用于经由后容积来获得MEMS传声器性能的设备和方法

技术领域

本文公开的方面总体上提供了一种用于经由外部添加的后容积来获得微机电系统(MEMS)传声器性能的设备和方法，所述传声器性能包括但不限于信噪比(SNR)和低频截止增强。下面将更详细地讨论这个方面和其他方面。

背景技术

MEMS传声器结构或组件一般包括安装在印刷电路板(PCB)上的MEMS换能器和电子器件。可提供盖或壳体以封闭换能器、电子器件和PCB。提供一个或多个声音端口以使声音能够行进到MEMS换能器。

发明内容

在至少一个实施方案中，提供了一种传声器组件，所述传声器组件包括基板、印刷电路板(PCB)、微机电系统(MEMS)换能器、第一盖和第二盖。所述基板限定完全延伸穿过其中的第一端口。所述PCB限定完全延伸穿过其中的声开口。所述MEMS换能器定位在所述基板的第一侧上并且定位在所述第一端口和所述声开口的正上方。所述第一盖限定第二端口并且覆盖所述MEMS换能器和所述第一端口，并且所述第一端口从所述第二端口轴向地移位，所述第一盖和所述基板限定包围所述MEMS换能器的前空气容积。所述第二盖定位在所述PCB的所述第二侧上。所述第二盖的腔、所述PCB的所述声开口和所述基板的所述第一端口限定后空气容积，所述后空气容积大于所述前空气容积以增加信噪比(SNR)并且增加所述传声器组件的总频率响应。

在至少一个实施方案中，提供了一种传声器组件，所述传声器组件包括基板、印刷电路板(PCB)、微机电系统(MEMS)换能器和第一盖。所述基板限定完全延伸穿过其中的第一端口。所述PCB限定嵌入所述PCB内的第一腔。所述基板的所述第一端口围绕延伸穿过所述第一端口和所述第一腔的轴线与所述第一腔对齐。所述MEMS换能器定位在所述基板的第一侧上并且定位在所述第一端口和所述第一腔的正上方。所述第一盖限定第二端口并且覆盖所述MEMS换能器和所述第一端口。所述第一端口从所述第二端口轴向地移位。所述第一盖和所述基板限定包围所述MEMS换能器的前空气容积。所述PCB的所述第一腔和所述基板的所述第一端口限定后空气容积，所述后空气容积大于所述前空气容积以增加信噪比(SNR)并且增加所述传声器组件的总频率响应。

在至少另一个实施方案中，提供了一种传声器组件，所述传声器组件包括基板、印刷电路板(PCB)、微机电系统(MEMS)换能器、第一盖、壳体的至少一部分。所述基板限定完全延伸穿过其中的第一端口。所述PCB限定完全延伸穿过其中的声开口。所述MEMS换能器定位在所述基板的第一侧上并且定位在所述第一端口和所述声开口的正上方。所述第一盖限定第二端口并且覆盖所述MEMS换能器和所述第一端口。所述第一端口从所述第二端口轴向地移位。所述第一盖和所述基板限定包围所述MEMS换能器的前空气容积。壳体的所述至少一部分定位在所述PCB的第二侧上并与所述PCB的所述第一侧相对并且限定腔。所述壳体的所述至少一部分的所述腔、所述PCB的声端口和基板的所述第一端口限定后空气容积，所述后空气容积大于所述前空气容积以增加信噪比(SNR)并且增加所述传声器组件的总频率响应。

在至少另一个实施方案中，提供了一种传声器组件，所述传声器组件包括基板、印刷电路板(PCB)、微机电系统(MEMS)、第一盖以及壳体的至少一部分。所述基板限定完全延伸穿过其中的第一端口。所述印刷电路板(PCB)限定完全延伸穿过其中的声开口。所述MEMS换能器定位在所述基板的第一侧上并且定位在所述第一端口和所述声开口的正上方。所述第一盖限定第二端口并且覆盖所述MEMS换能器和所述第一端口。所述第一端口从所述第二端口轴向地移位。所述第一盖和所述基板限定包围所述MEMS换能器的前空气容积。壳体的所述至少一部分定位在所述PCB的第二侧上并与所述PCB的所述第一侧相对并且限定腔。所述壳体的所述至少一部分的所述腔、所述PCB的声端口和基板的所述第一端口限定后空气容积，所述后空气容积大于所述前空气容积以增加信噪比(SNR)并且增加所述传声器组件的总频率响应。

在至少另一个实施方案中，一种传声器组件包括微机电系统(MEMS)换能器、外壳和多个基板层。所述外壳覆盖所述MEMS换能器并且在其中限定第一容积。所述多个基板层支撑所述MEMS换能器。所述多个基板层中的第一基板层限定开口以使所述MEMS换能器的第一侧能够直接接收来自周围环境的音频输入信号。所述多个基板层限定传输机构，所述传输机构包括定位在其中的密封件以完全阻止所述音频输入信号被所述MEMS换能器接收。所述密封件和所述传输机构限定第二容积。所述第一容积和所述第二容积形成后容积以增加所述组件的频率响应。

