CN115567848A - 振动系统以及耳机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种振动系统以及耳机。该振动系统，包括：基体；振动件，与基体连接；至少一个配重块，与振动件连接，且在振动件的振动方向上，配重块的投影位于振动件的投影内，其中，配重块与振动件配合，用于形成若干种振动模态。上述方案，可以构建多模态系统，从而增加振动系统高灵敏度的频域区间。

Description

振动系统以及耳机

技术领域

本申请涉及振动技术领域，特别是涉及一种振动系统以及耳机。

背景技术

日常生活中的振动系统主要有振动传感器(如麦克风、加速度计等)、振动动作器(如扬声器等)、能量采集器等。以振动传感器为例，其主要作用为接收机械量，并转换为与之成比例的电量。

但是一般的振动系统基本都是单模态。这种单模态的振动系统只有一个共振峰，导致高灵敏度的频域区间较窄。

发明内容

本申请至少提供一种振动系统以及耳机。

本申请提供了一种振动系统，包括：基体；振动件，与基体连接；至少一个配重块，与振动件连接，且在振动件的振动方向上，配重块的投影位于振动件的投影内，其中，配重块与振动件配合，用于形成若干种振动模态。

其中，振动件为振膜，在振膜的振动方向上，振膜的投影位于基体的投影内。

其中，振膜的中心位置至少设置有一个配重块，其中，配重块与振膜配合，用于形成若干种振动模态。

其中，振膜上设置有至少三个配重块，且至少三个配重块是非共线的。

其中，振膜上设置有至少两个配重块，且至少两个配重块中至少存在两个不同尺寸的配重块。

其中，至少一个配重块设置于振膜朝向基体的一面，或者设置于振膜背离基体的一面。

其中，振动件为悬臂梁，在悬臂梁的振动方向上，悬臂梁的投影与基体的投影不完全重合。

其中，悬臂梁远离基体的一端设置有至少一个配重块，其中，悬臂梁与配重块配合，用于形成若干种振动模态。

其中，悬臂梁上设置有至少三个配重块，且至少三个配重块是共线的。

本申请还提供一种耳机，耳机包括如上所述的振动系统。

上述方案，通过在振动系统中设置多个配重块，能够实现振动系统的多模态设置，从而增加高灵敏度的频率区间。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于说明本申请的技术方案。

图1是本申请振动系统一实施例的第一结构示意图；

图2是本申请振动系统一实施例的第二结构示意图；

图3是本申请振动系统一实施例示出振动系统在第一投影平面上的第一投影示意图；

图4是本申请振动系统一实施例示出振膜与配重块在第二投影平面上的第二投影示意图；

图5是本申请振动系统一实施例的第三结构示意图；

图6是本申请振动系统一实施例示出振动系统在第一投影平面上的第三投影示意图；

图7是本申请振动系统一实施例的第四结构示意图；

图8是本申请振动系统一实施例示出振动系统在第二投影平面上的第四投影示意图；

图9是本申请振动系统一实施例示出振动系统在第一投影平面上的第五投影示意图；

图10是本申请振动系统一实施例的部分结果示意图；

图11是本申请振动系统一实施例示出包括两个高度不同配重块的结构示意图；

图12是本申请耳机一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本申请实施例的方案进行详细说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。此外，本文中的“多”表示两个或者多于两个。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

请参阅图1，图1是本申请振动系统一实施例的第一结构示意图。如图1所示，本公开实施例提供的振动系统10包括基体100、振动件200以及至少一个配重块300。

其中，至少一个可以是一个、两个或两个以上。本公开实施例以包括两个及以上的配重块300为例。其中，在配重块300为两个或两个以上时，各个配重块300的形状、大小和/或材质可以相同，也可以不同。其中，配重块300在垂直于振动件200振动方向的平面上的投影可以是三角形、四边形、五边形等多边形、圆形等等。进一步地，配重块300在投影面上的投影可以是六边形、八边形或圆形。其中，配重块300在平行于振动件200振动方向的平面上的投影为可以是长方形、三角形、梯形、倒梯形等等。本公开实施例以柱形为例。

