專利名稱：具有寬動態(tài)范圍的靈敏硅麥克風(fēng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及麥克風(fēng)，并且更具體地涉及在半導(dǎo)體襯底上制造的靜電麥克風(fēng)。
背景技術(shù)：
正對微型麥克風(fēng)進(jìn)行越來越多的研究和開發(fā)工作。已提出了各種方法。在曰本專利申請?zhí)亻_No.2001-169395中公開了一種方法。該日本專利申請?zhí)?開中公開的現(xiàn)有技術(shù)微型麥克風(fēng)屬于將極薄的振動片的振動光學(xué)轉(zhuǎn)換為電信 號的類型，并因此被稱為"光學(xué)麥克風(fēng)"。下文中描述現(xiàn)有技術(shù)的光學(xué)麥克風(fēng)。在包裝(package)內(nèi)限定內(nèi)部空間， 并通過遮光壁將該內(nèi)部空間劃分為多個腔室。分別將腔室分配給原聲換能器， 即，原聲波-電信號轉(zhuǎn)換器，并且每個原聲換能器由砷化鎵的襯底和極薄振動 片構(gòu)成。在砷化鎵村底上集成激光二極管和光電二極管，并且它們對著極薄 振動片。激光二極管向極薄振動片發(fā)出光，并且從其反射光。反射光入射到 光電二極管上，并被轉(zhuǎn)換為光電流。原聲波引起極薄振動片的振動，并使得 入射光的量在腔室中發(fā)生變化。因此，光電流的量隨著振動片的振動一起變 化。現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)麥克風(fēng)旨在對寬頻率范圍中的聲波進(jìn)行響應(yīng)。原聲換能器 具有與相鄰頻率范圍部分重疊的不同頻率范圍，以便使得現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)麥克 風(fēng)響應(yīng)于寬頻率范圍。MEMS(微電機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)的近來的發(fā)展使得可以在硅芯片上制造靜電 麥克風(fēng)。微型靜電麥克風(fēng)被稱為"硅麥克風(fēng)"。硅麥克風(fēng)的典型例子具有均通 過微制造技術(shù)而在硅芯片上形成的膜片(diaphragm)和背板。膜片通過空氣間 隙而與背板分開，以便與背板一起形成電容器。當(dāng)聲波正對膜片施加力時， 膜片變形，因此，電容器隨著聲壓改變電容。從電容器取出表示電容的電信 號。由此，硅麥克風(fēng)將聲波轉(zhuǎn)換為電信號。只要聲壓不超過臨界值，硅麥克風(fēng)就使得電信號的幅度很好地與聲壓成 比例。然而，硅麥克風(fēng)在聲壓超出臨界值之后不增大電信號的幅度。換言之，電信號飽和了。臨界值上的聲壓稱為"飽和聲壓"。術(shù)語"不飽和聲壓范圍，，表示小于飽 和聲壓的聲壓的范圍，并且是"動態(tài)范圍，，的同義詞。當(dāng)聲壓正施加等于或大于飽和聲壓的聲壓時，硅麥克風(fēng)進(jìn)入"飽和狀態(tài)"。在以下描述中，術(shù)語"聲壓"表示壓強(qiáng)的幅度或者壓強(qiáng)的最高值和壓強(qiáng) 的下一最低值之間的差，并且對應(yīng)于從理想麥克風(fēng)取出的電信號的幅度，這 使得電信號的幅度與聲壓成比例而不具有飽和狀態(tài)。另一方面，術(shù)語"幅度" 是從實際硅麥克風(fēng)輸出的電信號的最低峰值和最高峰值之間的差。術(shù)語"靈敏度"是表示硅麥克風(fēng)的能力的另一數(shù)值，并且被定義為"電信號的幅度對于(in terms of)聲音傳播介質(zhì)的單位壓強(qiáng)的變化率"。具有高靈敏 度的硅麥克風(fēng)能夠?qū)⑽⑷醯穆曇艮D(zhuǎn)換為電信號。然而，硅麥克風(fēng)在相對小的 飽和聲壓值上進(jìn)入飽和狀態(tài)。另一方面，具有低靈敏度的硅麥克風(fēng)具有寬動 態(tài)范圍。然而，其難以將微弱的聲音轉(zhuǎn)換為電信號。由此，在動態(tài)范圍和靈 敏度之間存在折衷。對于應(yīng)用設(shè)計者而言，重要的是在被置于硅麥克風(fēng)的操作環(huán)境中的應(yīng)用 中將硅麥克風(fēng)保持為不飽和狀態(tài)。然而，通用硅麥克風(fēng)的設(shè)計者難以準(zhǔn)確預(yù) 料所有的操作環(huán)境。盡管發(fā)現(xiàn)多個原聲換能器形成現(xiàn)有技術(shù)的麥克風(fēng)裝置以便向現(xiàn)有技術(shù)麥 克風(fēng)裝置給出方向性(directionality),但是多個原聲換能器使得現(xiàn)有技術(shù)定向 麥克風(fēng)裝置體積太大。換言之，難以從多個原聲換能器制造緊湊的定向麥克 風(fēng)裝置。發(fā)明內(nèi)容因而，本發(fā)明的一個重要目的是提供具有寬動態(tài)范圍以及相對低的聲壓 范圍內(nèi)的高靈敏度的半導(dǎo)體麥克風(fēng)。本發(fā)明的另一重要目的是提供形成該半導(dǎo)體麥克風(fēng)的一部分的信號處理 系統(tǒng)。本發(fā)明的再一重要目的是提供緊湊的定向半導(dǎo)體麥克風(fēng)。 為達(dá)到該目的，本發(fā)明提出根據(jù)從靈敏度和飽和聲壓不同的多個原聲換 能器輸出的中間原聲信號產(chǎn)生表示聲波的復(fù)合原聲信號。器，用于將聲波轉(zhuǎn)換為多個中間原聲信號，該信號處理器對所迷中間原聲信號執(zhí)行信號處理以便產(chǎn)生復(fù)合原聲信號，所述半導(dǎo)體麥克風(fēng)包括外殼，具 有內(nèi)部空間，并且被形成有允許聲波進(jìn)入所述內(nèi)部空間的音孔；以及多個原 聲換能器，被容納在所述內(nèi)部空間中，具有彼此不同的靈敏度的各個值和彼 此不同的所述聲波的飽和聲壓的各個值，分別將所述聲波轉(zhuǎn)換為所述多個中 間原聲信號，并且向信號處理器提供所述多個中間原聲信號。根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種用于將聲波轉(zhuǎn)換為復(fù)合原聲信號的 半導(dǎo)體麥克風(fēng)，包括外殼，具有內(nèi)部空間，并且被形成有允許聲波進(jìn)入所 述內(nèi)部空間的多個音孔；分隔壁結(jié)構(gòu)，被提供于所述內(nèi)部空間中，以便將所 述內(nèi)部空間劃分為多個隔間(compartment),所述多個隔間通過所述多個音孔 而選擇性地向所述外殼的外部開放；多個原聲換能器，分別被提供于所述多 個隔間中，并且將所述聲波轉(zhuǎn)換為多個中間原聲信號；以及信號處理器，連 接到所述多個原聲換能器，將延遲引入到所述多個中間原聲信號中的所選的 一些中間原聲信號中以便產(chǎn)生延遲原聲信號，并且從所述延遲原聲信號形成 復(fù)合原聲信號，由此對半導(dǎo)體麥克風(fēng)給出方向性。


根據(jù)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，將更清楚地理解硅麥克風(fēng)的特征和優(yōu)點(diǎn), 附圖中圖1A是示出本發(fā)明的硅麥克風(fēng)的組件的布置的平面圖， 圖1B是示出硅麥克風(fēng)的系統(tǒng)配置的框圖，圖2是沿圖lA的線III-in截取的且示出硅麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖， 圖3是示出硅麥克風(fēng)中合并的原聲換能器的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖， 圖4是示出原聲換能器的膜片的平面圖，圖5A到5C是示出用于制造硅麥克風(fēng)裝置的工藝(process)的橫截面視圖， 圖6是示出另一硅麥克風(fēng)中合并的原聲換能器的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖， 圖7是示出硅麥克風(fēng)中合并的信息處理系統(tǒng)的功能的框圖， 圖8是示出原聲信號和聲壓之間的關(guān)系的曲線圖， 圖9是示出交叉衰落系數(shù)對于時間的曲線圖，圖IOA到IOC是示出通過執(zhí)行計算機(jī)程序而實現(xiàn)的作業(yè)序列的流程圖， 圖ll是示出本發(fā)明的另一硅麥克風(fēng)的功能的框圖，圖12是示出硅麥克風(fēng)的中間原聲信號和從中間原聲信號產(chǎn)生的復(fù)合原 聲信號的圖，圖13是示出本發(fā)明的再一硅麥克風(fēng)的功能的框圖， 圖14是示出本發(fā)明的再一硅麥克風(fēng)的功能的框圖， 圖15是示出硅麥克風(fēng)中的標(biāo)準(zhǔn)化(normalizing)功能的框圖， 圖16A是示出本發(fā)明的再一硅麥克風(fēng)的布置的平面圖， 圖16B是示出硅麥克風(fēng)的集成電路裝置的系統(tǒng)配置的框圖， 圖17是沿圖16A的線V-V截取的且示出硅麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖， 圖18是示出硅麥克風(fēng)的集成電路裝置的功能的框圖， 圖19是示出方向性的賦予(endowment)的構(gòu)思的圖,以及 圖20是示出在本發(fā)明的再一硅麥克風(fēng)中合并的信息處理系統(tǒng)的功能的 框圖。
具體實施方式
實施本發(fā)明的半導(dǎo)體麥克風(fēng)被用于將聲波轉(zhuǎn)換為中間原聲信號。信號處 理器對中間原聲信號執(zhí)行信號處理以便產(chǎn)生復(fù)合原聲信號。該半導(dǎo)體麥克風(fēng)包括外殼和多個原聲換能器。外殼具有內(nèi)部空間，并且被形成有音孑L(sound hole)。所述多個原聲換能器被容納在該內(nèi)部空間中。因 為音孔允許聲波進(jìn)入內(nèi)部空間，所以聲波到達(dá)所述多個原聲換能器，并通過 所述多個原聲換能器而被轉(zhuǎn)換為多個中間原聲信號。所述多個原聲換能器具有彼此不同的各個靈敏度值和彼此不同的各個飽 和聲壓值。即，所述多個原聲換能器在靈敏度和飽和聲壓上彼此不同。所述 多個中間原聲信號的特定電勢電平代表不同的聲壓值。將所述多個中間原聲 信號從所述多個原聲換能器提供給信號處理器，并且通過數(shù)據(jù)處理而從所述 多個中間原聲信號產(chǎn)生復(fù)合原聲信號。因為所述多個中間原聲換能器在飽和聲壓上彼此不同，所以復(fù)合原聲信 號具有比所述多個中間原聲信號的每一個更寬的不飽和區(qū)。由此，實施本發(fā) 明的半導(dǎo)體麥克風(fēng)使得可以產(chǎn)生具有寬不飽和區(qū)的復(fù)合原聲信號。此外，將 所述多個原聲換能器集成到外殼內(nèi)，使得半導(dǎo)體麥克風(fēng)緊湊。實施本發(fā)明的另一半導(dǎo)體麥克風(fēng)大體上包括外殼、分隔壁結(jié)構(gòu)、多個原 聲換能器和信號處理器，并且將聲波轉(zhuǎn)換為復(fù)合原聲信號。外殼具有內(nèi)部空間，并且被形成有多個音孔。在外殼內(nèi)部提供分隔壁結(jié)構(gòu)，使得將內(nèi)部空間 分為多個隔間。多個音孔允許聲波進(jìn)入內(nèi)部空間，即，所述多個隔間。換言 之，所述多個隔間通過所述多個音孔而在聲音上對外殼外部開放。所述多個原聲換能器分別被提供于所述多個隔間中，并且將聲波轉(zhuǎn)換為 多個中間原聲信號。信號處理器連接到多個原聲換能器，使得將所述多個中 間原聲信號從所述多個原聲換能器提供到信號處理器以進(jìn)行信號處理。信號 處理器將延遲？ 1入到所述多個中間原聲信號中的所選的 一些中間原聲信號中 以便產(chǎn)生延遲原聲信號。信號處理器從延遲原聲信號產(chǎn)生復(fù)合原聲信號。因 為所述多個音孔被與聲波源不同地隔開，所以音孔對半導(dǎo)體麥克風(fēng)給出方向 性。