CN111918179A - 发声装置及具有其的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发声装置及具有其的电子设备，其中，发声装置包括：中心设有第一通孔的第一基体、设置于所述第一基体上方的振动层、位于第一通孔内的与振动层连接的连接件和驱动振动层振动的驱动装置，振动层包括位于第一基体上方并固定于第一基体的固定部、悬置于第一通孔上方的振膜和连接振膜与固定部的弹性连接构件；弹性连接构件包括用于连接振膜的连接部和能够沿振膜的中心轴线方向运动的弹性部，连接部的一端与振膜相连接，连接部的另一端与弹性部相连接，弹性部和固定部相连接，弹性部位于第一基体上方；第一基体开设有与弹性部匹配的避让槽。本发明有效地解决了现有技术中振膜振动不稳定，全频域不足的问题。

Description

发声装置及具有其的电子设备

【技术领域】

本发明涉及电声转换领域，尤其涉及一种发声装置及具有其的电子设备。

【背景技术】

使用MEMS(微型机电系统)技术的微扬声器可以是静电型、电磁型或压电型，特别地，压电型微扬声器可以在比静电型更低的电压下工作。此外，压电型微扬声器可以具有简单的结构，并且与电磁型微扬声器相比能够做得更薄。

为使压电型微扬声器覆盖更大频域，目前出现了双驱动的MEMS扬声器的方案，该扬声器包括振膜、驱动器、与振膜连接的压电单元和连接驱动器与振膜的连杆，连杆的一端与振膜的中心相连接，连杆的另一端与驱动器相连接，驱动器对振膜提供活塞运动，压电单元对振膜提供面外振动，驱动器和压电单元的双驱动提高了振膜的振幅范围。

然而，已出现的双驱动的MEMS扬声器具有振动稳定性差的问题，一种情况是：振膜与腔壁之间无连接，振膜在振动过程中易发生摇摆，此种扬声器的稳定性极差。另一种情况是：振膜与腔壁之间通过弹性连接构件相连接，弹性连接构件通常和振膜结构层一起加工形成，直接在振膜上开缝隙形成弹性连接构件，当振膜发生较大幅度的面外振动时，位移超过振膜厚度，缝隙会急剧扩大，声泄漏严重，发声效果将大打折扣。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种发声装置及具有其的电子设备，用于解决现有技术中弹性连接构件大幅度运动导致的声泄漏的问题。

本发明的技术方案如下：

一种发声装置，包括中心设有第一通孔的第一基体、设置于所述第一基体上方的振动层、位于所述第一通孔内的与所述振动层连接的连接件和驱动所述振动层振动的驱动装置，所述振动层包括位于所述第一基体上方并固定于所述第一基体的固定部、悬置于所述第一通孔上方的振膜和连接所述振膜与所述固定部的弹性连接构件；所述弹性连接构件包括用于连接所述振膜的连接部和能够沿所述振膜的中心轴线方向运动的弹性部，所述连接部的一端与所述振膜相连接，所述连接部的另一端与所述弹性部相连接，所述弹性部和所述固定部相连接，所述弹性部位于所述第一基体上方；所述第一基体开设有与所述弹性部匹配的避让槽。

本发明的有益效果在于：

第一、通过将弹性连接构件的弹性部设置于第一基体上方，避免在振膜上开缝，从而避免声泄漏的问题，提高振动稳定性。

第二、通过设置弹性连接构件，对振膜的沿中心轴线方向的运动起到导向作用，防止振膜在振动过程中发生摇摆，提高振动稳定性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的发声装置的的整体结构示意图。

