CN106028243A - 微型扬声器声调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型扬声器声调制器。一种MEMS扬声器，其可包括：位于第一平面中的膜，其中膜可配置成以第一频率振荡，从而产生超声波声信号；以及可包括膜片和遮挡板的声调制器；其中膜片可位于第二平面中；其中遮挡板可位于第三平面中；其中第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离；以及其中声调制器可配置成(a)接收或产生遮挡板控制信号和膜片控制信号，以及(b)响应于遮挡板控制信号和膜片控制信号，调制超声波声信号，使得音频信号可产生。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求通过引用被并入本文的提交日期为2015年3月25日的美国临时专利序列号62/137835的优先权。
本公开的背景
本公开的领域
本公开涉及用于使用MEMS扬声器在移动设备上产生音频信号的技术。
本公开的背景
扬声器是产生声信号的设备。传统扬声器通常包括由在音频频率中的信号驱动(例如使用电磁驱动)的移动膜，代表需要由扬声器重现的实际音频信号。移动膜然后产生在与音频信号有关的气压中的局部变化。作为在气压中的这些局部变化的结果，声波被产生并通过空气传播，因而再现用于驱动膜的音频信号。对于直径为D的膜的给定位移d，所产生的波的声压随着频率f按比例调整为(Ddf)2。
因此，这样的扬声器的声压级(SPL)对按照因子10的频率的下降以40dB的速率随着频率而降低。由于这样的调整比例，传统扬声器需要大振膜以便产生低频声音。这个基本原理对例如在移动设备中使用的小尺寸扬声器的设计是一种限制。
在移动设备中使用的小扬声器的一种设计被称为微机电系统微型扬声器或(MEMS微型扬声器)并在专利US8861752中被描述。在微型扬声器中使用声压随着频率增加2次乘方的相同的调整比例。如在US8861752中描述的，膜在使用想要的音频信号调制的超声频率下振荡。声遮挡板然后用于阻挡和打开由振荡膜产生的超声波的空气流，因而调制了这个超声波。在与用于膜的中心频率相同的超声频率下操作遮挡板/调制器导致产生在相应于想要的音频信号的音频频率范围内的输出气压。
发明内容
根据本发明的实施方式，可提供MEMS扬声器，其可包括：位于第一平面中的膜，其中膜可配置成以第一频率振荡，从而产生超声波声信号；以及可包括膜片(blind)(穿孔薄板)和遮挡板(shutter)的声调制器；其中膜片可位于第二平面中；其中遮挡板可位于第三平面中；其中第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离；以及其中声调制器可配置成(a)接收或产生遮挡板控制信号和膜片控制信号，以及(b)响应于遮挡板控制信号和膜片控制信号，调制超声波声信号，使得可产生音频信号。
遮挡板控制信号和膜片控制信号可以相对于彼此是相移的。
遮挡板控制信号和膜片控制信号可以是反相的。
膜片可以是柔性的。
膜片和遮挡板可配置成在第一位置和第二位置之间振荡，在第一位置上，膜片密封遮挡板开口，而在第二位置上，膜片不密封遮挡板开口。
膜片和遮挡板可配置成在第一位置和第二位置之间振荡，在第一位置上，声调制器使超声波声信号按照第一衰减因子衰减，而在第二位置上，声调制器使超声波声信号按照不同于第一衰减因子的第二衰减因子衰减。
第一衰减因子和第二衰减因子之间的比的范围可在5db和10db之间或可具有任何其它值。
膜片和遮挡板可配置成以振荡频率振荡；其中振荡频率实质上等于遮挡板的谐振频率并实质上等于膜片的谐振频率。
当MEMS扬声器闲置时，遮挡板开口在膜片上的垂直投影不与膜片开口重叠。遮挡板控制信号和膜片控制信号一旦被提供到遮挡板和膜片，就可产生在遮挡板和膜片之间的交变式的静电力。
