阅读说明：本技术 麦克风腔 (Microphone cavity ) 是由 A·麦基 B·希克斯 D·M·苏利万 C·拉特克利夫 于 2018-11-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种装置,该装置包括限定孔的印刷线路板(PWB)。麦克风安装在PWB上,使得孔向麦克风提供声学路径。声学接口构件限定腔,该腔经由孔在声学耦合到麦克风。位于印刷线路板和声学接口构件之间的第一垫圈形成声学密封件。包括外壳,并且第二垫圈设置在声学接口构件和外壳之间以形成声学密封件。声室由密封体积限定,该密封体积从外壳的第一(底部/内部)表面向下延伸到麦克风和PWB之间的接合部。外壳限定孔,该孔在外壳外部的区域和声室之间提供声学路径。声室和外壳中的孔形成亥姆霍兹谐振器。(An apparatus includes a Printed Wiring Board (PWB) defining an aperture. The microphone is mounted on the PWB such that the aperture provides an acoustic path for the microphone. The acoustic interface member defines a cavity that is acoustically coupled to the microphone via the aperture. A first gasket positioned between the printed wiring board and the acoustic interface member forms an acoustic seal. A housing is included and a second gasket is disposed between the acoustic interface member and the housing to form an acoustic seal. The acoustic chamber is defined by an enclosed volume extending from a first (bottom/interior) surface of the housing down to a junction between the microphone and the PWB. The housing defines an aperture that provides an acoustic path between a region external to the housing and the acoustic chamber. The acoustic chamber and the aperture in the housing form a helmholtz resonator.)

麦克风腔

背景技术

本公开涉及麦克风腔的独特设计，其可有助于减少风噪声并且可有助 于将谐振频率推到感兴趣的频带(例如，话音/语音频带)之外。

图1示出了用于微机电系统(MEMS)麦克风100的已知安装布置， 如制造商所建议。麦克风100安装(表面安装焊接)到印刷线路板 (PWB)104的底表面102。PWB 104中设置有孔106以向麦克风100提 供声学路径。垫圈108被布置在PWB 104的顶表面与产品外壳110的底表 面之间以在两者之间提供声学密封件。外壳110通常为结合麦克风的产品 的硬塑料盖。孔112设置在外壳110中，并且与PWB 104中的孔106对 准，以将声学路径延伸到麦克风100。

该配置存在若干问题。首先，由于PWB 104中和外壳110的孔的对 准，结果基本上是单个端口。存在由于被截留在该端口中的充当移动质量 块的气穴而可形成的谐振。这可为不可取的，尤其是如果谐振发生在使用 者所关注的频率中。这在包含麦克风阵列的产品中可能特别成问题，因为 来自阵列中的每个麦克风的谐振可由于制造差异而相对于其他麦克风在相 位或频率上偏移。这可导致可能难以预测的非常复杂的谐振问题。

图1的布置呈现的第二个问题涉及风噪声。基本上，这涉及沿着通向 麦克风100的开口处的表面存在的表面积的量。在沿着外壳110的顶部 (外)表面在孔112的开口处表面积非常小的情况下，在开口处将存在更 高的湍流，这是由沿着表面通过的风/空气引起的，这将导致更多的风噪 声。在包含麦克风阵列的产品中，该问题可能加剧，因为存在累积效应， 由于来自阵列中的每个麦克风的噪声对总噪声有贡献。

为了解决/防止这些问题，制造商已定义了非常具体的尺寸设计约束。

发明内容

下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。

在一个方面，一种装置包括限定孔的印刷线路板(PWB)。麦克风安 装在PWB上，使得孔向麦克风提供声学路径。该装置还包括声学接口构 件，该声学接口构件限定经由PWB中的孔声学耦合到麦克风的腔。第一 垫圈设置在印刷线路板和声学接口构件之间以在两者间形成声学密封件。 该装置包括外壳，并且第二垫圈设置在声学接口构件和外壳之间以在两者 间形成声学密封件。声室由密封体积限定，该密封体积从外壳的第一(底 部/内部)表面向下延伸到麦克风和PWB之间的接合部。外壳限定一个或 多个孔，该一个或多个孔在外壳外部的区域和声室之间提供声学路径。声 室和由外壳限定的一个或多个孔共同形成亥姆霍兹谐振器。

具体实施可包括以下特征中的一个特征、或它们的任何组合。

在一些具体实施中，腔包括一个或多个锥形壁，该一个或多个锥形壁被 布置为使得腔的横截面积在声学接口构件的第一表面处为最大值。声学接口 构件的第一表面面向外壳，并且声学接口构件的第二相对表面面向PWB。

