用于降低风噪声的技术的制作方法

用于降低风噪声的技术


背景技术：

1.本公开的各方面整体涉及麦克风设备。
2.耳机和扬声器可包括任何数量的麦克风。麦克风可以用于但不限于以下用途的一个或多个同步或异步条件：有源噪声消除、噪声降低和/或通信。可以在可能影响用户体验的各种环境中使用麦克风。例如，在恶劣的环境中，麦克风应防水、防汗、防尘等。又如，在风大的条件下，风噪声可能降低麦克风感测到的音频信号的质量。因此，需要改善麦克风的信风噪比。


技术实现要素：

3.本文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
4.本公开的特定方面提供了一种装置。该装置包括包含至少一个麦克风传感器的支撑结构，以及设置为与该支撑结构相邻的第一材料层，其中在该第一材料层与该支撑结构之间形成第一空气层，该第一空气层与麦克风传感器相邻。
5.在特定方面，该支撑结构包括具有腔体的壳体，该至少一个麦克风传感器处于该腔体中，并且其中该第一材料层与该腔体的开口相邻。在特定方面，该第一材料层包括声阻材料的筛网。
6.在特定方面，该第一材料层包括膜。在特定方面，该膜是防水或防尘中的至少一者。
7.在特定方面，该装置还包括设置为与第一材料层相邻的第二材料层，其中在该第一材料层与该第二材料层之间形成第二空气层。在特定方面，该装置还包括设置为与第二材料层相邻的第三材料层，其中在该第二材料层与该第三材料层之间形成第三空气层。在特定方面，该第一材料层、该第二材料层和该第三材料层中的每一者包括声阻材料的膜或层。
8.在特定方面，该至少一个麦克风传感器包括高阻抗麦克风传感器。在特定方面，该高阻抗麦克风传感器包括微机电系统(mems)麦克风传感器。
9.本公开的特定方面提供了一种用于感测音频信号的方法。该方法通常包括通过由支撑结构支撑的至少一个麦克风传感器来感测音频信号，通过设置为与该麦克风传感器相邻的第一材料层接收该音频信号，其中在该第一材料层与该支撑结构之间形成第一空气层，该第一空气层与该支撑结构相邻，并且通过该麦克风传感器基于该音频信号生成电信号。
10.在特定方面，该支撑结构包括具有腔体的壳体，该至少一个麦克风传感器处于该腔体中，并且其中该第一材料层与该腔体的开口相邻。在特定方面，该第一材料层包括声阻材料的筛网。
11.在特定方面，该第一材料层包括膜。在特定方面，该膜是防水或防尘中的至少一者。
12.在特定方面，通过设置为与该第一材料层相邻的第二材料层接收该音频信号，其
中在该第一材料层与该第二材料层之间形成第二空气层。在特定方面，通过设置为与该第二材料层相邻的第三材料层接收该音频信号，其中在该第二材料层与该第三材料层之间形成第三空气层。在特定方面，该第一材料层、该第二材料层和该第三材料层中的每一者包括声阻材料的膜或层。
13.在特定方面，该至少一个麦克风传感器包括高阻抗麦克风传感器。在特定方面，该高阻抗麦克风传感器包括mems麦克风传感器。
附图说明
14.图1示出了用于头戴式受话器的一个耳机的示例性耳机盖。
15.图2示出了在移除耳机盖之后的耳机的内部部分。
16.图3示出了顶部麦克风元件的示例。
17.图4示出了根据本公开的特定方面的示例性微机电系统(mems)麦克风。
18.图5是示出了根据本公开的特定方面的音频信号和风噪声的衰减的曲线图。
19.图6示出了根据本公开的特定方面的通过具有声学电阻率的多个材料层实现的示例性mems麦克风。
20.图7a和图7b是示出了根据本公开的特定方面的使用多个材料层实现的mems麦克风的信风噪比(snr)改善的曲线图。
21.图8示出了根据本公开的特定方面的具有使用膜实现的材料层的示例性mems麦克风。