图2为图1所示的发声装置的底部结构示意图。

图3为图1中的第一基体的结构示意图。

图4为图1中的振动层的结构示意图。

图5为图1中的C处的局部放大结构示意图。

图6为图1所示的发声装置的爆炸结构示意图。

图7为图1中沿A－A向剖视爆炸结构示意图。

图8为图1中沿B－B向剖视爆炸结构示意图。

图9为本发明实施例二的发声装置的的整体结构示意图。

图10为图9所示的发声装置的底部结构示意图。

图11为图9中沿D－D向剖视结构示意图。

图12为图9中沿E－E向剖视结构示意图。

图13为图9所示发声装置中的振动层的结构示意图。

图14为图9所示发声装置中的驱动板的结构示意图。

图15为本发明实施例三的发声装置的的整体结构示意图。

图16为图15中沿F－F向剖视结构示意图。

图17为图15所示的发声装置的底部结构示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

参考图1-8，本发明公开了一种发声装置，包括中心设有第一通孔的第一基体110、设置于第一基体110上方的振动层120、、位于第一通孔内的与振动层120连接的连接件和驱动振动层120振动的驱动装置，振动层120包括位于第一基体110上方并固定于第一基体110的固定部121、悬置于第一通孔上方的振膜124和连接振膜124与固定部121的弹性连接构件123；弹性连接构件123包括用于连接振膜124的连接部1231和能够沿振膜124的中心轴线方向运动的弹性部1232，连接部1231的一端与振膜124相连接，连接部1231的另一端与弹性部1232相连接，弹性部1232和固定部121相连接，弹性部1232位于第一基体110上方；第一基体110开设有与弹性部1232匹配的避让槽112。由于形成弹性部1232的开缝处于第一基体110上方的固定部121，振膜124上无开缝，避免了振膜124的位于第一通孔侧的声泄漏的问题。再者，弹性部1232产生较大幅度的位移时，缝隙急剧加大也只是使避让槽112的气流变化大，并不会导致大量的声泄漏，因此，提高了振膜124的振动稳定性。另，弹性连接构件123能够对振膜124的沿中心轴线方向的运动起到导向作用，防止振膜124在振动过程中发生摇摆，以及弹性连接构件123还具有回复力，因此，本发明能够显著提高振膜124稳定性。

优选的，本发明将弹性部1232设计为与连接部1231垂直连接的横梁结构12321，横梁结构12321的两端分别与固定部121相连接，横梁结构12321的中间部与连接部1231相连接，横梁结构12321能够在避让槽112内作沿中心轴线方向的运动。横梁结构12321沿振膜124的中心轴线方向的振动，能够提供振膜124沿其中心轴线方向的回复力，提高振动稳定性。横梁结构12321的长度可依刚度需求调整。

优选的，弹性部1232还包括悬臂结构12322，悬臂结构12322固定于横梁结构12321的中间部，避让槽112的侧壁设有沿中心轴线方向延伸的用于供悬臂结构12322的自由端滑动的导向槽1121。导向槽1121进一步提高了振膜124沿其中心轴线方向振动的稳定性。

优选的，弹性连接构件123的数量至少为2个，优选的，弹性连接构件123关于振膜124的中心轴线对称分布。

优选的，振膜124与固定部121之间的间隙的宽度d大于等于0.1μm小于等于100μm，能够得到较佳的音效。

综上，本发明的弹性连接构件123不仅能够提供回复力，而且能够提供导向作用，并且也能防止突然的声泄漏，极大的提高了振动稳定性，能够提供高品质音效。

优选的，连接件为环形连接件130，驱动装置包括第一驱动器140和第二驱动器150；环形连接件130的中心设有第二通孔131，环形连接件130设置于第一通孔内，第二通孔131的方向和第一通孔的方向相同，环形连接件130的一端与振膜124固定连接，振膜124覆盖第二通孔131，环形连接件130的另一端与第二驱动器150相连接，第二驱动器150驱动环形连接件130沿中心轴线方向运动，环形连接件130驱动振膜124沿中心轴线方向运动；第一驱动器140与振膜124相连接，第一驱动器140驱动振膜124沿中心轴线方向振动。

环形连接件130避免第二通孔131的空气急剧泄漏导致的发声效果大打折扣的问题，进一步提高振动稳定性。

第一驱动器140和第二驱动器150共同作用于振膜124，第一驱动器140能够负责高频域的声学性能，第二驱动器150能够负责低频域的声学性能，使本实施例的发声装置整体实现全频域性能覆盖。因此，本发明的发声装置不仅发声性能稳定，而且能够实现全频域响应。

目前，现有技术中的双驱动的发声装置要么稳定性差，要么振膜振幅范围不足以满足全频域响应。

由于本发明的振膜124和固定部121之间设有弹性连接构件123，因此，位于第一通孔上方的振膜124整体相比固支膜能够提供更大幅度的振幅，能够满足全频域响应。

由于位于第二通孔131上方的振膜124与环形连接件130固定连接，环形连接件130相当于第二通孔131上方的振膜124的支撑结构，即第一驱动器140有效作用范围内的第二通孔131上方的振膜124为固支膜，但是，固支膜中心点位移有限，影响全频域响应，因此，可以对环形连接件130支撑范围内的振膜124的结构进行改善，以提高其振动幅度。