在至少另一个实施方案中，一种传声器组件包括微机电系统(MEMS)换能器、外壳和多个基板层。所述外壳覆盖所述MEMS换能器并且在其中限定第一容积。所述多个基板层支撑所述MEMS换能器。所述多个基板层中的第一基板层限定开口以使所述MEMS换能器的第一侧能够直接接收来自周围环境的音频输入信号。所述多个基板层限定传输机构，所述传输机构包括定位在其中的密封件以完全阻挡所述音频输入信号。所述密封件和所述传输机构限定第二容积。所述第一容积和所述第二容积形成后容积以增加所述组件的频率响应。

在至少另一个实施方案中，提供了一种用于调谐传声器组件的方法。所述方法包括用外壳覆盖微机电系统(MEMS)换能器以在其中限定第一容积，以及经由多个基板层来支撑所述MEMS换能器。所述方法包括在所述MEMS换能器的第一侧处经由由所述多个基板层中的第一基板层限定的开口来直接接收来自周围环境的音频输入信号，以及用所述多个基板层来限定传输机构。所述方法还包括将密封件定位在所述传输机构中以完全阻挡所述音频输入信号，以及由所述密封件和所述传输机构限定第二容积。所述方法还包括用由所述第一容积和所述第二容积形成的后容积来增加所述组件的频率响应。

附图说明

在所附权利要求中特别地指出本公开的实施方案。然而，通过结合附图参考以下详细描述，各种实施方案的其他特征将变得更显而易见，并且将得到最好的理解，在附图中：

图1A至图1B描绘了底部端口MEMS传声器子组件和顶部端口MEMS传声器子组件的横截面视图；

图2A至图2B分别描绘了使用底部端口MEMS传声器子组件和顶部端口MEMS传声器子组件的应用传声器组件的替代横截面视图；

图3描绘了另一个MEMS传声器子组件；

图4描绘了根据另一个实施方案的第一MEMS传声器子组件；

图5描绘了根据另一个实施方案的使用双端口MEMS传声器子组件的第一应用传声器组件的横截面视图；

图6描绘了根据另一个实施方案的使用双端口MEMS传声器子组件的第二应用传声器组件的横截面视图；

图7描绘了根据另一个实施方案的使用双端口MEMS传声器子组件的第三应用传声器组件的横截面视图；

图8描绘了根据一个实施方案的可与主动噪声消除(ANC)系统结合使用的传声器组件；

图9描绘了根据一个实施方案的包括对应于频率和灵敏度的波形的曲线图；

图10描绘了根据一个实施方案的可与ANC系统结合使用的另一个传声器组件；

图11描绘了根据一个实施方案的包括对应于频率和灵敏度的波形的另一个曲线图；

图12描绘了根据一个实施方案的可与ANC系统结合使用的另一个传声器组件；并且

图13描绘了根据一个实施方案的用于调谐传声器组件的方法。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的详细实施方案；然而，应当理解，所公开的实施方案仅是可体现为各种和替代形式的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应当被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。

应认识到，本文可注明的方向术语(例如，“上”、“下”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”等)仅指代传声器组件的各种部件的取向，如在附图中所示。提供此类术语以用于上下文和理解本文所公开的实施方案。

具有前容积和后容积的传声器组件

图1A描绘了底部端口MEMS传声器子组件100的横截面视图。MEMS传声器子组件100包括基板102、电子器件(或例如，专用集成电路(ASIC))104和MEMS换能器106。ASIC 104和MEMS换能器106安装在基板102上。组件100包括封闭ASIC 104和换能器106的盖108。基板102限定端口110，该端口使环境声音能够传递到换能器106。在这种情况下，端口110定位在换能器106的下方或正下方并且被表征为底部端口。图1B的传声器子组件100’也包括基板102、ASIC 104、MEMS换能器106和盖108。组件100’的盖108限定端口110’，该端口定位在盖108的顶表面上。在这种情况下，端口110定位在换能器106上方并且被表征为顶部端口。

一般而言，子组件100和100’中的每一者限定在盖108内的空气容积。包括在子组件100的盖108内的空气容积可被定义为后容积(BV)(例如，相对于端口110的位置，空气位于子组件100的位于换能器106后面的后腔室中)，并且包括在子组件100’的盖108内的空气容积可被定义为前容积(FV)(例如，相对于端口110’的位置，空气位于子组件100’的位于换能器106前面的前腔室中)。在一个示例中，参考图1A和图1B，FV可被定义为最靠近端口110或110’的腔室。基于MEMS传声器设计原理，捕获的环境声音的信噪比(SNR)可与BV成比例。子组件100(例如，参见图1A)提供的BV比子组件100’的(例如，图1B)大得多。因此，在这方面，较大的BV提供了改进的SNR性能。因此，子组件100可优选于子组件100’以实现更高的SNR性能。

