具有增強(qiáng)的聲功率的數(shù)字聲學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有增強(qiáng)的聲功率的數(shù)字聲學(xué)裝置，例如數(shù)字揚(yáng)聲器或光聲成像裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 揚(yáng)聲器可見于許多設(shè)備(諸如移動(dòng)電話、平面銀幕等）中，并且期望使這些設(shè)備中 的揚(yáng)聲器微型化。MEMS技術(shù)使得有可能得到超細(xì)揚(yáng)聲器(haut-parleurs ultrafins)。
[0003] MEMS技術(shù)特別地適于制造數(shù)字揚(yáng)聲器，為此，模擬揚(yáng)聲器中的大膜片被多個(gè)單元 膜片所替代，或更通常地被多個(gè)小尺寸的超細(xì)聲學(xué)換能器(被稱為聲使能器(speakles))所 替代，從而使得聲音能夠被重建。
[0004]在數(shù)字揚(yáng)聲器的情況中，根據(jù)待重建的聲音分別在高位或低位驅(qū)動(dòng)每個(gè)聲使能 器。
[0005] 然而，數(shù)字揚(yáng)聲器提供的聲級(jí)很低。
[0006] 已經(jīng)提出了用于增強(qiáng)擴(kuò)音器的聲壓的解決方法。例如，US 2011/0075867描述了一 種包括中心適配有質(zhì)量塊的膜片的擴(kuò)音器，該質(zhì)量塊的作用為減小膜片的共振頻率并因此 增強(qiáng)聲壓。US 2011/0051985描述了一種包括適配有活塞的膜片的數(shù)字?jǐn)U音器，活塞被固定 至膜片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字聲學(xué)裝置，例如具有增強(qiáng)的聲功率的揚(yáng)聲 器。
[0008] 上述目的可以通過數(shù)字聲學(xué)裝置來實(shí)現(xiàn)，該數(shù)字聲學(xué)裝置包括:至少一個(gè)懸置膜 片；與所述膜片相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)致動(dòng)器以使得膜片上下運(yùn)動(dòng)；以及用于中斷膜片的運(yùn)動(dòng) 進(jìn)而激活與膜片相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器的機(jī)構(gòu)。中斷機(jī)構(gòu)的尺寸被確定為使得當(dāng)膜片具有非零速 度時(shí)中斷膜片的運(yùn)動(dòng)。
[0009] 優(yōu)選地，由于停止使用相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器，因此向上或向下運(yùn)動(dòng)的速度為膜片所能 具有的最大速度或基本上最大的速度。膜片的減速越大，由膜片運(yùn)動(dòng)所生成的聲壓越大。
[0010] 換言之，在根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)字聲學(xué)裝置中，優(yōu)選地當(dāng)膜片具有較高的速度或 甚至最大速度時(shí)，膜片的運(yùn)動(dòng)被有意地中斷，以致膜片的速度驟減并因此生成了較高的聲 壓。因此，制動(dòng)部件的尺寸被確定為使得在膜片達(dá)到其行程極限之前中斷膜片的運(yùn)動(dòng)。 [0011]有利地，用于在膜片運(yùn)動(dòng)期間制動(dòng)膜片的機(jī)構(gòu)由與膜片相對(duì)的基底來承載。該機(jī) 構(gòu)形成了從基底朝向膜片伸出的一個(gè)或多個(gè)元件，并且元件的尺寸被確定為當(dāng)膜片具有非 零速度(優(yōu)選地為高速，更優(yōu)選地為最大速度)時(shí)使得元件與膜片接觸。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè) 制動(dòng)部件的自由端與靜止?fàn)顟B(tài)下的膜片之間的距離在膜片的理論最大行程的50%到75% 之間。
[0012]有利地，在膜片運(yùn)行期間用于制動(dòng)膜片的機(jī)構(gòu)由膜片承載，該機(jī)構(gòu)形成了一個(gè)或 多個(gè)伸出元件，并且尺寸被確定為當(dāng)膜片具有非零速度(優(yōu)選地為高速，更優(yōu)選地為最大速 度)時(shí)使得伸出元件與基底接觸。優(yōu)選地，當(dāng)膜片靜止時(shí)，一個(gè)或多個(gè)制動(dòng)部件的自由端與 支承件之間的距離為膜片的理論最大行程的50%到75%之間。
[0013] 數(shù)字聲學(xué)裝置可以是數(shù)字揚(yáng)聲器或光聲成像系統(tǒng)。
