CN108337617A - 压电式麦克风 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电式麦克风，包括：衬底；设置在所述衬底上的压电振膜，所述压电振膜与所述衬底之间形成有悬空腔；设置在所述悬空腔下方的声孔，所述声孔纵向贯穿所述衬底，且所述声孔的横截面积小于所述压电振膜的横截面积；所述压电振膜包括至少两个谐振频率不同的组成部分。本发明实施例提供的压电式麦克风的压电振膜包括至少两个谐振频率不同的组成部分，整个振膜具有不同的谐振频率，可以改善麦克风的频谱，增大带宽。
Description
技术领域
本发明实施例涉及麦克风技术领域，尤其涉及一种压电式麦克风。
背景技术
近年来，越来越多的移动设备开始使用微电机系统麦克风(Micro ElectroMechanical System Microphone，MEMS)代替原来的驻极体麦克风。由于移动设备的使用环境多变，这对MEMS麦克风的可靠性提出了很高的要求。目前主流的MEMS麦克风都是电容式麦克风。电容式麦克风包含一个导电振膜和一个与振膜平行相对的导电背板。
振膜与背板的间距很小，从而形成一个平板电容。声波的振动会带动麦克风的振膜做往复振动，进而改变振膜和背板之间的距离以及平板电容值。通过检测电容的变化，就可以把声音信号转换为电信号。当移动设备处于多尘环境中，空气中的颗粒物容易进入并卡在麦克风的振膜和背板之间，导致振膜无法移动；当移动设备处于潮湿环境中，麦克风的振膜和背板之间容易凝结水珠，从而使得振膜和背板被水珠粘连。以上两种情况均会导致麦克风失效。为了避免此类问题，压电式MEMS麦克风应运而生。由于压电式麦克风只包含振膜，不包含背板，从根本上杜绝了空气中的颗粒物和水汽对麦克风带来的危害，极大地提高了麦克风的可靠性。
现有技术的压电式MEMS麦克风的振膜被分割为多个部分，每个部分的大小和形状相同。由此导致每个部分的谐振频率相同，即整个振膜的谐振频率只有一个。因此，这种振膜的频谱不平坦且带宽窄。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种压电式麦克风，改善了麦克风的频谱，增大了带宽。
本发明实施例提供了一种压电式麦克风，包括：
衬底；
设置在所述衬底上的压电振膜，所述压电振膜与所述衬底之间形成有悬空腔；
设置在所述悬空腔下方的声孔，所述声孔纵向贯穿所述衬底，且
所述声孔的横截面积小于所述压电振膜的横截面积；
所述压电振膜包括至少两个谐振频率不同的组成部分。
可选的，每个所述压电振膜的组成部分的谐振频率均不同。
可选的，所述压电振膜的组成部分的大小、形状和厚度中的一项或多项不同。
可选的，所述压电振膜包括主振动部、至少一个弧形附振动部以及至少一个弧形悬空开口；
所述弧形悬空开口设置在所述弧形附振动部和所述主振动部之间，所述弧形悬空开口与所述弧形附振动部一一对应设置，所述弧形悬空开口包裹所述弧形附振动部的弧形边缘；
所述弧形附振动部和部分所述主振动部间隔分布在所述压电振膜的边缘，且所述弧形悬空开口的两个端点位于所述压电振膜的边缘；
所述主振动部以及至少一个弧形附振动部中，至少有两个振动部的横截面积不相同；
所述压电振膜为中心对称图形。
可选的，当所述弧形附振动部的数目大于或等于2时，所述压电振膜的对称中心位于所述主振动部上，任意相邻两个所述弧形悬空开口的两个端点连线的中点与所述压电振膜的对称中心之间的连线的夹角相同。
可选的，所述压电振膜为圆形。
可选的，所述压电振膜为正多边形，且每条边上分布相等数量的所述弧形附振动部。
可选的，所述弧形悬空开口包括两条弧度相同的平滑弧线，以及所述两条弧度相同的平滑弧线之间的间隙；
弧长较小的所述平滑弧线与对应的所述弧形附振动部的弧形边缘重合；
所述平滑弧线为正圆的一部分或者椭圆的一部分；
所述平滑弧线为半圆、优弧或者劣弧中的任意一种。
可选的，所述压电振膜包括压电材料；
形成在所述压电材料第一表面的第一电极；
形成在所述压电材料第二表面的第二电极。
可选的，所述压电式麦克风还包括信号处理模块，所述信号处理模块的信号输入端与所述第一电极和所述第二电极电连接，用于对所述压电振膜的第一电极和所述压电振膜的第二电极之间的电位差进行处理并输出。