在某些具体实施中，第二垫圈直接模制在声学接口构件的第一表面上。

在一些情况下，声学接口构件限定孔，该孔提供腔和由PWB限定的 孔之间的声学路径。

在某些情况下，腔包括一个或多个锥形壁，该一个或多个锥形壁被布 置成使得腔的横截面积从声学接口构件的第一表面处的最大面积减小到与 由声学接口构件限定的孔的接合部处的最小面积。

在一些示例中，一个或多个锥形壁被布置成截顶多边形锥体、截顶圆 形锥体、或截顶椭圆形锥体的形状。

在某些示例中，腔是渐缩的，使得腔的横截面积从声学接口构件的第 一表面处的最大面积减小到声学接口构件的相对的第二表面处的最小面 积。声学接口构件的第一表面面向外壳，并且声学接口构件的第二表面面 向PWB。

在一些具体实施中，亥姆霍兹谐振器具有高于8kHz的谐振频率。

在某些具体实施中，外壳限定多个孔，并且声室和由外壳限定的多个 孔共同形成亥姆霍兹谐振器。

在一些情况下，声学接口构件由模制塑料部件形成，并且第二垫圈由 弹性体形成，该弹性体在两次注塑成型工艺中粘结到声学接口构件。

在另一方面，扬声器包括限定孔的印刷线路板(PWB)。麦克风安装 在PWB上，使得孔向麦克风提供声学路径。扬声器还包括声学接口构件， 该声学接口构件限定经由PWB中的孔声学耦合到麦克风的腔。第一垫圈设 置在印刷线路板和声学接口构件之间以在两者间形成声学密封件。扬声器还 包括外壳，并且第二垫圈设置在声学接口构件和外壳之间以在两者间形成声 学密封件。声室由密封体积限定，该密封体积从外壳的第一(底部/内部)表面向下延伸到麦克风和PWB之间的接合部。所述外壳限定一个或多个 孔，该一个或多个孔在外壳外部的区域和所述声室之间提供声学路径。声室 和由外壳限定的一个或多个孔共同形成亥姆霍兹谐振器。声学组件设置在外 壳内。声学组件包括用于将电信号转换成声能的一个或多个电声换能器。

实施方式可包括上述和/或下述的特征中的一者、或它们的任何组合。

根据另一方面，一种装置包括印刷线路板(PWB)，该印刷线路板限 定多个孔。多个麦克风安装在PWB上，使得由PWB限定的孔中的每个孔 为所述麦克风中的一个麦克风提供声学路径。声学接口构件限定多个腔，该 多个腔中的每个腔经由通过PWB限定的孔中的一个孔声学耦合多个麦克风 中的一个麦克风。多个第一声学密封件设置在PWB和声学接口构件之间。 第一声学密封件中的每个密封件围绕由PWB限定的孔中的一个孔。该装置 包括外壳，并且多个第二声学密封件设置在声学接口构件和外壳之间。第二 声学密封件中的每个密封件围绕腔中的一个腔。外壳、第二声学密封件和腔 共同限定多个声室。外壳限定多个孔，所述多个孔在外壳外部的区域和声室 之间提供声学路径。声室和由外壳限定的孔共同形成多个亥姆霍兹谐振器。

实施方式可包括上述和/或下述的特征中的一者、或它们的任何组合。

在一些具体实施中，腔中的每个腔包括一个或多个锥形壁，该一个或 多个锥形壁被布置成使得腔的横截面积在声学接口构件的第一表面处为最 大值。声学接口构件的第一表面面向外壳，并且声学接口构件的第二相对 表面面向PWB。

在某些具体实施中，声学接口构件限定多个孔，每个孔在声腔和由 PWB限定的孔中的一个孔之间提供声学路径。

在一些情况下，腔中的每个腔包括一个或多个锥形壁，该一个或多个 锥形壁被布置成使得腔的横截面积从声学接口构件的第一表面处的最大面积 减小到与由声学接口构件限定的孔中的对应一个孔的接合处的最小面积。

在某些情况下，腔中的每个腔包括一个或多个锥形壁，该一个或多个锥 形壁被布置成截顶多边形锥体、截顶圆形锥体、或截顶椭圆形锥体的形状。

在一些示例中，腔中的每个腔是渐缩的，使得腔的横截面积从声学接 口构件的第一表面处的最大面积减小到声学接口构件的相对的第二表面处 的最小面积，并且声学接口构件的第一表面面向外壳并且声学接口构件的 第二表面面向PWB。

