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Title:
MICROPHONE CAPSULE, MICROPHONE ASSEMBLY COMPRISING MULTIPLE MICROPHONE CAPSULES, AND METHOD FOR CALIBRATING A MICROPHONE ARRAY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/126843
Kind Code:
A1
Abstract:
Microphone capsules for capacitive or electret microphones often have individual deviations from a desired ideal electro-acoustic response, e.g. the frequency response and the phase response. In particular when multiple microphone capsules are connected together to form a microphone array, suitable microphone capsules have to be found in a selection process. Some of these deviations can be corrected electronically, e.g. by filtering with an appropriately individually adjusted filter. The invention relates to an improved microphone capsule (200), by means of which automatic selection and automatic population of circuit boards with microphone capsules is made easier, and which contains an electrostatic acoustic converter (CT), an amplifier element (Q1) that outputs an amplified output signal (AS, DS) from the electrostatic acoustic converter (CT), and at least one electronic storage element (U1). In the latter, data obtained by a measurement, which relates to the individual frequency response or the phase response of the respective microphone capsule, can be stored. The data can be read during manufacture and during operation, which means that both automatic sorting of the capsules during production and automatic calibration of the target circuit during operation are possible.

Inventors:
NOWAK ALEXANDER (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/084943
Publication Date:
June 25, 2020
Filing Date:
December 12, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SENNHEISER ELECTRONIC GMBH & CO KG (DE)
International Classes:
H04R1/04; H04R3/06; H04R29/00; H04R1/40; H04R3/00; H04R19/04
Domestic Patent References:
WO2017143177A12017-08-24
WO2017105548A12017-06-22
Foreign References:
KR20080045037A2008-05-22
US20140266260A12014-09-18
US20080219483A12008-09-11
DE102012203741A12012-09-13
US20080219483A12008-09-11
Other References:
ANONYMOUS: "MODEL: CMC-4013-SMT-TR - DESCRIPTION: ELECTRET CONDENSER MICROPHONE Additional Resources: Product Page | 3D Model | PCB Footprint", 28 November 2016 (2016-11-28), XP055674518, Retrieved from the Internet [retrieved on 20200306]
ANONYMOUS: "DS28E05 1-Wire EEPROM General Description", 28 February 2017 (2017-02-28), XP055673080, Retrieved from the Internet [retrieved on 20200303]
Attorney, Agent or Firm:
EISENFÜHR SPEISER PATENTANWÄLTE RECHTSANWÄLTE PARTGMBB et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Mikrofonkapsel (200) mit einem Gehäuse (G) und darin

einem elektrostatischen Schallwandler (CT);

- einer ersten elektronischen Schaltung mit einem Verstärkerelement (Q1), das ein Signal von dem elektrostatischen Schallwandler (CT) erhält und ein verstärktes Ausgangssignal (AS, DS) ausgibt; und

elektrischen Anschlüssen (TP1 , TP3) mindestens für das verstärkte Ausgangssignal und ein Referenzpotential (GND);

- dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (G) der Mikrofonkapsel

mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (TP2) und

eine zweite elektronische Schaltung mit mindestens einem elektronischen Speicherelement (U1) enthält, in dem Daten speicherbar sind, die sich auf den individuellen Frequenzgang oder Phasengang der Mikrofonkapsel beziehen, wobei das Speicherelement (U1) über den mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (TP2) auslesbar ist.

2. Mikrofonkapsel nach Anspruch 1 , wobei über den mindestens einen weiteren elektrischen Anschluss (TP2) das Speicherelement (U1) unabhängig von dem verstärkten Ausgangssignal (AS, DS) der Mikrofonkapsel beschrieben und ausgelesen werden kann.

3. Mikrofonkapsel nach Anspruch 2, wobei die elektrischen Anschlüsse (TP1 , TP2, TP3) als konzentrische Kreise auf der Unterseite der Mikrofonkapsel angebracht sind.

4. Mikrofonkapsel nach einem der Ansprüche 1 -3, wobei die gespeicherten Daten (PS) Werte einer individuellen Übertragungsfunktion der Mikrofonkapsel bei definierten

Frequenzen (fi , ... ,fe) darstellen.

