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音頻設(shè)備的制作方法與工藝

文檔序號:12770975閱讀:450來源:國知局
音頻設(shè)備的制作方法與工藝
音頻設(shè)備本發(fā)明涉及音頻設(shè)備,特別是但不限于是用于便攜裝置中的音頻設(shè)備(例如:耳機(包括降噪耳機)、便攜式通信裝置和便攜式媒體裝置)。耳機(例如:通過頭帶連接在一起以形成耳機或耳內(nèi)裝置(通常被稱之為耳塞)的罩耳式或貼耳式耳機/被配置成置于用戶耳朵的耳道的入口處或耳道中且可替代地稱之為耳內(nèi)式耳機/監(jiān)控器)為用于將聲音傳給用戶的電-聲系統(tǒng)。耳機結(jié)合有至少一個作為微型揚聲器的電-聲傳感器(即,驅(qū)動器)。參照在電話工程中所發(fā)展名目的成果,在耳機中設(shè)置的微型揚聲器被稱之為“接收器”。接收器必須安裝在便捷的耳機組件中以存儲和插入或插在佩帶者耳道的入口處。必須對耳機組件進行設(shè)計以將接收器所生成的聲音以工程化的方式傳導至用戶的耳朵,從而使總成充當音頻功能。最后,耳機組件必須結(jié)合有建立與接收器電連接的裝置,以傳導待傳感的音頻信號??梢钥闯龆鷻C組件為接收器提供了機械、聲學和電性支持。在隨后的發(fā)展中,有源電子手段已被結(jié)合至耳機系統(tǒng),向其提供取消不必要的外部聲音(至少是一些有用的部分)的能力和/或在說話的過程中取消在阻塞(或“閉塞”)的耳道中的過度壓力。稱為“閉塞效應(yīng)”的這后一種現(xiàn)象使得在佩戴某些耳機類型的同時無法舒服的進行說話。主動減少閉塞效應(yīng)被看作是用在電話和其他語音應(yīng)用中的理想功能。為了提供對噪聲或閉塞的主動控制以及添加其他先進的功能,有必要對耳機添加額外的傳感器。具體而言,需要被配置成對閉塞耳道中的壓力或頭外部的壓力中任一壓力或兩種壓力均敏感的耳機。這些麥克風的集成需要將其結(jié)合至耳機組件中且充分考慮機械安裝、聲學配置和電子連接。在機械、聲學和電性領(lǐng)域中向耳機中的所有傳感器提供支持會使裝置的設(shè)計和制造復(fù)雜化,這往往會導致若干單獨元件、子組件和制造過程。圖1示出普通的定制型“耳內(nèi)監(jiān)視器”的現(xiàn)有技術(shù)中的耳機10,其具有兩個接收器11,且源自接收器11的聲音通過塑料管12被傳導至耳朵。經(jīng)可能進一步攜帶電子元件(例如:作為“轉(zhuǎn)線路”以得到信號以用于兩個接收器中的每一個)14的印刷電路板13實現(xiàn)電子連接。整個組件安裝在可能利于進行定制以適應(yīng)佩帶者耳朵的成型體15中。將電信號傳送至耳機6的電纜16可包括結(jié)17或等效手段以實現(xiàn)機械張力的消除。耳機10的平衡電樞接收器11、管聲學耦合12和成型體的形式15是助聽器行業(yè)的成果。許多類似的成果正體現(xiàn)在當代的耳機設(shè)計和構(gòu)造中。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中耳機20的另一實例,該實例結(jié)合有主動降噪技術(shù)。源自動態(tài)或“動線圈”接收器21的聲音在其通至耳朵的過程中通過麥克風22進行感測。通過在卡扣23形成的管子(或“波導”)向耳朵傳導源自接收器21的聲音,卡扣23的一端終止于確保對佩帶者的耳朵實現(xiàn)氣密的和舒適配合性的橡膠“索環(huán)”或“頂端”24。接收器和麥克風位于深拉拔金屬殼體25中。接收器抵靠著經(jīng)金屬殼體25橫截面的改變而產(chǎn)生的對齊“肩”,且麥克風是通過塑料麥克風固定器26進行固定的。印刷電路板27保持有電子元件28并提供耳機中的裝置和電纜29之間的電連接。殼體25的一端鉚接在環(huán)組件30上以保持瓶帽的內(nèi)容物。在殼體上設(shè)置外殼31。該外殼有助于實現(xiàn)耳機的舒適性和聲學配合性并提供機會以表達工業(yè)設(shè)計和應(yīng)用品牌和類似的裝飾考慮。外殼元件31也包含限定接收器的聲學后負載的“格柵”或通風布置32。所描述耳機系統(tǒng)的各種現(xiàn)有技術(shù)的實施證明了普通耳機系統(tǒng)中有大量各種各樣的元件。通過這些若干組件,各個組件被視為服務(wù)于各個用途(或最好是兩個用途);可以是機械性、電學或聲學的。本申請人已確定需要一種新的音頻設(shè)備構(gòu)造以解決或至少減輕與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題。根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了音頻設(shè)備,包括:限定出至少一個電連接路徑的基板;以及設(shè)置于基板上或中(例如安裝在其上或中)且被連接至至少一個電連接路徑的傳感器;其中:傳感器包括電-聲驅(qū)動器且基板至少部分地限定出聲波導(即:充滿空氣的通路,其被配置成在傳播聲波的過程中沿其長度支持壓力差異),聲波導具有延伸通過基板的部分(例如:通路部分)以將聲音從電-聲驅(qū)動器傳送至音頻設(shè)備中的開口,從而將聲音傳送至用戶;或者傳感器包括麥克風且基板至少部分地限定出聲波導,聲波導具有延伸通過基板的部分(例如:通路部分)以將聲音(例如:待監(jiān)控的外部聲音)從音頻設(shè)備的外部傳送至麥克風。