[0014] 因此本發(fā)明的主題為一種數(shù)字聲學(xué)裝置，其包括面對(duì)支承件的至少一個(gè)懸置膜片 以及與所述膜片相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)致動(dòng)器，相關(guān)聯(lián)的所述致動(dòng)器用于使所述膜片遠(yuǎn)離和/ 或接近所述支承件，所述裝置還包括制動(dòng)機(jī)構(gòu)，該制動(dòng)機(jī)構(gòu)用于當(dāng)所述膜片具有非零速度 時(shí)中斷所述膜片的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而激活所述致動(dòng)器，制動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸被確定為使得當(dāng)膜片的運(yùn)動(dòng) 大于或等于膜片的理論最大行程的50%并且小于或等于膜片的理論最大行程的75%時(shí)中 斷所述膜片的運(yùn)動(dòng)。
[0015] 優(yōu)選地，制動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸被確定為使得當(dāng)膜片的運(yùn)動(dòng)距離在膜片的理論最大行程 的50 %到60 %之間時(shí)中斷膜片的運(yùn)動(dòng)。
[0016] 有利地，制動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸被確定為使得當(dāng)膜片以其最大速度或接近其最大速度的 速度(即大于或等于最大速度的75%)運(yùn)動(dòng)時(shí)中斷膜片的運(yùn)動(dòng)。
[0017] 制動(dòng)機(jī)構(gòu)可以包括至少一個(gè)制動(dòng)部件，所述至少一個(gè)制動(dòng)部件從支承件朝向膜片 伸出和/或從膜片朝向支承件伸出，并且所述至少一個(gè)制動(dòng)部件具有自由端，該自由端與靜 止?fàn)顟B(tài)下的膜片和/或支承件之間由非零距離隔開。
[0018] 制動(dòng)部件可以被定位成面向膜片中心區(qū)域相對(duì)的區(qū)域，或可以被固定在膜片的中 心區(qū)域中。
[0019] 有利地，將制動(dòng)部件的自由端與膜片隔開的距離或?qū)⒅苿?dòng)部件的自由端與支承件 隔開的距離介于膜片的理論最大行程的50%到75%之間。
[0020] 有利地，數(shù)字聲學(xué)裝置包括多個(gè)制動(dòng)部件。
[0021] 優(yōu)選地，制動(dòng)部件所分布的區(qū)域?qū)?yīng)的表面積介于膜片表面積的10%到50%之 間。
[0022] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，數(shù)字聲學(xué)裝置在膜片與支承件之間包含有氣態(tài)流體，該 裝置的支承件中包括至少一個(gè)供氣態(tài)流體流動(dòng)的通道，以減小粘滯阻尼。該通道可以形成 于兩個(gè)制動(dòng)部件之間。
[0023] 例如，一個(gè)或多個(gè)制動(dòng)部件為具有圓形截面、正方形截面、橢圓形截面或梯形截面 的柱體。
[0024] -個(gè)或多個(gè)制動(dòng)部件可以與支承件和/或膜片形成為一體。
[0025] 根據(jù)另一個(gè)特征，一個(gè)或多個(gè)制動(dòng)部件由附著在基底和/或膜片上的一層或多層 材料形成。
[0026] 致動(dòng)器可以由膜片承載并且面對(duì)制動(dòng)部件的自由端，所述裝置包括沉積在致動(dòng)器 上的保護(hù)層以致防止該致動(dòng)器與制動(dòng)部件的自由端接觸。
[0027] 至少一個(gè)致動(dòng)器可以由壓電致動(dòng)器形成。
[0028] 數(shù)字聲學(xué)裝置可以包括與膜片接觸的第一致動(dòng)器以及與膜片接觸的第二致動(dòng)器， 第一致動(dòng)器用于沿第一方向?qū)δて┘訅毫?，第二致?dòng)器用于沿與第一方向相反的第二方 向?qū)δて┘訅毫Α?br>[0029] 第一致動(dòng)器和第二致動(dòng)器包括鐵電壓電材料，第一致動(dòng)器和每個(gè)第二致動(dòng)器中的 每個(gè)用于使膜片沿著相反的方向發(fā)生形變。
[0030] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一致動(dòng)器限定膜片的外緣，并且第二致動(dòng)器基本位于 膜片的中心區(qū)域中。
[0031] 數(shù)字聲學(xué)裝置可以包括第二支承件，所述第二支承件與第一支承件面對(duì)所述膜片 的相反側(cè)，第二支承件包括制動(dòng)機(jī)構(gòu)，該制動(dòng)機(jī)構(gòu)用于中斷膜片的運(yùn)動(dòng)進(jìn)而激活第二致動(dòng) 器。
[0032] 優(yōu)選地，數(shù)字聲學(xué)裝置包括多個(gè)膜片以及與多個(gè)膜片中的每個(gè)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)致動(dòng) 器。
