麥克風(fēng)測(cè)試程序的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)請(qǐng)求在先提交的申請(qǐng)日為2013年7月3日的共同未決的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申 請(qǐng)No. 61/842, 694的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)參考引入本文。本申請(qǐng)還涉及共同提 交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)_(代理案卷編號(hào)081276-9676)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請(qǐng)涉及麥克風(fēng)測(cè)試程序，具體涉及用于校準(zhǔn)麥克風(fēng)靈敏度的麥克風(fēng)測(cè)試程 序。
【背景技術(shù)】
[0004]為了對(duì)麥克風(fēng)進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試，需要知曉其確切的靈敏度。由于這將轉(zhuǎn)換設(shè)備的壽 命，因此有必要定期校準(zhǔn)測(cè)量麥克風(fēng)。麥克風(fēng)靈敏度隨著頻率（以及其他因素、例如環(huán)境條 件）變化而變化，因此通常被記載為一些靈敏度值，每個(gè)用于特定頻帶。麥克風(fēng)靈敏度還可 取決于其所朝向的聲場(chǎng)的性質(zhì)。出于此因，麥克風(fēng)通常在多于一個(gè)的聲場(chǎng)中校準(zhǔn)，例如壓場(chǎng) 和自由場(chǎng)。
[0005]麥克風(fēng)校準(zhǔn)服務(wù)由一些麥克風(fēng)制造商和獨(dú)立的認(rèn)證測(cè)試實(shí)驗(yàn)室提供。為了校準(zhǔn)單 獨(dú)的設(shè)備，在指定麥克風(fēng)校準(zhǔn)站點(diǎn)執(zhí)行的校準(zhǔn)技術(shù)通常牽涉到多個(gè)附加麥克風(fēng)。在國(guó)家計(jì) 量協(xié)會(huì)，例如美國(guó)的NIST，所有麥克風(fēng)校準(zhǔn)最終可被追溯到主要標(biāo)準(zhǔn)?；ヒ仔?zhǔn)技術(shù)是公認(rèn) 的關(guān)于麥克風(fēng)校準(zhǔn)和測(cè)試程序的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種帶有兩個(gè)或多個(gè)互易膜的麥克風(fēng)，所述互易膜將 轉(zhuǎn)換后的壓力測(cè)量結(jié)果提供到內(nèi)部測(cè)試電路。內(nèi)部測(cè)試電路輸出絕對(duì)靈敏度測(cè)量結(jié)果。該 絕對(duì)靈敏度是指麥克風(fēng)轉(zhuǎn)換器的靈敏度，可在制造時(shí)基于第一原理測(cè)量（如，電流、電壓、 環(huán)境空氣條件、麥克風(fēng)聲學(xué)體積的體積）確定，該第一原理測(cè)量可很容易地由直接測(cè)量或 其它方式獲取。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明還提供了一種用于由第一原理測(cè)量確定出轉(zhuǎn)換器 絕對(duì)靈敏度的方法。
[0007]麥克風(fēng)信號(hào)的最終輸出靈敏度是指麥克風(fēng)輸出信號(hào)的靈敏度，其可通過(guò)以下方式 而被控制：將算得的電子增益施加于輸入信號(hào)（由轉(zhuǎn)換器在從聲源接收到聲壓波時(shí)產(chǎn)生） 或通過(guò)調(diào)整施加到MEMS轉(zhuǎn)換器的偏壓。麥克風(fēng)信號(hào)的最終輸出靈敏度可根據(jù)用戶(hù)定義的 調(diào)整參數(shù)進(jìn)行控制。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明是一種具有內(nèi)部測(cè)試電路的麥克風(fēng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括麥 克風(fēng)，所述麥克風(fēng)具有帶有聲學(xué)端口的外殼、第一轉(zhuǎn)換器、第二轉(zhuǎn)換器、控制器和電流源。該 系統(tǒng)還包括帶有蓋的聲壓源組件，以及定位于蓋內(nèi)的聲壓源。當(dāng)聲壓源組件定位于聲學(xué)端 口上時(shí)，就形成了聲腔，可將信號(hào)施加到聲壓源上，從而可進(jìn)行第一組測(cè)量。還可將聲壓源 組件移除并替換為聲學(xué)蓋，由此可進(jìn)行第二組測(cè)量?；诘谝缓偷诙M測(cè)量，可確定出第一 轉(zhuǎn)換器的靈敏度和第二轉(zhuǎn)換器的靈敏度。
