(57)【要約】  本発明は、改良された信号騒音比を有する高感度のＭＥＭＳマイクロホンに関する。本発明は、所定の構成においては、有利にはダイヤフラム（Ｍ１）に電気的に連結された補助ダイヤフラム（Ｍ２）を有する圧電マイクロホンを提供する。別の構成では、ダイヤフラムが、ダイヤフラム振幅の補償のために電気的な調整回路を備えている。
2008532371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロホンにおいて、
第１ダイヤフラム（Ｍ１）と第２ダイヤフラム（Ｍ２）とを有しており、第１ダイヤフラム（Ｍ１）と第２ダイヤフラム（Ｍ２）とが、閉じられた空気容積と結合されており、
前記ダイヤフラム（Ｍ１，Ｍ２）が、電気的に互いに連結されているので、第１ダイヤフラム（Ｍ１）の変位時に、第２ダイヤフラム（Ｍ２）の変位が、同時に起こることを特徴とする、マイクロホン。
【請求項２】
２つの開口（ＡＵ１，ＡＵ２）を備えた基体を有している、２つの開口（ＡＵ１，ＡＵ２）が、前記基体内に形成された中空空間（ＨＲ２）に通じており、
第１ダイヤフラム（Ｍ１）が、第１開口（ＡＵ１）にわたって配置されており、第２ダイヤフラム（Ｍ２）が、第２開口（ＡＵ２）にわたって配置されているので、中空空間（ＨＲ２）に空気容積が閉成されており、
中空空間（ＨＲ２）の内部に向かって第１ダイヤフラム（Ｍ１）が変位する場合、第２ダイヤフラム（Ｍ２）が、電気的な制御により中空空間（ＨＲ２）の内部とは反対の方向で変位し、第２ダイヤフラムの容積行程が、第１ダイヤフラムの容積行程の５０％と１００％との間にある、請求項１記載のマイクロホン。
【請求項３】
マイクロホンにおいて、
閉じられた空気容積に結合された第１ダイヤフラム（Ｍ１）を有しており、該第１ダイヤフラム（Ｍ１）が、外側の音圧に作用されると制御装置によって電気的に制御されて、音圧に抗して作用し、前記ダイヤフラムの振動振幅が緩衝されることを特徴とする、マイクロホン。
【請求項４】
電気的な制御により、第１ダイヤフラム（Ｍ１）の両面における圧力変化が、数値的に実質的に同じであることが達成される、請求項３記載のマイクロホン。
【請求項５】
閉じられた空気容積に結合された第２ダイヤフラム（Ｍ２）が設けられており、
ダイヤフラム（Ｍ１，Ｍ２）が、制御装置によって互いに電気的に連結されており、第１ダイヤフラム（Ｍ１）の変位時に、第２ダイヤフラム（Ｍ２）が、閉じられた空気容積に圧力変化が起こるように変位し、前記圧力変化が、音圧に抗して作用し、従って、第１ダイヤフラム（Ｍ１）の変位が、５０％から１００％だけ減じられる、請求項３または４記載のマイクロホン。
【請求項６】
第１ダイヤフラム（Ｍ１）が、第１中空空間壁（ＨＷ１）に配置されており、
第２ダイヤフラム（Ｍ２）が、第２中空空間壁（ＨＷ２）に配置されている、請求項２または５記載のマイクロホン。
【請求項７】
第１中空空間壁（ＨＷ１）と第２中空空間壁（ＨＷ２）とが、互いに向かい合う中空空間壁である、請求項６記載のマイクロホン。
【請求項８】
第１中空空間壁（ＨＷ１）と第２中空空間壁（ＨＷ２）とが、互いに垂直になっている、請求項６記載のマイクロホン。
【請求項９】
２つのダイヤフラム（Ｍ１，Ｍ２）が、同じ中空空間壁（ＨＷ１）に配置されている、請求項２また５記載のマイクロホン。
【請求項１０】
第１ダイヤフラム（Ｍ１）と第２ダイヤフラム（Ｍ２）とが、実質的に同じ質量を有している、請求項２または５記載のマイクロホン。
【請求項１１】
第１ダイヤフラム（Ｍ１）と第２ダイヤフラム（Ｍ２）とが、実質的に同じに形成されている、請求項２または５記載のマイクロホン。
【請求項１２】
音進入開口（ＩＮ）を介して外部空間に結合されたチャンバ（ＨＲ１）が設けられており、該チャンバ（ＨＲ１）が、第１ダイヤフラム（Ｍ１）の上方に配置されており、中空空間（ＨＲ２）から隔離されている、請求項１から１１までのいずれか一項記載のマイクロホン。
【請求項１３】