其中，振动件200与基体100连接。配重块300与振动件200连接，并且配重块300在振动件200的振动方向上。其中，配重块300的投影位于振动件200的投影内。具体地，在垂直于振动方向的平面上，配重块300的投影位于振动件200的投影内。例如，振动件200的振动方向为竖直方向，则投影面为水平面。为方便以下描述，将垂直于振动件200振动方向的平面称之为第一投影面，将平行于振动件200振动方向的平面称之为第二投影面。其中，配重块300与振动件200配合，用于形成若干种振动模态。其中，若干种可以是一种及以上。

通过在振动系统10中设置至少一个配重块300，可以使得振动系统10能够拥有多模态，从而实现拥有两个及两个以上的共振峰，从而增加高灵敏度的频率区间。

其中，振动模态是具有固定频率、阻尼比和振型的振动状态。不同振动模态对应不同的变形形式，例如，多个配重块300同步向上振动，一个配重块300向上振动，一个配重块300向下振动等等。振动模态取决于振动系统10的自身特性，例如，振动件200的刚度和尺寸、配重块的大小、位置和密度等。一些应用场景中，一个配重块300产生一种模态、两个配重块300产生两种模态、三个配重块300产生三种有效模态或产生两种有效模态。其中，有效模态指的是能够让空气隙发生明显体积变化的模态。

一些公开实施例中，振动件200可以是振膜210。其中，在振膜210的振动方向上，振膜210的投影位于基体100的投影内。可选地，基体100为具备容置腔的壳体，振膜210放置于容置腔内。可选地，振膜210在第一投影面上的投影可以是圆形、四面行、五边形、六边形、七边形、八边形或其他不规则图像均可。进一步地，为防止非平滑的曲线过度导致角点处应力过于集中，因此，本公开实施例选择振膜210在第一投影面上的投影为圆形。

其中，配重块300可以放置在振膜210上方，也可放置在振膜210下方。其中，振膜210的中心位置至少设置有一个配重块300。其中，中心位置指的是与振膜210边缘之间的距离大于或等于预设距离的位置。具体地，配重块300的中心线与振膜210中心线之间的距离大于或等于配重块300中心线与振膜210的边缘之间的距离。一些公开实施例中，配重块300相对于振膜210的位置不同，可以调整振动系统10的共振峰位置。例如，配重块300从振膜210的边缘区域向振膜210的中心移动时，可以使得共振峰前移，若配重块300从振膜210的中心位置向振膜210的边缘区域移动时，可以使得共振峰后移。其中，配重块300与振膜210配合，用于形成若干种振动模态。

一些应用场景中，振膜210上设置有至少两个配重块300。其中，至少两个配重块300中至少存在两个不同尺寸的配重块300。其中，这里的尺寸可以是在第一投影平面上的投影尺寸，也可以是在第二投影平面上的投影尺寸，其中，第一投影平面上的尺寸用于展示配重块300的长度和宽度，而第二投影平面上的投影尺寸用于展示配重块300的高度、以及长度或宽度。例如，配重块300的数量为2，且两个配重块300在第一投影平面上的尺寸相同、而在第二投影平面上的尺寸不同，即两个配重块300的高度不同。具体地，请参见图2至图4，图2是本申请振动系统一实施例的第二结构示意图，图3是本申请振动系统一实施例示出振动系统在第一投影平面上的第一投影示意图，图4是本申请振动系统一实施例示出振膜与配重块在第二投影平面上的第二投影示意图。如图2至图4所示，基体100为长方体，振膜210设置于基体100内部，配重块300设置于振膜210的上方。其中，振膜210和配重块300在第一投影平面上的投影均为圆形。且，两个配重块300对应投影圆的半径相同，且距离振膜210对应投影圆的圆心的长度相同。并且在第二投影平面上，两个配重块300的高度不同。当然，在另一些公开实施例中，各配重块300在各个投影平面上的尺寸分别相同。具体配重块300的尺寸可以根据振动模态进行设计。