遮挡板和膜片中的每一个可包括可位于一对电极之间的压电层。
可以给膜馈送可具有超声频率并可由输入音频信号调制的膜控制信号；其中遮挡板控制信号和膜片控制信号可具有超声频率且可以不被输入音频信号调制。
根据本发明的实施方式，可提供可包括实质上相同的单元(cell)的阵列的设备；其中每个单元可包括膜、膜片和遮挡板；其中多个单元的多个膜可位于第一层中；其中多个单元的多个膜片可位于第二层中；其中多个单元的多个遮挡板可位于第三层中；其中第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离；其中单元阵列的给定MEMS单元可包括给定膜，该给定膜可配置成以第一频率振荡，从而产生给定超声波声信号；给定MEMS单元的给定膜片和给定遮挡板形成给定声调制器，该给定声调制器可配置成(a)接收给定遮挡板控制信号和给定膜片控制信号，以及(b)响应于给定遮挡板控制信号和给定膜片控制信号，调制给定超声波声信号，使得可产生给定音频信号。
根据本发明的实施方式，可提供MEMS扬声器，其可包括：位于第一平面中的膜，其中膜可配置成以第一频率振荡，从而产生超声波声信号；以及可包括膜片和遮挡板的声调制器；其中膜片可位于第二平面中；其中遮挡板可位于第三平面中；其中第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离；其中声调制器可配置成通过使膜片和遮挡板两者振荡来调制超声波声信号，以提供音频信号。
声调制器可配置成在遮挡板和膜片之间施加交变式的静电力。
声调制器可配置成在遮挡板和膜片上施加压电驱动。
根据本发明的实施方式，可提供用于操作MEMS扬声器的方法。MEMS扬声器可包括：位于第一平面中的膜，其中膜可配置成以第一频率振荡，从而产生超声波声信号；以及可包括膜片和遮挡板的声调制器；其中膜片可位于第二平面中；其中遮挡板可位于第三平面中；其中第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离。该方法可包括：(a)由声调制器接收或产生遮挡板控制信号和膜片控制信号，以及(b)响应于遮挡板控制信号和膜片控制信号，调制超声波声信号，使得可产生音频信号。
遮挡板控制信号和和膜片控制信号可以相对于彼此是相移的。
遮挡板控制信号和膜片控制信号可以是反相的。
膜片可以是柔性的。
该方法可包括使膜片和遮挡板在第一位置和第二位置之间振荡，在第一位置上，膜片密封遮挡板开口，而在第二位置上，膜片不密封遮挡板开口。
该方法可包括使膜片和遮挡板在第一位置和第二位置之间振荡，在第一位置上，声调制器使超声波声信号按照第一衰减因子衰减，而在第二位置上，声调制器使超声波声信号按照不同于第一衰减因子的第二衰减因子衰减。
第一衰减因子和第二衰减因子之间的比的范围可在5db和10db之间或可具有任何其它值。
该方法可包括使膜片和遮挡板以振荡频率振荡；其中振荡频率实质上等于遮挡板的谐振频率并实质上等于膜片的谐振频率。
当MEMS扬声器闲置时，遮挡板开口在膜片上的垂直投影不与膜片开口重叠。
该方法可包括提供遮挡板控制信号和膜片控制信号，从而在遮挡板和膜片之间产生交变式的静电力。
遮挡板和膜片中的每一个可包括可位于一对电极之间的压电层。
该方法可包括给膜馈送可具有超声频率并可由输入音频信号调制的膜控制信号。该方法可包括接收或产生具有超声频率且可以不被输入音频信号调制的遮挡板控制信号和膜片控制信号。
