CN105580387B - 具有闭孔泡沫主体的麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种麦克风10，其包括换能器12和定位在换能器12与被形成用于接收环境声音的开口25之间的闭孔泡沫主体18、闭孔泡沫主体20。所述麦克风10受保护免受外部因素影响而不表现出实质声音传输损耗，同时使用少量部件。借助单种材料，可获得良好的语音传输、风抖振缓解和环境防护。
Description
本发明涉及一种麦克风，其具有换能器和位于换能器与用于接收声音的区域之间的闭孔泡沫主体。
背景技术
麦克风通常用于从声源收集声音压力变化。麦克风通常具有收集声音的换能器，然后所述声音被发送至另一设备，诸如放大器或发射器——参见例如美国专利3,403,234。换能器常被声音传输介质(STM)围绕。该STM表示麦克风与周围声学环境的结合部。例如来自讲话的声音压力变化必须转化STM以致动麦克风换能器。典型的STM包括开孔泡沫材料和薄隔膜——参见例如McCormick等人的美国专利5,808,243。这些部件居于换能器与声源之间。所述泡沫提供机械和风抖振防护，而隔膜提供对水或颗粒侵入的抵抗。薄隔膜可以呈聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料薄膜或类似材料，诸如，声学聚四氟乙烯(PTFE)隔膜的形式，所述材料对声音透明但对水封闭。然而，在麦克风系统中这些薄隔膜表现出潜在弱点。因为是既薄且又多孔的，所以它们可能在机械上和物理上受到损害。
发明内容
本发明提供了一种麦克风，其包括换能器和定位在换能器与用于接收环境声音的区域之间的闭孔泡沫主体。本发明与已知麦克风的不同在于本发明的麦克风使用闭孔泡沫作为STM。如上所述，常规麦克风产品通常使用开孔泡沫材料来保护换能器。本发明涉及这样的发现：闭孔泡沫可有效保护换能器而从声源至换能器没有声音传输损耗。当根据下述插入损耗测试方法测量时，本发明可允许在300Hz至3400Hz频带中不大于10dB/mm的插入损耗。本发明也允许构造一种麦克风，其不需要声学PTFE隔膜来保护换能器免于暴露于周围环境中的因素。因此，该麦克风可被保护而没有实质声音传输损耗，同时相比于常规产品使用更少部件。可获得获得良好的语音传输、风抖振缓解以及环境防护，而不需要隔膜来提供颗粒防护以及水防护。
术语表
下面陈述的术语将具有如下限定的含义：
“闭孔”意为存在一系列离散的凹坑或孔，所述凹坑或孔每个被固体材料围绕；
“包围”意为从声音可到达被围绕物体的所有方向和路径围绕换能器；
“泡沫”意为在固体介质中具有气体凹坑的物质；
“插入损耗”意为在具有和没有在传输线中测试的设备的情况下以分贝(dB)计的信号级之间的差值；
“麦克风”意为这样的设备，其具有用于在第一位置接收声音形式的能量的输入端并且转变声音为通过设备上输出端传输至第二位置的另一信号；以及
“换能器”意为这样的设备，其转变声学声音为电信号和/或光信号。
附图说明
图1根据本发明以拆分形式示出麦克风10；
图2根据本发明以组装状况示出麦克风10；
图3根据本发明示出连接至吊杆34的麦克风10；以及
图4是可以连同本发明使用的闭孔泡沫材料50的横截面。
具体实施方式
在实践本发明中，提供一种麦克风，其包括换能器和定位在换能器与用于接收环境声音的开口之间的闭孔泡沫材料。提供如此定位的闭孔泡沫材料使得换能器能够在不使用隔膜并且具有良好声音传输的情况下被保护。
图1示出作为组装体的麦克风10，所述组装体包括换能器12、换能器支撑壳14和换能器支撑壳16、闭孔泡沫、声音传输元件18和声音传输元件20以及外容纳主体部件22和外容纳主体部件24。外容纳部件22和外容纳部件24包括区域或开口25，声音可穿过所述区域或开口以到达换能器12。声音传输元件18和声音传输元件20位于换能器12与外容纳部件22和外容纳部件24中的开口25之间。提供电引线26以将输出信号从换能器12递送至接收设备。电引线26被容纳在导管28中，电线29穿过该导管。电线29包括附接于换能器12的导电元件30。导管28具有套筒32以容纳电线30穿过其的通道。导管28可以呈支撑麦克风10的吊杆臂34的形式。虽然电引线26和电线30被示出用于将输出信号递送至接收设备，但麦克风10可具有替代它们的用于将输出信号发送至接收设备的无线发射器。