在某些示例中，亥姆霍兹谐振器中的每个具有高于8kHz的谐振频率。

在一些具体实施中，由外壳限定的多个孔覆盖在声室中的每个声室上 面，使得亥姆霍兹谐振器中的每个由室中的一个室和由外壳限定的多个孔 形成。

在又一方面，扬声器包括限定多个孔的印刷线路板(PWB)。多个麦 克风安装在PWB上，使得由PWB限定的孔中的每个孔为所述麦克风中的 一个麦克风提供声学路径。声学接口构件限定多个腔，该多个腔中的每个 腔经由通过PWB限定的孔中的一个孔声学耦合多个麦克风中的一个麦克 风。多个第一声学密封件设置在PWB和声学接口构件之间。第一声学密 封件中的每个密封件围绕由PWB限定的孔中的一个孔。多个第二声学密 封件设置在声学接口构件和外壳之间。第二声学密封件中的每个密封件围 绕腔中的一个腔。外壳、第二声学密封件和腔共同限定多个声室。外壳限 定多个孔，该多个孔在外壳外部的区域和声室之间提供声学路径。声室和 由外壳限定的孔共同形成多个亥姆霍兹谐振器。声学组件设置在外壳内。 声学组件包括用于将电信号转换成声能的一个或多个电声换能器。

具体实施可包括以上特征中的一个特征、或它们的任何组合。

附图说明

图1是用于MEMS麦克风的已知安装布置的剖视图。

图2是根据本公开的麦克风安装布置的第一具体实施的剖视图。

图3A和图3B分别为扬声器的透视图和剖视图。

图4A和图4B是来自图3A的扬声器的顶盖和麦克风组件的分解透视 图。

图4C是来自图4A的扬声器的麦克风安装布置的剖视图。

图5是根据本公开的麦克风安装布置的第二具体实施的剖视图。

图6是根据本公开的麦克风安装布置的第三具体实施的剖视图。

具体实施方式

图2示出了解决上述问题的麦克风安装布置的设计。如图2所示，该 布置包括安装到印刷线路板(PWB)204的底表面202的MEMS麦克风 200。PWB 204包括孔206以允许到麦克风200的声学路径。第一垫圈208 设置在PWB 204的顶表面210与声学接口构件212的底表面之间。

声学接口构件212限定腔214，该腔从声学接口构件212的顶表面延 伸到孔216的第一开口端。孔216形成于声学接口构件212中并且与PWB 204中的孔206对准，以在腔214与麦克风200之间提供声学通路。在一 些情况下，透声屏幕材料215可沿PWB 204的顶表面设置，从而覆盖麦克 风孔206的开口端，以有助于防止粉尘和碎屑进入麦克风孔206中。

腔214是渐缩的，使得腔214的横截面积从声学接口构件212的顶表 面处的最大面积减小到与孔216的接合部处的最小面积。第二垫圈218设 置在声学接口构件212的顶表面和外壳220的底表面之间以在两者之间提 供声学密封件。声室222由从外壳220的底表面向下延伸到麦克风200与 PWB 204的底表面202(包括腔214、孔216和麦克风孔206)之间的接合 部的密封体积(即，由垫圈208和218密封)限定。外壳220限定多个孔 224(3示出)，其在外壳220外部的区域和声室222之间提供声学路径。 声室222和孔224共同形成亥姆霍兹谐振器。就这一点而言，每个孔224 是其自身的端口。因此，该构型的结果是并联的若干端口。这些端口与用 作顺应元件的麦克风腔214耦接。谐振来自平行端口和腔体积的顺应性。

值得注意的是，腔214的锥形形状具有在接口构件212的顶表面处产 生相对较大表面积的效果；足够大以覆盖外壳中三个孔224的跨度。该相对 较大的表面积可有助于减少由麦克风200拾取的风噪声。同时，腔214的渐 缩还使得声室222的体积能够保持相对较小，这有助于将亥姆霍兹谐振器的 谐振频率推到高于感兴趣的频带(即，高于语音频带)。就这一点而言，感 兴趣的频带为约200Hz至约8kHz，并且可能期望将亥姆霍兹谐振器的谐振 频率推到高于10kHz。腔214的锥形形状可对应于截顶多边形锥体(例如， 截顶矩形锥体或截顶五边形锥体)、截顶圆形锥体或截顶椭圆形锥体。