本发明实施例提供了一种压电式麦克风，该麦克风的压电振膜包括至少两个谐振频率不同的组成部分，整个振膜具有不同的谐振频率，可以改善麦克风的频谱，增大带宽。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种压电式麦克风的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种压电振膜的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的又一种压电振膜的结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的又一种压电振膜的结构示意图；
图5为本发明实施例二提供的又一种压电振膜的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的又一种压电振膜的结构示意图；
图7为本发明实施例二提供的压电振膜的灵敏度随声音信号频率的变化图谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例提供的一种压电式麦克风的结构示意图，参见图1，该压电式麦克风：衬底10；设置在衬底10上的压电振膜11，压电振膜11与衬底10之间形成有悬空腔12；设置在悬空腔11下方的声孔13，声孔13纵向贯穿衬底10，且声孔13的横截面积小于压电振膜11的横截面积；压电振膜11包括至少两个谐振频率不同的组成部分。
可选的，在衬底10和压电振膜11之间为绝缘层14，绝缘层支撑压电振膜11。
需要说明的是，现有技术的压电式MEMS麦克风的压电振膜被分割为多个部分，每个部分的大小和形状相同。由此导致每个部分的谐振频率相同，即整个压电振膜的谐振频率只有一个。因此，这种压电振膜的频谱不平坦且带宽窄。本发明实施例提供了一种压电式麦克风，该麦克风的压电振膜包括至少两个谐振频率不同的组成部分，整个压电振膜具有不同的谐振频率，可以改善麦克风的频谱，增大带宽。
可选的，在上述技术方案的基础上，每个压电振膜的组成部分的谐振频率均不同。压电振膜11包括的谐振频率不同的组成部分越多，麦克风的频谱的带宽越大。
实施例二
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种压电式麦克风，为了实现压电振膜11包括至少两个谐振频率不同的组成部分，可选的，压电振膜的组成部分的大小、形状和厚度中的一项或多项不同。
具体的，本发明实施例示例性的，以图2示出的压电振膜11为例进行说明，压电振膜11包括主振动部110、至少一个弧形附振动部111以及至少一个弧形悬空开口112；弧形悬空开口112设置在弧形附振动部111和主振动部110之间，弧形悬空开口112与弧形附振动部111一一对应设置，弧形悬空开口112包裹弧形附振动部111的弧形边缘；弧形附振动部111和部分主振动部110间隔分布在压电振膜11的边缘，且弧形悬空开口112的两个端点位于压电振膜11的边缘，即A1、A2以及B1和B2在边缘113上；主振动部110以及至少一个弧形附振动部111中，至少有两个振动部的横截面积不相同，示例性的，参见图2，4个弧形附振动部111的横截面积大小不一，且弧形附振动部111和主振动部110的横截面积也可以不相同，以保证压电振膜11有多个谐振频率；压电振膜11为中心对称图形，对称中心为O。
可选的，当弧形附振动部的数目大于或等于2时，示例性的，图2示出的弧形附振动部为4个时，压电振膜的对称中心O，位于主振动部110上，任意相邻两个弧形悬空开口112的两个端点连线的中点与压电振膜的对称中心之间的连线的夹角相同，即点C、D、E和F分别为弧形悬空开口112的两个端点连线的中点，且∠COD＝∠DOE＝∠EOF＝∠COF。
可选的，本发明实施例对于弧形附振动部111的数量并不做限定。图2示出的为弧形附振动部111为4个的情况，图3示出的为弧形附振动部111为1个的情况，图4示出的为弧形附振动部111为2个的情况，弧形悬空开口112的两个端点连线的中点分别为D和F，其中∠DOF＝180°。图5示出的为弧形附振动部111为3个的情况，弧形悬空开口112的两个端点连线的中点分别为D、C和E，其中，∠COD＝∠DOE＝∠COE。
