展示以與根據本文中描述之技術設計且在圖2中展示的移動線圈麥克風換能器20之形貌進行比較。如圖1中展示，習知換能器10具有一聲學順性C1 ，聲學順性C1 界定於隔膜12後方且呈具有一長度l1 之一腔14之形式。換能器之一外部聲學延遲d1 係由隔膜12之一前表面與定位於隔膜12後方或在其後部處之一主要調諧埠16之間的距離(由阻力R1 表示)定義。埠16 (亦稱為「主動隔膜埠」或「後埠」建立內部腔體積C1 與環繞換能器10之一外殼18的一外部體積之間的聲學通信。圖1中藉由一虛線19繪示表示自換能器10之後部捕獲音波之一聲流(或路徑)，其經由主要埠16進入聲腔14。
腔順性(cavity compliance)C1 之值或內部腔14之大小取決於主要埠阻力R 1 (亦稱為「隔膜調諧阻力」或「後埠阻力」)及外部聲學延遲d 1 。由於典型定向移動線圈換能器具有一相對較大隔膜，故跨隔膜之前表面的距離亦較大，因此產生一大的外部聲學延遲d1 。大的外部聲學延遲d1 由一對應內部聲學延遲抵消，該內部聲學延遲經設計以產生一相移而消除從定義外部延遲d1 之方向接近的音波。內部聲學延遲係由結合換能器之內部腔體積工作之隔膜調諧阻力R1 產生。特定言之，可藉由將內部腔體積或腔順性C1 設定為一高值且將調諧阻力R1 設定為一低值而使內部聲學延遲變大。因換能器之以下兩個特性而將隔膜調諧阻力R1 設定為一低值。首先，假定隔膜調諧阻力R1 與隔膜體積速度相連，則通常將阻力R1 設定為等於隔膜/線圈系統之臨界阻尼阻力Rd 的一值以嚴格地抑制隔膜運動。其次，必須將此臨界阻尼阻力Rd 設定為一極低值以使移動線圈麥克風換能器再現整個音訊頻寬(例如，20赫茲(Hz) ≤f ≤ 20千赫茲(kHz))。
因此，在一習知移動線圈麥克風換能器中，為改良換能器之頻寬(例如，降低下截止頻率)，必須將隔膜調諧阻力R1 減小至R d 且因此必須增加腔順性C 1 。因此，一典型定向移動線圈麥克風換能器10之內部腔體積相對較大，此趨於增加換能器10之總軸向長度l1 ，如圖1中展示。此構形限制習知移動線圈麥克風換能器之可用外觀尺寸及應用。
相比之下，圖2展示根據實施例之一移動線圈麥克風換能器20 (本文中亦稱為「換能器總成」)，其除包含圖1中展示之隔膜12及後埠16外亦包含定位於隔膜12之前表面處的一輔助調諧埠22。由阻力Rf 表示之輔助埠22實質上平行於換能器總成20之一中心軸(或包含於其中之隔膜12)，且其引入或提供穿過隔膜12之前部且沿中心軸的一第二聲流(或路徑)，如圖2中藉由第二虛線24展示。另外，輔助埠22定位成實質上平行於主要埠16。因此，埠22及16形成換能器20中之兩個平行聲學分支或路徑(即，穿過各埠之一個路徑)，且如換能器20之隔膜12所經歷的總串聯阻力等於R1 ║Rf 或穿過兩個聲學分支之並聯等效阻力(即，Rf * R1 /(Rf +R1 ))。
在實施例中，將換能器20之總串聯阻力設定為等於隔膜/線圈系統之臨界阻尼阻力Rd (即，Rd =R1 ║Rf )以嚴格地抑制隔膜運動，就像圖1中之換能器10。然而，假定方向性條件不受阻力Rf 之值影響，則換能器20中之隔膜調諧阻力R1 可與臨界阻尼阻力Rd 解耦(例如，無需相等)，此不同於換能器10。例如，只要滿足方程式Rd =R1 ║Rf ，則換能器20仍將滿足內部聲學順性要求，即使R1 增加至超過Rd 。因此，藉由選擇並聯埠阻力Rf 之一適當值，阻力R1 可增加至大於低值臨界阻尼阻力Rd 的一值。
在實施例中，換能器20之隔膜調諧阻力R1 增加至一高值而容許腔順性C2 減小或一較小大小的內部腔26，此係歸因於上文描述之隔膜調諧阻力與內部腔體積之間的相反關係。如圖2中展示，較小內部聲學體積C2 可藉由針對形成於隔膜12後方之腔26選擇一較小長度l2 (例如，與圖1中之長度l1 相比)來達成。以此方式，添加埠22可最小化內部腔26，因此減小麥克風換能器20之總外觀尺寸。另外，存在輔助埠22可有助於降低麥克風換能器20之截止頻率，此係因為隔膜調諧阻力R1 無需降低至臨界阻尼阻力Rd 之位準。
