МИКРОФОН
MICROPHONE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области техники устройств передачи звука и, в частности, к микрофону.
Уровень техники
Микрофон является преобразователем, преобразующим звуковые сигналы в электрические сигналы. Принимая в качестве примера микрофон с воздушной проводимостью, внешний звуковой сигнал входит в акустическую полость микрофона с воздушной проводимостью через участок отверстия на конструкции оболочки и передается компоненту электроакустического преобразования. Компонент электроакустического преобразования формирует вибрацию на основе звукового сигнала и преобразует сигнал вибрации в выходной электрический сигнал. Акустическая полость микрофона содержит газ (например, воздух) под определенным давлением, который может вызывать относительно громкий шум в процессе передачи звукового сигнала компоненту электроакустического преобразования через акустическую полость микрофона и снижать качество звука, выводимого микрофоном. С другой стороны, когда компонент электроакустического преобразования микрофона принимает звуковой сигнал и формирует вибрацию, компонент электроакустического преобразования может подвергаться трению с газом, содержащимся в акустической полости, тем самым увеличивая воздушное демпфирование в акустической полости микрофона и уменьшая значение Q (добротность) микрофона.
Поэтому желательно обеспечить микрофон с низким фоновым шумом и высоким значение Q.
Сущность изобретения
Вариант осуществления настоящего изобретения может представлять микрофон. Микрофон может содержать оболочку и участок восприятия вибрации, выполненный с возможностью вибрировать в ответ на вибрацию оболочки; участок передачи вибрации может быть выполнен с возможностью передачи вибрации от указанного участка восприятия вибрации; и компонент электроакустического преобразования, выполненный с возможностью приема вибрации, переданной участком передачи вибрации, для формирования электрического сигнала, где участок передачи вибрации и, по меньшей мере, часть участка восприятия вибрации могут образовывать вакуумную полость, и компонент электроакустического преобразования может располагаться в вакуумной полости.
В некоторых вариантах осуществления изобретения степень вакуума (давление) в вакуумной полости может быть меньше 100 Па.
-6
В некоторых вариантах осуществления изобретения степень вакуума в вакуумной полости может быть 10 Па - 100 Па.
В некоторых вариантах осуществления изобретения участок восприятия вибрации и оболочка могут образовывать по меньшей мере одну акустическую полость и по меньшей мере одна акустическая полость может содержать первую акустическую полость; оболочка может содержать по меньшей мере одно отверстие и по меньшей мере одно отверстие может быть расположено на боковой стенке оболочки, соответствующей первой акустической полости, и по меньшей мере одно отверстие может соединять первую акустическую полость с внешней средой; при этом участок восприятия вибрации может вибрировать в ответ на внешний звуковой сигнал, передаваемый по меньшей мере через одно отверстие, и компонент электроакустического преобразования может принимать вибрацию участка восприятия вибрации, чтобы формировать электрический сигнал.
В некоторых вариантах осуществления изобретения участок восприятия вибрации может содержать первый участок восприятия вибрации и второй участок восприятия вибрации, расположенные сверху вниз, участок передачи вибрации может иметь вид трубки и быть расположен между первым участком восприятия вибрации и вторым участком восприятия вибрации; и участок передачи вибрации, первый участок восприятия вибрации и второй участок восприятия вибрации могут образовывать вакуумную полость, причем первый участок восприятия вибрации и второй участок восприятия вибрации могут быть присоединены к оболочке через их периферийные стороны, при этом, по меньшей мере, часть первого участка восприятия вибрации и часть второго участка восприятия вибрации могут вибрировать в ответ на внешний звуковой сигнал.
В некоторых вариантах осуществления изобретения первый участок восприятия вибрации или второй участок восприятия вибрации могут содержать упругий участок и неподвижный участок; причем неподвижный участок первого участка восприятия вибрации, неподвижный участок второго участка восприятия вибрации и участок передачи вибрации могут образовывать вакуумную полость; и упругий участок может быть присоединен между неподвижным участком и внутренней стенкой оболочки, при этом упругий участок может вибрировать в ответ на внешний звуковой сигнал.
В некоторых вариантах осуществления изобретения жесткость неподвижного участка может быть больше, чем жесткость упругого участка.
В некоторых вариантах осуществления изобретения модуль Юнга неподвижного участка может быть больше 50 ГПа.
В некоторых вариантах осуществления изобретения микрофон может дополнительно содержать упрочнитель, расположенный на верхней поверхности или на нижней поверхности первого участка восприятия вибрации и второго участка восприятия вибрации, соответствующих вакуумной полости.
В некоторых вариантах осуществления изобретения участок восприятия вибрации может содержать первый участок восприятия вибрации, второй участок восприятия вибрации и третий участок восприятия вибрации, причем первый участок восприятия вибрации и второй участок восприятия вибрации могут быть расположены напротив друг друга в направлении сверху вниз, участок передачи вибрации может иметь вид трубки и расположен между первым участком восприятия вибрации и вторым участком восприятия вибрации, и участок передачи вибрации, первый участок восприятия вибрации и второй участок восприятия вибрации могут образовывать вакуумную полость; и третий участок восприятия вибрации может быть присоединен между участком передачи вибрации и внутренней стенкой оболочки, при этом третий участок восприятия вибрации может вибрировать в ответ на внешний звуковой сигнал.
В некоторых вариантах осуществления изобретения жесткость первого участка восприятия вибрации и жесткость второго участка восприятия вибрации могут быть больше, чем жесткость третьего участка восприятия вибрации.
В некоторых вариантах осуществления изобретения модуль Юнга первого участка восприятия вибрации и модуль Юнга второго участка восприятия вибрации могут быть больше 50 ГПа.
В некоторых вариантах осуществления изобретения компонент электроакустического преобразования может содержать консольную балку, причем один конец консольной балки может быть присоединен к внутренней стенке участка передачи вибрации, а другой конец консольной балки может быть подвешен в вакуумной полости, где консольная балка может деформироваться на основе сигнала вибрации, чтобы преобразовывать сигнал вибрации в электрический сигнал.
В некоторых вариантах осуществления изобретения консольная балка может содержать первый электродный слой, пьезоэлектрический слой, второй электродный слой, упругий слой и слой подложки; причем первый электродный слой, пьезоэлектрический слой и второй электродный слой могут быть расположены в направлении сверху вниз; упругий слой может быть расположен на верхней поверхности первого электродного слоя или на нижней поверхности второго электродного слоя, и слой подложки может быть расположен на верхней поверхности или на нижней поверхности упругого слоя.
В некоторых вариантах осуществления изобретения консольная балка может содержать по меньшей мере один упругий слой, электродный слой и пьезоэлектрический слой; причем по меньшей мере один упругий слой может быть расположен на поверхности электродного слоя; электродный слой может содержать первый электрод и второй электрод, где первый электрод может быть в виде гребенки, образуя первую гребенку; второй электрод может быть в виде гребенки, образуя вторую гребенку; первая гребенка и вторая гребенка могут совместно образовывать электродный слой; электродный слой может быть расположен на верхней поверхности или на нижней поверхности пьезоэлектрического слоя; и первая гребенка и вторая гребенка могут проходить в направлении длины консольной балки.
В некоторых вариантах осуществления изобретения компонент электроакустического преобразования может содержать первую консольную балку и вторую консольную балку, причем первая консольная балка и вторая консольная балка могут быть расположены напротив друг друга и между первой консольной балкой и второй консольной балкой может быть первый зазор, причем первый зазор между первой консольной балкой и второй консольной балкой может изменяться в зависимости от сигнала вибрации, чтобы преобразовывать сигнал вибрации в электрический сигнал.
В некоторых вариантах осуществления изобретения один конец первой консольной балки и второй консольной балки, соответствующие компоненту электроакустического преобразования, могут быть присоединены к внутренней стенке на периферийной стороне участка передачи вибрации, а другой конец первой консольной балки и второй консольной балки могут быть свободно подвешенными в вакуумной полости.
В некоторых вариантах осуществления изобретения жесткость первой консольной балки может отличаться от жесткости второй консольной балки.
В некоторых вариантах осуществления изобретения микрофон может содержать по меньшей мере одну пленочную структуру и по меньшей мере одна пленочная структура может быть расположена на верхней поверхности и/или на нижней поверхности компонента электроакустического преобразования.
В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере одна пленочная структура может полностью или частично покрывать верхнюю поверхность и/или нижнюю поверхность компонента электроакустического преобразования.
В некоторых вариантах осуществления изобретения микрофон может содержать по меньшей мере один опорный элемент, причем один конец по меньшей мере одного опорного элемента может быть соединен с первым участком восприятия вибрации указанного участка восприятия вибрации, другой конец по меньшей мере одного опорного элемента может быть соединен со вторым участком восприятия вибрации указанного участка восприятия вибрации, и между свободным концом компонента электроакустического преобразования и опорным элементом может быть второй зазор.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется с точки зрения примерных вариантов осуществления. Эти примерные варианты осуществления изобретения подробно описаны со ссылкой на чертежи. Эти варианты осуществления изобретения не являются ограничительными, в этих вариантах одна и та же ссылочная позиция представляет один и то же конструктивный элемент, при этом:
фиг. 1 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 - другая конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 3 – система пружина-масса-демпфер компонента электроакустического преобразования, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 - нормализация резонансной кривой смещения системы пружина-масса-демпфер, соответствующей некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 5 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 6 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 7 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 8A – вид в поперечном сечении по линии А-А микрофона, показанного на фиг. 5;
фиг. 8B - вид в поперечном сечении по линии, перпендикулярной линии А-А, микрофона, показанного на фиг. 5;
фиг. 9A - распределение консольной балки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг. 9B - распределение консольной балки в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения;
фиг. 10 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 11 - частотные характеристики микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 12 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 13 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 14 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 15 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 16 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 17 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 18A - вид в поперечном сечении микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 18B - вид в поперечном сечении микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 19A - вид в поперечном сечении микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 19B - вид в поперечном сечении микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 20 – конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения;
фиг. 21 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения; и
фиг. 22 - конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Чтобы проиллюстрировать технические решения, связанные с вариантами осуществления настоящего изобретения, ниже приводится краткое пояснение для чертежей, упоминаемых в описании вариантов осуществления изобретения. Очевидно, что чертежи, описанные ниже, являются только лишь некоторыми примерами или вариантами осуществления настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники без дополнительных творческих усилий могут применить настоящее изобретение к другим подобным сценариям в соответствии с этими чертежами. Если из приведенного здесь или еще где-либо не очевидно или не указано иное, ссылочные позиции представляют схожие конструктивные элементы или операции на всех чертежах.
Следует понимать, что термин “система”, “устройство”, “блок” и/или “модуль”, используемый здесь, является одним из способов различия разных компонентов, элементов, частей или сборочных узлов разных уровней. Однако, если той же цели можно достигнуть другими словами, эти выражения могут быть заменены другими выражениями.
Как используется в раскрытии изобретения и в приложенной формуле изобретения, формы единственного числа включают в себя множественное число, если содержание явно не указывает иное. Вообще говоря, термины “содержать” и “включать” служат просто для подсказки необходимости присутствия явно идентифицированных этапов и элементов и эти этапы и элементы не составляют эксклюзивный список. Способы или устройства могут также содержать и другие этапы или элементы.
Блок-схемы последовательности выполнения операций, используемые в настоящем раскрытии изобретения, демонстрируют операции, которые системы реализуют в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует отчетливо понимать, что предыдущая операция или последующая операция необязательно выполняется точно в указанном порядке. Вместо этого, операции могут проводиться в обратном порядке или одновременно. Кроме того, в эти блок-схемы последовательности выполнения операций могут добавляться одна или более других операций. Также, из этих блок-схем последовательности выполнения операций могут быть удалены одна или более операций.
Блок-схемы последовательности выполнения операций, используемые в настоящем раскрытии изобретения, иллюстрируют операции, которые системы реализуют в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует отчетливо понимать, что предшествующие или последующие операции не обязательно выполняются точно в указанном порядке. С другой стороны, операции могут проводиться в обратном порядке или одновременно. Кроме того, в блок-схему последовательности выполнения операций могут добавляться одна или несколько других операций. Также, одна или несколько операций могут быть удалены из блок-схем последовательности выполнения операций.
Настоящее изобретение характеризует микрофон. Микрофон может быть преобразователем, преобразующим звуковой сигнал в электрический сигнал. В некоторых вариантах микрофон может быть микрофоном с подвижной катушкой, ленточным микрофоном, емкостным микрофоном, пьезоэлектрическим микрофоном, электретным микрофоном, электромагнитным микрофоном, угольным микрофоном и т.п. или любым их сочетанием. В некоторых вариантах осуществления изобретения, различающихся средствами получения звука, микрофон может содержать микрофон с костной проводимостью и микрофон с воздушной проводимостью. Микрофон, описанный в вариантах осуществления настоящего изобретения, может содержать оболочку, участок восприятия вибрации, участок передачи вибрации и компонент электроакустического преобразования. Оболочка может быть выполнена с возможностью размещения в ней участка восприятия вибрации, участка передачи вибрации и компонента электроакустического преобразования. В некоторых вариантах оболочка может быть полой внутри. Оболочка может сама по себе образовывать акустическую полость. Участок восприятия вибрации, участок передачи вибрации и компонент электроакустического преобразования могут быть расположены в акустической полости оболочки. В некоторых вариантах осуществления изобретения участок восприятия вибрации может быть присоединен к боковой стенке оболочки. Участок восприятия вибрации может вибрировать в ответ на внешний звуковой сигнал, передаваемый оболочке. В некоторых вариантах участок передачи вибрации может быть присоединен к участку восприятия вибрации. Участок передачи вибрации может принимать вибрацию участка восприятия вибрации и передавать сигнал вибрации компоненту электроакустического преобразования. Компонент электроакустического преобразования может преобразовывать сигнал вибрации в электрический сигнал. В некоторых вариантах осуществления изобретения участок передачи вибрации и, по меньшей мере, часть участка восприятия вибрации (например, неподвижная часть) могут образовывать вакуумную полость. Компонент электроакустического преобразования может быть расположен в вакуумной полости. Компонент электроакустического преобразования в микрофоне, представленном в вариантах осуществления настоящего изобретения, может быть расположен в вакуумной полости и вакуумная полость может быть образована участком восприятия вибрации и участком передачи вибрации. Внешний звуковой сигнал может вводиться в акустическую полость оболочки через отверстие, заставляя воздух в акустической полости вибрировать. Участок восприятия вибрации и участок передачи вибрации могут передавать вибрацию компоненту электроакустического преобразования, находящемуся в вакуумной полости, избегая контакта компонента электроакустического преобразования с воздухом в акустической полости и дополнительно, решая проблему влияния вибрации воздуха в акустической полости во время работы компонента электроакустического преобразования, то есть проблемы относительно высокого уровня фонового шума микрофона. С другой стороны, компонент электроакустического преобразования может быть расположен в вакуумной полости, чтобы помочь избежать трения компонента электроакустического преобразования с газом во время процесса вибрации, уменьшая, таким образом, воздушное демпфирование в вакуумной полости микрофона и улучшая значение Q (добротности) микрофона.