优选的，参考图9-14，第二通孔231上方的振膜224设置成固定于环形连接件230的悬臂梁结构振膜2242，悬臂梁结构振膜2242的自由端为振动端，其能提供相对固支膜更高的振动幅度，以进一步满足全频域响应。

第二通孔131上方的振膜124的形状和大小受与其固定连接的环形连接件130的形状和大小影响。可以将环形连接件130的形状和大小任意设置。实施例1-3分别提供了三种不同形状和大小的环形连接件。

优选的，第一驱动器140包括第一压电单元141，第一压电单元141的有效作用范围位于第二通孔131上方的振膜124。在本发明的三个具体实施例中，第一压电单元141均设置于振膜124的远离第二通孔131的上表面上。第一压电单元141包括靠近振膜124的第一电极层、远离振膜124的第二电极层和夹设于第一电极层和第二电极层之间的压电材料层。当然，第一压电单元141也可以设置于振膜124的朝向第二通孔131的下表面上。

为了提高音效，优选的，在第一基体110和振动层120之间还设置有第一阻尼层160。

第二驱动器150通过耦合层170与其上方的环形连接件130和第一基体110相连接。

第二驱动器150能够进一步提高振膜124的振幅，第二驱动器150以能提供更大幅度的振动为佳，从而，使振膜124具有更大幅度的振幅。

第二驱动器150中的驱动板可以为固支膜，但是固支膜的中心位移较小。

优选的，第二驱动器150中的驱动板采用悬臂驱动板153。悬臂驱动板153的固定端可以固定于第二基体151或与第二基体151固定连接的支撑梁152上，悬臂驱动板153的自由端为驱动端，悬臂驱动板153的自由端与环形连接件130的端部相连接，驱动环形连接件130沿振膜124的中心轴线方向运动。实施例1-3分别给出了不同的悬臂驱动板。

在本实施例中，环形连接件130靠近振膜124的外边缘，如此设置，环形连接件130内部的空间与间隙不直接接触，能够提高振膜124的稳定性。

在本实施例中，优选的，第二驱动器150包括中心设有第三通孔1511的第二基体151、设置于第三通孔1511内并与第二基体151固定连接的支撑梁152和中间固定于支撑梁152的悬臂驱动板153，悬臂驱动板153的位于支撑梁152的两侧的自由端均为驱动端，驱动端与环形连接件130相连接，驱动端驱动环形连接件130沿中心轴线方向运动。支撑梁152能够提高底部第二驱动器150结构的稳定性。

为悬臂驱动板153提供驱动的是第二压电单元154，第二压电单元154贴设于悬臂驱动板153的靠近环形连接件130的上表面，第二压电单元154的固定端设于支撑梁152上。

第一驱动器140为第一压电单元141，第一压电单元141与第二通孔131上方的振膜124相连接，第一压电单元141的固定端设于环形连接件130上，第一压电单元141的有效工作范围是第二通孔131上方的振膜124。

在第一基体110与振动层120之间还设置有第一阻尼层160，在第二基体151与悬臂驱动板153之间设置有第二阻尼层170，有利于提高音效。

实施例二：

参考图9－14，实施例二的发声装置在实施例一的基础上做出了调整。具体地，对环形连接件230的尺寸、环形连接件230覆盖范围的振膜224的结构、以及第二驱动器250的结构进行了调整。

在本实施例中，缩小了环形连接件230的截面尺寸，其小于振膜224的尺寸，也小于第三通孔2511的截面尺寸。

为了增加从环形连接件230向振膜224边缘延伸的振膜2241的强度，优选的，增加该区域振膜2241的厚度，为了提高第二通孔231上方的振膜的振动幅度，优选的，减薄该部分区域振膜的厚度，为了提高第二通孔231上方的振膜的振动幅度，本实施例还将在该区域振膜上进行切缝，以形成悬臂梁结构振膜2242。具体的，沿环形连接件230的两相对长边开缝，直至开至短边处，然后在该区域振膜的中部沿与环形连接件230的两相对短边平行的方向开缝，形成两个悬臂梁结构振膜2242，两个悬臂梁结构振膜2242的固定端分别设于环形连接件230上，两个悬臂梁结构振膜2242的自由端为振动端。在每个悬臂梁结构振膜2242的远离第二通孔231的上表面贴设第一压电单元240，第一压电单元240的固定端固定于环形连接件230上。