根据本发明的实施方式，可提供用于操作包括多个MEMS单元的设备的方法。每个单元可包括膜、膜片和遮挡板；其中多个MEMS单元的多个膜可位于第一层中；其中多个单元的多个膜片可位于第二层中；其中多个MEMS单元的多个遮挡板可位于第三层中；其中第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离。其中阵列中的多个单元的给定单元可包括给定膜，该给定膜可配置成以第一频率振荡，从而产生给定超声波声信号；给定单元的给定膜片和给定遮挡板形成给定声调制器。
其中对于阵列的每个给定MEMS单元，该方法可包括：(a)接收给定遮挡板控制信号和给定膜片控制信号，以及(b)响应于给定遮挡板控制信号和给定膜片控制信号，调制给定超声波声信号，使得可产生给定音频信号。
根据本发明的实施方式，可提供用于操作MEMS扬声器的方法。MEMS扬声器可包括：(a)位于第一平面中的膜，其中膜可配置成以第一频率振荡，从而产生超声波声信号；以及(b)可包括膜片和遮挡板的声调制器；其中膜片可位于第二平面中；其中遮挡板可位于第三平面中；其中第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离。
该方法可包括通过使膜片和遮挡板两者振荡来调制超声波声信号，以提供音频信号。
该方法可包括在遮挡板和膜片之间施加交变式的静电力。
该方法可包括在遮挡板和膜片上施加压电驱动。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的示例微型扬声器的方框示意图；
图2是根据本发明的实施方式的如图1所述的微型扬声器的机械结构的图；
图3A是根据本发明的实施方式的膜的设计的例子；
图3B是根据本发明的实施方式的示出膜的示例微型扬声器的机械组件的简图；
图3C是根据本发明的实施方式的膜片的设计的例子；
图3D是根据本发明的实施方式的示出膜片的示例微型扬声器的机械组件的简图；
图3E是根据本发明的实施方式的遮挡板的设计的例子；
图3F是根据本发明的实施方式的示出遮挡板的示例微型扬声器的机械组件的简图；
图4A表示根据本发明的实施方式的当遮挡板在其中性位置(neutralposition)上时的情况；
图4B描绘根据本发明的实施方式的当使遮挡板朝着膜片被压下时的状态；
图4C描绘根据本发明的实施方式的当使遮挡板移动而远离膜片时的状态；
图5A表示根据本发明的实施方式的当遮挡板和膜片在其中性位置上时的情况；
图5B描绘根据本发明的实施方式的当使遮挡板和膜片朝着彼此被压下时的状态；
图5C描绘根据本发明的实施方式的当使遮挡板和膜片移动而彼此远离时的状态；
图6是根据本发明的实施方式的符合本公开的微型扬声器的例子的方框示意图；
图7示出根据本发明的实施方式的方法；
图8示出根据本发明的实施方式的方法；
图9示出根据本发明的实施方式的方法；以及
图10示出根据本发明的实施方式的方法。
具体实施方式
在下面的详细描述中，阐述了很多特定的细节，以便提供对本发明的彻底理解。然而，本领域中的技术人员将理解，本发明可在没有这些特定的细节的情况下被实施。在其它实例中，没有详细描述公知的方法、过程和部件，以便不使本发明含糊。
被看作本发明的主题被特别指出并在说明书的结束部分中被清楚地要求权益。然而，当与附图一起被阅读时，本发明——关于操作方法和组织——连同其目的、特征和优点可通过参考下面的详细描述被最好地理解。
因为可通常使用本领域中的技术人员已知的MEMS部件和电路来实现本发明的所示实施方式，将不在任何比如上所示被考虑为必要的程度更大的程度上解释细节，为了本发明的基本概念的理解和认识且为了不使本发明的教导模糊或不能集中于本发明的教导。
本公开的一些实施方式通常涉及在MEMS微型扬声器中使用的声调制器中的改进，但在声调制可以是有用的任何地方，相同的实施方式可用于其它目的。
