用于麦克风的屏障结构

技术领域

本发明实施例涉及一种用于麦克风的屏障结构。

背景技术

麦克风广泛用于手机和耳机等移动电子设备，是通话功能的核心部件。其基本原理是麦克风通过拾取人声和环境信号，传输到系统，然后进行通话的功能。但是在该过程中，麦克风也会拾取到风噪，从而使通话质量变差。

目前有抑制麦克风拾取风噪的不同设计方法。其作用是帮助麦克风减弱拾取到的风噪，从而带来更好的通话质量。目前界内常用的方法，是在麦克风的进声口前端设置屏障结构。当风噪通过这些结构时会有所减弱，从而麦克风拾取到的风噪会变小。

对于目前大多数常见的抑制麦克风拾取风噪的方法，其性能并不是很好。因为在设计时并没有从风噪产生的原理来考虑。大部分屏障结构实际上并没有有效地降低风噪，而且可能会造成声信号的传递损失。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于麦克风的屏障结构，以降低麦克风拾取到的噪音。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于麦克风的屏障结构，包括：壳体；管道以及与管道相连的腔体，管道和腔体位于壳体中，腔体位于与管道的开口相对的一侧，多孔结构位于腔体中，腔体位于管道以及麦克风之间。

在一些实施例中，多孔结构是泡棉。

在一些实施例中，沿靠近腔体的方向，管道的横截面变大。

在一些实施例中，多孔结构具有朝向管道的尖劈结构。

在一些实施例中，多孔结构具有一层或多层尖劈结构。

在一些实施例中，管道具有弯折部。

在一些实施例中，管道包括主管以及位于主管周围的旁支管，主管与旁支管相通。

在一些实施例中，主管的管壁与壳体构成旁支管，在主管的管壁上具有洞，挡板位于洞的靠近腔体的一侧。

在一些实施例中，挡板从管壁朝向开口延伸以与管壁构成锐角。

在一些实施例中，麦克风位于电路板上并且与腔体中的多孔结构直接接触，电路板与壳体相连。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1至图10示出了根据本申请不同实施例的用于麦克风的屏障结构的结构示意图。

具体实施方式

为更好的理解本申请实施例的精神，以下结合本申请的部分优选实施例对其作进一步说明。

本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。

如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％、或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。

在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“中央的”、“纵向的”、“侧向的”、“前方的”、“后方的”、“右方的”、“左方的”、“内部的”、“外部的”、“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“高于”、“低于”、“上方的”、“下方的”、“顶部的”、“底部的”以及其衍生性的用词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本申请以特定的方向建构或操作。

另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。

再者，为便于描述，“第一”、“第二”、“第三”等等可在本文中用于区分一个图或一系列图的不同组件。“第一”、“第二”、“第三”等等不意欲描述对应组件。

关于麦克风拾取到风噪的原理，涉及到流体力学与气动声学。实际上对于麦克风拾取到的风噪，采集到的并不是声信号，而是空气湍流对麦克风膜片的扰动。抑制麦克风拾取风噪结构的研究，可追溯到上世纪八十年代。M.strasberg提出了置于麦克风外部的声屏障结构，来抑制风噪。通过量纲分析，讨论了抑制风噪的几个影响因素，包括风速、声屏障的大小和形状。并得出了以下公式，用于计算麦克风拾取到的风噪大小：

L

式中V是流速，f是频率，D是声屏障的直径。但是，M.strasberg的研究和结论只针对于风速较低的情况。当风速较大空气湍流剧烈时，该结论并不适用。Scott Morgan研究了在高流速下，风噪形成的原因。他提出根据伯努利理论，层流中的压力波动与流体的动能有关。在高流速下，空气中的总气压为：

p＝0.5ρ(μ+V)2＝0.5ρ(V2+μ2+2μV)

其中μ是波动速度，V是平均流速，ρ是气体的密度。高流速下，波动速度一般为平均速度的5％-15％，所以上式的值主要由第三项决定，即p＝ρμV。因此，Scott Morgan认为在高流速下，风噪主要来源于气流中的湍流压力扰动。并且他通过实验得出，流速较高时，风屏障并不能有效地减弱风噪。

G.P.Van Den Berg分别对低流速和高流速的情况进行了研究。他提出在低流速下，麦克风拾取到的风噪主要来源于气流与风屏障作用产生的涡流。而高流速下，风噪来自于气流中本身的湍流。风屏障在低流速下，对风噪有较好的抑制作用。但是在高流速下，它的效果并不显著。

目前大多数抑制麦克风拾取风噪的结构的设计，并没有根据风噪的产生机理进行设计，因此效果欠佳。例如，一些设计为在麦克风前部加管道来抑制风噪，但其在高流速下并不能抑制风噪，反而会增大气流中的涡流，从而使风噪增强。还有一些腔体加小孔的设计结构，虽然会降低风噪，但是并没有考虑到在风速较大时，风屏障效果不佳。而且也并没有考虑到腔体带来的声信号传递损失，使麦克风拾取到的声音在高频失真。

