CN106961651A - 用于可变流量换能器的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
根据一个实施例，一种微机电系统MEMS换能器包括：附接到支撑结构的可偏转膜，被配置成促使可偏转膜在第一模式中是透声的并且在第二模式中是声可见的声阀结构，以及耦合到可偏转膜的致动机构。其他实施例包括对应的系统和装置，每一个都被配置成执行各种实施例方法。
Description
技术领域
本发明总体上涉及换能器，并且在特定实施例中涉及用于可变流量换能器的系统和方法。
背景技术
换能器将来自一个领域的信号转换成另一个信号并且常常被用作传感器。例如，声换能器在声信号和电信号之间转换。麦克风是将声波（即声信号）转换成电信号的一种类型的声换能器，并且扬声器是将电信号转换成声波的一种类型的声换能器。
基于微机电系统（MEMS）的换能器包括使用微加工技术产生的换能器家族。一些MEMS换能器（诸如MEMS麦克风）通过测量换能器中物理状态的变化并传递要被连接到该MEMS传感器的电子器件处理的信号来从环境收集信息。其他MEMS换能器（诸如MEMS微型扬声器）将电信号转换成换能器中物理状态的变化。MEMS器件可以是使用类似于用于集成电路的那些的微加工制作技术制造的。
MEMS器件可以被设计成起到振荡器、谐振器、加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风、微镜、微型扬声器等等的作用。许多MEMS器件使用电容性感测或致动技术来将物理现象转换成电信号，反之亦然。在这样的应用中，使用接口电路将换能器中的电容变化转换成电压信号，或者将电压信号施加到换能器中的电容性结构以便生成在电容性结构的各元件之间的力。
例如，电容性MEMS麦克风包括背板电极和与该背板电极平行布置的膜。该背板电极和膜形成平行板电容器。通过布置在衬底上的支撑结构来支撑该背板电极和膜。
电容性MEMS麦克风能够对与背板电极平行布置的膜处的声压波（例如语音）进行转换。该背板电极被穿孔以使得声压波通过背板，同时促使膜因为跨过该膜的前面和背面形成的压力差而振动。因此，膜和背板电极之间的气隙随着膜的振动而变化。膜相对于背板电极的振动促使膜和背板电极之间的电容变化。响应于膜的运动该电容变化被转变成输出信号并且形成经过转换的信号。
使用类似的结构，可以将电压信号施加于膜和背板之间以便促使膜振动并生成压力脉冲（诸如声压波）。因此，电容板MEMS结构可以操作为微型扬声器。
发明内容
根据一个实施例，一种微机电系统MEMS换能器包括：附接到支撑结构的可偏转膜，被配置成促使该可偏转膜在第一模式中是透声的（acoustically transparent）并且在第二模式中是声可见的声阀结构，以及耦合到该可偏转膜的致动机构。其他实施例包括对应的系统和装置，每个都被配置成执行各种实施例方法。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图来参考下面的描述，在附图中：
图1图示实施例可变流量换能器的系统框图；
图2A和2B图示说明性声信号的波形图；
图3A、3B和3C图示实施例可变流量换能器的侧视图横截面；
图4A、4B和4C图示实施例模型可变流量换能器以及对应的波形图；
图5A和5B图示附加实施例可变流量换能器的侧视图横截面；
图6A、6B和6C图示实施例声阀的侧视图横截面；
图7A、7B、7C和7D图示另一实施例可变流量换能器的顶视图；
图8A和8B图示更多实施例可变流量换能器的侧视图横截面；
图9A、9B和9C图示另一实施例可变流量换能器的侧视图横截面和顶视图；
图10A、10B和10C图示实施例可变流量换能器操作的波形图；
图11图示实施例可变流量换能器操作的附加波形图；以及
图12图示可变流量换能器的操作的实施例方法的流程图。
不同图中的对应数字和符号通常指代对应的部件，除非以其他方式指出。该图被绘制成清楚地图示实施例的相关方面并且不一定按照比例来绘制。
具体实施方式
下面详细地讨论各种实施例的产生和使用。然而，应该认识到，可在各种各样的具体上下文中应用这里描述的各种实施例。所讨论的具体实施例仅仅是产生和使用各种实施例的具体方式的举例说明，并且不应该以受限的范围来解释。
关于具体上下文（即声换能器，并且更特别地MEMS微型扬声器）中的各种实施例来进行描述。这里描述的各种实施例中的某些包括MEMS微型扬声器、声换能器系统、可变容积流量换能器以及可变容积流量MEMS微型扬声器。在其他实施例中，根据如本领域中已知的任何方式，各方面还可以被应用于涉及任何类型的换能器领域的其他应用。
扬声器是将电信号转换成声信号的换能器。通过扬声器结构生成某一频率的压力振荡来产生声信号。例如，人类的可听范围是大约20Hz到20kHz，其中某些人能够听到的小于该范围并且某些人能够听到的超过该范围。因此，为了产生可听声信号而进行操作的扬声器将电信号转换成频率在20Hz和20kHz之间的声压振荡。恒定频率信号被传达为单音，类似于钢琴上的一个音符。语音和其他典型声音（诸如例如音乐）都是由在同一时间具有许多频率的多个声信号构成的。
微型扬声器根据与扬声器相同的原理而操作，但是使用微加工或微制作技术产生的。因此，可听微型扬声器包括通过电信号激发以便在可听频率范围中生成压力振荡的小结构。
根据各种实施例，扬声器或微型扬声器被配置成通过以高于可听频率范围的频率振荡来生成可听声信号。在这样的实施例中，扬声器被配置成生成在高于可听范围的频率处的压力振荡并且根据可听频率范围中的较低频率来修改压力振荡的容积流量。在这样的实施例中，人类听觉系统将识别压力振荡的包络并表现得像低通滤波器。在附加实施例中，扬声器可以被配置成生成在高于可听范围的频率处的压力振荡并且根据仍在可听频率范围之外的较低频率来修改压力振荡的容积流量以便操作为超声换能器。
在各种实施例中，扬声器被称为可变流量换能器。该可变流量换能器的频率可以保持在可听频率范围之外的操作，同时容积流量根据在可听频率范围之内的其他频率来改变振荡的正声压和负声压。在这样的实施例中，可变流量换能器可以包括具有多个阀结构的可偏转膜，该多个阀结构被配置成当可偏转膜在可听频率范围以上振荡时改变容积流量并且调整声阻抗。下面在这里进一步描述各种实施例。