图2示出处于组装状态的麦克风10的头部，其中外容纳主体部件22和外容纳主体部件24接合在一起以形成外壳35。这些部件22和部件24与环形壳14和环形壳16一起支撑声音传输元件18和声音传输元件20以及换能器12。换能器12还由支撑壳14和支撑壳16支撑。从外部源移动的声音在到达换能器12之前必须穿过声音传输元件18和声音传输元件20。声音传输元件18和声音传输元件20包括闭孔泡沫材料36，该闭孔泡沫材料定位于换能器12与用于接收环境声音的区域37之间。声音传输元件18和声音传输元件20位于换能器12的相对侧上，相对于外容纳主体部件22和外容纳主体部件24中的开口25轴向地居中。闭孔泡沫材料36可以从声波可到达换能器12的全部方向围绕换能器12。声波在换能器12处转变为经由电线29中的导电元件30传输至另一设备的电信号。换能器12可具有与之相联以从周围环境接收声音压力变化的振动膜。所产生的输出信号对应于且响应于振动膜的运动。因此换能器从周围环境接收声音并且供应信号(不一定是相同类型)至第二组件。声音传输元件18和声音传输元件20保护换能器12免受风引起的噪声和存在于周围环境中的物理因素诸如水分及水基液滴的影响。换能器12包括有助于在麦克风外壳35中保持换能器12适当对齐的环形圈38。外壳35以蛤壳构造制作，具有容纳在外壳35中的内部元件，诸如换能器12以及第一声音传输元件18和第二声音传输元件20。在泡沫18、泡沫20与换能器12之间的空间创造声学腔体39。该腔体尺寸可针对信号级或风抖振影响而优化。该腔体通常占据约0.05立方厘米(cm3)至500立方厘米的体积。换能器与闭孔泡沫之间的距离可借助用于实际极响应的换能器的内部声音延迟来调谐。闭孔泡沫通常与换能器相隔约0.5mm至50mm。可选择外壳尺寸、声学腔体和闭孔泡沫以达到所需信号级和极响应。
图3示出麦克风10的麦克风头部40可放置成与吊杆臂34接合。吊杆臂34可进一步放置成与可枢转构件42接合，所述可枢转构件使得使用者能够将麦克风头部40放置在相对于声源的所期望位置。吊杆臂34可诸如以鹅颈臂手动变形，或该吊杆臂可被限制或预设计成具有匹配麦克风10预期用途的线性或弯曲的构造。麦克风10也可具有电接头44，该电接头包括使得麦克风10能够插入至对应凹形构件中的正极和负极导电元件，然后所述对应凹形构件将声音传输至终端设备，所述终端设备诸如外部扬声器、耳机、通信头戴式耳机等。
图4示出可在本发明的麦克风中使用的闭孔泡沫材料50的示例。闭孔泡沫材料50包括一系列离散空隙或孔52，该离散空隙或孔每个完全被蜂窝状壁54围绕的。相比之下，开孔泡沫材料会具有在蜂窝状壁或局部壁之间彼此连接的气体凹坑或空隙。本发明中的孔52可具有约0.1立方毫米(mm3)至1立方毫米，更典型地约0.3mm3至0.7mm3的平均尺寸。闭孔泡沫材料的密度可以是约15千克每立方米(m3)(kg/m3)至50千克每立方米，更典型地20kg/m3至40kg/m3。泡沫密度可根据ASTM D3575-91测量。闭孔泡沫的厚度可以是约1mm至10mm厚，更普遍地为约1.5mm至5mm厚。可在本发明的闭孔泡沫中使用的材料包括聚合物，诸如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物(EDPM)、聚乙烯和聚氯乙烯(PVC)。已经发现EVA是用于在本发明的麦克风的闭孔泡沫中使用的特别适合材料。可商购获得的可适用于本发明中的闭孔泡沫的示例包括EVASOTETM交联乙酸乙烯酯(VA)共聚物泡沫。