22.图9示出了根据本公开的特定方面的具有膜和材料层的示例性mems麦克风。
23.图10示出了根据本公开的特定方面的用于感测音频信号的示例性操作的流程图。
具体实施方式
24.本公开的特定方面提供了用于降低可能由于风或其它空气传播局部压力波动而引起的麦克风或其它压力换能器上的流动噪声的技术。如下文更详细地描述的，本文所述的技术对于任何高阻抗麦克风或压力换能器都是有效的。例如，本文所述的技术对于其中麦克风(例如，振动膜、端口和前腔)的总阻抗显著高于本文所述的风噪声处理系统的总阻抗的任何麦克风可能是有效的。高阻抗麦克风的一个示例是微机电系统(mems)麦克风。
25.虽然本文提供的特定示例描述了用于降低mems麦克风的流动噪声以便于理解的技术，但本文所述的各方面可实现于任何合适的麦克风。本公开的各方面可应用于降低多种麦克风系统(诸如以各种形状因数的可穿戴麦克风设备)的流动噪声。这些形状因数包括但不限于包括一个或多个声学驱动器以产生声音(无论是否接触用户的耳朵)的音频眼镜、助听设备和其他头戴、肩戴或身体佩戴的音频设备。
26.图1示出了用于头戴式受话器的一个耳机的示例性耳机盖100。耳机盖100包括位于两个位置处的一组穿孔102、104。位于耳机盖100上的穿孔组102和104中的每个穿孔组与外部世界可见的单独麦克风元件开口相关联。虽然示出了两组穿孔，但耳机盖可以包括多于两组或少于两组穿孔。虽然图1中未示出，但是在通向麦克风元件的穿孔后面可存在一个或多个开孔。
27.图2示出了在移除耳机盖诸如图1中所示的耳机盖100之后的耳机200的内部部分。
其示出了两个壳体202和204。每个壳体限定相应的(第一)腔。壳体的腔耦接到相应的麦克风元件(未示出)。麦克风元件包括麦克风传感器，该麦克风传感器设置在麦克风腔中。根据本公开的特定方面，如本文更详细地描述，可实现一个或多个材料层以降低流动噪声并且保护麦克风传感器免受水和灰尘进入。在一些情况下，一个或多个材料层可设置在每个壳体202和壳体204的外端。
28.麦克风传感器可容纳在麦克风元件(其可以称为麦克风组件)内。容纳麦克风传感器的麦克风元件可具有声音开口，该声音开口穿过麦克风元件的顶盖(称为顶部麦克风元件)或穿过麦克风元件的底部基板(称为底部麦克风元件)。在一个方面，麦克风元件的底表面为基板、印刷电路板(pbc)或柔性电路板。应当指出的是，本文所述的各方面不限于顶端麦克风元件，也可以实现于顶端mems麦克风元件和底端mems麦克风元件。
29.图3示出了顶部麦克风元件300的示例。声音开口302延伸穿过麦克风元件的顶盖或盖板304。麦克风传感器306位于麦克风元件300内。在麦克风传感器306是mems设备的情况下，麦克风传感器306耦接到专用集成电路(asic)308。麦克风传感器306和asic 308设置在基板310诸如pcb基板或柔性电路板上。在一个方面，柔性电路板不含导线(引线)。麦克风传感器306位于由盖板304和基板310限定的麦克风腔312中。
30.本公开的特定方面提供了用于降低麦克风的流动噪声而对麦克风感测到的音频信号的质量几乎没有影响的技术。在风大的环境中，重要的是降低风噪声而不会降低音频信号质量，从而改善用户体验。本公开的特定方面可以应用于通过在腔体上方形成材料层(例如，膜或任何声阻层)并在材料层和具有麦克风传感器的腔体的支撑结构(例如，壳体)之间形成空气薄层而实现的具有相对较小腔体的麦克风。在一些示例中，空气层可以薄至100微米或更薄，尽管在其它示例中，空气层的厚度可以实现为大于100微米。