图1图示包括微型扬声器102、专用集成电路（ASIC）104和音频处理器106的实施例可变流量换能器100的系统框图。根据各种实施例，微型扬声器102生成声信号108，其包括在高于可听极限的频率（例如20kHz）处的压力振荡，具有在振荡期间正声压和负声压的调整。可以通过使用实施例阀调整微型扬声器102中的膜的声阻抗来调整该正声压和负声压。通过经由对正声压和负声压的控制调整容积流量，可以从以高于可听极限的频率处振荡的膜生成可听范围中的低频声压信号。因此，微型扬声器102生成包括从不可听声信号形成的可听声信号的声信号108。在各种实施例中，声信号108的压力振荡具有人类听觉范围的极限的至少两倍的频率（例如40kHz），以便满足奈奎斯特-香农采样定理。
在各种实施例中，微型扬声器102包括具有阀的可偏转膜。下面在这里进一步描述各种示例实施例结构。通过从ASIC 104提供的驱动信号来驱动微型扬声器102。ASIC 104可以基于数字输入控制信号来生成模拟驱动信号。在一些实施例中，ASIC 104和微型扬声器102被附接到同一电路板。在其他实施例中，ASIC 104和微型扬声器102被形成在同一半导体管芯上。ASIC 104可以包括偏置和供电电路、模拟驱动电路和数字到模拟转换器（DAC）。在其他实施例中，例如，微型扬声器102可以包括麦克风，并且ASIC 104还可以包括读出电子器件，诸如放大器或模拟到数字转换器（ADC）。
在一些实施例中，ASIC 104中的DAC在输入端处接收由音频处理器106供给的数字控制信号。该数字控制信号是微型扬声器102产生的声信号的数字表示。在各种实施例中，音频处理器106可以是专用音频处理器、通用系统处理器（诸如中央处理单元（CPU）、微处理器或现场可编程门阵列（FPGA））。在可替代实施例中，音频处理器106可以由分立逻辑块或其他部件形成。在各种实施例中，音频处理器106生成声信号108的数字表示并且提供声信号108的数字表示。在其他实施例中，音频处理器106提供声信号108的仅可听部分的数字表示，并且ASIC 104基于容积流量的变化生成针对具有较高不可听频率振荡和可听频率振荡的声信号108的驱动信号。
根据各种附加实施例，微型扬声器102还可以生成声信号108，其包括在高于可听极限的频率（例如20kHz）处的压力振荡，具有在也高于可听范围的频率处调整的声压振荡的容积流量调整。例如，微型扬声器102可以操作为用于超声成像或用于超声近场检测的超声换能器。在这样的实施例中，微型扬声器102以比载波信号更高的频率操作，该载波信号具有根据所生成的目标信号（诸如例如超声信号）的较低频率而调整的正声压和负声压。
图2a和2b图示说明性声信号的波形图。图2a示出例如可以由扬声器产生的声信号ASIG。声信号ASIG具有振幅Aamp和频率Afreq，即周期AT = 1÷Afreq。声信号ASIG可以说明由扬声器产生的声波。在操作期间，声波具有在人类的可听频率范围（例如在大约20Hz和20kHz之间）内的频率Afreq。图2a图示处于未指定等级的声信号ASIG的振幅Aamp。对于MEMS微型扬声器来说，生成大的声压级（SPL）可能因为小的膜尺寸（尤其在低频处）而面临挑战。例如，MEMS微型扬声器可以包括随着频率在可听频率范围内每减小到十分之一的SPL的40dB的减小。因此，例如在不增大泵浦结构的尺寸的情况下生成低于例如1-10kHz的频率的较高SPL可能是具有挑战的。
图2b示出可由实施例可变流量换能器（诸如MEMS微型扬声器）产生的经过调制的声信号MASIG。根据各种实施例，经过调制的声信号MASIG具有振幅MAamp和频率MAfreq）即周期MAT = 1÷MAfreq）并且由载波信号CSIG来形成，该载波信号CSIG具有可变的振幅Camp和频率Cfreq，即周期CT = 1÷Cfreq。如所示，频率Cfreq比频率MAfreq高很多。具体来说，频率Cfreq高于人类的可听频率范围（即高于20kHz），并且频率MAfreq在人类的可听频率范围内（即在大约20Hz和20kHz之间）。在这样的实施例中，调整振幅Camp以便形成泵浦声信号PASIG的上升和下降波形。此外，移除或降低载波信号CSIG的负或正声压以便形成经过调制的声信号MASIG的上升和下降波形。可偏转膜的振荡通常包括对称容积流量，其包括相等的正压力和负压力。在各种实施例中，载波信号CSIG包括对于经过调制的声信号MASIG的第一半波(MAT/2)的仅一种类型的声压（例如正声压）以及对于经过调制的声信号MASIG的第二半波(MAT/2)的仅第二类型的声压（例如负声压）。在这样的实施例中，载波信号CSIG通过移除（或降低）负声压分量来使经过调制的声信号MASIG的正声压第一半波成形，并且通过移除（或降低）正声压分量来使经过调制的声信号MASIG的负声压第二半波成形。通过正或负声压的降低或移除，在特定频率执行载波信号CSIG的振幅Camp和方向的变化，以便形成在可听范围（例如20Hz到20kHz）中具有频率MAfreq的经过调制的声信号MASIG。根据各种实施例，可变流量换能器调整可偏转膜的声阻抗以便降低或移除负或正声压。
在特定实施例中，经过调制的声信号MASIG的振幅MAamp可能比以可听频率振荡的传统微型扬声器更大。在具体实施例中，泵浦扬声器的振荡保持在较高频率处，以使得例如当频率MAfreq低于大约1-10kHz并且高于大约10Hz时经过调制的声信号MASIG的SPL不会减小太多或者根本不减小。根据各种实施例，经过调制的声信号MASIG的所产生的声音或压力脉冲等于或近似等于可偏转膜位置的二阶倒数（其是可偏转膜的加速度）。因此，在各种实施例中，泵浦动作的控制（诸如正声压和负声压的控制）可以基于可偏转膜的加速度。
在各种实施例中，当载波信号CSIG的振幅Camp和方向改变时频率Cfreq可以保持恒定。在具体实施例中，频率Cfreq可以与扬声器或微型扬声器的谐振频率匹配，以便产生可偏转膜的更大振荡。在其他实施例中，频率Cfreq可以是可变的。在特定示例中，频率Cfreq在40kHz和10MHz之间。在更具体的实施例中，频率Cfreq在100kHz和300kHz之间。在这样的各种实施例中，频率MAfreq低于20kHz。具体来说，频率MAfreq在人类的可听频率范围中（即在20Hz和20kHz之间），在这种情况下对于某些人该范围可能被扩大并且对于其他人该范围可能变窄。在可替代实施例中，频率MAfreq可能高于20kHz。在这样的实施例中，经过调制的声信号MASIG可以是（代替声信号）在用于超声成像或近场检测的超声换能器中使用的超声信号。