5. Mikrofonkapsel nach Anspruch 4, wobei die Übertragungsfunktion ein Frequenzgang oder Phasengang ist.

6. Mikrofonkapsel nach Anspruch 4 oder 5, wobei die gespeicherten Daten Abweichun- gen des individuellen Frequenzgangs oder Phasengangs der Mikrofonkapsel von definierten Sollwerten darstellen. 7. Mikrofonkapsel nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der elektrostatische Schallwandler (CT) ein Elektretwandler ist.

8. Mikrofonkapsel nach einem der Ansprüche 1 -7, wobei das Speicherelement (U1) ein digitales, elektronisch löschbares Eindraht-Speicherelement ist. 9. Mikrofonkapsel nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die erste elektronische Schaltung zusätzlich ein oder mehr Bauteile (L1 , L2, C1-C3) zur elektronischen Anpassung, für Störschutz oder Filterung enthält.

10. Mikrofonanordnung (600) mit mindestens zwei Mikrofonkapseln nach einem der Ansprüche 1-9, wobei die mindestens zwei Mikrofonkapseln (610i , ... ,610n) als Mikro- fonarray zusammengeschaltet sind.

11. Mikrofonanordnung (600) nach Anspruch 10, zusätzlich mit einer Konfigurationseinheit (620) mit mindestens einem Prozessor, wobei die Konfigurationseinheit dazu ausgestaltet ist, Daten (Mi,... ,Mn) aus dem Speicherelement (U1) mindestens einer der Mikrofonkapseln (610i , ... ,610n) auszulesen, daraus ein Konfigurationssignal (CSi ,... ,CSn) gemäß der ausgelesenen Daten zu erzeugen und mit dem Konfigurationssignal mindestens ein Kompensationsfilter (630i,... ,630n) für die betreffende Mikrofonkapsel elektronisch zu konfigurieren.

12. Verfahren (700) zum Kalibrieren eines Mikrofonarrays, das mehrere Mikrofonkapseln (200) enthält, mit den Schritten

- für mindestens eine der Mikrofonkapseln, Auslesen (710) individueller Werte aus einem in der jeweiligen Mikrofonkapsel enthaltenen Speicherelement (U1) durch eine außerhalb der Mikrofonkapsel befindliche Schaltung, wobei die Werte eine Übertragungsfunktion der jeweiligen Mikrofonkapsel beschreiben; Berechnen (720) einer Kompensationsfunktion aus den ausgelesenen Werten; und

Konfigurieren (730) mindestens eines außerhalb der Mikrofonkapsel befindlichen elektronischen Filters für die mindestens eine Mikrofonkapsel gemäß der berechneten Kompensationsfunktion, wobei das Mikrofonarray kalibriert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die ausgelesenen Werte die Werte einer individuellen Übertragungsfunktion der Mikrofonkapsel bei definierten Frequenzen darstellen. 14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die ausgelesenen Werte Abweichungen des individuellen Frequenzgangs oder Phasengangs der Mikrofonkapsel von definierten Sollwerten darstellen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, wobei die Schritte Auslesen (710) indi- vidueller Werte, Berechnen (720) der Kompensationsfunktion und Konfigurieren

(730) der außerhalb der Mikrofonkapseln befindlichen Filter für alle Mikrofon kapseln des Mikrofonarrays durchgeführt werden.

Description:
Mikrofonkapsel, Mikrofonanordnung mit mehreren Mikrofonkapseln und Verfahren zum Kalibrieren eines Mikrofonarrays

Die Erfindung betrifft eine Mikrofonkapsel, eine Mikrofonanordnung mit mehreren Mikrofonkapseln sowie ein Verfahren zum Kalibrieren einer Mikrofonanordnung.