图2A描绘了根据一个实施方案的使用MEMS传声器子组件100(例如，底部端口MEMS传声器子组件)的应用传声器组件200(例如，汽车传声器模块)的横截面视图。组件200一般包括底部端口MEMS传声器子组件100、壳体202、垫圈204和应用印刷电路板(PCB)206(下文称为“PCB 206”)。子组件100一般安装到PCB 206。ASIC 104和换能器106经由穿过基板102的连接(未示出)电耦合到PCB 206。垫圈204将其上安装有子组件100的PCB 206耦合到壳体202的一侧(或壁)208并且在壳体202的侧208与PCB 206之间形成声学密封。壳体202的侧208限定声孔径210，垫圈204限定声孔212，并且PCB 206限定声开口214。声孔径210、声孔212、声开口214和端口110彼此轴向对齐，以使外部声音能够从中穿过并到达换能器106。系统200的距离“d1”一般被定义为声孔径210、声孔212和声开口214的总长度。距离“d1”将端口110连接到提供给换能器106的外部声场。为了确保整个音频带中的平滑且一致的频率响应形状(即，为了拾取或感测整个音频带中的音频数据)，可能期望将距离d1最小化。

图2B描绘了根据一个实施方案的使用MEMS传声器子组件100’(例如，顶部端口MEMS传声器子组件100’)的应用传声器组件200’(例如，汽车传声器组件)的横截面视图。组件200’一般包括子组件100’、壳体202、垫圈204和PCB 206。子组件100’一般安装到PCB206。类似于图2A的系统200，ASIC 104和换能器106经由穿过基板102的连接(未示出)电耦合到PCB 206。垫圈204将顶部端口MEMS传声器子组件100’直接耦合到壳体202的一侧(或壁)208并且在壳体202的侧208与顶部端口MEMS子组件100’的盖108之间形成声学密封。壳体202的侧208限定声孔径210，并且垫圈204限定声孔212。端口110’、声孔径210和声孔212彼此轴向对齐，以使外部声音能够从中穿过并到达换能器106。系统200的距离“d2”一般被定义为声孔径210、声孔212和端口110’的总长度。当将系统200’与系统200进行比较时，表明距离d2不包括由PCB 206限定的声开口214。因此，它的长度比距离d1短。此外，应认识到，由盖108的厚度限定的端口110’的长度足够小于由MEMS传声器子组件100或100’中的基板102的厚度限定的端口110的长度。因此，在这方面，系统200’可优选于系统200，因为连接外部声场和MEMS换能器106立即看到的声场的整体声学路径更短，从而导致更接近地表示感兴趣的外部声场的特性的更一致的频率响应。尽管系统200’可能优选于系统200，但基于当前的MEMS传声器实施方式，实施系统200或200’可能是困难的。在一个方面，可能需要进行性能折衷。

图3描绘了另一个MEMS传声器子组件300。子组件300包括基板102、ASIC 104、换能器106、盖108和顶部端口110’(或端口110’)。换能器106包括膜片302。壁304定位在基板102与盖108之间。焊盘306也设置在基板的底部区段上以附接到PCB 206(未示出)。组件300一般表示结合系统200、200’描述的问题的一种解决方案。例如，ASIC 104和MEMS换能器106可安装到盖108，而不是MEMS传声器子组件300的基板102。如上所述，端口110’可被定义为顶部端口，或者子组件300本身可被定义为顶部端口MEMS传声器子组件300。然而，与如结合图1B所示的子组件100’相比，顶部端口MEMS传声器组件300将BV和FV翻转。系统300一般提供大的BV和改进的信噪比(SNR)。然而，系统300可能具有一些限制。

例如，为了向MEMS换能器106和ASIC 104供电并接收来自它们的信号，需要穿过壁304并且还穿过其上安装有ASIC 104和换能器106的盖108的电连接。在这种情况下，系统300可能无法使用基于金属的盖108，这会降低传声器300的EMI/EMC性能。这对制造商来说也可能更加复杂和昂贵。另外，非金属盖108和壁304一般可能需要比金属盖更厚，这又占用了空间。然而，一般而言，系统300的BV和SNR仍可产生比在图1B中阐述的子组件100’更好的性能，但可能不如在图1A中阐述的子组件100最佳。通常的设计折衷可能是选择底部端口MEMS传声器组件(例如，参见图2A的组件200)来实现更好的SNR，或者选择顶部端口MEMS传声器组件(例如，参见图2B的组件200’)来获得改进的频率响应但较差的SNR。

图4描绘了根据一个实施方案的第一MEMS传声器(或双端口MEMS传声器)子组件350。组件350也包括基板102、ASIC 104、MEMS换能器106和盖108。子组件350提供在基板102中的端口110和在盖108中的端口110’。因此，在这方面，子组件350可被称为“双端口MEMS传声器”。与图3中描绘的MEMS传声器子组件不同，子组件350中的ASIC 104和MEMS换能器106附接到基板102而不是盖108。可通过将盖108连同端口110’一起焊接到基板102连同端口110来制造子组件350。在焊接操作之后，盖108可封闭ASIC 104和换能器106。在双端口MEMS传声器(或子组件350)的情况下，FV和BV的特征(或FV和BV的相对位置)可基于是端口110定位在基板102中还是端口110’定位在盖108中并直接连接到感兴趣的外部声场来配置。