首先考虑示例微型扬声器设计的下面的综述，以便说明与所提出的方法的差异。图1是示例微型扬声器10的方框示意图。音频信号输入20被施加到接口和控制块30。接口和控制块20产生两个刺激频率信号40和70。频率信号40在超声频率下，其由音频输入信号20调制。一般超声频率可以在100到500KHz范围内。频率信号40被施加到膜50。这使膜与刺激频率40一致地振荡或振动。从膜振动产生的超声波由声调制器块60调制。声调制器60的动作是阻挡和打开来自膜50的空气流。来自接口和控制块30的刺激信号70在用于刺激膜40的相同超声频率下，但在这种情况下，它不被音频信号调制。可表明，可使所产生的声波70具有在相应于输入信号20的音频信号频率下的强分量。
由于来自给定膜的气压随着频率上升2次乘方的事实，这样的微型扬声器的性能使得低频和因而音频性能的总质量相对于常规扬声器设计提高了。接口和控制块产生所需的驱动电压，以便使膜和遮挡板振动。这些驱动电压取决于特定类型的驱动方案。例如，对于静电驱动，这些一般在100到120V的数量级。
图2是如图1所述的微型扬声器的机械结构的图。振动膜110由两个部分——膜111和绝缘体和支承结构112——组成，支承结构112机械地支承膜并且也允许膜振动。声调制器100由四个部分组成。结构支承物104分离并支承穿孔膜片103。膜片103是刚性的但与遮挡板薄板分离地接收控制信号，遮挡板薄板在其内有孔以允许从振动膜产生的空气流动。支承结构104使膜片103与膜111分离，以便支承膜片103但也允许使膜111振动的空间。支承结构102使膜片103与遮挡板101分离，使得遮挡板101被支承但仍然可振动。动作是，当遮挡板101振动时，它可选择性使可流经声调制器的空气的路径变窄和加宽，并因而可选择性地中断来自膜111的空气流。
图3A-3E是根据本发明的各种实施方式的MEMS微型扬声器机械设计250、连同分别由膜控制信号530、膜片控制信号570和遮挡板控制信号580馈送的膜200、膜片210和遮挡板220的示例设计的例子。在这个例子中，微型扬声器机械设计是小圆柱体。为了清楚起见，机械组件被示为部分剖视图。扬声器设计由膜、膜片和遮挡板以及如在图2中引入的三个支承结构组成。如在图1中所述的接口和控制块30通常在机械扬声器封装的外部。
图3A是膜200的设计的例子。膜200是具有位于膜的边缘处的四个对称孔201、202、203和204的圆形设计，其悬挂在弹簧205、206、207和208上。具有相应的孔的四个弹簧便于膜的振动。图3B是示出结构支承物251和在那个膜200之上的示例微型扬声器的机械组件的简图。在膜200之上的是结构支承物253。膜200因此夹在两个结构支承物251和253之间。结构支承物251一般由底座和用于膜200的外边缘支承物组成。绝缘体252一般是支承膜200的外边缘的环，因而允许膜自由地振动。
图3C是膜片210的设计的例子。膜片210是具有四个对称孔211、212、213和214的圆形设计。四个孔定位成使得来自膜振动的空气流可自由地穿过孔。图3D再次是示例微型扬声器的机械组件250的简图。膜片210分别夹在两个绝缘体252和253之间。结构支承物252和253一般具有将膜片牢固地保持在适当的位置但允许空气流经中心的环形设计。
图3E是遮挡板220的设计的例子。遮挡板220是具有四个对称孔221、222、223和224和四个相应的弹簧225、226、227和228的圆形设计，弹簧225、226、227和228在外边缘处并具有便于遮挡板的振动的目的。在遮挡板220的中心处也有圆孔230。可容易看到，如果遮挡板220放置在膜片210的顶部上，则膜片210的孔211、212、213和214将被关上。图3f再次是示例微型扬声器的机械组件250的简图。遮挡板220由支承结构253支承。