根据各种实施例，如参考图2b所描述的通过使用高于可听频率范围的载波信号在可听频率范围内形成经过调制的声信号来操作可变流量换能器（诸如MEMS微型扬声器）。下面在这里描述各种实施例可变流量换能器，以便说明包括电容板结构和其他泵浦结构的具体应用中的一些。这样的实施例可变容积流量换能器调整可偏转膜的声阻抗，以便降低或移除负或正声压。
在查看图2a和2b的过程中返回参考图1，在一些实施例中可变流量换能器100中的ASIC 104被配置成确定微型扬声器102的谐振频率。在这样的实施例中，ASIC 104可以在多个频率处激发微型扬声器102并且测量对于每个频率的响应。基于所测得的响应，ASIC 104确定微型扬声器102的谐振频率。在这样的实施例中，ASIC 104可以将载波信号CSIG的频率Cfreq设置成所确定的谐振频率。在其他可替代实施例中，ASIC 104可以控制微型扬声器102的元件以便调整谐振频率来与载波信号CSIG的频率Cfreq相匹配。在一个实施例中，控制元件包括调整微型扬声器102的机械部件。在一个可替代实施例中，控制元件包括调整微型扬声器102的有源或无源电气部件。
图3A、3B和3C图示实施例可变流量换能器110的侧视图横截面。根据各种实施例，可变流量换能器110在振荡期间调整声阻抗以便调节正声压和负声压的生成。在各种实施例中，可变流量换能器110包括膜112、声阀114和致动结构116。在这样的实施例中，致动结构116可以包括被配置成基于所施加的电压在膜112上生成力的一个或多个压电层。致动结构116被形成在致动区122a中的膜112的表面上。在一些实施例中，如所图示的，致动结构116可以被形成在膜112的顶面上，或者在其他实施例中，致动结构116可以被形成在膜112的底面上。在进一步的实施例中，致动结构116可以被形成在膜112的顶面和底面上。在这样的实施例中，驱动力在顶和底致动结构116之间是反过来的。
在各种实施例中，将电驱动信号（诸如控制电压）提供给致动结构116以便激发膜112以高于可听范围（即高于20kHz）的第一频率振荡。例如，在一些实施例中，膜112被激发成以谐振频率振荡，该谐振频率的范围可以是从75kHz到200kHz。在这样的实施例中，如在上文中参考图2B所描述的，第一频率可以对应于载波信号CSIG的频率Cfreq。因此，如在图3B和3C中示出的，膜112以向上和向下运动振荡。在各种实施例中，对于在第一方向的运动（诸如在正加速期间在图3B中所显示的）声阀114是关闭的，并且在膜的制动期间发生的负加速期间声阀114是开启的。图3C示出第二方向，在这种情况下在该方向上发生正加速并且在反方向上发生负加速。
在各种实施例中，当声阀114被关闭时膜112具有第一声阻抗并且当声阀114被开启时膜112具有第二声阻抗。第一阻抗比第二阻抗大很多。在这样的实施例中，当声阻抗越高时（即当声阀114被关闭时），通过膜112的振荡生成的声压处于正常或大的等级。相反，当声阻抗越低时（即当声阀114被开启时），通过膜112的振荡生成的声压处于较低或降低的等级。因此，在各种实施例中，可变流量换能器110被配置成通过开启和关闭声阀114来调整膜112的声阻抗并且在正加速中生成正常或大的声压级或者在负加速中生成较低或降低的声压级。
在各种实施例中，当声阀114开启时膜112的声阻抗可以被调整成对于一定比例的膜面积是透声的。例如，在一些实施例中，声阀114的质量和面积促使在特定实施例中膜112是90%透声的。在另一特定实施例中，声阀114的质量和面积促使膜112是50%透声的。在其他实施例中，膜112的声透过性的范围可以从30%到95%。
如在上文中参考图2B所述，通过在向上运动中的正加速期间将膜112的声阻抗调整成大的以及在向上运动的制动或负加速期间降低声阻抗（如图3B中所示），可变流量换能器110可以移除或降低负或正声压并且形成具有在可听范围内的第二频率的声信号的第一半波。在这样的实施例中，该第二频率可以对应于经过调制的声信号MASIG的频率MAfreq，如在上文中参考图2B所述。类似地，通过在对于正加速的向下运动期间将膜112的声阻抗调整成大的并且在对于负加速的向下运动期间降低声阻抗（如图3C中所示），可变流量换能器110可以移除或降低负声压并形成声信号的第二半波。因此，通过调制声阻抗以控制生成的声压，膜112可以以在可听范围之外的第一频率振荡，并且在可听范围之内的第二频率处生成声信号。在这样的各种实施例中，可以实施被称为数字声音重建的类似努力或技术。
在各种实施例中，声阀114包括基于电控制信号来开启和关闭声阀114的压电材料。遍及膜112的通风区域122b形成各声阀114。在各种实施例中，膜112由结构层118和隔离层120形成。在一些实施例中，结构层118是导电层，诸如半导体或金属，并且隔离层120是电绝缘层，诸如氧化物层、氮化物层或氮氧化物层。在其他实施例中，结构层118和隔离层120可以被组合到单个导电或电绝缘层中。如所示的，膜112可以被锚定到处于外围的支撑结构。在下文中参考其他图描述各种实施例的其他结构细节。在其他实施例中，作为对如所示出的压电致动的替代，声阀114或膜112可以被静电致动。
图4A、4B和4C图示实施例模型可变流量换能器以及对应的波形图。具体来说，图4A描绘带注释的可变流量换能器130，图4B描绘活塞模型132，并且图4C描绘膜位移波形134和膜加速度波形136。根据各种实施例，当声阀114被关闭时，膜112具有高声阻抗，如通过带注释的可变流量换能器130的关闭阀部分138和活塞模型132所图示的。相反，当声阀114被开启时，膜112具有低声阻抗，如通过带注释的可变流量换能器130和活塞模型132的开启阀部分142所图示的。通过过渡部分140来描绘声高阻抗和声低阻抗之间的过渡。在这样的实施例中，根据活塞模型132利用整个膜的相等位移来对膜112的振荡建模。当膜112具有低声阻抗时，声媒质（诸如空气）能够从膜112的一侧容易地传到另一侧。当膜112具有高声阻抗时，声媒质（诸如空气）不能从膜112的一侧容易地传到另一侧。
根据各种实施例，从关闭的阀部分138过渡到开启的阀部分142可以基于膜112的加速度。如通过膜位移波形134和膜加速度波形136所图示的，当膜112的加速度具有正值时，声阀114是关闭的，并且当膜112的加速度具有负值时，声阀114是开启的。在这样的实施例中，加速度的正符号和负符号可以基于被生成的声信号的半波（正或负半波（见图2B））被切换。在各种实施例中，可以基于膜112的位移或加速度来调整声阻抗，以便选择性地生成用于形成可听声信号的正或负声压波。