На фиг. 1 схематично представлена конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, микрофон 100 может содержать оболочку 110, компонент 120 электроакустического преобразования и процессор 130. Микрофон 100 может создавать деформацию и/или смещение на основе внешнего сигнала, такого как акустический сигнал (например, звуковая волна), сигнал механический вибрации и т.п. Деформация и/или смещение могут в дальнейшем быть преобразованы в электрический сигнал компонентом 120 электроакустического преобразования микрофона 100. В некоторых вариантах осуществления микрофон 100 может быть микрофоном с воздушной проводимостью, микрофоном с костной проводимостью и т.п. Микрофон с воздушной проводимостью может относиться к микрофону, в котором звуковая волна передается через воздух. Микрофон с костной проводимостью может относиться к микрофону, в котором звуковая волна передается в теле (например, через кость) посредством механической вибрации.
Оболочка 110 может быть полой внутри. Оболочка 110 может сама по себе образовывать акустическую полость 140. Компонент 120 электроакустического преобразования и процессор 130 могут быть расположены в акустической полости 140. В некоторых вариантах осуществления материал оболочки 110 может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или несколько металлов, сплавов, полимеров (например, сополимер стирола бутадиена акрилонитрила, поливинилхлорид, поликарбонат, полипропилен, и т.д.). В некоторых вариантах осуществления изобретения на боковой стенке оболочки 110 может быть одно или более отверстий 111. Одно или более отверстий 111 могут вводить внешний звуковой сигнал в акустическую полость 140. В некоторых вариантах осуществления изобретения внешний звуковой сигнал может вводиться в акустическую полость 140 микрофона 100 из отверстий 111 и заставлять вибрировать воздух в акустической полости 140. Компонент 120 электроакустического преобразования может принимать сигнал вибрации и преобразовывать сигнал вибрации в выходной электрический сигнал.
Компонент 120 электроакустического преобразования может использоваться для преобразования внешнего сигнала в целевой сигнал. В некоторых вариантах осуществления изобретения компонент 120 электроакустического преобразования может иметь слоистую структуру. В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере участок слоистой структуры может физически соединяться с оболочкой. Слово “соединяться”, употребляемое в настоящем раскрытии изобретения, может пониматься как соединение между различными частями одной и той же структуры или, после подготовки различных частей или структур, отдельные части или структуры жестко соединяются посредством сварки, клепки, зажимов, болтов, клеевого соединения и т.д. или во время процесса подготовки первый компонент или конструкция помещается на второй компонент или конструкцию посредством физического осаждением (например, физического осаждения паров) или химического осаждения (например, химического осаждения паров). В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере, участок слоистой конструкции может крепиться к боковой стенке оболочки. Например, слоистой структурой может быть консольная балка. Консольная балка может иметь форму пластины. Один конец консольной балки может быть присоединен к боковой стенке, где находится полость оболочки, а другой конец консольной балки не соединен или не контактирует с основанием, поэтому другой конец консольной балки свободно подвешен в полости оболочки. Как другой пример, микрофон может содержать слой вибрирующей диафрагмы (также называемый участком восприятия вибрации). Участок восприятия вибрации может жестко присоединяться к оболочке. Слоистая структура может быть расположена на верхней поверхности или на нижней поверхности участка восприятия вибрации. Следует заметить, что слова “расположенный в полости” или “свободно подвешенный в полости”, упоминаемые в настоящем раскрытии изобретения, могут означать свободно подвешенный во внутреннем объеме, ниже или выше полости. В некоторых вариантах осуществления изобретения компонент 120 электроакустического преобразования может также быть присоединен к оболочке 110 через другие компоненты (например, участок восприятия вибрации, участок передачи вибрации).
В некоторых вариантах изобретения слоистая структура может включать в себя блок вибрации и блок акустического преобразователя. Блоком вибрации может быть участок слоистой структуры, который подвергается деформации под воздействием внешней силы. Блок вибрации может использоваться для передачи деформации, вызванной внешней силой, блоку акустического преобразователя. Блоком акустического преобразователя может быть участок, который в слоистой структуре преобразует деформацию блока вибрации в электрический сигнал. А именно, внешний звуковой сигнал может вводиться в акустическую полость 140 через отверстия 111, заставляя вибрировать воздух в акустической полости 140. Блок вибрации может деформироваться в ответ на вибрацию воздуха в акустической полости 140. Блок акустического преобразователя может формировать электрический сигнал на основе деформации блока вибрации. Следует заметить, что описание блока вибрации и блока акустического преобразователя представлено здесь только с целью представления принципа работы слоистой структуры и не ограничивает фактический состав и конфигурацию слоистой структуры. Фактически, блок вибрации может быть не нужен и его функция может полностью реализовываться блоком акустического преобразователя. Например, после внесения определенного изменения в конструкцию блока акустического преобразователя блок акустического преобразователя может напрямую реагировать на вибрацию основания для формирования электрического сигнала.
В некоторых вариантах осуществления изобретения блок вибрации и блок акустического преобразователя могут накладываться друг на друга, образуя слоистую структуру. Блок акустического преобразователя может быть расположен на верхнем слое блока вибрации. Блок акустического преобразователя может также быть расположен на нижнем слое блока вибрации.
В некоторых вариантах изобретения блок акустического преобразователя может содержать по меньшей мере два электродных слоя (например, первый электродный слой и второй электродный слой) и пьезоэлектрический слой. Пьезоэлектрический слой может быть расположен между первым электродным слоем и вторым электродным слоем. Пьезоэлектрический слой может относиться к структуре, которая создает напряжение на концах ее двух поверхностей, когда они подвергаются воздействию внешней силы. В некоторых вариантах пьезоэлектрический слой может создавать напряжение под действием напряжения деформации блока вибрации, а первый электродный слой и второй электродный слой могут снимать напряжение (т.е. электрический сигнал).
Процессор 130 может получать электрический сигнал от компонента 120 электроакустического преобразования и выполнять обработку сигнала. В некоторых вариантах осуществления изобретения процессор 130 может быть напрямую присоединен к компоненту 120 электроакустического преобразования проводом 150 (например, золотая проволока, медная проволока, алюминиевая проволока и т.д.). В некоторых вариантах изобретения обработка сигналов может включать в себя процесс регулирования частоты, процесс регулирования амплитуды, процесс фильтрации, процесс подавления шумов и т.п. В некоторых вариантах процессор 130 может содержать, но не ограничиваясь только этим, микроконтроллер, микропроцессор, специализированную прикладную интегральную схему (application-specific integrated circuit, ASIC), специализированный процессор системы команд (application-specific instruction-set processor, ASIP), центральный процессор (central processing unit, CPU), блок физического процессора (physical processor unit, PPU), цифровой сигнальный процессор (digital signal processor, DSP), программируемую логическую интегральную схему (field-programmable gate array, FPGA), усовершенствованную машину RISC (advanced RISC machine, ARM), программируемое логическое устройство (programmable logic device, PLD) и т.п. или другие типы устройств обработки или процессоров.
В некоторых вариантах, когда микрофон 100 используется в качестве микрофона с воздушной проводимостью (например, микрофон с воздушной проводимостью), акустическая полость 140 может быть акустически связана с внешней средой микрофона 100 через отверстия 111, так чтобы акустическая полость 140 содержала газ (например, воздух) под определенным давлением. Когда звуковой сигнал передается от отверстий 111 через акустическую полость 140 к компоненту 120 электроакустического преобразования, воздух в акустической полости 140 создает вибрацию. Когда эта вибрация воздействует на компонент 120 электроакустического преобразования для того, чтобы вызвать вибрацию, это может приводить к высокому уровню фонового шума микрофона 100. С другой стороны, в процессе приема звукового сигнала для формирования вибрации компонент 120 электроакустического преобразования может подвергаться трению с газом в акустической полости 140, что увеличивает воздушное демпфирование внутри акустической полости 140, уменьшая, таким образом, значение Q микрофона 100. Для решения вышеупомянутых проблем варианты осуществления настоящего изобретения могут обеспечить микрофон и конкретное содержание микрофона будет рассмотрено далее.
На фиг. 2 представлена конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 2, микрофон 200 может включать в себя оболочку 210, компонент 220 электроакустического преобразования и процессор 230. Микрофон 200, показанный на фиг. 2, может быть таким же или подобным микрофону 100, показанному на фиг. 1. Например, оболочка 210 микрофона 200 может быть такой же или подобной оболочки 110 микрофона 100. Как другой пример, компонент 220 электроакустического преобразования микрофона 200 может быть таким же или подобным компоненту 120 электроакустического преобразования микрофона 100. Для других компонентов микрофона 200 (например, процессор 230, проводник 270 и т.д.) можно обратиться к фиг. 1 и к его соответствующему описанию.
В некоторых вариантах различие между микрофоном 200 и микрофоном 100 может состоять в том, что микрофон 200 может также содержать участок 260 восприятия вибрации. Участок 260 восприятия вибрации может быть расположен в акустической полости оболочки 210. Периферийная сторона участка 260 восприятия вибрации может быть присоединена к боковой стенке оболочки 210, разделяя, таким образом, акустическую полость на первую акустическую полость 240 и вторую акустическую полость 250. В некоторых вариантах микрофон 200 может содержать одно или более отверстий 211. Отверстия 211 могут быть расположены на боковой стенке оболочки 210, соответствующей первой акустической полости 240. Отверстия 211 могут соединять первую акустическую полость 240 с внешней средой микрофона 200. Внешний звуковой сигнал может входить в первую акустическую полость 240 через отверстия 211 и заставлять вибрировать воздух в первой акустической полости 240. Участок 260 восприятия вибрации может воспринимать воздушную вибрацию в первой акустической полости 240 и передавать сигнал вибрации компоненту 220 электроакустического преобразования. Компонент 220 электроакустического преобразования может принимать сигнал вибрации от участка 260 восприятия вибрации и преобразовывать сигнал вибрации в электрический сигнал.
В некоторых вариантах материал участка 260 восприятия вибрации может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или более полупроводниковых материалов, металлов, металлических сплавов, органических материалов и т.п. В некоторых вариантах осуществления полупроводниковые материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медь, алюминий, хром, титан, золото и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлические сплавы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медно-алюминиевый сплав, медно-золотой сплав, титановый сплав, алюминиевый сплав, и т.п. В некоторых вариантах осуществления органические материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, полиимид, перилен, полидиметилсилоксан (polydimethylsiloxane, PDMS), силикагель, кварц и т.п. В некоторых вариантах конструкция участка 260 восприятия вибрации может иметь вид пластины, столбчатый вид и т.п.
-6
-7
В некоторых вариантах компонент 220 электроакустического преобразования и процессор 230 могут быть расположены во второй акустической полости 250. Вторая акустическая полость 250 может быть вакуумной полостью. В некоторых вариантах компонент 220 электроакустического преобразования может быть расположен во второй акустической полости 250, что позволяет избежать контакта компонента 220 электроакустического преобразования с воздухом во второй акустической полости 250, решая, таким образом, проблему влияния вибрации воздуха во второй акустической полости 250 во время электроакустического процесса преобразования компонента 220 электроакустического преобразования, то есть, решая проблему повышенного фонового шума микрофона 200. С другой стороны, компонент электроакустического преобразования 220 может быть расположен во второй акустической полости 250, что может помочь избежать трения между компонентом 220 электроакустического преобразования и воздухом во второй акустической полости 250 во время вибрации, уменьшая, таким образом, воздушное демпфирование во второй акустической полости 250 и улучшая значение Q микрофона 200. В некоторых вариантах степень вакуума (давление) во второй акустической полости 250 может быть ниже 100 Па. В некоторых вариантах степень вакуума во второй акустической полости 250 может быть от 10 Па до 100 Па. В некоторых вариантах степень вакуума во второй акустической полости 250 может быть в пределах 10 Па - 100 Па.
Для упрощения понимания работы компонента электроакустического преобразования в некоторых вариантах компонент электроакустического преобразования микрофона может быть приблизительно представлен эквивалентом в виде системы пружина-масса-демпфер. При работе микрофона система пружина-масса-демпфер может вибрировать под действием источника возбуждения (например, вибрации участка восприятия вибрации). На фиг. 3 схематично представлена система пружина-масса-демпфер компонента электроакустического преобразования, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, система пружина-масса-демпфер может двигаться в соответствии с дифференциальным уравнением (1):
где М - масса системы пружина-масса-демпфер, х – смещение системы пружина-масса-демпфер, R – коэффициент демпфирования системы пружина-масса-демпфер, К - коэффициент упругости системы пружина-масса-демпфер, F – амплитуда возбуждающей силы и ω - круговая частота внешней силы.