第二驱动器250包括中心设有第三通孔2511的第二基体251和位于第二基体251上方并与第二基体251固定连接的驱动板255，驱动板255的自由端为驱动端，驱动端与环形连接件230相连接，驱动端驱动环形连接件230沿中心轴线方向运动。

为了增加下部第二驱动器250的结构稳定性，在第三通孔2511内还设置有与第二基体251固定连接的支撑梁252，驱动板255为方形，驱动板255的第一对边2551分别与第二基体251固定连接，驱动板255的第二对边2552为自由边，与第一对边2551平行的支撑梁252与驱动板255的中部固定连接，支撑梁252将驱动板255分为第一驱动板2553和第二驱动板2554，第一驱动板2553的中部沿与支撑梁252平行的方向开设有用于降低第一驱动板2553局部刚度的第一缝隙25531，第二驱动板2554的中部沿与支撑梁252平行的方向开设有用于降低第二驱动板2554局部刚度的第二缝隙25541，第一缝隙25531处和第二缝隙25541处均为驱动部，驱动部与环形连接件230相连接，驱动部驱动环形连接件230沿中心轴线方向运动。

第一驱动板2553的第一缝隙25531的两侧分别设置压电单元，第二驱动板2554的第二缝隙25541的两侧分别设置压电单元。

实施例三：

参考图15－17，在本实施例中，将环形连接件330设计成圆环形，第二基体351的中心设置圆形的第三通孔3511，第三通孔3511的直径大于环形连接件330的直径，在第二基体351上设置关于中心轴线对称分布的与第二基体251固定连接的悬臂驱动板353，悬臂驱动板353的数量至少为2个，悬臂驱动板353的自由端为驱动端，驱动端与环形连接件330相连接，驱动端驱动环形连接件330沿中心轴线方向运动。

每个悬臂驱动板353上均设置压电单元，压电单元的固定端设至第二基体351上。

本发明还提供了一种电子设备，根据本实施例的电子设备(图中未示出)包括发声装置，具体地，发声装置为包含上述全部或部分技术结构的发声装置。本实施例的电子设备具备振动稳定、发声正常的优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (17)

1.一种发声装置，其特征在于，包括：中心设有第一通孔的第一基体、设置于所述第一基体上方的振动层、位于所述第一通孔内的与所述振动层连接的连接件和驱动所述振动层振动的驱动装置；所述振动层包括位于所述第一基体上方并固定于所述第一基体的固定部、悬置于所述第一通孔上方的振膜和连接所述振膜与所述固定部的弹性连接构件；

所述弹性连接构件包括用于连接所述振膜的连接部和能够沿所述振膜的中心轴线方向运动的弹性部，所述连接部的一端与所述振膜相连接，所述连接部的另一端与所述弹性部相连接，所述弹性部和所述固定部相连接，所述弹性部位于所述第一基体上方；

所述第一基体开设有与所述弹性部匹配的避让槽。

2.根据权利要求1所述的发声装置，其特征在于，所述弹性部为与所述连接部垂直连接的横梁结构，所述横梁结构的两端分别与所述固定部相连接，所述横梁结构的中间部与所述连接部相连接，所述横梁结构能够在所述避让槽内作沿所述中心轴线方向的运动。

3.根据权利要求2所述的发声装置，其特征在于，所述弹性部还包括悬臂结构，所述悬臂结构固定于所述横梁结构的中间部，所述避让槽的侧壁设有沿所述中心轴线方向延伸的用于供所述悬臂结构的自由端滑动的导向槽。

4.根据权利要求3所述的发声装置，其特征在于，所述弹性连接构件的数量至少为2个，所述弹性连接构件关于所述中心轴线对称分布。

5.根据权利要求4所述的发声装置，其特征在于，所述振膜与所述固定部之间的间隙的宽度大于等于0.1μm且小于等于100μm。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的发声装置，其特征在于，所述连接件为环形连接件，所述驱动装置包括第一驱动器和第二驱动器；