在實施例中，為防止減小的腔順性C2 影響換能器20之頻寬及方向性(例如，極性型樣)，麥克風換能器20經構形使得外部聲學延遲d 1 保持不變。此可藉由選擇輔助埠22相對於隔膜12之一位置而不引入額外聲波外部延遲(即，除d1 外)來達成。例如，在圖2中，輔助埠22或藉此形成之平行聲學分支係與隔膜12之前表面之一中心共置或穿過隔膜12之前表面之中心(例如，在隔膜12之中心軸上)，使得由隔膜12之前表面與輔助埠22之間之距離定義之一第二外部聲學延遲d2 為零(即，d2 = 0)。在操作期間，歸因於平行聲學路徑之位置，換能器20可有效地使用外殼18外部之體積來滿足內部聲學順性要求，儘管腔26較小。即，換能器20使用外部聲學體積結合內部聲學體積26來執行麥克風操作。
因此，本文中描述之技術提供一種移動線圈麥克風換能器20，其中可在不影響基本麥克風操作(即，頻寬及方向性要求)之情況下調整隔膜調諧阻力R1 及內部腔順性C 2 。在一些情況下，最小化內部腔26，使得麥克風音頭可針對高音壓級(SPL)應用(例如，吉他放大器、敲擊樂器等)具有一較低輪廓及總質量。在其他情況下，可調整內部腔體積C2 以獲得一所要極性型樣(例如，單向、全向、心形等)。在任一情況下，可藉由調整麥克風換能器20之調諧慣性L1 及/或外部延遲d1 值而至少部分達成腔順性C2 參數之調整。
在實施例中，將輔助埠22添加至麥克風換能器20可藉由降低下截止頻率(例如，fL = 110 Hz)而不增加內部腔體積C2 以恢復拒絕而顯著改良習知換能器設計之效能。然而，麥克風換能器20之聲學靈敏度(例如，f = 1 kHz)可因存在輔助埠22及/或減小的內部腔體積C2 而受影響。特定言之，麥克風靈敏度可降低達一預期增益因數G ，其中G =Rd /R1 。在一個實例實施例中，輔助埠22引起中頻帶頻率回應之一減少，而保持低頻及高頻回應。儘管中頻帶靈敏度較低，但麥克風換能器20之總輸出可更均衡，且對於某些應用係足夠的。例如，降低的靈敏度對於高音壓級(SPL)應用(例如，吉他放大器、敲擊樂器等)或近距離狀況(例如，聲樂節目等)或在可使用放大時可不成問題。在一些情況中，可透過外部手段(舉例而言，諸如主動放大、最佳化磁路等)補償較低麥克風靈敏度。
在實施例中，將輔助埠22添加至隔膜12不改變換能器20之低阻抗特性，此至少因為分支阻力Rf 與隔膜阻力Zm 平行放置。因此，如隔膜12所經歷之總等效阻抗等於Rf ║Zm (即，Rf * Zm /(Rf +Zm ) )，其保持一低值，此係因為該方程式係由並聯分支阻力Rf 主導。如上述，可選擇並聯分支阻力Rf 使得隔膜調諧阻力R1 可增加至高於臨界阻尼阻力Rd ，同時仍使換能器20之總串聯阻力保持等於或低於臨界阻尼阻力Rd (即，Rd =R1 ║Rf )。在一些實施例中，並聯分支阻力Rf 係選擇為大於臨界阻尼阻力Rd (即，產生一過阻尼效應)，使得將輔助埠22添加至隔膜12有效地將一單向移動線圈麥克風換能器之聲學設計簡化為一單向電容式換能器之聲學設計。在其他實施例中，並聯分支阻力Rf 係選擇為小於臨界阻尼阻力Rd ，例如，在其中期望一欠阻尼效應之麥克風應用中(例如，在踢鼓麥克風之情況中)。在其他實施例中，並聯分支阻力Rf 係選擇為等於臨界阻尼阻力Rd 以產生用於主動振動消除(例如，使用加速度計)之一隔離換能器，其固有地匹配一非隔離主動換能器。