图5描绘了根据另一个实施方案的使用双端口MEMS传声器子组件350的第一应用传声器组件400的横截面视图。组件400一般包括壳体202、垫圈204和PCB 206。子组件350包括基板102、ASIC 104、换能器106和盖108(或第一盖)。子组件350一般安装到PCB 206。如上面类似地指出，ASIC 104和换能器106经由穿过基板102的连接(未示出)电耦合到PCB 206。垫圈204将子组件350耦合到壳体202的壁208并且在子组件350的盖108与壳体202的壁208之间形成声学密封。壳体202的壁208限定声孔径210，垫圈204限定声孔212，并且PCB 206限定声开口214。如图所示，距离“d2”一般被定义为声孔径210和声孔212的总长度。距离d2提供最小距离，如结合图2B所讨论，并且使组件400能够在整个音频范围内实现更一致的频率响应。

第二盖408设置在PCB 206的下侧上，并且连同PCB 206一起限定了容积(或腔402)。第二盖408可焊接到PCB 206的下侧。声孔径210、声孔212和端口110’彼此轴向对齐，以使外部声音能够从中穿过并到达换能器106。端口110和声开口214彼此轴向对齐，并且连同腔402一起提供BV。例如，端口110和声开口214可与竖直地并居中地延伸穿过MEMS换能器106的轴线a轴向对齐。因此，由第二盖408连同端口110、声开口214以及被捕获在MEMS换能器106与基板102之间的空气容积一起封闭的容积402提供更大的BV，如结合图2A的组件200所讨论。例如，第二盖408限定形成空气容积以提供更大BV的腔402。如还结合图2A所指出，更大大小的BV导致改进的SNR。因此，在这方面，系统400由于更短的距离d2而在整个音频范围内实现更一致的频率响应，并且由于包括盖408、端口110和声开口214而实现改进的SNR性能。

图6描绘了根据另一个实施方案的使用双端口MEMS传声器子组件350的第二应用传声器组件500的横截面视图。组件500大体上类似于图5的组件400，除了第二盖408被PCB206替代，该PCB限定腔402(即，腔402可嵌入PCB 206内)以提供BV。端口110将被捕获在换能器106与基板102之间的空气容积连接到腔402以形成BV。由组件500形成的BV可足够大以提供改进的SNR。由于PCB 206一般可由4至6层FR4层形成，因此可通过在不同的FR4层中切割不同形状和大小的孔并且然后将这些层堆叠在一起来容易地形成腔402。

因此，利用BV，组件500可提供改进的SNR。另外，距离d2相对于如结合图5所示的距离d2没有改变。因此，该最小距离d2在整个音频范围内提供更一致的频率响应。

图7描绘了根据另一个实施方案的使用双端口MEMS传声器子组件350的第三应用传声器模块组件600的横截面视图。组件600大体上类似于如结合图5所示的组件400。然而，组件600采用壳体202来提供腔402以代替第二盖408。例如，壳体202包括壁(或侧)208a至208d。PCB 206连同壁208b至208d一起限定腔402。尽管未示出，但应认识到，PCB 206在周向方向上延伸并与壁208b和208d接触。PCB 208连同壁208b至208d一起形成气密密封。

端口110和声开口214彼此轴向对齐，并且连同腔402一起提供BV。例如，端口110和声开口214将被捕获在换能器106与基板102之间的空气容积连接到密封的腔402，从而形成BV以提供改进的SNR。由组件600提供的BV可大于组件400和500的BV，并且可提供比此类组件400、500更多的SNR改进。如所见，组件600相对于如结合图5所示的距离d2维持距离d2。因此，可在音频范围内实现一致的频率响应。

一般而言，组件400、500和600在传声器组件级别上提供实用的解决方案，以同时实现高SNR、宽带宽以及平滑且紧密匹配的频率响应的性能要求，这在MEMS传声器级别上实现起来可能具有挑战性。

通过经由PCB 206以及防护壳体组件202、PCB 206中的嵌入式腔或第二盖408添加另外的BV，现在可以针对特定应用来定制和调整传声器性能。传统地，传声器模块/组件级别性能可主要基于传声器元件(或换能器)的选择来控制。利用另外的BV，可能的是，可进一步微调SNR、信号带宽和频率响应，以应对原始设备制造商(OEM)的独特要求。

