一种用于扫地机器人语音模组的防尘防水声学腔结构的制作方法

1.本实用新型涉及声学消费电子产品，特别涉及一种用于扫地机器人语音模组的防尘防水声学腔结构。


背景技术：

2.随着物联网时代的来临，智能家居的概念已被大众广泛接受。借助网络，红外等媒介，结合定时控制器、语音电话、智能摄像头、智能插座等智能设备，可以轻松实现对家用电器的远程控制，定时控制，集中控制，场景控制等多种智能控制。
3.智能扫地机器人是近年来接受度较高的一类智能家居产品，目前主流的扫地机器人已具备手机app智能控制功能，从手机端发送指令给扫地机器人，实现无接触控制；部分高端产品开始引入智能语音控制功能，可以实时接收语音并到指定位置清扫，提升使用便捷性。语音控制功能实现的首要技术是准确无误地接收语音指令，且在震动和环境噪声中减少出错率，声腔结构地设计非常关键。
4.因单一麦克风采集声音能力较弱，接收语音指令范围有限，有效距离短，空间范围小。由此出现搭配麦克风阵列语音模块的扫地机器人，可以实现环境噪音消除和声学定位等功能，进一步提升扫地机器人的智能水平。目前的麦克风声腔设计仅侧重机构装配的便利，未从声学角度考虑声腔对声音信号的影响，由此导致的不同麦克风之间声学信号的差异直接影响语音信号处理的复杂度和效果。
5.现有扫地机器人麦克风模组的防护性只有基本的防尘功能，未实现消费电子(耳机、手机、手表等)已有的防水功能，扫地机器人在实际工作中，极有可能出现液体进入声学通道，进而导致麦克风失效。另一方面，扫地机器人麦克风模组的常用防护材料是网纱，对微小颗粒物阻隔能力不足，长期工作在灰尘密集的环境，会出现麦克风性能下降或损坏。
6.扫地机器人的用到的麦克风阵列，其结构共同点是多个麦克风固定在同一个主板上，主板麦克风阵列组件通过螺丝与壳体固定。因固定受力不均匀会导致主板上不同麦克风的振膜变形程度不同，影响麦克风阵列声音信号的处理。


