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特表2023-529519微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロフォンアセンブリ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-07-11
(54)【発明の名称】微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロフォンアセンブリ
(51)【国際特許分類】
H04R 1/02 20060101AFI20230704BHJP
H04R 1/28 20060101ALI20230704BHJP
H04R 1/22 20060101ALI20230704BHJP
B81B 3/00 20060101ALI20230704BHJP
H04R 1/38 20060101ALI20230704BHJP
【ＦＩ】
H04R1/02 108
H04R1/28 320Z
H04R1/22 320
B81B3/00
H04R1/38
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022556545
(86)(22)【出願日】2020-04-22
(85)【翻訳文提出日】2022-09-20
(86)【国際出願番号】 US2020029278
(87)【国際公開番号】W WO2021216058
(87)【国際公開日】2021-10-28
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】512168283
【氏名又は名称】ハーマン インターナショナル インダストリーズ， インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】ドゥ， ユー
【テーマコード（参考）】
3C081
5D017
5D018
【Ｆターム（参考）】
3C081AA01
3C081BA30
3C081BA33
3C081BA45
3C081BA48
3C081BA53
3C081EA21
5D017BC15
5D018BA02
(57)【要約】
少なくとも１つの実施形態では、筐体、第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）、及びマイクロフォンアセンブリを含むマイクロフォンアセンブリが提供される。マイクロフォンアセンブリには、サブケーシング、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサ、及び第２のＰＣＢが含まれる。ＭＥＭＳトランスデューサはサブケーシング内に配置され、第２のＰＣＢはＭＥＭＳトランスデューサを支持する。第１のＰＣＢは、第２のＰＣＢ及びＭＥＭＳトランスデューサの下に配置された第１の音響経路を画定する。第２のＰＣＢは、ＭＥＭＳトランスデューサの真下に配置された第１のオーディオポートを画定する。筐体は、オーディオ入力信号がＭＥＭＳトランスデューサの下側に到達できるようにするために、第１の音響経路の真下に配置される第１の音響開口部を画定する。筐体は、第１の音響開口部から３～３０ｍｍの距離に配置された第２の音響開口部を画定する。
【選択図】なし
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
マイクロフォンアセンブリであって、筐体と、
第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
マイクロフォンサブアセンブリであって、
サブケーシングと、
前記サブケーシング内に配置された微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサと、
前記ＭＥＭＳトランスデューサを支持する第２のＰＣＢと、
を含む、前記マイクロフォンサブアセンブリと、
を備え、
前記第２のＰＣＢは、前記ＭＥＭＳトランスデューサの真下に配置された第１のオーディオポートを画定し、
前記第１のＰＣＢは、前記第２のＰＣＢ及び前記ＭＥＭＳトランスデューサの下に配置され、前記第１のオーディオポートと軸方向に整列された、第１の音響経路を画定し、
前記筐体は、オーディオ入力信号が前記第１のオーディオポートを通過して前記ＭＥＭＳトランスデューサの下側に到達できるようにするために、前記第１の音響経路の真下に配置される第１の音響開口部を画定し、
前記筐体は、前記第１の音響開口部から３～３０ｍｍの距離を置いて配置される第２の音響開口部を画定する、
前記マイクロフォンアセンブリ。
【請求項2】
前記第１の音響開口部及び前記第２の音響開口部が、前記筐体の同じ表面上に配置される、請求項１に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項3】
前記第１の音響開口部及び前記第２の音響開口部が、前記筐体の異なる表面上に配置される、請求項１に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項4】
前記第１の音響開口部の周りに配置された第１の音響抵抗と、前記第２の音響開口部の周りに配置された第２の音響抵抗とをさらに備える、請求項１に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項5】
前記サブケーシングが、その上部側に配置される少なくとも１つのポート穴を画定する、請求項１に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項6】