在以下對本發(fā)明的實施例的描述中，術(shù)語"聲壓"表示壓強(qiáng)的幅度或者 壓強(qiáng)的最高值和壓強(qiáng)的下 一最低值之間的差，并且對應(yīng)于從理想麥克風(fēng)取出 的電信號的幅度，這使得電信號的幅度與聲壓成比例而不具有飽和狀態(tài)。另 一方面，術(shù)語"幅度，，是從實際硅麥克風(fēng)輸出的電信號的最低峰值和最高峰 值之間的差。術(shù)語"靈敏度"是表示硅麥克風(fēng)的能力的另一數(shù)值，并且被定義為"電 信號的幅度對于聲音傳播介質(zhì)的單位壓強(qiáng)的變化率"。第一實施例首先參照附圖的圖1A和圖1B,實施本發(fā)明的硅麥克風(fēng)la大體上包括 硅麥克風(fēng)裝置10、集成電路裝置20a和單個包裝30a。例如，在移動電話和 PDA(個人數(shù)字助理)中提供硅麥克風(fēng)la。在包裝30a中限定內(nèi)部空間，并且在包裝30a中容納硅麥克風(fēng)裝置10和 集成電路裝置20a。包裝30a被形成有音孔34a。因為從圖1A所示的包裝30a 中移除了蓋子32a,所以點(diǎn)劃線表示音孔34a的位置。聲波通過音孔34a進(jìn)入 內(nèi)部空間，并到ii^圭麥克風(fēng)裝置10。硅麥克風(fēng)10電連接到集成電路裝置20a。通過硅麥克風(fēng)裝置10將聲波 轉(zhuǎn)換為4個中間原聲信號Sl、 S2、 S3和S4，并且將中間原聲信號S1、 S2、 S3和S4從硅麥克風(fēng)裝置10提供到集成電路裝置20a。在硅麥克風(fēng)裝置10在 不同的四個值之間改變其靈敏度的情況下，在硅麥克風(fēng)裝置10中產(chǎn)生中間原 聲信號S1、 S2、 S3和S4。集成電路裝置20a基于中間原聲信號Sl、 S2、 S3和S4產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。當(dāng)聲波正呈現(xiàn)相對低的聲壓值時，復(fù)合原聲信 號S5相當(dāng)于通過具有高靈敏度的硅麥克風(fēng)產(chǎn)生的原聲信號。另一方面，當(dāng)聲 波具有相對高的聲壓值，復(fù)合原聲信號S5相當(dāng)于通過具有低靈敏度的硅麥克 風(fēng)產(chǎn)生的原聲信號。由此，硅麥克風(fēng)la呈現(xiàn)出可變靈敏度。因而，硅麥克風(fēng) la通過可變靈敏度而實現(xiàn)寬動態(tài)范圍。圖2示出了硅麥克風(fēng)la的結(jié)構(gòu)。包裝30a分解為電路板31和蓋子32a。 平板(flat)部分31a、壁部分31b和導(dǎo)電引線(未示出)一起形成包裝30a。導(dǎo)電 圖案31c被印刷在平板部分上，并且連接到導(dǎo)電引線(lead)。在平板部分31a 的內(nèi)表面上安裝硅麥克風(fēng)裝置10和集成電路裝置20a，并且壁部分31b從平 板部分31a的外圍沿上表面的垂直方向伸出。由此，壁部分31b形成開口。 用蓋子32a封閉該開口 ，使得硅麥克風(fēng)裝置10和集成電路裝置20a被容納在 內(nèi)部空間中。蓋子32a與硅麥克風(fēng)裝置10的上表面以及集成電路裝置20a的 上表面隔開。音孔34a位于集成電路裝置20a的上方，并且硅麥克風(fēng)裝置IO偏離音孔 34a。這是因為呼吸中的濕氣和唾液容易侵入音孔34a下方的空間。該偏離布 置防止硅麥克風(fēng)裝置IO碰到濕氣和唾液。在硅麥克風(fēng)裝置10的上表面以及集成電路裝置20a的上表面上形成導(dǎo)電 襯墊(pad)(未示出)。硅麥克風(fēng)裝置10上的幾個導(dǎo)電村墊通過導(dǎo)電線22而連 接到集成電路裝置20a的、充當(dāng)信號輸入節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)電襯墊，并且充當(dāng)信號輸 出節(jié)點(diǎn)的其它導(dǎo)電襯墊通過導(dǎo)電圖案31c而連接到導(dǎo)電引線。通過其它導(dǎo)電 引線向硅麥克風(fēng)裝置IO和集成電路裝置20a提供電力和地電勢。由此，在襯底31上集成硅麥克風(fēng)裝置10和集成電路裝置20，并且通過 硅麥克風(fēng)裝置10和集成電路裝置20之間的協(xié)作，將聲波轉(zhuǎn)換為到包裝30a 外部的復(fù)合原聲信號S5。硅麥克風(fēng)裝置的結(jié)構(gòu)通過MEMS技術(shù)來在硅襯底上制造硅麥克風(fēng)裝置10。硅麥克風(fēng)裝置10 大體上包括框架結(jié)構(gòu)10a和原聲換能器IIA、 IIB、 IIC和IID。在此實例中， 在硅麥克風(fēng)裝置10中集成了四個原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D。 4個圓 柱中空(hollow)空間14A、 14B、 14C和14D被形成于框架結(jié)構(gòu)10a的四分之 一部分中，并且平行于框架結(jié)構(gòu)10a的垂直方向而延伸。4個圓柱中空空間 (space)14A到14D分別被分配給4個原聲換能器11A到IID，并且由框架結(jié)構(gòu)10a支撐4個原聲換能器llA到IID。4個原聲換能器IIA到IID彼此獨(dú)立，并且分別將聲波轉(zhuǎn)換為中間原聲 信號S1到S4。換言之，4個原聲換能器IIA到IID彼此并行地操作，以產(chǎn) 生中間原聲信號S1到S4。原聲換能器11A到IID屬于通過電容變化來將聲 波轉(zhuǎn)換為中間原聲信號S1到S4的類型。原聲換能器IIA到IID在靈敏度上 彼此不同，使得傳播到四個原聲換能器IIA到IID的聲波使得中間原聲信號 Sl到S4具有彼此不同的幅度。如圖3和圖4所示，框架結(jié)構(gòu)10a包括半導(dǎo)體襯底12和在半導(dǎo)體襯底 12上生長的支撐層13。在此實例中，半導(dǎo)體襯底12由單晶硅制成，支撐層 13由氧化硅制成。如前所述，以穿透支撐層13和硅襯底12的方式來在框架 結(jié)構(gòu)10a中形成圓柱中空空間14A到14D，并且所述圓柱中空空間14A到14D 在直徑上;f皮此不同。原聲換能器14A到14D中的每一個包括膜片15和背板16。膜片15和 背板16由硅制成。在背板16中形成多個小通孔17,并且由支撐層13相互 平行地支撐膜片15和背板16。膜片15通過極窄的間隙18而與背板16隔開， 并且膜片15和背板16充當(dāng)電容器的電極。膜片15與支撐層13無關(guān)地振動， 背板16相對于支撐層13靜止。原聲換能器11A到IID的靈敏度取決于纟支暴 露給聲波的膜片15的面積。因為膜片15的外圍部分4皮嵌入到支撐層13中， 所以膜片15的振動部分在面積上等于圓柱中空空間14A、 14B、 14C和14D 的橫截面，并且圓柱中空空間14A到14D在橫截面面積上^皮此不同。由此， 圓柱中空空間14A到14D使得原聲換能器IIA到IID在靈敏度上彼此不同。當(dāng)激勵硅麥克風(fēng)la時，使膜片15向相關(guān)聯(lián)的背板16偏移，并且在膜片 15和相關(guān)聯(lián)的背板16之間產(chǎn)生電勢差。假設(shè)聲波到達(dá)原聲換能器11A到11D。 當(dāng)聲波正對膜片15施加聲壓時，聲壓引起膜片15的振動。振動的膜片15使 得與相關(guān)聯(lián)的背板16的間隙18反復(fù)變化，因此原聲換能器11A到IID的電 容根據(jù)與相關(guān)聯(lián)的背板16的間隙18而變化。從原聲換能器11A到IID取出 變化的電容，作為中間原聲信號Sl到S4。如前所述，振動部分的直徑彼此不同。盡管聲波在膜片15的所有振動部 分上均勻地施加聲壓(假設(shè)膜片的抗撓剛度彼此相等)，但是由于直徑的差異， 在膜片15之間振動幅度不同。電容根據(jù)間隙18以及因此根據(jù)振動幅度而變 化。由此，中間原聲信號Sl到S4在存在相同聲波的情況下具有不同的幅度值。換言之，四個原聲換能器14A到14D呈現(xiàn)出彼此不同的靈敏度。 原聲換能器的制造工藝如下制造硅麥克風(fēng)裝置10。圖5A到圖5C示出了用于制造硅麥克風(fēng)裝 置IO的工藝。該工藝以單晶硅的襯底111的制備開始。在襯底111的主表面的整個表 面上方沉積二氧化硅Si02,以便形成氧化硅層112，之后，在氧化硅層112 的整個表面上方沉積多晶硅，以便在氧化硅層112上形成多晶硅層113。氧化硅層112充當(dāng)犧牲層。在此實例中，通過化學(xué)氣相沉積技術(shù)來生長 氧化硅和多晶硅。當(dāng)正沉積多晶硅時，例如，通過使用原位(insitu)摻雜技術(shù) 來將諸如磷的n型雜質(zhì)摻雜到多晶硅中。在多晶硅的沉積之后，熱擴(kuò)散P20s, 使得用n型雜質(zhì)重?fù)诫s多晶硅。在引入n型雜質(zhì)時，可采用離子注入。將抗光(photo-resist)溶液旋涂(spin)到多晶硅層113上，并將其烘干以便 形成抗光層。將蝕刻掩模114的潛像從光掩模(未示出)光學(xué)轉(zhuǎn)印到抗光層上， 并且顯影該潛像，使得在多晶硅層113上留下蝕刻掩模114,如圖5A所示。蝕刻掩模114具有四個圓盤部分，它們對應(yīng)于膜片15。在存在蝕刻劑的 情況下部分地蝕刻掉多晶硅層113，并且蝕刻掩沖莫114防止膜片15接觸到蝕 刻劑。結(jié)果，在氧化硅層112上留下膜片15。剝除蝕刻掩模114。接著，在所得的結(jié)構(gòu)的整個表面上沉積二氧化硅，以便形成氧化硅層 115，之后，在氧化硅層115上方沉積多晶硅。還通過原位摻雜技術(shù)來將硼摻 雜到多晶硅中。膜片15被氧化硅層115所覆蓋，氧化硅層115又被多晶硅層 116所覆蓋。將抗光溶液旋涂到多晶硅層116的整個表面上，并且將其烘干以形成抗 光層。將蝕刻掩模117的潛像從光掩模光學(xué)轉(zhuǎn)印到抗光層上，并且將其顯影 以使得在多晶硅層116上留下蝕刻掩模117,如圖5B所示。在要形成小通孔 17的區(qū)域上方，蝕刻掩模117被形成有通孔。蝕刻掩模117具有對應(yīng)于背板16的圓盤部分。所得的結(jié)構(gòu)被暴露給蝕刻 劑。盡管在存在蝕刻劑的情況下部分地去除多晶硅層116，但蝕刻掩模117 防止背板16接觸蝕刻劑，并且在氧化硅層115上留下背板16。剝除蝕刻掩 模117。接著，在襯底111的反面上形成抗光蝕刻掩模(未示出)，并且要形成圓 柱中空空間14A到14D的區(qū)域不被抗光蝕刻掩模覆蓋。襯底111受到深RIE(反應(yīng)離子蝕刻)，即，各向異性干式蝕刻，以實現(xiàn)大的縱橫比(aspect radio)。將 襯底111部分地蝕刻掉，直到露出氧化硅層112為止。這樣，在襯底111中 形成圓柱中空空間14A到14D。剝除蝕刻掩模。所摹制(pattern)的襯底111充 當(dāng)襯底12。接著，在背板16上摹制抗光蝕刻掩模118。盡管背板16的外圍區(qū)域和 背板16周圍的氧化硅層115的外圍區(qū)域被抗光蝕刻掩模118所覆蓋，但背板 16的中央?yún)^(qū)域未被抗光蝕刻掩模118所覆蓋。在背板16的中央?yún)^(qū)域中形成 小通孔17。所得的結(jié)構(gòu)被浸入濕蝕刻劑(例如氟酸溶液)中。氟酸溶液透入小 通孔17,并且從所得的結(jié)構(gòu)中去除背板16下方的氧化硅。結(jié)果，膜片15與 背板16由間隙18隔開。還從所得的結(jié)構(gòu)中去除暴露給圓柱中空空間14A到 14D的氧化硅，并且將膜片15暴露給圓柱中空空間14A到14D。剝除抗光蝕 刻掩模118，并且完成由框架結(jié)構(gòu)10a支撐的原聲換能器IIA到IID。所摹 制的氧化硅層112和115 —起形成支撐層13。盡管在上述實施例中在襯底12上集成原聲換能器IIA到IID，但如圖6 所示，可在各個支撐結(jié)構(gòu)IOA、 ...IOC、...的襯底上分別形成另一硅麥克風(fēng) 1A1的、在靈敏度上彼此不同的原聲換能器11A，、…11C，、…。硅麥克風(fēng)1Aa 還包括集成電路裝置20Aa和包裝30Aa。在原聲換能器11A，、 ...11C，、...