[0009] 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于校準(zhǔn)麥克風(fēng)靈敏度的方法。該方法包括 在麥克風(fēng)聲腔內(nèi)產(chǎn)生聲壓，其中，該聲腔通過(guò)使用聲壓組件覆蓋麥克風(fēng)的聲學(xué)端口而形成。 該方法還包括通過(guò)控制器來(lái)測(cè)量由麥克風(fēng)第一轉(zhuǎn)換器輸出的電壓以及由麥克風(fēng)第二轉(zhuǎn)換 器輸出的第一電壓。該方法還包括從該聲學(xué)端口移除該聲壓組件并覆蓋該聲壓端口。然后 將電流施加到第一轉(zhuǎn)換器，且該控制器測(cè)量由第二轉(zhuǎn)換器輸出的第二電壓，并基于這些測(cè) 量來(lái)計(jì)算第一和第二轉(zhuǎn)換器的靈敏度。
[0010] 本發(fā)明的其他方面將通過(guò)考慮詳細(xì)說(shuō)明書(shū)以及所附附圖變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是使用電子增益控制輸出信號(hào)的麥克風(fēng)的示意圖。
[0012] 圖2是使用可控MEMS偏壓控制輸出信號(hào)的麥克風(fēng)的示意圖。
[0013] 圖3是使用電子增益控制輸出信號(hào)的另一麥克風(fēng)實(shí)施例的示意圖。
[0014] 圖4是使用可控MEMS偏壓和三電極MEMS設(shè)備控制輸出信號(hào)的麥克風(fēng)示意圖。
[0015] 圖5是使用可控MEMS偏壓和兩個(gè)三電極MEMS設(shè)備控制輸出信號(hào)的麥克風(fēng)實(shí)施例 的示意圖。
[0016] 圖6示出了校準(zhǔn)麥克風(fēng)所采取的測(cè)量。
[0017] 圖7A是用于完成圖6的測(cè)量1和2的測(cè)試裝置。
[0018] 圖7B是用于完成圖6的測(cè)量3和4的測(cè)試裝置。
[0019] 圖8示出了分割電極MEMS轉(zhuǎn)換器的兩種變形。
[0020] 圖9A-9F示出了附加示范性測(cè)試裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)明白本發(fā)明在其應(yīng)用上并不限于以下 說(shuō)明書(shū)所提出的以及在以下附圖中所示的組件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠使用其他 實(shí)施方式，并可以各種方式實(shí)踐和執(zhí)行。
[0022] 圖1是通過(guò)控制施加于輸入信號(hào)（即，由轉(zhuǎn)換器響應(yīng)于從聲壓源接收聲壓波而產(chǎn) 生的信號(hào)）的電子增益來(lái)調(diào)整麥克風(fēng)信號(hào)的輸出靈敏度的麥克風(fēng)90。該麥克風(fēng)包括位于由 流體（比如空氣）填充的聲學(xué)容積105內(nèi)的揚(yáng)聲器100。該麥克風(fēng)還包括第一壓敏膜110 和第二壓敏膜111，并包括特定用途集成電路（ASIC) 115。膜110和111通過(guò)ASIC115內(nèi) 包含的開(kāi)關(guān)塊116而連接到ASIC115。開(kāi)關(guān)塊116連接到第一放大器120和第二放大器 121、電壓檢測(cè)器125、電流源130以及第一和第二偏壓電路135和136,偏壓通過(guò)第一和第 二偏壓電路被施加到膜110和111。放大器120和121還連接到相加放大器140,所述相加 放大器140進(jìn)而連接到控制器150。控制器150還與存儲(chǔ)器160 (如非易失性計(jì)算機(jī)可讀介 質(zhì)）相連。