前記少なくとも１つのポート穴が、前記サブケーシングの上部側で互いに離間した複数のポート穴を含む、請求項５に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項7】
前記筐体が、前記サブケーシングを封止するために前記少なくとも１つのポート穴の上に配置されたポストを含む、請求項５に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項8】
前記ポストが、前記サブケーシングの前記上部側から前記筐体の上部側の下側まで延在する、請求項７に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項9】
前記サブケーシングの上部側に配置されたカバーをさらに備える、請求項５に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項10】
前記カバーが前記少なくとも１つのポート穴に対してスライドして、前記アセンブリに複数の周波数応答を提供する、請求項９に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項11】
マイクロフォンアセンブリであって、筐体と、
第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
ポストと、
マイクロフォンサブアセンブリであって、
サブケーシングと、
前記サブケーシング内に配置されてオーディオ入力信号を受信する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサと、
前記サブケーシングの上部側に配置された少なくとも１つのポート穴と、
を含む、前記マイクロフォンサブアセンブリと、
を備え、
前記ポストは、前記サブケーシングを封止するために、少なくとも１つのポート穴の上に配置される、
前記マイクロフォンアセンブリ。
【請求項12】
前記ＭＥＭＳトランスデューサを支持して第１のオーディオポートを画定する第２のＰＣＢをさらに備える、請求項１１に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項13】
前記第１のＰＣＢは、前記第２のＰＣＢ及び前記ＭＥＭＳトランスデューサの下に配置された、第１の音響経路を画定し、前記筐体は、前記オーディオ入力信号が前記第１の音響ポートを通過して前記ＭＥＭＳトランスデューサの下側に到達できるようにするために、前記第１の音響経路及び前記第１のオーディオポートの真下に配置される第１の音響開口部を画定する、
請求項１２に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項14】
前記筐体が、前記オーディオ信号が前記ＭＥＭＳトランスデューサの上部側に通過できるようにする、第２の音響開口部を画定する、請求項１３に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項15】
前記第２の音響開口部が、前記ＭＥＭＳトランスデューサの感度を高め、前記第１の音響開口部と前記第２の音響開口部での前記オーディオ入力信号の音圧振幅の差を最小化するために、前記第１の音響開口部から３～３０ｍｍの距離に配置される、請求項１４に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項16】
前記第１の音響開口部及び前記第２の音響開口部が、前記筐体の同じ表面上に配置される、請求項１３に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項17】
前記第１の音響開口部及び前記第２の音響開口部が、前記筐体の異なる表面上に配置される、請求項１３に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項18】
前記ポストが、前記サブケーシングの前記上部側から前記筐体の上部側の下側まで延在する、請求項１１に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【請求項19】
マイクロフォンアセンブリであって、筐体と、
第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
マイクロフォンサブアセンブリであって、
サブケーシングと、
前記サブケーシング内に配置されてオーディオ入力信号を受信する微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサと、
前記サブケーシングの上部側に配置された少なくとも１つのポートと、
前記少なくとも１つのポート穴の上に配置され、前記第１のポート穴に対するカバーの位置に基づいて複数の周波数応答を提供するために、前記第１のポート穴の周りで移動可能な前記カバーと、
を含む、前記マイクロフォンサブアセンブリと、
を備える、前記マイクロフォンアセンブリ。
【請求項20】