這樣就提供了音頻設(shè)備,其中用于傳感器的機械、聲學和電學支持作用可通過單一基板組件(例如:被配置成攜帶該或每個傳感器的基板)而實現(xiàn),且留下組件的剩余部分以提供基本為裝飾的作用。通過將用于傳感器的機械、聲學和電學支持作用結(jié)合至單一組件,可借助于共享的制造工藝以及潛在的輔助小型化而顯著地提高制造效率。本發(fā)明的范圍包括所有目前和未來的用于表現(xiàn)音頻信號以供娛樂、通信、輔聽和其他聽力放大(所有的均應(yīng)以名稱“音頻設(shè)備”進行表示)的電-聲系統(tǒng)。在本領(lǐng)域中的傳統(tǒng)意義上,術(shù)語聲波導用于指出充滿空氣的通路(例如:沿其長度具有基本恒定或逐漸改變的阻抗,例如:沿其長度具有基本恒定或逐漸改變的橫截面積),其被配置成在通路中所含的空氣中支持聲波的傳播。聲波導的常見例子包括用于傳播平面聲波的管子和通過操縱聲波的波前聲而故意引入逐步阻抗變化的喇叭。在細長的聲波導的情況下,由于聲波是沿聲波導而傳播的,聲波導可支持聲波的若干相位(或其組分)且要求參照偏微分方程數(shù)學性地分析和描述波導的行為。這將源自空氣在其中移動(移至一階近似)作為大致為“集總參數(shù)”的有界間隔的波導進行了區(qū)別,其中系統(tǒng)是通過常微分方程進行控制的。這個間隔的“集總參數(shù)”包括密封的體積和用于表示感性或電阻性阻抗的收縮,如密封的體積常用于處理源自電-聲驅(qū)動器的后向輻射。至少一個電連接可被配置成提供下列項中的至少一項:至/源自傳感器的電力、信號、參考或控制連接。在第一組實施例中,基板為基本上為平面的(或板狀)基板(例如:厚度比在任何與厚度垂直的方向上的最小平均尺寸小1/5甚或1/10)且聲波導的該部分以大致垂直于基板厚度的方式延伸(例如:用以沿大致平行于基本上為平面的基板平面的傳播向量引導聲音)。在一個實施例中,基本上為平面的基板為基本上為平面的電路基板(例如:如下面更詳細討論的限定至少一個整體電連接的基本上為平面的基板)?;旧蠟槠矫娴碾娐坊蹇梢允嵌鄬踊?例如:由若干至少部分重疊的層所形成)。在一個實施例中,多層基板是通過在層疊過程中粘合多層而形成的。在另一實施例中,多層基板是通過在半導體器件的制造過程中相繼形成若干層而形成的。在一個實施例中,至少一個電連接路徑為整體表面形成的連接路徑(例如:在表面蝕刻過程中所形成)。例如,在一個實施例中,基本上為平面的電路基板可以是印刷電路板(PCB)總成。在另一實施例中,至少一個電連接路徑為整體嵌入式連接路徑(例如:通過在半導體器件的制造過程中相繼形成若干層所形成)。例如,在一個實施例中,基本上為平面的電路基板可以是包括嵌入在半導體晶片上形成的成層結(jié)構(gòu)中的電連接路徑的基板(例如:通過在半導體器件的制造過程中相繼沉積若干層所形成)。在一個實施例中,基板可以是半導體器件,如微芯片(例如:包括嵌入在半導體晶片上形成的成層結(jié)構(gòu)中的電連接路徑的芯片)或MEMS裝置。在第二組實施例中,基板為非平面電路基板(例如:限定至少一個整體電連接路徑的非平面基板)。在一個實施例中,非平面電路基板為多層電路基板(例如:由若干至少部分重疊的層所形成)。在一個實施例中,多層基板是通過在層疊過程中粘合多層而形成的。在另一實施例中,多層基板是通過在半導體器件的制造過程中相繼形成若干層而形成的。在一個實施例中,聲波導的該部分延伸通過多層電路基板的內(nèi)層。在一個實施例中,聲波導的該部分以大致垂直于內(nèi)層厚度的方式延伸。在一個實施例中,聲波導的該部分延伸通過內(nèi)層以及至少一個其他層。在一個實施例中,聲波導的該部分以大致平行于內(nèi)層和至少一個其他層的厚度的方式延伸。在一個實施例中,聲波導的該部分具有以大致平行于內(nèi)層和至少一個其他層的厚度的方式延伸的第一區(qū)段以及以大致垂直于內(nèi)層和至少一個其他層的厚度的方式延伸的第二區(qū)段。這樣,聲波導的該部分可能會改變通過其的聲波方向(例如:用以將波引導至傳感器或從傳感器開始引導波)。在一個實施例中,至少一個電連接路徑為整體表面形成的連接路徑(例如:在表面蝕刻過程中或表面或微加工過程中所形成)。例如,非平面電路基板可包括非平面印刷電路板(PCB)。在另一實施例中,至少一個電連接路徑為整體嵌入式連接路徑(例如:在多層半導體器件的制造過程中所形成)。例如,非平面電路基板可以是非平面半導體器件(例如:非平面微芯片或非平面MEMS裝置)。在上述第一組和第二組實施例中的每一個中,可適用下列另外的可選功能:在一個實施例中,聲波導可以是細長的(例如:長度大于在任何垂直于其長度的方向上的最大平均寬度)。