Дифференциальное уравнение (1) может быть решено для получения смещения в установившемся состоянии (2):
a
x = xcos(ωt - θ) … (2)
a
где x - деформация системы пружина-масса-затухание, которая равна выходному значению электрического сигнала при работе микрофона, x в выражении  - выходное смещение, Z - механический импеданс и θ - фаза колебаний.
Нормализация отношения А между смещением и амплитудой может быть описана как уравнение (3):
а0
0
0
0
m
0
где х = F/K- амплитуда смещения в устойчивом состоянии (или амплитуда смещения, когда ω = 0), f/f= ω/ω - отношение частоты внешней силы к частоте собственных колебаний, ω = К/М- круговая частота колебаний, Q = ωM/R - механическая добротность.
0
На фиг. 4 схематично представлена примерная нормализация резонансных кривых смещения системы пружина-масса-демпфер в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. По горизонтальной оси указано отношение фактической частоты колебаний системы пружина-масса-демпфер к собственной частоте системы пружина-масса-демпфер, а по вертикальной оси указано нормализованное смещение системы пружина-масса-демпфер. Следует понимать, что каждая из кривых на фиг. 4 соответственно обозначает резонансную кривую смещения системы пружина-масса-демпфер с различными параметрами. В некоторых вариантах осуществления микрофон может формировать электрический сигнал на основе относительного смещения между элементом электроакустического преобразования и оболочкой. Например, электретный микрофон может формировать электрический сигнал в соответствии с изменением расстояния между деформированной диафрагмой и подложкой. Как другой пример, микрофон с костной проводимостью на основе консольной балки может формировать электрический сигнал на основе обратного пьезоэлектрического эффекта, вызываемого деформируемой консольной балкой. В некоторых вариантах, чем большее смещение в результате деформации консольной балки, тем больше может быть электрический сигнал, создаваемый микрофоном. Как показано на фиг. 4, когда фактическая частота вибрации системы пружина-масса-демпфер является такой же или приблизительно такой же, как собственная частота системы пружина-масса-демпфер (т.е. когда отношение (ω/ω) между фактической частотой вибрации системы пружина-масса-демпфер и собственной частотой системы пружина-масса-демпфер равно или приблизительно равно 1), то чем больше нормализованное смещение системы пружина-масса-демпфер, тем уже может быть ширина полосы на уровне -3 дБ (которая здесь понимается как диапазон резонансной частоты) резонансного пика на резонансной характеристике смещения. В соответствии с вышеупомянутым уравнением (3), чем больше нормализованное смещение системы пружина-масса-демпфер, тем больше значение Q микрофона.
На фиг. 5 схематично представлен микрофон, соответствующий некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 5, микрофон 500 может содержать оболочку 510, компонент 520 электроакустического преобразования, участок 522 восприятия вибрации и участок 523 передачи вибрации, причем оболочка 510 может быть выполнена с возможностью содержать в себе участок 522 восприятия вибрации, участок 523 передачи вибрации и компонент 520 электроакустического преобразования. В некоторых вариантах оболочка 510 может иметь правильную форму (например, куб, цилиндр, усеченный конус и т.д.) или другую неправильную форму. В некоторых вариантах оболочка 510 может быть полым элементом. Оболочка 510 сама по себе образовывает акустическую полость. Участок 522 восприятия вибрации, участок 523 передачи вибрации и компонент 520 электроакустического преобразования могут быть расположены в акустической полости. В некоторых вариантах материал оболочки 510 может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или более металлов, сплавов и полимеров (например, сополимер стирола бутадиена акрилонитрила, поливинилхлорид, поликарбонат, полипропилен, и т.д.). В некоторых вариантах периферийная сторона участка 522 восприятия вибрации может быть соединена с боковой стенкой оболочки 510, тем самым разделяя акустическая полость, образованную оболочкой 510, на несколько полостей, которые могут включать в себя первую акустическую полость 530 и вторую акустическую полость 540.
В некоторых вариантах осуществления изобретения на боковой стенке оболочки 510, соответствующей первой акустической полости 530, могут быть отверстия 511. Отверстия 511 могут быть расположены в первой акустической полости 530 и направлять внешний звуковой сигнал в первую акустическую полость 530. В некоторых вариантах осуществления изобретения внешний звуковой сигнал может входить в первую акустическую полость 530 микрофона 500 через отверстия 511 и заставлять воздух в первой акустической полости 530 вибрировать. Участок 522 восприятия вибрации может улавливать сигнал вибрации воздуха и передавать сигнал вибрации компоненту 520 электроакустического преобразования. Компонент 520 электроакустического преобразования может принимать сигнал вибрации воздуха и преобразовывать сигнал вибрации в выходной электрический сигнал.
В некоторых вариантах осуществления изобретения участок 522 восприятия вибрации может содержать первый участок 5221 восприятия вибрации и второй участок 5222 восприятия вибрации, последовательно расположенные в направлении сверху вниз. Первый участок 5221 восприятия вибрации и второй участок 5222 восприятия вибрации могут присоединяться к конструкции оболочки через свои периферийные стороны. По меньшей мере, участок первого участка 5221 восприятия вибрации и второго участка 5222 восприятия вибрации могут вибрировать в ответ на звуковой сигнал, вводимый микрофоном 500 через отверстия 511. В некоторых вариантах материал участка 522 восприятия вибрации может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или несколько полупроводниковых материалов, металлических материалов, металлических сплавов, органических материалов и т.д. В некоторых вариантах полупроводниковые материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния и т.д. В некоторых вариантах осуществления металлические материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медь, алюминий, хром, титан, золото и т.д. В некоторых вариантах осуществления металлические сплавы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медно-алюминиевый сплав, медно-золотой сплав, титановый сплав, алюминиевый сплав и т.д. В некоторых вариантах осуществления, органические материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, полиимид, перилен, PDMS, силиконовый гель, силикон, и т.д. В некоторых вариантах участок 522 восприятия вибрации может быть плоской конструкцией, столбчатой конструкцией и т.д.
В некоторых вариантах осуществления изобретения участок 522 восприятия вибрации может содержать упругий участок и неподвижный участок. Например, на фиг. 6 схематично показана конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 6, первый участок 5221 восприятия вибрации может содержать первый упругий участок 52211 и первый неподвижный участок 52212. Один конец первого упругого участка 52211 может быть присоединен к боковой стенке оболочки 510, а другой конец первого упругого участка 52211 может быть присоединен к первому неподвижному участку 52212, так чтобы первый упругий участок 52211 мог быть присоединен между первым неподвижным участком 52212 и внутренней стенкой оболочки 510. Второй участок 5222 восприятия вибрации может содержать второй упругий участок 52221 и второй неподвижный участок 52222. Один конец второго упругого участка 52221 может быть присоединен к боковой стенке оболочки 510, а другой конец второго упругого участка 52221 может быть присоединен ко второму неподвижному участку 52222, так чтобы второй упругий участок 52221 мог быть присоединен между вторым неподвижным участком 52222 и внутренней стенкой оболочки 510.
В некоторых вариантах осуществления изобретения участок 523 передачи вибрации может быть расположен между первым участком 5221 восприятия вибрации и вторым участком 5222 восприятия вибрации. Верхняя поверхность участка 523 передачи вибрации может быть соединена с нижней поверхностью первого участка 5221 восприятия вибрации. Нижняя поверхность участка 523 передачи вибрации может быть соединена с верхней поверхностью второго участка 5222 восприятия вибрации. А именно, вакуумная полость 550 может быть образована между участком 523 передачи вибрации, первым неподвижным участком 52212 первого участка 5221 восприятия вибрации и вторым неподвижным участком 52222 второго участка 5222 восприятия вибрации. Компонент 520 электроакустического преобразования может быть расположен в вакуумной полости 550. А именно, один конец компонента 520 электроакустического преобразования может быть соединен с внутренней боковой стенкой участка 523 передачи вибрации, а другой конец компонента 520 электроакустического преобразования может быть свободно подвешенным в вакуумной полости 550. В некоторых вариантах осуществления изобретения вибрация, воспринимаемая участком 522 восприятия вибрации (например, первым упругим участком 52211 первого участка 5221 восприятия вибрации и вторым упругим участком 52221 второго участка 5222 восприятия вибрации), может передаваться компоненту 520 электроакустического преобразования через участок 523 передачи вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения материал участка 523 передачи вибрации может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или более полупроводниковых материалов, металлических материалов, металлических сплавов, органических материалов и т.п. В некоторых вариантах осуществления материалы участка 523 передачи вибрации и материал участка 522 восприятия вибрации могут быть одинаковыми или различающимися. В некоторых вариантах осуществления участок 523 передачи вибрации и участок 522 восприятия вибрации могут быть единой структурой. В некоторых вариантах осуществления изобретения участок 523 передачи вибрации и участок 522 восприятия вибрации могут быть относительно независимыми структурами. В некоторых вариантах осуществления участок 523 передачи вибрации может быть структурой правильной формы (например, в виде трубки, кольца, четырехугольника, пятиугольника и т.д.) и/или неправильной многоугольной формы.
-6
-7
Компонент 520 электроакустического преобразования может быть расположен в вакуумной полости 550, так чтобы можно было избежать контакта между компонентом 520 электроакустического преобразования и воздухом в вакуумной полости 550, чем решается проблема влияния вибрации воздуха в вакуумной полости 550 во время процесса вибрации компонента 520 электроакустического преобразования и дополнительно решается проблема высокого уровня фонового шума микрофона 500. С другой стороны, компонент 520 электроакустического преобразования может быть расположен в вакуумной полости 550, что может помочь избежать трения между компонентом 520 электроакустического преобразования и воздухом в вакуумной полости 550 для снижения воздушного демпфирования в вакуумной полости 550 и улучшения значения Q микрофона 500. Для улучшения выходного эффекта микрофона 500, в некоторых вариантах осуществления степень вакуума в вакуумной полости 550 может быть менее 100 Па. В некоторых вариантах осуществления степень вакуума в вакуумной полости 550 может быть в пределах 10 Па - 100 Па. В некоторых вариантах осуществления степень вакуума в вакуумной полости 550 может быть в пределах 10 Па - 100 Па.
В некоторых вариантах осуществления изобретения материал первого неподвижного участка 52212 и материал второго неподвижного участка 52222 могут отличаться от материала первого упругого участка 52211 и материала второго упругого участка 52221. Например, в некоторых вариантах осуществления жесткость неподвижного участка для участка 522 восприятия вибрации может быть больше, чем жесткость упругого участка, то есть, жесткость первого неподвижного участка 52212 может быть больше, чем жесткость первого упругого участка 52211 и/или жесткость второго неподвижного участка 52222 может быть больше, чем жесткость второго упругого участка 52221. Первый упругий участок 52211 и/или второй упругий участок 52221 могут вибрировать в ответ на внешний звуковой сигнал и передавать сигнал вибрации компоненту 520 электроакустического преобразования. Первый неподвижный участок 52212 и второй неподвижный участок 52222 могут иметь относительно большую жесткость, чтобы гарантировать, что вакуумная полость 550, образованная между первым неподвижным участком 52212, вторым неподвижным участком 52222 и участком 523 передачи вибрации не подвергается воздействию внешнего давления воздуха. В некоторых вариантах осуществления, чтобы гарантировать, что на вакуумную полость 550 не влияет внешнее давление воздуха, модуль Юнга неподвижного участка (например, первого неподвижного участка 52212 и второго неподвижного участка 52222) участка 522 восприятия вибрации может быть больше 60 ГПа. В некоторых вариантах осуществления изобретения модуль Юнга неподвижного участка (например, первого неподвижного участка 52212, второго неподвижного участка 52222) участка 522 восприятия вибрации может быть больше 50 ГПа. В некоторых вариантах осуществления изобретения модуль Юнга неподвижного участка (например, первого неподвижного участка 52212, второго неподвижного участка 52222) участка 522 восприятия вибрации может быть больше 40 ГПа.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, чтобы удостовериться, что вакуумная полость не подвергается воздействию давления атмосферного воздуха, микрофон может также содержать упрочнитель. Упрочнитель может быть расположен на верхней поверхности или на нижней поверхности участка восприятия вибрации, соответствующего вакуумной полости, улучшая, таким образом, жесткость участка восприятия вибрации, соответствующего вакуумной полости. Просто для примера, на фиг. 7 представлена конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 7, микрофон 500 может также содержать упрочнитель 560. Упрочнитель 560 может быть расположен на верхней поверхности или на нижней поверхности участка 522 восприятия вибрации, соответствующего вакуумной полости 550. А именно, упрочнитель 560 может быть расположен на нижней поверхности первого участка 5211 восприятия вибрации и на верхней поверхности второго участка 5222 восприятия вибрации, соответственно, и периферийная сторона компонента 560 усиления может соединяться с внутренней стенкой участка 523 передачи вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения упрочнитель 560 может быть элементом, имеющим вид пластины, столбика, и т.п. Упрочнитель 560 может адаптивно регулироваться в соответствии с формой и структурой участка 523 передачи вибрации. Следует заметить, что положение упрочнителя 560 не может ограничиваться внутренним пространством вакуумной полости 550, показанной на фиг. 7, он может также располагаться и в других местах. Например, упрочнитель 560 может также быть расположен вне вакуумной полости 550. А именно, упрочнитель 560 может быть расположен на верхней поверхности первого участка 5221 восприятия вибрации и на нижней поверхности второго участка 5222 восприятия вибрации. Как другой пример, упрочнитель 560 может также быть расположен внутри и снаружи вакуумной полости 550 одновременно. А именно, упрочнитель 560 может быть расположен на верхней поверхности первого участка 5221 восприятия вибрации и на верхней поверхности второго участка 5222 восприятия вибрации или упрочнитель 560 может быть расположен на верхней поверхности первого участка 5221 восприятия вибрации и на нижней поверхности второго участка 5222 восприятия вибрации или упрочнитель 560 может быть расположен на нижней поверхности первого участка 5221 восприятия вибрации и на нижней поверхности второго участка 5222 восприятия вибрации или упрочнитель 560 может быть расположен на нижней поверхности первого участка 5221 восприятия вибрации и на верхней поверхности второго участка 5222 восприятия вибрации или упрочнитель 560 может быть расположен на верхней поверхности и на нижней поверхности первого участка 5221 восприятия вибрации и на верхней поверхности и на нижней поверхности второго участка 5222 восприятия вибрации. Расположение упрочнителя 560 не может ограничиваться вышеупомянутым описанием и любая конфигурация упрочнителя 560, которая может сделать вакуумную полость не подверженной давлению атмосферного воздуха, попадает в объем защиты настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления изобретения для гарантии, что на вакуумную полость 550 не влияет давление атмосферного воздуха, жесткость упрочнителя 560 может быть больше, чем жесткость участка 522 восприятия вибрации. В некоторых вариантах осуществления модуль Юнга упрочнителя 560 может быть больше 60 ГПа. В некоторых вариантах осуществления модуль Юнга упрочнителя 560 может быть больше 50 ГПа. В некоторых вариантах осуществления изобретения модуль Юнга упрочнителя 560 может быть больше 40 ГПа. В некоторых вариантах осуществления изобретения материал упрочнителя 560 может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или несколько полупроводниковых материалов, металлических материалов, металлических сплавов, органических материалов и т.п. В некоторых вариантах осуществления полупроводниковые материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, кремний, кремниевый диоксид, нитрид кремния, карбид кремния и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлические материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медь, алюминий, хром, титан, золото и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлические сплавы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медно-алюминиевые сплавы, медно-золотые сплавы, титановые сплавы, алюминиевые сплавы и т.п. В некоторых вариантах осуществления органические материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, полиимид, перилен, полидиметилсилоксан (PDMS), силикагель, кварц и т.п.