第１ダイヤフラム（Ｍ１）と第２ダイヤフラム（Ｍ２）とが、電気的な制御回路によって連結されており、該制御回路が、第１ダイヤフラム（Ｍ１）の電気信号を読み取り、第２ダイヤフラム（Ｍ２）に制御信号を送出し、該制御信号が、第２ダイヤフラム（Ｍ２）に行程運動させ、該行程運動が、中空空間（ＨＲ２）内の内部圧力に作用し、従って、第１ダイヤフラム（Ｍ１）の変位が減じられる、請求項２または５記載のマイクロホン。
【請求項１４】
制御回路が、増幅器（Ｖ１）を有している、請求項１３記載のマイクロホン。
【請求項１５】
ダイヤフラム（Ｍ１，Ｍ２）の横断面サイズに比べて、少なくとも１つの小さな通気開口（ＶＥ）が設けられており、該通気開口（ＶＥ）が、閉じられた空気容積をゆっくりと圧力補償するのに適している、請求項１から１４までのいずれか一項記載のマイクロホン。
【請求項１６】
通気開口（ＶＥ）が、第１ダイヤフラム（Ｍ１）に形成されているか、または空気容積を閉成している中空空間の壁に形成されている、請求項１５記載のマイクロホン。
【請求項１７】
第２ダイヤフラム（Ｍ２）が、背面側に閉じられた中空空間（ＨＲ３）を備えている、請求項１から１６までのいずれか一項記載のマイクロホン。
【請求項１８】
フィードバック振動の発生に抗して働く、第１ダイヤフラム（Ｍ１）および／または第２ダイヤフラム（Ｍ２）に接続された電気回路が設けられている、請求項１から１７までのいずれか一項記載のマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＭＥＭＳマイクロホン（ＭＥＭＳ＝Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）についての記載である。
【０００２】
米国特許第４８１６１２５号明細書から、酸化亜鉛から成る圧電層と、この層と結合された同心的に配置された複数の電極を有するＭＥＭＳマイクロホンが公知である。
【０００３】
Ｊ．Ｊ．Ｎｅｕｍａｎｎ  Ｊｒ．およびＫ．Ｊ．Ｇａｂｒｉｅｌ著『Ａ  ｆｕｌｌｙ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ  ａｕｄｉｏ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ』（ｔｈｅ  １２ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ，Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ｕｎｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，  ２００３  ＩＥＥＥ，２３０頁〜２３３頁）から、ケーシングされたＭＥＭＳマイクロホンを備えたマイクロホンモジュールが公知である。この場合、ケーシング内でマイクロホンダイヤフラムの下側には、閉成された空気容積（ｂａｃｋ  ｖｏｌｕｍｅ）が設けられている。
【０００４】
Ｄ．Ｐ．Ａｒｎｏｌｄ他著『Ａ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ａｒｒａｙ  ｕｓｉｎｇ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓ』（Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．  Ｓｏｃ．  Ａｍ．，第１１３（１）巻，２００３，２８９頁〜２９８頁）から、組込み式のＭＥＭＳ圧電抵抗マイクロホンを備えた電気的なモジュールが公知である。
【０００５】
Ｍａｎｇ−Ｎｉａｎ  ＮｉｕおよびＥｕｎ  Ｓｏｋ  Ｋｉｍ著『Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｂｉｍｏｒｐｈ  Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ  Ｂｕｉｌｔ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｐａｒｙｌｅｎ  Ｄｉａｐｈｒａｍ』（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  第１２巻，２００３  ＩＥＥＥ，８９２頁〜８９８頁）には、圧電マイクロホンが記載されている。この圧電マイクロホンは、酸化亜鉛から成る２つの圧電層と、これらの圧電層の間に配置された浮遊電極とを有している。