图4A-4C是根据本发明的各种实施方式的MEMS微型扬声器的机械设计的横截面300，MEMS微型扬声器包括分别由膜控制信号530、膜片控制信号570和遮挡板控制信号580馈送的膜、遮挡板和膜片。图4A表示当遮挡板301在其中性位置上时的情况。膜303由支承结构310支承。使膜在垂直于它的底托的平面中振动320。膜片302由结构311支承，且遮挡板301由支承结构312支承。注意，在膜片302中的孔313、314以及在遮挡板301中的孔315、316和317使得它们彼此不对齐。图4B描绘当使遮挡板301朝着膜片302被压下时的状态。在膜片302中的孔313和314由遮挡板301封闭。图4C描绘当使遮挡板301移动而远离膜片302时的状态。在膜片302中的孔313和314现在是打开的，且由振动膜303产生的声波可经由在膜片302中的孔313和314以及在遮挡板301中的孔315、316和317逸出。
注意，在膜片302中所示的孔313和314代表在如图3C所示的膜片210中的四个孔211、212、213、214。类似地，在遮挡板301中所示的孔316和317代表在如图3E所示的遮挡板220中的四个孔221、222、223、224。
由刚性穿孔膜片和遮挡板形成的声调制器使膜的超声振动转换成在所需音频信号频率下的空气波。如本领域中的技术人员将认识到的，在如附图所示的膜、膜片和遮挡板中的孔的实际几何形状可改变，以及附图仅是为了提供资料，且并不按比例或意欲代表任何特定的实际设计。如在本文所述的设计概念的优点被很好地证明。然而将指出，基本原理是，通过使膜以超声频率振动，因而产生的气压比可由以音频频率振动的膜所建立的高得多。注意，当遮挡板关闭膜片中的孔时，由膜产生的波的声压级(SPL)降低，以及当遮挡板打开膜片中的孔时，相同波的SPL增加。在调制超声波时遮挡板和膜片的动作导致音频产生，其具有跨越宽音频频率的平坦声压级(SPL)响应。
图5A-5C是根据本发明的实施方式的MEMS微型扬声器的机械设计的横截面400。图5A表示当遮挡板401在其中性位置上时的情况。膜403由支承结构410支承。与前面一样，使膜403在垂直于它的底托的平面中振动420。膜片402由支承结构411支承，且遮挡板401由支承结构412支承。再次注意，在膜片402中的孔413、414以及在遮挡板401中的孔415、416和417使得它们彼此不对齐。图5B描绘当使遮挡板401朝着膜片402被压下时的状态。然而注意，在本公开中，膜片402也是柔性的，且在这种情况下，使得其朝着遮挡板401向上移动。在膜片402中的孔413和414由遮挡板401封闭。图5C描绘当使遮挡板401移动而远离膜片402时的状态。因为现在膜片在这种情况下是柔性的，使得其移动而远离遮挡板401。在膜片402中的孔413和414现在是打开的，且由振动膜403产生的波可经由在膜片402中的孔413和414以及在遮挡板401中的孔415、416和417逸出。
遮挡板的调制的深度确定了从由膜产生的超声波到期望音频频率波的能量的转换的效率。调制深度越大，越多的能量就转换成音频。这个调制深度实际上是遮挡板在它是打开(如在图4C和图5C中所示)时和当它是关闭(如在图4B和图5B中所示)时超声波的衰减中的差异。衰减由在膜片402和遮挡板401之间的距离确定。对于遮挡板的给定几何形状，在遮挡板和膜片之间的距离越小，衰减就越大。因此，在遮挡板的操作期间在膜片和遮挡板之间的距离越大，调制就越大，而从超声到音频的能量的转换就越有效。板401和402之间的距离由板的变形决定。在如图4所示的刚性静态膜片302的情况下，只有遮挡板301变形并拉近板之间的距离。在膜片402是柔性的情况下，如图5A-5C所示，膜片402和遮挡板401都变形。因此，为了获得与由刚性膜片产生的相同的调制或产生与由刚性膜片产生的在板之间的相同的距离，在柔性膜片402的情况下，需要较小的力施加到每个板、膜片401和遮挡板402。因此，结果是需要提供到微型扬声器调制器的刺激信号的值的大约30％到40％的明显减小。虽然遮挡板和膜片的振动被示为材料的弯曲，但是弯曲的形状仅为了举例目的而示出。可通过膜片和遮挡板的向上和向下运动，通过使它们之间的隔片振动，来实现相同的动作。