在一個實施例中,基板包括橫向延伸超出傳感器外周的部分(例如:在垂直于基板厚度的方向上)。在一個實施例中,聲波導的該部分延伸通過基板的該部分(例如:從而使聲波導的該部分在傳感器和傳感器橫向外周外的一點之間指引聲音)。這樣,與僅在傳感器上的壓力相比,整個基板的壓力間可能存在更大的相位差。在一個實施例中,聲波導的該部分是通過在基板外表面中的通道而形成的。在另一實施例中,聲波導的該部分可由具有完全形成在基板中的區(qū)段的通路所形成。在這兩個實施例中,聲波導的該部分可通過蝕刻、銑切或微加工過程中(例如:使用激光切割技術(shù))所形成。在多層基板(例如:多層電路基板)的情況下,聲波導可通過在多層基板的一個或多個內(nèi)層中形成通道(例如:通過蝕刻、銑切或微加工過程)并使用上層(例如:預(yù)成形上層)覆蓋通道以形成完全形成在基板中的一段而進行構(gòu)造。在經(jīng)通道形成聲波導的情況下,通道可位于傳感器所附至的基板表面上(例如:基本上為平面的基板上或下表面)。聲波導部分的上表面可通過施于基板以覆蓋通道的層所形成。通道和至少一個導電軌道可沿基板的共同表面延伸。在一個實施例中,聲波導的該部分大致從傳感器延伸至音頻設(shè)備中的開口。在另一實施例中,聲波導的該部分經(jīng)連接室被連接至傳感器。這樣,可在基板中的一個位置上激勵集總參數(shù)行為以提供順從性。在一個實施例中,音頻設(shè)備包括另一個具有延伸通過基板且與第一個限定的聲波導相連(例如:串連)的一部分的聲波導,且另一個聲波導具有相對于第一個限定的聲波導減小的橫截面積(例如:具有主要表現(xiàn)電阻性或電感性行為的趨向)。這樣,可在基板中的一個位置上激勵集總參數(shù)行為以使所連接的聲波導(單獨或與室相結(jié)合)充當諧振器(例如:二階諧振器)或聲學濾波器(例如:低通、高通或帶通聲學濾波器),以及以控制或確定的方式實現(xiàn)信號的加減。在一個實施例中,聲波導的該部分包括歧管結(jié)構(gòu)(例如:用于在傳感器和若干出口之間傳送聲音)。這樣,聲波導可被配置成分割或結(jié)合聲波。在音頻設(shè)備包括麥克風的情況下,聲波導可被配置成從若干出口將聲音結(jié)合至用于麥克風的一個路徑中。這樣,可將方向響應(yīng)提供至通過音頻設(shè)備的麥克風、基板和任何另外的結(jié)構(gòu)所形成的“組合麥克風”。在音頻設(shè)備包括電-聲驅(qū)動器的情況下,聲波導可被配置成將從電-聲驅(qū)動器接收到的聲音分割成若干經(jīng)不同的波導分支平行移動的波。歧管結(jié)構(gòu)可被配置成修改呈現(xiàn)給驅(qū)動電-聲驅(qū)動器的來源的輻射負荷和/或改變源自與傳統(tǒng)聲喇叭類似的基板的聲輻射。在另一實施例中,若干出口位于音頻設(shè)備中以生成方向聲場。在一個實施例中,聲波導(例如:延伸通過基板的聲波導的該部分或另外部分)具有可修改的輪廓。例如,可通過基板的彈性變形或機械致動器的作用而修改聲波導。在一個實施例中,機械致動器為聲-機械組件(例如:被配置成暫時密封其中存在有高壓脈沖的且在其他方式中為開放的聲路的閥門)。在另一實施例中,機械致動器包括被配置成修改聲波導的聲學特性的機械門控裝置。在一個實施例中,基板限定至少一個通往連接點(例如:焊盤)的導電軌道。至少一個導電軌道和/或連接點可沿基板的外表面(例如:在基本上為平面的基板的情況下,為上或下表面)延伸。在一個實施例中,基板被配置成提供二級電性功能(例如:為音頻設(shè)備提供共同的地面或提供手段以減少無線電頻率干擾)。在音頻設(shè)備包括電-聲驅(qū)動器的情況下,驅(qū)動器可以是任何合適類型的驅(qū)動器。在一個實施例中,驅(qū)動器為平衡電樞(BA)驅(qū)動器或其他高源阻抗驅(qū)動器(例如:聲源阻抗高于人耳在幾乎整個人類聽覺頻率范圍(例如:在20Hz-20kHz的范圍)上的聲輸入阻抗的驅(qū)動器)。在一個實施例中,傳感器形成基板的一個整體部分(例如:當基板為半導體器件時,傳感器可與半導體器件構(gòu)成一個整體)。例如,基板可包括傳感器的基板(例如:MEMS麥克風的硅晶片)。在一個實施例中,至少一個另外的傳感器設(shè)置于基板(一個或多個另外的電-聲傳感器(例如:驅(qū)動器或麥克風)或一個或多個用于非聲學變量,如位置或其時間導數(shù)的傳感器)中或上(例如:安裝)。在有另一個電-聲傳感器的情況下,可經(jīng)聲波導或經(jīng)另外的聲波導將聲音傳送至另一個傳感器或從另一個傳感器傳送聲音。該或另一個聲波導可包括大致從另一個傳感器至開口或至音頻設(shè)備中的另一開口延伸通過基板的部分?;蹇蛇M一步限定至少一個用于另一傳感器的(例如:整體)電連接。在音頻設(shè)備包括另一聲波導的情況下,另一聲波導可具有與第一個限定開口相間隔的另一開口。第一個限定開口和另一個開口的相對定位可被配置成提供方向性(例如:根據(jù)傳感器是麥克風還是電-聲驅(qū)動器的方向性輸入或輸出)。另一聲波導可至少部分地通過基板而形成或可替代地由不同于基板的聲波導而提供。