一些实施例中，振动系统10包括一个配重块300时，该振动系统10包括一个共振峰，而在同一振膜210上放置两个半径相同、高度不同的圆柱形配重块300时，该振动系统10包括两个共振峰。具体的实验数据如下，在只有一个配重块300时，振动系统10的共振峰在2000Hz左右，而在具备两个共振峰时，振动系统10在1300Hz以及3500Hz处形成了两个共振峰，通过设置两个配重块300，使得在这两个频点附近的频率区间上的灵敏度得到显著提升。其中，增加灵敏度的方式可以是增加配重块300尺寸，例如，增加配重块300与振膜210的接触面积。当然，配重块300的尺寸并非越大越好，若尺寸设置得过大，可能会抑制振膜210发生变形，或可能因为配重块300振幅过大产生新的有效模态。

可选地，振膜210上设置有至少三个配重块300。其中，至少三个配重块300是非共线的。进一步地，各相邻配重块300之间的距离相同。例如，参见图5和图6，图5是本申请振动系统一实施例的第三结构示意图，图6是本申请振动系统一实施例示出振动系统在第一投影平面上的第三投影示意图。如图5和图6所示，基体100为长方体，振膜210和配重块300在第一投影平面上的形状为圆形，且各个配重块300对应的投影圆的圆心到振膜210对应的投影圆的圆心之间的距离相同。进一步地，各个配重块300在第二投影平面上的投影高度可以完全不同，也可以是部分相同或完全相同。一些应用场景中，各个配重块300的高度之差相等或各配重块300的高度呈预设比例。当然，在另一些公开实施例中，各配重块300在各个投影平面上的尺寸分别相同。

其中，至少一个配重块300设置于振膜210朝向基体100的一面，或设置于振膜210背离基体100的一面。具体地，配重块300可设置于基体100的容置腔中。

一些公开实施例中，振动系统10可以是应用于MEMS器件设计，也可以应用于宏观器件设计。在MEMS器件工艺中，振膜210沿其厚度方向可以是单层材料，例如Si、SiO2、SiNx、SiC等，可以为双层或多层复合材料，例如Si/SiO2，SiO2/Si，Si/SiNx，SiNx/Si/SiO2等。配重块300可以是单层材料，如Si、Cu等，也可以是双层或多层复合材料，如Si/SiO2，SiO2/Si，Si/SiNx，SiNx/Si/SiO2等。进一步地，MEMS器件中的振膜210材料为Si或SiO2/SiNx，配重块300材料为Si。

在MEMS器件中，振膜210与配重块300在第一投影平面上的投影均为圆形。振膜210半径可以为500um～1500um，振膜210厚度可以为0.5um～5um；配重块300半径可以为100um～1000um，配重块300高度可以为50um～5000um。

在宏观器件中，振膜210和配重块300的材料可以有更多的选择。振膜210材料可以是高分子薄膜，如聚氨酯类、环氧树脂类、丙烯酸酯类等，也可以是金属薄膜，如铜、铝、锡或其他合金及其复合薄膜等；配重块300一般要求在尽可能小的体积下具备一定的质量，因此需要密度较大，其材料可以是铜、锡或其他合金及其复合材料。进一步地，振膜210材料为PTFE薄膜或铜箔，配重块300材料为金属锡或铜。

在宏观器件中，振膜210半径可以为1mm～10cm，振膜210厚度可以为0.1mm～5mm；配重块300半径可以为0.2mm～5cm，配重块300高度可以为0.1mm～10mm。进一步地，振膜210半径可以为1.5mm～10mm，振膜210厚度可以为0.2mm～0.7mm；配重块300半径可以为0.3mm～5mm，配重块300高度可以为0.3mm～5mm。

通过合理的振膜210及配重块300设计，可以在频率响应曲线上形成至少两个共振峰，从而形成多个高灵敏度的频率区间以及更宽的频带。

一些公开实施例中，振动件200为悬臂梁220。在悬臂梁220的振动方向上，悬臂梁220的投影与基体100的投影不完全重合。不完全重合的意思是悬臂梁220的投影面积小于基体100的投影面积。具体地，悬臂梁220在第一投影平面上的投影面积小于基体100在投影平面上的投影面积。