在下文中描述作为说明性实施例的其他实施例可变流量换能器。
图5A和5B图示附加的实施例可变流量换能器150和实施例可变流量换能器151的侧视图横截面。根据各种实施例，可变流量换能器150包括衬底152、膜154、顶背板156或底背板158、以及声阀160。声阀160通常被示为虚线结构并且可以被实施为压电或静电可控阀。在下文中进一步参考图6A、6B和6C来描述示例实施例声阀。
在各种实施例中，膜154是通过在膜154和顶背板156之间或者在膜154和底背板158之间施加电压差来静电致动的可偏转膜。在一些实施例中，可变流量换能器150是包括顶背板156和底背板158二者的双背板微型扬声器。在其他实施例中，可变流量换能器150是包括顶背板156或底背板158的单一背板微型扬声器。在各种实施例中，顶背板156和底背板158包括允许从顶背板156或底背板158的一侧流体输送到另一侧的穿孔157。在这样的实施例中，流体输送允许声信号经过提供低声阻抗的顶背板156和底背板158。
在各种实施例中，膜154被静电驱动成以高于可听范围的频率振荡。在具体实施例中，膜154以范围从40kHz到300kHz的频率振荡。在振荡期间，声阀160被控制成根据膜154的振荡来调节正或负声压的生成并形成具有在可听范围内的频率的经过调制的声信号，如在上文中参考图2A、2B、3A、3B、3C、4A、4B和4C描述的。
在一些实施例中，旁路通道166、旁路结构162和旁路结构162中的声阀160被包括在周围的膜154中。在其他实施例中，旁路通道166、旁路结构162和旁路结构162中的声阀160被省略。在包括旁路通道166的一些实施例中，膜154上的声阀160可以被省略。在包括旁路通道166的其他实施例中，包括膜154上的声阀160。
在各种实施例中，衬底152由半导体材料形成。例如，衬底152可以是硅，诸如多晶硅、砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），或者在特定实施例中衬底152可以是碳。在其他实施例中，衬底152由介质材料（诸如玻璃）形成。在更进一步的实施例中，衬底由聚合物形成，该聚合物诸如例如六甲基二硅胺烷 (HMDS)。在其他可替代实施例中，衬底152由陶瓷材料形成。在各种实施例中，膜154由半导体或金属（诸如多晶硅、金、铝、铜或铂）形成。在其他实施例中，膜154由非导电层和导电层形成。在各种实施例中，顶背板156和底背板158由半导体或金属（诸如多晶硅、金、铝、铜或铂）形成。在进一步的实施例中，顶背板156和底背板158由多个层形成，该多个层包括导电层和非导电层或电绝缘层。例如，在特定实施例中，顶背板156和底背板158由多晶硅和氮化硅形成。衬底152包括腔164，其可以穿过整个衬底152，诸如通过包括衬底152的晶片。
根据各种实施例，可变流量换能器151包括衬底152、膜168和声阀160。在这样的实施例中，膜168是通过将电压信号施加到压电层170来压电致动的可偏转膜。通过将电压信号施加到压电层170，在将力生成于膜168上的压电层170中生成形变。以高于可听范围的更高频率执行膜168的激发，并且控制声阀160以形成具有可听范围内的频率的经过调制的声信号，如在上文中参考图5A中的可变流量换能器150所描述的那样。
在各种实施例中，膜168包括结构层172、隔离层174和压电层170。在一些实施例中，结构层172是导电层，诸如半导体层或金属层。隔离层174可以是电绝缘层，诸如氧化物层、氮化物层或氮氧化物层。在各种实施例中，压电层170包括压电陶瓷或压电晶体。在特定实施例中，压电层170包括锆钛酸铅（PZT）或钛酸钡（BaTiO3）。在其他特定实施例中，压电层170包括氧化锌（ZnO）、氮化铝（AlN）或聚偏氟乙烯（PVDF）。
根据各种实施例，在图5A和5B中以横截面图示可变流量换能器150和可变流量换能器151并且当从上面看时该可变流量换能器150和可变流量换能器151可以包括任何膜形状。具体来说，膜154和膜168可以是圆的，包括圆形或椭圆形形状，或者在特定实施例中可以是矩形。在一些实施例中，省略旁路通道166并且衬底152延伸到并包围膜154或膜168。在其他实施例中，包括旁路通道166并且衬底152包括连接到衬底152的主要部分的包围且支撑膜154或膜168的一部分。在这样的实施例中，膜154或膜168的圆周的各部分包括旁路通道166，并且膜154或膜168的圆周的其他部分包括衬底152的固体部分。在下文中参考图7A、7B、7C和7D中图示的顶视图来描述各种实施例可变流量换能器。
图6A、6B和6C图示实施例声阀180、181和182的侧视图横截面。根据各种实施例，声阀180、声阀181或声阀182可以被用于实施这里描述的声阀中的任一个，诸如上文中描述的声阀114或声阀160。
根据各种实施例，声阀180包括结构层184、隔离层186、声瓣188和压电层190。在各种实施例中，压电层190可以包括在上文中参考压电层170描述的材料的任一种。压电层190被设置在声瓣188上。在各种实施例中，声瓣188具有机械弹性。在特定实施例中，声瓣188是单晶硅或多晶硅。在各种其他实施例中，声瓣188可以是具有用于致动的适当机械性质的任何类型的电绝缘材料。在更进一步的实施例中，声瓣188可以包括具有绝缘层的任何类型的导电材料。在具体实施例中，声瓣188是具有绝缘层的石墨烯。在各种实施例中，如所示的那样，压电层190仅遍布声瓣188的顶面的一部分。在可替代实施例中，压电层190遍布声瓣188的整个顶面（未示出）。在可替代实施例中，可以以各种方式来使压电层190成形，以实现归因于结构或机械交互的不同过渡阀特性。例如，可以使压电层190成形有固体区、梳状区、圆形区或另一形状，以便调整过渡阀特性。
在各种实施例中，声瓣188密封结构层184和隔离层186中的开口185。当将电驱动信号（诸如控制电压）施加到压电层190时，压电层190开始变形，以引起声瓣188上的力。声瓣188上的力使声瓣188移动成开启并且允许流体输送通过开口185。在一些实施例中，将第一控制电压施加于压电层190以关闭声瓣188并密封开口185，并且将第二控制电压施加于压电层190以开启声瓣188并开启开口185。