上 方形成音孔34Aa，并且由于在物理上獨(dú)立的原聲換能器11A，、 ...11C，、...， 導(dǎo)電圖案31Ac不同于導(dǎo)電圖案31c。盡管原聲換能器IIC，直接連接到集成電 路裝置20Aa,但其它原聲換能器IIA，...通過導(dǎo)電線33和導(dǎo)電圖案31Ac而 連接到集成電路裝置20Aa。然而，包裝30Aa的其它特征類似于包裝30a的 特征。用指定包裝30a的相應(yīng)組成部分的參考標(biāo)記來標(biāo)記包裝30Aa的其它組 成部分，而不加詳細(xì)描述。集成電路裝置20Aa與集成電路裝置20a相同。集成電^各裝置如前所述，原聲換能器11A到IID在靈敏度上彼此不同。中間原聲信號 Sl、 S2、 S3和S4基本與膜片15的振動幅度成比例地波動，因此與聲壓成比 例。所有中間原聲信號Sl到S4在特定值上飽和。換言之，在所有中間原聲 信號Sl到S4中找到共同的動態(tài)范圍。不同的靈敏度值表示中間原聲信號Sl 到S4具有對于單位聲壓值的中間原聲信號Sl到S4的幅度變化率的各個值。 由于這一原因，中間原聲信號的飽和幅度表示不同的聲壓值，即，不同的飽 和聲壓PA、 PB、 PC和PD的值。飽和聲壓PA、 PB、 PC和PD分別對應(yīng)于可由原聲換能器IIA、 IIB、 11C 和IID檢測到的聲壓的最大值。原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D的靈敏 度分別帶有"SA"、 "SB"、 "SC，，和"SD"。原聲換能器IIA呈現(xiàn)最高的靈敏 度，原聲換能器IID呈現(xiàn)最低的靈敏度。靈敏度SA之后是靈敏度SB，靈敏 度SB之后是靈敏度SC,即，SA>SB>SC>SD。換言之，膜片越寬，則靈敏 度越高。集成電路裝置20a從原聲換能器IIA到11D接收中間原聲信號S1、 S2、 S3和S4，并且對聲壓數(shù)據(jù)執(zhí)行數(shù)據(jù)處理，以產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。當(dāng)聲壓 較小時，根據(jù)從具有最高靈敏度SA的原聲換能器IIA輸出的聲壓數(shù)據(jù)產(chǎn)生 復(fù)合原聲信號S5。當(dāng)聲壓從小聲壓區(qū)域增大時，原聲換能器從11A通過11B 和11C改變到IID，并且根據(jù)從原聲換能器IIB、 11C和11D中所選的原聲 換能器輸出的聲壓數(shù)據(jù)產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。由此，增寬了復(fù)合原聲信號S5 的動態(tài)范圍，而不犧牲小聲壓區(qū)域中的高靈每文度。集成電路裝置20a基于中間原聲信號Sl到S4產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。模 數(shù)轉(zhuǎn)換器21和信息處理系統(tǒng)22a被合并到集成電路裝置20a中，如圖1B所 示。原聲換能器11A到11D連接到?jīng)_莫數(shù)轉(zhuǎn)換器21，使得以采樣間隔周期性地 采樣中間原聲信號Sl到S4的波形上的離散值，并將該離散值轉(zhuǎn)換為數(shù)字原 聲信號DS1、 DS2、 DS3和DS4。盡管在附圖中未示出，但信息處理系統(tǒng)22a包括微處理器、信號輸入電 路、程序存儲器、非易失性數(shù)據(jù)存儲裝置、工作存儲器、外圍處理器、信號 輸出電路和共享總線系統(tǒng)。微處理器、輸入電路、程序存儲器、工作存儲器、 外圍處理器和信號輸出電路連接到共享總線系統(tǒng)，使得微處理器通過共享總 線系統(tǒng)而與外圍處理器、信號輸入電路、程序存儲器、工作存儲器和信號輸 出電路通信。由此，微處理器充當(dāng)中央處理單元，以便監(jiān)管其它系統(tǒng)組件。對應(yīng)于飽和聲壓的幅度臨界值被存儲在用于原聲換能器11A、11B和11C 的非易失性數(shù)據(jù)存儲裝置中。原聲換能器IIA具有最小的飽和聲壓值。原聲 換能器11B的飽和聲壓值比原聲換能器11A的飽和聲壓值更大，且比原聲換 能器IIC的飽和聲壓值更小。因此，原聲換能器IIA的臨界值最小，原聲換 能器11B的臨界值比原聲換能器IIA的臨界值大而比原聲換能器11C的臨界 值小。原聲換能器IID在原聲信號S4的動態(tài)范圍內(nèi)不進(jìn)入飽和狀態(tài)。還在用于四個原聲換能器11A到11D的非易失性存儲器中存儲交叉衰落系數(shù)和時間之間的關(guān)系。下面將詳細(xì)描述交叉衰落的系數(shù)。 信息處理系統(tǒng)的功能計算機(jī)程序被存儲在程序存儲器中，并且在微處理器上運(yùn)行，以便實現(xiàn)圖7所示的功能。下面參照圖7描述通過執(zhí)行計算機(jī)程序而實現(xiàn)的功能。模數(shù)轉(zhuǎn)換器21將數(shù)字原聲信號DS1到DS4提供到信號輸入電路。微處 理器周期性地從信號輸入電路提取由數(shù)字原聲信號DS1到DS4表示的離散 值，并且該離散值被臨時存儲在工作存儲器中。所述功能被分解為稱為"復(fù)合(composition)控制221a"、"標(biāo)準(zhǔn)化 (normalization)226aA、 226aB和226aC，，、以及"復(fù)合227a，，的多個子功能。 復(fù)合控制221a還分解為稱為"聲壓數(shù)據(jù)的獲取222"、"原聲換能器的選擇 223a"、"飽和聲壓數(shù)據(jù)的獲取224"和"交叉衰落系數(shù)的確定"的子功能。下 面詳細(xì)描述子功能。通過標(biāo)準(zhǔn)化226aA、 226aB和226aC來標(biāo)準(zhǔn)化原聲^:字信號DS1、 DS2 和DS3。如前所述，原聲換能器IIA到IID具有不同的靈敏度值SA、 SB、 SC和SD。圖8示出相對于聲壓的原聲信號Sl到S4的幅度。線條(plot)llA，、 11B，、 IIC，和IID，代表從原聲換能器IIA到IID輸出的聲音信號Sl到S4 的幅度與聲壓之間的關(guān)系。如將從線條11A，到IID，理解的，即使在某一值上 找到聲壓，原聲信號Sl到S4也具有不同的幅度值。線條11A，、 11B，、 IIC， 和IID，上的比例關(guān)系在值PA、 PB和PC處被破壞，并且飽和聲壓在原聲換 能器11A到IID之間也不同。"PA"、 "PB"和"PC"分別表示原聲換能器 11A、 11B和11C的飽和聲壓，并且對應(yīng)于原聲信號Sl到S3的幅度的臨界 值THA、 THB和THC。飽和聲壓數(shù)據(jù)表示臨界值THA、 THB和THC。轉(zhuǎn)回圖7,在原聲換能器IIA、 IIB和IIC在靈敏度上與原聲換能器11D 相等的假設(shè)下，標(biāo)準(zhǔn)化226aA、226aB和226aC使得數(shù)字原聲信號DS1到DS4 的離散值變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化離散值。標(biāo)準(zhǔn)化是復(fù)合227a之前的初步數(shù)據(jù)處理。通過 放大或乘以靈敏度的比率而標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字原聲信號DS1到DS4的離散值。例如， 將數(shù)字原聲信號DS1的離散值放大或乘以比率SD/SA。類似地通過SD/SB和 SD/SC來放大其它數(shù)字原聲信號的離散值。由此，原聲換能器IID充當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)。 由于這一原因，不對數(shù)字原聲信號DS4執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化。通過復(fù)合227a產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。如后面結(jié)合原聲換能器的選擇223a 將描述的，在復(fù)合控制221a的監(jiān)管下，部分地從數(shù)字原聲信號DS1到DS4中的每一個并且部分地從數(shù)字原聲信號DS1到DS4中所選的兩個來產(chǎn)生復(fù)合 原聲信號S5。為了控制所述復(fù)合，首先通過聲壓數(shù)據(jù)的獲取222來確定聲波的聲壓。 原聲換能器IID具有最寬的聲壓的可檢測范圍，使得基于數(shù)字原聲信號DS4 的離散值的包絡(luò)線來確定表示聲壓的當(dāng)前(current)離散值A(chǔ)，即幅度A。如前所述，臨界值THA、 THB和THC被存儲在非易失性數(shù)據(jù)存儲裝置 中。通過飽和聲壓數(shù)據(jù)的獲取224,從非易失性數(shù)據(jù)存儲裝置讀出臨界值 THA、 THB和THC。將聲壓的當(dāng)前值A(chǔ)與表示飽和聲壓PA、 PB和PC的臨 界值THA、 THB和THC進(jìn)行比較，以查看要選擇原聲換能器IIA、 IIB、 11C 還是IID。當(dāng)數(shù)字原聲信號DS4的當(dāng)前值A(chǔ)小于對應(yīng)于飽和聲壓PA的臨界 值THA,即A〈THA時，將選擇原聲換能器IIA。當(dāng)該當(dāng)前值A(chǔ)落入等于大 于臨界值THA且小于臨界值THB的范圍內(nèi)，即THA^A〈THB時，從四個中 選擇原聲換能器IIB。如果該當(dāng)前值A(chǔ)落入等于大于臨界值THB且小于臨界 值THC的范圍內(nèi)，即THBSA〈THC,則從四個中選擇原聲換能器IIC。當(dāng)該 當(dāng)前值A(chǔ)等于或大于臨界值THC,即THC^A時，從四個中選擇原聲換能器 IID。當(dāng)未在臨界值THA、 THB和THC的鄰域(vicinity)中找到當(dāng)前值A(chǔ)時， 從信息處理系統(tǒng)22A輸出數(shù)字原聲信號DS1、 DS2、 DS3或DS4的標(biāo)準(zhǔn)化值， 作為復(fù)合原聲信號S5。然而，如果在臨界值THA、 THB和THC之一的鄰域 中找到當(dāng)前值A(chǔ),則通過交叉衰落技術(shù)產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5的相應(yīng)部分。換 言之，當(dāng)在臨界值THA、 THB或THC的鄰域中找到當(dāng)前值A(chǔ)時，離散原聲 信號DS1、 DS2或DS3的標(biāo)準(zhǔn)化值漸弱(fadeout)，并且離散原聲信號DS2、 DS3或DS4的標(biāo)準(zhǔn)化值漸顯(fade in)。交叉衰落需要系數(shù)，通過子功能"交 叉衰落系數(shù)的確定"來確定該系數(shù)。圖9示出了相對于時間的交叉衰落系數(shù)。線條S1代表要施加到當(dāng)前使用 的原聲換能器11A、 IIB或IIC的標(biāo)準(zhǔn)化值的系數(shù)，而線條S2代表要施加到 將從當(dāng)前使用的原聲換能器IIA、 11B或11C改變的原聲換能器IIB、 11C 或IID的標(biāo)準(zhǔn)化值的系數(shù)。線條S1上的系數(shù)隨時間減小，而線條S2上的系 數(shù)隨時間增大。圖IOA到IOC示出計算機(jī)程序的作業(yè)序列。該計算機(jī)程序具有主例程和 子例程。通過計時器中斷，主例程周期性地分支到子例程。每個計時器中斷在預(yù)定時間段期滿時發(fā)生。計時器中斷以近似等于借助于模數(shù)轉(zhuǎn)換器21進(jìn)行 的模數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣間隔的預(yù)定時間間隔發(fā)生。當(dāng)對硅麥克風(fēng)加電時，計算機(jī)程序開始在^f效處理器上運(yùn)行。首先，如圖IOA的步驟SI,微處理器執(zhí)行系統(tǒng)初始化。當(dāng)微處理器正初始化系統(tǒng)時，將 工作存儲器中的預(yù)定存儲位置分配給新的離散值，并且在工作存儲器的另一 存儲位置處定義地址指針。