【０００６】
解決しようとする課題は、高信号対雑音比を有する高感度のマイクロホンを提供することである。
【０００７】
音圧をダイヤフラムによって検出するマイクロホンは、感度と雑音特性とに関連する所望の特性を得るために、一般的に音の強さの反応として大きなダイヤフラム行程運動を必要としていることが分かった。組込み式のマイクロホンを有する小さな構成部材において達成可能な行程運動は、小さなダイヤフラム面により制限されてしまう。ダイヤフラム行程運動を電気量に変換する際には、弱い電気信号しか獲得できない。析出法で製造されたダイヤフラムの可撓性は、高い機械的な内部応力に起因するダイヤフラムの予荷重により劣化する恐れがある。
【０００８】
ここに記載のＭＥＭＳマイクロホンは、音進入開口と結合した空気チャンバと背部容積とを有している。閉成された空気容積は背部容積（ｂａｃｋ  ｖｏｌｕｍｅ）と呼ばれる。閉成された空気容積によって、音響的な短絡、つまり振動しているダイヤフラムの前面と背面との間の不都合な圧力補償が防がれる。この空気容積は、ダイヤフラムが変位する度に、弾性的なダイヤフラム特性によりもたらされる復元力に対して付加的に復元力を加える。構成部分が小さい場合、背部容積は非常に小さいので、僅かなダイヤフラム行程運動でさえも、背部容積の著しい圧力上昇に繋がる。ダイヤフラム行程運動は、検出したいノイズレベルのオーダに位置することがある。付加的な復元力は、ダイヤフラムの可撓性と行程運動とを軽減する。
【０００９】
第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとを備えたマイクロホンについて記載する。これらのダイヤフラムは、それぞれ１つの同一の閉じられた空気容積に結合していて、互いに連結されているので、第１ダイヤフラムの変位時には、第２ダイヤフラムは同時に変位する。
【００１０】
第１ダイヤフラムは、マイクロホンダイヤフラム、つまり「パッシブ」なダイヤフラムである。このパッシブなダイヤフラムは、音圧を検出するか、もしくは音響信号を電気信号に変換する。第２ダイヤフラムは、補助ダイヤフラムもしくは「アクティブ」なダイヤフラムである。電気的な制御によりアクティブなダイヤフラムに起こる行程運動は、閉じられた空気容積を介して「パッシブ」なダイヤフラムとの交番作用を発揮する。
【００１１】
このアセンブリによって、前記課題は、アクティブなダイヤフラムの電気的な制御のための以下の異なる２つのストラテジーの下、解決される。
１）「閉成された空気容量の一定保持」。このためにパッシブなダイヤフラムから導出され増幅された信号が、アクティブなダイヤフラムが、逆方向だが、数値に関してはパッシブなダイヤフラムと類似または同じ運動を実施するように、アクティブなダイヤフラムに供給される。たとえばパッシブなダイヤフラムが、外部の音圧により中空空間の内部に向かって所定の容積行程運動をさせられると、電気的な制御によりアクティブなダイヤフラムは、中空空間の内部からほぼ同じ容積行程運動を行う。結果として、チャンバ容積の変動は減じられるか、または打ち消される。こうして、音圧により引き起こされた圧力変動は閉じられた空気容積において著しく、たとえば少なくとも係数２だけ、変化形では少なくとも係数５だけ減じることに成功する。しかも内部圧力変動の減少は、ダイヤフラム復元力の相応な減少も意味する。従って、効果的な背部容積は、著しく拡大される結果になり、極端な事例では無限の広がりを有する結果となる。