前記カバーが前記少なくとも１つのポート穴に対してスライドして、前記複数の周波数応答を提供する、請求項１９に記載のマイクロフォンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書で開示される態様は、概して、異なる指向性パターン（例えば、単方向対無指向性）及び／または周波数応答形状を有するマイクロフォンを形成するように適合され得る、マイクロフォンアセンブリ用の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロフォンなどのマイクロフォンに関する。開示されるＭＥＭＳマイクロフォンアセンブリは、アクティブノイズキャンセレーション（ＡＮＣ）技術及びハンズフリー電話用途における音声ピックアップを含むがこれらに限定されない、任意の数の用途に使用され得る。これらの態様及び他の態様は、本明細書でより詳細に議論される。
【背景技術】
【0002】
Ｂａｕｍｈａｕｅｒらの米国特許第１０，１５４，３３０号は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロフォンアセンブリを提供する。このアセンブリは、筐体、ＭＥＭＳトランスデューサ、及び複数の基板層を含む。単一のＭＥＭＳトランスデューサが筐体内に配置されている。複数の基板層は、単一のＭＥＭＳトランスデューサを支持する。複数の基板層は、単一のＭＥＭＳトランスデューサの第１の側がオーディオ入力信号を受信できるようにする第１の伝達機構と、単一のＭＥＭＳトランスデューサの第２の側がオーディオ入力信号を受信できるようにする第２の伝達機構とを画定する。
【0003】
Ｒｅｅｓｅらの米国特許第９，９５５，２４６号は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）マイクロフォンアセンブリを提供する。このアセンブリには、筐体、単一の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサ、基板層、及びアプリケーションハウジングが含まれる。単一のＭＥＭＳトランスデューサが筐体内に配置されている。基板層は、単一のＭＥＭＳトランスデューサを支持する。アプリケーションハウジングは、基板層を支持し、単一のＭＥＭＳトランスデューサの第１の側がオーディオ入力信号を受信できるようにする第１の伝達機構の少なくとも一部と、単一のＭＥＭＳトランスデューサの第２の側がオーディオ入力信号を受信できるようにする第２の伝達機構の少なくとも一部とを画定する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
少なくとも１つの実施形態では、筐体、第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）、及びマイクロフォンアセンブリを含むマイクロフォンアセンブリが提供される。マイクロフォンアセンブリには、サブケーシング、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサ、及び第２のＰＣＢが含まれる。ＭＥＭＳトランスデューサはサブケーシング内に配置され、第２のＰＣＢはＭＥＭＳトランスデューサを支持する。第１のＰＣＢは、第２のＰＣＢ及びＭＥＭＳトランスデューサの下に配置された第１の音響経路を画定する。第２のＰＣＢは、ＭＥＭＳトランスデューサの真下に配置された第１のオーディオポートを画定する。筐体は、オーディオ入力信号が第１のオーディオポートを通過してＭＥＭＳトランスデューサの下側に到達できるようにするために、第１の音響経路の真下に配置される第１の音響開口部を画定する。筐体は、第１の音響開口部から３～３０ｍｍの距離に配置された第２の音響開口部を画定する。
【0005】
少なくとも別の実施形態では、筐体、第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）、ポスト、及びマイクロフォンサブアセンブリを含むマイクロフォンアセンブリが提供される。マイクロフォンサブアセンブリは、サブケーシング、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサ、少なくとも１つのポート穴を含む。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサは、オーディオ入力信号を受信するためにサブケーシング内に配置される。少なくとも１つのポートは、サブケーシングの上面に配置される。ポストは、サブケーシングを封止するために、少なくとも１つのポート穴の上に配置される。
【0006】
少なくとも別の実施形態では、筐体、第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）及びマイクロフォンサブアセンブリを含むマイクロフォンアセンブリが提供される。マイクロフォンサブアセンブリは、サブケーシング、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサ、少なくとも１つのポート穴、及びカバーを含む。微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）トランスデューサは、オーディオ入力信号を受信するためにサブケーシング内に配置される。少なくとも１つのポートは、サブケーシングの上面に配置される。カバーが、少なくとも１つのポート穴の上に配置され、第１のポート穴に対するカバーの位置に基づいて複数の周波数応答を提供するために、第１のポート穴の周りを移動可能である。
【0007】
本開示の実施形態は、添付の特許請求の範囲で詳細に指し示されている。しかしながら、様々な実施形態の他の特徴は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明を参照することにより、より明らかになり、最もよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】マイクロフォンの振幅応答曲線の一例を示す。