该交联泡沫可使用纯氮气体作为发泡剂来制造。该泡沫可以呈矩形或圆形薄板的形式，所述薄板在全部表面上特别是外主表面上具有经处理的表皮。所期望地选择的材料使得所述泡沫能够通过下面陈述的环境测试方法测试。当根据下面陈述的插入损耗测试方法测量时，在本发明中使用的闭孔泡沫表现出在300赫兹(Hz)至3400赫兹频带中不大于10分贝每毫米(dB/mm)的声音插入损耗；更典型地闭孔泡沫表现出在300Hz至3400Hz频率中不大于6dB/mm的插入损耗；更加典型地闭孔泡沫在300Hz至3400Hz频带中表现不大于3dB/mm的声音插入损耗。通过选取具有所述密度、孔尺寸、厚度的闭孔泡沫材料以及允许获得低插入损耗的材料组合物，表现出低插入损耗的闭孔泡沫可被选择。闭孔泡沫可被设置于换能器与环境声源之间的多种位置。所述泡沫可位于外壳内，换能器位于该外壳中；所述泡沫可位于外壳外面，围绕除了吊杆之外的麦克风。闭孔泡沫可被如此多地围绕换能器定位，以服务于其缓冲有害的噪声并保护换能器的预期功能。在许多实施例中，整个换能器可被闭孔泡沫包围。所述泡沫可以以框架支撑的类薄板的形式被放置，或所述泡沫可以呈块状形式，具有用于接收换能器或麦克风头部的空间。
示例
测试方法
插入损耗测试方法
为了评估闭孔泡沫STM元件的插入损耗，将18mm直径的泡沫节段安装在具有位于泡沫后面的标准压力麦克风的样品夹持器中。夹持器被构造成具有相同尺寸，并且使用类似于被测量的麦克风的外壳的材料。仅泡沫的前侧暴露于声音传输：夹持器的后侧使声音入口封闭。在闭孔泡沫后面和压力麦克风前面存在腔体，所述腔体具有0.25cm3尺寸，与麦克风外壳中的声学腔体的尺寸相同，所述麦克风外壳具有被测量的STM元件。
所述组件放置在具有大约6立方米(m3)内部体积的声学室中。能够产生并记录声学信号(在时间及频率这两者上)的测量系统用于从具有闭孔泡沫的麦克风和没有闭孔泡沫的麦克风这两者捕获信号。使用在所有1/12倍频带中具有相等能量的粉红噪声源来产生测试信号。然后针对300Hz至3400Hz频带，将插入损耗计算为在具有和没有所安装泡沫的信号之间的差值。
环境测试方法
通过在室温(大约22℃)下将麦克风组件浸入5％盐水溶液中1小时进行环境测试。盐溶液穿过STM的任何侵入被标记为失败。在所有可见的水滴从外壳的外部移除后，可进行麦克风性能的重新测量；然后麦克风应该维持相等于水浸没步骤前的自身性能。
实例1
相似于示出的实施例并且容纳麦克风换能器的全天候语音通信吊杆麦克风组件按下述组装。创建麦克风组件，该组件具有三个互连的部件：麦克风头部、吊杆臂和设备夹持器。所述麦克风头部包含数个元件：换能器、换能器支撑壳和闭孔泡沫STM。麦克风头部的外容纳主体包围语音传输元件并且将麦克风头部附接至吊杆臂。电引线连接至换能器并且穿过吊杆臂至电接头。吊杆臂既支撑麦克风头部和电引线23并且另外提供与通信头戴式耳机的电连接。吊杆臂长154mm，直径为6mm，并且被构造为典型的麦克风鹅颈臂。吊杆臂是柔性的以定位吊杆头部。麦克风头部以密封形式在一端附接至吊杆臂。
换能器是来自位于丹麦索勒Roedengvej 25 4180(Roedengvej 25 4180SoroeDenmark)的澳利威电子公司(OLE WOLFF ELEKTRONIK A/S)的OWMSCDY-13843T-71-150。换能器具有13.8mm直径并且具有动态超指向性麦克风炭精盒。处于麦克风头部中的换能器在前侧和后侧两者上均被EVASOTETM系列的EV30闭孔泡沫保护。闭孔泡沫具有0.45mm的内部孔尺寸，并且由交联的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物制成，所述共聚物由英国克罗伊登CR93AL的米切姆路675号的佐德风公共股份有限公司(Zotefoams PLC,675Mitcham Road,Croydon CR9 3AL United Kingdom)制造。所述泡沫厚2mm并且具有18mm的直径。