Давление воздуха, находящегося внутри вакуумной полости 550, может быть намного ниже, чем давление воздуха снаружи вакуумной полости 550. Устанавливая упрочнитель 560 на первом участке 5221 восприятия вибрации и/или на втором участке 5222 восприятия вибрации, соответствующих вакуумной полости 550, можно гарантировать, что на вакуумную полость 550 не будет оказывать влияние давление воздуха, находящегося снаружи. Следует также понимать, что жесткость первого участка 5221 восприятия вибрации и второго участка 5222 восприятия вибрации, соответствующих вакуумной полости 550, могут быть улучшены путем установки упрочнителя 560, чтобы избежать деформации участка 522 восприятия вибрации, соответствующего вакуумной полости 550, под действием разности между давлением воздуха снаружи и давлением воздуха внутри в вакуумной полости 550, гарантируя, что объем вакуумной полости 550 при работе микрофона 500 остается практически постоянным. Таким образом, может быть обеспечена нормальная работа компонента 520 электроакустического преобразования в вакуумной полости 550. Следует заметить, что для обеспечения требуемой степени вакуума во время производственного процесса каждого компонента микрофона 500 (например, первого участка 5221 восприятия вибрации, второго участка 5222 восприятия вибрации, участка 523 передачи вибрации и компонента 520 электроакустического преобразования 520) требуется уплотнительное устройство, так чтобы степень вакуума в вакуумной полости 550 находилась в требуемом диапазоне.
Следует заметить, что в альтернативном варианте осуществления участок 522 восприятия вибрации может содержать только первый участок 5221 восприятия вибрации и первый участок 5221 восприятия вибрации может быть присоединен к оболочке 510 через ее периферийную сторону. Компонент 520 электроакустического преобразования может прямо или косвенно присоединяться к первому участку 5221 восприятия вибрации. Например, компонент 520 электроакустического преобразования может быть расположен на верхней поверхности или на нижней поверхности первого участка 5221 восприятия вибрации. В качестве другого примера, компонент 520 электроакустического преобразования может быть присоединен к первому компоненту 5221 восприятия вибрации через другие структуры (например, через участок 523 передачи вибрации). Первый участок 5221 восприятия вибрации может вибрировать в ответ на звуковой сигнал, входящий в микрофон 500 через отверстия 511. Компонент 520 электроакустического преобразования может преобразовывать вибрацию первого участка 5221 восприятия вибрации или участка 523 передачи вибрации в электрический сигнал.
В некоторых вариантах осуществления изобретения может присутствовать один или более компонентов электроакустического преобразования. В некоторых вариантах осуществления множество компонентов 520 электроакустического преобразования могут быть распределены с промежутками по внутренней стенке участка 523 передачи вибрации. Следует заметить, что распределение промежутков здесь может быть таким, чтобы они проходили вдоль горизонтального направления (перпендикулярно направлению A-A, показанному на фиг. 5) или вертикального направления (направления A-A, показанного на фиг. 5). Например, когда участок 523 передачи вибрации имеет вид кольца, множество компонентов 520 электроакустического преобразования могут быть распределены сверху вниз в вертикальном направлении с промежутками. На фиг. 8А показан вид в разрезе по линии А-А микрофона, показанного на фиг. 5. Как показано на фиг. 8A, несколько компонентов 520 электроакустического преобразования могут быть распределены последовательно по внутренней стенке участка 523 передачи вибрации с промежутками и располагаться в одной и той же плоскости или приблизительно параллельно в горизонтальном направлении. На фиг. 8B схематично представлен вид в поперечном сечении микрофона, показанного на фиг. 5, направлении, перпендикулярном к линии А-A. Как показано на фиг. 8B, в горизонтальном направлении неподвижные концы каждого компонента 520 электроакустического преобразования могут быть распределены по кольцевой внутренней стенке участка 523 передачи вибрации с промежутками. Неподвижный конец компонента 520 электроакустического преобразования и участок 523 передачи вибрации могут быть приблизительно вертикальными. Другой конец компонента 520 электроакустического преобразования (также называемый свободным концом) проходит к центру участка 523 передачи вибрации и может быть свободно подвешенным в вакуумной полости 550, так чтобы компоненты 520 электроакустического преобразования могли быть распределены по кругу в горизонтальном направлении. В некоторых вариантах осуществления изобретения, когда участок 523 передачи вибрации имеет вид многоугольной трубки (например, треугольной, пятиугольной, шестиугольной и т.д.), неподвижные концы множества компонентов 520 электроакустического преобразования могут также быть распределены с промежутками на каждой боковой стенке участка 523 передачи вибрации в горизонтальном направлении. На фиг. 9A представлено распределение компонентов электроакустического преобразования вдоль горизонтального направления, соответствующее некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 9A, участок 523 передачи вибрации может иметь форму четырехугольника и множество компонентов 520 электроакустического компонентов преобразования могут чередуясь распределяться по четырем боковым стенкам участка 523 передачи вибрации. На фиг. 9B представлено распределение компонентов электроакустического преобразования, соответствующее некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 9B, участок 523 передачи вибрации может иметь форму шестиугольника и множество компонентов 520 электроакустического преобразования могут чередуясь распределяться по шести боковым стенкам участка 523 передачи вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения множество компонентов 520 электроакустического преобразования может распределяться с промежутками по внутренней стенке участка 523 передачи вибрации для улучшения использования пространства вакуумной полости 550, уменьшая, таким образом, общий объем микрофона 500.
Следует заметить, что в горизонтальном направлении или в вертикальном направлении, распределение компонентов 520 электроакустического преобразования не ограничивается распределением с промежутками по всем внутренним стенкам участка 523 передачи вибрации. Совокупность компонентов 520 электроакустического преобразования могут также быть расположены по одной боковой стенке или на участке боковой стенки участка 523 передачи вибрации или множество компонентов 520 электроакустического преобразования могут располагаться в одной и той же горизонтальной плоскости. Например, участок 523 передачи вибрации может иметь форму куба и совокупность компонентов 520 электроакустического преобразования могут быть одновременно расположены на одной боковой стенке, на двух противоположных или соседних боковых стенках или на любых трех боковых стенках кубической структуры. Распределение совокупности компонентов 520 электроакустического преобразования может адаптивно регулироваться в соответствии с количеством или размером вакуумной полости 550 и дополнительно это здесь не ограничивается.
В некоторых вариантах осуществления изобретения компонент 520 электроакустического преобразования может содержать консольную балку. Один конец консольной балки может быть присоединен к внутренней стенке участка 523 передачи вибрации, а другой конец консольной балки может быть свободно подвешенным в вакуумной полости 550.
В некоторых вариантах осуществления изобретения консольная балка может содержать первый электродный слой, пьезоэлектрический слой, второй электродный слой, упругий слой и слой подложки. Первый электродный слой, пьезоэлектрический слой и второй электродный слой могут располагаться в направлении сверху вниз. Упругий слой может быть расположен на верхней поверхности первого электродного слоя или на нижней поверхности второго электродного слоя. Слой подложки может быть расположен на верхней поверхности или на нижней поверхности упругого слоя. В некоторых вариантах осуществления изобретения внешний звуковой сигнал может вводиться в первую акустическую полость 530 микрофона 500 через отверстия 511 и заставлять вибрировать воздух в первой акустической полости 530. Участок 522 восприятия вибрации (например, первый упругий участок 52211) может воспринимать сигнал вибрации и передавать сигнал вибрации компоненту 520 электроакустического преобразования (например, консольной балке) через участок 523 передачи вибрации, так чтобы упругий слой в консольной балке деформировался под действием сигнала вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения пьезоэлектрический слой может формировать электрический сигнал на основе деформации упругого слоя. Первый электродный слой и второй электродный слой могут снимать электрический сигнал. В некоторых вариантах осуществления изобретения пьезоэлектрический слой может создавать напряжение (разность потенциалов) на основе пьезоэлектрического эффекта в ответ на напряжение деформации упругого слоя и первый электродный слой и второй электродный слой могут в итоге получать напряжение (электрический сигнал).
В некоторых вариантах осуществления изобретения консольная балка может также содержать по меньшей мере один упругий слой, электродный слой и пьезоэлектрический слой. По меньшей мере один упругий слой может быть расположен на поверхности электродного слоя и электродный слой может быть расположен на верхней поверхности или на нижней поверхности пьезоэлектрического слоя. В некоторых вариантах осуществления электродный слой может содержать первый электрод и второй электрод. Первый электрод и второй электрод могут быть в виде гребенки, образуя первую гребенку и вторую гребенку, соответственно. Первая гребенка и вторая гребенка могут включать в себя совокупность зубцов гребенок. Между соседними зубцами первой гребенки может быть определенное расстояние и между соседними зубцами второй гребенки может быть определенное расстояние, соответственно, и расстояния могут быть одинаковыми или различающимися. Первая гребенка и вторая гребенка могут совместно образовывать электродный слой. Дополнительно, зубцы первой гребенки могут проходить в зазоры второй гребенки, чтобы совместно образовывать электродный слой. Первая гребенка и вторая гребенка могут взаимодействовать друг с другом так, чтобы первый электрод и второй электрод могли быть расположены компактно, но не пересекались. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая гребенка и вторая гребенка могут проходить в направлении длины консольной балки (например, в направлении от неподвижного конца до свободного конца).
2
4
4
4
6
2
2
2
2
В некоторых вариантах осуществления изобретения упругий слой может быть структурой, подобной пленке, или структурой, подобной блоку, поддерживаемой одним или более полупроводниковыми материалами. В некоторых вариантах осуществления изобретения полупроводниковый материал(-ы) может содержать, но не ограничиваясь только этим, кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, нитрид галлия, окись цинка, карбид кремния и т.п. В некоторых вариантах осуществления материал пьезоэлектрического слоя может содержать пьезоэлектрический кристаллический материал и пьезоэлектрический керамический материал. Пьезоэлектрический кристаллический материал относится к пьезоэлектрическому монокристаллу. В некоторых вариантах осуществления пьезоэлектрический кристаллический материал может содержать горный хрусталь, сфалерит, борацит, турмалин, цинкит, арсенид галлия, титанат бария и его производный структурный кристалл, KHPO (кристалл калия дигидроген фосфата), NaKCHO·4HO (сегнетовая соль) и т.п. или любое их сочетание. Пьезоэлектрический керамический материал относится к своего рода пьезоэлектрическому поликристаллу, который формируется неправильным набором мелкозернистых порошков, полученных твердотельной реакцией и спеканием порошков различных материалов. В некоторых вариантах осуществления пьезоэлектрический керамический материал может содержать титанат бария (Barium titanate (BT), титанат цирконата свинца (lead zirconate titanate, PZT), барий-литиевый свинцовый ниобат (lead barium lithium niobate, PBLN), модифицированный титанат свинца (modified lead titanate PT), нитрид алюминия (aluminum nitride, AIN), окись цинка (zinc oxide, ZnO) и т.д. или любое их сочетание. В некоторых вариантах осуществления материал пьезоэлектрического слоя может также быть пьезоэлектрическим полимерным материалом, таким как поливинилиден фторида (fluoride polyvinylidene, PVDF). В некоторых вариантах осуществления слой первого электрода и слой второго электрода могут иметь конструкцию из проводящего материала. Примерным проводящим материалом может быть металл, металлический сплав, оксид металла, графен и т.п. или любое их сочетание. В некоторых вариантах осуществления металлические материалы и сплавы могут содержать никель, железо, свинец, платину, титан, медь, молибден, цинк или любое их сочетание. В некоторых вариантах осуществления металлические сплавы могут содержать медно-цинковый сплав, медно-оловянный сплав, медно-никелево-кремниевый сплав, медно-хромовый сплав, медно-серебряный сплав и т.п. или любое их сочетание. В некоторых вариантах осуществления оксиды металлов могут содержать окись рутения (IV) окись (RuO), диоксид марганца (MnO), диоксид свинца (PbO), окись никеля (II) (NIO) и т.п. или любое их сочетание.