具有增强且可调谐的低频响应的MEMS传声器

在现代车辆中，主动噪声消除(ANC)(也称为主动噪声管理)系统在车舱中使用传声器以向系统控制器提供纠错反馈。这些传声器的一些理想特性包括低截止频率和良好的灵敏度容差。低截止频率一般对应于传声器的频率响应从标称下降3dB的点。在良好的灵敏度容差方面，ANC系统使用传声器来确定抗噪声/消除信号的输出水平，并且因此当传声器的灵敏度接近指定值时工作得更好。灵敏度典型地被表示为在指定的频率下测量到的值+/-容差。尽管语音传声器通常在1kHz下指定其灵敏度，但ANC传声器在更低的频率(诸如30Hz或100Hz)下指定灵敏度。典型的容差是+/-3dB，但现代系统可能优选+/-2或+/-1或更少。

在如结合图1A所示的典型底部端口MEMS传声器中，包括在子组件的后腔室(例如，BV)中的空气容积可决定很多事。由于ANC一般在30Hz至500Hz的频率下工作，BV可在频率响应中建立对ANC应用来说感兴趣的低截止频率。由于大多数的MEMS传声器(或换能器108)用于集中在高于80Hz的频率的语音应用，因此此类传声器一般被设计为具有有限的BV并且具有不太理想的低频响应。

与可具有约7.5Hz或更低的低频截止点的传统驻极体传声器(ECM)相比，现今的ANC中使用的典型MEMS换能器部分地由于与典型的MEMS包装相关联的有限BV而在15Hz～25Hz左右截止。有专门的ANC MEMS换能器使用更大的盖来增加BV以便解决这个问题，但是大小奇特或在大多数MEMS传声器中不常见的盖会导致成本和制造效率低下。本文公开的一个或多个实施方案使得能够在传声器换能器元件本身上使用常见的成本较低的部件，同时允许在传声器组件的应用特定部分上特制截止频率增强/定制。

图8描绘了根据一个实施方案的传声器组件1000。图1描绘了根据一个实施方案的梯度MEMS传声器组件(“组件”)100的横截面视图。在2014年1月3日提交的名称为“GradientMicro-Electro-Mechanical Systems(MEMS)Microphone”的美国专利号10,154,330中阐述了与组件1000相关的各个方面，该专利的公开内容特此以引用方式并入本文。组件1000可在30Hz至500Hz的频率范围内操作。

组件1000包括单个MEMS传声器(“传声器”)1001，该传声器包括具有单个移动膜片(“膜片”)1003的单个微加工MEMS管芯换能器(“换能器”)1002。应认识到，单个换能器1002可设置有多个膜片1003。传声器外壳(“外壳”)1012定位在换能器1002上方并且任选地包括基座1013。

当提供时，基座1013限定第一声学端口1011和第二声学端口1015。第一声学端口1011定位在膜片1003下方。在基座1013与膜片1003的一侧之间形成第一声学腔1004。在膜片1003的相对侧处形成第二声学腔1005。第二声学端口1015邻接第二声学腔1005。响应于在第一声学腔1004与第二声学腔1005之间生成的音频信号压力梯度而激励膜片1003。

多个基板层1016支撑传声器1001。多个基板层1016包括第一基板层1021和第二基板层1022。在一个示例中，第一基板层1021可以是聚合物，诸如PCABS或其他类似材料。第二结构层1022可以是印刷电路板(PCB)并且直接邻接外壳1012和/或基座1013。第二基板层1022也可以是聚酰亚胺或其他合适的材料。多个基板层1016机械地且电气地支撑传声器1001并且使组件1000能够形成用于附接到最终用户组件(未示出)的独立部件。多个基板层1016形成或限定第一传输机构(一般以“1008”示出)和第二传输机构(一般以“1009”示出)。第一传输机构1008一般包括第一声孔径1006、第一声学管1010和第一声学孔1017。第二传输机构1009一般包括第二声孔径1007、第二声学管1014和第二声学孔1018。一般在第一声孔径1006处和在第二声孔径1007处接收音频输入信号(或声音)，并且随后传递到传声器1001。这将在下面更详细地讨论。

基座1013限定第一声学端口1011和第二声学端口1015。如上所述，在传声器1001中可任选地包括基座1013。如果在传声器1001中不包括基座1013，则第一声学孔1017可将声音直接提供到第一声学腔1004中。另外，第二声学孔1018可将声音直接提供到第二声学腔1005中。

第二基板层1022基本上是平面的以支撑传声器1001。第一声学管1010和第二声学管1014在第一基板层1021上方纵向延伸。第一声孔径1006与第二声孔径1007隔开延迟距离d。第一声孔径1006和第二声孔径1007一般分别垂直于相应的第一声学管1010和第二声学管1014。第一声学孔1017和第二声学孔1018一般分别与第一声学端口1011和第二声学端口1015对齐。

第一声阻元件1019(例如，布料、烧结材料、泡沫、微加工或激光钻孔阵列等)放置在第一基板层1021上并且在第一声孔径106周围(例如，跨该第一声孔径或在该第一声孔径内)。第二声阻元件1020(例如，布料、烧结材料、泡沫、微加工或激光钻孔阵列等)在第二声孔径1007周围(例如，跨该第二声孔径或在该第二声孔径内)放置在第一基板层1021上。应认识到，当换能器1002经历其微加工过程时，可在换能器1002内直接形成第一声阻元件1019和/或第二声阻元件1020。替代地，第一声阻元件1019和/或第二声阻元件1020可分别放置在第一传输机构1008和第二传输机构1009内的任何地方。