２）「パッシブダイヤフラム変位の補償」。この場合、アクティブなダイヤフラムの電気的な制御部は、制御回路の部分である。この制御回路は、パッシブなダイヤフラムの変位を、外部の音場のパッシブなダイヤフラムへの作用にもかかわらず減じるか、または打ち消す。この変位の程度は、パッシブなダイヤフラムの電気的な出力信号である。この出力信号は、調整することによりほぼゼロに保持される。瞬間ごとにアクティブなダイヤフラムは、この目的のために内部圧力をチャンバ内に形成する。内部圧力は、外部圧力（音圧）に類似するか、または同じである。従って、パッシブなダイヤフラムに生じる差圧は減じられるか、または完全に消失する。従って、このことはパッシブなダイヤフラムの変位にも当てはまる。しかし、パッシブなダイヤフラムの顕著なダイヤフラム変位が無ければ、背部容積が、パッシブなダイヤフラムへ、関連した復元力をもたらすことはやはりない。アセンブリの出力信号は、この事例では、パッシブなダイヤフラムの出力信号（記載の形式ではほぼゼロに制御されている）ではなく、制御回路に形成されたアクティブなダイヤフラムの制御信号である。
【００１２】
前記２つの事例では、仮想の背部容積が得られる。この背部容積は、実際の背部容積よりも数倍（一つの構成では少なくとも２倍、有利な構成では少なくとも５倍）だけ大きくなっている。
【００１３】
有効な復元力を減じるための回路技術に関する２つのストラテジーは、システム全体の不安定なフィードバック振動というリスクを内に秘めている。従って、有利な変化形では、このような状態を検知して回避するために、回路技術的な手段が設けられている。
【００１４】
有利な第１の構成では、基体を備えたマイクロホンが示される。基体には２つの開口が設けられていて、これらの開口は、基体内に形成された中空空間に通じている。第１開口にわたって第１ダイヤフラムが配置されていて、第２開口にわたって第２ダイヤフラムが配置されているので、中空空間には空気容積が閉成されている。有利には、第２ダイヤフラムは、外部空間から別の中空空間により音響的に分離されている。外部空間とは、音響的な入力信号の出所が設けられている空間である。
【００１５】
有利には、第１ダイヤフラムの上には外部空間と結合されたチャンバが配置されている。このチャンバは、中空空間から隔離されている。以下、この中空空間は、背部容積と呼ぶ。
【００１６】
第１ダイヤフラムは、第１中空空間壁で、この壁に形成された開口にわたって配置されている。別の構成では、第２ダイヤフラムは第２中空空間壁に配置されている。有利には、これらのダイヤフラムは、互いに向かい合っている中空空間壁に配置されている。ダイヤフラム変位時の音響的な圧力変化は、全方向に同程度に伝達されるので、２つのダイヤフラムを、互いに垂直な壁に配置することも可能である。２つのダイヤフラムを同じ中空空間壁に配置してよい。
【００１７】
有利には、２つのダイヤフラムは、実質的に同じ質量を有していて、同様に形成されていてよい。（パッシブな）第１ダイヤフラムは、マイクロホンダイヤフラムとして作用し、これに対して、（制御された）第２ダイヤフラムはスピーカダイヤフラムとして機能する。第１ダイヤフラムの変位は、たとえば圧電式のＭＥＭＳマイクロホンの場合には、直接的な圧電効果に基づき電気信号に変換される。容量性のＭＥＭＳマイクロホンの場合には、マイクロホンの電極の相互位置は変化する。このことに伴う容積変化が、電気信号に変換される。各ダイヤフラムは、根本的に電場または磁場と協働する電気機械式の変換器であってよい。
【００１８】
第２ダイヤフラムの変位は、スピーカの場合には、たとえば変化する電場または磁場によって起こすことができる。圧電特性を有する第２ダイヤフラムの変位は、逆圧電効果に基づき起こすことができる。
【００１９】
有利な構成では、２つのダイヤフラムは、それぞれ少なくとも１つの圧電層を有している。この場合、有利には、２つのダイヤフラムは同じに構成されている。択一的には、ダイヤフラムにおける電気機械的な変換は、互いに種々異なる電気機械的な効果に基づいている、ということが可能である。たとえば、第１ダイヤフラムは容量性のＭＥＭＳマイクロホンとして機能し、第２ダイヤフラムは圧電式の変換器として機能することができる。
【００２０】