在各种实施例中，隔离层186是电绝缘材料。在一些实施例中，隔离层186是氧化物、氮化物或氮氧化物。在特定实施例中，隔离层186是氮化硅（SiN）或二氧化硅（SiO2）。根据各种实施例，结构层184是导电或半导体材料。在一些实施例中，结构层184是晶体或无定形半导体元件或化合物。在特定实施例中，结构层184是多晶硅。在其他实施例中，结构层184是金属。在特定实施例中，结构层184是铝、铂、金或铜。在各种实施例中，结构层184可以是可偏转膜的一部分，诸如在这里参考其他图描述的。
根据各种实施例，声阀181包括结构层184、隔离层186、声瓣192和压电层194。在这样的实施例中，声瓣192是结构层184的一部分。压电层194可以包括在上文中参考图6A中的压电层190描述的材料中的任一个。此外，如所示的那样，压电层190可以仅遍布声瓣192的顶面的一部分。在可替代实施例中，压电层190遍布声瓣192的整个顶面（未示出）。
根据各种实施例，声阀182包括结构层184、隔离层186、结构支撑196和静电密封层198。在这样的实施例中，向静电密封层198施加控制电压以便生成关闭静电密封层198并密封开口185的静电力。在各种实施例中，静电密封层198是导电或半导体材料。在各种特定实施例中，静电密封层198是多晶硅、金、铝、铜或铂。结构支撑196由电绝缘结构材料形成。在一些实施例中，结构支撑196由氧化物（诸如正硅酸乙酯（TEOS）氧化物）形成。
在各种实施例中，为了在静电密封层198上生成静电力，在静电密封层198和结构层184之间施加电压差。当施加电压差时，静电密封层198密封开口185，并且当不施加电压差时，静电密封层198远离开口185移动并且允许流体输送通过开口185。
图7A、7B、7C和7D图示另一实施例可变流量换能器200a、200b、200c和200d的顶视图。图7A图示可变流量换能器200a，其包括支撑结构202、膜204和声阀206。根据各种实施例，将膜204驱动成以高于较高的第一频率振荡并且声阀206被控制成开启和关闭以便使形成具有低于较低第二频率的频率的声信号的正声压和负声压成形。在一些实施例中，膜204可以以范围从40kHz到300kHz的频率振荡，并且声阀206可以被开启和关闭以形成频率范围从20Hz到20kHz的声信号。
在这样的实施例中，可以如在上文中在参考其他图的过程中参考声阀114、160、180、181或182描述的那样来实施声阀206。在特定实施例中，声阀206对应于如在上文中分别参考图6A和6B描述的声阀180或声阀181。在具体实施例中，声阀206包括声瓣208和形成在声瓣208的顶面上的压电致动层210。
在各种实施例中，支撑结构202可以是衬底，诸如在上文中参考图5A和5B中的衬底152所述的。在其他实施例中，支撑结构202可以是氧化物（诸如TEOS氧化物）或聚合物。在这样的实施例中，支撑结构202可以被形成在衬底上。膜204可以包括在上文中分别参考图5A和5B中的膜154或膜168描述的结构和材料中的任一个。在各种实施例中，腔被形成在膜204下面的衬底中。
图7B图示包括支撑结构202、膜204和声阀212的可变流量换能器200b。根据各种实施例，可变流量换能器200b类似于可变流量换能器200a，除了用静电致动的声阀212替换压电致动的声阀206之外。在这样的实施例中，声阀212对应于如在上文中参考图6C描述的声阀182。声阀212包括静电密封层214。
图7C图示包括支撑结构202、膜204和声阀216的可变流量换能器200c。根据各种实施例，声阀216被形成在膜204周围的支撑结构202中。在这样的实施例中，声阀216对应于如在上文中参考图5A和5B描述的旁路通道166、旁路结构162和旁路结构162中的声阀160。
在特定实施例中，可以如在上文中在参考其他图的过程中参考声阀114、160、180、181或182描述的那样来实施声阀216。在这样的实施例中，声阀216可以包括多个单独的声阀，诸如具有方形声瓣或包围膜204的周边的连续弯曲的声阀。在不同实施例中声阀216可以是静电或压电致动的。在其他实施例中，膜204还可以包括声阀（未示出），诸如在上文中分别参考图7A和7B中的可变流量换能器200a和可变流量换能器200b描述的。
图7D图示包括支撑结构202、膜204和声瓣220的可变流量换能器200d。根据各种实施例，声阀218被形成在膜204中。膜204中的膜狭缝222允许声瓣220与膜204分开地偏转。在这样的实施例中，压电致动层224被形成在膜204的顶面上并且当控制信号（诸如致动电压）被施加于压电致动层224时促使声瓣220偏转。在各种实施例中，声阀218对应于如在上文中参考图6B所述的声阀181。在其他实施例中，可变流量换能器200d和声阀218可以被修改成对应于如在上文中参考图6A描述的声阀180。
在各种实施例中，如所示的，可变流量换能器200a、200b、200c和200d包括圆形膜。在其他实施例中，可变流量换能器200a、200b、200c和200d可以包括椭圆形或矩形膜（未示出）。在更进一步的其他实施例中，例如可变流量换能器200a、200b、200c和200d可以包括任何形状的膜，诸如六边形或八边形。
图8A和8B图示更多实施例可变流量换能器111a和111b的侧视图横截面。可变流量换能器111a和111b中的每个都包括如上文中参考图3A、3B和3C中的可变流量换能器110描述的膜112、声阀114和致动结构116。根据各种实施例，以各种不同数目和配置来包括声阀114。具体来说，可变流量换能器111a包括布置在中心区域123a中的声阀114，如图8A中所示。在这样的实施例中，外围区123b是固体。在各种实施例中，膜112的偏斜在中心附近最大并且在锚点附近最小。
在其他实施例中，可变流量换能器111b包括布置在外围区123b中的声阀114，如图8B中所示。在这样的实施例中，中心区123a是固体。在这样的实施例中，致动结构116可以被形成在中心区123a的边缘处的膜112的顶面上。根据各种实施例，可以在膜的任一部分中布置任何数目和布置的声阀。此外，图7A和7B仅图示在膜204上以圆形布置的单行声阀，但是各种其他实施例可以包括在膜上以同心圆布置的两个、三个或更多声阀，诸如分别在图8A和8B中针对可变流量换能器111a和可变流量换能器111b所图示的。本领域技术人员将容易认识到用于实施例可变流量换能器的实施例声阀的数目和配置的各种修改。这样的修改充分地处于这里描述的实施例的范围内。