Hintergrund

Mikrofonkapseln sind Bauelemente, die in Mikrofonen eingesetzt und dabei normalerweise auf Platinen aufgelötet werden. Mikrofonkapseln für Kondensator- oder Elektretmikrofone werden oft in der sogenannten Stapeltechnik hergestellt, wobei mehrere Teile nacheinander in ein Gehäuse gestapelt werden. Dabei gibt es jedoch Bauteiltoleranzen, die dazu führen, dass jede Mikrofonkapsel individuelle Abweichungen von einem gewünschten idealen elektro-akustischen Verhalten aufweist, wie z. B. dem Frequenzgang und/oder dem Phasengang. Bei hohen Qualitätsanforderungen, und insbesondere wenn mehrere Mikrofonkapseln in einem Mikrofonarray zusammengeschaltet werden, müssen diese Abweichungen elektronisch korrigiert werden, z. B. durch Filterung mit einem entsprechend individuell eingestellten Filter. Dazu müssen die charakteristischen Werte wie der Frequenzgang und/oder Phasengang zuerst gemessen werden. Wenn diese Messung nach dem Auflöten der Mikrofonkapsel auf eine Platine erfolgt, kann die umgebende Schaltung das Ergebnis verfälschen. Wenn die Messung vor dem Auflöten erfolgt, entsteht das Problem, dass die Kapseln je nach Messergebnis sortiert werden müssen. Durch diese Selektion, die fehleranfällig und aufwändig ist und häufig manuell ausgeführt wird, wird insbesondere eine maschinelle Bestückung von Platinen mit Mikrofonkapseln erschwert und verteuert. Daher kann oft nur ein kleiner Teil der Kapseln eingesetzt werden, nämlich solche mit sehr geringen Abweichungen, um den Aufwand gering zu halten.

In der prioritätsbegründenden deutschen Patentanmeldung hat das Deutsche Patent- und Markenamt die folgenden Dokumente recherchiert: DE 10 2012 203 741 A1 , US 2008/0 219 483 A1 und Maxim Integrated Products, Inc.: Datenblatt zum DS28E05 1-Wire EEPROM., San Jose CA, USA, 19-6568; Rev 2; 1/17, 2017, https://datasheets. maximin- tegrated.com/en/d sZDS28E05.pdf [abgerufen am 23.09.2019]

US2008/0219483 A1 beschreibt ein Akustikmodul, das als Mikrofonarray verwendet wer- den kann und das zwei oder mehr Mikrofonkapseln sowie eine elektronische Schaltung zur Signalverarbeitung und einen Speicher enthält. Nach dem Einbau der Mikrofonkapseln in das Modul können diese getestet werden. Die dabei erhaltenen Kalibrierinformationen für die Kapseln sowie Positionsabweichungen der Kapseln innerhalb des Akustikmoduls werden im Speicher gespeichert und der internen Signalverarbeitung zugeführt, um Filter zu konfigurieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Mikrofonkapsel, mit der eine automatische Bestückung von Platinen mit Mikrofon kapseln erleichtert wird. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines vereinfachten Her- Stellungsverfahrens für Mikrofonarrays sowie der entsprechenden Mikrofonarrays.

Eine erfindungsgemäße Mikrofonkapsel ist in Anspruch 1 angegeben. Sie enthält einen elektrostatischen Schallwandler, ein Verstärkerelement oder Impedanzwandler, das ein verstärktes bzw. impedanzgewandeltes Ausgangssignal des elektrostatischen Schallwandlers ausgibt, sowie mindestens ein elektronisches Speicherelement. In dem Spei- cherelement sind durch eine Messung gewonnene Daten speicherbar, die sich auf den individuellen Frequenzgang oder Phasengang der jeweiligen Mikrofonkapsel beziehen. Die Daten sind bei der Fertigung und im Betrieb auslesbar, wodurch sowohl eine automatische Sortierung der Kapseln während der Produktion als auch eine automatische Kalibrierung der Zielschaltung im Betrieb möglich ist. Anspruch 10 betrifft eine Mikrofonanordnung, wie z. B. ein Array, mit mindestens zwei Mikrofonkapseln. Anspruch 12 betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Mikrofonarrays.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 einen Schaltplan einer Mikrofonkapsel in einem Ausführungsbeispiel; Fig. 2 exemplarische Ansichten einer Mikrofonkapsel von unten und oben;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine exemplarische Mikrofonkapsel;