图3A和图3B示出了结合了上文参考图2所述类型的麦克风安装布置 的扬声器300。扬声器300包括包封声学组件304(图3B)的外壳302。 外壳302包括以椭圆体圆柱体形式示出的中空主体306；封闭中空主体306 的第一开口端的顶盖308和封闭中空主体306的第二开口端的底盖310。 中空主体306包括透声格栅区域312，该透声格栅区域312基本上由形成 在中空主体306中的多个孔组成，以允许由声学组件304辐射的声能从外 壳302的内部逸出。

声学组件304包括限定腔316的声学壳体314。在例示的具体实施中， 一对电声换能器318a、318b被支撑在声学壳体314上并且被布置成使得它 们相应的后辐射表面将声能辐射到腔316中，并且使得它们相应的前辐射表 面将声能辐射到腔316外部的区域。电声换能器318a、318b以彼此在声学 上同相并且彼此机械异相的并联和同轴运动方向驱动。在单个壳体内使用两 个电声换能器318a、318b可能是有利的，因为可使与换能器相关联的惯性力彼此抵消以抑制由换能器的操作引起的壳体314的不期望的振动或移动。

在所示具体实施中，声学组件304还包括端口320。端口320从声学耦 合到腔316的第一开口端延伸到声学耦合到腔316外部区域的第二开口端。

参见图4A-图4C，扬声器300还包括麦克风安装布置，该麦克风安装 布置包括一对印刷线路板(PWB)400和环形声学接口构件404，印刷线路 板(PWB)400中的每个印刷线路板400在其底表面上支撑多个(例如，4个) 麦克风402(例如，底部安装的MEMS麦克风，如图4C所示)，环形声学接 口构件404设置在PWB 400和顶盖308之间。麦克风402被排列布置并且可利用光束转向来将灵敏度聚焦在语音源的方向上。由于排列布置，即，因 为多个麦克风信号正被组合，所以该布置可能更易受风噪声的影响。即，存 在累积效应，因为来自阵列中的每个麦克风的噪声对总噪声有贡献。

麦克风402中的每个麦克风被安装到对应的一个PWB 400的底表面 400。PWB 400中的每个PWB包括多个麦克风孔406(图4C中示出的一 个)，所述麦克风孔406中的每个麦克风孔被布置成向麦克风402中的对 应一个麦克风提供声学路径。第一垫圈408设置在每个麦克风位置的区域 中，并且设置在PWB 400中的对应一者的顶表面与声学接口构件404的底 表面之间以在两者间提供声学密封件。第一垫圈408可由可压缩泡沫材料 形成，诸如购自美国亚利桑那州钱德勒的罗杰斯公司(Rogers Corporation of Chandler，Arizona，USA)的微孔聚氨酯，并且当相关联的 PWB 400被紧固(例如，经由螺钉)到顶盖308时通常被压缩以形成紧密 的声学密封件。

在一些情况下，透声屏幕材料409(a/k/a“屏幕”)可沿着PWB 400的 相应顶表面设置，从而覆盖麦克风孔406的开口端。该屏幕材料409可有助 于防止粉尘和碎屑进入麦克风孔406中。屏幕材料409可作为分立区段施加 在麦克风孔中的每个孔处，或者可层合至第一垫圈408；即，在垫圈408中 覆盖孔406的开口区域处)。用于屏幕409的合适材料包括可得自意大利威 立米的圣欧公司(Saati Company，Via Milano，Italy)的Saati Acoustex 145。

声学接口构件404限定多个腔410(图4C中示出一个腔)，每个腔被 布置成当扬声器300被完全组装时与麦克风402中的对应一个对准。腔410 中的每个腔从声学接口构件404的顶表面延伸到孔412的第一开口端。孔 412(图4C中示出的一个)中的每个孔形成在声学接口构件404中，并且被 布置成与PWB 400中的一个中的孔406中的对应的一个对准，以在腔410中 的对应的一个腔和麦克风402中的相关联的一个麦克风之间提供声学通路。

腔410中的每个腔是渐缩的，使得腔410的横截面积从声学接口构件 404的顶表面处的最大面积减小到与孔412的接合部处的最小面积。

垫圈材料414粘结到声学接口构件404并且被配置为使得其限定用于 腔410中的每个的分立垫圈412(a/k/a“第二垫圈”)。第二垫圈416(图 4C中示出的一个)中的每个垫圈被布置成当声学接口构件404被紧固(例 如，经由螺钉)到顶盖308时接合外壳302的顶盖308的底表面420，从 而在声学接口构件404和顶盖308之间形成声学密封件。就这一点而言， 在声学接口构件404耦接到顶盖308之后，第二垫圈416可被压缩例如介 于25％和75％之间，例如50％，以在麦克风定位中的每个麦克风定位处形 成良好的声学密封件。