В некоторых вариантах осуществления изобретения консольная балка может также содержать слой, связывающий электрод с отводом (например, слой контактной площадки). Слой, связывающий электрод с отводом, может быть расположен на первом электродном слое и на втором электродном слое и соединять первый электродный слой и второй электродный слой с внешней цепью посредством соединения с внешним проводником (например, золотая проволока, алюминиевая проволока и т.д.), чтобы вывести сигнал напряжения между первый и вторым электродными слоями на удаленное устройство обработки данных. В некоторых вариантах осуществления изобретения материал слоя, связывающего электрод с отводом, может содержать медную фольгу, титан, медь и т.п. В некоторых вариантах осуществления изобретения материал слоя, связывающего электрод с отводом, и материал первого электродного слоя (или второго электродного слоя) могут быть одинаковыми. В некоторых вариантах осуществления изобретения материал слоя, связывающего электрод с отводом, и материал первого электродного слоя (или второго электродного слоя) могут отличаться.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, устанавливая параметр консольной балки (например, длину, ширину, высоту, материал и т.д. консольной балки), различные консольные балки могут иметь различные резонансные частоты, соответственно, таким образом, формируя различные частотные характеристики для сигналов вибрации участка 523 передачи вибрации. Например, устанавливая разные длины консольной балки, консольные балки с различной длиной могут иметь различные резонансные частоты. Множество резонансных частот, соответствующих консольным балкам различной длины, могут быть в диапазоне 100 Гц - 12000 Гц. Так как консольная балка чувствительна к вибрации вблизи своей резонансной частоты, можно считать, что консольная балка обладает частотно-избирательной характеристикой для сигнала вибрации, то есть консольная балка может, главным образом, преобразовывать сигнал вибрации в поддиапазоне около своей резонансной частоты в электрический сигнал. Поэтому в некоторых вариантах осуществления изобретения различные консольные балки могут иметь различные резонансные частоты за счет установки различной длины, так чтобы поддиапазоны формировались вблизи каждой резонансной частоты. Например, в частотном диапазоне человеческой речи с помощью совокупности консольных балок могут быть установлены 11 поддиапазонов. Резонансные частоты консольных балок, соответствующие этим 11 поддиапазонам, могут составлять 500 Гц - 700 Гц, 700 Гц - 1000 Гц, 1000 Гц - 1300 Гц, 1300 Гц - 1700 Гц, 1700 Гц - 2200 Гц, 2200 Гц - 3000 Гц, 3000 Гц - 3800 Гц, 3800 Гц - 4700 Гц, 4700 Гц - 5700 Гц, 5700 Гц - 7000 Гц и 7000 Гц - 12000 Гц, соответственно. Следует заметить, что количество поддиапазонов, установленных в частотном диапазоне человеческой речи с помощью консольной балки может регулироваться в сценарии применения микрофона 500, что здесь дополнительно не ограничивается.
На фиг. 10 представлена конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 10, микрофон 1000 может содержать оболочку 1010, компонент 1020 электроакустического преобразования, участок 1022 восприятия вибрации и участок 1023 передачи вибрации. Микрофон 1000, показанный на фиг. 10, может быть таким же или подобным микрофону 500, показанному на фиг. 5 и 6. Например, оболочка 1010 микрофона 1000 может быть такой же или подобной оболочки 510 микрофона 500. Как другой пример, первая акустическая полость 1030, вторая акустическая полость 1040 и вакуумная полость 1050 микрофона 1000 могут быть такими же или подобными первой акустической полости 530, второй акустическая полости 540 и вакуумной полости 550 микрофона 500, соответственно. В качестве дополнительного примера, участок 1022 восприятия вибрации (например, первый участок 10221 восприятия вибрации, такой как первый упругий участок 102211, первый неподвижный участок 102212 и второй участок 10222 восприятия вибрации, такой как второй упругий участок 102221, второй неподвижный участок 102222) микрофона 1000 может быть таким же или подобным участку 522 восприятия вибрации (например, первому участку 5221 восприятия вибрации, такому как первый упругий участок 52211, первый неподвижный участок 52212, и второму участку восприятия вибрации 5222, такому как второй упругий участок 52221, второй неподвижный участок 52222) микрофона 500. Дополнительные компоненты микрофона 1000 (например, отверстия 1011, участок 1023 передачи вибрации и т.д.) смотрите на фиг. 5 и 6 и их сопутствующие описания.
В некоторых вариантах осуществления изобретения основное различие между микрофоном 1000, показанным на фиг. 10, и микрофоном 500, показанным на фиг. 5, может состоять в том, что компонент 1020 электроакустического преобразования микрофона 1000 может содержать первую консольную балку 10211 и вторую консольную балку 10212. Первая консольная балка 10211 и вторая консольная балка 10212 здесь могут рассматриваться как две электродные пластины. Неподвижные концы первой консольной балки 10211и второй консольной балки 10212, соответствующие компоненту 1020 электроакустического преобразования, могут присоединяться к внутренней стенке участка 1023 передачи вибрации, а другие концы (также называемые свободными концами) первой консольной балки 10211 и второй консольной балки 10212 могут быть свободно подвешенными в вакуумной полости 1050. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая консольная балка 10211 и вторая консольная балка 10212 могут быть расположены напротив друг друга и первая консольная балка 10211 и вторая консольная балка 10212 могут иметь области, обращенные друг к другу. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая консольная балка 10211 и вторая консольная балка 10212 могут быть расположены вертикально. В этом случае области, обращенные друг к другу, могу пониматься как области, у которых нижняя поверхность первой консольной балки 10211 противоположна верхней поверхности второй консольной балки 10212. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая консольная балка 10211 и вторая консольная балка 10212 могут иметь первый зазор d1. После приема сигнала вибрации от участка 1023 передачи вибрации первая консольная балка 10211 и вторая консольная балка 10212 могут формировать различные степени деформации в направлении их вибрации (т.е. в направлении первого зазора d1), так чтобы первый зазор d1 менялся. Первая консольная балка 10211 и вторая консольная балка 10212 могут преобразовывать принятый сигнал вибрации участка 1023 передачи вибрации в электрический сигнал, основываясь на изменении первого зазора d1.
Чтобы заставить первую консольную балку 10211 и вторую консольную балку 10212 формировать деформацию различный степени в направлении вибрации, в некоторых вариантах осуществления жесткость первой консольной балки 10211 и жесткость второй консольной балки 10212 могут отличаться. Под действием сигнала вибрации участка 1023 передачи вибрации консольная балка с меньшей жесткостью может в определенной степени деформироваться, а консольная балка с большей жесткостью, как можно приблизительно предполагать, не деформируется или деформируется в меньшей степени, чем консольная балка с меньшей жесткостью. В некоторых вариантах осуществления изобретения при работе микрофона 1000 консольная балка с меньшей жесткостью (например, вторая консольная балка 10212) может деформироваться в ответ на вибрацию участка 1023 передачи вибрации, а консольная балка с большей жесткостью (например, первая консольная балка 10211) может вибрировать с блоком 1023 передачи вибрации, не деформируясь, так чтобы первый зазор d1 изменялся.
В некоторых вариантах осуществления изобретения резонансная частота консольной балки с меньшей жесткостью в компоненте 1020 электроакустического преобразования может находиться в частотном диапазоне слышимости человеческим ухом (например, в пределах 12000 Гц). В некоторых вариантах осуществления изобретения резонансная частота консольной балки с большей жесткостью в компоненте 1020 электроакустического преобразования может находиться в частотном диапазоне, нечувствительном для человеческого уха (например, выше 12000 Гц). В некоторых вариантах осуществления изобретения жесткость первой консольной балки 10211 (или второй консольной балки 10212) в компоненте 1020 электроакустического преобразования может быть достигнута путем регулирования материала, длины, ширины или толщины первой консольной балки 10211 (или второй консольной балки 10212). В некоторых вариантах осуществления изобретения различные частотные характеристики, соответствующие различным резонансным частотам, могут быть получены путем регулирования параметров каждой группы консольных балок, соответствующих компоненту 1020 электроакустического преобразования (например, материал, толщина, длина, ширина и т.д. консольной балки).
На фиг. 11 представлены кривые частотных характеристик микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 11, по горизонтальной оси указывается частота, выраженная в Гц, а по вертикальной оси указываются данные частотной характеристики выходного звукового сигнала микрофона, выраженные в дБ. Микрофон здесь может быть микрофоном 500, микрофоном 1000, микрофоном 1200, микрофоном 1300, микрофоном 1500, микрофоном 1600, микрофоном 1700, микрофоном 2000, микрофоном 2100, микрофоном 2200 и т.д. Пунктирные линии на фиг. 11 могут относиться к соответствующим кривым частотных характеристик каждого компонента электроакустического преобразования микрофона. Согласно кривым частотных характеристик на фиг. 11, каждый компонент электроакустического преобразования может иметь свою собственную резонансную частоту (например, резонансная частота кривой 1120 частотной характеристики составляет приблизительно 350 Гц, а резонансная частота кривой 1130 частотной характеристики составляет приблизительно 1500 Гц). Когда внешний звуковой сигнал передается микрофону, различные компоненты электроакустического преобразования могут быть по-разному чувствительны к сигналу вибрации вблизи своих собственных резонансных частот. Поэтому электрический сигнал, создаваемый на выходе каждого компонента электроакустического преобразования может, главным образом, содержать сигнал поддиапазона, соответствующий его резонансной частоте. В некоторых вариантах осуществления изобретения выходной сигнал на резонансном пике каждого компонента электроакустического преобразования может быть намного больше, чем выходной сигнал в плоской области его характеристики. Путем выбора полосы частот вблизи резонансного пика на кривой частотной характеристики каждого компонента электроакустического преобразования может быть реализовано разделение частот полной полосы сигнала, соответствующего звуковому сигналу, на поддиапазоны. В некоторых вариантах осуществления изобретения более плоская кривая частотной характеристики 1110 микрофона с более высоким отношением сигнал-шум может быть получена путем объединения кривых частотных характеристик на фиг. 11. Кроме того, резонансные пики в различных частотных диапазонах могут быть добавлены к микрофонной системе, устанавливая различные компоненты электроакустического преобразования (например, консольные балки), что улучшает чувствительность микрофона вблизи множества резонансных пиков и дополнительно улучшает чувствительность микрофона во всей широкой полосе.
Фильтрация и разложение сигналов вибрации на частотные полосы может достигаться путем установки в микрофон множества компонент электроакустического преобразования и использования характеристик компонент электроакустического преобразования (например, консольных балок) с различными резонансными частотами, избегая проблем искажения сигнала и добавления шума, вызванных сложностью схемы фильтрации в микрофоне и высокой занятостью вычислительных ресурсов алгоритмов программного обеспечения и добиваясь дальнейшего снижения сложности и стоимости изготовления микрофона.
На фиг. 12 представлен микрофон, соответствующий некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 12, микрофон 1200 может содержать оболочку 1210, компонент 1220 электроакустического преобразования, участок 1223 передачи вибрации и участок 1222 восприятия вибрации. Микрофон 1200, показанный на фиг. 12, может быть таким же или подобным микрофону 500, показанному на фиг. 5 и 6. Например, оболочка 1210 микрофона 1200 может быть такой же или подобной оболочки 510 микрофона 500. В качестве другого примера, первая акустическая полость 1230, вторая акустическая полость 1240 и вакуумная полость 1250 микрофона 1200 могут быть такими же или подобными первой акустической полости 530, второй акустической полости 540 и вакуумной полости 550 микрофона 500, соответственно. Как другой пример, участок 1222 восприятия вибрации (например, первый участок 12221 восприятия вибрации, такой как первый упругий участок 122211, первый неподвижный участок 122212 и второй участок 12222 восприятия вибрации, такой как второй упругий участок 122221, второй неподвижный участок 122222) микрофона 1200 могут быть такими же или подобными участку 522 восприятия вибрации (например, первому участку 5221 восприятия вибрации, такому как первый упругий участок 52211, первый неподвижный участок 52212 и второй участок 5222 восприятия вибрации, такому как второй упругий участок 52221, второй неподвижный участок 52222) микрофона 500. Дополнительные компоненты микрофона 1200 (например, отверстия 1211, участок 1223 передачи вибрации, компонент 1220 электроакустического преобразования и т.д.) смотрите на фиг. 5 и 6 и их соответствующее описания.
В некоторых вариантах осуществления изобретения основное различие между микрофоном 1200, показанным на фиг. 12, и микрофоном 500, показанным на фиг. 5, может состоять в том, что микрофон 1200 может также содержать одну или несколько пленок 1260. В некоторых вариантах осуществления пленка 1260 может быть расположена на верхней поверхности и/или на нижней поверхности компонента 1220 электроакустического преобразования. Например, пленка 1260 может быть однослойной пленкой и пленка 1260 может быть расположена на верхней поверхности или на нижней поверхности компонента 1220 электроакустического преобразования. Как другой пример, пленка 1260 может иметь двухслойную структуру. Пленка 1260 может включать в себя первую пленку, расположенную на верхней поверхности компонента электроакустического преобразования 1220 и вторую пленку, расположенную на нижней поверхности компонента 1220 электроакустического преобразования. Резонансная частота компонента 1220 электроакустического преобразования может регулироваться установкой пленки 1260 на поверхности компонента 1220 электроакустического преобразования. В некоторых вариантах осуществления изобретения на резонансную частоту компонента 1220 электроакустического преобразования можно влиять, регулируя материал, размер (такой как длина, ширина), толщину и т.п., пленки 1260. С одной стороны, информация о параметре (например, материал, размер, толщина и т.д.) пленки 1260 и компоненте 1220 электроакустического преобразования (например, консольной балки) может регулироваться так, чтобы каждый компонент 1220 электроакустического преобразования мог формировать резонанс в необходимом частотном диапазоне. С другой стороны, пленка 1260 может быть расположена на поверхности компонента 1220 электроакустического преобразования, избегая, таким образом, повреждения компонента 1220 электроакустического преобразования, вызванного режимом перегрузки микрофона 1200, повышая, таким образом, надежность микрофона 1200.