第一声阻元件1019和第二声阻元件1020中的至少一者被布置为使得传输到第一声孔径1006和/或第二声孔径1007的声音(或环境声音)发生延时并且实现组件1000的指向性(例如，空间滤波)。在一个示例中，第二声阻元件1020的阻力大于第一声阻元件1019的阻力的三倍。另外，第二声学腔1005可以是第一声学腔1004的三倍大。

一般而言，第一声阻元件1019和第二声阻元件1020是基于第一传输机构1008和第二传输机构1009的声学特征(诸如孔径、孔或管横截面)的大小限制而形成的。第一传输机构1008使声音能够进入传声器1001(例如，进入膜片1003的一侧上的第一声学腔1004)。第二传输机构1009和第二声学端口1015(在提供了基座1013的情况下)使声音能够进入传声器1001(例如，进入膜片1003的一侧上的第二声学腔1005)。一般而言，传声器1001(例如，声学梯度传声器)从声源接收声音，并且相对于接收到声音的时间以一定延迟将该声音输送至可移动膜片1003的相对侧。膜片1003由第一声学腔1004与第二声学腔1005之间的信号压力梯度激励。

该延迟一般由两个物理方面的组合形成。第一，例如，声学声音(或波)到达进入传声器1001的一个进入点(例如，第二声学孔径1007)比到达另一个进入点(例如，第二声学孔径1006)要花费更长的时间，因为音频波在第一传输机构1008和第二传输机构1009中以声速行进。这种效果通过第一声孔径1006与第二声孔径1007之间的间距或延迟距离d和声源的角度θ进行控制。在一个示例中，延迟距离d可以是12.0mm。第二，由阻力的组合(例如，第一声阻元件1019和第二声阻元件1020的阻值)和声顺(容积)在内部产生的声学延迟在膜片上产生期望的相位差。

如果声源定位在组件1000的右边，则从中产生的任何声音将先到达第一声孔径1006，并且在一定的延迟之后，声音将进入第二声孔径1007，同时声音伴随有相对相位延迟。这种相位延迟有助于使传声器1001能够实现期望的性能。如上所述，第一声孔径1006和第二声孔径1007间隔开延迟距离“d”。因此，第一声学管1010和第二声学管1014分别用于将传入声音传输到第一声学孔1017和第二声学孔1018，并且随后分别传输到第一声学端口1011和第二声学端口1015上。多个基板层包括共享的电连接件1051，该电连接件使第一基板层1021和第二基板层1022能够彼此电连通。

组件1000一般被认为是单向传声器。然而，ANC传声器一般是全向的并且感测所有方向上的声音。如上所述，可以基于MEMS换能器的外部部件来定制MEMS换能器的声学响应。就组件1000而言，定位在多个基板层1016下方的部件可被认为在MEMS换能器1001的外部。因此，组件1000将密封件1100添加到第二声学端口1015以使组件1000用作可与ANC应用结合使用的全向传声器。密封件1100完全防止(或阻止)音频信号进入外壳1012或被膜片1003或MEMS换能器1002接收。另外地或替代地，密封件1102也可放置在第二声孔径1007处，而不是放置在第二声学端口1015处，并且也可阻止音频信号进入外壳1012或被MEMS换能器1002接收。还应认识到，第一传输机构1008(即，第一声学孔1017)使MEMS换能器1002能够接收来自组件1000’外部的环境的音频信号。

外壳1012和基座1013(或基板1022)限定第一空气容积。第二声孔径1007、第二声学管1014、第二声学孔1018和第二声学端口1015限定第二空气容积。第一空气容积和第二空气容积在组合时提供空气后容积(BV)。

图9描绘了根据一个实施方案的具有对应于频率和灵敏度的波形1202和1204的曲线图1200。波形1202描绘了在第二声学端口1015经由密封件1100被密封或封闭的情况下与灵敏度相关的频率。波形1204描绘了在第二声孔径1007经由密封件1102被密封或封闭的情况下与灵敏度相关的频率。波形1204在30Hz下表现出2dB的改进，并且可能比波形1202表现出的情况更适合ANC应用。换句话说，在第二声孔径1007处使用密封件1102可能优选于将密封件1100放置到第二声学端口1015。例如，通过将密封件1102放置在第二声孔径1007处，可以增加提供响应变化的后容积(或如上所述的BV)，如曲线图1200所示。

在一个示例中，ECM的频率响应性能可能与标称(例如，100Hz至30Hz)相差–1dB。换句话说，在被定义为30Hz至500Hz的整个ANC区域中，性能仅下降1dB。波形1202示出了从标称到30Hz，频率响应可以是-3dB，而波形1204示出了-1dB的频率响应。这个方面表明本发明的实施方案可匹配由ECM提供的频率响应，这可能是有利的。