可以存在使用柔性遮挡板和膜片板来实现声调制器的这个方案的不同实施方式。在一个实施方式中，可使用静电驱动。在超声频率处的电位差被施加到柔性膜片401和柔性遮挡板402。这使静电吸引力在板之间操作，结果是，这两个板移动而更靠拢。在超声频率处的电位差可被施加到刚性膜片301和柔性遮挡板302，但在这种情况下，在这两个板之间的距离的拉近只是遮挡板302弯曲的结果，而在膜片也是柔性的情况下，在这两个板之间的距离是膜片和遮挡板都弯曲的结果，从而使用较低的外加力实现较高的调制并因而实现较小的驱动电压。
在另一实施方式中，可使用压电驱动方案。单独的驱动电压可施加到这两个板——膜片和遮挡板——中的每个。类似于前一实施方式，从柔性遮挡板和柔性膜片的组合所需的实际驱动电压相对于为了实现相同的调制的刚性膜片和柔性遮挡板的组合是减小了的。
图6是符合本公开的微型扬声器的方框示意图。音频信号输入510被施加到接口和控制块520。接口和控制块520产生三个刺激频率信号530、570和580。刺激频率信号530处在超声频率，其由音频输入信号510调制。一般超声频率可以在100到500KHz范围内。高频信号530被施加到膜540。这使膜与刺激频率530一致地振荡或振动。从膜振动产生的空气声波由声调制器块590调制，声调制器块590由膜片550和遮挡板560组成。声调制器60的动作是阻挡和打开来自膜540的空气流，如前面在图5A-5C中所述的。刺激信号570和580可以是以在超声频率处的电位差的形式，以便产生使膜片550和遮挡板560吸引在一起的静电效应。可通过将信号570、580之一保持在固定电位处来实现这样的电位差，例如信号570可连接到地，而另一信号在其对等物的电位和某个最大电压之间振荡，例如信号580可在地和某个最大电压之间振荡。可选地，可通过给这两个板馈送具有相反的极性的信号来实现相同的电位差，因而降低每个信号所需的振幅。应注意，施加到穿孔板和遮挡板的信号570和580的实际波形可以是谐波、电压的脉冲、电荷脉冲或引起周期性电位差的任何其它周期性刺激。
在可选的实现中，可通过压电驱动来驱动遮挡板和膜片。在这样的情况下，分别施加到穿孔膜片和遮挡板的刺激570和580需要使用相反的极性引起它们的变形。
重要的是，注意到，为了这样的柔性板、遮挡板的有效操作，这两个板都需要有接近的谐振频率，并由接近于共振的频率下的刺激驱动。
来自声调制器590的因而产生的输出本质上是音频信号595。
图7示出根据本公开的实施方式的方法600。方法600可由步骤601开始，在步骤601，使位于第一平面中的膜以第一频率振动。第一频率是通过使用进入的音频信号调制超声频率而形成的超声波信号。步骤601后面可以是步骤602，在步骤602，使穿孔膜片和遮挡板分别在第二和第三平面中彼此反相地振荡，使得在步骤601中由膜产生的超声振动被调制以产生想要的音频信号。
图8示出根据本发明的实施方式的方法800。
方法800可包括(a)由MEMS扬声器的声调制器接收或产生遮挡板控制信号和膜片控制信号以及(b)使MEMS扬声器的膜以第一频率振荡从而产生超声波声信号的步骤810。
膜可位于是第一平面中。声调制器可包括膜片和遮挡板。膜片可位于第二平面中。遮挡板可位于第三平面中。第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离。
声调制器可从控制器接收遮挡板控制信号和/或膜片控制信号。可提供任何硬件控制器。控制器可以是集成电路、集成电路的一部分等。
步骤810可包括提供遮挡板控制信号和膜片控制信号，从而在遮挡板和膜片之间产生交变式的静电力。