В некоторых вариантах осуществления пленка 1260 может полностью или частично покрывать верхнюю поверхность и/или нижнюю поверхность компонента 1220 электроакустического преобразования. Например, верхняя поверхность или нижняя поверхность каждого компонента 1220 электроакустического преобразования может быть покрыта соответствующей пленкой 1260, причем пленка 1260 может полностью покрывать верхнюю поверхность или нижнюю поверхность соответствующего компонента 1220 электроакустического преобразования, или пленка 1260 может частично покрывать верхнюю поверхность или нижнюю поверхность соответствующего компонента 1220 электроакустического преобразования. Как другой пример, в горизонтальном направлении, когда совокупность компонентов 1220 электроакустического преобразования одновременно расположены в одной и той же горизонтальной плоскости, одна пленка 1260 может покрывать все верхние поверхности или нижние поверхности совокупности компонентов 1220 электроакустического преобразования в одной и той же горизонтальной плоскости одновременно. Например, пленка 1260 здесь может присоединяться к внутренней стенке участка 1223 передачи вибрации через ее периферийную сторону, тем самым разделяя вакуумную полость 1250 на две взаимно независимые вакуумные полости. Как другой пример, форма пленки 1260 может быть такой же, как форма поперечного сечения участка 1223 передачи вибрации. Пленка 1260 может быть присоединена к внутренней стенке участка 1223 передачи вибрации через ее периферийную сторону и середина пленки 1260 может содержать отверстие (не показано на фиг. 12). Пленка 1260 может частично покрывать верхнюю поверхность или нижнюю поверхность совокупности компонентов 1220 электроакустического преобразования в одной и той же горизонтальной плоскости одновременно, так чтобы вакуумная полость 1250 могла быть разделена на две вакуумные полости, соединенные сверху и снизу пленкой 1260.
В некоторых вариантах осуществления изобретения материал пленки 1260 может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или несколько полупроводниковых материалов, металлических материалов, металлических сплавов, органических материалов и т.п. В некоторых вариантах осуществления изобретения полупроводниковые материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлические материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медь, алюминий, хром, титан, золото и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлический сплав может содержать, но не ограничиваясь только этим, медно-алюминиевый сплав, медный сплав, титановый сплав, алюминиевый сплав, и т.п. В некоторых вариантах осуществления органический материал может содержать, но не ограничиваясь только этим, полиимид, перилен, полидиметилсилоксан (PDMS), силикагель, кварц и т.п.
На фиг. 13 представлена конструкцию микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Микрофон 1300, показанный на фиг. 13, может быть таким же или подобным микрофону 1000, показанному на фиг. 10. Например, первая акустическая полость 1330, вторая акустическая полость 1340 и вакуумная полость 1350 микрофона 1300 могут быть такими же или подобными первой акустической полости 1030, второй акустической полости 1040 и вакуумной полости 1050 микрофона 1000, соответственно. Как другой пример, участок 1322 восприятия вибрации (например, первый участок 13221 восприятия вибрации, такой как первый упругий участок 132211, первый неподвижный участок 132212 и второй участок 13222 восприятия вибрации, такой как второй упругий участок 132221, второй неподвижный участок 132222) микрофона 1300, могут быть такими же или подобными участку 1022 восприятия вибрации (например, первому участку 10221 восприятия вибрации, такому как первый упругий участок 102211, первый неподвижный участок 102212 и второй участок 10222 восприятия вибрации, такому как второй упругий участок 102221, второй неподвижный участок 102222) микрофона 1000. Дополнительные компоненты микрофона 1300 (например, оболочка 1310, отверстие 1311, участок 1323 передачи вибрации, компонент 1320 электроакустического преобразования и т.д.) см. на фиг. 10 и в соответствующих ему частях описания.
В некоторых вариантах осуществления изобретения основное различие между микрофоном 1300, показанным на фиг. 13 и микрофоном 1200, показанным на фиг. 10, состоит в том, что микрофон 1300 может также содержать одну или несколько пленочных структур 1360. В некоторых вариантах осуществления изобретения пленочная структура(-ы) 1360 может быть расположена на верхней поверхности и/или на нижней поверхности консольной балки (например, второй консольной балке 13212), имеющего меньшую жесткость компонента 1320 электроакустического преобразования. Например, пленочная структура(-ы) 1360 может быть однослойной и пленочная структура(-ы) 1360 может быть расположена на верхней поверхности или на нижней поверхности второй консольной балки 13212. Как другой пример, пленочная структура(-ы) 1360 может быть двухслойной и содержать первую пленочную структуру на верхней поверхности второй конструкции 13212 консольного проводника и вторую пленочную структуру на нижней поверхности второй конструкции 13212 консольного проводника. В некоторых вариантах осуществления изобретения пленочная структура(-ы) 1360 может полностью или частично покрывать верхнюю поверхность и/или нижнюю поверхность второй консольной балки 13212. Например, верхняя поверхность или нижняя поверхность каждой второй консольной балки 13212 может быть покрыта соответствующей пленочной структурой 1360, которая может полностью покрывать верхнюю поверхность или нижнюю поверхность соответствующей второй консольной балки 13212, или пленочная структура 1360 может частично покрывать верхнюю поверхность или нижнюю поверхность соответствующей второй консольной балки 13212. Дополнительную информацию о пленочной структуре(-ах) 1360, полностью или частично покрывающей верхнюю поверхность и нижнюю поверхность второй конструкции 13212 консольного проводника, см. на фиг. 12 и в соответствующем ее описании.
В некоторых вариантах осуществления изобретения пленочная структура(-ы) 1360 может также быть расположена на верхней поверхности и/или на нижней поверхности консольной балки (например, первой консольной балки 13211) с большей жесткостью компонента 1320 электроакустического преобразования. Способ, в котором пленочная структура 1360 расположена на верхней поверхности и/или на нижней поверхности первой консольной балки 13211, может быть подобен способу, в котором пленочная структура 1360 расположена на верхней поверхности и/или на нижней поверхности второй конструкции консольной балки 13212, и здесь его описание не повторяется.
В некоторых вариантах осуществления изобретения пленочная структура(-ы) 1360 может также одновременно располагаться на верхней поверхности и/или на нижней поверхности консольной балки (например, второй консольной балки 13212) с меньшей жесткостью и консольной балки (например, первой консольной балки 13211) с большей жесткостью компонента 1320 электроакустического преобразования 1320. Например, на фиг. 14 представлена конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 14, пленочная структура(-ы) 1360 может быть расположена на верхней поверхности первой консольной балки 13211 и на нижней поверхности второй консольной балки 13212 одновременно. В некоторых вариантах осуществления изобретения пленочная структура(-ы) 1360 может обеспечиваться на верхней поверхности и/или на нижней поверхности консольной балки (например, первой консольной балки 13211) с большой жесткостью, так чтобы консольная балка с большой жесткостью не могла деформироваться относительно участка 1323 передачи вибрации, и чувствительность микрофона 1300 может быть улучшена.
Следует заметить, что соответствующие участки восприятия вибрации в микрофоне 1000, показанном на фиг. 10, микрофоне 1200, показанном на фиг. 12, и микрофоне 1300, показанном на фиг. 13 и фиг. 14, не могут ограничиваться в обеспечении стабильности вакуумной полости, устанавливая неподвижные участки и упругие участки с различной жесткостью. В некоторых вариантах осуществления изобретения стабильность вакуумной полости может также обеспечиваться путем установки упрочнителя на участке восприятия вибрации, соответствующего вакуумной полости, и описание упрочнителя приводится на фиг. 7 и в ее соответствующем описании, которое здесь не повторяется.
На фиг. 15 представлена примерная конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 15, микрофон 1500 может содержать оболочку 1510, компонент 1520 электроакустического преобразования, участок 1522 восприятия вибрации и участок 1523 передачи вибрации. Микрофон 1500, показанный на фиг. 15, может быть таким же или подобен микрофону 500, показанному на фиг. 5. Например, первая акустическая полость 1530, вторая акустическая полость 1540 и вакуумная полость 1550 микрофона 1500 могут быть такими же или подобными первой акустической полости 530, второй акустической полости 540 и вакуумной полости 550 микрофона 500, соответственно. Дополнительные компоненты конструкции микрофона 1500 (например, оболочка 1510 отверстие 1511, участок 1523 передачи вибрации, компонент 1520 электроакустического преобразования и т.д.) см. на фиг. 5 и в ее соответствующем описании.
В некоторых вариантах осуществления изобретения основное различие между микрофоном 1500, показанным на фиг. 15, и микрофоном 500, показанным на фиг. 5, состоит в участке 1522 восприятия вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения участок 1522 восприятия вибрации может содержать первый участок 15221 восприятия вибрации, второй участок 15222 восприятия вибрации и третий участок 15223 восприятия вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый участок 15221 восприятия вибрации и второй участок 15222 восприятия вибрации могут быть расположены напротив друг друга относительно участка 1523 передачи вибрации, так чтобы участок 1523 передачи вибрации мог быть расположен между первым участком 15221 восприятия вибрации и вторым участком 15222 восприятия вибрации. А именно, нижняя поверхность первого участка 15221 восприятия вибрации может быть присоединена к верхней поверхности участка 1523 передачи вибрации и верхняя поверхность второго участка 15222 восприятия вибрации может быть присоединена к нижней поверхности участка 1523 передачи вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый участок 15221 восприятия вибрации, второй участок 15222 восприятия вибрации и участок 1523 передачи вибрации могут образовывать вакуумную полость 1550 и компонент 1520 электроакустического преобразования может быть расположен в вакуумной полости 1550. В некоторых вариантах осуществления изобретения третий участок 15223 восприятия вибрации может быть присоединен между участком 1523 передачи вибрации и внутренней стенкой оболочки 1510. При работе микрофона 1500 звуковой сигнал может вводиться в первую акустическую полость 1530 через отверстия 1511 и воздействовать на участок 1522 восприятия вибрации, заставляя третий участок 15223 восприятия вибрации вибрировать. Третий участок 15223 восприятия вибрации может передавать вибрацию компоненту 1520 электроакустического преобразования через участок 1523 передачи вибрации.
В некоторых вариантах осуществления изобретения третий участок 15223 восприятия вибрации может содержать одну или более пленочных структур. Пленочные структуры могут адаптироваться к участку 1523 передачи вибрации и к оболочке 1510. Например, когда оболочка 1510 и участок 1523 передачи вибрации обе являются цилиндрическими, третий участок 15223 восприятия вибрации может быть кольцевой пленочной структурой. Внешняя стенка на периферийной стороне кольцевой пленочной структуры может быть присоединена к оболочке 1510. Внутренняя стенка на периферийной стороне кольцевой пленочной структуры может быть присоединена к участку 1523 передачи вибрации. Как другой пример, когда оболочка 1510 является цилиндрической и участок 1523 передачи вибрации является кубической формы, третий участок 15223 восприятия вибрации может быть круговой пленочной структурой с прямоугольным отверстием в центре. Внешняя стенка пленочной структуры может быть присоединена к оболочке 1510. Внутренняя стенка пленочной структуры может быть присоединена к участку 1523 передачи вибрации. Следует заметить, что форма третьего участка 15223 восприятия вибрации не может ограничиваться вышеупомянутыми кольцом и прямоугольником, но может также быть пленочной структурой с другими формами, такими как правильная форма (например, пятиугольник, шестиугольник) и/или неправильная форма. Форма и конфигурация третьего участка 15223 восприятия вибрации могут адаптивно регулироваться в соответствии с формой оболочки 1510 и участка 1523 передачи вибрации.
В некоторых вариантах осуществления изобретения материал третьего участка 15223 восприятия вибрации может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или более полупроводниковых материалов, металлических материалов, металлических сплавов, органических материалов и т.п. В некоторых вариантах осуществления полупроводниковыми материалами могут быть, но не ограничиваясь только этим, кремний, диоксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлическими материалами могут быть, но не ограничиваясь только этим, медь, алюминий, хром, титан, золото и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлические сплавы могут быть, но не ограничиваясь только этим, медно-алюминиевым сплавом, медно-золотым сплавом, титановым сплавом, алюминиевым сплавом и т.п. В некоторых вариантах осуществления органические материалы могут быть, но не ограничиваясь только этим, полиимидом, периленом, полиметилсилоксаном (PDMS), силикагелем, кварцем и т.п.
В некоторых вариантах осуществления изобретения материалы первого участка 15221 восприятия вибрации и второго участка 15222 восприятия вибрации могут отличаться от материала третьего участка 15223 восприятия вибрации. Например, в некоторых вариантах, жесткость первого участка 15221 восприятия вибрации и жесткость второго участка 15222 восприятия вибрации могут быть больше, чем жесткость третьего участка 15223 восприятия вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения третий участок 15223 восприятия вибрации может вибрировать в ответ на внешний звуковой сигнал и передавать сигнал вибрации компоненту 1520 электроакустического преобразования. Первый участок 15221 восприятия вибрации и второй участок 15222 восприятия вибрации могут иметь большую жесткость, чтобы гарантировать, что вакуумная полость 1550, образованная первым участком 15221 восприятия вибрации, вторым участком 15222 восприятия вибрации и участком 1523 передачи вибрации, не будет подвергаться влиянию давлению наружного воздуха. В некоторых вариантах осуществления изобретения, чтобы гарантировать, что на вакуумную полость 1550 не влияет давление наружного воздуха, модуль Юнга первого участка 15221 восприятия вибрации и модуль Юнга второго участка 15222 восприятия вибрации могут быть больше 60 ГПа. В некоторых вариантах осуществления изобретения модуль Юнга первого участка 15221 восприятия вибрации и модуль Юнга второго участка 15222 восприятия вибрации могут быть больше 50 ГПа. В некоторых вариантах осуществления изобретения модуль Юнга первого участка 15221 восприятия вибрации и модуль Юнга второго участка 15222 восприятия вибрации могут быть больше 40 ГПа.