【0009】
【図2】様々な自動車オーディオ用途における異なるカットオフ周波数の例を示す。
【0010】
【図3】単一のカットオフ周波数を達成するためのＭＥＭＳマイクロフォンの一例を示す。
【0011】
【図4】マイクロフォンアセンブリの一例を示す。
【0012】
【図5】一実施形態によるマイクロフォンアセンブリを示す。
【0013】
【図6】一実施形態によるマイクロフォンサブアセンブリの詳細な実装を示す。
【0014】
【図7】一実施形態による周波数応答曲線の一例を示す。
【0015】
【図8】一実施形態による様々な周波数応答曲線の一例を示す。
【0016】
【図9】一実施形態による様々な指向性の一例を示す。
【0017】
【図10】一実施形態によるマイクロフォンアセンブリの別の詳細な実装を示す。
【0018】
【図11】Ａ及びＢは、一実施形態によるマイクロフォンサブアセンブリのサブケーシングのそれぞれの上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0019】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書中に開示されるが、開示された実施形態は、様々なかつ代替の形式で具現化され得る発明の単なる例であることが理解されよう。図は必ずしも縮尺通りではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化される場合がある。したがって、本明細書に開示される具体的な構造的及び機能的詳細は、限定的と解釈されるべきではなく、単に、本発明を様々に用いるように、当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。
【0020】
本明細書で言及され得る方向に関する用語（例えば、「上側」、「下側」、「内側」、「外側」、「上部」、「底部」など）は、単に、添付の図に示されているように、マイクロフォンアセンブリに関連するトランスデューサアセンブリの様々なコンポーネントの向きを指すことが認識されよう。このような用語は、本明細書に開示される実施形態の文脈及び理解のために提供される。
【0021】
マイクロフォンアセンブリには、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ベースのマイクロフォン要素（トランスデューサなど）またはエレクトレットコンデンサマイクロフォン（ＥＣＭ）、マイクロフォン要素が取り付けられるプリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリ、及び前述の機能を囲むハウジング（またはケーシング）を含むマイクロフォンサブアセンブリが含まれ得るが、これらに限定されない。したがって、マイクロフォンアセンブリは、ＭＥＭＳマイクロフォン要素パッケージ（またはＥＣＭ）よりもサイズが大きいことが理解される。
【0022】
カスタマ用途では、様々な周波数応答形状及び／または指向性を提供するマイクロフォン要素が必要になる場合がある。これは、様々な特定の用途のマイクロフォンアセンブリ全体で、異なるマイクロフォン要素モデルが必要になる場合があることを意味する。本明細書に記載の実施形態は、音響設計パラメータをマイクロフォン要素レベル（例えば、ＭＥＭＳマイクパッケージ設計）（またはサブアセンブリレベル）からアセンブリレベルに拡張しようとするものである。つまり、アセンブリハウジング／ケーシングの構造及び形状パラメータを変更することによって、単一の共通のマイクロフォン要素パッケージを、複数のマイクロフォンサブアセンブリ設計で使用できる。例えば、車両のマイクロフォンアセンブリの設計では、現在、ハンズフリー通信やアクティブノイズキャンセレーション（ＡＮＣ）用途を満たすために、様々な専用のＭＥＭＳマイクロフォン要素が必要になる場合がある。本明細書に記載の実施形態は、モジュールハウジングレベルのいくつかの設計特徴のみしか変更する必要がない、両方の用途に使用できる単一の共通ＭＥＭＳマイクロフォン要素モデルを提供することができる。
【0023】
自動車用途では、マイクロフォンアセンブリ全体に保護ハウジングを含めることができ、車体に取り付けられる。他の用途では、マイクロフォン要素とＰＣＢを製品のハウジング（携帯電話など）に直接取り付けることができる。この場合、最終製品のハウジング（例えば、携帯電話）は、マイクロフォンアセンブリをマイクロフォンアセンブリの保護ハウジングに封入（または格納）することができる。
【0024】
図１は、マイクロフォンの振幅応答曲線の一例を周波数の関数として示している。曲線は通常、プロットで定義された最低周波数から始まり、カットオフ周波数によって特徴付けられる立ち上がり応答形状を示す。マイクロフォンのカットオフ周波数は、通常、感度が１ｋＨｚで測定された通常の感度よりも３ｄＢ（または他の適切な値）低い周波数ポイントとして定義される。図２は、様々な用途（例えば、ＡＮＣに関連して使用されるマイクロフォン、またはハンズフリー通信の実装に関連して使用されるマイクロフォン）のカットオフ周波数の一例を示している。これらのマイクロフォンベースの用途は、車両に適用可能であり得る。示されているように、ＡＮＣで使用されるマイクのカットオフ周波数は２０Ｈｚ未満であり、ハンズフリー用途に使用されるマイクロフォンのカットオフ周波数は２００Ｈｚを超えている。
【0025】
