高频增强的骨导传声器及骨导传声方法

1.本发明属于骨导传声领域，更具体的，涉及一种高频增强的骨导传声器及骨导传声方法。


背景技术：

2.骨导传声器是一种检测由人体声带振动引起并传递到头骨的振动信号的传声器。相较于气导传声器，骨导传声器有着抗干扰性强、佩戴位置灵活、工作性能稳定等优点。目前，骨导传声器在民用与军用领域得到了广泛的应用。然而，在实际使用过程中，骨导传声器存在两点不足。第一，由于骨导噪声多集中在100hz以下的低频部分，骨导传声器易因拾取过多低频噪声而过载。第二，在5khz至16khz的范围内，骨导语音天然有着高频衰减过大的特点，而骨导传声器在此频段的高频频响缺少增强，所以拾取的骨导语音清晰度不足。其中，高频频响的衰减大大影响了骨导传声器的拾音质量。
3.在相关技术中，cn211240080u也公开了一种mems振动传感器，其可作为骨导传声器使用。但是该mems(mirco electro mechanical systems)振动传感器无法解决高频频响衰减过大的问题。
4.本发明所提出的骨导传声器内部存在声孔和腔体等声学结构，在骨导传声器频响的高频部分形成了新共振峰，达到高频频响增强的效果，解决了该mems振动传感器的不足。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中存在的骨导语音高频衰减过大的问题，本发明提出了一种高频增强的骨导传声器。
6.为实现上述发明目的，本发明具体采用如下的技术方案。
7.一种高频增强的骨导传声器，包括壳体，以及设置在壳体内的asic芯片、振膜、mems传声器；其特征在于：
8.所述骨导传声器还包括穿孔板，振膜设于骨导传声器中部，穿孔板安装在振膜下方，振模和穿孔板将壳体空间分成3个区域，其中，振膜上方的空间构成骨导传声器的前腔，穿孔板下方的空间构成背腔，振膜和穿孔板之间的空间构成气隙；
9.asic芯片和mems传声器置于振膜上方，mems传声器的表面开设第一声孔；mems传声器正下方的振膜上设置有一开孔，使得mems传声器的背面与气隙相连通；穿孔板上开设有第二声孔。
10.本发明进一步包括以下优选方案。
11.所述振膜由具有弹性的聚合物制成。
12.所述振膜下方安装质量块，振膜和质量块组成弹簧振子结构。
13.所述质量块选用金属材质。
14.当质量块位于振膜的开孔下方时，需要将质量块对应位置开孔以避免质量块遮挡振膜的开孔。
15.所述第一声孔的直径小于10μm。
16.随着第一声孔孔径变大，高频增强的骨导传声器的低频衰减越充分。
17.当开设在穿孔板上的第二声孔数量为多个时，第二声孔均匀分布在穿孔板上，所述第二声孔用于衰减输出信号的机械共振峰的幅值。
18.本技术还同时公开了一种利用前述高频增强的骨导传声器的传声方法，其特征在于，包括如下步骤：
19.步骤1，骨导传声器接收振动信号，使得振膜在激励下产生振动；
20.步骤2，振膜振动后，在前腔、气隙的共同作用下形成声压变化；
21.步骤3，mems传声器获取声压变化并转化成电信号；
22.步骤4，asic芯片对电信号进行处理并输出高频增强的声音信号。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
24.(1)本发明实现了骨导传声器的高频频响增强，提高了拾取骨导语音的清晰度。
25.(2)本发明实现了骨导传声器的低频衰减和共振峰衰减，避免了骨导传声器因拾取过多低频噪声而过载。对未来的骨导传声器的结构设计以及拾音优化有指导作用。
26.(3)本发明结构独特，尺寸小、重量轻，能够适用于多种工作场景。
附图说明
27.图1为本公开的一种高频增强的骨导传声器的剖面图。
28.图2为本公开的一种高频增强的骨导传声器的力-声类比线路图。
29.图3为本公开的一种高频增强的骨导传声器的频率响应曲线示意图。
30.图4为mems传声器上第一声孔孔径r
p
对高频增强的骨导传声器的低频响应的影响的结果图。
31.图1中：11、前腔；12、气隙；13、背腔；21、asic芯片；22、振膜；23、第一声孔；24、mems传声器；25、质量块；31、穿孔板；32、第二声孔。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