В некоторых вариантах осуществления изобретения, чтобы гарантировать, что на вакуумную полость 1550 не будет оказывать влияние давление наружного воздуха, микрофон 1500 может также содержать упрочнитель (не показанный на чертежах), причем упрочнитель может быть расположен на верхней поверхности или на нижней поверхности участка 1522 восприятия вибрации (например, первого участка 15221 восприятия вибрации и второго участка 15222 восприятия вибрации), соответствующих вакуумной полости 1550. Конкретно, упрочнитель может быть расположен на нижней поверхности первой участка 15221 восприятия вибрации и на верхней поверхности второго участка 15222 восприятия вибрации, соответственно. Периферийная сторона упрочнителя может быть присоединена к внутренней стенке участка 1523 передачи вибрации. Для конкретного содержания конструкции, положения, материала и т.п. упрочнителя, см. фиг. 7 и ее соответствующее описание. Кроме того, упрочнитель может также использоваться в других вариантах осуществления настоящего изобретения, например, в микрофоне 1600, показанном на фиг. 16, микрофоне 1700, показанном на фиг. 17, микрофоне 2000, показанном на фиг. 20, микрофоне 2100, показанном на фиг. 21, и микрофоне 2200, показанном на фиг. 22.
В некоторых вариантах осуществления изобретения микрофон 1500 может также содержать по меньшей мере одну пленочную структуру (не показана), расположенную на верхней поверхности и/или на нижней поверхности компонента 1520 электроакустического преобразования. Подробности по меньшей мере для одной пленочной структуры см. на фиг. 12 и в ее соответствующем описании, которое здесь не повторяются.
На фиг. 16 представлена конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 16, микрофон 1600 может содержать оболочку 1610, компонент 1620 электроакустического преобразования, участок 1622 восприятия вибрации и участок 1623 передачи вибрации. Микрофон 1600, показанный на фиг. 16, может быть таким же или подобным микрофону 1000, показанному на фиг. 10. Например, первая акустическая полость 1630, вторая акустическая полость 1640 и вакуумная полость 1650 микрофона 1600 могут быть такими же или подобными первой акустической полости 1030, второй акустической полости 1040 и вакуумной полости 1050 микрофона 1000, соответственно. Дополнительные компоненты микрофона 1600 (например, оболочка 1610, отверстие 1611, участок 1623 передачи вибрации, компонент 1620 электроакустического преобразования и т.д.) см. на фиг. 10 и в ее соответствующем описании.
В некоторых вариантах осуществления изобретения основное отличие между микрофоном 1600, показанным на фиг. 16, и микрофоном 1000, показанным на фиг. 10, может состоять в участке 1622 восприятия вибрации. В некоторых вариантах осуществления участок 1622 восприятия вибрации может содержать первый участок 16221 восприятия вибрации, второй участок 16222 восприятия вибрации и третий участок 16223 восприятия вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый участок 16221 восприятия вибрации и второй участок 16222 восприятия вибрации могут быть расположены напротив друг друга относительно участка 1623 передачи вибрации, так чтобы участок 1623 передачи вибрации был расположен между первым участком 16221 восприятия вибрации и вторым участком 16222 восприятия вибрации. А именно, нижняя поверхность первого участка 16221 восприятия вибрации может быть присоединена к верхней поверхности участка 1623 передачи вибрации. Верхняя поверхность второго участка 16222 восприятия вибрации может быть присоединена к нижней поверхности участка 1623 передачи вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения первый участок 16221 восприятия вибрации, второй участок восприятия вибрации 16222 и участок 1623 передачи вибрации могут образовывать вакуумную полость 1650. Компонент 1620 электроакустического преобразования (например, первая консольная балка 16211 и вторая консольная балка 16212) может быть расположен в вакуумной полости 1650.
В некоторых вариантах осуществления изобретения третий участок 16223 восприятия вибрации может быть присоединен между участком 1623 передачи вибрации и внутренней стенкой оболочки 1610. При работе микрофона 1600 звуковой сигнал может быть введен в первую акустическую полость 1630 через отверстия 1611 и воздействовать на третий участок 16223 восприятия вибрации, вызывая их вибрацию. Третий участок 16223 восприятия вибрации может передавать вибрацию компоненту 1620 электроакустического преобразования через участок 1623 передачи вибрации. Подробности о третьем участке 16223 восприятия вибрации см. на фиг. 15 и в связанных с ним описаниях, которые здесь не повторяются.
В некоторых вариантах осуществления изобретения микрофон 1600 может также содержать по меньшей мере одну пленочную структуру (не показана), расположенную на верхней поверхности и/или на нижней поверхности компонента 1620 электроакустического преобразования. Для получения дополнительной информации по меньшей мере для одной пленочной структуры см. фиг. 12-14 и их соответствующее описание, которое здесь не повторяется.
На фиг. 17 представлена конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 17, микрофон 1700 может содержать оболочку 1710, компонент 1720 электроакустического преобразования, участок 1722 восприятия вибрации и участок 1723 передачи вибрации. Микрофон 1700, показанный на фиг. 17, может быть таким же или подобным микрофону 1500, показанному на фиг. 15. Например, первая акустическая полость 1730, вторая акустическая полость 1740 и вакуумная полость 1750 микрофона 1700 могут быть такими же или подобными первой акустической полости 1530, второй акустической полости 1540 и полости 1550 микрофона 1500, соответственно. Как другой пример, участок 1722 восприятия вибрации (например, первый участок 17221 восприятия вибрации, второй участок 17222 восприятия вибрации и третий участок 17223 восприятия вибрации) микрофона 1700 может быть таким же или подобным участку 1522 восприятия вибрации (например, первому участку 15221 восприятия вибрации, второму участку 15222 восприятия вибрации и третьему участку 15223 восприятия вибрации) микрофона 1500. Дополнительные компоненты микрофона 1700 (например, оболочка 1710, отверстия 1711, участок 1723 передачи вибрации, компонент 1720 электроакустического преобразования и т.д.) см. на фиг. 15 и в ее соответствующем описании.
В некоторых вариантах осуществления изобретения основное различие между микрофоном 1700, показанным на фиг. 17, и микрофоном 1500, показанным на фиг. 15, может состоять в том, что микрофон 1700 может также содержать один или более опорных элементов 1760. В некоторых вариантах осуществления изобретения опорный элемент(-ы) 1760 может быть в вакуумной полости 1750. Верхняя поверхность опорного элемента(-ов) 1760 может быть присоединена к нижней поверхности первого участка 17221 восприятия вибрации. Нижняя поверхность опорного элементы(-ов) 1760 может быть присоединена к верхней поверхности второго участка 17222 восприятия вибрации. С одной стороны, устанавливая опорный элемент(-ы) 1760 в вакуумной полости 1750 и соединяя его с первым участком 17221 восприятия вибрации и вторым участком восприятия вибрации, соответственно, жесткость первого участка 17221 восприятия вибрации и жесткость второго участка 17222 восприятия вибрации может быть дополнительно повышена. Поэтому первый участок 17221 восприятия вибрации и второй участок 17222 восприятия вибрации не могут деформироваться из-за влияния вибрации воздуха в первой акустической полости 1730. Дополнительно, режимы вибрации внутренних устройств (например, первого участка 17221 восприятия вибрации и второго участка 17222 восприятия вибрации) микрофона 1700 могут быть уменьшены. В то же время, опорный элемент(-ы) 1760 может увеличить жесткость первого участка 17221 восприятия вибрации и жесткость второго участка 17222 восприятия вибрации и может дополнительно гарантировать, что объем вакуумной полости 1750 остается практически постоянным, так чтобы степень вакуума в вакуумной полости 1750 могла быть в необходимом диапазоне (например, меньше 100 Па), уменьшая, тем самым, влияние воздушного демпфирования в вакуумной полости 1750 на компонент 1729 электроакустического преобразования и улучшая значение Q микрофона 1700. С другой стороны, опорный элемент(-ы) 1760 может быть присоединен к первому участку 17221 восприятия вибрации и второму участку 17222 восприятия вибрации, соответственно, что может также повысить надежность микрофона 1700 при перегрузке.
В некоторых вариантах осуществления изобретения форма опорного элемента 1760 может быть правильной формой (например, в форме пластины, цилиндра, усеченного конуса, куба, шестигранника, и т.д.) и/или неправильной формой. В некоторых вариантах осуществления изобретения материал опорного элемента(-ов) 1760 может содержать, но не ограничиваясь только этим, один или более полупроводниковых материалов, металлических материалов, металлических сплавов, органических материалов и т.п. В некоторых вариантах осуществления полупроводниковые материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, кремний, диоксид кремния, нитридом кремния, карбид кремния и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлические материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медь, алюминий, хром, титан, золото и т.п. В некоторых вариантах осуществления металлические сплавы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, медно-алюминиевый сплав, медно-золотой сплав, титановый сплав, алюминиевый сплав и т.п. В некоторых вариантах осуществления органические материалы могут содержать, но не ограничиваясь только этим, полиимид, перилен, полидиметилсилоксан (PDMS), силикагель, кварц и т.п.
Как показано на фиг. 17, в некоторых вариантах осуществления изобретения, второй зазор d2 между свободным концом (т.е. концом, свободно подвешенным в вакуумной полости 1750) компонента 1720 электроакустического преобразования и опорным элементом(-ами) 1760 может быть не меньше 2 мкм, чтобы не допускать столкновения компонента 1720 электроакустического преобразования с опорным элементом(-ами) 1760 во время вибрации. В то же время, когда второй зазор d2 мал (например, второй разрыв d2 не больше 20 мкм), общий объем микрофона 1700 может быть эффективно уменьшен. В некоторых вариантах осуществления, второй зазор d2 между свободным концом в различных компонентах 1720 электроакустического преобразования (например, консольных балок с различными длинами) и опорным элементом(-ами) 1760 может различаться. В некоторых вариантах осуществления изобретения, разрабатывая опорный элемент(-ы) 1760 с различными формами и размерами и регулируя положение опорного элемента(-ов) 1760, совокупность компонентов 1720 электроакустического преобразования (например, консольные балки) могут тесно устанавливаться в вакуумной полости 1750 так, чтобы микрофон 1700 мог иметь меньший общий размер. На фиг. 18A и фиг. 18B схематично представлены виды в поперечном сечении микрофонов в различных направлениях в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 18A и фиг. 18B, когда опорный элемент 1760 является эллиптическим цилиндром, опорный элемент 1760, участок 1723 передачи вибрации и участок 1722 восприятия вибрации могут образовывать кольцевую или кольцеобразную полость в вакуумной полости 1750. Совокупность компонентов 1720 электроакустического преобразования могут располагаться в полости с интервалами, распределяясь вдоль длины окружности опорного элемента(-ов) 1760.
В некоторых вариантах осуществления изобретения опорный элемент(-ы) 1760 может быть расположен в центре вакуумной полости 1750. Например, на фиг. 19A схематично представлен вид в поперечном сечении микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 19A, опорный элемент(-ы) 1760 может быть расположен в центре вакуумной полости 1750. Центр может быть геометрическим центром вакуумной полости 1750. В некоторых вариантах осуществления изобретения опорный элемент(-ы) 1760 может также быть в вакуумной полости 1750 вблизи любого конца участка 1723 передачи вибрации. Например, на фиг. 19B схематично представлен вид в поперечном сечении микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 19B, опорный элемент 1760 может быть расположен в вакуумной полости 1750 вблизи боковой стенки L участка 1723 передачи вибрации. Следует заметить, что форма, способ расположения, местоположение, материал и т.п. опорного элемента 1750 могут адаптивно регулироваться в соответствии с длиной, количеством, режимом распределения и т.п. компонентов 1720 электроакустического преобразования и не может здесь ничем дополнительно ограничиваться.
В некоторых вариантах осуществления микрофон 1700 может также содержать по меньшей мере одну пленочную структуру (не показана), расположенную на верхней поверхности и/или на поверхность нижней поверхности компонента 1720 электроакустического преобразования. В некоторых вариантах осуществления в середине пленочной структуры может быть отверстие для вставления в него опорного элемента 1760. Отверстие может совпадать по форме или отличаться от формы поперечного сечения опорного элемента(-ов). В некоторых вариантах осуществления изобретения периферийная боковая стенка опорного элемента(-ов) 1760 может соединяться с периферийным отверстием(-ями) в пленочной структуре или не соединяться с периферийным отверстием(-ями) в пленочной структуре. Для более подробного описания формы, материала и конструкции пленочной структуры обратитесь к фиг. 12 и к ее соответствующему описанию.
Следует заметить, что опорный элемент(-ы) может также применяться к микрофону в других вариантах осуществления. Например, он может быть применим к микрофону 500, показанному на фиг. 5, микрофону 1000, показанному на фиг. 10, микрофону 1200, показанному на фиг. 12, микрофону 1300, показанному на фиг. 13, и к микрофону 1200, показанному на фиг. 14. Когда опорный элемент применяется к другим микрофонам, форма, положение и материал опорного элемента(-ов) могут адаптивно корректироваться в соответствии с конкретными обстоятельствами.
На фиг. 20 схематично показана конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 20, микрофон 2000 может содержать оболочку 2010, компонент 2020 электроакустического преобразования, участок 2022 восприятия вибрации и участок 2023 передачи вибрации. Микрофон 2000, показанный на фиг. 20, может быть таким же или подобным микрофону 1600, показанному на фиг. 16. Например, первая акустическая полость 2030, вторая акустическая полость 2040 и вакуумная полость 2050 микрофона 2000 могут быть такими же или подобными первой акустической полости 1630, второй акустической полости 1640 и вакуумной полости 1650 микрофона 1600, соответственно. Как другой пример, участок 2022 восприятия вибрации (например, первый участок 20221 восприятия вибрации, второй участок 20222 восприятия вибрации и третий участок 20223 восприятия вибрации) микрофона 2000 могут быть такими же или подобными участку 1622 восприятия вибрации (например, первому участку 16221 восприятия вибрации, второму участку 16222 восприятия вибрации и третьему участку 16223 восприятия вибрации) микрофона 1600. Дополнительные компоненты микрофона 2000 (например, оболочка 2010, отверстие(-я) 2011, участок 2023 передачи вибрации, компонент 2020 электроакустического преобразования и т.д.) см. на фиг. 16 и соответствующее описание.
