具有增強的聲功率的數字聲學裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及具有增強的聲功率的數字聲學裝置，例如數字揚聲器或光聲成像裝 置。
【背景技術】
[0002] 揚聲器可見于許多設備(諸如移動電話、平面銀幕等）中，并且期望使這些設備中 的揚聲器微型化。MEMS技術使得有可能得到超細揚聲器(haut-parleurs ultrafins)。
[0003] MEMS技術特別地適于制造數字揚聲器，為此，模擬揚聲器中的大膜片被多個單元 膜片所替代，或更通常地被多個小尺寸的超細聲學換能器(被稱為聲使能器(speakles))所 替代，從而使得聲音能夠被重建。
[0004]在數字揚聲器的情況中，根據待重建的聲音分別在高位或低位驅動每個聲使能 器。
[0005] 然而，數字揚聲器提供的聲級很低。
[0006] 已經提出了用于增強擴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量塊的膜片的擴音器，該質量塊的作用為減小膜片的共振頻率并因此 增強聲壓。US 2011/0051985描述了一種包括適配有活塞的膜片的數字擴音器，活塞被固定 至膜片。

【發(fā)明內容】

[0007] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種數字聲學裝置，例如具有增強的聲功率的揚聲 器。
[0008] 上述目的可以通過數字聲學裝置來實現，該數字聲學裝置包括:至少一個懸置膜 片；與所述膜片相關聯的至少一個致動器以使得膜片上下運動；以及用于中斷膜片的運動 進而激活與膜片相關聯的致動器的機構。中斷機構的尺寸被確定為使得當膜片具有非零速 度時中斷膜片的運動。
[0009] 優(yōu)選地，由于停止使用相關聯的致動器，因此向上或向下運動的速度為膜片所能 具有的最大速度或基本上最大的速度。膜片的減速越大，由膜片運動所生成的聲壓越大。
[0010] 換言之，在根據本發(fā)明所述的數字聲學裝置中，優(yōu)選地當膜片具有較高的速度或 甚至最大速度時，膜片的運動被有意地中斷，以致膜片的速度驟減并因此生成了較高的聲 壓。因此，制動部件的尺寸被確定為使得在膜片達到其行程極限之前中斷膜片的運動。 [0011]有利地，用于在膜片運動期間制動膜片的機構由與膜片相對的基底來承載。該機 構形成了從基底朝向膜片伸出的一個或多個元件，并且元件的尺寸被確定為當膜片具有非 零速度(優(yōu)選地為高速，更優(yōu)選地為最大速度)時使得元件與膜片接觸。優(yōu)選地，一個或多個 制動部件的自由端與靜止狀態(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，在膜片運行期間用于制動膜片的機構由膜片承載，該機構形成了一個或 多個伸出元件，并且尺寸被確定為當膜片具有非零速度(優(yōu)選地為高速，更優(yōu)選地為最大速 度)時使得伸出元件與基底接觸。優(yōu)選地，當膜片靜止時，一個或多個制動部件的自由端與 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] 數字聲學裝置可以是數字揚聲器或光聲成像系統。
[0014] 因此本發(fā)明的主題為一種數字聲學裝置，其包括面對支承件的至少一個懸置膜片 以及與所述膜片相關聯的至少一個致動器，相關聯的所述致動器用于使所述膜片遠離和/ 或接近所述支承件，所述裝置還包括制動機構，該制動機構用于當所述膜片具有非零速度 時中斷所述膜片的運動進而激活所述致動器，制動機構的尺寸被確定為使得當膜片的運動 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%時中 斷所述膜片的運動。
[0015] 優(yōu)選地，制動機構的尺寸被確定為使得當膜片的運動距離在膜片的理論最大行程 的50 %到60 %之間時中斷膜片的運動。
[0016] 有利地，制動機構的尺寸被確定為使得當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%)運動時中斷膜片的運動。
[0017] 制動機構可以包括至少一個制動部件，所述至少一個制動部件從支承件朝向膜片 伸出和/或從膜片朝向支承件伸出，并且所述至少一個制動部件具有自由端，該自由端與靜 止狀態(tài)下的膜片和/或支承件之間由非零距離隔開。
[0018] 制動部件可以被定位成面向膜片中心區(qū)域相對的區(qū)域，或可以被固定在膜片的中 心區(qū)域中。
[0019] 有利地，將制動部件的自由端與膜片隔開的距離或將制動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，數字聲學裝置包括多個制動部件。
[0021] 優(yōu)選地，制動部件所分布的區(qū)域對應的表面積介于膜片表面積的10%到50%之 間。