返回参考如图8所示的组件1000，应认识到，第一声学管1010、第一声孔径106和第一声阻元件1019对于实施方式(或对于组件1000)可能不是必需的。在这种情况下，第一声学孔1017可直接开向环境。

在该实施方案中，组件1000可具有更小的占用面积并且可能更有利于在需要将组件1000装配到更小的包装空间或轮廓中时使用。一般而言，特征被示出为充当可任选地包括在内并且还用于研究和开发测试的附加特征的示例。结合图8所示的组件1000试图增加位于换能器1000外部的部件的BV以增加低频响应，特别是对于ANC应用。

结合图5和图6所示的实施方式可实现例如顶部端口MEMS的优势以实现最短声学路径，同时维持基于底部端口的MEMS传声器性能以实现高SNR。图10描绘了根据一个实施方案的可与ANC系统结合使用的另一个传声器组件1000’。组件1000’可在30Hz至500Hz的频率范围内操作。组件1000’大体上类似于组件1000。然而，组件1000’提供可变后容积(VBV)。VBV可增强对应于在指定的频率下控制传声器灵敏度的制造/组装容差的良好灵敏度容差的期望特性。类似于图8，外壳1012和基座1013限定第一空气容积。第二声孔径1007、第二声学管1014、第二声学孔1018和第二声学端口1015限定第二空气容积。第一空气容积和第二空气容积在组合时提供空气BV。

在制造MEMS传声器或组件时，许多因素会影响ANC传声器的灵敏度规格和频率响应。这种因素的一个示例可包括使用粘合剂将传声器盖附接到MEMS传声器。多余的粘合剂可能会聚集在BV内，从而导致实现的BV发生变化，因此增加灵敏度变化。此外，一旦MEMS传声器放置到组件中和/或经受诸如波峰焊接的过程，就可能增加另外的灵敏度变化。这可导致较大的灵敏度容差，从而使其不适用于ANC应用。这种容差是不合期望的，并且导致在制造期间需要更宽松的灵敏度规格和过多的废料。本文阐述的实施方案解决了这些问题。

组件1000’还包括密封件1102，该密封件可定位在第二声孔径1007处以便也产生可变BV。由于用密封件1102密封(或封闭)第二声孔径1007，因此组件1000’不再需要第二声阻元件1020。密封件1102可由粘合剂(例如，胶带)制成。为了产生可变BV，可将针1104插入穿过密封件1102并伸入该密封件中以在密封件1102内产生开口1106，以将受控量的灌封溶液1108(或灌封材料)施加到第二声孔径1007中和/或另外地施加到第二声学管1014中。灌封溶液1108置换被捕获在BV中的空气(例如，第二声孔径1007和第二声学管1014中的空气被灌封溶液1108置换)。通过控制定位在第二声孔径1007和/或第二声学管1014(例如，BV)中的灌封溶液1108的量，这相应地调整或控制组件1000’的低频响应。将受控体积的灌封溶液1108施加到第二声孔径1007和第二声学管1014中可作为在组件1000’的制造期间的操作来执行。应认识到，针1104和灌封溶液1108可被柱塞1110替代，该柱塞可滑动地插入第二声孔径1007和/或第二声学管1014中以减少存在于第二声孔径1007和/或第二声学管1014中的空气量。在这种情况下，第二声孔径1007可沿着与图10所示相同的第二传输机构1009(或第二声学管1014)的纵向延伸轴线定向定位，以使柱塞1110能够滑入第二声学管1014中。其他机构可包括挤压由第二声孔径1007和/或第二声学管1014限定的容积(例如，BV)或使其变形。

在另一个示例中，组件1000'的密封件1102可以是定位在基板1022上方并且然后插入延伸穿过基板1022的开口中的定位螺钉。用户可以可变地将定位螺钉插入基板1022的开口中，这然后使定位螺钉能够减少存在于第二声孔径1007和/或第二声学管1014中的空气量。接收定位螺钉的开口可以是带螺纹的，并且用户可调整定位螺钉插入开口中的深度以达到存在于第二声孔径1007和/或第二声学管1014中的期望空气量。返回参考针1104和灌封溶液1108，在制造过程期间，可以继续注入灌封溶液1108，直到达到目标灵敏度值并且最终产品组件1000’满足客户应用。BV中的被置换空气可通过典型地存在于MEMS传声器内的泄压通气孔逸出。一般而言，在FV与BV之间可能定位有泄压通气孔，因为如果BV完全被密封，则热量和环境空气压力可导致在BV中积聚过度的压力。应认识到，如结合图10所述的密封件(例如，螺钉、柱塞、灌封等)的各种示例还完全防止或阻止音频信号到达MEMS换能器1002。还应认识到，第一传输机构1008(即，第一声学孔1017)使MEMS换能器1002能够接收来自组件1000’外部的环境的音频信号。