現參考圖3至圖5，其等展示根據特定實施例之一例示性移動線圈麥克風換能器30之橫截面視圖。如所繪示，換能器30包含一外殼32及支撐於外殼32內以接受聲波之一換能器總成40。在圖3及圖4中，為闡釋性目的，將麥克風換能器30之部分(包含外殼32及隔膜42)展示為透明的。在實施例中，外殼32可形成一麥克風音頭之全部或部分，該麥克風音頭圍封麥克風換能器30且連接至一較大麥克風本體34，其在圖5中部分展示。亦在實施例中，換能器總成40至少在形貌上類似於圖2中展示之麥克風換能器20且具有與上文描述之麥克風換能器20相同或類似之功能及優點。在特定實施例中，麥克風換能器30經構形以用於單向麥克風操作。在其他實施例中，麥克風換能器30可經構形以用於其他操作模式(心形、全向等)。
換能器總成40包括一磁體總成41及安置成鄰近於磁體總成41之一隔膜42。隔膜42具有安置成鄰近於外殼32之一前部內表面的一前表面43及安置成鄰近於磁體總成41之一相對後表面44。隔膜42之前表面43經構形以使聲波撞擊於其上。隔膜42之後表面44在一附接點46處連接或附接至一線圈45。如所展示，線圈45懸掛於隔膜附接點46且延伸至磁體總成41中而未觸碰磁體總成41之側。線圈45以此方式位於換能器總成40內，以能夠回應於撞擊於隔膜42之前表面43上的聲波而與磁體總成41之一磁場相互作用。
換能器總成40界定一內部聲學空間47且包含至少一個空氣通路或埠48以建立或促進內部聲學空間47與定位於換能器總成40外部之一外部腔50之間的聲學通信。如所展示，外部腔50包含界定於外殼32與換能器總成40之間的一聲學空間或體積。外部腔50亦可包含定位於外殼32外部之聲學空間或環繞麥克風換能器30之空間。如所展示，(若干)聲學埠48形成於隔膜42之一外緣部分51下方或鄰近於隔膜42之後表面44。隔膜緣51之外邊緣附接至磁體總成41之一頂部及/或外殼32，而隔膜緣51之內邊緣附接至線圈45，因此在隔膜42之緣部分51下方產生一體積。在實施例中，聲學埠48 (本文中亦稱為「主要調諧埠」)可形成用於調諧麥克風換能器30之方向性的一相位延遲網路之全部或部分。在所展示之實施例中，在換能器總成40之兩側上實施兩個埠48。在其他實施例中，換能器總成40可包含僅換能器總成40之一個側上的一單一埠48。
磁體總成41包含一中心安置磁體52，中心安置磁體52之磁極大體上沿外殼32之一中心垂直軸垂直配置。磁體總成41亦包含一環形底部磁極片54，底部磁極片54自磁體52向外同心地定位且具有與磁體52之一上部的磁極相同之一磁極。磁體總成41進一步包含一頂部磁極片56，頂部磁極片56安置於中心磁體52上方、鄰近於底部磁極片54之上臂。頂部磁極片56具有與中心磁體52之上部的磁極相反之一磁極。當聲波撞擊於前隔膜42上時，線圈45相對於磁體總成41及其相關聯磁場移動以產生對應於聲波之電信號。電信號可經由一線圈連接件及相關聯終端引線(舉例而言，諸如圖4中展示之電引線60或圖5中展示之電引線61)傳輸。
內部聲學空間47 (例如，類似於在上文描述且在圖2中展示之內部腔26)係由隔膜42後方或鄰近於後表面44之一空間、大體上與磁體總成41相關聯之一中心空間及定位於磁體總成41下方之一後部或背部空間界定，如圖3至圖5中展示。內部聲學空間47亦包含圍繞線圈45形成之一間隙57、或線圈45與磁體52之間的空間及線圈45與頂部磁極片56之間的空間。(若干)主要調諧埠48 (例如，類似於在上文描述且在圖2中展示之(若干)隔膜調諧埠16)促進內部聲學空間47與外部腔50之間的聲學通信。在所繪示實施例中，各主要埠48係磁體總成41之頂部磁極片56 (在本文中亦稱為「頂部」)內之一孔隙，以產生鄰近於隔膜42之後表面44的一聲流或路徑。一聲阻62 (例如，類似於在上文描述且在圖2中展示之阻力R1 )安置於頂部磁極片56之兩個片之間，使得穿過(若干)埠48之聲波遇到聲阻62。聲阻62可為一織物、網篩或用於在(若干)埠48處產生聲流阻力之其他適合材料。