地址指針表示存儲系數(shù)值的地址。從由地址指針 之一表示的地址讀出線條S1上的系數(shù)值，并且從由其它地址指針表示的地址 讀出線條S2上的系數(shù)值。(見圖9)。地址指針被遞增，使得線條S1上的值和 線條S2上的值隨著時間分別減小和增大。當(dāng)?shù)刂分羔樳f增到"1"時，地址 計數(shù)器表示存儲了 tl處的系數(shù)值的地址。在完成系統(tǒng)初始化時，如步驟Sll，微處理器檢測工作存儲器，以查看 是否在預(yù)定存儲位置中存儲新的離散值。當(dāng)步驟Sll處的答復(fù)被給出為否定"否"時，微處理器重復(fù)步驟S11處 的作業(yè)，并等待步驟Sll處的答復(fù)改變。當(dāng)在預(yù)定存儲位置中存儲了新的離 散值時，步驟Sll處的答復(fù)變?yōu)榭隙?是"。由于步驟Sll處的肯定答復(fù)"是，，，如步驟S12,微處理器從工作存儲器 讀出新的離散值，并且如步驟S13,標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字原聲信號DS1到DS3的新離 散值。已經(jīng)結(jié)合圖7中的框226aA、 226aB和226aC處的功能"標(biāo)準(zhǔn)化"描 述了標(biāo)準(zhǔn)化。如步驟S14,微處理器在工作存儲器中存儲標(biāo)準(zhǔn)化值。接著，如步驟S15,微處理器從工作存儲器讀出關(guān)于數(shù)字原聲信號DS4 的新離散值A(chǔ)，并如步驟S16，將新離散值A(chǔ)與臨界值THA、 THB和THC 比較，以查看新離散值落入什么范圍。已經(jīng)結(jié)合框223a和224描述了臨界值 THA、 THB和THC和比較。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在小于臨界值THA的范圍內(nèi)時，如步驟S17，微處 理器從四個中暫時選擇原聲換能器IIA和IIB。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在等于臨 界值THA且小于臨界值THB的范圍內(nèi)時，如步驟S18，微處理器從四個中 暫時選擇原聲換能器IIA、 11B和11C。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在等于臨界值THB且小于臨界值THC的范圍內(nèi)時， 如步驟S19，微處理器從四個中暫時選擇原聲換能器IIB、 11C和11D。當(dāng)發(fā) '現(xiàn)新離散值A(chǔ)在等于或大于臨界值THC的范圍內(nèi)時，如步驟S20，微處理器 從四個中暫時選擇原聲換能器IIC和IID。假設(shè)在步驟S17處選擇原聲換能器11A和IIB。如步驟S21，微處理器 檢查新離散值A(chǔ),以查看新離散值A(chǔ)是否落入臨界值THA的鄰域中。如果 新離散值A(chǔ)落入臨界值THA的鄰域中，則步驟S21處的答復(fù)被給出為肯定 "是"，微處理器前進(jìn)到步驟S32。另一方面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)離散值A(chǔ)在臨界值THA 的鄰域之外時，步驟S21處的答復(fù)被給出為否定"否"，微處理器前進(jìn)到步驟 S31。假設(shè)在步驟S18處選擇原聲換能器IIA、 11B和11C。如步驟S23，微處 理器4企查新離散值A(chǔ),以查看新離散值A(chǔ)是否落入臨界值THA或THB的鄰 域。如果新離散值A(chǔ)落入臨界值THA或THB的鄰域，則步驟S23處的答復(fù) 被給出為肯定"是"，并且如步驟S25，微處理器放棄原聲換能器IIA或IIC。 具體地，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THA的鄰域中時，微處理器放棄原聲 換能器11C。另一方面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THC的鄰域中時，微處 理器放棄原聲換能器IIA。然而，如果發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THA和THB 的鄰域之外，則步驟S23處的答復(fù)被給出為否定"否"，并且如步驟S24,微 處理器放棄原聲換能器IIA和IIC這兩者。在完成步驟S24處的作業(yè)時，微 處理器前進(jìn)到步驟S31。另一方面，當(dāng)微處理器完成步驟S25處的作業(yè)時， 微處理器前進(jìn)到步驟S32。假設(shè)在步驟S19處選擇原聲換能器IIB、 11C和11D。如步驟S26,微處 理器檢查新離散值A(chǔ),以查看新離散值A(chǔ)是否落入臨界值THB或THC的鄰 域。如果新離散值A(chǔ)落入臨界值THB或THC的鄰域，則步驟S26處的答復(fù) 被給出為肯定"是"，并且如步驟S28，微處理器放棄原聲換能器IIB或IID。 具體地，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THB的鄰域中時，微處理器放棄原聲 換能器11D。另一方面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THC的鄰域中時，微處 理器放棄原聲換能器IIB。然而，如果發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THB和THC 的鄰域之外，則步驟S26處的答復(fù)被給出為否定"否"，并且如步驟S27,微 處理器放棄原聲換能器IIB和IID這兩者。在完成步驟S24處的作業(yè)時，微 處理器前進(jìn)到步驟S31。另一方面，當(dāng)微處理器完成步驟S28處的作業(yè)時， 微處理器前進(jìn)到步驟S32。假設(shè)微處理器在步驟S20處選擇原聲換能器11C和IID。如步驟S29, 微處理器檢查新離散值A(chǔ)，以查看是否發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THC的鄰域 中。如果發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在THC的鄰域中，則步驟S29處的答復(fù)被給出為肯定"是"，微處理器前進(jìn)到步驟S32。另一方面，如果發(fā)現(xiàn)離散值A(chǔ)在臨界 值THC的鄰域之外，則步驟S29處的答復(fù)被給出為否定"否"，并且如步驟 S30,微處理器放棄原聲換能器IIC。在完成步驟S30處的作業(yè)時，微處理器 前進(jìn)到步驟S31。由此，在發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THA、 THB和THC的 鄰域之外的條件下，微處理器前進(jìn)到步驟S31,并且在發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨 界值THA、 THB或THC的鄰域中的條件下，前進(jìn)到步驟S32。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THA、 THB和THC的鄰域之外時，不需要 任何交叉衰落。由于這一原因，在步驟S31,微處理器將新離散值從工作存 儲器傳輸?shù)叫盘栞敵鲭娐?。另一方面，如果發(fā)現(xiàn)新離散值A(chǔ)在臨界值THA、THB或THC的鄰域中， 則微處理器如下執(zhí)行交叉衰落。首先，如步驟S32，微處理器檢查工作存儲器，以查看前一離散值是否 落入鄰域中。如果步驟S32處的答復(fù)被給出為否定"否"，則如步驟S33,微 處理器將地址指針重置為0，并遞增地址指針。當(dāng)?shù)刂分羔槒腛遞增到"1" 時，地址指針表示存儲tl處的系數(shù)值的地址。另一方面，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前一離散值在鄰域中時，要隨著時間從tl推移而遞增 地址。由于這一原因，微處理器前進(jìn)到步驟S34，并且遞增地址指針。由此，如步驟S35,從非易失性存儲器中的地址連續(xù)讀出系數(shù)值。如步 驟S36,微處理器從工作存儲器讀出新離散值，并且如步驟S37,基于新離散 值和系數(shù)計算復(fù)合原聲信號S5的值。在完成計算時，如步驟S38,微處理器 將復(fù)合原聲信號的值傳輸?shù)叫盘栞敵鲭娐贰Ｎ⑻幚砥鲝牟襟ES31或S38返回 步驟Sll。因此，微處理器重復(fù)由步驟Sll到S38組成的循環(huán)。當(dāng)要改變原 聲換能器時，原聲換能器在鄰域中相互重疊，并且通過交叉衰落產(chǎn)生復(fù)合原 聲信號的值。如將從圖IOA到IOC所示的流程圖理解的，通過執(zhí)行計算機(jī)程序來實現(xiàn) 功能"標(biāo)準(zhǔn)化"、"復(fù)合控制"和"復(fù)合"。本發(fā)明的硅麥克風(fēng)la具有靈敏度不同的多個原聲換能器IIA到IID,并 且通過復(fù)合，從原聲信號S1、 S2、 S3和S4產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。當(dāng)聲壓相 對低時，根據(jù)從具有相對高的靈敏度的原聲換能器IIA、 11B或11C輸出的 原聲信號S1、 S2或S3產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。當(dāng)表示聲壓的離散值等于或大 于原聲信號S3的臨界值THC時，根據(jù)從具有最低靈敏度的原聲換能器11D輸出的原聲信號S4產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。然而，原聲換能器響應(yīng)于最寬的 聲壓范圍。結(jié)果，本發(fā)明的硅麥克風(fēng)la實現(xiàn)寬聲壓范圍中的線性聲音-信號 轉(zhuǎn)換特性，而不損失相對低的聲壓處的靈敏度。當(dāng)改變原聲換能器時，第一實施例的硅麥克風(fēng)la對在臨界值THA、THB 或THC兩側(cè)的從原聲換能器輸出的聲音信號執(zhí)行交叉衰落，使得復(fù)合原聲信 號S5沒有不期望的噪聲。因為聲壓-電信號特性部分地彼此重疊，所以硅麥 克風(fēng)la使得可以執(zhí)行交叉衰落。相對于從具有最低靈敏度的原聲換能器11D輸出的聲壓數(shù)據(jù)來標(biāo)準(zhǔn)化來 自原聲換能器IIA、 11B和11C的聲壓數(shù)據(jù)。原聲換能器呈現(xiàn)出寬的動態(tài)范 圍，使得從多個原聲換能器中選擇最佳的 一個或多個原聲換能器。在單個襯底上集成原聲換能器IIA到IID，使得簡化制造工藝。第二實施例轉(zhuǎn)到附圖的圖11,實施本發(fā)明的另一硅麥克風(fēng)lb大體上包括多個原聲 換能器IIA、 IIB、 11C和11D以及集成電路裝置22b。原聲換能器11A到 11D與第一實施例中的那些相同，并且為了簡單起見，下文中不進(jìn)行進(jìn)一步 的描述。集成電路裝置22b被適配為實現(xiàn)功能"復(fù)合227b"，通過其，中間原聲 信號Sl到S4復(fù)合成復(fù)合原聲信號DS5a。對于復(fù)合227b,集成電路裝置22b 計算表示中間原聲信號Sl到S4的幅度的值的總和、或者平方值的總和的平 方根。在此實例中，在單個半導(dǎo)體芯片上集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器和微處理器，并且 通過執(zhí)行計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)以下功能。圖12示出集成電路裝置22b的功能。PLll、 PL12、 PL13和PL14代表 聲壓和中間原聲信號S1、 S2、 S3和S4的幅度之間的關(guān)系。