図３は、単一のカットオフ周波数を達成するためのＭＥＭＳマイクロフォントランスデューサ１００の一例を示す。トランスデューサ１００は、ダイアフラム１０２、バックプレート１０４、及びバッフル１０６を含む。ダイアフラム１０２は、一般に音圧励起下で動く。バックプレート１０４には複数の穴が設けられており、これにより、音響的に透過性であると考えられる音響波がそこを通過できるようになっている。ダイアフラム１０２及びバックプレート１０４は、ダイアフラム１０２の機械的運動をトランスデューサ１００の電気（例えば、電圧）出力に伝達するコンデンサを形成する。ダイアフラム１０２は、オーディオ出力信号のカットオフ周波数を生成する経路１０８を画定する。ＭＥＭＳマイクロフォンパッケージ（またはマイクロフォンアセンブリ）に組み立てられたとき、バッフル１０６及びパッケージケーシング（図３には示されていない）は、外部音波がダイアフラム１０２の一方の側から経路１０８を通って他方の側に到達できるだけであることを保証する。より長い波長を有する低周波音波が経路１０８を通過してダイアフラム１０２の両側に到達することはより容易であり得る。これにより、ダイアフラム１０２の２つの側の間の正味の圧力差は、高周波数よりも低周波数の方が少なくなるか全くなくなる（例えば、正味の動きがない）可能性がある。これは、経路１０８のサイズに比例するカットオフ周波数を有する一次ローパスフィルタを効果的に形成することができる。したがって、ＭＥＭＳマイクロフォントランスデューサ１００のカットオフ周波数を変更するには、経路１０８のサイズを調整する必要がある。そのため、既存の実装では、特定のカットオフ周波数ターゲットまたは特定の周波数応答を使用して、個々の用途ごとに異なるＭＥＭＳ要素を使用する必要がある場合がある。
【0026】
図４は、マイクロフォンアセンブリ２００（またはアセンブリ２００）の一例を示している。マイクロフォンアセンブリ２００は、保護ハウジングまたは筐体２０２、マイクロフォンサブアセンブリ２０４、電子回路２０６、及びプリント回路基板（ＰＣＢ）２０８を含む。電子回路２０６は、マイクロフォンサブアセンブリ２０４と共にＰＣＢ２０８に取り付けられ、限定はしないが、ＡＮＣ、ハンズフリー操作など、任意の数のオーディオ処理用途を実行することができる。電子回路２０６は、マイクロフォンサブアセンブリ２０４とインタフェースして、前述のオーディオ用途に関連する動作を実行することができる。
【0027】
マイクロフォンサブアセンブリ２０４は、サブケーシング２２０、ＭＥＭＳトランスデューサ（またはマイクロフォン）２２２、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）２２４、及びＰＣＢベース２２６を含む。ＭＥＭＳトランスデューサ２２２及びＡＳＩＣ２２４は、ＰＣＢベース２２６上に配置される。サブケーシング２２０は、ＭＥＭＳトランスデューサ２２２、ＡＳＩＣ２２４を囲み、その周囲に沿ってＰＣＢベース２２６に（典型的にはんだ付けによって）封止する。ＭＥＭＳトランスデューサ２２２は、ＥＣＭとして実装することもできることが認識される。ＰＣＢベース２２６は、第１のオーディオポート２２８を画定する。ＰＣＢ２０８は、第１の音響経路２３０を画定し、ハウジング２０２のベース部分は、第１の音響開口部２３７を画定する。第１の音響経路２３０及び第１の音響開口部２３７は、第１のオーディオポート２２８と垂直に軸方向に整列する。図示されていないが、ＭＥＭＳトランスデューサ２２２は、ダイアフラムに作用する音圧に応答して振動するかまたは励起されるダイアフラムを含む。ダイアフラムの下側は環境にさらされており、ＰＣＢベース２２６によって提供される第１のオーディオポート２２８、ＰＣＢ２０８によって提供される第１の音響経路２３０、及びハウジング２０２によって提供される第１の音響開口部２３７にオーディオ信号が入ることができる。ＡＳＩＣ２２４は、ＭＥＭＳトランスデューサ２２２によって捕捉された音を示す電気出力を提供する。
【0028】
図５は、一実施形態によるマイクロフォンアセンブリ３００を示す。アセンブリ３００は、保護ハウジング２０２、マイクロフォンサブアセンブリ２０４、電子回路２０６、及びＰＣＢ２０８を含む。同様に、図４に関連して上述したように、電子回路２０６は、マイクロフォンサブアセンブリ２０４と共にＰＣＢ２０８に取り付けられ、限定はしないが、ＡＮＣ、ハンズフリー操作など、任意の数のオーディオ処理用途を実行することができる。電子回路２０６は、マイクロフォンサブアセンブリ２０４とインタフェースして、前述のオーディオ用途に関連する動作を実行することができる。
【0029】
同様に、図４に関連して述べたように、マイクロフォンアセンブリ２０４は、サブケーシング２２０、マイクロフォントランスデューサ２２２（ＭＥＭＳまたはＥＣＭ）、ＡＳＩＣ２２４、及びＰＣＢベース２２６を含む。ＭＥＭＳトランスデューサ２２２及びＡＳＩＣ２２４は、ＰＣＢベース２２６上に配置される。ＰＣＢベース２２６は、マイクロフォントランスデューサ２２２の真下に配置される第１のオーディオポート２２８ａを画定する。第１の音響経路２３０は、ＰＣＢ２０８によって画定される。筐体２０２のベース２２７は、第１の音響開口部２３７ａ及び第２の音響開口部２３７ｂを画定する。組み立てられると、ＰＣＢベース２２６によって提供される第１のオーディオポート２２８ａ、ＰＣＢ２０８によって提供される第１の音響経路２３０、及び筐体２０２によって提供される第１の音響開口部２３７ａは、垂直方向に軸方向に整列される。第２の音響開口部２３７ｂは、筐体２０２によって画定される空洞または容積３０２に直接開口する。