在實施例中，換能器總成40進一步包含定位於隔膜42之前表面43處以產生穿過前表面43之一聲流或路徑的一輔助埠64。如所展示，輔助埠64 (例如，類似於在上文描述且在圖2中展示之輔助埠22)定位成實質上平行於定位於隔膜42之外緣51下方或後方之(若干)主要埠48。輔助埠64可由安置於隔膜42之前表面43中或穿過隔膜42之前表面43的一或多個孔隙形成，或其包含該一或多個孔隙，如圖6中展示及下文更詳細描述。在所繪示實施例中，輔助埠64係定位於由隔膜42形成之一圓頂65之中心及/或頂部處的一單一埠，使得(若干)主要埠48與輔助埠64之間的一聲學延遲為零(例如，d2 = 0)。將輔助埠64放置於隔膜42之中心可提供麥克風換能器30之最佳或一較佳頻率回應效能。然而，在其他情況中，若其他頻率回應較佳或可被容忍，則可將輔助埠64放置於隔膜42上之別處。例如，在此等情況中，輔助埠64可包含均勻地跨隔膜42放置或呈跨隔膜42散佈之一同心陣列的複數個埠。
圖6展示根據實施例之包括一例示性輔助埠72 (例如，類似於圖3至圖5中展示之輔助埠64)之一例示性隔膜70 (例如，類似於圖3至圖5中展示之隔膜42)。輔助埠72經構形以產生穿過隔膜70且實質上平行於形成於隔膜70下方之一聲阻(例如，類似於圖3至圖5中展示之聲阻62)的一第二聲流阻力(例如，類似於上文描述及圖2中展示之並聯埠阻力Rf )。
在所繪示實施例中，輔助埠72係定位於隔膜70之一圓頂部分74之中心處(例如，類似於圖3至圖5中展示之中心圓頂65)，以最小化或消除相對於隔膜70之一外部聲學延遲。圓頂部分74係由一彈性緣76 (例如，類似於圖3至圖5中展示之外緣部分51)環繞。在實施例中，隔膜70係一單件式結構，使得圓頂部分74及彈性緣76係由一連續材料片形成。緣76之一外邊緣78可經附接至包括隔膜70之換能器總成(舉例而言，諸如圖3至圖5中展示之換能器總成40)之一頂表面。彈性緣76在一內邊緣79處與圓頂部分74相遇或附接。內邊緣79之一後表面(例如，類似於圖3至圖5中展示之附接點46)經附接至換能器總成之一線圈(例如，類似於圖3至圖5中展示之線圈45)。在實施例中，一或多個聲學路徑係由經定位於外邊緣78與內邊緣79之間的彈性緣76下方之(若干)調諧埠(例如，類似於圖3至圖5中展示之(若干)主要埠48)形成。此等聲學路徑係實質上平行於由輔助埠72形成之穿過隔膜42的聲學路徑。
如所展示，輔助埠72可係由複數個孔隙80形成。在一些實施例中，孔隙80係使用(例如)雷射切割、晶粒切割或能夠在隔膜70中穿孔或產生孔之其他製造技術直接圖案化至隔膜材料自身中，或經形成穿過隔膜材料自身。在此等情況中，隔膜70之圖案化部分用作用於穿過輔助埠72之任何聲波的第二聲阻(例如，Rf )。在其他實施例中，藉由形成穿過隔膜70之一孔隙或孔82且用一分離材料片覆蓋孔82來產生輔助埠72，該材料片包含複數個個孔隙80，或以其他方式經構形以提供第二聲阻(例如，Rf )。在此等情況中，可藉由切除或以其他方式移除隔膜70之一部分來形成隔膜孔82。可使用膠或其他適當黏著劑將聲阻材料貼附至環繞孔82之隔膜材料。作為一實例，聲阻材料可為預先穿孔有複數個孔隙80之一網篩或一塊織物。在此等實施例中，聲阻材料(本文中亦稱為一「穿孔材料」)係一輕質、低慣性材料，以避免歸因於聲阻材料之額外質量而使隔膜70質量加載，或以其他方式改變麥克風換能器之操作。