Fig. 4 frequenzabhängige Messwerte einer Mikrofonkapsel;

Fig. 5 einen Messaufbau;

Fig. 6 ein prinzipielles Blockschaltbild eines Mikrofonarrays; und Fig. 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Mikrofonarrays.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt in einem Ausführungsbeispiel einen Schaltplan 100 einer erfindungsgemäßen Mikrofonkapsel. Im Gehäuse der Mikrofonkapsel befinden sich ein elektrostatischer Schallwandler CT, der hier mit seinem Ersatzschaltzeichen als Kondensator dargestellt ist, ein Verstärkerelement Q1 , wie z. B. ein FET, sowie ein Speicherelement U1. Der elektrostatische Schallwandler CT kann z. B. ein Elektret- oder Kondensatormikrofon sein. Das Verstärkerelement Q1 dient bei Elektretmikrofonen auch als Impedanzwandler und kann dann eine sehr geringe Verstärkung von z. B. 1 aufweisen. Außerdem sind verschiedene analoge Bauteile C1-C3, L1 , L2 zur Frequenzgangkorrektur, für Störschutz, Anpassung oder Vorfilterung enthalten. Diese sind optional, aber bei elektrostatischen Mikrofonkapseln üblich. Z. B. dienen C2, C3 , L1 , L2 dem Ausfiltern hochfrequenter Störsignale. Die Mikrofonkapsel wird über elektrische Kontakte 110 angeschlossen, die sich in diesem Beispiel an der Unterseite des Gehäuses befinden. Dazu gehören ein Anschluss TP1 für das Ausgangssignal bzw. die Spannungsversorgung, ein Anschluss TP2 für das Speicherelement U1 und ein Anschluss TP3 für ein Referenzpotential, üblicherweise Masse GND. In diesem Beispiel hat das Speicherelement U1 vier Anschlüsse, wobei zwei der Anschlüsse A2, B2 mit dem Anschluss TP2 und die anderen Anschlüsse A1 ,B1 mit der Masse GND verbunden sind. Das Speicherelement U1 kann ein digitales, elektronisch löschbares Eindraht-Spei- cherelement (1 -wire-EEPROM) sein, das überden Anschluss TP2 seriell beschreibbar und auslesbar ist. Der Anschluss TP2 dient damit als Versorgungsspannung, Takt- und Datenleitung für das Speicherelement. Ein Vorteil dieses separaten Anschlusses TP2 ist, dass das Beschreiben und Auslesen unabhängig von der restlichen Schaltung erfolgen kann, die sich innerhalb der Mikrofonkapsel befindet. Die oben beschriebene Schaltung kann, bis auf das Speicherelement U1 und dessen Anschluss TP2, eine konventionelle Schaltung einer Mikrofonkapsel sein und in anderen Ausführungsformen durch eine andere konventionelle Schaltung ersetzt werden. Fig. 2 zeigt exemplarische Ansichten von unten und oben einer Ausführungsform einer Mikrofonkapsel 200. Ein metallisches Gehäuse G hat an der Oberseite Öffnungen 220, durch die der Schall die darunter liegende Membran erreichen kann. An der Unterseite befinden sich die Anschlüsse TP1 -TP3, die in diesem Beispiel im Wesentlichen kreisförmig und konzentrisch sind. Dadurch ist die Mikrofonkapsel äußerlich rotationssymmetrisch, was eine automatische Bestückung erleichtert. Die Anschlüsse sind metallisch und mindestens zwei der Anschlüsse sind gegenüber dem Gehäuse G isoliert. Außerdem sind in diesem Beispiel die Anschlüsse TP1 -TP3 gegenüber dem Gehäuse etwas erhöht, z. B. um ca. 0,5 mm, um die Mikrofonkapsel besser automatisch auf eine Platine löten zu können.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine vereinfacht dargestellte Mikrofonkapsel 300 ge- mäß einer Ausführungsform der Erfindung. An der Oberseite des Gehäuses 310 befinden sich die Öffnungen 220, um den Schall zur darunter liegenden Membran 325 durchzulassen. Die Membran 325 ist metallisch beschichtet und auf einem Membran ring 320 befestigt. Beide zusammen bilden eine Membranbaugruppe. Der Membranring 320 sorgt auch dafür, dass ein Abstand zwischen Membran und Gehäuseoberseite 310 eingehalten wird. Ein schmaler Luftspalt (nicht dargestellt) zwischen der Membran 325 und der darunter liegenden Gegenelektrode 340 isoliert die beiden Teile elektrisch gegeneinander und ermöglicht, dass die Membran schwingen kann. Die Gegenelektrode 340 ist elektrisch leitend mit der unten liegenden Platine 350 verbunden, z. B. über eine Kontaktfeder 345. Die metallische Beschichtung der Membran und die Gegenelektrode 340 bilden einen Kondensator CT mit variabler Kapazität, der als Schallwandler dient. Weitere elektronische Bauelemente, z. B. wie in Fig. 1 dargestellt, befinden sich auf der Platine, darunter das Verstärkerelement Q1 und das Speicherelement U1. Die Kapsel kann z. B. in der sogenannten Stapeltechnik hergestellt werden, wobei die einzelnen Teile beginnend mit der Membranbaugruppe nacheinander in das Gehäuse gestapelt werden. Dabei wird ein Abstand zwischen der Gegen- elektrode 340 und der Platine 350 durch einen Isolierring 330 eingehalten. Auf Grund von elektrischen bzw. mechanischen Bauteiltoleranzen hat jedoch jede Mikrofonkapsel individuelle Abweichungen von einem gewünschten idealen Frequenz- und/oder Phasengang. Bei hohen Qualitätsanforderungen, insbesondere wenn mehrere Mikrofonkapseln in einem Mikrofonarray zusammengeschaltet werden, können diese Abweichungen zumindest teil- weise elektronisch korrigiert werden.