[0023] 控制器150可包括處理器，用于執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)器160的代碼。該控制器150還將 命令和/或數(shù)據(jù)通過(guò)通信總線170發(fā)送到ASIC內(nèi)所包含的組件，而不發(fā)送到偏壓提供裝置 135和136。此外，控制器150通過(guò)輸入/輸出接口 185向外部電子器件發(fā)送命令以及與其 通信。控制器150還通過(guò)通信總線170從ASIC內(nèi)的組件接收輸入，并通過(guò)輸入/輸出接口 185從外部電子器件180接收輸入。輸入/輸出接口 185例如可包括用戶(hù)接口，例如液晶顯 示（IXD)屏或軟件圖形用戶(hù)接口（⑶I)?？刂破?50可通過(guò)輸入/輸出接口 185與用戶(hù)通 信參數(shù)，用戶(hù)可通過(guò)輸入/輸出接口 185向控制器150輸入?yún)?shù)。
[0024] 麥克風(fēng)的最終輸出靈敏度是指麥克風(fēng)輸出信號(hào)的最終靈敏度，其可通過(guò)內(nèi)部麥克 風(fēng)電子器件進(jìn)行調(diào)整。例如，圖1中，控制器150調(diào)制放大器120和121的增益，以修改麥 克風(fēng)90的輸出靈敏度。當(dāng)?shù)谝缓偷诙?10和111從揚(yáng)聲器100接收聲壓輸入（傳播通 過(guò)聲學(xué)容積105)時(shí)，作為響應(yīng)，膜110和111相應(yīng)地產(chǎn)生第一和第二電信號(hào)。膜110和111 產(chǎn)生的信號(hào)由開(kāi)關(guān)塊116根據(jù)電壓輸入的特征（例如頻率）接收，且開(kāi)關(guān)塊116將該信號(hào) 輸出到第一和第二放大器120和121。第一放大器120將一增益施加到第一轉(zhuǎn)換器110所 產(chǎn)生的信號(hào)，第二放大器121將一增益施加到第二轉(zhuǎn)換器111所產(chǎn)生的信號(hào)。然后將修改 的信號(hào)在相加放大器140中相加并發(fā)送到控制器150?？刂破?50然后將相加后的修改聲 信號(hào)（其此時(shí)表現(xiàn)了已調(diào)整的輸出靈敏度）通過(guò)輸入/輸出接口 185輸出。替代性地或附 加地，控制器150將該信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器160 (如由將來(lái)麥克風(fēng)操作時(shí)再調(diào)用）。
[0025] 放大器120和121施加到每個(gè)信號(hào)的增益由控制器150根據(jù)通過(guò)輸入/輸出接口 185所接收的信息計(jì)算出。經(jīng)由輸入/輸出接口 185接收的該調(diào)整信息可由用戶(hù)定義或由 外部電子器件180另行確定。該調(diào)整信息可包括用戶(hù)定義的電壓，且可被存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器160 以用于將來(lái)與用戶(hù)或外部電子器件180(例如，如在隨后上電時(shí)）進(jìn)行通信。類(lèi)似地，膜110 和111的絕對(duì)靈敏度（如在制造時(shí)確定的）以及麥克風(fēng)90的最終輸出靈敏度（基于調(diào)整 輸入信息產(chǎn)生的）也可存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器160用于未來(lái)通信或處理。
[0026] 圖2示出了通過(guò)改變MEMS偏置而控制最終輸出靈敏度的麥克風(fēng)190。應(yīng)當(dāng)指出圖 2的麥克風(fēng)190包括與圖1所描述的組件相同的一些組件。因此，這些組件根據(jù)圖1的附圖 標(biāo)記而標(biāo)以附圖標(biāo)記。這僅僅是為了簡(jiǎn)化對(duì)示例性實(shí)施例的說(shuō)明而做出，并非意圖隱含必 須在本發(fā)明其他實(shí)施例中實(shí)施同樣的組件。圖2中，第一和第二MEMS轉(zhuǎn)換器210和211從 揚(yáng)聲器100接收聲壓波，與圖1的壓