第１の音響開口部２３７ａ及び第２の音響開口部２３７ｂは、筐体２０２（例えば、ベース２２７）の同じ表面上に配置され、距離ｄだけ離されてもよい。距離ｄは、好ましくは３～３０ｍｍの範囲内であり得る。マイクロフォンアセンブリ３００が単方向マイクロフォンとして構成される場合、マイクロフォンの出力感度はｄの値に比例する。ｄが小さすぎると、マイクロフォンの感度が非常に低くなり、最適ではない可能性がある。マイクロフォンアセンブリ３００が様々なカットオフ周波数を有する無指向性マイクロフォンとして構成される場合、アセンブリ３００は、互いに類似している第１及び第２の音響開口部２３７ａ、２３７ｂで示される音圧振幅に依存する。ｄが大きすぎると、第１及び第２の音響開口部２３７ａ、２３７ｂで示される音圧振幅に差が生じる可能性がある。第２の音響開口部２３７ｂは、累積距離ｄを好ましい範囲に維持しながら、筐体２０２の垂直に延びる側壁のいずれかに沿って配置することもできることが認識される。
【0030】
第１の音響開口部２３７ａ、第１の音響経路２３０、及び第１のオーディオポート２２８ａは、マイクロフォントランスデューサ２２２の下側をアセンブリ３００の外部の音場に通気することを可能にする。サブケーシング２２０は、その上部側に配置された少なくとも１つの第２のオーディオポート２２８ｂ（以下、ポート穴２２８ｂ）を画定する。同様に、第２の音響開口部２３７ｂは、アセンブリ３００の外部の音場が、筐体２０２によって画定される空洞または容積３０２に入ることを可能にすることができる。これにより、その後、マイクロフォントランスデューサ２２２の上面を、ポート穴２２８ｂを通して外部音場に通気することが可能になり得る。マイクロフォンアセンブリ３００が様々なカットオフ周波数を有する無指向性マイクロフォンとして構成される場合、ポート穴２２８ｂの開口面積のサイズがカットオフ周波数を決定する。ポート穴２２８ｂが円形である場合、好ましい直径範囲は０．０１ｍｍから１ｍｍの間である。これにより、ハンズフリーマイクロフォン用途に適したカットオフ周波数が得られる。ポート穴２２８ｂが他の幾何学的形状である場合及び／または複数の形態である場合、有効総開口面積は、直径０．０１ｍｍから１ｍｍの円形のポート穴によって提供されるものと同等の範囲にあることが好ましい。
【0031】
ポスト３０４は、サブケーシング２２０の上部側に配置され、ポート穴２２８ｂの上部に直接取り付けられてもよい。ポスト３０４は、筐体２０２と一体化され得る。ポスト３０４は、サブケーシング２２０の上部側から筐体２０２の上部３０９の下側まで延在する。ポスト３０４は、提供される場合、封止機構として機能し、ポート穴２２８ｂを封止することができる。第１の音響抵抗要素３１０ａ（例えば、布、焼結材料、発泡体、微細機械加工またはレーザードリル穴アレイなど）は、筐体２０２のベース２２７の下に配置され得る。第１の音響抵抗要素３１０ａは、第１の音響開口部２３７ａの真下または真上に配置することができる。第２の音響抵抗要素３１０ｂ（例えば、布、焼結材料、発泡体、微細機械加工またはレーザードリル穴アレイなど）も、筐体２０２のベース２２７の下に配置され得る。第２の音響抵抗要素３１０ｂは、第２の音響開口部２３７ｂの真下または真上に配置することができる。第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂの追加はまた、外部環境の異物及び湿気がマイクロフォンアセンブリ３００の内部に入るのを防ぐ侵入に対する保護機構として機能する。
【0032】
ポスト３０４、第１の音響抵抗要素３１０ａ、及び第２の音響抵抗要素３１０ｂのうちの任意の１つ以上が、アセンブリ３００上で利用されても利用されなくてもよいことが認識される。ポスト３０４、第１の音響抵抗要素３１０ａ、及び第２の音響抵抗要素３１０ｂの利用は、アセンブリ３００に異なる周波数応答または指向性パターンを提供し得る。例えば、ポスト３０４、第１の音響抵抗要素３１０ａ、及び第２の音響抵抗要素３１０ｂがアセンブリ３００に実装されていない場合、ポート穴２２８ｂは封止されておらず、マイクロフォンダイアフラムの両側が外部音場に露出している。この場合、ポート穴２２８ｂは、図３に関連して説明した経路１０８として効果的に機能する。したがって、マイクロフォンサブアセンブリ２０４は、ポート穴２２８ｂの開口面積のサイズによって決定されるカットオフ周波数を有する立ち上がり周波数応答を可能にする。マイクロフォンアセンブリ３００は、図７に示されるプロットの波形４０２に示されるように立ち上がり周波数応答を有する無指向性マイクロフォンとして機能する。波形４０２は、ハンズフリー通信などの用途に好ましい２００Ｈｚよりも高いカットオフ周波数を示す。
【0033】
アセンブリ３００のポート穴２２８ｂを封止するためにポスト３０４が使用され、第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂが存在しない場合、マイクロフォンダイアフラムの下側のみが外部音場に露出される。このような場合、マイクロフォンサブアセンブリ２０４及びマイクロフォンアセンブリ３００は、図７に示すプロットの波形４０４に示すように、周波数応答が平坦な無指向性マイクロフォンとして機能する。波形４０４は、ＡＮＣなどの用途に適したものであり得る２０Ｈｚ未満であるカットオフ周波数を示す。
【0034】