盡管實際的中間 原聲信號Sl到S4具有如圖8所示的比例區(qū)域和非比例區(qū)域，但為了簡單， 將圖12所示的中間原聲信號的幅度線性增大，直到飽和狀態(tài)為止。當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器正周期性地將線條PLll到PL14上的離散值輸出到微計算 機(jī)時，微計算機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換同步地提取離散值，并且將離散值臨時存儲在內(nèi) 部工作存儲器中。從內(nèi)部工作存儲器順序地讀出離散值，并將其彼此相加。 結(jié)果，在內(nèi)部寄存器中留下離散值的總和。從微計算機(jī)輸出如PL15a所示的 總和。17另外，對離散值求平方，并將平方值彼此相加。從平方值的總和提取平方根的值。從微計算機(jī)輸出如PL15b所示的平方值的總和的平方根。將線條PL11到PL14相互比較，可理解，特定聲壓上的中間原聲信號 S1到S4的幅度隨著靈敏度一起增加。靈敏度越大，則幅度越高。線條PLll 上的離散值占據(jù)線條PL15a上的總和的大部分，以及線條PL15b上的平方值 的總和的平方根的大部分，直到線條PLll飽和為止。在線條PLll飽和之后， 線條PL12上的離散值對總和以及平方值的總和的平方根的影響比其它線條 PLll、 PL13和PL14上的離散值更大，直到線條PL12飽和為止。然而，在 線條PL13飽和之后，所述總和以及平方值的總和的平方根隨著線條PL4上 的離散值一起增加。由此，當(dāng)將相對低的聲壓輸入到硅麥克風(fēng)中時，具有相 對大的靈敏度的原聲換能器對所述總和以及平方值的總和的平方根的影響比 具有相對小的靈敏度的原聲換能器更大，從而在相對大的靈敏度的條件下產(chǎn) 生復(fù)合原聲信號DS5a。盡管具有相對大的靈敏度的原聲換能器的影響隨著聲 壓的增加而減小，但所述總和以及平方值的總和的平方根一直增加到線條 PL14飽和為止。換言之，在線條PL14飽和之前，線條PL15a和線條15b不 飽和。由此，硅麥克風(fēng)響應(yīng)于寬的聲壓范圍，而不犧牲相對低的聲壓區(qū)域中 的靈敏度。離散值的加法或平方值的總和的平方根的計算是期望的，因為在所述總 和或平方值的總和的平方根中，由于隨機(jī)噪聲而產(chǎn)生的值的權(quán)重較小。第三實施例轉(zhuǎn)到附圖的圖13,實施本發(fā)明的另一硅麥克風(fēng)lc大體上包括多個原聲 換能器IIA到11D以及集成電路裝置22c。原聲換能器IIA到IID與第一實 施例中的那些相同，并且由于這一原因而不在下面進(jìn)行描述。框221b、 222、 223b、 224、 225、 226aA到226aC、 227c、 229A到229C和230以及圓228A 到228C代表集成電路裝置22c的功能。標(biāo)準(zhǔn)化226aA、 226aB和226aC類似于第一實施例中的那些，并且用復(fù) 合227c和復(fù)合控制221b分別代替復(fù)合227a和復(fù)合控制221a。由于這一原因， 將描述集中于復(fù)合227c和復(fù)合控制221b。復(fù)合控制221b分解為子功能"聲壓數(shù)據(jù)的獲取222"、"原聲換能器的選 擇223b"、"飽和聲壓數(shù)據(jù)的獲取224"和"交叉衰落系數(shù)的確定225"。子功能"聲壓數(shù)據(jù)的獲取222"、"飽和聲壓數(shù)據(jù)的獲取224"和"交叉衰落系數(shù)的 確定225"類似于第一實施例中的那些，為避免重復(fù)，下文中不進(jìn)行進(jìn)一步 的描述。當(dāng)通過聲壓數(shù)據(jù)的獲取而確定了當(dāng)前離散值A(chǔ)時，通過飽和聲壓數(shù)據(jù)的 獲取224,將圖8所示的臨界值THA、 THB和THC傳輸?shù)皆晸Q能器的選 擇223b,并且將當(dāng)前離散值與臨界值THA、 THB和THC進(jìn)行比較，以便選 擇原聲換能器11A到11D中的一個或多個。當(dāng)該當(dāng)前離散值A(chǔ)小于臨界值 THA ，即A<THA時，通過原聲換能器的選擇223b選擇所有的原聲換能器11A 到11D。如果該當(dāng)前離散值A(chǔ)等于或大于臨界值THA且小于臨界值THB， 即THA^A〈THB,則從四個中選擇原聲換能器11B、 11C和11D。如果當(dāng)前 離散值A(chǔ)等于或大于臨界值THB且小于臨界值THC，即THB^A〈THC,則 從四個中選擇原聲換能器11C和11D。如果當(dāng)前值A(chǔ)大于臨界值THC,即 THCSA,則僅僅從四個中選擇原聲換能器11D。功能"復(fù)合"分解為子功能"加法"228A、 228B和228C，"除法"229A、 229B和229C以及"交叉衰落230"。通過子功能228C將關(guān)于數(shù)字原聲信號 DS4的離散值加到關(guān)于數(shù)字原聲信號DS3的離散值上，并且通過子功能228B 將關(guān)于數(shù)字原聲信號DS2的離散值加到關(guān)于數(shù)字原聲信號DS4和DS3的離 散值的總和上。通過子功能228A將關(guān)于數(shù)字原聲信號DS1的離散值加到關(guān) 于數(shù)字原聲信號DS4、 DS3和DS2的離散值的總和上。根據(jù)通過子功能223b 選擇的原聲換能器來選擇性地實現(xiàn)子功能228A、 228B和228C。通過子功能229A、229B或229C將離散值的總和除以被彼此相加的離散 值的數(shù)目。盡管商(quotient)本身是從集成電路裝置22d輸出的，但是在當(dāng)前 離散值A(chǔ)落入臨界值THA、 THB和THC的鄰域內(nèi)的條件下，使得商經(jīng)受交 叉衰落230。交叉衰落230類似于結(jié)合復(fù)合227a描述的交叉衰落，并且為避 免重復(fù)而省略詳細(xì)描述。當(dāng)發(fā)現(xiàn)聲波在小聲壓區(qū)域中時，從具有高靈敏度的原聲換能器的中間原 聲信號Sl產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5b。這是因為原聲信號Sl對從原聲信號Sl到 S4產(chǎn)生的復(fù)合原聲信號S5b具有期望的影響的事實。原聲換能器IIA到11D 被選擇性地用于在PA和PC之間的聲壓區(qū)域中產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5b。然而， 當(dāng)聲波具有比飽和值PC更大的聲壓值時，從具有最寬的動態(tài)范圍的原聲換 能器IID的中間原聲信號S4產(chǎn)生復(fù)合原聲信號。如將從前述描述中理解的，第三實施例的硅麥克風(fēng)響應(yīng)于寬的聲壓范圍， 而不犧牲小聲壓區(qū)域中的高靈敏度。因為在加法228A、 228B和228C之后是除法229A、 229B或229C，所 以復(fù)合原聲信號S5b在相對窄的數(shù)值范圍內(nèi)變化，使得容易在應(yīng)用裝置中處 理復(fù)合原聲信號S5b。通過多個離散值的加法減少了隨機(jī)噪聲。交叉衰落使得從復(fù)合原聲信號S5b中消除噪聲。第四實施例圖14示出了實施本發(fā)明的再一硅麥克風(fēng)ld的功能。實施本發(fā)明的再一 硅麥克風(fēng)ld大體上包括多個原聲換能器IIA到11D以及集成電路裝置22d。 原聲換能器11A到IID與第一實施例中的那些相似，并且由于這一原因而在 下文中不詳細(xì)描述?？?21b、 222、 223b、 224、 225、 226bA到226bC、 227c、 229A到229C和230以及圓228A到228C代表集成電路裝置22d的功能。復(fù)合227c和復(fù)合控制221b類似于第三實施例中的那些，并且用標(biāo)準(zhǔn)化 226bA、 226bB和226bC代替標(biāo)準(zhǔn)化226aA、 226aB和226aC。由于這一原因， 將描迷集中于標(biāo)準(zhǔn)化226bA到226bC。盡管在標(biāo)準(zhǔn)化226aA、 226aB和226aC中，將數(shù)字原聲信號DS1、 DS2 和DS3的離散值放大了比率SD/SA、 SD/SB、 SD/SC的固定值，但是比率 SD/SA、 SD/SB、 SD/SC在標(biāo)準(zhǔn)化226bA、 226bB和226bC中是可變的。具體地，圖15示出了標(biāo)準(zhǔn)化226bA的功能。其它標(biāo)準(zhǔn)化226bB和226bC 在功能上與標(biāo)準(zhǔn)化226bA相同。標(biāo)準(zhǔn)化226bA的功能分解為放大2261A、數(shù) 字原聲信號的離散值的確定2262A和》丈大因子的確定2263A。如下確定放大因子。將數(shù)字原聲信號DS4的當(dāng)前離散值從子功能"聲壓 數(shù)據(jù)的獲取222"轉(zhuǎn)發(fā)到子功能"放大因子的確定2263A",并且將數(shù)字原聲 信號DS1的標(biāo)準(zhǔn)化離散值從子功能"離散值的讀出2262A"轉(zhuǎn)發(fā)到子功能"放 大因子的確定2263A"。通過子功能"放大因子的確定2263A"將比率SD/SA 乘以增益，即比率DDS4/DDS1，其中DDS4和DDS1代表數(shù)字原聲信號DS4 的當(dāng)前離散值和數(shù)字原聲信號DS1的標(biāo)準(zhǔn)化離散值。將乘積 (SD/SAxDDS4/DDSl)從子功能"放大因子的確定2263A"提供到子功能"放大 2261A"，作為放大因子。通過子功能"放大2261A，，將數(shù)字原聲信號DS1的離散值乘以放大因子(SD/SAxDDS4/DDSl), 并且將乘積 (DDSlx(SD/SAxDDS4/DDSl))從子功能"放大2261A"提供到子功能"加法 228A"。如將從前述描述中理解的，類似于第一到第三實施例，硅麥克風(fēng)ld響應(yīng) 于寬的聲壓范圍中的聲波，而不犧牲小聲壓區(qū)域中的高靈敏度。此外，通過比率(SD/SA)和比率(DDS4/DDS 1 )之間的放大來校正放大因 子。比率(SD/SA)是由于原聲換能器IID和原聲換能器IIA之間的靈敏度差 異導(dǎo)致的校正因子，并且比率(DDS4/DDS1)是由于數(shù)字原聲信號DS4和DS1 所表示的當(dāng)前聲壓的差異導(dǎo)致的另一校正因子。由此，相對于數(shù)字原聲信號 DS4的離散值而準(zhǔn)確地標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字原聲信號DS1、 DS2和DS3的離散值。第五實施例轉(zhuǎn)到附圖的圖16A和16B,另一硅麥克風(fēng)le大體上包括硅麥克風(fēng)裝置 10b、集成電路裝置20b和包裝30b。類似于第一實施例的硅麥克風(fēng)裝置10a， 硅麥克風(fēng)裝置10b具有多個原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D,并且通過原 聲換能器IIA到11D同時將聲波轉(zhuǎn)換為中間原聲信號Sl、 S2、 S3和S4。中 間原聲信號Sl到S4被從硅麥克風(fēng)裝置10b提供到集成電路裝置20b,并且 在集成電路裝置20b中經(jīng)受預(yù)定信號處理?；谥虚g原聲信號Sl到S4,通 過該預(yù)定信號處理而產(chǎn)生復(fù)合原聲信號，并將其從硅麥克風(fēng)le輸出。盡管對于所有原聲換能器11A到11D而在包裝30a中形成單個音孔34a, 但是如圖17所示，通過分隔壁36、 37和38將包裝30b的內(nèi)部空間分為多個 子空間。包裝30b分為電路板31和蓋子32b。分隔壁30b從電路板31向上 伸出，并且在如圖16A中的點(diǎn)劃線所示的橫向方向上延伸。分隔壁37從蓋 子32b的內(nèi)表面向下伸出，并且保持與分隔壁36的上表面接觸。