さらに別の構成では、閉成された空気容積（マイクロホンの背部容積）と外部空間とを結合する、ダイヤフラムの横断面サイズと比べて小さな通気開口を設けることができる。この通気開口は、たとえば１００ｍｓ以上の範囲でゆっくりとした圧力補償のために働く。圧力補償は、極めて長い波長長さを有する音響信号の周期時間と比べてゆっくりとマイクロホンの作業領域において行われる。この開口は、ダイヤフラムに配置することができるか、または音響的な背部容積を閉成する容器の壁に配置することができる。
【００２１】
第１の構成および第２の構成の記載の補償手段により、実際の音響的な背部容積（つまり閉成された空気容積）を、補助ダイヤフラムのない公知マイクロホンと比べて、著しく減じることが可能であるので、総じてスペースを著しく節約することができる。しかし、仮想の背部容積を十分に大きく保持することができるので、縮小された構成により不都合な結果（感度喪失）が生じることはない。
【００２２】
制御された補助ダイヤフラムの外部空間または音進入開口への音響的な短絡を回避するために、さらに別の構成では、補助ダイヤフラムのための音響的な背部容積として、外部空間から隔離された付加的な中空空間を設けることができる。付加的な中空空間は、補助ダイヤフラムにより閉じられた空気容積から分離されている。付加的な中空空間は、閉じられた空気容積よりも明らかに小さくてよい。なぜならば、補助ダイヤフラムは、アクティブに制御され、ひいては補助ダイヤフラムの変位が制御されるからである。従って、マイクロホンアセンブリのスペース需要は総じて僅かに保持することができる。
【００２３】
本発明に係るマイクロホンは、マイクロホンにおいて、第１ダイヤフラムと、第２ダイヤフラムとを有しており、第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとが、閉じられた空気容積と結合されており、前記ダイヤフラムが、電気的に互いに連結されているので、第１ダイヤフラムの変位時に、第２ダイヤフラムの変位が、同時に起こることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、２つの開口を備えた基体を有している、２つの開口が、前記基体内に形成された中空空間に通じており、第１ダイヤフラムが、第１開口にわたって配置されており、第２ダイヤフラムが、第２開口にわたって配置されているので、中空空間に空気容積が閉成されており、中空空間の内部に向かって第１ダイヤフラムが変位する場合、第２ダイヤフラムが、電気的な制御により中空空間の内部とは反対の方向で変位し、第２ダイヤフラムの容積行程が、第１ダイヤフラムの容積行程の５０％と１００％との間にある。
【００２５】
本発明に係るマイクロホンは、マイクロホンにおいて、閉じられた空気容積に結合された第１ダイヤフラムを有しており、該第１ダイヤフラムが、外側の音圧に作用されると制御装置によって電気的に制御されて、音圧に抗して作用し、前記ダイヤフラムの振動振幅が緩衝されることを特徴とする。
【００２６】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、電気的な制御により、第１ダイヤフラムの両面における圧力変化が、数値的に実質的に同じであることが達成される。
【００２７】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、閉じられた空気容積に結合された第２ダイヤフラムが設けられており、ダイヤフラムが、制御装置によって互いに電気的に連結されており、第１ダイヤフラムの変位時に、第２ダイヤフラムが、閉じられた空気容積に圧力変化が起こるように変位し、前記圧力変化が、音圧に抗して作用し、従って、第１ダイヤフラムの変位が、５０％から１００％だけ減じられる。
【００２８】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、第１ダイヤフラムが、第１中空空間壁に配置されており、第２ダイヤフラムが、第２中空空間壁に配置されている。