在第一個限定的聲波導包括歧管結(jié)構(gòu)的情況下,另一聲波導也可包括通往若干開口的歧管結(jié)構(gòu)(例如:用以在另一傳感器和若干另外的出口之間傳送聲音)。在音頻設(shè)備包括電-聲裝置的情況下,每個歧管結(jié)構(gòu)可被配置成修改源自第一個限定的以及另一電-聲驅(qū)動器的輻射聲,例如:以實現(xiàn)生成方向聲場的目的。在音頻設(shè)備包括麥克風的情況下,存在于若干開口的獨立壓力可通過控制的方式進行組合(例如:用以提供比簡單僅使用聲求和方式更靈活的方向性麥克風)。在一個實施例中,該或至少一個另外的傳感器經(jīng)中間部分(例如:振動吸收部分)被安裝在基板上。當基板在制造/組裝過程中或在音頻設(shè)備的整個后續(xù)壽命和使用中實現(xiàn)于任一點定位或固定該傳感器(在三個空間維度中的任一個中)的目的時,基板向音頻設(shè)備的該或至少一個傳感器提供機械支持。當通過基板限定的空氣部分傳導源至或至所述傳感器的任何聲音時,基板向音頻設(shè)備的該或至少一個傳感器提供聲學功能支持。該聲音包括直接聲音以及與輻射負荷、通風孔、壓力均衡釋放、聲學濾波器等的其他修改相關(guān)的聲音。其僅包括源自被部分打開支持的電-聲致動器,如動態(tài)接收器的前輻射(前輻射為從振膜的“前面”:被聲學耦合至佩帶者耳朵的振膜的一側(cè)所產(chǎn)生的聲音)。在基板中或上的波導邊界可通過機加工、蝕刻或沉積等現(xiàn)存的或尚未發(fā)明的任何工藝所形成。當通過基板中或上的傳導路徑傳輸電信號(或電力)時,基板向音頻設(shè)備的該或至少一個傳感器提供電性功能支持??赏ㄟ^蝕刻、沉積等現(xiàn)存的或尚未發(fā)明的任何工藝在基板上或中形成傳導路徑。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面,提供了一種用于根據(jù)第一個方面的實施例中任一項所述的耳機裝置的模塊。根據(jù)本發(fā)明的第三個方面,提供了根據(jù)第一個方面的實施例中任一項所述的耳機裝置(例如:具有被配置成允許聲音傳入用戶耳朵的耳道的開口且麥克風為傳感麥克風(例如:用于將信號提供至信號處理器))。耳機裝置可包括通過頭帶連接在一起以形成耳機或耳內(nèi)耳機的罩耳式或貼耳式耳機/被配置成置于用戶耳朵的耳道的入口處或耳道中的“耳道內(nèi)”耳機(或其立體聲對)。在一個實施例中,耳機裝置被配置成至少部分地被插入用戶耳朵的耳道中(例如:“耳道內(nèi)”裝置包括被配置成在將裝置插入耳朵中時大致密封用戶耳道的本體)且麥克風為包括處于適當位置以感測在用戶耳朵的耳道中壓力變化的傳感元件的傳感麥克風。這樣,傳感麥克風可將反饋信號提供給信號處理器(或主動降噪(ANR)處理器)以允許消除閉塞噪聲。信號處理器可形成耳機裝置的一部分且可位于殼體內(nèi)或外。在一個實施例中,麥克風為微機電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(或“硅麥克風”),例如:底部端口MEMS麥克風。在一個實施例中,耳機裝置包括經(jīng)第一聲波導連接至第一開口的驅(qū)動器以及經(jīng)第二聲波導連接至第二開口的傳感麥克風(例如:包括處于適當位置以感測用戶耳朵的耳道中存在的聲音的傳感元件),其中第一和第二聲波導的至少一個具有以大致垂直于基板的厚度的方式延伸通過基板的一部分。有利地是,本申請人已經(jīng)確定將主動閉塞管理系統(tǒng)的傳感元件經(jīng)至驅(qū)動器的單獨聲波導連接至用戶耳道能有利地減少驅(qū)動器和驅(qū)動器波導的相互作用而產(chǎn)生的諧振效應(yīng)。在驅(qū)動器為BA驅(qū)動器或類似的高源阻抗驅(qū)動器(例如:包括用于將聲音傳送至用戶耳朵的噴口或噴嘴的類型)以及通路產(chǎn)生的共振效應(yīng)可能比傳統(tǒng)的低源阻抗動態(tài)驅(qū)動器更加明顯的應(yīng)用中,這一改進已被發(fā)現(xiàn)是特別有利的。通過減少通路產(chǎn)生的共振效應(yīng),傳感麥克風能夠提供反饋信號,其降低了信號處理器(或主動降噪(ANR)處理器)進行的后續(xù)濾波以允許以改進的方式消除閉塞噪聲。在基板中提供聲波導中的至少一個提供了一種特別有效的在小空間內(nèi)(例如:在耳內(nèi)或在耳道內(nèi)耳機中)實現(xiàn)這種布置的方式。在可替代的實施例中,聲波導大致從傳感麥克風延伸至耳機裝置中的開口以接收用戶外部的噪聲(例如:用以提供前饋信號以消除(或至少減少)到達用戶耳道的環(huán)境噪聲)。耳機裝置可進一步包括殼體以接收至少一部分基板。殼體可限定耳機裝置的外部輪廓以插入或插在用戶耳道的入口處。耳機裝置可限定從開口延伸至殼體后部的縱軸。在一個實施例中,基板為電路基板(例如:包括嵌入半導體晶片,如半導體器件上形成的成層結(jié)構(gòu)中的電連接路徑的印刷電路板或基板)。在一個實施例中,基板是細長的。在一個實施例中,基板以大致平行于耳機裝置縱軸的方式延伸。在一個實施例中,通路以大致平行于耳機裝置縱軸的方式延伸。