由此，包裝 30b的內(nèi)部空間被分為兩個子空間，并且硅麥克風(fēng)裝置10和集成電路裝置20b 被分別分配給所述子空間。原聲換能器11A到11D通過聯(lián)接(bonding)線33 連接到電路板31上的導(dǎo)電圖案31ec,并且導(dǎo)電圖案31ec進(jìn)一步通過其它聯(lián) 接線33連接到集成電路裝置20b上的襯墊。分隔壁38從硅麥克風(fēng)裝置10上方的蓋子32b的內(nèi)表面向下伸出，并且 以直角相互交叉。分隔壁38的下表面與硅麥克風(fēng)10的上表面保持接觸。結(jié) 果，分配給硅麥克風(fēng)裝置10的子空間被進(jìn)一步分為四個隔間。由此，通過分隔壁38而將每個隔間與其它隔間隔離開。這四個隔間分別;波分配給原聲換能 器IIA到IID。盡管在單個硅襯底上集成四個原聲換能器IIA到11D,但可 將多于一個的硅襯底用于硅麥克風(fēng)裝置10b。在蓋子32b中形成音孔34bA、 34bB、 34bC和34bD，并且將所述音孔 34bA、 34bB、 34bC和34bD在與分隔壁38的中心隔開的方向上分別輕微偏 離四個原聲換能器11A到11D。偏離布置的原因是在聲波到達(dá)原聲換能器11A 到11D之間引入時間延遲。四個隔間通過四個音孔34bA到34bD分別對空氣 開放。聲波穿過四個音孔34bA到34bD,并且到達(dá)原聲換能器IIA到IID。 包裝30b的其它特征類似于包裝30a的相應(yīng)特征，并且為簡單起見，下文中 不進(jìn)行進(jìn)一步的描述。集成電路裝置20b包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器21和信息處理系統(tǒng)22E,如圖16B 所示。計算機(jī)程序在信息處理系統(tǒng)22E的微處理器上運(yùn)行，并且實現(xiàn)功能"動 態(tài)范圍的擴(kuò)展22a"和另一功能"方向性的賦予23"。功能"動態(tài)范圍的擴(kuò)展 22a，，類似于結(jié)合第一實施例、第二實施例、第三實施例或第四實施例描述的 集成電路裝置的功能。下文中詳細(xì)描述功能"方向性的賦予23"。如圖18所示，功能"方向性的賦予23"分為子功能"標(biāo)準(zhǔn)化231"、"方 向性控制232"、"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"以及"延遲信號 的選擇和復(fù)合234"。功能23向硅麥克風(fēng)le賦予(endow)方向性，使得復(fù)合原 聲信號S5的幅度根據(jù)聲波源的方向而變化。原聲換能器IIA到11D的物理 上分開的布置使得可以向硅麥克風(fēng)le賦予方向性。通過將延遲引入到數(shù)字原聲信號DS1到DS4來實現(xiàn)方向性的賦予。具體 地，首先相對于數(shù)字原聲信號DS4來標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字原聲信號DS1到DS3，好像 原聲換能器IIA、 11B和11C具有與原聲換能器11D的靈敏度相等的靈敏度 一樣。子功能"標(biāo)準(zhǔn)化231"類似于子功能226aA/226aB/226aC或226bA/226bB/ 226bC，由于這一原因，為避免重復(fù)，下文中不進(jìn)行進(jìn)一步的描述。通過子功能"方向性控制232"來從四個原聲換能器IIA到11D中選擇 要參與方向性的賦予的原聲換能器，并且還通過子功能"方向性控制232"來確定方向性的方向。之后，通過子功能"方向性控制232",基于方向性的 方向來確定要引入到所選原聲換能器的延遲量。將該延遲量從子功能"方向性控制232"轉(zhuǎn)發(fā)到子功能"延遲的？ 1入233A、 233B、 233C和233D"。將標(biāo)準(zhǔn)化離散值從子功能"標(biāo)準(zhǔn)化231"轉(zhuǎn)發(fā)到所選的子功能"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"，并且將延遲量引入每 個標(biāo)準(zhǔn)化離散值的傳播中。由此，將數(shù)字延遲原聲信號DS1，、 DS2'、 DS3， 和DS4，從子功能"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"轉(zhuǎn)發(fā)到子功能 "延遲信號的選擇和復(fù)合234"。因為子功能"方向性控制"向子功能"延遲信號的選擇和復(fù)合234"通 知所選的原聲換能器，所以通過子功能"延遲信號的選擇和復(fù)合234"，從數(shù) 字延遲原聲信號DS1，到DS4，中所選的一些產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5e。通過波束 控制(beam steering)或零控制(null steering)而向復(fù)合原聲信號S5e賦予方向性。 波束控制使得特定方向上的聲波強(qiáng)化，而零控制使得特定方向上的聲波減弱。 具體地，圖19示出了在從四個原聲換能器IIA到IID選擇原聲換能器 IIA和11B的假設(shè)下賦予方向性的構(gòu)思。原聲換能器11A的膜片15的中心 與另一原聲換能器11B的膜片15的中心隔開距離"d"。為簡單起見，假設(shè)聲 波在平面上傳播，即平面波。平面波在方向DR上從聲源傳播到原聲換能器 11A和11B。當(dāng)平面波到達(dá)原聲換能器IIA的膜片15時，在到達(dá)原聲換能器 11B的膜片之前仍有距離(d sine)。將延遲時間表達(dá)為(d sine)/c，其中c是聲速。 由此，原聲換能器11B的膜片15的激發(fā)比原聲換能器11A的膜片15的激發(fā) 延遲了(d sin0)/c。當(dāng)對于子功能"延遲的引入233A",將延遲量調(diào)整為(dsine)/c時，抵消 了原聲換能器IIA和原聲換能器IIB之間的延遲時間。結(jié)果，延遲(dsin6)/c 的引入使得數(shù)字延遲原聲信號DS1，和DS2，表示在方向DR上傳播的平面波， 好像平面波同時到達(dá)原聲換能器IIA和IIB這兩者一樣。當(dāng)然，延遲(dsin0)/c 的引入僅僅適合于方向DR上的平面波。在不同于方向DR的方向上的平面 波的傳播中仍有延遲時間，或者，當(dāng)e是大約90度時，對于在其它方向上傳 播的平面波，延遲時間增加。子功能"延遲信號的選擇和復(fù)合"等效于子功能"加法"和/或"替換 (substitution)"。當(dāng)通過波束控制而在方向DR上向復(fù)合原聲信號S5e賦予方 向性時，將數(shù)字延遲原聲信號DS2，加到數(shù)字延遲原聲信號DS1，上。結(jié)果， 復(fù)合原聲信號S5e的離散值是數(shù)字原聲信號DSl的離散值的兩倍大。另一方 面，由于不同于延遲時間(d sin9)/c的實際延遲時間，表示從不同于方向DR 的方向上傳播的聲波的復(fù)合原聲信號S5e的離散值小于表示在方向DR上傳 播的聲波的復(fù)合原聲信號S5e的離散值。由此，通過波束控制，強(qiáng)化了在方向DR上傳播的聲波。另一方面，當(dāng)通過零控制來向復(fù)合原聲信號S5e賦予方向性時，將子功 能"減法，，用于方向性的賦予。從數(shù)字延遲原聲信號DS1，的離散值中減去數(shù)字 延遲原聲信號DS2，的離散值，使得將復(fù)合原聲信號S5e的離散值最小化為0。 另一方面，由于剩余的延遲時間，復(fù)合原聲信號S5e的離散值大于0。在極 端情況下，復(fù)合原聲信號S5e的離散值大于數(shù)字延遲原聲信號DSl，的離散值。 由此，通過零控制強(qiáng)化了方向DR上的聲波。可通過子功能"方向性控制232"來從四個中選擇另一組原聲換能器， 例如原聲換能器IIC和IID。如將從前述描述中理解的，類似于第一到第四實施例，硅麥克風(fēng)使得可 以響應(yīng)于寬的聲壓范圍中的聲波，而不犧牲小聲壓區(qū)域中的高靈敏度。此外，將原聲換能器IIA到IID容納在物理上彼此分離的隔間中，并且 隔間分別通過各個音孔34bA、 34bB、 34bC和34bD而對空氣開放。由于這 一原因，聲波在不同的時刻引起膜片25的激發(fā)，并且子功能"方向性的賦予" 使得可以強(qiáng)化從特定方向傳播的聲波。由此，硅麥克風(fēng)le從中間原聲信號 Sl到S4產(chǎn)生有方向的復(fù)合原聲信號S5e。另外，原聲換能器IIA、 IIB、 11C和IID使得硅麥克風(fēng)緊湊。期望使 用本發(fā)明的緊湊的定向麥克風(fēng)來替代現(xiàn)有技術(shù)的大體積定向麥克風(fēng)。盡管原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D在靈敏度上彼此不同，但可以 從在靈敏度上彼此近似相等的多個原聲換能器來形成半導(dǎo)體定向麥克風(fēng)。第六實施例參照附圖的圖20,實施本發(fā)明的另一硅麥克風(fēng)lf大體上包括硅麥克風(fēng) 裝置10F、集成電路裝置20f和包裝(未示出)。硅麥克風(fēng)裝置10F具有在結(jié)構(gòu) 上類似于硅麥克風(fēng)裝置10的原聲換能器的多個原聲換能器IIA、 IIB、 11C 和IID。由于這一原因，為簡單起見，不對原聲換能器11A、 IIB、 11C和11D 進(jìn)行詳細(xì)描述。集成電路裝置20f包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)和信息處理系統(tǒng)22f。除了均 衡器250a、 250b、 250c和250d之外，信息處理系統(tǒng)22f在系統(tǒng)配置上類似 于信息處理系統(tǒng)22a。由于這一原因，為避免重復(fù)，將描述集中于均衡器250a 到250d。通常，具有低靈敏度的原聲換能器適合于從響亮的聲音到電信號的轉(zhuǎn)換，并且對低頻聲音分量(component)(而不是對高頻聲音分量)呈現(xiàn)出良好的聲音-信號轉(zhuǎn)換特性。另一方面，當(dāng)以小響度產(chǎn)生聲音時，具有高靈敏度的原聲換 能器較好地響應(yīng)于該聲音，并且對高頻聲音分量(而不是對低頻聲音分量)呈現(xiàn) 出良好的靈敏度。在原聲換能器11A、 IIB、 IIC和11D中觀察到此現(xiàn)象。如結(jié)合硅麥克風(fēng)la所述，從根據(jù)聲音的響度而從中間原聲信號Sl到S4 中選擇的一個或兩個來產(chǎn)生復(fù)合原聲信號S5。當(dāng)微弱的聲音到達(dá)硅麥克風(fēng)la 時，信息處理系統(tǒng)22a選擇原聲換能器IIA或IIB。所選的原聲換能器11A 或IIB傾向于強(qiáng)化微弱聲音的高頻分量。另一方面，當(dāng)響亮的聲音被輸入到 硅麥克風(fēng)la時，信息處理系統(tǒng)22a選擇原聲換能器IID或IIC。所選的原聲 換能器11D或11C傾向于強(qiáng)化響亮聲音的低頻分量。當(dāng)將復(fù)合原聲信號S5 轉(zhuǎn)換為聲音時，用戶感覺到所再現(xiàn)的聲音略微不同于原來的聲音。為了改善所再現(xiàn)的聲音的質(zhì)量，在標(biāo)準(zhǔn)化226aA到226aC和復(fù)合227a 之間連接均衡器250a到250c，并且在模數(shù)轉(zhuǎn)換器(未示出)和復(fù)合227a之間 連接均衡器250d。均衡器250a到250d中的每一個響應(yīng)于中間原聲信號DS1、 DS2、 DS3或DS4的多個頻帶，并且通過不同的增益值來放大中間原聲信號 的信號分量。例如，在諸如移動電話的應(yīng)用商品中存儲不同的增益值，作為 默認(rèn)值。用戶可通過應(yīng)用商品的人機(jī)接口來將增益從默認(rèn)值變?yōu)橛脩糇约旱?值。在此實例中，均衡器250a在諸如100Hz到500Hz的低頻帶分量上具有 比高頻帶分量上的增益值更大的增益值，并且均衡器250d在諸如語音的 1.5kHz到2kHz和樂器聲音的2kHz到10kHz的高頻帶分量上具有比低頻帶分 量上的增益值更大的增益值。