【００２９】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、第１中空空間壁と第２中空空間壁とが、互いに向かい合う中空空間壁である。
【００３０】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、第１中空空間壁と第２中空空間壁とが、互いに垂直になっている。
【００３１】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、２つのダイヤフラムが、同じ中空空間壁に配置されている。
【００３２】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとが、実質的に同じ質量を有している。
【００３３】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとが、実質的に同じに形成されている。
【００３４】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、音進入開口を介して外部空間に結合されたチャンバが設けられており、該チャンバが、第１ダイヤフラムの上方に配置されており、中空空間から隔離されている。
【００３５】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとが、電気的な制御回路によって連結されており、該制御回路が、第１ダイヤフラムの電気信号を読み取り、第２ダイヤフラムに制御信号を送出し、該制御信号が、第２ダイヤフラムに行程運動させ、該行程運動が、中空空間内の内部圧力に作用し、従って、第１ダイヤフラムの変位が減じられる。
【００３６】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、制御回路が、増幅器を有している。
【００３７】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、ダイヤフラムの横断面サイズに比べて、少なくとも１つの小さな通気開口が設けられており、該通気開口が、閉じられた空気容積をゆっくりと圧力補償するのに適している。
【００３８】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、通気開口が、第１ダイヤフラムに形成されているか、または空気容積を閉成している中空空間の壁に形成されている。
【００３９】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、第２ダイヤフラムが、背面側に閉じられた中空空間を備えている。
【００４０】
本発明に係るマイクロホンは、有利には、フィードバック振動の発生に抗して働く、第１ダイヤフラムおよび／または第２ダイヤフラムに接続された電気回路が設けられている。
【００４１】
以下に、マイクロホンを実施例とこの実施例に付属の図面とに基づき詳細に説明する。図面には、概略的で等寸大ではない図に基づき、マイクロホンの種々異なる実施例が示してある。同様の部分または同じように作用する部分は、同じ符号で示してある。
【００４２】
図１Ａには、基体ＧＨを有するマイクロホンが示してある。このマイクロホンの互いに向かい合っている壁ＨＷ１，ＨＷ２は、それぞれ開口ＡＵ１，ＡＵ２を有している。これらの開口ＡＵ１，ＡＵ２は、中空空間ＨＲ２に通じている。第１開口ＡＵ１にわたって、第１ダイヤフラムＭ１（マイクロホンダイヤフラム、パッシブなダイヤフラム）が配置されていて、第２開口ＡＵ２にわたって、第２ダイヤフラムＭ２（補助ダイヤフラム、制御されたダイヤフラム）が配置されている。
【００４３】
ダイヤフラムＭ１，Ｍ２は、基体ＧＨの壁に張設することができる。ダイヤフラムＭ１，Ｍ２は、択一的には支持体基板と、この支持体基板に張設されたダイヤフラムとを備えたマイクロホンチップで代替することができる。このマイクロホンチップは、基体ＧＨと、たとえば接着層によって堅く結合することができる。
【００４４】