31.图4示出了根据本公开的特定方面的示例性mems麦克风400。如图所示，mems麦克风400可包括具有腔体408以及设置在腔体408中的麦克风传感器(例如，如关于图3所描述的)的支撑结构(例如，壳体406)。具有声学电阻率的材料层402(诸如电阻网或微穿孔板)可以设置为与腔体408相邻。在示例中，可以经由支撑结构410支撑材料层402，使其与腔体408内部的麦克风传感器相邻。如图所示，材料层402可在材料层402与麦克风或壳体406的表面之间形成空气层404。
32.材料层402和空气层404允许降低由mems麦克风400感测的风噪声。例如，可能由风引起的材料层上的部分相关压力波动在空气层404中累积，从而导致如由腔体408中的麦克风传感器感测的风噪声降低。也就是说，与mems麦克风400接触的风在材料层402上产生压力波动，该压力波动仅部分相关(例如，具有不同的相位)。压力波动在空气层404中传播并累积，由于压力波动具有不同的相位，因此有效地相互抵消。另一方面，与空气层的尺寸相比，声波波长具有更长的波长。此外，声波波长在材料层402的表面上相关，并且因此不会被材料层402和空气层404衰减。因此，空气层404充当由风引起的压力波动的累积器，并且由于压力波动部分相关，压力波动在空气层404中彼此抵消，从而对音频信号几乎没有影响。
33.图5是示出了根据本公开的特定方面的音频信号502和风噪声504的衰减的曲线图500。如图所示，通过材料层402和空气层404的组合在感兴趣的频带中降低风噪声504(例如，降低高达30db)，而对音频信号502几乎没有影响。通过使用多层系统，可以进一步改善风噪声降低，并且因此降低信风噪比。例如，可以形成具有声学电阻率的多个材料层，每个
材料层形成在每个层之间的空气层。
34.图6示出了根据本公开的特定方面的通过具有声学电阻率的多个材料层实现的示例性mems麦克风600。如图所示，mems麦克风600包括材料层602、材料层606和材料层402，每个材料层具有声学电阻率并且形成气隙。例如，空气层604形成在材料层602与材料层606之间，空气层608形成在材料层606与材料层402之间，并且空气层404形成在材料层402与壳体406之间。
35.图7a和图7b是示出了根据本公开的特定方面，相对于单个材料层实施方式，使用多个材料层实现的mems麦克风的信风噪比(snr)改善的曲线图700、701。曲线图700包括曲线702，其示出了与单个材料层实施方式相比，用声阻抗为700rayls的两个材料层实现的mems麦克风的信风噪比改善(例如，如关于图4所描述的)。曲线图700还包括曲线704，其示出了与单个材料层实施方式相比，用声阻抗为700rayls的三个材料层实现的mems麦克风的信风噪比改善。
36.曲线图701包括曲线706，其示出了与单个材料层实施方式相比，用声阻抗为3300rayls的两个材料层实现的mems麦克风的信风噪比改善。曲线图701还包括曲线708，其示出了与单个材料层实施方式相比，用声阻抗为3300rayls的三个材料层实现的mems麦克风的信风噪比改善。
37.如曲线图700、701所示，与单个材料层实施方式相比，可实现高达5db的改善。此外，在有利的声音频带(例如，介于约800hz至5khz之间)内实现了信风噪比的改善。
38.图8示出了根据本公开的特定方面的具有使用具有声阻抗的膜804实现的材料层的示例性mems麦克风800。如图所示，膜804在膜804和壳体406之间形成空气层802。膜804可以是防水和/或防尘筛网。因此，在制造灰尘和防水的mems麦克风800时，添加膜804改善了mems麦克风800的信风噪比。在特定方面，除了具有声学电阻率的一个或多个材料层之外，可以使用膜804，从而提供对mems麦克风的信风噪比的进一步改善。