图9A、9B和9C图示包括底膜252和顶膜254的另一实施例可变流量换能器250的侧视图横截面和顶视图。根据各种实施例，底膜252包括声通口256，并且顶膜254包括声通口258。声通口256和声通口258被偏移以使得该通口不会重叠。在这样的实施例中，当在底膜252和顶膜254之间施加电压差时，静电力将底膜252和顶膜254吸引在一起并且密封声通口256和声通口258，如图9B中所示。当在底膜252和顶膜254之间不施加电压差或施加小电压差时，膜保持分开并且声通口256和声通口258是开启的，如图9A中所示。
根据各种实施例，当声通口256和声通口258被密封时，底膜252和顶膜254是声固的（acoustically solid），即声可见或不透声的（acoustically opaque）。当声通口256和声通口258开启时，底膜252和顶膜254是透声的。
在各种实施例中，底膜252和顶膜254被驱动成在较高第一频率以上振荡，并且声通口256和声通口258被控制成开启和密封的以便对形成具有低于较低第二频率的频率的声信号的正声压和负声压成形。在一些实施例中，底膜252和顶膜254可以以范围从40kHz到300kHz的频率振荡，并且声通口256和声通口258可以被开启和密封以形成具有范围从20Hz到20kHz的频率的声信号。
在图9C中示出声通口256和声通口258的实施例布置。在各种实施例中，可以以任何类型的随机布置或非随机图案来布置声通口256和声通口258。
根据各种实施例，底膜252和顶膜254被驱动成压电或静电振荡。具体来说，底膜252和顶膜254可以被布置有顶穿孔或底穿孔的背板或压电致动层，诸如在上文中分别参考图5A和5B中的可变流量换能器150和可变流量换能器151所描述的。在这样的实施例中，底膜252和顶膜254被一起驱动以便以高于可听频率范围的较高频率振荡。
根据可替代实施例，底膜252和顶膜254可以被致动成压电开启和密封声通口256和声通口258。在这样的实施例中，可选的压电致动层255被形成在底膜252和顶膜254上以便提供力来开启和密封声通口256和声通口258。
图10A、10B和10C图示实施例可变流量换能器操作的波形图。图10A、10B和10C包括在归一化垂直轴上示出的波形图与时间的关系。图10A图示膜位移波形270和膜加速度波形272，类似于在上文中参考图4C中的膜位移波形134和膜加速度波形136所描述的。根据各种实施例，膜被压电或静电驱动以便以高于可听范围的一个或多个频率振荡。例如，膜可以被驱动成以膜的谐振频率（诸如例如100kHz）振荡。
在各种实施例中，在振荡期间调整膜的声阻抗以便生成经过调制的声信号。在一些实施例中，当膜正减速（这可以被称为制动）时声阀被开启。图10B图示制动波形276和容积流量波形272，它们对应于图10A中的膜加速度波形272的加速和减速。
当膜正减速时（即当制动波形276具有为1的值时），声阀是开启的。在这样的实施例中，膜是透声的（例如声阻抗被减小），并且如由容积流量波形274所示的声媒质（例如空气）的容积流量被减小。在一些实施例中，在制动时段280期间，当制动波形276具有为1的值时，容积流量是一半，如由容积流量波形274所示的。在这样的实施例中，当声阀开启时在制动时段280期间膜是50%透声的。在其他实施例中，膜可以具有针对声透过性的其他值。在各种实施例中，当声阀开启时，膜处于30%和95%的透声之间。在具体实施例中，当声阀开启时，膜处于50%和80%的透声之间。在这样的各种实施例中，容积流量对应于声透过性。在一些实施例中，声透过性还可以被称为声短路。
当膜正加速时（即当制动波形276具有为0的值时），声阀是关闭的。在这样的实施例中，膜是不透声的，例如声阻抗是增大的或处于最大值，并且如由容积流量波形274所示声媒质（例如空气）的容积流量被增大。在一些实施例中，在加速时段278期间，当制动波形276具有为0的值时，容积流量是满的，如由容积流量波形274所示。
图10C图示与图10B中的制动波形276和容积流量波形274相对应的100%容积流量波形282和50%容积流量波形284。如由100%容积流量波形282所示的，对于正位移（1,0）和负位移（0，-1）来说，如这里描述的针对没有实施例声阀的膜的容积流量可以是相等的。根据各种实施例，如由50%容积流量波形284所示的，对于正位移（1,0）和负位移（0，-1）来说，如这里描述的针对具有实施例声阀的膜的容积流量可以被控制成具有不同的值。在特定实施例中，当声阀开启时（诸如在制动期间），膜是50%透声的，这产生50%的容积流量（对于50%容积流量波形284的负值）。当声阀是关闭的时（诸如在加速期间），膜是不透声的，这产生100%的容积流量（对于50%容积流量波形284的正值）。
根据各种实施例，声阀控制的极性可以被切换以便对可听声信号的正半波和负半波成形。通过策略性地开启和关闭声阀，可以从较高的频率振荡来对正声压级和负声压级成形。在各种实施例中，声透过性的质量（其可以被称为声阻抗或声短路）与如上文中参考其他图描述的声阀的数目、尺寸、形状、分布和操作有关。
图11图示实施例可变流量换能器操作的附加波形图，包括高频波形290、高频波形292和经过调制的声波形294。根据各种实施例，高频波形290和高频波形292是具有高于可听频率范围的频率的载波信号，诸如在上文中参考图2B中的载波信号CSIG所述的。经过调制的声波形294是从高频波形290或高频波形292形成的经过调制的信号，诸如在上文中参考图2B中的经过调制的声信号MASIG所述的。
根据各种实施例，声阀的质量以及膜中对应的声通路或穿孔影响膜的声透过性。在特定实施例中，高频波形290对应于当声通路或阀开启时50%声可见（50%透声）的膜，并且高频波形292对应于当声通路或阀开启时10%声可见（90%透声）的膜。在这样的实施例中，归因于在从0ms到0.1ms的第一半波期间的声透过性，膜产生处于正加速度状态的全容积流量和处于负加速度状态的降低的容积流量。此外，归因于在从0.1ms到0.2ms的第二半波期间的声透过性，膜产生处于负加速度状态的全容积流量和处于正加速度状态的降低的容积流量。对于50%声可见膜来说，当声阀开启时的容积流量是不可忽略的，但是当声阀关闭时受到较大量的容积流量的支配。如由高频波形290和高频波形292示出的，当声阀开启时的容积流量对于50%声可见的膜比对于10%声可见的膜要大很多。