第１ダイヤフラムＭ１は、中空空間ＨＲ２をチャンバＨＲ１から分離している。このチャンバＨＲ１は、音進入開口ＩＮを介して外部空間と接続されている。第１ダイヤフラムＭ１に音圧ｐが掛かるやいなや、第１ダイヤフラムＭ１は振動し始める。チャンバＨＲ１内の圧力変化と、ダイヤフラムＭ１の振動とは、（補助ダイヤフラムＭ２が無い場合には）中空空間ＨＲ２の体積変化もしくは圧力変化、およびこれらの変化に結び付いた復元力になる。この復元力は、第１ダイヤフラムＭ１に作用し、振動振幅を減じる。２つのダイヤフラムＭ１，Ｍ２の電気的なカップリングにより、ダイヤフラムＭ１，Ｍ２は振動して、これによって第１ダイヤフラムＭ１は、中空空間ＨＲ２の内部へと変位し、第２ダイヤフラムＭ２は、同程度の振幅で外側に向かって変位する。この場合、アクティブな第２ダイヤフラムＭ２は、プッシュプルでパッシブなダイヤフラムＭ１によって制御される。この場合、中空空間ＨＲ２の容積は減じるか、または全く変化しない。
【００４５】
第２ダイヤフラムＭ２は、中空空間ＨＲ２を、閉じられた付加的な中空空間ＨＲ３から分離している。この中空空間ＨＲ３は、音源と結合した空間、つまり外部空間と、チャンバＨＲ１とから隔離されている。付加的な中空空間ＨＲ３が、外側の経路からの、パッシブなダイヤフラムへのアクティブなダイヤフラムの戻り作用を防いでいる。
【００４６】
付加的な中空空間ＨＲ３および／または室ＨＲ１は、たとえばキャップ状、有利には形状安定性のカバーによって形成することができる。
【００４７】
図１Ｂには、制御回路Ｖ１によって連結されたダイヤフラムＭ１，Ｍ２を簡略化した代替回路図が示されている。音圧によりパッシブなダイヤフラムＭ１が変位する際には、電気信号が形成される。この電気信号は出口ＯＵＴにおいて、次の処理のための有効信号として読み取られる。電気信号の一部は、制御回路Ｖ１の出口において制御信号を形成するために使用される。この制御信号によって補助ダイヤフラムＭ２は、（中空空間ＨＲ２内に形成された内部圧力に関連して）プッシュプルでパッシブなダイヤフラムによって制御される。
【００４８】
有利には、制御回路Ｖ１は、ダイヤフラムＭ１において読み取られた信号を増幅させるための増幅器を内蔵している。
【００４９】
図２には、図１で示したマイクロホンの変化形が示されている。この変化実施例には、２つのダイヤフラムＭ１，Ｍ２が、同じ中空空間壁ＨＷ１に配置されている。中空空間ＨＲ２の中空空間壁には、この中空空間と外部空間とを結合する小さな通気開口ＶＥが設けられている。この通気開口ＶＥの横断面サイズは明らかに、ダイヤフラムまたは開口ＡＵ１またはＡＵ２の横断面サイズよりも（たとえば少なくとも係数１００だけ）小さくなっていて、通気開口ＶＥは、たとえば１００ｍｓ以上の範囲で、ゆっくりとした圧力補償のために働く。中空空間ＨＲ３の中空壁にも、この中空空間と外部空間とを結合する小さな通気開口ＶＥ′が設けられている。
【００５０】
図３では、開口ＡＵ１，ＡＵ２は、互いに垂直に立っている壁に設けられている。ここでは通気開口ＶＥは、ダイヤフラムＭ１に形成されている。
【００５１】
図１〜図４Ａおよび図４Ｂには、矢印でダイヤフラム変位の方向が示されている。
【００５２】
図４Ａに示された有利な第２実施例に基づく変化形では、アクティブな第２ダイヤフラムＭ２は、図１Ａとは異なり、（内部圧力に関連して）プッシュプッシュでパッシブな第１ダイヤフラムＭ１によって制御される。この場合、２つのダイヤフラムの変位は、中空空間ＨＲ２に含まれる空気容積の内部に向かって方向付けられている。図４Ａには点線で、パッシブなダイヤフラムＭ１が、外部の音圧に基づき変形する様子が示されている。実線で、アクティブなダイヤフラムＭ２の補償作用に基づき達成されたダイヤフラムＭ１の実際の位置が示されている。この場合、有利にはダイヤフラムＭ１はその静止位置に留まっているか、またはアクティブなダイヤフラムＭ２の変位と比べて極めて小さな振幅で振動する。
【００５３】