在一些情况下，声学接口构件404由模制塑料(例如，聚碳酸酯)部 件形成，并且垫圈材料414在二次注射模制工艺中粘结到声学接口构件 404，其中热塑性弹性体(TPE)模制到聚碳酸酯部件上以形成多个第二垫 圈416。在图4A所示的具体实施中，存在模制到声学接口构件404的顶表 面416上的垫圈材料414的四个分立区域(仅示出三个)，这些区域中的每个区域限定两个分立垫圈412。

顶盖308限定多个孔418，所述多个孔形成用于麦克风402的透声格 栅。在例示的示例中，声腔410被布置为使得每个声腔位于三个孔418下 方，以允许麦克风402从外壳302外部的区域拾取声能。在每个麦克风定 位处，声室422由从顶盖308的底表面420到麦克风402和PWB 400的底 表面之间的接合部(包括声腔410、孔412和麦克风孔406)的密封体积(即，由垫圈408和416密封件)限定。并且，在麦克风定位中的每个麦 克风定位处，对应的声室422和上方的孔418共同形成亥姆霍兹谐振器， 其中被捕获在孔418中的空气相当于声学质量块，并且被捕获在室420中 的空气充当顺应性或弹簧。

值得注意的是，腔410的锥形形状具有在声学接口构件404的顶表面 处产生相对大的表面积的效果，该表面积足够大以覆盖顶盖308中的三个 孔418的跨度。该相对较大的表面积可有助于减少由麦克风402拾取的风 噪声。同时，腔410的渐缩还使得声室422的体积能够保持相对较小，如 上所述，这有助于将亥姆霍兹谐振器的谐振频率推到高于感兴趣的频带 (即，高于语音频带)。就这一点而言，感兴趣的频带为约200Hz至约 8kHz，并且可能期望将亥姆霍兹谐振器的谐振频率推到高于10kHz。

亥姆霍兹谐振器的谐振频率(f)由以下公式1确定：

其中，

C＝声音在空气中的速度(约343米每秒(m/s))；

S＝端口的有效横截面积，其在所示具体实施中为一个端口的横截面积 的3倍；

L＝端口的有效长度，其在所示具体实施中为一个端口的长度的3倍 (或顶盖308的厚度的3倍)；和

V＝声室422的体积。

在图4A和图4C中所示的具体实施中，腔410各自具有对应于截顶矩 形锥体的锥形形状。然而，还可以想到其他锥形形状，例如截顶(圆形) 圆形锥体或截顶椭圆形锥体。在一个示例中，声学接口构件404具有介于 约1.80毫米(0.071英寸)和约2.20毫米(0.087英寸)之间的厚度；并且 腔410具有约22.5毫米²(0.035英寸²)至约25.7毫米²(0.040英寸²)的横截 面积声学接口构件404，并且以约14度至约65度的角度延伸到约1.90毫 米(0.075英寸)至约2.20毫米(0.087英寸)的深度，其中该腔与对应的孔412 交接，其具有约1.40毫米(0.055英寸)至约1.50毫米(0.059英寸)的直径， 并且从与腔410的界面延伸到PWB 400的底表面。

此外，虽然已经描述了其中腔的锥形壁终止于形成在声学接口构件中 的孔的开口端处的具体实施，但是在其他具体实施中，锥形壁可从声学接 口构件的顶表面延伸整个距离到声学接口构件的底表面。例如，图5示出 了一个实施方案，其中声学接口构件500包括具有壁的腔502，该壁从沿 声学接口构件500的顶表面506定位的第一开口端504渐缩至沿声学接口 构件500的相对底表面512定位的第二开口端510。第一开口端504表示 腔502的最大横截面积，并且第二开口端510表示腔502的最小横截面 积。图5中的某些参考标号是指图2中的对应编号的元件。

另选地，参考图6，腔600可包括沿形成于声学接口构件606中的孔 604的开口端的平面终止的锥形壁602，并且锥形壁604的末端可与孔604 的开口端间隔开，以便在壁602的末端和孔604的开口端之间形成平台 608。图6中的某些参考标号是指图2中的对应编号的元件。

已描述了多个具体实施。然而，应当理解，在不脱离本文所述发明构 思的范围的情况下，可进行附加修改，并且因此，其他具体实施在以下权 利要求书的范围内。