图11描绘了根据一个实施方案的具有对应于频率和灵敏度的波形的另一个曲线图1300。曲线图1300对应于两个传声器组件(例如，第一传声器组件和第二传声器组件)的波形1302、1304、1306、1308。例如，波形1302、1304可对应于第一传声器组件的频率响应和灵敏度级别(例如，30Hz)，并且波形1306、1308可对应于第二传声器组件的频率和灵敏度级别。

波形1302可对应于在第一传声器组件包括定位在第二声孔径1007中的密封件1102并且第二声孔径1007和/或第二声学管1014(例如，在BV中)是空的(或充满空气)的情况下的总频率响应。波形1304可对应于在第一传声器组件包括定位在第二声孔径1007中的密封件1102并且灌封溶液108完全填充第二声孔径1007和第二声学管1014(例如，在BV中)的情况下的总频率响应。与波形1304相比，波形1302在30Hz下表现出大约2dB的改进。

波形1306可对应于在第一传声器组件包括定位在第二声孔径1007中的密封件1102并且第二声孔径1007和/或第二声学管1014(例如，在BV中)是空的(或充满空气)的情况下的总频率响应。波形1308可对应于在第一传声器组件包括定位在第二声孔径1007中的密封件1102并且灌封溶液108完全填充第二声孔径1007和第二声学管1014(例如，在BV中)的情况下的总频率响应。与波形1308相比，波形1306在30Hz下表现出大约2dB的改进。鉴于波形1032和1036反映了未调谐的组件到组件的灵敏度变化，第一传声器组件和第二传声器组件表现出大约4dB的30Hz灵敏度差异。

图12描绘了根据一个实施方案的可与ANC系统结合使用的另一个传声器组件1000”。组件1000”大体上类似于组件1000和1000’。组件1000”包括也可提供可变BV的密封件1102。类似于图8，外壳1012和基座1013限定第一空气容积。第二声孔径1007、第二声学管1014、第二声学孔1018和第二声学端口1015限定第二空气容积。第一空气容积和第二空气容积在组合时提供空气BV。组件1000”与组件1000和1000’的不同之处在于第一传输机构1008仅包括第一声学孔1017(即，第一传输机构1008不包括第一声孔径1006和第一声学管1010)。在这方面，与组件1000和1000’相比，由组件1000”提供的总占用面积或包装空间可减少。应认识到，组件1000”可继续实现如上所述的由组件1000和1000’获得的益处。密封件1100或1102完全防止音频信号在MEMS换能器1002处被接收。第一传输机构1008(即，第一声学孔1017)使MEMS换能器1002能够接收来自组件1000’外部的环境的音频信号。

可为基于可变BV的传声器组件提供调谐方法。该方法一般包括制造组件并在下线时执行声学测试。该方法还包括利用测试数据来改变传声器组件BV(例如，插入灌封溶液或其他填充物以调整传声器组件的BV)，并确认期望的传声器组件性能。

图13描绘了根据一个实施方案的用于调谐传声器组件的示例方法1400。在操作1402中，将传声器组件1000、1000’和1000”与第一传输机构1008和第二传输机构1009组装在一起。在操作1404中，将密封件1102插入第二传输机构1008中。

在操作1406中，通过调整密封件1102的各种特性来调谐传声器组件1000、1000’、1000”。例如，针1104可穿透密封件1102并将受控量的灌封溶液1108施加到第二传输机构1009中。所施加的灌封材料1108的量可基于所需的期望调谐特性而变化。在另一个示例中，可插入定位螺钉以减少存在于第二声孔径1007和/或第二声学管1104中的空气量。如上所述，用户可调整定位螺钉插入开口中的深度以达到存在于第二声孔径1007和/或第二声学管1014中的期望空气量。在另一个示例中，柱塞1110可滑动地插入第二声孔径1007和/或第二声学管1014中，以减少存在于第二声孔径1007和/或第二声学管1014中的空气量。在另一个示例中，方法1400可包括挤压由第二声孔径1007和/或第二声学管1014限定的容积或使其变形。

应认识到，可采用下线测试序列来确定形成基于静态的BV传声器组件和基于可变的BV传声器组件的频率响应特性所必要的适当空气容积。基于所公开的实施方案可实现各种益处/优点。例如，本文公开的实施方案总体上提供基于传声器组件的给定应用来根据需要或期望增强低频截止的能力。另外，所公开的传声器组件总体上提供增强的灵敏度容差，其中第一传声器组件可具有最小BV(例如，BV填充有灌封溶液或其他合适的填充物)并且第二传声器组件可具有最大BV(例如，由密封件和传声器组件的其他部件限定的容积仅填充有空气)。这导致匹配的传声器在30Hz下可能相差2dB，而不是4dB。另外，基于ANC的传声器组件可构建有与其高音量语音对应方共享的标准低轮廓盖。

虽然上面描述了示例性实施方案，但是这些实施方案并不意图描述本发明的所有可能的形式。而是，本说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可做出各种改变。另外，可组合各种实施的实施方案的特征以形成本发明另外的实施方案。