在一些替代實施例中，可將一第二麥克風換能器總成添加至麥克風換能器30以消除振動，或以其他方式減輕麥克風換能器30中歸因於添加輔助埠64所導致之振動靈敏度效應。例如，雖然麥克風換能器30之聲學靈敏度根據預期增益G 之一因數縮放，其中G = Rd /R1 ，但麥克風之振動靈敏度不縮放。此係因為換能器之結構激勵係由麥克風手柄之位移、與麥克風音頭之直接接觸或麥克風底座之其他處置所引起之「底座激勵」。所得振動回應或麥克風處置雜訊取決於藉由添加輔助埠64無法改變之總系統阻尼(即，麥克風換能器30之所暴露埠48及64之並聯組合)。相反地，聲學激勵透過或經由麥克風換能器30之所暴露埠48及64發生，且因此取決於通過個別聲學網路路徑之阻尼。因此，與無一輔助埠之一習知換能器(例如，圖1之麥克風換能器10)相比，添加輔助埠64可降低麥克風換能器30之聲學回應。然而，當麥克風換能器30之聲學回應縮放為等於一習知麥克風換能器之聲學回應時(例如，藉由調整麥克風增益)，麥克風換能器30之振動回應可表現為高於習知換能器之振動回應。例如，在實施例中，具有輔助埠64之麥克風換能器30之振動靈敏度可比具有相同聲學靈敏度之一習知麥克風換能器大G-1 倍。此外，歸因於線圈45之存在，移動線圈麥克風換能器(如同換能器30)已非常容易受結構激勵之影響。因此，麥克風換能器30可需要振動減輕策略來抵消添加輔助埠64之影響。
現參考圖7，其展示一種使用一第二換能器來消除由主要換能器產生之振動的振動減輕策略。更明確言之，圖7描繪一例示性麥克風換能器130，其包括一第一麥克風換能器總成140 (亦稱為一「主要換能器」)及一第二麥克風換能器總成240 (亦稱為「消除換能器」)。第一麥克風換能器總成140可實質上類似於在圖3至圖5中展示且在上文描述之麥克風換能器總成40。例如，第一換能器140可包含實質上類似於麥克風換能器30之磁體總成41、隔膜42及線圈45之一磁體總成141、一隔膜142及一線圈145。第一換能器140亦可包含類似於麥克風換能器30之主要埠48之主要聲學埠148，及類似於麥克風換能器30之輔助埠64之穿過隔膜142之一中心圓頂部分165的一輔助聲學埠164。
為簡化頻率回應匹配及其他麥克風設計考量，第二換能器總成240可實質上相同於第一換能器總成140。例如，第二換能器總成240可具有與第一換能器140之結構頻率回應相同且可沿與第一換能器140相同之激勵軸定向但具有與第一換能器140相反之極性。在一些情況中，第二換能器240亦可具有與第一換能器140相同之移動線圈換能器構造。例如，第二換能器總成240可包含實質上類似於第一麥克風換能器總成140之磁體總成141、隔膜142及線圈145的一磁體總成241、一隔膜242及一線圈245。
如所展示，兩個麥克風換能器140及240可併入至相同外殼132中，使得換能器140及240一起作為具有內置振動消除之一單一麥克風音頭。為移除來自主要換能器140之振動信號，必須自主要換能器140之輸出電「減去」輔助換能器240之輸出，同時適當考量總麥克風電輸出阻抗。在實施例中，此可使用兩個機械/聲學實施方案之一者來使用兩個換能器構造一麥克風而達成。
用於將兩個換能器放置於一個麥克風音頭內之一第一例示性實施方案涉及將第一換能器140之一內部聲域C2 與第二換能器240之一內部聲域C 3 完全隔離，使得兩個換能器140及240完全獨立。此實施方案在特定定向約束下可為最佳的，但不容許最小化麥克風音頭大小。因此，當試圖達成一較小外觀尺寸時，第一實施方案可能並非較佳的。
圖7繪示一第二例示性實施方案，其中將第二麥克風換能器總成240放置於第一麥克風換能器總成140之一內部聲腔147 (或聲域C2 )內。如所展示，第二換能器總成240需要至少C3 = Cf + Cb 之一聲域或體積，其中Cf 係隔膜242前部之體積且Cb 係隔膜242後方之體積。在第二實施方案中，第二換能器240之聲域C3 與第一換能器140之聲域C2 共用。腔C2 及C3 可透過具有一聲阻R3 之一埠290耦合，使得第二換能器240可在第一換能器140之主要調諧體積C2 內操作。在一些實施例中，消除換能器240可完全包裝於主要換能器140內，使得無需額外空間來容納第二換能器總成240。在此等情況中，外殼132之大小及形狀可實質上類似於麥克風換能器30之外殼32。