33.本发明提供了一种新型的骨导传声器结构设计方法以使得骨导传声器获得高频频响增强的效果，从而提高骨导传声器的拾音质量。
34.高频增强的骨导传声器的剖面图如图1所示。所述高频增强的骨导传声器包括壳体，以及设置在壳体内的asic芯片21、振膜22、mems传声器24、穿孔板31。振膜22设于骨导传声器中部，穿孔板31安装在振膜22下方，振模22和穿孔板31将壳体空间分成3个区域，其中，振膜22上方的空间构成骨导传声器的前腔11，穿孔板31下方与骨导传声器外壳内部的空间构成背腔13，振膜22和穿孔板31之间的空间构成气隙12。
35.振膜22设于骨导传声器中部，由聚合物制成，具有一定的弹性。asic(application specific integrated circuit)芯片21和mems传声器24置于振膜22上方，mems传声器24的
表面开设有一直径小于10μm的第一声孔23，用以衰减低频频响，衰减程度与孔径有关。在mems传声器24正下方的振膜22上设置有一开孔，使得mems传声器24的背面与气隙12相连通。
36.进一步的，穿孔板31上开设有第二声孔32，开孔数量大于1，开孔位置应均匀分布在穿孔板31上。第二声孔32能够衰减输出信号的机械共振峰的幅值，衰减的程度与穿孔板的板厚、孔径、穿孔率有关。进一步的，振膜22下方安装质量块25作为附加质量，材质一般选用金属。振膜22和质量块25组成弹簧振子结构，其机械共振频率与振膜22的力顺、质量块25的质量有关。
37.当人发声时，声带产生的振动信号传递到头骨，由骨导传声器接收。骨导传声器的振膜22在激励下产生振动，使骨导传声器内部产生变化的声压信号。振膜22下方的质量块25作为振膜22的附加质量。mems传声器24探测到前腔11与气隙12内部的声压变化之差，将其转化为电信号，经由asic芯片21处理后输出，即为高频增强的骨导传声器的输出信号。第一声孔23以及第二声孔32对输出信号的频率响应起到调节的作用。
38.通过图2的高频增强的骨导传声器的力-声类比线路图分析可知，第一声孔23提供等效声阻抗r
ap
+m
ap
，造成骨导传声器的频响曲线在低频以6db/oct的速度衰减。前腔11容积一定时，低频衰减的频率范围仅与第一声孔23的孔径有关，见图4。振膜22的质量m
md
与力顺c
ms
共振时形成频响曲线机械共振峰。穿孔板31上的第二声孔32提供等效声阻抗r
as
+m
as
，其中，等效声阻r
as
能够衰减机械共振峰的幅值，且r
as
值越大衰减越明显。而前腔11的等效声容c
af
和气隙12的等效声容c
ag
串联，与振膜22等效声质量m
ad
＝m
md
/s2在频响曲线高频部分形成一个新共振峰，其幅值受气隙12等效声阻r
ag
影响，从而实现高频频响增强的效果。综合以上分析，可以得到高频增强的骨导传声器的频率响应曲线，如图3。此为类比线路图常用分析方法，不做过多说明。
39.图4所示为第一声孔23孔径r
p
对高频增强的骨导传声器的低频响应的影响。可见，随着第一声孔23孔径变大，高频增强的骨导传声器的低频衰减越充分。
40.综上，本发明提出了高频增强的骨导传声器的结构设计，通过前腔、气隙等腔体结构，构成共振频率在高频的共振峰，实现高频频响的增强效果。
41.本技术还公开了一种高频增强的骨导传声方法，包括如下步骤：
42.步骤1，人体发声时，骨导传声器与人体头部骨骼接触并接收振动信号，使得振膜(22)在激励下产生振动；
43.步骤2，振膜(22)振动后，在前腔(11)、气隙(12)的共同作用下形成声压变化；
44.步骤3，mems传声器(24)获取声压变化并将其转化成电信号；
45.步骤4，asic芯片(21)对电信号进行处理，输出高频增强的声音信号。
46.本发明公开的一种高频增强的骨导传声器，既可以应用于具有高频频响增强效果的骨导传声器的结构设计，也适用于具有高频频响增强效果的骨导传声器的相关器件结构设计。
47.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。