在一個實施例中,基板本體限定向開口延伸的頸部區(qū)域。在上面限定的實施例中,耳機裝置可被配置成在被插入用戶耳朵中時基本上實現(xiàn)用戶耳朵的耳道的聲學密封(例如:用以改善系統(tǒng),特別是平衡電樞驅(qū)動器系統(tǒng)中的低頻率響應(yīng))。本發(fā)明的耳機裝置可在需要個人聆聽的任何應(yīng)用中進行使用。在一個實施例中,耳機裝置形成助聽器的一部分。在另一實施例中,耳機形成包括用于使用戶對其說話的麥克風的頭戴式耳機的一部分(例如:用于和移動電話一起使用)。根據(jù)本發(fā)明的第四個方面,提供了一種用于根據(jù)本發(fā)明第一個方面的實施例中任一項所述的麥克風裝置的模塊(例如:用于被配置成以一種操作模式提供麥克風功能的便攜式裝置(例如:便攜式通信裝置或便攜式媒體播放器)的模塊)。根據(jù)本發(fā)明的第五個方面,提供了根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的實施例中任一項所述的麥克風裝置。根據(jù)本發(fā)明的第六個方面,提供了一種用于根據(jù)本發(fā)明第一個方面的實施例中任一項所述的擴音器裝置的模塊(例如:用于被配置成以一種操作模式提供擴音器功能的便攜式裝置(例如:便攜式通信裝置或便攜式媒體播放器)的模塊)。根據(jù)本發(fā)明的第七個方面,提供了根據(jù)本發(fā)明的第一個方面的實施例中任一項所述的擴音器裝置。根據(jù)本發(fā)明的第八個方面,提供了耳機裝置,包括:限定至少一個電連接路徑的基板;以及安裝在基板上且被連接至至少一個電連接路徑的傳感器;其中:傳感器包括電-聲驅(qū)動器且基板至少部分地限定出通路(例如:細長的通路)以將聲音從電-聲驅(qū)動器傳送至耳機裝置中的開口以允許將聲音傳入用戶耳朵的耳道;或者傳感器包括傳感麥克風(例如:用以將信號提供至信號處理器)且基板至少部分地限定出通路以從耳機裝置的外部將聲音傳送至傳感麥克風。根據(jù)本發(fā)明的第九個方面,提供了一種用于耳機的模塊,該模塊包括:限定至少一個電連接路徑的基板(例如:包括嵌入在半導體晶片,如半導體器件上形成的成層結(jié)構(gòu)中的電連接路徑的印刷電路板或基板);以及安裝在基板上且被連接至至少一個電連接路徑的傳感器;其中:傳感器包括電-聲驅(qū)動器且基板至少部分地限定出通路(例如:細長的通路)以通過傳感器將前向方向上輻射的聲音傳送至與傳感器相隔開的出口;或者傳感器包括傳感麥克風且基板至少部分地限定出通路以從與傳感麥克風相隔開的入口將聲音傳送至傳感麥克風。在一個實施例中,通路是通過在基板外表面中的通道而形成的。在一個實施例中,通路大致從傳感器延伸至入口或大致從傳感器延伸至出口。在一個實施例中,至少一個另外的傳感器被安裝在基板上。至少一個另外的傳感器可以是電-聲傳感器且經(jīng)通路或經(jīng)另一通路將聲音傳送至電-聲傳感器或從電-聲傳感器傳送聲音?,F(xiàn)在,將通過實例并參照附圖描述本發(fā)明的實施例,其中:圖1為第一個現(xiàn)有技術(shù)中耳機的示意性橫斷面圖;圖2為第二個現(xiàn)有技術(shù)中耳機的示意性橫斷面圖;圖3為從第一視角截取的根據(jù)本發(fā)明第一實施例的耳機裝置的示意性橫斷面圖;圖4為從第二(平面)視角截取的圖3所示的耳機裝置的示意性橫斷面圖;圖5為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的耳機裝置的示意性橫斷面圖;圖6為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的耳機裝置的示意性橫斷面圖;圖7為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的麥克風模塊的示意性立體圖;圖8為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的微型揚聲器模塊的示意性立體圖;圖9為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的微型揚聲器模塊的示意性立體圖;圖10為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的麥克風模塊的示意性立體圖;圖11為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的麥克風模塊的示意性橫斷面圖;圖12為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的包括非平面體的音頻模塊的示意性立體圖。圖3示出包括殼體40A和用于將聲音傳輸至用戶耳道中的開口40B的噪聲消除耳機裝置40,其中殼體40A容置平衡電樞(BA)接收器41和MEMS(或“硅”)麥克風42,且該MEMS(或“硅”)麥克風42對佩帶者耳道中的壓力敏感,佩戴者的耳道通過“索環(huán)”或“頂端”組件50與外部聲音很好隔離。