麦克风头部的外容纳主体部件在塑料三维(3D)原型打印机中生产，所述打印机具有22mm的直径并且如组装的具有12mm的前至后距离。当组装时，麦克风头部的外容纳主体夹持O形环式的换能器、支撑壳和闭孔泡沫部件至具有外容纳主体部件窗口的轴向中心中。其中容纳并在定位换能器和闭孔泡沫的单元提供在换能器与闭孔泡沫之间约0.25cm3的声学腔体体积。
本实例的麦克风组件根据插入损耗测试方法进行测试，并且也经受如在环境测试方法中描述的液体侵入测试。对于2mm厚的EV30闭孔泡沫的插入损耗被测定为3dB，很好地在需要合适语音传输的功能参数之内。当经受环境测试时，麦克风通过测试：没有液体越过闭孔泡沫侵入的证据。
在不偏离本发明的实质和范围下，可对本发明进行各种修改和更改。因此，本发明并不局限于上述实施例，而是受下述权利要求及其任何等同形式中提及的限制的约束。
本发明也可以在不存在本文未具体描述的任何元件的情况下适当地实施。
上面引用的所有专利和专利申请，包括在背景技术中的那些，都以参考方式全部并入到本文中。当在此类并入的文件中的公开内容与上述说明书之间存在冲突或差异时，应以上述说明书为准。
Claims (13)
1.一种麦克风，所述麦克风包括：
(a)换能器；以及
(b)闭孔泡沫材料，所述闭孔泡沫材料定位在所述换能器与用于接收环境声音的区域之间，使得所述闭孔泡沫材料包围所述换能器，并且所述闭孔泡沫材料定位在所述换能器和外壳的开口之间时为薄板形，环境声音穿过所述开口以到达所述换能器，其中所述麦克风包括所述外壳；
其中当根据插入损耗测试方法进行测量时，所述闭孔泡沫在300Hz至3400Hz频带中表现出不大于10dB/mm的插入损耗。
2.根据权利要求1所述的麦克风，所述麦克风还包括：
(c)外壳，所述换能器被安装至所述外壳中。
3.根据权利要求2所述的麦克风，所述麦克风还包括：
(d)吊杆，所述吊杆附接至所述外壳。
4.根据权利要求3所述的麦克风，其中所述吊杆包括导管，所述导管接合所述外壳并容纳电线，所述电线将信号从所述换能器传输至另一设备。
5.根据权利要求4所述的麦克风，其中闭孔泡沫主体围绕所述外壳并具有用于所述吊杆穿过其的开口。
6.根据权利要求2所述的麦克风，其中在所述换能器与所述闭孔泡沫之间具有声学腔体。
7.根据权利要求6所述的麦克风，其中所述声学腔体具有0.05cm3至500cm3的体积。
8.根据权利要求6所述的麦克风，其中所述闭孔泡沫与所述换能器相隔约0.5mm至50mm。
9.根据权利要求2所述的麦克风，其中所述闭孔泡沫具有0.1mm3至1mm3的平均孔尺寸。
10.根据权利要求2所述的麦克风，其中所述泡沫具有15kg/m3至50kg/m3的密度。
11.根据权利要求2所述的麦克风，其中所述泡沫具有1mm至10mm的厚度。
12.根据权利要求10所述的麦克风，其中所述闭孔泡沫包含聚合物，所述聚合物选自由以下项组成的组：乙烯-乙酸乙烯酯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚乙烯和聚氯乙烯。
13.一种麦克风，所述麦克风包括：
(a)换能器；
(b)闭孔泡沫材料，所述闭孔泡沫材料定位在所述换能器与用于接收环境声音的区域之间，其中所述闭孔泡沫材料为薄板形，使得所述闭孔泡沫材料包围所述换能器，所述闭孔泡沫具有15kg/m3至50kg/m3的密度，并且当根据插入损耗测试方法进行测量时在300Hz至3400Hz频带中表现出不大于6dB/mm的插入损耗；
(c)外壳，所述换能器被安装至所述外壳中，并且所述闭孔泡沫材料定位在所述换能器和所述外壳的开口之间时为薄板形，环境声音穿过所述开口以到达所述换能器；以及
(d)设置于所述闭孔泡沫与所述换能器之间的声学腔体。
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