図４Ｂには、図４Ａの実施例に対する代替回路図が示されている。ダイヤフラムＭ１で読み取られた電気信号は、制御回路ＲＫにより処理される。この場合、ダイヤフラムＭ２を制御するために制御信号が送信される一方で、ダイヤフラムＭ１で読み取られた信号と重畳し、ダイヤフラムＭ１の振動振幅を緩衝する別の制御信号が送信される。出口ＯＵＴにおける出力信号は、目的に合わせて評価することができる。出口ＯＵＴは、ここではダイヤフラムＭ２に接続されている。
【００５４】
図２および図３に示した変化形において、パッシブなダイヤフラムＭ１の変位振幅をダイヤフラムＭ１に作用する復元力に対して付加的に緩衝するために、アクティブなダイヤフラムＭ２を、パッシブなダイヤフラムＭ１に対してプッシュプッシュで制御することも可能である。
【００５５】
図４Ｂには、マイクロホンの代替回路が示されている。マイクロホンは、ダイヤフラムＭ１の変位を補償するための制御回路ＲＫを有している。この場合、出力信号ＯＵＴ２は、制御回路から読み取られ、変換器Ｍ１の信号は、制御部の作用によりほぼゼロに保持される。２つの金属層ＭＬ１，ＭＬ２の間に配置された圧電層ＰＳを備えた本例のダイヤフラムが、図５および図６に示されている。第１金属層ＭＬ１には、外側コンタクトＡＥ１，ＡＥ２に接続された電極Ｅｌ１，Ｅｌ２が配置されている。第２金属層ＭＬ２には、浮遊導電面が形成されている。この浮遊導電面は、２つの電極Ｅｌ１，Ｅｌ２に向かい合っている。この場合、直列に接続された２つの容量が形成される。
【００５６】
図６には、図５に示したダイヤフラムの第１金属層ＭＬ１が示されている。丸い電極Ｅｌ１は、高い電位の第１領域に配置されていて、環状の電極Ｅｌ２は、高い電位の第２領域に配置されている。高い電位の２つの領域は、反対の極性を有している。電極Ｅｌ１，Ｅｌ２は、それぞれ外側コンタクトＡＥ１もしくはＡＥ２に接続されている。電極Ｅｌ１，Ｅｌ２の下方または上方に配置された、図５に示された金属層ＭＬ２には、一貫した有利な浮遊導電面が配置されている。浮遊導電面は２つの電極Ｅｌ１，Ｅｌ２に向かい合っている。
【００５７】
当該マイクロホンは、図示されたエレメントの数、または２０Ｈｚから２０ｋＨｚまでの音響的な可聴範囲に限定されるモノではない。当該マイクロホンは、別の音響的な圧電センサに、たとえば超音波で作動する距離センサに装入することもできる。記載のマイクロホンを備えたマイクロホンチップは、任意の信号処理モジュールに装入することができる。種々異なる変化形を互いに組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１Ａ】電気的に互いに連結された２つのダイヤフラムを有する、第１実施例の部分的なマイクロホンの概略的な横断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのマイクロホンの代替回路図である。
【図２】図１に示した実施例の変化実施例を示した図である。
【図３】図１に示した実施例の変化実施例を示した図である。
【図４Ａ】有利な第２実施例のマイクロホンを部分的に示した図である。
【図４Ｂ】図４Ａのマイクロホンの代替回路図である。
【図５】本例のマイクロホンダイヤフラムの概略的な横断面図である。
【図６】外側コンタクトと電気的に結合された２つの電極が形成されている金属層を示した図である。
【符号の説明】
【００５９】
ＡＥ１，ＡＥ２  外側コンタクト、  ＡＵ１，ＡＵ２  容器ＧＨの開口、  ＡＵ  基板ＳＵの開口、  Ｅｌ１  第１部分電極、  Ｅｌ２  第２部分電極、  ＧＨ  ケーシング、  ＨＲ１  第１中空空間、  ＨＲ２  第２中空空間、  ＨＷ１，ＨＷ２  第１・第２中空空間壁、  ＩＮ  音進入開口、  ＫＳ  接着層、  Ｍ１  第１ダイヤフラム、  Ｍ２  第２ダイヤフラム、  ＭＬ１，ＭＬ２  金属層、  ＰＳ  圧電層、  ＲＫ  制御回路、  Ｖｌ  増幅器、  ＶＥ  通気開口
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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