由此，均衡器250a到250d補(bǔ)償由于原聲換能 器250a到250d的聲音-信號轉(zhuǎn)換特性而引起的失真。均衡器250a到250d的另 一功能是通過頻帶分量的調(diào)節(jié)而使得從原聲換 能器IIA到11D輸出的多個頻帶分量在復(fù)合227a處被均衡或平衡。在該調(diào) 節(jié)中，特定聲壓值充當(dāng)原聲換能器IIA到IID共用的"參考值(reference)"。 語音的預(yù)定頻帶中的聲壓平均值可充當(dāng)用于原聲換能器11A到11D的參考 值。用于語音的預(yù)定頻帶可以是500Hz到10kHz。另外，lkHz處的聲壓值可 充當(dāng)參考值。在調(diào)節(jié)之后，將中間原聲信號DS1到DS4從均衡器250a到250d提供到復(fù)合227a，并且復(fù)合227a從經(jīng)調(diào)節(jié)的中間原聲信號DSl到DS4產(chǎn)生復(fù)合原 聲信號S5。頻帶分量的調(diào)節(jié)是期望的，因為復(fù)合227a使得復(fù)合原聲信號S5 在從中間原聲信號DS1到DS4之一改變?yōu)榱硪恢虚g原聲信號時保持穩(wěn)定。由 此，通過中間原聲信號DS1到DS4之間的頻帶分量的調(diào)節(jié)，用戶在改變原聲 換能器IIA到IID時感覺到所再現(xiàn)的聲音是自然的。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的特定實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚 可進(jìn)行各種改變和修改，而不會脫離本發(fā)明的精神和范圍?？蓪⒐棼溈孙L(fēng)裝置10和集成電路裝置20a安裝在多層板上。在此實例中， 導(dǎo)電襯墊連接到多層板的多層互連線(interconnection)。多層板的導(dǎo)電層和蓋 子充當(dāng)屏蔽結(jié)構(gòu)。在上述實施例中，按照原聲換能器IIA、 IIB、 11C和11D的順序縮小 膜片15的面積，以便使得原聲換能器11A到11D的靈敏度SA到SD不同。 然而，對振動幅度有影響的其它設(shè)計因素使得靈敏度SA到SD不同。由于這 一原因，膜片15可以在抗撓剛度(即，幾何慣性矩)和/或材料上彼此不同。膜 片越厚，則靈敏度越低。膜片中的應(yīng)力越大，則靈壽文度越低。盡管集成電路裝置22b通過計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)復(fù)合，但可用有線邏輯電路 來代替微計算機(jī)和計算機(jī)程序。例如，可借助于來自頻率倍增器的定時控制 信號而彼此同步地將數(shù)字原聲信號DS1到DS4提供到加法器。DSP(數(shù)字信 號處理器)可用于信息處理系統(tǒng)?？稍诠δ?27b之前對數(shù)字原聲信號DS1到DS4執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化226aA到 226aC。在此實例中，標(biāo)準(zhǔn)化使得可以增強(qiáng)復(fù)合原聲信號S5a的保真度。所述總和以及平方值的總和的平方根不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限 制。在集成電路計算平方值的總和的平方根的情況下，從平方值中消除了中 間原聲信號Sl到S4的極性(polarity)。為了在復(fù)合原聲信號PL15b中保持極 性數(shù)據(jù)，集成電路裝置可通過以下步驟確定復(fù)合原聲信號。1. 在工作存儲器的存儲位置中保持表示被加到數(shù)字原聲信號DS1到DS4 的離散值上的正號或負(fù)號的極性數(shù)據(jù)；2. 對正離散值和/或負(fù)離散值求平方；3. 將極性數(shù)據(jù)加到平方值上；4. 將正平方值和/或負(fù)平方值彼此相加；5. 在工作存儲器的存儲位置中保持平方值的總和的極性數(shù)據(jù)；6. 求出該總和的絕對值的平方根；以及7. 將極性數(shù)據(jù)加到平方根上。硅不對本發(fā)明的技術(shù)范圍設(shè)置任何限制。術(shù)語"硅"是半導(dǎo)體材料的典 型例子。其它種類的半導(dǎo)體麥克風(fēng)裝置可形成本發(fā)明的半導(dǎo)體麥克風(fēng)的一部 分。在曰本專利申請?zhí)亻_No.2001-169395中公開的砷化鎵襯底上的光學(xué)聲波 -電信號轉(zhuǎn)換器可與集成電路裝置20a或20b —起形成半導(dǎo)體麥克風(fēng)。盡管光 學(xué)聲波-電信號轉(zhuǎn)換器用于擴(kuò)展帶寬，但可以為了不同靈敏度值而重新設(shè)計振 動片。用具有重新設(shè)計的振動片的光學(xué)聲波-電信號轉(zhuǎn)換器來代替原聲換能器 IIA到IID。兩個原聲換能器、三個原聲換能器或四個以上的原聲換能器可并聯(lián)連接 到集成電路裝置。可將硅麥克風(fēng)裝置10和10A/10C裝在與用于集成電路裝置20a/20b的包 裝不同的包裝內(nèi)。子功能"交叉衰落，，不是本發(fā)明的必要技術(shù)特征。可在復(fù)合原聲信號中簡 單地形成數(shù)字原聲信號的離散值，而不進(jìn)行交叉衰落?？稍谂R界值THA、 THB 和THC的鄰域中采用插值?？稍谝粋€以上的原聲換能器IIA到IID之間共享單個均衡器。在此實例 中，該單個均衡器配有選擇器，并且將控制信號從原聲換能器的選擇223a提 供到選擇器。當(dāng)原聲換能器的選擇223a控制選擇器從一個中間原聲信號到另 一個時，該單個均衡器對新選^^的中間原聲信號進(jìn)行調(diào)節(jié)的補(bǔ)償。單個均衡 器使得系統(tǒng)配置筒單，并且制造商降低了生產(chǎn)成本。實施例中描述的組成部分和作業(yè)與權(quán)利要求語言如下相關(guān)。包裝30a; 30Aa; 30b充當(dāng)"外殼"。硅麥克風(fēng)la、 1Aa、 lb、 lc、 ld和 le充當(dāng)"半導(dǎo)體麥克風(fēng)，，，并且集成電路裝置20a、 20Aa和20b以及在集成電 路裝置20a和20b的微處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序作為整體構(gòu)成"信號處理 器"。中間信號S1、 S2、 S3和S4以及數(shù)字中間原聲信號DS1、 DS2、 DS3和 DS4充當(dāng)"中間原聲信號"，并且復(fù)合原聲信號S5、 S5a、 S5b和S5e對應(yīng)于 "復(fù)合原聲信號"。通過子功能"原聲換能器的選擇223a/223b"選擇的數(shù)字 原聲信號DS1到DS4中的一個或兩個是"最佳原聲信號"。通過子功能"聲 壓數(shù)據(jù)的獲取222"獲得"所述聲波的聲壓的當(dāng)前值"。信息處理系統(tǒng)22a/22b/22c/22d/22E和實現(xiàn)子功能"聲壓數(shù)據(jù)的獲取222"、 "原聲換能器的選擇223a/223b"、"飽和聲壓數(shù)據(jù)的獲取224"、"交叉衰落系 數(shù)的確定225"的計算機(jī)程序的一部分作為整體而構(gòu)成"復(fù)合控制器"，并且 信息處理系統(tǒng)22a/22b/22c/22d/22E和實現(xiàn)子功能"標(biāo)準(zhǔn)化226aA/226aB/226aC 或226bA/226bB/226bC"和"復(fù)合/交叉衰落227a/227b/230"的計算機(jī)程序的 另一部分作為整體而構(gòu)成"復(fù)合器"。信息處理系統(tǒng)22a/22b/22c/22d/22E和實現(xiàn)子功能"聲壓數(shù)據(jù)的獲取222"、 "原聲換能器的選擇223a/223b，，和"飽和聲壓數(shù)據(jù)的獲取224"的計算機(jī)程 序的 一 部分作為整體而構(gòu)成"選擇器"，并且信息處理系統(tǒng) 22a/22b/22c/22d/22E和實現(xiàn)子功能"交叉衰落系數(shù)的確定225"的計算機(jī)程序 的一部分作為整體而構(gòu)成"確定器"。交叉衰落系數(shù)是"參數(shù)"。信息處理系統(tǒng)22a/22b/22c/22d/22E和實現(xiàn)子功能"標(biāo)準(zhǔn)化 226aA/226aB/226aC或226bA/226bB/226bC"的計算機(jī)程序的一部分作為整體 而構(gòu)成"標(biāo)準(zhǔn)化單元"，并且信息處理系統(tǒng)22a/22b/22c/22d/22E和實現(xiàn)子功能 "復(fù)合/交叉衰落227a/227b/230"的計算機(jī)程序的另一部分作為整體而構(gòu)成 "合并單元"。信息處理系統(tǒng)22E和實現(xiàn)子功能"方向性控制232"、"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"和"延遲信號的選擇和復(fù)合234"的計算機(jī)程序的一 部分作為整體而構(gòu)成"賦予器"。信息處理系統(tǒng)22E和實現(xiàn)子功能"方向性控 制232"的計算機(jī)程序的一部分作為整體而構(gòu)成"方向性控制單元，，，并且信 息處理系統(tǒng)22E和實現(xiàn)子功能"延遲的引入233A、 233B、 233C和233D"的 計算機(jī)程序的另一部分作為整體而構(gòu)成"延遲單元"。信息處理系統(tǒng)22E和實 現(xiàn)子功能"延遲信號的選擇和復(fù)合234"的計算機(jī)程序的再一部分作為整體 而構(gòu)成"強(qiáng)化單元"。方向"DR"對應(yīng)于"特定方向"。背板16充當(dāng)"靜止電極"，并且膜片15充當(dāng)"振動電極"。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體麥克風(fēng)(1a；1Aa；1b；1c；1d；1e；1f)，連接到信號處理器(20a；20Aa；20b)，用于將聲波轉(zhuǎn)換為多個中間原聲信號(S1，S2，S3，S4，DS1，DS2，DS3，DS4)，所述信號處理器(20a；20Aa，20b；20f)對所述多個中間原聲信號(S1，S2，S3，S4，DS1，DS2，DS3，DS4)執(zhí)行信號處理以便產(chǎn)生復(fù)合原聲信號(S5；S5a；S5b；S5e)，所述半導(dǎo)體麥克風(fēng)(1a；1Aa；1b；1c；1d；1e)包括用于將所述聲波轉(zhuǎn)換為所述中間原聲信號(S5；S5a；S5b；S5e)的原聲換能器單元(10；10A/10C)，其特征在于還包括外殼(30a；30Aa；30b)，具有內(nèi)部空間，并且被形成有允許所述聲波進(jìn)入所述內(nèi)部空間的音孔(34a；34Aa；34bA，34bB，34bC，34bD)，并且其特征在于所述原聲換能器單元(10；10A/10C)包括多個原聲換能器(11A，11B，11C，11D；11A’，11C’)，所述多個原聲換能器(11A，11B，11C，11D；11A’，11C’)被容納在所述內(nèi)部空間中，具有彼此不同的靈敏度的各個值和彼此不同的所述聲波的飽和聲壓的各個值，分別將所述聲波轉(zhuǎn)換為所述多個中間原聲信號(S1，S2，S3，S4，DS1，DS2，DS3，DS4)，并且向所述信號處理器(20a；20Aa；20b)提供所述多個中間原聲信號(S1，S2，S3，S4，DS1，DS2，DS3，DS4)。
2、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述信號處理器(20a; 20Aa; 20b)與所述多個原聲換能器(llA， 11B, IIC， 11D; 11A，， IIC，)一起被容納 在所述內(nèi)部空間中。