步骤810可包括给膜馈送可具有超声频率并可由输入音频信号调制的膜控制信号。
此外或可选地，步骤810可包括接收或产生具有超声频率且可不被输入音频信号调制的遮挡板控制信号和膜片控制信号。
步骤810后面是响应于遮挡板控制信号和膜片控制信号而调制超声波声信号使得可产生音频信号的步骤820。
遮挡板控制信号和膜片控制信号可以相对于彼此是相移的。
遮挡板控制信号和膜片控制信号可以是反相的。
膜片可以是刚性的但可接收可以不同于或可独立于遮挡板控制信号的专用控制信号(膜片控制信号)。
膜片可以是柔性的。
步骤820可包括使膜片和/或遮挡板振荡的步骤822。
步骤822可包括使膜片和遮挡板振荡或只使遮挡板振荡。
步骤822可包括使膜片和遮挡板在第一位置和第二位置之间振荡，在第一位置上，膜片密封遮挡板开口，而在第二位置上，膜片不密封遮挡板开口。
步骤822可包括使膜片和遮挡板在第一位置和第二位置之间振荡，在第一位置上，声调制器使超声波声信号按照第一衰减因子衰减，而在第二位置上，声调制器使超声波声信号按照不同于第一衰减因子的第二衰减因子衰减。在第一衰减因子和第二衰减因子之间的比的范围可在5db和10db之间或可具有任何其它值。
步骤822可包括使膜片和遮挡板以振荡频率振荡；其中振荡频率实质上等于遮挡板的谐振频率并实质上等于膜片的谐振频率。
图9示出根据本发明的实施方式的方法900。
方法900可包括使MEMS扬声器的膜以第一频率振荡从而产生超声波声信号的步骤910。膜可位于第一平面中。MEMS扬声器还可包括声调制器。声调制器可包括膜片和遮挡板。膜片可位于第二平面中。遮挡板可位于第三平面中。第一平面、第二平面和第三平面可实质上彼此分离。
步骤910后面可以是通过使膜片和遮挡板都振荡来调制超声波声信号以提供音频信号的步骤920。
步骤920可包括在遮挡板和膜片之间施加交变式的静电力。
步骤920可包括在遮挡板和膜片上施加压电驱动。
图10示出根据本发明的实施方式的方法1000。
方法1000可被应用在来自多个MEMS扬声器中的一个或多个MEMS扬声器上。方法1000可包括在多个MEMS扬声器的一个或多个MEMS扬声器上应用方法800和/或900的任何步骤。
例如，假设方法1000涉及在一个或多个MEMS扬声器上应用方法800的步骤810和820，则方法1000可包括在来自(多个MEMS扬声器的)一个或多个MEMS扬声器的每个给定MEMS扬声器上执行步骤1010和1020。
步骤1010可包括(a)由给定MEMS扬声器的给定声调制器接收或产生给定遮挡板控制信号和给定膜片控制信号，以及(b)使给定MEMS扬声器的给定膜以第一振荡频率振荡，从而产生给定超声波声信号。
步骤1020可包括响应于给定遮挡板控制信号和给定膜片控制信号而调制给定超声波声信号，使得可产生给定音频信号。
虽然上面的描述包含很多细节，但这些不应被解释为对范围的限制，而是更确切地作为其几个实施方式的例示。很多其它变形是可能的，包括例如：膜、膜片和遮挡板的机械设计、在膜、膜片和遮挡板中的孔的设计和布局、所使用的材料、刺激信号的细节、膜、膜片和遮挡板的实际振荡特性、引起膜、膜片和遮挡板的振动的方法、膜、膜片和遮挡板的弯曲形状。相应地，范围应不被所示实施方式决定，而是由权利要求及其合法等效形式决定。
本领域中的技术人员将认识到，本发明不限于上面在本文特别示出和描述的内容。此外，除非上面提到相反的情况，应注意，所有附图并不按比例。按照上面的教导，各种修改和变化是可能的，而不偏离范围。
Claims (17)
1.一种微机电系统(MEMS)扬声器，包括：
膜，其位于第一平面中，其中所述膜配置成以第一频率振荡，从而产生超声波声信号；以及
声调制器，其包括膜片和遮挡板；其中所述膜片位于第二平面中；其中所述遮挡板位于第三平面中；其中所述第一平面、所述第二平面和所述第三平面实质上彼此分离；以及