所述环形连接件的中心设有第二通孔，所述环形连接件设置于所述第一通孔内，所述第二通孔的方向和所述第一通孔的方向相同，所述环形连接件的一端与所述振膜固定连接，所述振膜覆盖所述第二通孔，所述环形连接件的另一端与所述第二驱动器相连接，所述第二驱动器驱动所述环形连接件沿所述中心轴线方向运动，所述环形连接件驱动所述振膜沿所述中心轴线方向运动；

所述第一驱动器与所述振膜相连接，所述第一驱动器驱动所述振膜沿所述中心轴线方向振动。

7.根据权利要求6所述的发声装置，其特征在于，所述环形连接件靠近所述振膜的外边缘。

8.根据权利要求7所述的发声装置，其特征在于，所述第二驱动器包括中心设有第三通孔的第二基体、设置于所述第三通孔内并与所述第二基体固定连接的支撑梁和中间固定于所述支撑梁的悬臂驱动板，所述悬臂驱动板的位于所述支撑梁的两侧的自由端均为驱动端，所述驱动端与所述环形连接件相连接，所述驱动端驱动所述环形连接件沿所述中心轴线方向运动。

9.根据权利要求8所述的发声装置，其特征在于，所述第二驱动器还包括第二压电单元，所述第二压电单元与所述悬臂驱动板相连接，所述第二压电单元的固定端设于所述支撑梁上。

10.根据权利要求9所述的发声装置，其特征在于，所述第一驱动器为第一压电单元，所述第一压电单元与所述第二通孔上方的振膜相连接，所述第一压电单元的固定端设于所述环形连接件上。

11.根据权利要求6所述的发声装置，其特征在于，所述环形连接件的横截面积小于所述振膜的面积。

12.根据权利要求11所述的发声装置，其特征在于，所述第二通孔上方的振膜为悬臂梁结构振膜，所述悬臂梁结构振膜的固定端设于所述环形连接件上，所述悬臂梁结构振膜的自由端能够沿所述中心轴线方向振动。

13.根据权利要求12所述的发声装置，其特征在于，所述第二通孔上方的振膜的厚度小于所述第一基体与所述环形连接件围成的腔体上方的振膜的厚度。

14.根据权利要求13所述的发声装置，其特征在于，所述第二驱动器包括中心设有第三通孔的第二基体和位于所述第二基体上方并与所述第二基体固定连接的悬臂驱动板，所述悬臂驱动板的自由端为驱动端，所述驱动端与所述环形连接件相连接，所述驱动端驱动所述环形连接件沿所述中心轴线方向运动。

15.根据权利要求13所述的发声装置，其特征在于，所述第二驱动器包括中心设有第三通孔的第二基体、设置于所述第三通孔内并与所述第二基体固定连接的支撑梁和设置于所述第二基体和所述支撑梁上方的驱动板，所述驱动板为方形，所述驱动板的第一对边分别与所述第二基体固定连接，所述驱动板的第二对边为自由边，与所述第一对边平行的支撑梁与所述驱动板的中部固定连接，所述支撑梁将所述驱动板分为第一驱动板和第二驱动板，所述第一驱动板的中部沿与所述支撑梁平行的方向开设有用于降低所述第一驱动板局部刚度的第一缝隙，所述第二驱动板的中部沿与所述支撑梁平行的方向开设有用于降低所述第二驱动板局部刚度的第二缝隙，所述第一缝隙处和所述第二缝隙处均为驱动部，所述驱动部与所述环形连接件相连接，所述驱动部驱动所述环形连接件沿所述中心轴线方向运动。

16.根据权利要求6所述的发声装置，其特征在于，所述环形连接件的横截面为圆形，所述第二驱动器包括中心设有第三通孔的第二基体和位于所述第二基体上方并与所述第二基体固定连接的悬臂驱动板，所述第三通孔为圆形，所述悬臂驱动板的数量至少为2个，所述悬臂驱动板关于所述中心轴线均匀分布，所述悬臂驱动板的自由端为驱动端，所述驱动端与所述环形连接件相连接，所述驱动端驱动所述环形连接件沿所述中心轴线方向运动。

17.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1-16任意一项所述的发声装置。

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