ポスト３０４を利用するか、ポスト３０４を利用しないかのいずれかによって、マイクロフォンアセンブリ３００が様々なカットオフ周波数を有する無指向性マイクロフォンとして配置される場合、第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂを実装する必要はない場合がある。しかし、実際には、抵抗値の小さい第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂを含み、異物や水分の侵入を防ぐ侵入に対する保護機構として機能することは好ましいことであり得る。
【0035】
ポスト３０４がなく、第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂがある場合、マイクロフォンアセンブリ３００はまた、一方向（カーディオイド）応答特性を提供するように構成され得る。音源または話し手がアセンブリ３００の左側に存在する場合、ピックアップ感度ビーム（極性パターン）を左側（θ＝０°）に向けるが、他の方向（例えば、マイクロフォンアセンブリ３００の右または後ろから）からの望ましくない音のピックアップを区別するのが望ましい場合がある。ポスト３０４がない場合、マイクロフォンアセンブリ３００は、外部の音またはオーディオ信号が第１の音響開口部２３７ａに入り、それによってトランスデューサ２２２の下側（したがってダイアフラム）に到達することを可能にする。同様に、外部の音またはオーディオ信号は、第２の音響開口部２３７ｂを通って伝達され、それによってトランスデューサ２２２の上側（したがってダイアフラム）に到達する。マイクロフォンサブアセンブリ２０４の出力は、トランスデューサ２２２（またはダイアフラム）の両側に衝突する２つの音圧の間の減算または「音響勾配」の関数であり得る。伝達経路の違いにより、音源がトランスデューサ２２２の両側に到達する時間差に対応する相対的な位相遅延が生じる。このような位相遅延により、マイクロフォンアセンブリ３００は、特定の極性パターンのような望ましい性能を達成することができる。
【0036】
所望のカーディオイド指向性形状を達成するために、第２の音響抵抗要素３１０ｂの一定量の音響抵抗レベルＲｓｂが、遅延距離ｄ及び音響コンプライアンスＣｖによって決定される特定の数学的関係を満たすために必要とされ得る。一般に、Ｒｓｂはｄ／Ｃｖの商に比例する必要があり、ここで、Ｃｖの値は、第２の音響開口部２３７ｂ、空洞３０２、ポート穴２２８ｂ、及びマイクロフォン要素２０４のサブケーシング２２０によって取り囲まれた容積２３１の組み合わされた空気容積によって決定される。第１の音響抵抗要素３１０ａは省略してもよいし、含めてもよいことに留意されたい。第１の音響抵抗要素３１０ａの音響抵抗値は、第２の音響抵抗要素３１０ｂの音響抵抗値より小さくてもよく、異物や水分の侵入を防ぐために使用してもよい。
【0037】
図８は、一実施形態による、図５に示されるような単方向マイクロフォンとして構成された場合のマイクロフォンアセンブリ３００のシミュレートされた周波数応答形状の例を示す。具体的には、図８は、第１の音響開口部２３７ａに対してθによって示される様々な方向から周波数に対して伝達される音響入力に対するマイクロフォンアセンブリ３００の電気出力のｄＢ単位の周波数応答比をプロットする。
【0038】
【0039】
図６は、一実施形態によるマイクロフォンサブアセンブリ２０４の詳細図を示している。トランスデューサ２２２は、可動であるダイアフラム１０２と、固定されているがバックプレート１０４に分散された複数のスルーホールによって音響透過性であるバックプレート１０４とを含む。トランスデューサ２２２及びＡＳＩＣ２２４は、ＰＣＢベース２２６上に配置され、サブケーシング２２０によって形成された空洞２３１内に封入される。上述のように、ＰＣＢベース２２６は第１のオーディオポート２２８ａを画定し、サブケーシング２２０はポート穴２２８ｂを画定する。外部オーディオ信号は、第１のオーディオポート２２８ａと、トランスデューサ２２２及びＰＣＢベース２２６の間で封止された空洞２３１とを通って、ダイアフラム１０２の下側に到達することができる。同様に、外部オーディオ信号は、ポート穴２２８ｂと、トランスデューサ２２２、サブケーシング２２０及びＰＣＢベース２２６の間で封止された空洞２３１とを通って、ダイアフラム１０２の上面に到達することができる。さらに、オーディオ信号は、ダイアフラム１０２によって画定される経路１０８を介して、ダイアフラム１０２の一方の側から他方の側に到達することもできる。ダイアフラム１０２は、加えられる正味の音圧（すなわち、２つの側の間の圧力差）によって励起される。前述のように、外部オーディオ信号の場合、経路１０８とオーディオポート２２８ｂの両方が、それらの相対的なサイズに基づくカットオフ周波数値を持つリーク経路として機能する。この態様は、マイクロフォンアセンブリ３００の立ち上がり周波数応答形状をもたらし得る。一般に、マイクロフォンサブアセンブリ２０４の全体サイズに加えて経路１０８のサイズを変更することはより困難であるため、マイクロフォンアセンブリ３００は、ポート穴２２８ｂの封止または封止解除状態（すなわち、開口面積）を調整することによって立ち上がり応答のカットオフ周波数を調整するアプローチを開示する。例えば、マイクロフォンサブアセンブリ２０４のトランスデューサ２２２によって画定される経路１０８は、ポート穴２２８ｂが封止された状態で、マイクロフォンサブアセンブリ２０４の立ち上がり応答のカットオフ周波数が２０Ｈｚより低くなり得るように小さく維持される場合、省略または無視されてもよい。
【0040】