麥克風42和接收器41都被安裝在共同的、細長的且基本上為平面的基板43(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)形成的電路基板)上,且該基板43充當成品耳機組件的“底盤”或“骨架”。在本實施例中,基板43包括直接連接至帶有索環(huán)50的卡扣49上的頸部區(qū)域43a。通過基板組件43上的電跡線44實現(xiàn)至傳感器41和42的電連接,該跡線通往便于附加外部配線52的焊盤(或一些可替代的電連接工具)。額外的電子組件(主動或被動式)45被安裝在跡線44上的共同基板43上。通過將其固定至基板,可向傳感器41和42提供機械支持。在使用麥克風42的情況下,通過流焊至有意放置在基板43上的焊盤,可提供機械連接??梢悦靼?,有利地是基板43可使用“印刷電路板”的技術(shù)進行構(gòu)造。在使用接收器41的情況下,使用粘接劑來實現(xiàn)機械安裝。麥克風42包括設(shè)置在與電連接同一面上的聲口,其還具有物理固定麥克風的機械功能。通過在基板中形成的波導將聲音從耳朵傳導至麥克風。波導47可以(例如)通過在基板中(在載有MEMS麥克風42的一側(cè)的相對側(cè)上)銑出通道而形成,該通道連接有向麥克風的聲口開放的孔46。一旦銑切過程已形成通道,關(guān)閉通道以通過另一組件48形成波導47,該另一組件48則可以很方便地為粘合至(或以其他方式沉積在)第一層基板上的膠帶或第二層基板。在使用PCB技術(shù)制造基板的情況下,能夠使用常見的、用于顯出板輪廓的仿形銑床實施通道的銑切。BA接收器41從“噴口”提供聲輸出。為了方便起見,經(jīng)終止于卡扣49的管子51將聲音從該噴口傳導至耳朵。相應(yīng)地,即使基板43關(guān)于接收器41僅起到機械和電功能,基板43仍向麥克風42提供了機械和聲學功能。圖4示出在基本上為平面的基板43上方的視角所看到的耳機裝置40。在基板上可以看到MEMS麥克風42,但是接收器卻位于下側(cè)。對基板43成形以方便貼合至佩帶者的耳朵中。盡管圖4所示的基板具有關(guān)于與波導47長軸相重合的水平線的外形對稱性,但是這種對稱性并不是強制性的。在缺少這種對稱性的情況下,基板可以是手形,從而為立體聲或雙聲道系統(tǒng)提供鏡面對稱(左/右)??商娲兀稍谝粋€耳朵中“顛倒”基板(以及其上的組件)而僅對性能產(chǎn)生很少的影響,從而減少系統(tǒng)成本。殼體40A充當整體的外殼組件以有助于在佩帶者耳朵中的舒適性,但在其他方面,其主要起到裝飾作用。例如,可使用與常見的用于電子子系統(tǒng)的“灌封”封裝相似的成型工藝應(yīng)用殼體40A。圖5示出耳機裝置40’,包括殼體40A’以及用于將聲音傳輸至用戶耳道中的開口40B’,殼體40A’容納動態(tài)接收器41’和麥克風42’(相應(yīng)地,也標記出與圖3所示的耳機裝置40相同的其他功能)。源自動態(tài)接收器41’的前輻射聲音通過在共同的、細長的且基本上為平面的基板組件(或底盤)43’(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)所形成的電路基板)中形成的通道53傳導。如已在圖3中說明的那樣,麥克風42’被耦合至基板中的麥克風通道54。麥克風通道54可直接與通道相連通,該通道將聲音從接收器53’傳送至開口40B’??商娲?,麥克風通道54可與接收器41'的通道53相隔離(即從麥克風42'延伸至開口40B’),且僅在兩個通道53和54均通過組件49'和50'向耳朵開放后才能實現(xiàn)聲學耦接。類似地,其他的傳感器組合件,如ECM麥克風與“噴口”聲口也可與耦接至耳朵的管子一同使用。圖6示出耳機裝置40”,包括殼體40A”以及用于將聲音傳輸至用戶耳道中的開口40B”,殼體40A'容納接收器41”和一對麥克風42A和42B。源自動態(tài)接收器41’的聲音通過波導47'傳導至開口40B”。麥克風42A和42B被耦接至分別在共同的、細長的且基本上是平面的基板組件(或底盤)43”(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)而形成的電路基板)中形成的麥克風通道54A和54B。與麥克風42和42’一樣,麥克風42A被配置成測量源自用戶耳道的噪聲,從而減少在耳道中耳機中發(fā)生的閉塞效應(yīng)或消除(或至少減少)達到用戶耳道的環(huán)境噪聲。麥克風42B被配置成測量環(huán)境噪聲(即位于用戶的耳機外部的噪聲),從而生成前饋信號以消除(或至少減少)達到用戶耳道的環(huán)境噪聲。重要的是,本發(fā)明還設(shè)想帶有聲口的接收器與電連接件位于相同的表面上,因此與MEMS麥克風(圖3)所教導的相同電連接件、聲耦合和機械安裝也可用于接收器。