3、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述信號處理器(20a; 20Aa; 20b)包括復(fù)合控制器(22a/22b/22c/22d/22E/22f， 222， 223a/223b, 224, 225),基 于所述聲波的聲壓的當(dāng)前值而從所述多個中間原聲信號(Sl, S2, S3， S4, DS1， DS2, DS3， DS4)中選擇至少一個最佳原聲信號(DS1/DS2/DS3/DS4), 并且根據(jù)所迷聲壓的所述當(dāng)前值來改變所述至少一個最佳原聲信號(DS1， DS2, DS3, DS4)，以及復(fù)合器(22a/22b/22c/22d/22E/22f， 226aA, 226aB， 226aC/226bA, 226bB,226bC)，連接到所述復(fù)合控制器(22a/22b/22c/22d/22E/22f, 222, 223a/223b， 224， 225),并根據(jù)所述至少一個最佳原聲信號(DS1/DS2/DS3/DS4)而產(chǎn)生所 述復(fù)合原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e)。
4、 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述復(fù)合控制器 (22a/22b/22c/22d/22E/22f， 222, 223a/223b, 224， 225)包括選擇器(22a/22b/22c/22d/22E/22f， 222, 223a/223b, 224),在除了所述飽 和聲壓的值(THA(PA)， THB(PB), THC(PC))的鄰域之外的聲壓范圍中，選擇 所述多個中間原聲信號(S1， S2, S3, S4， DS1, DS2， DS3， DS4)中的一個 作為所述至少一個最佳原聲信號(DS 1/DS2/DS3/DS4),并且在所述飽和聲壓的 所述值(THA(PA), THB(PB)， THC(PC))的所述郊域中，選擇超過一個的中間 原聲信號(Sl, S2, S3, S4， DS1， DS2, DS3, DS4)作為所述至少一個最佳 原聲信號(DS1/DS2/DS3/DS4),以及確定器(22a/22b/22c/22d/22E/22f , 225)， 連接到所述選擇器 (22a/22b/22c/22d/22E/22f, 222 , 223a/223b , 224)，并且向所述復(fù)合器 (22a/22b/22c/22d/22E/22f, 226aA, 226aB, 226aC/226bA， 226bB, 226bC)提 供用于將所述超過一個的最佳原聲信號(DS1/DS2/DS3/DS4)合并為所述復(fù)合 原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e)的參數(shù)。
5、 如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中當(dāng)發(fā)現(xiàn)所述聲壓的所述當(dāng)前 值在所述飽和聲壓的所述值(THA(PA)， THB(PB), THC(PC))的所述鄰域中時， 所述參數(shù)使得所述復(fù)合器(22a/22b/22c/22d/22E/22f ， 226aA , 226aB ， 226aC/226bA, 226bB, 226bC)通過衰落技術(shù)而將所述超過一個的最佳原聲信 號(DS1/DS2/DS3/DS4)合并為所述復(fù)合原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e)。
6 、如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述復(fù)合器 (22a/22b/22c/22d/22E/22f， 226aA, 226aB, 226aC/226bA, 226bB, 226bC)包 括標(biāo)準(zhǔn)化單元(22a/22b/22c/22d/22E/22f ,226aA/226aB/226aC ; 226bA/226bB/226bC),基于所述靈敏度的所述值，相對于所述多個中間原聲 信號中的充當(dāng)參考信號的 一個中間原聲信號(DS4)來標(biāo)準(zhǔn)化所述中間原聲信 號(DS1/DS2/DS3/DS4),以及合并單元(22a/22b/22c/22d/22E/22f， 227a/227b/230)，在除了所述飽和聲 壓的值(THA(PA), THB(PB), THC(PC》的鄰域之外的聲壓范圍中，從標(biāo)準(zhǔn)化的中間原聲信號中的一個產(chǎn)生所述復(fù)合原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e),并且 在所述飽和聲壓的所述值(THA(PA)， THB(PB), THC(PC))的所述鄰域中，從 超過一個的標(biāo)準(zhǔn)化的中間原聲信號產(chǎn)生所述復(fù)合原聲信號(S5; S5a; S5b; S5e)。
7、 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述合并單元將所述標(biāo)準(zhǔn)化 的中間原聲信號(DSl/DS2/DS3)的值加(22b/22c， 227b/227c)到所述參考信號 (DS4)的值上以確定總和，并且將所述總和除以所述中間原聲信號 (DS1/DS2/DS3/DS4)的數(shù)目，以便確定所述復(fù)合原聲信號(S5a， S5b)的當(dāng)前值。
8、 如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述標(biāo)準(zhǔn)化單元(22d， 226bA/226bB/226bC)還基于所述參考信號(DS4)的值和除了所述參考信號 (DS4)之外的標(biāo)準(zhǔn)化的中間原聲信號(DS1/DS2/DS3)的值來執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化。
9、 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述信號處理器還包括賦予 器(22E， 232， 233A/233B/233C/233D, 234),所述賦予器(22E, 232, 233A/233B/233C/233D， 234)向所述復(fù)合原聲信號(S5e)賦予方向性。
10、 如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述賦予器包括 方向性控制單元(22E, 232)，確定參與從特定方向(DR)傳播的聲波的所述方向性的賦予的所述多個原聲換能器(11A, 11B, IIC， IID)中的超過一個 的原聲換能器，并且計算直到所述聲波到達(dá)除了所述多個原聲換能器中的充 當(dāng)參考換能器的一個原聲換能器以外的、所述多個原聲換能器(11A, 11B, IIC， IID)中的所述超過一個的原聲換能器為止多消耗的延遲時間量，延遲單元(22E, 233A/233B/233C/233D),連接到所述方向性控制單元 (22E， 232),并且將所述延遲時間量引入所述中間原聲信號(DS1， DS2， DS3， DS4)的傳播中，以便使得所述聲波同時到達(dá)所蜂多個原聲換能器(11A， IIB， IIC， IID)中的所述超過一個的原聲換能器，以及強(qiáng)化單元(22E, 234),連接到所述方向性控制單元(22E, 232)和所述延遲 單元(22E, 233A/233B/233C/233D),并且對經(jīng)延遲的中間原聲信號執(zhí)行計算 以強(qiáng)化在所述特定方向(DR)上傳播的聲波。
11、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述多個原聲換能器(11A, IIB， IIC， 11D; IIA，， 11C，)是具有靜止電極(16)和與所述靜止電極(16)隔開 的振動電極(15)的類型，并且通過所述靜止電極(16)和所述振動電極(15)之間 的電容變化來使得所述聲波被轉(zhuǎn)換為所述中間原聲信號(S1， S2, S3, S4)。
12、 如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中在單個半導(dǎo)體芯片(10)上 制造所述多個原聲換能器(11A， IIB，1C， IID)。
13、 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中與另一半導(dǎo)體芯片一起封 裝所述單個半導(dǎo)體芯片(10),在所述另 一半導(dǎo)體芯片上制造了所述信號處理器 (22a， Sl到S37)。
14、 如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，其中所述多個原聲換能器(11A, 11B, IIC， 11D; 11A，， 11C，)的振動電極(15)在尺寸上彼此不同，以便使得 所述靈敏度的所述值彼此不同。
15、 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體麥克風(fēng)，還包括與所述多個原聲換能器 (IIA， 11B, IIC， 11D)相關(guān)聯(lián)地提供的至少一個均衡器(250a， 250b, 250c， 250d)，用于補(bǔ)償所述多個原聲換能器的聲音-信號轉(zhuǎn)換特性的失真。
16、 一種用于將聲波轉(zhuǎn)換為復(fù)合原聲信號的半導(dǎo)體麥克風(fēng)(le)，包括 外殼(30b)，具有內(nèi)部空間；多個原聲換能器(11A， 11B, IIC， 11D),被提供于所述內(nèi)部空間中，并 且將所述聲波轉(zhuǎn)換為多個中間原聲信號；以及信號處理器(20b),連接到所述多個原聲換能器(11A, 11B, 11C, 11D),用于產(chǎn)生復(fù)合原聲信號， 其特征在于還包括分隔壁結(jié)構(gòu)(36, 37， 38)，被提供于所述內(nèi)部空間中，以便將所述內(nèi)部 空間劃分為多個隔間，所述多個隔間通過在所述外殼(30b)中形成的多個音孔 (34bA, 34bB, 34bC, 34bD)而選擇性地向所述外殼(30b)的外部開放，并且其特征在于所述信號處理器具有賦予器(23)，其將延遲引入到所述多個中間原聲信 號中的所選的一些中間原聲信號中以便產(chǎn)生延遲原聲信號，并且從所述延遲 原聲信號形成所述復(fù)合原聲信號，由此對所述半導(dǎo)體麥克風(fēng)給出方向性。
全文摘要
一種硅麥克風(fēng)包括其上集成了四個原聲換能器(11A，11B，11C，11D)的硅麥克風(fēng)裝置(10)、集成電路裝置(20a)、以及用于在其中限定的內(nèi)部空間中容納這些裝置(10，20a)的包裝(30a)，并且四個原聲換能器具有不同的靈敏度值，因此具有不同的動態(tài)范圍值；模擬原聲信號(S1，S2，S3，S4)被從四個原聲換能器(11A，11B，11C，11D)提供到集成電路裝置(20a)并被轉(zhuǎn)換為數(shù)字原聲信號(DS1，DS2，DS3，DS4)；相對于從具有最低靈敏度的原聲換能器(11D)輸出的數(shù)字原聲信號(S4)來標(biāo)準(zhǔn)化從具有相對高靈敏度的原聲換能器(11A，11B，11C)輸出的數(shù)字原聲信號(S1，S2，S3)，并且根據(jù)聲波的聲壓而將標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字原聲信號選擇性地形成為復(fù)合原聲信號(S5)，使得擴(kuò)展動態(tài)范圍而不犧牲低聲壓范圍中的高靈敏度。
文檔編號H04R19/04GK101257738SQ20081008201
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月26日
發(fā)明者吉村克二, 大村昌良, 平出誠治, 鳥居順?biāo)?申請人:雅馬哈株式會社