根据各种实施例，经过调制的声波形294是可以通过高频波形290或高频波形292形成或成形的。在各种实施例中，经过调制的声波形294的振幅可以依赖于高频波形290或高频波形292的振幅以及当声阀开启时膜的声透过性的扩展。
图12图示针对可变流量换能器的操作300的实施例方法的流程图。根据各种实施例，操作300的方法是一种操作MEMS换能器的方法，在这种情况下该方法包括步骤305、310和315。在这样的实施例中，步骤305包括致动可偏转膜来振荡。该可偏转膜可以以高于可听范围的一个或多个频率振荡。例如，在特定实施例中，该可偏转膜以范围从40kHz到300kHz的一个或多个频率振荡。
在各种实施例中，步骤310包括控制可偏转膜中的多个可控声路径以便在第一模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声低阻抗路径。该声路径可以包括如上文中参考其他图描述的可控声阀。在一些实施例中提供低阻抗路径可以包括开启声阀。步骤315包括控制可偏转膜中的多个可控声路径以便在第二模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声高阻抗路径。在一些实施例中提供高阻抗路径可以包括关闭声阀。在这样的实施例中，高阻抗路径可以包括非常大的声阻抗。
根据一个实施例，一种微机电系统MEMS换能器包括：附接到支撑结构的可偏转膜，被配置成促使可偏转膜在第一模式中是透声的并且在第二模式中是声可见的声阀结构，以及耦合到可偏转膜的致动机构。其他实施例包括对应的系统和装置，每一个都被配置成执行各种实施例方法。
在各种实施例中，该致动机构被配置成激发可偏转膜的振荡，该振荡具有高于40kHz的频率。MEMS换能器还可以包括衬底，在这种情况下支撑结构被设置在衬底上。在一些实施例中，声阀结构包括多个压电阀。在这样的实施例中，多个压电阀可以被形成在可偏转膜上。
在各种实施例中，声阀结构包括多个静电阀。在这样的实施例中，多个静电阀可以被形成在可偏转膜上。在一些实施例中，致动机构包括与可偏转膜分开间隔距离的穿孔背板。在其他实施例中，致动机构包括形成在可偏转膜上的压电层。
根据一个实施例，一种MEMS换能器包括设置在衬底上的支撑结构，通过支撑结构支撑并且将第一容积和第二容积分开的可偏转膜，以及耦合到可偏转膜的致动结构。该可偏转膜包括在可偏转膜中的多个可控声路径，在这种情况下多个可控声路径中的每个可控声路径被配置成在第一模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声低阻抗路径，并且在第二模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声高阻抗路径。其他实施例包括对应的系统和装置，每一个都被配置成执行各种实施例方法。
在各种实施例中，该致动结构被配置成激发可偏转膜以高于40kHz的频率振荡。在一些实施例中，MEMS换能器还包括耦合到致动结构并且被配置成将第一控制信号提供给致动结构的控制电路。在这样的实施例中，该控制电路还可以被配置成将第二控制信号提供给多个可控声路径，并且该第二控制信号可操作用来在第一模式和第二模式之间切换多个可控声路径以便在可偏转膜以高于40kHz的频率振荡时选择性地生成形成具有低于20kHz的频率的可听声信号的正声压和负声压。
在各种实施例中，多个可控声路径包括在可偏转膜中形成的多个压电阀。在一些实施例中，该多个可控声路径包括在可偏转膜中形成的多个静电阀。
根据一个实施例，一种操作MEMS换能器的方法包括：致动可偏转膜来振荡，控制可偏转膜中的多个可控声路径以在第一模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声低阻抗路径，以及控制可偏转膜中的多个可控声路径以在第二模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声高阻抗路径。其他实施例包括对应的系统和装置，每一个都被配置成执行各种实施例方法。
在各种实施例中，可偏转膜被致动成以高于40kHz的频率振荡。在一些实施例中，该方法还包括通过在第一模式和第二模式之间切换多个可控声路径来选择性地生成正声压和负声压，在可偏转膜以高于40kHz的频率振荡时该正声压和负声压形成具有低于20kHz的频率的可听声信号。
在各种实施例中，控制可偏转膜中的多个可控声路径以提供声低阻抗路径可以包括压电开启多个压电声阀，并且控制可偏转膜中的多个可控声路径以提供声高阻抗路径可以包括压电关闭多个压电声阀。在一些实施例中，控制可偏转膜中的多个可控声路径以提供声低阻抗路径包括静电开启多个静电声阀，并且控制可偏转膜中的多个可控声路径以提供声高阻抗路径包括静电关闭多个静电声阀。
根据一个实施例，一种MEMS换能器包括：附接到支撑结构且包括第一多个穿孔的第一可偏转膜，附接到支撑结构且包括第二多个穿孔的第二可偏转膜，耦合到第一可偏转膜和第二可偏转膜的关闭机构，以及被配置成激发第一可偏转膜和第二可偏转膜的振荡的致动机构。该第二多个穿孔从第一多个穿孔偏移。该关闭机构被配置成通过在第一模式期间将第一可偏转膜和第二可偏转膜移动成接触来关闭通过第一可偏转膜和第二可偏转膜的声路径，并且通过在第二模式期间将第一可偏转膜和第二可偏转膜移动成不接触来开启该声路径。在这样的实施例中，当声路径被关闭时，第一多个穿孔被密封到第二可偏转膜并且第二多个穿孔被密封到第一可偏转膜。其他实施例包括对应的系统和装置，每一个都被配置成执行各种实施例方法。
在各种实施例中，第一可偏转膜和第二可偏转膜的振荡具有高于40kHz的频率。在一些实施例中，该关闭机构包括被配置成在第一模式期间在第一可偏转膜和第二可偏转膜之间生成静电力的静电结构。在其他实施例中，该关闭机构包括被配置成在第一模式期间在第一可偏转膜上生成第一力和在第二可偏转膜上生成第二力的压电结构，该第一力和第二力被配置成将第一可偏转膜和第二可偏转膜移动成接触。
在各种实施例中，该致动机构可以包括穿孔背板，其被附接到支撑结构并且被配置成在穿孔背板与第一可偏转膜和第二可偏转膜之间生成静电力。在其他实施例中，该致动机构包括被配置成在第一可偏转膜上生成第一力以及在第二可偏转膜上生成第二力的压电结构。
这里描述的各种实施例的优点可以包括使用膜的较高频率振荡形成的具有低频率的高声压级信号。这里描述的各种实施例的其他优点可以包括具有可控声阻抗的可偏转膜。各种实施例的一些优点可以包括形成不具有或具有降低的负声压的正声压的能力或者形成不具有或具有降低的正声压的负声压的能力。
