[发明专利]声音传感器与麦克风

说明书

技术领域

本发明涉及一种声音传感器和麦克风。本发明特别地涉及一种运用微电子机械系统MEMS(Micro Electro Mechanical System)技术或微机械技术制造的电容型声音传感器。本发明更进一步地涉及一种使用该声音传感器的麦克风。

背景技术

麦克风在多种设备上都有应用，诸如移动电话和集成电路(IC)录音机。装备在这种麦克风里声音传感器要求有改良的信噪比和减小的尺寸。

作为提高声音传感器信噪比的方法，首先，得有一种提高这种声音传感器灵敏度的方法。为了提高这种电容型声音传感器的灵敏度，可采用的方法一种是加宽隔膜的区域面积，另一种是降低隔膜的弹性性能来增加隔膜的移位量。然而，前一种方法加宽隔膜的区域面积会对缩小声音传感器的尺寸造成妨碍。后一种方法降低隔膜的弹性性能，由于隔膜的移位量增加了，声音传感器的耐久性降低了。

第二种提高声音传感器的信噪比的方法是减少这种声音传感器的噪声。作为此类电容型声音传感器的噪声，在隔膜(可移动的电极板)和后挡板(固定的电极板)之间形成的空气间隙中产生的热噪声是难以解决的。

在空气间隙里的热噪声是噪声，其生成机理见图1(A)。如图1(A)所示，空气分子α在隔膜11和后挡板12之间的空气间隙13里，也是一半封闭的空间，因起伏波动(热运动)而与隔膜11相互碰撞。因与空气分子α的碰撞而产生的微小的力作用在隔膜11上，而该作用在隔膜11上的微小的力随机起伏波动。因此，隔膜11由于与空气分子α碰撞而振动，进而在振动传感器中产生电噪声。特别在高灵敏度的声音传感器和麦克风中，基于这种热噪声的噪声是大的，因而信噪比变差。

由这种热噪声产生的噪声，会因如图1(B)所示的开在后挡板12上的声音孔14开口率增加便于空气间隙13中的空气经由该声音孔14通过而减轻。另外，这种噪声也可以通过加宽隔膜11和后挡板12之间的空气间隙13来得到减轻。然而，当声音孔14的开口率增加或者空气间隙13被加宽时，由隔膜11和后挡板12形成的电容的电容量降低。由于这个原因，藉由这种简单的减少噪声的方法，在减少噪声的同时声音传感器的灵敏度降低，因此这种方法不可能改善声音传感器的信噪比。

(常规已知的振动传感器)

专利文献1公开了一种旨在提高信噪比的区别感应系统的麦克风。如图2所示，在这种麦克风21中，一基板22上有两个声音传感器23a和23b，并且垂直构造的传感器23a、23b彼此倒置。就是说，在一个声音传感器23a里，有声音孔26a的固定挡板25a是在隔膜24a上面的，构成声音传感的电容。在另外一个声音传感器23b里，隔膜24a在有声音孔26b的固定挡板25b的上面，构成声音传感的电容。

随着声音传感器23a、23b中的隔膜24a、24b释放出的传感信号，当两个声音传感器23a、23b检测到同一个声音振动时，具有位相180°的传感信号是来自两个传感器23a、23b。。从声音传感器23a中的输出与从声音传感器23b中的输出被输入进一个信号处理电路中(ASIC)，然后在该信号处理电路中对信号进行减弱处理。结果是，由传感器23a、23b检测到的声音检测信号被相加，这样麦克风21的检测灵敏度提高了，信噪比也预期得以改善。

在这种区别感应系统的麦克风里，除非被两个声音传感器检测到的声音检测信号的位相、频率和灵敏度完全相同，检测的灵敏度降低。然而，使同一基板上独立形成的各个声音传感器的规格参数相同是困难的。另外，在这种麦克风里，当两个传感器23a、23b上的电容的极性彼此相反时，因寄生电容的缘故，产生两个相同的传感器23a、23b是困难的。因此，如专利文献2中所述及的，实践中，要在这类麦克风中提高信噪比，迄今为止是困难的。

另外，在这种麦克风中，衍生自不匹配的噪声趋于产生，因此限制了信噪比的改善。

进而，一个额外的计算功能需要加到该信号处理电路中，这导致信号处理电路造价的提高。也因为需要在所述基板上提供多个声音传感器，减小麦克风尺寸的困难始终是个问题。

(另一常规已知的振动传感器)