В некоторых вариантах осуществления изобретения основное различие между микрофоном 2000, показанным на фиг. 20, и микрофоном, 1600, показанным на фиг. 16, может состоять в том, что микрофон 2000 может также содержать опорный элемент 2060. В некоторых вариантах осуществления изобретения верхняя поверхность опорной конструкции 2060 может соединяться с нижней поверхностью первого участка 20221 восприятия вибрации и нижняя поверхность опорной конструкции 2060 может соединяться с верхней поверхностью второго участка 20222 восприятия вибрации. В некоторых вариантах осуществления изобретения свободный конец (т.е. конец, свободно подвешенный в вакуумной полости 2050) компонента 2020 электроакустического преобразования (например, первой консольной балки 20211, второй консольной балки 20212) и опорный элемент 2060 могут иметь между собой второй зазор d2. Дополнительные описания опорного элемента 2060 см. на фиг. 17 и в ее соответствующем описании.
В некоторых вариантах осуществления изобретения микрофон 2000 может также содержать по меньшей мере одну пленочную структуру (не показана на чертежах). Подробное описание по меньшей мере одной пленочной структуры микрофона 2000, содержащего опорный элемент 2060, см. на фиг. 13, фиг. 14, фиг. 17 и в связанных с ними описаниях.
На фиг. 21 схематично представлена конструкция микрофона, соответствующая некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения микрофон может быть микрофоном с костной проводимостью. Как показано на фиг. 21, микрофон 2100 с костной проводимостью может содержать оболочку 2110, компонент 2120 электроакустического преобразования, участок 2122 восприятия вибрации и участок 2123 передачи вибрации. Компоненты микрофона 2100 с костной проводимостью, показанного на фиг. 21, могут быть такими же или подобными компонентам микрофона 1700, показанного на фиг. 17, например, компоненту 2120 электроакустического преобразования, первой акустической полости 2130, второй акустической полости 2140, вакуумной полости 2150, участку 2122 восприятия вибрации (например, первому участку 21221 восприятия вибрации, второму участку 21222 восприятия вибрации), участку 2123 передачи вибрации, опорному элементу 2160 и т.п.
В некоторых вариантах осуществления изобретения основное различие между микрофоном 2100 с костной проводимостью и микрофоном 1700, показанным на фиг. 17, может состоять в режиме работы восприятия вибрации. Участок 1722 восприятия вибрации (например, третий участок 17223 восприятия вибрации) микрофона 1700 может воспринимать сигнал вибрации воздуха, передаваемый в первую акустическую полость 1730 через отверстия 1711. Однако оболочка 2110 микрофона с костной проводимостью не содержит отверстия. Микрофон 2100 с костной проводимостью может формировать сигнал вибрации в ответ на вибрацию оболочки 2110 через участок 2122 восприятия вибрации (например, через третий участок 21223 восприятия вибрации). А именно, оболочка 2110 может вибрировать на основе внешнего звукового сигнала. Третий участок 21223 восприятия вибрации может формировать сигнал вибрации в ответ на вибрацию оболочки 2110 и передавать сигнал вибрации компоненту 2120 электроакустического преобразования через участок 2123 передачи вибрации. Компонент 2120 электроакустического преобразования может преобразовывать сигнал вибрации в электрический сигнал и выводить его.
На фиг. 22 схематично представлена конструкция микрофона, соответствующего некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 22, микрофон 2200 с костной проводимостью может содержать оболочку 2210, компонент 2220 электроакустического преобразования, участок 2222 восприятия вибрации и участок 2223 передачи вибрации. Компоненты микрофона 2200 с костной проводимостью, показанные на фиг. 22, могут быть такими же или подобными компонентам микрофона 2000, показанного на фиг. 20, такими как, например, компонент 2220 электроакустического преобразования, первая акустическая полость 2230, вторая акустическая полость 2240, вакуумная полость 2250, участок 2222 восприятия вибрации (например, первый участок 22221 восприятия вибрации, второй участок 22222 восприятия вибрации), участок 2223 передачи вибрации, опорный элемент 2260 и т.п.
В некоторых вариантах осуществления изобретения различие между микрофоном 2200 с костной проводимостью и микрофоном 2000, показанным на фиг. 20, может состоять в отличии режима восприятия вибрации. Участок 2022 восприятия вибрации (например, третий участок 20223 восприятия вибрации) микрофона 2000 может воспринимать сигнал вибрации воздуха, передаваемый в первую акустическую полость 2030 через отверстия 2011. Однако оболочка 2210 микрофона 2200 с костной проводимостью не содержит отверстия. Микрофон 2200 с костной проводимостью может формировать сигнал вибрации в ответ на вибрацию оболочки 2210 посредством участка 2222 восприятия вибрации (например, третьего участка 22223 восприятия вибрации). В некоторых вариантах осуществления изобретения оболочка 2210 может вибрировать на основе внешнего звукового сигнала. Третий участок 22223 восприятия вибрации может формировать сигнал вибрации в ответ на вибрацию оболочки 2210 и передавать сигнал вибрации компоненту 2220 электроакустического преобразования (например, первой консольной балке 22211 и второй консольной балке 22212) через участок 2223 передачи вибрации. Компонент электроакустического 2220 преобразования может преобразовывать сигнал вибрации в электрический сигнал и выводить его.
Следует заметить, что микрофон 500, показанный на фиг. 5, микрофон 1000, показанный на фиг. 10, микрофон 1200, показанный на фиг. 12, и микрофон 1300, показанный на фиг. 13, также могут использоваться в качестве микрофонов с костной проводимостью. Например, микрофон может не иметь отверстия и оболочка может вибрировать в зависимости от внешнего звукового сигнала. Первый участок восприятия вибрации или второй участок восприятия вибрации могут формировать сигнал вибрации в ответ на вибрацию оболочки. Вибрация может передаваться компоненту электроакустического преобразования через участок передачи вибрации. Компонент электроакустического преобразования может преобразовывать сигнал вибрации в электрический сигнал и выводить его.
Выше были описаны базовые концепции. Для специалистов в данной области техники очевидно, что представленное выше изобретение может быть только примером и не составляет ограничение настоящего изобретения. Хотя явно здесь не указано, специалисты в данной области техники могут вносить в настоящее изобретение различные модификации, улучшения и поправки. Предполагается, что эти изменения, улучшения и модификации допускаются данным изобретением и находятся в рамках сущности и объема вариантов осуществления настоящего изобретения.
Кроме того, для описания вариантов осуществления настоящего изобретения использовалась определенная терминология. Например, термин “один из вариантов осуществления изобретения”, “один из примеров реализации” и/или “некоторые варианты осуществления изобретения” означают характеристику, конструкцию или характеристики, связанные с настоящим изобретением, по меньшей мере в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Поэтому подчеркивается и следует понимать, что две или более ссылок на “вариант осуществления” или “один из вариантов осуществления” или “альтернативный вариант осуществления” в различных частях настоящего описания не обязательно все относятся к одному и тому же варианту осуществления. Кроме того, некоторые признаки, конструкции или функции одного или более вариантов осуществления настоящего изобретения могут соответственно объединяться.
Кроме того, специалисты в данной области техники должны понимать, что различные подходы настоящего изобретения могут быть проиллюстрированы и описаны здесь в нескольких патентоспособных категориях или ситуациях, включающих любой новый и полезный процесс, машину, продукт или сочетание материалов, или любое новое и полезное их улучшение. Соответственно, все подходы настоящего изобретения могут выполняться полностью аппаратными средствами, могут выполняться полностью программными средствами (в том числе, встроенным микропрограммным обеспечением, резидентным программным обеспечением, микрокодом и т.д.) или могут выполняться сочетанием аппаратных и программных средств. Вышеупомянутые аппаратные средства или программное обеспечение могут упоминаться как “блок данных”, “модуль”, “механизм”, “блок”, “компонент” или “система”. Кроме того, подходы настоящего изобретения могут выглядеть как компьютерный продукт, находящийся на одном или нескольких считываемых компьютером носителях, причем продукт содержит считываемую компьютером управляющую программу.
Компьютерный носитель может содержать сигнал передачи данных, содержащий управляющую компьютерную программу, и быть, например, таким как основополосный сигнал или часть несущей. Передаваемый сигнал может иметь множество форм выражения, в том числе, электромагнитную форму, оптическую форму или любое подходящее их сочетание. Компьютерный носитель может быть любым считываемым компьютером носителем, кроме считываемого компьютером носителя запоминающего устройства, которое может соединяться с системой, устройством или оборудованием для исполнения команд и осуществления связи, распространения или передачи программ для использования. Управляющая программа, находящаяся на компьютерном носителе, может передаваться через любой подходящий носитель, включая радио, кабель, оптоволоконный кабель, радиочастоту или подобные носители или любое их сочетание.
Управляющая компьютерная программа, требующаяся для работы каждой части настоящего изобретения, может быть написана на любом одном или более языках программирования, включая объектно-ориентированные языки программирования, такие как Java, Scala, Smalltalk, Eiffel, JADE, Emerald, C++, C#, VB.NET, Python и т.п., стандартные языки процедурного программирования, такие как язык программирования “C”, Visual Basic, Fortran 2003, Perl, COBOL 2002, PHP, ABAP, языки динамического программирования, такие как Python, Ruby и Groovy или другие языки программирования. Управляющая программа может выполняться полностью на компьютере пользователя, частично на компьютере пользователя или как отдельный пакет программного обеспечения на компьютере пользователя или частично на компьютере пользователя, частично на удаленном компьютере или полностью на удаленном компьютере или на сервере. В последнем случае удаленный компьютер может подключаться к компьютеру пользователя через любую сеть, такую как локальная сеть (LAN) или глобальная вычислительная сеть (WAN), или подключаться к внешнему компьютеру (например, через Интернет), или в среде облачных вычислений или использоваться как услуга, такая как программное обеспечение как сервис (software as a service, SaaS).
Кроме того, представленный порядок обработки элементов или последовательностей или использование цифровых знаков, букв или других обозначений имена не предназначены для ограничения выполнения заявленных процессов и способов в любом порядке, отличном от указанного в формуле изобретения. Хотя вышеупомянутое изобретение обсуждается на различных примерах, которые в настоящее время рассматриваются как множество полезных вариантов осуществления изобретения, следует понимать, что такие подробности служат только для этой цели и что добавленная формула изобретения не ограничивается раскрытыми вариантами осуществления, а наоборот, предназначены охватывать собой модификации и эквивалентные построения, которые находятся в рамках сущности и объема раскрытых вариантов осуществления. Например, хотя реализация различных компонентов, описанных выше, может быть осуществлена в аппаратном устройстве, она может также быть реализована только как программное решение, например, установкой на существующем сервере или на мобильном устройстве.
Аналогично, следует понимать, что в предшествующем описании вариантов осуществления настоящего изобретения, различные признаки иногда группируются в едином варианте осуществления, на чертеже или в их описании с целью оптимизации изобретения и помощи в понимании одного или более различных вариантов осуществления. Однако настоящее изобретение не означает, что объект настоящего изобретения требует большего количества признаков, чем упомянуто в формуле изобретения. На деле, заявленное техническое решение может характеризоваться не всеми признаками отдельного раскрытого выше варианта осуществления.
В некоторых вариантах осуществления, числа, выражающие количества составляющих, свойства и т.д., используемые для описания и заявления определенных вариантов осуществления изобретения, должны пониматься как заменяемые в некоторых случаях термином “примерно”, “приблизительно” или “по существу” и т.д. Если не указано иное, “примерно”, “приблизительно” или “по существу” может указывать на изменение в пределах ±20% от описываемого значения. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления, числовые параметры, приведенные в описании и приложенной формуле изобретения, являются приближениями, которые могут варьироваться в зависимости от свойств, которые желательно получить посредством конкретного варианта осуществления. В некоторых вариантах осуществления числовые данные должны учитывать сообщаемое количество значащих цифр и использовать алгоритм, используемый для обычного округления. Несмотря на то, что диапазоны чисел и параметры, используемые для иллюстрации широкого объема использования некоторых вариантов настоящего изобретения, являются приближенными, числовые значения в конкретных примерах могут быть настолько точными, насколько возможно в рамках практического применения.
Для каждого патента, патентной заявки, описания изобретения патентной заявки и других материалов, приведенных в настоящем описании, таких как статьи, книги, описания, публикации, документы и т.д., все их содержание настоящим включается в настоящее раскрытие изобретения для ссылки. Архивные документы по заявкам, которые несовместимы или конфликтуют с содержанием настоящего раскрытия как документы (в настоящее время или позже прилагаемые к настоящей заявке), которые могут ограничивать самый широкий объем формулы изобретения настоящего раскрытия, исключаются из настоящего раскрытия изобретения. Следует заметить, что в случае несовместимости или противоречия между описанием, определениями и/или использованием терминов, используемых в материалах, приложенных к настоящему раскрытию изобретения, и в содержании, описанном в настоящем раскрытии, описание, определения и/или термины, используемые в настоящем раскрытии, должны преобладать.
Наконец, следует понимать, что варианты осуществления, описанные в раскрытии изобретения, используются только для иллюстрации принципов вариантов осуществления настоящего изобретения. Другие модификации, которые могут применяться, могут находиться в рамках объема настоящего изобретения. Таким образом, как пример, но не для ограничения, альтернативные конфигурации вариантов осуществления настоящего изобретения могут использоваться в соответствии с изложенными здесь принципами. Соответственно, варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются точно тем, что показано и описано.