Dazu werden die charakteristischen Werte wie z. B. der Frequenzgang der Kapsel gemessen. In einer Variante können auch Abweichungen gegen eine Idealkurve festgestellt werden. Fig. 4 zeigt exemplarisch frequenzabhängige Messwerte einer Mikrofonkapsel, wobei die Kurve Kr der tatsächlichen Messwerte bei einer Frequenz f2 von der Idealkurve Ki um den Wert dx abweicht. Bei den anderen gemessenen Frequenzen f1 , f3-f6 sind die Abweichungen sehr klein, d. h. unterhalb eines Schwellenwertes bzw. einer Messtoleranz, und können ignoriert werden. In einer Ausführungsform werden die ermittelten Messwerte, z. B. Betrag und/oder Phase bei verschiedenen Frequenzen, in dem Speicherelement U1 gespeichert. In einer anderen Ausführungsform werden die Abweichungen dx der Mess- werte gegen die Idealkurve Ki in dem Speicherelement U1 gespeichert. Diese Variante hat den Vorteil, dass die Abweichungen und damit die zu speichernden Zahlenwerte kleiner sind und weniger Speicherplatz benötigen. Das Messen und Speichern erfolgt bevorzugt vordem Auflöten der Kapsel, kann aber im Prinzip auch danach erfolgen. Das Speicherelement U1 kann ein elektronisch löschbares Eindraht-Speicherelement wie z. B. ein 1-wire- EEPROM vom Typ DS28E05 mit einem Speichervolumen von 112 Byte bzw. 1 kBit sein, das nur 1-3 mm2 Platz auf der Platine benötigt. Es können auch mehrere dieser Speicherelemente oder andere Speicherelemente mit mehr Speichervolumen benutzt werden, so dass sich mehr Daten speichern lassen und eine genauere Korrektur möglich ist. In einer Ausführungsform können in dem Speicherelement zusätzlich weitere, nicht individu- eile Werte wie Modellcode, Datum der Herstellung, Chargennummer etc. gespeichert werden.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Mikrofonkapsel ist, dass jedes Exemplar seine individuellen charakteristischen Werte dauerhaft mit sich führt, so dass auf einfache Weise sowohl eine Sortierung der Kapseln während der Produktion als auch eine Kalibrierung der Zielschaltung im Betrieb viel einfacher möglich ist. Insbesondere ist für die Kalibrierung der Zielschaltung keine Messung mehr nötig. Da manueller Abgleich und manuelle Selektion immer einen erhöhten Produktionsaufwand bedeuten, vereinfacht die Erfindung die Produktion und/oder die Kalibrierung von Geräten oder Baugruppen, die Mikrofonkapseln enthalten. Die Messung der einzelnen Mikrofon kapseln erfolgt sowieso und stellt daher keinen zusätzlichen Aufwand dar. Nach dem Auflöten der Kapsel und der Inbetriebnahme der Schaltung kann ein Prozessor während einer Initialisierungsphase die im Speicherelement U1 gespeicherten Werte abfragen und daraus für jede Mikrofonkapsel individuell eine entsprechende Korrekturschaltung konfigurieren. Z. B. kann für eine Mikrofonkapsel mit der in Fig. 4 dargestellten Messwertkurve Kr ein Korrekturfilter konfiguriert werden, das den Fre- quenzgang bei der Frequenz f2 um den Wert dx anhebt, so dass die Idealkurve Ki im Wesentlichen erreicht wird. Gegenüber bekannten Lösungen kann die Kalibrierung daher vollautomatisch und damit deutlich einfacher und schneller durchgeführt werden.