技术实现要素：

7.本实用新型目的是：提供一种用于扫地机器人语音模组的防尘防水声学腔结构，提升防尘防水能力的同时，减小插入声损，提升不同麦克风接收声音信号的一致性。
8.本实用新型的技术方案是：
9.一种用于扫地机器人语音模组的防尘防水声学腔结构，包括麦克风主板，麦克风主板上方固定麦克风，麦克风的外部设置有声腔密封件；声腔密封件上方设置防水透声膜；防水透声膜组件外侧设置麦克风模组壳体。
10.优选的，所述麦克风上端中部设置收音孔，对应的声腔密封件上侧中部开孔，对应的透声膜的中部为透声区，对应的麦克风模组壳体上侧中部开孔；透声区的周边部分的两侧分别通过双面胶与声腔密封件、麦克风模组壳体的非开孔区粘接。
11.优选的，所述透声膜与麦克风模组壳体的中部开孔之间形成前声腔；透声膜与声腔密封件的中部开孔、麦克风之间形成后声腔；所述前声腔、后声腔和透声膜的透声区，三者形成声学通道。
12.优选的，所述麦克风模组壳体的下端通过螺丝与麦克风主板固定；声腔密封件与麦克风压紧配合。
13.优选的，所述防尘防水透声膜为膨体聚四氟乙烯薄膜，能够阻隔直径大于1um的颗粒物；所述防尘防水透声膜厚度不超过10um，孔隙率大于90%，在透声区域孔径不小于1.5mm前提下，1khz插入声损小于1db。
14.优选的，所述声腔密封件8的上侧厚度不超过2mm，或者不超过1mm。
15.优选的，所述麦克风的收音孔面积为d1，声腔密封件上侧开孔压紧后面积为d2，透声膜的透声区面积为d3，麦克风模组壳体上侧开孔面积为d4，其中d1《 d2≤d4≤d3≤1.05*d4。
16.优选的，所述声学通道的形状，为圆形、多边形中的一种，优选中心对称的形状。
17.优选的，所述有声腔密封件为泡棉密封件或硅胶密封件；声腔密封件选用泡棉密封件时，双面胶选用亚克力系双面胶；有声腔密封件选用硅胶密封件时，双面胶选用硅胶系双面胶。
18.优选的，所述麦克风安装于麦克风主板下方，声腔密封件、防尘防水透声膜、麦克风模组壳体位于麦克风主板上方；麦克风的收音孔通过麦克风主板的过孔与声腔密封件8内腔相通，形成后声腔。
19.本实用新型的优点是：
20.1、本实用新型通过采用eptfe（膨体聚四氟乙烯）薄膜材料替换常用的涤纶材质的防尘网纱，将声学模组的防护性能大幅提升：eptfe薄膜材料孔径小于1um，约为水滴直径的1/10000，兼具防尘防水，其防护等级可以达到ip67。
21.2、本实用新型选用eptfe（膨体聚四氟乙烯）作为防水透声膜材料，其平均孔径范围0.1~1um，开孔率大于90%，厚度小于10um，在提升防尘防水能力的同时，1khz插入声损小于5db，或小于3db，或者小于1db。
22.3、实用新型针对常见不规则的声腔结构，通过调整结构件尺寸，设计直通式声腔或耳廓式声腔，整个声腔的插入声损小于5db，或小于3db，声腔的thd(谐波失真)低于10%。
23.4、针对不同类型的麦克风模组，选用适宜的密封材料，确保扫地机器人在正常工作中麦克风模组的稳定性，避免因震动引起声音信号衰减和失真。bottom形式麦克风模组优选硅胶材质的密封材料，如硅胶泡棉，top形式的麦克风模组优选泡棉作为密封材料。
24.5、通过调整密封材料的厚度，可以降低插入声损；针对直通式声腔，将poron泡棉的厚度从2mm减小至1mm，1khz插入声损降低2db。
25.6、每个模组单独固定，针对麦克风阵列，采用分版式麦克风模组，可避免不同麦克风在组装过程中因主板变形导致的芯片变形差异，提升声学fr一致性。
附图说明
26.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
27.图1为实施例1的top式防尘防水声学腔结构示意图；
28.图2为实施例1中声腔密封件使用poron泡棉相比eva泡棉的声音失真对比图；
29.图3为实施例1中声腔密封件上侧厚度分别为2mm、1mm的频率响应对比图；
30.图4为实施例2的bottom式防尘防水声学腔结构示意图；
31.图5为实施例1和2 的防尘防水声学腔结构的频率响应对比图；
32.图6为实施例3的耳廓式防尘防水声学腔结构示意图；
33.图7为实施例1和3的防尘防水声学腔结构的频率响应对比图。
具体实施方式
34.实施例1