其中所述声调制器配置成(a)接收或产生遮挡板控制信号和膜片控制信号，以及(b)响应于所述遮挡板控制信号和所述膜片控制信号，调制所述超声波声信号，使得产生音频信号。
2.如权利要求1所述的MEMS扬声器，其中所述遮挡板控制信号和所述膜片控制信号相对于彼此是相移的。
3.如权利要求1所述的MEMS扬声器，其中所述遮挡板控制信号和所述膜片控制信号是反相的。
4.如权利要求1所述的MEMS扬声器，其中所述膜片是刚性的。
5.如权利要求1所述的MEMS扬声器，其中所述膜片是柔性的。
6.如权利要求5所述的MEMS扬声器，其中所述膜片和所述遮挡板配置成在第一位置和第二位置之间振荡，在所述第一位置上，所述膜片密封遮挡板开口，而在所述第二位置上，所述膜片不密封遮挡板开口。
7.如权利要求5所述的MEMS扬声器，其中所述膜片和所述遮挡板配置成在第一位置和第二位置之间振荡，在所述第一位置上，所述声调制器使所述超声波声信号按照第一衰减因子衰减，而在所述第二位置上，所述声调制器使所述超声波声信号按照不同于所述第一衰减因子的第二衰减因子衰减。
8.如权利要求7所述的MEMS扬声器，其中所述第一衰减因子和所述第二衰减因子之间的比的范围在5db和10db之间。
9.如权利要求5所述的MEMS扬声器，其中所述遮挡板和所述膜片配置成以振荡频率振荡；其中所述振荡频率实质上等于所述遮挡板的谐振频率并实质上等于所述膜片的谐振频率。
10.如权利要求1所述的MEMS扬声器，其中当所述MEMS扬声器闲置时，则遮挡板开口在所述膜片上的垂直投影不与膜片开口重叠。
11.如权利要求1所述的MEMS扬声器，其中所述遮挡板控制信号和膜片控制信号一旦被提供到所述遮挡板和所述膜片就产生在所述遮挡板和所述膜片之间的交变式的静电力。
12.如权利要求1所述的MEMS扬声器，其中所述遮挡板和所述膜片中的每一个包括位于一对电极之间的压电层。
13.如权利要求1所述的MEMS扬声器，其中所述膜被馈送有具有超声频率并由输入音频信号调制的膜控制信号；其中所述遮挡板控制信号和所述膜片控制信号具有超声频率且不被所述输入音频信号调制。
14.一种设备，包括多个微机电系统(MEMS)扬声器；
其中每个MEMS扬声器包括膜、膜片和遮挡板；
其中所述多个MEMS扬声器的多个膜位于第一层中；
其中所述多个MEMS扬声器的多个膜片位于第二层中；
其中所述多个MEMS扬声器的多个遮挡板位于第三层中；
其中所述第一平面、所述第二平面和所述第三平面实质上彼此分离；
其中所述多个扬声器中的给定MEMS扬声器包括给定膜，所述给定膜配置成以第一频率振荡，从而产生给定超声波声信号；所述给定MEMS扬声器的给定膜片和给定遮挡板形成给定声调制器，所述给定声调制器配置成(a)接收或产生给定遮挡板控制信号和给定膜片控制信号，以及(b)响应于所述给定遮挡板控制信号和所述给定膜片控制信号，调制所述给定超声波声信号，使得产生给定音频信号。
15.一种微机电系统(MEMS)扬声器，包括：
膜，其位于第一平面中，其中所述膜配置成以第一频率振荡，从而产生超声波声信号；以及
声调制器，其包括膜片和遮挡板；其中所述膜片位于第二平面中；其中所述遮挡板位于第三平面中；其中所述第一平面、所述第二平面和所述第三平面实质上彼此分离；
其中所述声调制器配置成通过使所述膜片和所述遮挡板两者振荡来调制所述超声波声信号，以提供音频信号。
16.如权利要求15所述的MEMS扬声器，其中所述声调制器配置成在所述遮挡板和所述膜片之间施加交变式的静电力。
17.如权利要求15所述的MEMS扬声器，其中所述声调制器配置成在所述遮挡板和所述膜片上施加压电驱动。
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