在所繪示構形中，第二換能器240耦合至第一換能器140之結構擾動及內部聲學擾動，但可與第一換能器140所經歷之外部聲學擾動隔離。此係因為主要換能器140之內部聲域C2 歸因於通過第一換能器140之主要埠148的一聲阻R1 而與與外部聲學擾動部分隔離。同時，預期頻寬內之腔阻力使得聲壓在腔C2 內均勻地改變。因此，C2 之腔壓力波動未激勵消除換能器240之隔膜242 (或若其激勵隔膜242，則可使用已知技術在所得頻率回應中考量)。此外，若需要額外隔離，則可使用透過聲阻移植之腔分段，但取決於通過零延遲埠164之阻力，通過主要埠148之阻力R1 可足夠大以用於隔離。
在實施例中，至少出於與上文關於圖2所論述相同之原因，可將第一換能器140之總串聯阻力設定為等於或低於臨界阻尼阻力R d (即，Rd =R1 ║Rf1 )，其中Rf1 係通過第一換能器140之輔助埠164之聲阻。為提供匹配振動頻率回應，第二換能器240可經構形以具有與主要換能器140相同之Rd 參數。此可至少部分藉由使用上文描述之技術來產生類似於第一換能器140之輔助埠164之穿過第二換能器240之隔膜242的一輔助埠264而達成。例如，輔助埠264可藉由在隔膜242之一中心圓頂部分265之中心內產生複數個孔或藉由將一分離網篩或布料放置於穿過中心圓頂部分265之一孔上方(參見例如圖6)而形成。另外，第二換能器240可經構形使得輔助埠164表示自隔膜242前部至隔膜242後部之唯一聲學路徑，因此使第二換能器240之總串聯阻力等於通過輔助埠264之聲阻Rf2 。因此，藉由簡單地將阻力Rf2 設定為等於臨界阻尼阻力Rd (即，Rf2 =Rd )，第二換能器240之振動回應可匹配第一換能器140之振動回應。
在實施例中，第一換能器總成140之內部腔147可藉由增加通過第一換能器140之輔助埠164的阻力Rf 1 使其超過臨界阻尼阻力Rd (即，Rf 1 ＞Rd )且將通過第二換能器240之輔助埠264的阻力Rf 2 設定為等於臨界阻尼阻力(即，Rf 1 =Rd )而保持大小最小化(例如，如同圖3中展示之換能器30之腔47)，如上文論述。因此，藉由使用第一換能器140之現有內部腔147來可操作地容置第二換能器240，所繪示實施方案可提供振動消除而不犧牲麥克風換能器130之較小麥克風音頭大小。
在一些實施例中，麥克風換能器130可經構形以獲得一階方向性，同時亦在由麥克風換能器130輸出之經組合電信號內考量來自輔助換能器240之一壓力回應。儘管第二換能器240由通過輔助埠264之阻力Rf2 有效地繞過，然第二換能器240可輸出一低位準壓力回應，除非考量該回應，否則其可影響第一換能器140之頻率回應，或至少產生充當麥克風之極性型樣之一最小拒絕位準之一「本底雜訊」。解決此問題之一個技術係藉由有意地「誤調」主要換能器140之極性回應而修改主要換能器140之極性回應以匹配輔助換能器240之壓力回應，使得當減去回應信號時，所得輸出信號係所要極性回應。例如，為在一共用體積實施方案中使用雙換能器獲得一單向麥克風，與所要極性回應相比，可將主要換能器140之個別回應推向全向，且輔助換能器240在低頻下可具有與隔膜前方之腔內之腔壓力或Cf 成比例的一壓力回應。在較高頻率下，聲學回應可不受第二換能器240影響，此係因為壓力回應之振幅下降。
因此，與習知移動線圈麥克風換能器相比，本文中描述之技術提供最小化一移動線圈麥克風換能器之內部聲學體積，而不犧牲低頻頻寬(例如，f = 100 Hz)或影響麥克風之方向性特性。