尽管已经参考说明性实施例描述了本发明，但是不意图以限制的意义来解释该描述。当参考该描述时，该说明性实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例对本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，意图使所附权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。
Claims (26)
1.一种微机电系统（MEMS）换能器，其包括：
附接到支撑结构的可偏转膜；
声阀结构，其被配置成促使可偏转膜在第一模式中是透声的并且在第二模式中是声可见的；以及
耦合到可偏转膜的致动机构。
2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中该致动机构被配置成激发可偏转膜的振荡，该振荡具有高于40kHz的频率。
3.根据权利要求1所述的MEMS换能器，还包括衬底，其中该支撑结构被设置在该衬底上。
4.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中该声阀结构包括多个压电阀。
5.根据权利要求4所述的MEMS换能器，其中该多个压电阀被形成在可偏转膜上。
6.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中该声阀结构包括多个静电阀。
7.根据权利要求6所述的MEMS换能器，其中该多个静电阀被形成在可偏转膜上。
8.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中该致动机构包括与可偏转膜分开间隔距离的穿孔背板。
9.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中该致动机构包括形成在可偏转膜上的压电层。
10.一种微机电系统（MEMS）换能器，其包括：
设置在衬底上的支撑结构；
通过支撑结构支撑并且将第一容积和第二容积分开的可偏转膜，该可偏转膜包括在可偏转膜中的多个可控声路径，其中该多个可控声路径中的每个可控声路径被配置成：
在第一模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声低阻抗路径，以及
在第二模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声高阻抗路径；以及
耦合到可偏转膜的致动结构。
11.根据权利要求10所述的MEMS换能器，其中该致动结构被配置成将可偏转膜激发成以高于40kHz的频率振荡。
12.根据权利要求11所述的MEMS换能器，还包括耦合到致动结构并且被配置成将第一控制信号提供给致动结构的控制电路。
13.根据权利要求12所述的MEMS换能器，其中
该控制电路还被配置成将第二控制信号提供给多个可控声路径；以及
该第二控制信号可操作用来在第一模式和第二模式之间切换多个可控声路径以便在可偏转膜以高于40kHz的频率振荡时选择性地生成形成具有低于20kHz的频率的可听声信号的正声压和负声压。
14.根据权利要求10所述的MEMS换能器，其中该多个可控声路径包括在可偏转膜中形成的多个压电阀。
15.根据权利要求10所述的MEMS换能器，该多个可控声路径包括在可偏转膜中形成的多个静电阀。
16.一种操作微机电系统（MEMS）换能器的方法，该方法包括：
致动可偏转膜来振荡；
控制可偏转膜中的多个可控声路径以在第一模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声低阻抗路径；以及
控制可偏转膜中的多个可控声路径以在第二模式期间提供在第一容积和第二容积之间的声高阻抗路径。
17.根据权利要求16所述的方法，其中该可偏转膜被致动成以高于40kHz的频率振荡。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括通过在第一模式和第二模式之间切换多个可控声路径来选择性地生成正声压和负声压，在可偏转膜以高于40kHz的频率振荡时该正声压和负声压形成具有低于20kHz的频率的可听声信号。
19.根据权利要求16所述的方法，其中
控制可偏转膜中的多个可控声路径以提供声低阻抗路径包括压电开启多个压电声阀；以及
控制可偏转膜中的多个可控声路径以提供声高阻抗路径包括压电关闭多个压电声阀。
20.根据权利要求16所述的方法，其中
控制可偏转膜中的多个可控声路径以提供声低阻抗路径包括静电开启多个静电声阀；以及
控制可偏转膜中的多个可控声路径以提供声高阻抗路径包括静电关闭多个静电声阀。
21.一种微机电系统（MEMS）换能器，其包括：
附接到支撑结构且包括第一多个穿孔的第一可偏转膜；
附接到支撑结构且包括第二多个穿孔的第二可偏转膜，该第二多个穿孔从该第一多个穿孔偏移；
耦合到第一可偏转膜和第二可偏转膜的关闭机构，该关闭机构被配置成
通过在第一模式期间将第一可偏转膜和第二可偏转膜移动成接触来关闭通过第一可偏转膜和第二可偏转膜的声路径，以及
通过在第二模式期间将第一可偏转膜和第二可偏转膜移动成不接触来开启该声路径，其中当声路径被关闭时，第一多个穿孔被密封到第二可偏转膜并且第二多个穿孔被密封到第一可偏转膜；以及
被配置成激发第一可偏转膜和第二可偏转膜的振荡的致动机构。
22.根据权利要求21所述的MEMS换能器，其中该第一可偏转膜和第二可偏转膜的振荡具有高于40kHz的频率。
23.根据权利要求21所述的MEMS换能器，其中该关闭机构包括被配置成在第一模式期间在第一可偏转膜和第二可偏转膜之间生成静电力的静电结构。
24.根据权利要求21所述的MEMS换能器，其中该关闭机构包括被配置成在第一模式期间在第一可偏转膜上生成第一力和在第二可偏转膜上生成第二力的压电结构，该第一力和第二力被配置成将第一可偏转膜和第二可偏转膜移动成接触。
25.根据权利要求21所述的MEMS换能器，其中该致动机构包括穿孔背板，其被附接到支撑结构并且被配置成在穿孔背板与第一可偏转膜和第二可偏转膜之间生成静电力。
26.根据权利要求21所述的MEMS换能器，其中该致动机构包括被配置成在第一可偏转膜上生成第一力以及在第二可偏转膜上生成第二力的压电结构。
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