上記に照らして、アセンブリ３００は、ダイアフラム１０２によって画定される経路１０８の全体サイズが固定されている単一のマイクロフォンサブアセンブリ２０４を利用しながら、複数の周波数応答形状または指向性を提供する。ポスト３０４、第１の音響抵抗要素３１０ａ、第２の音響抵抗要素３１０ｂの利用状況、及び第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂの値に基づいて、マイクロフォンアセンブリ３００は、フラットな周波数応答（つまり、カットオフ周波数が２０Ｈｚ未満）の無指向性マイクロフォン、立ち上がり周波数応答を有する無指向性マイクロフォン、カーディオイド極指向性を有する単一指向性マイクロフォンとして動作することができる。
【0041】
図１０は、一実施形態によるマイクロフォンサブアセンブリ２０４のサブケーシング２２０の別の詳細図を示す。可動カバー４００は、ポート穴２２８ｂの上に置かれる。一例では、カバー４００は、接着テープまたは他の適切な材料に対応することができる。図５のポスト３０４の機能と同様に、カバー４００は、封止機構として機能し、ポート穴２２８ｂを封止することができる。別の例では、カバー４００は、ポート穴２２８ｂに対してスライドすることができる。第１のガイドレール及び第２のガイドレールは、互いに軸方向に離間し、サブケーシング２２０の上部側に配置され得る。カバー４００は、第１のガイドレール及び第２のガイドレールに沿ってスライドして、０％～１００％のポート穴２２８ｂのカバー範囲のレベルを変化させてもよい。ポート穴２２８ｂは、カバー４００がポート穴２２８ｂから離れるように移動されるとき、完全に開いていてもよい。逆に、ポート穴２２８ｂは、カバー４００によって完全に閉じられているか、または覆われていてもよい。カバー４００はまた、ポート穴２２８ｂが覆われていない、部分的に覆われている、または完全に覆われているように、ポート穴２２８ｂに対して任意の数の位置に配置することができる。
【0042】
上述のように、外部オーディオ信号は、第２のオーディオポート２２８ｂを通って、（例えば、第１のオーディオポート２２８ａ及び第１の音響経路２３０を介して）ダイアフラム１０２の下側及び（例えば、第２の音響開口部２３７ｂ及びポート穴２２８ｂを介して）ダイアフラム１０２の上部側、の両方に到達する。より波長の長い低周波の音波ほど、小さな開口部を通過しやすい。したがって、ポート穴２２８ｂのサイズに応じて、カバー４００をポート穴２２８ｂに関連する異なる位置に配置することにより、マイクロフォンサブアセンブリ２０４及びマイクロフォンアセンブリ３００の全体的な設計を大幅に変更することなく、様々な周波数応答を有する無指向性マイクロフォンを提供することができる。例えば、カバー４００が実装されていない場合、またはアセンブリ３００の第２のオーディオポート２２８ｂを実質的に開いたままにするように配置されている場合、アセンブリ３００は、図７に示されているプロットの波形４０２に示すように立ち上がり周波数応答を有する無指向性マイクロフォンとして機能する。カバー４００がポート穴２２８ｂを完全に覆っている場合、マイクロフォンアセンブリ３００は、図７に示されているプロットの波形４０４に示されているように、フラットな周波数応答を有する無指向性マイクロフォンとして動作する。カバー４００が第２のオーディオポート２２８ｂを部分的に覆っている場合、マイクロフォンアセンブリ３００は、カットオフ周波数が図７に示される波形４０２と４０４の間のプロットの波形４０３に示されるように、立ち上がり周波数応答を有する無指向性マイクロフォンとして機能する。
【0043】
第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂはまた、カバー４００が提供されるかどうかに関係なく、マイクロフォンアセンブリ３００上に実装されてもよいことが認識される。第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂは、単に異物や水分の侵入を防ぐために設けられてもよい。第１の音響抵抗要素３１０ａ及び第２の音響抵抗要素３１０ｂの実装が提供されている間、カバー４００が使用されない場合、第２の音響抵抗要素３１０ｂの音響抵抗値が前述の数学的関係を満たす限り、マイクロフォンアセンブリ３００は、カーディオイド指向性パターンを有する単方向マイクロフォンとして動作する。
【0044】
図１１Ａは、マイクロフォンサブアセンブリ２０４のサブケーシング２２０及びポート穴２２８ｂの上面図を示す。図１１Ｂは、サブケーシング２２０及びポート穴２２８ｂの別の上面図を示す。この場合、ポート穴２２８ｂは、所望のパターンを呈する複数の穴４２０として形成されてもよい。複数の穴４２０のうちの１つまたは複数を封止して（または覆い）、漸進的に調整可能なカットオフ周波数を提供することができる。例えば、この態様は、アセンブリ３００が、マイクロフォンサブアセンブリ２０４の全体的な設計を大幅に変更することなく、可変周波数応答を有する無指向性マイクロフォンを提供することを可能にし得る。穴４２０の数は、特定の実装の所望の基準に基づいて変化し得ることが認識される。
【0045】
例示的な実施形態を上述したが、これらの実施形態が本発明のあらゆる可能な形式を記載することは意図されない。むしろ、本明細書で用いられた語句は限定ではなく説明のための語句であり、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく様々な変更が成され得ることが理解される。さらに、様々な実装する実施形態の特徴は組み合わされて本発明のさらなる実施形態を形成し得る。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【国際調査報告】