In Fig. 5 sind schematisch Messaufbauten dargestellt, mit denen die charakteristischen Werte erhalten und in der Mikrofonkapsel gespeichert werden können. Fig. 5 a) zeigt exemplarisch einen Messaufbau einer sogenannten Kopplermessung für eine analoge Mikrofonkapsel 200. In einem geschlossenen Volumen 500 befinden sich ein Lautsprecher LS und die zu messende Mikrofonkapsel 200 mit dem Schallwandler CT, dem Verstärkungselement Q1 und dem Speicherelement U1. Weitere elektronische Bauelemente wie z. B. in Fig. 1 können ebenfalls vorhanden sein, sind aber in Fig. 5 nicht dargestellt. Der Laut- Sprecher LS gibt eine Schallsequenz mit verschiedenen Frequenzen ab, die an der Mikrofonkapsel 200 jeweils einen genau definierten Schalldruckpegel erzeugt. Dieser wird in der Mikrofonkapsel 200 in ein elektrisches Signal umgewandelt und ausgegeben. Eine Programmiervorrichtung 510 wie z. B. ein entsprechend programmierter Computer erhält das analoge Ausgangssignal AS der Mikrofonkapsel und wandelt es in einem Analog-Digital- wandler ADC in digitale Signale um. Ein Prozessor DSP vergleicht die digitalen Signale mit einer gespeicherten Idealkurve und ermittelt Differenzwerte. Alternativ können die Differenzwerte im Prinzip auch aus den Analogsignalen erzeugt und dann digitalisiert werden. In einer Ausführungsform werden diese Differenzwerte als ein Programmiersignal PS in das Speicherelement U1 geschrieben, in anderen Ausführungsformen sind es die Mess- werte selbst oder daraus erzeugte andere Werte, die die individuellen Charakteristika der Kapsel repräsentieren. Die geschriebenen Werte können auch wieder ausgelesen werden, z. B. um sicherzustellen, dass der Schreibvorgang erfolgreich war und das Speicherelement funktioniert. Die Formatierung der Werte und der Schreibvorgang, sowie ggf. das Auslesen der geschriebenen Werte zur Verifikation, können direkt durch den Prozessor DSP oder durch einen mit diesem Prozessor verbundenen separaten Mikrocontroller DC erfolgen. Wenn das Speicherelement U1 ein Eindraht-Speicherelement ist, kann für das Beschreiben bzw. Auslesen ein dafür vorgesehenes serielles Protokoll benutzt werden.

Fig. 5 b) zeigt exemplarisch einen ähnlichen Messaufbau für eine digitale Mikrofonkapsel 200‘. Dabei befindet sich ein Analog-Digitalwandler ADC‘ in der Mikrofonkapsel 200‘, und dessen Ausgangssignal DS ist ein Digitalsignal. In diesem Fall kann statt eines Analogeingangs, wie in Fig. 5 a), ein Digitaleingang der Programmiervorrichtung 510‘ genutzt werden.