本發明意欲說明如何根據本技術設計及使用各種實施例，而非限制本發明之真實、預期及合理之範疇及精神。前文描述並不意欲為詳盡的或限於所揭示之精確形式。鑑於上述教示，修改或變動係可行的。選取且描述(若干)實施例以提供所描述技術之原理及其實踐應用之最佳繪示，且使一般技術者能夠在各種實施例中利用該技術且預期各種修改適於特定用途。全部此等修改及變動在由可在本專利申請案未決期間修訂之隨附發明申請專利範圍及在根據公正地、合法地且合理地授權其等之範圍解釋的全部其等效物判定之實施例之範疇內。
10‧‧‧移動線圈麥克風換能器
12‧‧‧隔膜
14‧‧‧腔/聲腔
16‧‧‧主要調諧埠/主要埠/後埠
18‧‧‧外殼
19‧‧‧虛線
20‧‧‧移動線圈麥克風換能器/換能器總成
22‧‧‧輔助調諧埠/輔助埠
24‧‧‧第二虛線
26‧‧‧內部腔/內部聲學體積
30‧‧‧移動線圈麥克風換能器
32‧‧‧外殼
34‧‧‧麥克風本體
40‧‧‧換能器總成
41‧‧‧磁體總成
42‧‧‧隔膜
43‧‧‧前表面
44‧‧‧後表面
45‧‧‧線圈
46‧‧‧附接點
47‧‧‧內部聲學空間/腔
48‧‧‧埠/聲學埠/主要調諧埠/主要埠
50‧‧‧外部腔
51‧‧‧外緣部分/隔膜緣/緣部分/外緣
52‧‧‧中心安置磁體/中心磁體
54‧‧‧底部磁極片
56‧‧‧頂部磁極片
57‧‧‧間隙
60‧‧‧電引線
61‧‧‧電引線
62‧‧‧聲阻
64‧‧‧輔助埠
65‧‧‧圓頂
70‧‧‧隔膜
72‧‧‧輔助埠
74‧‧‧圓頂部分
76‧‧‧彈性緣
78‧‧‧外邊緣
79‧‧‧內邊緣
80‧‧‧孔隙
82‧‧‧孔/隔膜孔
130‧‧‧麥克風換能器
132‧‧‧外殼
140‧‧‧第一麥克風換能器總成/第一換能器/主要換能器/第一換能器總成
141‧‧‧磁體總成
142‧‧‧隔膜
145‧‧‧線圈
147‧‧‧內部聲腔/內部腔
148‧‧‧主要聲學埠
164‧‧‧輔助聲學埠/輔助埠
165‧‧‧中心圓頂部分
240‧‧‧第二麥克風換能器總成/輔助換能器/消除換能器/第二換能器
241‧‧‧磁體總成
242‧‧‧隔膜
245‧‧‧線圈
264‧‧‧輔助埠
265‧‧‧中心圓頂部分
290‧‧‧埠
圖1係繪示一習知移動線圈麥克風換能器總成之一般形貌之一示意圖。
圖2係繪示根據一或多項實施例之一例示性移動線圈麥克風換能器總成之一般形貌之一示意圖。
圖3係根據一或多項實施例之一例示性移動線圈麥克風換能器之一正視橫截面視圖。
圖4係圖3中描繪之移動線圈麥克風換能器之一透視橫截面視圖。
圖5係根據一或多項實施例之安置於一麥克風本體之一部分中的圖3及圖4中描繪之移動線圈麥克風換能器之一透視橫截面視圖。
圖6係根據一或多項實施例之一例示性隔膜之一透視圖。
圖7係根據一或多項實施例之另一例示性移動線圈麥克風換能器之一正視橫截面視圖。

Claims (28)

  1. 一種麥克風換能器，其包括： 一外殼； 一第一換能器總成，其經支撐於該外殼內且界定一內部聲學空間，該第一換能器總成包含：一磁體總成；一隔膜，其經安置成鄰近於該磁體總成且具有一前表面及一後表面；及一線圈，其經附接至該隔膜之該後表面且能夠回應於撞擊於該前表面上之聲波而相對於該磁體總成移動； 一主要埠，其建立該內部聲學空間與至少部分在該外殼內之一外部腔之間的聲學通信；及 一輔助埠，其經定位於該隔膜之該前表面處。
  2. 如請求項1之麥克風換能器，其中該輔助埠係定位於該隔膜之該前表面之一中心處，使得與該輔助埠相關聯之一外部聲學延遲實質上等於零。
  3. 如請求項1之麥克風換能器，其中該輔助埠係由穿過該隔膜之至少一個孔隙形成。
  4. 如請求項1之麥克風換能器，其中該輔助埠係由經圖案化至該隔膜材料中之複數個孔隙形成。
  5. 如請求項3之麥克風換能器，其中該輔助埠係由覆蓋該隔膜之該至少一個孔隙之一穿孔材料形成。
  6. 如請求項1之麥克風換能器，其中該輔助埠經安置成實質上平行於該主要埠。
  7. 如請求項6之麥克風換能器，其中該主要埠係定位於該隔膜之一彈性緣下方。