根据上文所述的原理，在低流速下声屏障对风噪有较好的抑制作用，但是在高流速下效果甚微。所以参见图1，本发明的屏障结构100结构由管道10、腔体12两部分组成。气流A通过该屏障结构100时，先经过管道10，由于管道10的粘滞效应，流速会被降低。之后气流A继续进入腔体12，腔体12内填充多孔结构(例如泡棉)，以充当声屏障。气流A到达麦克风14之前，流速和风噪会被有效地抑制。

参见图2，本申请的实施例提供一种用于麦克风14的屏障结构100，包括：壳体20；管道10以及与管道10相连的腔体12，管道10和腔体12位于壳体20中，腔体12位于与管道10的开口22(入声孔)相对的一侧，多孔结构24位于腔体12中，腔体12位于管道10以及麦克风14之间。在一些实施例中，多孔结构24是泡棉或吸音棉。在一些实施例中，气流A从开口22进入屏障结构100。在一些实施例中，麦克风14位于电路板18上并且与腔体12中的多孔结构24直接接触，电路板18与壳体20相连。管道10的管壁的黏滞效应会降低风速。在一些实施例中，管道10的管壁是由壳体20的部分构成的。

在一些实施例中，沿靠近腔体12的方向，管道10的横截面(cross-section view，CSV)的面积S

参见图3至图10，在一些实施例中，多孔结构24具有朝向管道的尖劈结构30。在一些实施例中，尖劈结构30可以是圆锥结构或棱锥结构。在一些实施例中，多孔结构24具有一层或多层尖劈结构30。根据上文所述的降风噪原理，多孔结构24作为风屏障使用。风屏障的表面积越大，降低风噪的效果越好。尖劈结构30能显著增大多孔结构24和气流A的接触表面积，从而提升降风噪的能力。而多层尖劈结构30则进一步增大了气流A和风屏障作用的表面积，进一步提升降风噪的能力。

参见图6至图8，在一些实施例中，管道10具有弯折部60。

参见图9至图10，在一些实施例中，管道10包括主管90以及位于主管90周围的旁支管92，主管90与旁支管92相通。在一些实施例中，主管90的管壁94与壳体20构成旁支管92，在主管90的管壁94上具有洞96，挡板98位于洞96的靠近腔体12的一侧。在一些实施例中，挡板98从管壁94朝向开口22延伸以与管壁94构成锐角，从而为气流A进行引流。图10示出了气流A在主管90以及旁支管92中流动的示意图。气流A由于引流挡板98的作用，会分流一部分到旁支管92，帮助降低主管90中气体的流速。旁支管92的气流也会由于旁支管本身的作用，流速逐渐降低。这样两个管道的气流到达腔体12时，流速会被降低的更多。

基于本发明结构进行风噪测试实验。由风管提供气流A，开口22与风管的出口距离30cm，开口22处的气体流速为7m/s。麦克风14采集信号并进行频谱分析。进行三组对比实验：对照组1只有麦克风，没有屏障结构；对照组2有麦克风以及位于麦克风前方的传统的只具有管道设计的屏障结构；对照组3为麦克风以及本申请实施例的屏障结构100。根据实验结果，和对照组1、对照组2采集到的信号相比，对照组3的麦克风采集到的风噪明显得到了抑制。然而对照组2的麦克风拾取的风噪，相比于对照组1不降反增。本发明实施例的屏障结构100中腔体12的形状不限。

根据实验仿真模拟，本发明的管道10的直径在0.6mm-1.0mm之间。由于管道10的直径很小，管壁的粘滞作用会与气流A发生强烈的反应，从而降低气流的流速。基于COMSOL进行有限元仿真，来验证管道对于流速的影响。假定入射的气流A的平均流速为10m/s。在气流A经过管道后，可以得到，流速衰减较快。在出口截面处(即到达腔体12)，气流A平均流速为4m/s。对于管道10，本申请不限制管道10的形状。直管、弯管都在本发明结构的范围之内。管道10的横截面也不加限定，圆形、方形或多边形都可以。本申请的管道10的的半径优选地在1mm以内。

当麦克风14和本发明的屏障结构100共同使用时，构成了一条声通道。该通道能抑制麦克风14拾取风噪，同时也保证了麦克风能收到正常的声音信号。其中声通道的声容C

其中，V是本发明的屏障结构100的腔体12的体积，ρ

在产品的实际使用的实施例的过程中，为了保证通话的质量，麦克风14需要在8000Hz以内拾取到不失真的声音。因此对于屏障结构100，其结构尺寸的设计指标需要符合：

进而得到：

其中，V是本发明的屏障结构100的腔体12的体积；L是本发明的屏障结构100的管道10的长度；在管道10的横截面CSV为圆形的实施例中，d为本发明的屏障结构100的管道10的等效直径。

本申请的实施例的屏障结构100的管道10与腔体12设计更可具有多种不同的变化实施例，例如管道10的管径变化、内部材质、分隔墙体以及多孔材料的形状与设置方式。本申请的屏障结构100使得麦克风14在保证通话的质量的基础上，有效地降低风噪。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。