Die erfindungsgemäßen Mikrofonkapseln können insbesondere für Mikrofonarrays vorteil- haft eingesetzt werden, denn dafür ist es nötig, dass jede Mikrofonkapsel innerhalb sehr geringer Toleranzen die Idealwerte in Betrag und Phase erreicht. Z. B. kann eine Toleranz der Empfindlichkeit von +/- 1 dB über einen größeren Frequenzbereich, z. B. von 400 Hz bis 8 kHz, erforderlich sein. Statt die Mikrofonkapseln im Fertigungsprozess manuell zu selektieren, können die Kapseln nun automatisch sortiert werden, indem vor dem Auflöten der Mikrofonkapseln die Messwerte jeder Kapsel von einem Prozessor ausgelesen werden und z. B. nur diejenigen Kapseln verwendet werden, deren Messwerte innerhalb bestimmter vorgegebener Grenzen liegen. Alternativ oder zusätzlich dazu können die Werte jeder einzelnen Kapsel nach dem Löten und der Inbetriebnahme von einem im Gerät enthaltenen Prozessor ausgelesen und dazu benutzt werden, ein adaptives Korrekturfilter individuell für die jeweilige Kapsel zu konfigurieren. Die erfindungsgemäße Kalibrierung kann also die sehr aufwändige Selektion von Bauteilen, insbesondere Mikrofonkapseln, ersetzen und damit den Produktionsvorgang erleichtern. Außerdem wird der nachträgliche Austausch einzelner Mikrofon kapseln z.B. in einem Array ermöglicht, da sich die damit verbundene Schaltung automatisch auf die neue Mikrofonkapsel einstellen kann. In Fig. 6 ist ein prinzipielles Blockschaltbild 600 eines Mikrofonarrays in einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Mikrofonarray enthält mehrere erfindungsgemäße Mikrofonkapseln 6101 , ... , 61 On, deren Ausgangssignale DS1 ,... ,DSn zu einem gemeinsamen Ausgangssignal MAS kombiniert werden. Dazu werden sie gemeinsam in bekannterWeise in einem Kombinationsblock 640 verarbeitet, indem sie z. B. verzögert und überlagert wer- den, um eine Richtwirkung zu erzielen. Vorher werden die Ausgangssignale DS1 , ... , DSn der einzelnen Mikrofonkapseln jedoch mit Korrekturfiltern 6301 ,... , 630n individuell korrigiert. Die Korrekturfilter werden passend zu ihrer jeweiligen Mikrofonkapsel konfiguriert. Dazu liest eine Konfigurationseinheit 620 aus jeder Mikrofonkapsel die gespeicherten Werte M1 , ... , Mn aus und errechnet daraus Konfigurationsdaten CS1 , ... , CSn, mit denen sie dann die Korrekturfilter 6301 , ... ,630n konfiguriert. Die Ausgangssignale FS1 , ... , FSn der Korrekturfilter entsprechen im Wesentlichen den Ausgangssignalen idealer Mikrofonkapseln und können daher in dem konventionellen Kombinationsblock 640 zu einem Ausgangssignal MAS von hoher Qualität verarbeitet werden. Zwischen den Mikrofon kapseln und den Korrekturfiltern, und/oder zwischen den Korrekturfiltern und der Kombinationseinheit, können sich weitere elektronische Bauteile befinden, die aber hier nicht dargestellt sind.

Die Konfigurationseinheit 620, die Korrekturfilter 630 und die Kombinationseinheit 640 kön- nen durch einen oder mehr entsprechend konfigurierte Prozessoren realisiert werden. Normalerweise werden bei der Fertigung des Mikrofonarrays zwei oder mehr Mikrofonkapseln 6101 , ... , 61 On auf eine gemeinsame Platine gelötet, auf der sich auch die Prozessoren und ggf. weitere elektronische Bauteile befinden können. In einer Ausführungsform können auch zwei oder mehr der Mikrofonkapseln 6101 , ... , 61 On über einen gemeinsamen seriel- len Bus mit der Konfigurationseinheit verbunden sein, um deren Messwerte M1 ,... , Mn nacheinander auszulesen. Die erfindungsgemäßen Mikrofonkapseln 6101 , ... , 610n ermöglichen eine automatische Fertigung der Platine sowie eine automatische Kalibrierung der Mikrofonkapseln, wie oben beschrieben.