可选地，本发明实施例限定了压电振膜为中心对称图形，但是对于具体的形状并不做限定。图2、图3、图4和图5示例性地示出压电振膜的形状可以为圆形。压电振膜的形状也为正多边形，且每条边上分布相等数量的弧形附振动部，示例性地，图6示出的压电振膜为正方形，每条边上分布了1个弧形附振动部，其中，∠COD＝∠DOE＝∠EOF＝∠COF。可选的，以图6示为例进行说明，弧形悬空开口112包括两条弧度相同的平滑弧线，以及两条弧度相同的平滑弧线之间的间隙；弧长较小的平滑弧线1121与对应的弧形附振动部111的弧形边缘重合；平滑弧线为正圆的一部分或者椭圆的一部分；平滑弧线为半圆、优弧或者劣弧中的任意一种。
可选的，压电振膜包括压电材料；形成在压电材料第一表面的第一电极；形成在压电材料第二表面的第二电极。可选的，压电式麦克风还包括信号处理模块，信号处理模块的信号输入端与第一电极和第二电极电连接，用于对压电振膜的第一电极和压电振膜的第二电极之间的电位差进行处理并输出。
本发明实施例提供了一种压电式麦克风，压电材料用于根据接收到的声音信号，发生形变，且第一表面和第二表面出现异号电荷，以使第一电极和第二电极之间形成电位差，信号处理模块对压电振膜的第一电极和压电振膜的第二电极之间的电位差进行处理并输出，其中该麦克风的压电振膜包括至少两个谐振频率不同的组成部分，整个压电振膜具有不同的谐振频率，可以改善麦克风的频谱，增大带宽。
参见图7，图7中的a曲线为现有技术中压电振膜包括一个谐振频率时，灵敏度随声音信号频率的变化图谱，图7中的b曲线为本发明实施例中，图4示出的压电振膜灵敏度随声音信号频率的变化图谱。从图中可以看出，本发明实施例中麦克风的压电振膜因具有3个谐振频率，其频谱带宽增大。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种压电式麦克风，其特征在于，包括：衬底；
设置在所述衬底上的压电振膜，所述压电振膜与所述衬底之间形成有悬空腔；
设置在所述悬空腔下方的声孔，所述声孔纵向贯穿所述衬底，且
所述声孔的横截面积小于所述压电振膜的横截面积；
所述压电振膜包括至少两个谐振频率不同的组成部分。
2.根据权利要求1所述的压电式麦克风，其特征在于，
每个所述压电振膜的组成部分的谐振频率均不同。
3.根据权利要求1所述的压电式麦克风，其特征在于，
所述压电振膜的组成部分的大小、形状和厚度中的一项或多项不同。
4.根据权利要求3所述的压电式麦克风，其特征在于，
所述压电振膜包括主振动部、至少一个弧形附振动部以及至少一个弧形悬空开口；
所述弧形悬空开口设置在所述弧形附振动部和所述主振动部之间，所述弧形悬空开口与所述弧形附振动部一一对应设置，所述弧形悬空开口包裹所述弧形附振动部的弧形边缘；
所述弧形附振动部和部分所述主振动部间隔分布在所述压电振膜的边缘，且所述弧形悬空开口的两个端点位于所述压电振膜的边缘；
所述主振动部以及至少一个弧形附振动部中，至少有两个振动部的横截面积不相同；
所述压电振膜为中心对称图形。
5.根据权利要求4所述的压电式麦克风，其特征在于，
当所述弧形附振动部的数目大于或等于2时，所述压电振膜的对称中心位于所述主振动部上，任意相邻两个所述弧形悬空开口的两个端点连线的中点与所述压电振膜的对称中心之间的连线的夹角相同。
6.根据权利要求1所述的压电式麦克风，其特征在于，
所述压电振膜为圆形。
7.根据权利要求4所述的压电式麦克风，其特征在于，
所述压电振膜为正多边形，且每条边上分布相等数量的所述弧形附振动部。
8.根据权利要求4所述的压电式麦克风，其特征在于，
所述弧形悬空开口包括两条弧度相同的平滑弧线，以及所述两条弧度相同的平滑弧线之间的间隙；
弧长较小的所述平滑弧线与对应的所述弧形附振动部的弧形边缘重合；
所述平滑弧线为正圆的一部分或者椭圆的一部分；
所述平滑弧线为半圆、优弧或者劣弧中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的压电式麦克风，其特征在于，
所述压电振膜包括压电材料；
形成在所述压电材料第一表面的第一电极；
形成在所述压电材料第二表面的第二电极。
10.根据权利要求9所述的压电式麦克风，其特征在于，
所述压电式麦克风还包括信号处理模块，所述信号处理模块的信号输入端与所述第一电极和所述第二电极电连接，用于对所述压电振膜的第一电极和所述压电振膜的第二电极之间的电位差进行处理并输出。
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