[0022] 在一個示例性實施例中，數字聲學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供氣態(tài)流體流動的通道，以減小粘滯阻尼。該通道可以形成 于兩個制動部件之間。
[0023] 例如，一個或多個制動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] -個或多個制動部件可以與支承件和/或膜片形成為一體。
[0025] 根據另一個特征，一個或多個制動部件由附著在基底和/或膜片上的一層或多層 材料形成。
[0026] 致動器可以由膜片承載并且面對制動部件的自由端，所述裝置包括沉積在致動器 上的保護層以致防止該致動器與制動部件的自由端接觸。
[0027] 至少一個致動器可以由壓電致動器形成。
[0028] 數字聲學裝置可以包括與膜片接觸的第一致動器以及與膜片接觸的第二致動器， 第一致動器用于沿第一方向對膜片施加壓力，第二致動器用于沿與第一方向相反的第二方 向對膜片施加壓力。
[0029] 第一致動器和第二致動器包括鐵電壓電材料，第一致動器和每個第二致動器中的 每個用于使膜片沿著相反的方向發(fā)生形變。
[0030] 在一個示例性實施例中，第一致動器限定膜片的外緣，并且第二致動器基本位于 膜片的中心區(qū)域中。
[0031] 數字聲學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所述膜片 的相反側，第二支承件包括制動機構，該制動機構用于中斷膜片的運動進而激活第二致動 器。
[0032] 優(yōu)選地，數字聲學裝置包括多個膜片以及與多個膜片中的每個相關聯的多個致動 器。
[0033] 本發(fā)明的另一個主題還可以是一種用于制作根據本發(fā)明所述的數字聲學裝置的 方法，
[0034] a)制作膜片和致動器；
[0035] b)在支承件和/或膜片上制作制動機構；
[0036] c)將膜片和致動器與支承件進行組裝，以使得當膜片靜止時，制動機構與膜片之 間和/或制動機構與支承件之間分別以給定的距離相對。
[0037] 還可以有利地在支承件與致動器之間同時制作制動部件和致動器的至少一個電 連接件。
[0038] 在一個示例性實施例中，在制作制動部件和電連接件之前，可以先制作導電線，之 后在所述導電線路上形成電連接件，以使得導電線連接件的組件的高度大于制動部件的高 度。
[0039] 在另一個示例性實施例中，在制作制動部件之前，在支承件上用于形成制動部件 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部件的組件 的高度。
[0040] 例如通過刻蝕將制動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)來實現支承件與膜片的組裝。
[0042]有利地通過微電子技術來實現步驟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)明數字揚聲器的適配有致動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)的側視圖；
[0046] 圖2是根據本發(fā)明的揚聲器的示例性實施例的側視圖；
[0047] 圖3是根據本發(fā)明的揚聲器的另一個示例性實施例的側視圖；
[0048]圖4是現有技術系統的膜片加速度和根據本發(fā)明的揚聲器的膜片加速度隨時間變 化的圖形表示；
[0049]圖5A到圖5R是用于制造根據示例性實施例的揚聲器的膜片和致動器的步驟的示 意圖；
[0050] 圖6A到圖6D是用于制造根據示例性實施例的本發(fā)明的適配有制動機構的支承件 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是用于制造根據另一個不例性實施例的本發(fā)明的適配有制動機構的 支承件的步驟的示意圖；
[0053] 圖9是包括有與膜片的每個面相對的制動機構的揚聲器示意圖。
【具體實施方式】
[0054] 在以下描述中，將就數字揚聲器來對本發(fā)明進行描述，但將要理解的是，本發(fā)明也 涉及光聲成像系統，并且更一般地涉及數字聲學裝置。
[0055] 數字揚聲器包括多個聲學換能器或單獨受控的聲使能器。根據空氣中聲使能器的 基本聲音的相加性原理(le principe de l'additivitg)來對待重現的聲音進行重建。在 以下描述中，將考慮包括一個聲使能器的基本揚聲器。
[0056] 在圖1A到1C以及圖2中，可以看到一種具有壓電致動的特別優(yōu)越的示例性基本揚 聲器。在圖1A到1C中，僅示出了膜片和致動器。在圖2中，包括圓盤形膜片2的數字揚聲器懸 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。