  8. 如請求項7之麥克風換能器，其中該主要埠係經安置於該磁體總成之一頂部部分內之一孔隙。
  9. 如請求項1之麥克風換能器，其中與該主要埠相關聯之一聲阻大於該隔膜之一臨界阻尼阻力。
  10. 如請求項1之麥克風換能器，進一步包括一第二換能器總成，該第二換能器總成係安置於該第一換能器總成之該內部聲學空間內。
  11. 如請求項10之麥克風換能器，其中該第二換能器總成包含：一第二磁體總成；一第二隔膜，其經安置成鄰近於該第二磁體總成；一第二線圈，其經附接至該第二隔膜之一後表面且能夠回應於撞擊於該第二隔膜之一前表面上之聲波而相對於該第二磁體總成移動；及一第二輔助埠，其經定位於該第二隔膜之該前表面處。
  12. 一種用於一麥克風之移動線圈換能器總成，該換能器總成包括： 一磁體總成； 一隔膜，其經安置成鄰近於該磁體總成，該隔膜具有一前表面及一後表面； 一線圈，其經附接至該後表面且能夠回應於撞擊於該前表面上之聲波而與該磁體總成之一磁場相互作用； 一第一聲學路徑，其鄰近於該隔膜之該後表面；及 一第二聲學路徑，其穿過該隔膜之該前表面。
  13. 如請求項12之移動線圈換能器總成，其中與該第一聲學路徑相關聯之一聲阻大於該隔膜之一臨界阻尼阻力。
  14. 如請求項12之移動線圈換能器總成，其中該第二聲學路徑係沿該隔膜之一中心軸定位，使得與該第二聲學路徑相關聯之一外部聲學延遲實質上等於零。
  15. 如請求項12之移動線圈換能器總成，其中該第二聲學路徑係由穿過該隔膜之該前表面及該後表面的至少一個孔隙形成。
  16. 如請求項15之移動線圈換能器總成，其中該至少一個孔隙包含經圖案化至該隔膜材料中以產生該第二聲學路徑之一聲流阻力的複數個孔隙。
  17. 如請求項15之移動線圈換能器總成，其中一穿孔材料係安置於該隔膜之該至少一個孔隙上方，以產生該第二聲學路徑之一聲流阻力。
  18. 如請求項12之移動線圈換能器總成，其中該第二聲學路徑經安置成實質上平行於該第一聲學路徑。
  19. 如請求項18之移動線圈換能器總成，其中該第一聲學路徑係定位於該隔膜之一彈性緣下方。
  20. 一種麥克風，其包括： 一麥克風本體； 一第一換能器總成，其經安置於該麥克風本體中且界定一內部聲學體積，該第一換能器總成包含一隔膜，該隔膜具有經安置成穿過該隔膜之一前表面的至少一個孔隙；及 一外部聲學體積，其係定位於該第一換能器總成外部，該外部聲學體積與該內部聲學體積聲學通信。
  21. 如請求項20之麥克風，其中該第一換能器總成進一步包含用於建立該外部聲學體積與該內部聲學體積之間之聲學通信之一主要調諧埠。
  22. 如請求項21之麥克風，其中與該主要調諧埠相關聯之一聲阻大於該隔膜之一臨界阻尼阻力。
  23. 如請求項21之麥克風，其中由該主要調諧埠形成之一第一聲學路徑及由該至少一個孔隙形成之一第二聲學路徑係安置成實質上平行於該隔膜之一中心軸。
  24. 如請求項20之麥克風，其中該至少一個孔隙經安置成穿過該隔膜之一中心，使得與該至少一個孔隙相關聯之一外部聲學延遲實質上等於零。
  25. 如請求項24之麥克風，其中該至少一個孔隙包含經構形以產生通過該隔膜之該中心之聲流阻力的複數個孔隙。
  26. 如請求項24之麥克風，其中該至少一個孔隙係由一穿孔材料覆蓋，該穿孔材料經構形以產生通過該隔膜之該中心的聲流阻力。
  27. 如請求項20之麥克風，進一步包括一第二換能器總成，該第二換能器總成係安置於該第一換能器總成之該內部聲學體積內。
  28. 如請求項27之麥克風，其中該第二換能器總成包含一第二隔膜，該第二隔膜具有經安置成穿過該第二隔膜之一前表面的一或多個第二孔隙。
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