39.图9示出了根据本公开的特定方面的具有膜804和材料层602、606的示例性mems麦克风900。由于在腔体408上方实现膜804，因此mems麦克风900可以是防水和/或防尘的，同时通过在膜804上方实现材料层602、606，与mems麦克风800相比，还提供了对mems麦克风900的信风噪比的额外改善。尽管在示例性mems麦克风900中膜804被实现为比材料层602、606更靠近壳体406，但是膜804和材料层602、606可以以任何合适的顺序与壳体406相邻设置。
40.由于空气层(例如，空气层404)和麦克风的总系统阻抗显著高于材料层(例如，材料层402)的阻抗，因此本文所述的技术对麦克风的语音和音频拾取几乎没有影响，从而使麦克风感应到的信风噪比大幅增加。换句话讲，音频信号的衰减水平取决于材料层402的阻抗与总系统阻抗的比率。利用高阻抗麦克风，总系统阻抗远远高于材料层402的阻抗，从而使材料层402对音频信号的衰减相对不显著(例如，最小)。此外，由于麦克风的高阻抗，麦克风对本文所述的空气层中的压力或材料层或膜的物理行为几乎没有影响，从而允许为麦克风实现相对较小的腔体。因此，在腔体内部实现的传感器或压力换能器可以实现为高阻抗设备，从而在使用相对较小的腔体时降低音频信号的衰减。
41.本文所述的材料层可以使用具有声学电阻率的任何材料来实现，或实现为具有声阻抗的膜。例如，材料层可以是筛网、织物(例如，布)、金属网、具有微穿孔的板、塑料膜或充
当声阻抗的任何材料层。在特定方面，如果金属泡沫提供合理的声学电阻率，则材料层可以实现为金属泡沫。取决于应用，材料层可具有各种声阻抗值。
42.图10是示出了根据本公开的特定方面的用于感测音频信号的示例性操作1000的流程图。操作1000可由麦克风(诸如关于图4、图6、图8和图10所述的麦克风)执行。
43.操作1000在框1002处开始，麦克风通过由支撑结构(例如，壳体406)支撑的至少一个麦克风传感器(例如，高阻抗麦克风传感器，诸如mems麦克风传感器)感测音频信号，通过与麦克风传感器相邻设置的第一材料层(例如，材料层402)接收该音频信号。在特定方面，第一材料层可以是声阻材料的筛网。在一些情况下，第一材料层是膜(例如，膜804)。该膜可以是防水的和/或防尘的。
44.在特定方面，在第一材料层与支撑结构之间形成第一空气层(例如，空气层404)，该第一空气层与支撑结构相邻。在一些情况下，支撑结构是具有腔体(例如，腔体408)的壳体，至少一个麦克风传感器处于该腔体中，并且第一材料层与该腔体的开口相邻。
45.在特定方面，通过设置为与第一材料层相邻的第二材料层(例如，材料层606)接收音频信号。可以在第一材料层与第二材料层之间形成第二空气层(例如，空气层608)。在特定方面，通过设置为与第二材料层相邻的第三材料层(例如，材料层602)接收音频信号。可以在第二材料层与第三材料层之间形成第三空气层(例如，空气层604)。在一些情况下，第一材料层、第二材料层和第三材料层中的每一者可以是声阻材料的膜或层。在特定方面，操作1000在框1004处继续，麦克风通过麦克风传感器基于音频信号生成电信号。
46.提供本公开的先前描述以使得本领域的任何技术人员能够制备或使用本公开。对本公开的各种修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的实质或范围的情况下，本文所定义的一般原理可以应用于其他变型。因此，本公开并非旨在限于本文所述的示例和设计，而是被赋予与本文所公开的原理和新颖特征一致的最广泛的范围。