可选地，悬臂梁220远离基体100的一端设置有至少一个配重块300。其中，各个配重块300的尺寸可以部分相同或全部相同，甚至全部不同。进一步地，相邻配重块300之间的距离可以相同，也可以不同，可以根据振动模态进行设计。配重块300可以在悬臂梁220上方，也可以在悬臂梁220的下方。上方指的是远离基体100一方，下方指的是朝向基体100一方。其中，悬臂梁220与配重块300配合，用于形成若干种振动模态。

进一步地，悬臂梁220上设置有至少三个配重块300。且，至少三个配重块300是共线的。

其中，可以通过改变悬臂梁220和配重块300的材料、形状和尺寸，可调节振动系统10的多个共振峰位置。悬臂梁220在第一投影平面上的投影可以为矩形、三角形、梯形、菱形及其他曲线形状。本公开实施例以悬臂梁220形状为矩形为例。配重块300在第一投影平面上的投影可以是四边形、六边形、八边形、多边形、圆形等。本公开实施例以配重块300的投影状是矩形为例。配重块300在第二投影平面上的投影可以是柱形、锥形、倒梯形等。本公开实施例以配重块300对应投影是柱形为例。

请参见图7至图9，图7是本申请振动系统10一实施例的第四结构示意图，图8是本申请振动系统一实施例示出振动系统在第二投影平面上的第四投影示意图，图9是本申请振动系统10一实施例示出振动系统10在第一投影平面上的第五投影示意图。如图7至图9所示，振动系统10包括三个配重块300。且相邻配重块300之间的间距相等。进一步地，配重块300可以与悬臂梁220一体设置，也可以不是一体设置。其中，基体100包括一容置腔，且容置腔在第一投影平面和第二投影平面上的投影形状均为长方形。悬臂梁220的一端与基体100的一端连接，另一端位于容置腔的上方。即，悬臂梁220的长度短于基体100的长度。

请继续参见图10至图11，图10是本申请振动系统一实施例的部分结果示意图，图11是本申请振动系统一实施例示出包括两个高度不同配重块的结构示意图。

如图10和图11所示，悬臂梁220的上端与基体100的上端齐平，图10中，振动系统10包括三个配重块300，且三个配重块300的尺寸相同。而图11示出的振动系统10，包括两个配重块300，且两个配重块300的高度不同。

一些应用场景中，在振动系统10上只包括一个配重块300时，振动系统10只有一个共振峰，而在同一悬臂梁220上放置两个配重块300时，该振动系统10包括两个共振峰。具体的实验数据如下，在只有一个配重块300时，振动系统10的共振峰在10000Hz左右，而在具备两个共振峰时，振动系统10在3000Hz以及13000Hz处形成了两个共振峰，通过设置两个配重块300，使得在这两个频点附近的频率区间上的灵敏度得到显著提升。在同一悬臂梁220上放置三个配重块300时，振动系统10形成三个共振峰。具体的实验数据如下，该振动系统10在2250Hz、7600Hz和15700Hz处形成了三个共振峰，使得这三个频点附近的频率区间上的灵敏度得到显著提升，且将频响曲线天然地划分为了三个不同的频带区间，这对后续的信号处理是有利的。

一些公开实施例中，该方案可以应用于MEMS器件设计，也可以应用于宏观器件设计。在MEMS器件工艺中，悬臂梁220沿厚度方向可以为单层材料，如Si、SiO2、SiNx、SiC等，可以为双层或多层复合材料，例如Si/SiO2，SiO2/Si，Si/SiNx，SiNx/Si/SiO2等。配重块300可以是单层材料，如Si、Cu等，也可以是双层或多层复合材料，如Si/SiO2，SiO2/Si，Si/SiNx，SiNx/Si/SiO2等。本公开实施例选择MEMS器件中的悬臂梁220材料为Si或SiO2/SiNx，配重块300材料为Si。

