[发明专利]一种硅微电容麦克风的优化方法

摘要

一种硅微电容麦克风的优化方法，包括如下步骤1)根据优化目标构建目标函数；2)选取初始点m0＝(r0,b0)，用k表示迭代的次数，设定算法误差精度；3)利用麦克风仿真及公式，得出该点的灵敏度曲线，并计算出该点的目标函数值Jk；4)求解J在mk处的方向导数在rk附近选取一个值rk′，保持bk不变，仿真求出它的灵敏度曲线，并计算出Jk′，并利用公式求出目标函数J在rk处的对r偏导数；同样方法求得目标函数J在b0处对b偏导数；5)在梯度dk方向上寻找下一个点mk+1＝(rk+1,bk+1)＝mk‑αkdk，αk为最优步长，使得目标函数Jk+1最小；6)判断|mk+1‑mk|是否趋于0，如果不是，则将mk+1重新代入步骤2)，令k＝k+1，进行迭代计算；如果是，则迭代停止，最优值m*＝mk+1。本发明使麦克风在满足工作频率的条件下具有较高的灵敏度，还可大量减少麦克风开发时间。

主权项

一种硅微电容麦克风的优化方法，其特征在于：所述优化方法包括以下步骤：1)、根据优化目标，构建目标函数其中，W1和W2为权系数，W1为负值，W2为正值，S(r,b)为灵敏度，灵敏度是关于圆形振膜半径r和声学孔距离b的函数，k(f,r,b)为频率响应曲线在频率f处的斜率，麦克风的频率响应曲线也是关于圆形振膜半径r和声学孔距离b的函数；而表示20Hz‑20kHz之间对麦克风灵敏度曲线斜率的绝对值进行积分后的值；2)、选取初始点m0＝(r0,b0)，r0和b0分别为初始点的振膜半径和声学孔距离，用k表示迭代的次数，对于初始点，令k＝0，设定算法误差精度ε＝0.001；3)、利用麦克风仿真及公式，得出该点的灵敏度曲线，并计算出该点的目标函数值Jk；4)、求解J在mk处的方向导数mk为第k次迭代后的点，rk和bk分别为第k次迭代后的点的振膜半径和声学孔距离，在rk附近选取一个值r′k，保持bk不变，仿真求出它的灵敏度曲线，并计算出Jk′，然后利用公式求出目标函数J在rk处的对r偏导数；同样方法求得目标函数J在bk处对b偏导数；5)、在梯度dk方向上寻找下一个点mk+1＝(rk+1,bk+1)＝mk‑αkdk，其中，rk+1为下一点的振膜半径，bk+1为下一点的声学孔间距，αk为最优步长，使得目标函数Jk+1最小，分两步实现：5.1)选取目标函数最小值时αk存在的范围，选择步长h，将α按步长h从0开始增加，α＝0,h,2h,…,nh；当α＝0时，它所对应的目标函数为上一步中求出的目标函数值Jk；接着令α＝h，计算出目标函数值Jh；将Jh与Jk相比较，它有两种结果，第一种结果：如果Jh＞Jk，而目标函数在α∈(0,+∞)区间内存在最小值，且最开始一段为减函数，因此使得目标函数得到最小值区间为αk∈[0,h]；第二种结果：如果Jh＜Jk，则令α＝2h，计算J2h的值，并与Jh相比较，这时会有两种结果：(1)如果J2h＞Jh，则目标函数值在0、h和2h三点处形成大‑小‑大形式，则说明αk∈[0,2h]；(2)如果J2h＜Jh，则继续增加步长h，直到使得J(i+1)h＞Jih，使得在目标函数的值在(i‑1)h、ih和(i+1)h三个点处形成大‑小‑大的形式，则说明最小值区间为αk∈[(i‑1)h,(i+1)h]；5.2)上一步求解出了αk的区间范围，将它记为αk∈[αmin,αmax]，在这个范围内利用二分法寻找；6)、求出mk+1之后，判断|mk+1‑mk|是否趋于0，如果不是，则将mk+1重新代入步骤2)，令k＝k+1，进行迭代计算；如果是，则迭代停止，最优值m*＝mk+1。