圖7示出用于在具有麥克風功能的裝置(例如:噪音消除耳機、便攜式通信裝置、便攜式媒體裝置等)中的麥克風模塊100,該麥克風模塊100包括被安裝在或一體成形在基本上為平面的基板組件120(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)形成的電路基板)上的MEMS麥克風110以及聲波導系統(tǒng)130,其中基本上為平面的基板組件120限定用于將麥克風110連接至信號處理器(未示出)的整體電連接路徑125,且聲波導系統(tǒng)130包括若干用于允許裝置外部的聲音通過基板組件120傳至麥克風110中的橫向間隔開的入口132。聲波導系統(tǒng)130包括:歧管結(jié)構(gòu)134,其包括若干以大致垂直于基板厚度的方式延伸的、且每一個均在各自入口132處結(jié)束的細長線性通路136,以及以大致垂直于連接線性通路134中每一個的基板厚度的方式延伸的細長線性通路138;以及連接通路140,其以大致平行于基板厚度的方式延伸,從而將歧管結(jié)構(gòu)134連接至麥克風110。在使用中,入口132中的每一個均在稍微不同的位置上暴露于壓力下。在將各壓力匯總并傳遞給麥克風110前,歧管結(jié)構(gòu)134會對各壓力發(fā)揮過濾作用。麥克風模塊100(如由麥克風110和基板組件120所形成的)的整體響應(yīng)具有方向性響應(yīng),其可通過對入口132的適當定位以及歧管結(jié)構(gòu)134的設(shè)計進行精心設(shè)計以實現(xiàn)方向性麥克風(例如:方向性噪音消除麥克風),從而用于具有電話或視頻錄制功能的裝置中。圖8示出用于具有揚聲器功能的裝置(例如:便攜式通信裝置、便攜式媒體播放器等)中的微型揚聲器模塊200,該揚聲器模塊200包括安裝在或一體成形在基本上為平面的基板組件220(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)形成的電路基板)上的電-聲驅(qū)動器210以及聲波導系統(tǒng)230,其中基本上為平面的基板組件220限定出用于將驅(qū)動器210連接至放大器(未示出)的整體電連接路徑225,且聲波導系統(tǒng)230包括若干用于允許驅(qū)動器210所產(chǎn)生的聲音通過基板組件220傳至裝置外部的橫向間隔的出口232。聲波導系統(tǒng)230包括:歧管結(jié)構(gòu)234,其包括若干以大致垂直于基板厚度的方式延伸的且每一個均在各自出口232處結(jié)束的細長線性通路236,以及連接線性通路234中每一個的錐形室238;以及連接通路240,其被配置成將歧管結(jié)構(gòu)234連接至驅(qū)動器210。在使用中,當從出口232輻射出相關(guān)的聲音以及從驅(qū)動器210輻射出的聲音時,出口232中的每一個均產(chǎn)生互阻抗效應(yīng)。可對歧管結(jié)構(gòu)234進行設(shè)計以將在基板出口232處的輻射負荷耦合至驅(qū)動器210的源阻抗(即,用以形成離散化的喇叭),從而提高效率。此外,可對歧管進行設(shè)計以修改從模塊200輻射出的聲音的方向。這使得在便攜式通信裝置,如智能手機和便攜式計算機中實現(xiàn)高效和潛在的方向性聲音輻射成為可能。圖9示出用于具有揚聲器功能的裝置(例如:便攜式通信裝置、便攜式媒體播放器等)中的微型揚聲器模塊300,該揚聲器模塊300包括彼此相鄰地安裝在或一體成形在共同的基本上為平面的基板組件320(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)形成的電路基板)上的中心位置處的一對電-聲驅(qū)動器310A和310B,其中基本上為平面的基板組件320限定用于將驅(qū)動器310A和310B連接至放大器(未示出)的整體電連接路徑325。基板組件320限定一對聲波導系統(tǒng)330A和330B,其包括一對位于基板組件320相鄰側(cè)上且被配置成允許驅(qū)動器310A和310B所產(chǎn)生的聲音分別通過基板組件320傳至裝置外部的橫向具有較大間隔的出口332。每個聲波導系統(tǒng)330A和330B均包括:歧管結(jié)構(gòu)334,其包括若干以大致垂直于基板厚度的方式延伸的且每一個均在各自出口332處結(jié)束的細長線性通路336以及連接線性通路334中每一對的室338;以及連接通路340,其以大致平行于基板厚度的方式延伸以將歧管結(jié)構(gòu)334連接至各自的驅(qū)動器310A和310B。揚聲器模塊300可被配置成從一對位于中心的驅(qū)動器提供方向性聲源(例如:當驅(qū)動器310A和310B的輸出具有適當?shù)南嚓P(guān)性時)或立體聲。圖10示出用于具有麥克風功能的裝置(例如:噪音消除耳機裝置、便攜式通信裝置、便攜式媒體播放器等)中的方向性麥克風模塊400,該麥克風模塊400包括彼此相鄰地安裝在或一體成形在共同的基本上為平面的基板組件420(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)形成的電路基板)上的中心位置處的一對MEMS麥克風410A和401B,其中基本上為平面的基板組件420限定用于將麥克風410A和401B連接至信號處理器(未示出)的整體電連接路徑425。