In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren eines Mikro- fonarrays, das mehrere Mikrofonkapseln 200 enthält. Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm eines solchen Verfahrens 700. In einem ersten Schritt 710 werden für mindestens eine der Mikrofonkapseln individuelle Werte aus einem in der jeweiligen Mikrofonkapsel enthaltenen Speicherelement U1 ausgelesen. Wie oben beschrieben, können die Werte eine individuelle Übertragungsfunktion der jeweiligen Mikrofonkapsel beschreiben. Außerdem können in diesem Schritt auch die Werte mehrerer Mikrofonkapseln sequentiell ausgelesen werden. In folgenden Schritten wird je Mikrofonkapsel eine Kompensationsfunktion aus den ausgelesenen Werten berechnet 720, und mindestens eine elektronische Korrekturschaltung, wie z. B. ein elektronisches Filter, für die jeweilige Mikrofonkapsel gemäß der berechneten Kompensationsfunktion konfiguriert 730. Dabei können z. B. Parameter eines Filters gesetzt oder verändert werden, ein bestimmtes Filter kann selektiert werden etc. Dadurch wird das Mikrofonarray automatisch kalibriert. Das Verfahren kann auch zur Kalibrierung einzelner Mikrofonkapseln verwendet werden, die nicht in ein Array eingebaut sind, z. B. um einen Phasenabgleich für eine Mikrofonkapsel durchzuführen, die zur Geräuschkompensation (ANC, Active Noise Cancellation) benutzt wird. In einer Ausführungsform wird für jede der mindestens zwei Mikrofonkapseln in dem Array ein separates elektronisches Filter berechnet und konfiguriert. In einer Ausführungsform wird ein elektronisches Filter für zwei oder mehr der Mikrofonkapseln gemeinsam berechnet und konfiguriert. Bei der erfindungsgemäßen Mikrofonkapsel wird die darin enthaltene Leiterplatte zum Träger ihrer eigenen Kalibrierdaten. Sie kann daher als„selbstkalibrierende“ Kapsel angesehen werden. Ein Vorteil ist, dass schon mit wenigen gespeicherten Daten (z. B. 1 kBit) eine sinnvolle Korrektur erfolgen kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Zielgerät (d. h. das Gerät, in das die Mikrofonkapsel eingebaut wird) über eine ihm bekannte Sollkurve flexibel den eigentlichen Frequenzgang und die Empfindlichkeit der Kapsel bestimmen kann. Auf diese Weise kann die Charakteristik des Zielgeräts in einem weiten Bereich automatisch justiert werden.

Im Prinzip kann die Erfindung auch für andere Bauteile oder Baugruppen genutzt werden, die auf Grund von Toleranzen Abweichungen von einer Soll-Charakteristik aufweisen, die sich elektronisch korrigieren lassen, und die Platz für ein zusätzliches Speicherelement bieten. Dabei kann das Speicherelement ggf. auch komplexer als das oben beschriebene Eindraht-Speicherelement sein, um mehr Daten zu speichern. Das Speicherelement kann auch mehr Anschlüsse benutzen, die jedoch vom Rest der Schaltung elektrisch getrennt sein können, wie in den Beispielen oben. Die gespeicherten Daten sind individuelle Werte des jeweiligen Bauteils oder der jeweiligen Baugruppe. Sie können Messwerte oder Abweichungen gemessener Werte von Sollwerten, wie oben beschrieben, oder eine Klassifizierung darstellen (z. B. für Abweichungen von 0-1 %, 1-2%, 2-3% etc.) und sowohl Selektionsprozesse in der Fertigung erleichtern als auch eine automatische Kalibrierung des fer- tigen Produkts ermöglichen.