[0033] 本發(fā)明的另一個(gè)主題還可以是一種用于制作根據(jù)本發(fā)明所述的數(shù)字聲學(xué)裝置的 方法，
[0034] a)制作膜片和致動(dòng)器；
[0035] b)在支承件和/或膜片上制作制動(dòng)機(jī)構(gòu)；
[0036] c)將膜片和致動(dòng)器與支承件進(jìn)行組裝，以使得當(dāng)膜片靜止時(shí)，制動(dòng)機(jī)構(gòu)與膜片之 間和/或制動(dòng)機(jī)構(gòu)與支承件之間分別以給定的距離相對(duì)。
[0037] 還可以有利地在支承件與致動(dòng)器之間同時(shí)制作制動(dòng)部件和致動(dòng)器的至少一個(gè)電 連接件。
[0038] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，在制作制動(dòng)部件和電連接件之前，可以先制作導(dǎo)電線，之 后在所述導(dǎo)電線路上形成電連接件，以使得導(dǎo)電線連接件的組件的高度大于制動(dòng)部件的高 度。
[0039] 在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，在制作制動(dòng)部件之前，在支承件上用于形成制動(dòng)部件 的區(qū)域中制作凹部，以使得支承件與電連接件的組件的高度大于支承件與制動(dòng)部件的組件 的高度。
[0040] 例如通過刻蝕將制動(dòng)部件制作在所述基底和/或膜片中。
[0041] 例如，通過熱壓和/或膠合(例如通過分子膠合)來實(shí)現(xiàn)支承件與膜片的組裝。
[0042]有利地通過微電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)步驟a)和b)。
【附圖說明】
[0043]通過以下描述和附圖，將能更好地理解本發(fā)明，附圖中：
[0044]圖1A是用于本發(fā)明數(shù)字揚(yáng)聲器的適配有致動(dòng)器的示例性膜片的俯視圖；
[0045] 圖1B和1C是圖1A中膜片的兩種不同狀態(tài)的側(cè)視圖；
[0046] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的揚(yáng)聲器的示例性實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0047] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的揚(yáng)聲器的另一個(gè)示例性實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0048]圖4是現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的膜片加速度和根據(jù)本發(fā)明的揚(yáng)聲器的膜片加速度隨時(shí)間變 化的圖形表示；
[0049]圖5A到圖5R是用于制造根據(jù)示例性實(shí)施例的揚(yáng)聲器的膜片和致動(dòng)器的步驟的示 意圖；
[0050] 圖6A到圖6D是用于制造根據(jù)示例性實(shí)施例的本發(fā)明的適配有制動(dòng)機(jī)構(gòu)的支承件 的步驟的示意圖；
[0051] 圖7是圖6A到圖6D的替代性方法的示意圖；.
[0052]圖8A到圖8C是用于制造根據(jù)另一個(gè)不例性實(shí)施例的本發(fā)明的適配有制動(dòng)機(jī)構(gòu)的 支承件的步驟的示意圖；
[0053] 圖9是包括有與膜片的每個(gè)面相對(duì)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)的揚(yáng)聲器示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 在以下描述中，將就數(shù)字揚(yáng)聲器來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，但將要理解的是，本發(fā)明也 涉及光聲成像系統(tǒng)，并且更一般地涉及數(shù)字聲學(xué)裝置。
[0055] 數(shù)字揚(yáng)聲器包括多個(gè)聲學(xué)換能器或單獨(dú)受控的聲使能器。根據(jù)空氣中聲使能器的 基本聲音的相加性原理(le principe de l'additivitg)來對(duì)待重現(xiàn)的聲音進(jìn)行重建。在 以下描述中，將考慮包括一個(gè)聲使能器的基本揚(yáng)聲器。
[0056] 在圖1A到1C以及圖2中，可以看到一種具有壓電致動(dòng)的特別優(yōu)越的示例性基本揚(yáng) 聲器。在圖1A到1C中，僅示出了膜片和致動(dòng)器。在圖2中，包括圓盤形膜片2的數(shù)字揚(yáng)聲器懸 置在支承件4上，可以看出壓電材料的環(huán)形部件6位于膜片2的上表面以及膜片2的外邊緣 上。