在MEMS器件中，悬臂梁220长度可以为500um～1500um，悬臂梁220厚度可以为0.5um～5um。配重块300边长可以为50um～1000um，配重块300高度可以为50um～5000um。进一步地，悬臂梁220长度可以为700um～1200um，悬臂梁220厚度可以为0.8um～2.5um；配重块300边长可以为200um～600um，配重块300高度可以为200um～1000um。

在宏观器件中，悬臂梁220和配重块300的材料可以有更多的选择。悬臂梁220材料可以是无机非金属材料，如氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅等，也可以是金属材料，如铜、铝、锡或其他合金，或者以上材料组合等。配重块300一般要求在尽可能小的体积下具备一定的质量，因此需要密度较大，其材料可以是铜、锡或其他合金，也可以是陶瓷材料。优选地，悬臂梁220材料为氮化铝-铜，配重块300材料为金属锡或铜。

在宏观器件中，悬臂梁220长度可以为1mm～20cm，悬臂梁220厚度可以为0.1mm～10mm。配重块300边长可以为0.2mm～5cm，配重块300高度可以为0.1mm～10mm。进一步地，悬臂梁220长度可以为1.5mm～10mm，悬臂梁220厚度可以为0.2mm～5mm；配重块300边长可以为0.3mm～5cm，配重块300高度可以为0.5mm～5cm。

其中，增加振动系统10的灵敏度的方式可以是增加配重块300尺寸，例如，增加配重块300与振膜210的接触面积。当然，配重块300的尺寸并非越大越好，若尺寸设置得过大，可能会抑制振膜210发生变形，或可能因为配重块300振幅过大产生新的有效模态。

通过合理的悬臂梁220及配重块300设计，可以在频率响应曲线上形成至少两个共振峰，从而形成多个高灵敏度的频率区间以及更宽的频带。

请参见图12，图12是本申请耳机一实施例的结构示意图。如图12所示，耳机1包括如振动系统实施例所提供的振动系统10。

其中，耳机1中其余的功能性组件请参考一般的耳机1，此处不对其余功能性组件做进一步赘述。

上述方案，通过合理的振动件及配重块设计，可以在频率响应曲线上形成至少两个共振峰，从而形成多个高灵敏度的频率区间以及更宽的频带。

在一些实施例中，本公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。

上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种振动系统，其特征在于，所述振动系统包括：

基体；

振动件，与所述基体连接；

至少一个配重块，与所述振动件连接，且在所述振动件的振动方向上，所述配重块的投影位于所述振动件的投影内，其中，所述配重块与所述振动件配合，用于形成若干种振动模态。

2.根据权利要求1所述的振动系统，其特征在于，

所述振动件为振膜，在所述振膜的振动方向上，所述振膜的投影位于所述基体的投影内。

3.根据权利要求2所述的振动系统，其特征在于，

所述振膜的中心位置至少设置有一个配重块，其中，所述配重块与所述振膜配合，用于形成若干种振动模态。

4.根据权利要求2或3所述的振动系统，其特征在于，

所述振膜上设置有至少三个配重块，且所述至少三个配重块是非共线的。

5.根据权利要求2所述的振动系统，其特征在于，

所述振膜上设置有至少两个配重块，且所述至少两个配重块中至少存在两个不同尺寸的配重块。

6.根据权利要求2所述的振动系统，其特征在于，

所述至少一个配重块设置于所述振膜朝向所述基体的一面，或者设置于所述振膜背离所述基体的一面。

7.根据权利要求1所述的振动系统，其特征在于，

所述振动件为悬臂梁，在所述悬臂梁的振动方向上，所述悬臂梁的投影与所述基体的投影不完全重合。

8.根据权利要求7所述的振动系统，其特征在于，

所述悬臂梁远离所述基体的一端设置有至少一个配重块，其中，所述悬臂梁与所述配重块配合，用于形成若干种振动模态。

9.根据权利要求7或8所述的振动系统，其特征在于，

所述悬臂梁上设置有至少三个配重块，且所述至少三个配重块是共线的。

10.一种耳机，其特征在于，所述耳机包括权利要求1～9中任一项所述的振动系统。

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