35.如图1所示，本实施例的用于扫地机器人语音模组的防尘防水声学腔结构1，采用top式麦克风组件声学腔结构，包括麦克风主板3，麦克风主板3上方固定麦克风4，麦克风4与麦克风主板3组成麦克风组件11；麦克风4的外部设置有声腔密封件8；声腔密封件8上方设置透声膜7；透声膜组件外侧设置麦克风模组壳体2。
36.所述麦克风4上端中部设置收音孔5，对应的声腔密封件8上侧中部开孔，对应的透声膜7的中部为透声区9，对应的麦克风模组壳体2上侧中部开孔；透声区9的周边部分的两侧分别通过双面胶10与声腔密封件8、麦克风模组壳体2的非开孔区粘接。
37.所述透声膜7与麦克风模组壳体2的中部开孔之间形成前声腔12；透声膜7与声腔密封件8的中部开孔、麦克风4之间形成后声腔13；所述前声腔12、后声腔13和透声膜的透声区9，三者形成声学通道14。所述麦克风模组壳体2的下端通过螺丝6与麦克风主板3固定；声腔密封件8与麦克风4压紧配合。
38.所述透声膜7为膨体聚四氟乙烯膜eptfe，阻隔直径大于1um的颗粒物，可以完全阻隔水滴；透声膜7厚度不超过10um，孔隙率大于90%，插入声损小于1db，在有效防尘防水的同时，插入声损小于1db，不影响麦克风接收外界声音信号。选用eptfe材料的防水透声膜组件具备ip67防护等级，相比选用480目涤纶网纱材料的防护膜只有ip5x的防尘性能，不具备防水性能
39.所述麦克风4的收音孔5面积为d1，声腔密封件8上侧开孔压紧后面积为d2，透声膜7的透声区9面积为d3，麦克风模组壳体2上侧开孔面积为d4，其中d1《 d2≤d4≤d3≤1.05*d4。
40.本实施例的麦克风模组壳体2开孔大小d4与防水膜透声区9面积d3相当，声腔密封件8压缩后的开孔面积d2与麦克风模组壳体2开孔大小d4相同；以上三部分的开孔面积均大于麦克风4的收音孔5面积d1，且开孔面积越大，麦克风4的收音效果越好；麦克风模组壳体2的开孔、透声区9及声腔密封件8开孔大小基本相同，形成直通式的声学通道14，可以减小声音信号在声腔内的反射，提升麦克风4获取声音信号的信噪比。所述声学通道14的形状，根据结构设计需要可以是圆形，方形及其他形状，圆形的声学效果最佳。
41.所述声腔密封件8选用压缩量适中、材质均匀的材料，例如泡棉密封件或硅胶密封件；声腔密封件8选用泡棉密封件时，双面胶10选用亚克力系双面胶；有声腔密封件8选用硅胶密封件时，双面胶10选用硅胶系双面胶。
42.本实施例的声腔密封件8采用poron泡棉，如图2所示，相比eva泡棉，选用poron泡棉做密封件的声学腔的声音失真更小。eva泡棉thd大于30%，poron泡棉thd小于10%。
43.声腔密封件8的上侧部分，厚度尽可能小，以减小麦克风4收音孔5与壳体2的距离，进一步减小插入声损，同时降低声音信号失真。如图3所示，为声腔密封件8上侧部分的厚度分别为2mm、1mm的频率相应对比图。其中密封件厚度2mm：插入声损5db，信噪比42db；密封件厚度1mm：插入声损3db，信噪比44db。可见密封件的厚度减半，插入声损变小，麦克风接收到的声音信号信噪比更高。
44.实施例2
45.如图4所示，本实施例的用于扫地机器人语音模组的防尘防水声学腔结构1，采用bottom式麦克风组件声学腔结构，与实施例1的区别在于，所述麦克风4安装于麦克风主板3下方，声腔密封件8、透声膜7、麦克风模组壳体2位于麦克风主板3上方；麦克风4的收音孔5通过麦克风主板3的过孔与声腔密封件8内腔相通，形成后声腔13。
46.如图5所示，bottom形式的麦克风模组形成的声学腔更小，插入声损更小，信噪比更高。top式麦克风模组：插入声损5db，信噪比42db；bottom式麦克风模组：插入声损4db，信噪比49db。
47.实施例3
48.如图6所示，本实施例的用于扫地机器人语音模组的防尘防水声学腔结构1，采用耳廓式麦克风组件声学腔结构，与实施例1的区别在于，本实施例的麦克风模组壳体2开孔大小d4大于声腔密封件8压缩后的开孔面积d2，形成耳廓式声学通道。如图7所示，耳廓式声学腔的收音效果更佳，相同厚度的密封件，耳廓式声学腔麦克风接收到的声音信号比实施例1的直通式声学通道的麦克风的高2db。
49.以下总结本实用新型三个实施例方案和三个比较例的实验结果，表1为三个实施例、三个比较例的方案条件，表2为各实施例、比较例的防护效果及频率响应对比。
50.[0051][0052]
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。