基板組件420限定一對聲波導系統(tǒng)430A和430B,其包括一對允許裝置外部的聲音通過基板組件420傳至各自的麥克風410A和410B的橫向具有較大間隔的入口432(即,用以提供在基板組件420的相對極端取樣的壓力)。每個聲波導系統(tǒng)430A和430B均包括:歧管結(jié)構(gòu)434,其包括若干以大致垂直于基板厚度的方式延伸的且每一個均在各自入口432處結(jié)束的細長線性通路436以及以大致垂直于連接線性通路434中每一對的基板厚度的方式延伸的細長線性通路438;以及連接通路440,其以大致平行于基板厚度的方式延伸,從而將每個歧管結(jié)構(gòu)434連接至各自的麥克風410A和410B。在使用中,在麥克風410A和410B進行傳感前,通過結(jié)合壓力的通路436的作用對入口432處的壓力進行過濾。這樣,可提供較高階方向性的噪聲抑制麥克風或立體聲麥克風以用于電話(或其他結(jié)合有麥克風功能的通信裝置)、攝像機等中。圖11示出用于在具有麥克風功能的裝置(例如:噪音消除耳機裝置、便攜式通信裝置、便攜式媒體裝置等)中的麥克風模塊500,該麥克風模塊500包括被安裝在或一體成形在基本上為平面的基板組件520(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)形成的電路基板)上的MEMS麥克風510以及聲波導系統(tǒng)530,其中基本上為平面的基板組件520限定用于將麥克風510連接至信號處理器(未示出)的整體電連接路徑525,且聲波導系統(tǒng)530包括用于允許裝置外部的聲音通過基板組件520傳至麥克風510中的入口532。聲波導系統(tǒng)530包括以大致垂直于基板厚度的方式延伸的且在入口532處結(jié)束的細長線性通路534,連接至通路534的室536以及以大致平行于基板厚度的方式延伸的用于將室536連接至麥克風510的連接通路538。通路534包括串聯(lián)的第一和第二部分534A和534B,第二部分534B具有相對于第一部分534A的受限的橫截面并將第一部分534A連接至室536。第二部分534B的幾何形狀被配置成促進集總參數(shù)的行為作為阻力和/或電感,且室536的幾何形狀(具有比第一部分534A更大的橫截面積)被配置成提供順從性。這樣,基板組件520可使麥克風510前面的聲學低通濾波網(wǎng)絡(luò)便于實現(xiàn)。這使得,例如在硅麥克風的響應(yīng)中控制不必要的高頻共振效應(yīng)成為可能。圖12示出用于在具有麥克風或聲音生成功能的裝置(例如:噪音消除耳機裝置、便攜式通信裝置、便攜式媒體裝置等)中的音頻模塊600,該音頻模塊600包括被安裝在或一體成形在非平面電路基板620(例如:使用PCB或半導體器件技術(shù)形成的非平面電路基板)上的電磁傳感器610以及聲波導系統(tǒng)630,其中非平面電路基板620限定整體電連接路徑625且聲波導系統(tǒng)630包括用于允許在傳感器610和裝置外部區(qū)域之間通過的入口/出口632。電路基板620大致在三個空間維度中延伸,其在將若干基本上為平面的基板層612粘結(jié)在一起或順序沉積起來以實現(xiàn)在第三維度上的所需延伸的過程中已經(jīng)成形。波導系統(tǒng)630包括以大致垂直于層621厚度的方式延伸且在入口/出口632處結(jié)束的細長線性通路634,通向傳感器610的室636以及以大致平行于層621厚度的方式延伸以將室636連接至通路634的連接通路638。為了上述具體描述,術(shù)語基板和電路基板應(yīng)被理解為不限于作為印刷電路板的實施例,且不限于使用PCB加工方法生成的實施例。在生產(chǎn)向傳感器中的至少一個提供電氣、聲學和機械支持的音頻設(shè)備的過程中所使用的任何基板組件均是本發(fā)明的主題。這明確包括了用于現(xiàn)存或尚未發(fā)明的集成電路、“系統(tǒng)級封裝”或類似的制造方法中的任何基板組件。此外,在上面所有圖示實例中,應(yīng)理解的是可將具有隨附傳感器的基板進一步安裝在殼體(例如:外殼)中,該殼體進一步將至/源自基板中開口的聲音指引至殼體內(nèi)或在其外表面上的位置(例如:可能遙遠的位置)。這樣,安裝在基板上的傳感器的制造和安裝上的優(yōu)點允許殼體充當衍射/反射/阻擋物體,在聲輸入/輸出間產(chǎn)生更大的獨立性。例如,當本發(fā)明的模塊被放置在殼/杯中以形成耳機的一側(cè)時,杯限定用于安裝在基板上的電-聲學的聲學前/后負荷并實現(xiàn)至佩帶者頭部的物理耦合。當本發(fā)明的模塊被放置在便攜式通信或媒體裝置的殼體中時,殼體可包括內(nèi)部波導以與延伸通過基板的聲波導的部分相耦合并使其延伸,從而允許提高對輻射或接收到的聲音的方向性控制以及提高關(guān)于殼體中模塊位置的靈活性。
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