CN116347308A - 一种发声单元和发声设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发声单元和发声设备，涉及发声设备技术领域，以解决发声单元的使用寿命低的问题。所述发声单元包括振动板，振动板上开设有至少两条第一分割槽和至少两条第二分割槽，第一分割槽和第二分割槽在围设方向上交替设置，第一分割槽的两端分别与相邻两个第二分割槽在围设排布的方向上形成交叠，第一分割槽和第二分割槽之间相交叠的部分为悬臂结构；第一分割槽包括朝振动板中心内凹形成的内凹部，内凹部位于第二分割槽的端部位置，以增加悬臂结构在第二分割槽端部位置的宽度。所述发声设备包括上述方案所提的发声单元。

Description

一种发声单元和发声设备

技术领域

本发明涉及发声设备技术领域，尤其涉及一种发声单元和发声设备。

背景技术

扬声器是一种能够把电信号转换为声信号的换能器件。扬声器是制作音响、声学有源降噪设备等的基础，因此，扬声器的性能对声学设备的制作具有关键性的影响。MEMS扬声器(MicroElectroMechanicalSystem)，即微电机系统扬声器，其相对传统的音圈式扬声器具有一致性好、功耗低、尺寸小、价格低等优势。

目前常用的MEMS扬声器都是通过振膜运动推动空气实现模拟发声的，通常，MEMS扬声器包括振动板，振动板上开设有围设排布的多条分割槽，相邻两条分割槽相互交叠形成悬臂，分割槽将振动板分割为依次相连的振膜、悬臂以及固定部，采用这种结构，振膜可以在悬臂的弹性作用下进行往复运动模拟发声，但是，振膜上下运动时会带动悬臂相对于固定部弯曲形变，此时，悬臂与固定部的连接位置处于应力集中位置，容易发生断裂或发生塑性形变导致失效，影响扬声器的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发声单元和发声设备，以提高发声单元中悬臂的强度，提高发声单元的使用寿命。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种发声单元，包括振动板，振动板上开设有至少两条第一分割槽和至少两条第二分割槽，至少两条第一分割槽围设排布以形成第一环体，至少两条第二分割槽围设排布以形成第二环体，第一环体位于第二环体的内侧或外侧；

第一分割槽和第二分割槽在围设方向上交替设置，第一分割槽的两端分别与相邻两个第二分割槽在围设排布的方向上形成交叠，第一分割槽和第二分割槽之间相交叠的部分为悬臂结构；

第一分割槽包括朝振动板中心内凹形成的内凹部，内凹部位于第二分割槽的端部位置，以增加悬臂结构在第二分割槽端部位置的宽度。

采用上述技术方案的情况下，发声单元包括振动板，振动板上开设有至少两条第一分割槽和至少两条第二分割槽，第一分割槽和第二分割槽在围设方向上交替设置，第一分割槽的两端分别与相邻两个第二分割槽在围设排布的方向上形成交叠，第一分割槽和第二分割槽之间相交叠的部分为悬臂结构，第一分割槽包括朝振动板中心内凹形成的内凹部，内凹部位于第二分割槽的端部位置；采用这种结构，通过在第一分割槽上设置内凹部可以增加第一分割槽与第二分割槽的端部之间的距离，进而能够增加悬臂结构在第二分割槽端部位置的宽度，从而提高悬臂结构与振动板上的固定部之间连接的强度，提高发声单元的使用寿命。

在一些可能的实现方式中，内凹部为弧形内凹结构，第二分割槽的端部朝弧形内凹结构偏移，且第二分割槽的端部设置有倒角。如此设置，优化悬臂结构的形状，进一步提高悬臂结构的强度。

在一些可能的实现方式中，第一分割槽的端部朝远离第二分割槽的一侧偏移，以增加悬臂结构在第一分割槽端部位置的宽度。如此设置，提高悬臂结构与振动板上的振膜之间连接的强度，提高发声单元的使用寿命。

在一些可能的实现方式中，第一分割槽还包括位于内凹部和第一分割槽端部之间的弧形过渡部。如此设置，能够进一步提高悬臂结构的强度。

在一些可能的实现方式中，第一分割槽还包括朝相邻两个第二分割槽之间凸出设置的凸出部。如此设置，优化悬臂结构的形状，进一步提高悬臂结构的强度，同时能够增加振膜的面积。

在一些可能的实现方式中，第一环体位于第二环体的内侧；

第一分割槽和第二分割槽共同组成分割图案，分割图案为对称图形。如此设置，能够使振膜受力更加均匀，振动更加稳定可控，保证发声单元具有良好的声学性能。

在一些可能的实现方式中，第一分割槽设置有四个，第二分割槽设置有四个，四个第二分割槽围设排布以形成方形环体。如此设置，优化第一分割槽和第二分割槽的布设位置和布设数量，保证发声单元具有良好的声学性能，提高发声单元的使用寿命。

在一些可能的实现方式中，还包括电极板和介质层，电极板与振动板之间通过介质层间隔形成间隙；

第一分割槽和第二分割槽将振动板分割为振膜、悬臂结构以及固定部；

电极板的厚度为a，振膜的厚度为b，a>1.5b。如此设置，振膜可以在悬臂结构的弹性作用下进行往复运动实现发声，当电极板的厚度大于1.5倍的振膜厚度时，能够提高发声单元的发声效果。

在一些可能的实现方式中，电极板上设置有多个阵列分布的绝缘凸台；电极板上设置有多个通孔，且多个通孔构成的图案形状与振膜的形状一致，通孔位于第一环体和第二环体内侧。如此设置，能够使振膜与电极板分离更加容易，提高振膜的发声效果。

第二方面，本发明还提供一种发声设备，包括上述方案所提的发声单元。

采用上述技术方案的情况下，由于发声设备包括上述方案所提的发声单元，因此能够提高发声单元中悬臂的强度，提高发声单元的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明中发声单元的示意图；

图2为本发明中振动板的示意图一；

图3为本发明中振动板的示意图二；

图4为本发明中振动板的示意图三；

图5为本发明中发声单元的剖视图；

图6为本发明中电极板的主视图；

图7为本发明中电极板的俯视图。

附图标记：

1-基底，2-电极板，21-通孔，22-绝缘凸台，3-介质层，4-振动板，41-固定部，42-悬臂结构，43-振膜，44-第一分割槽，441-凸出部，442-内凹部，443-弧形过渡部，45-第二分割槽。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图7，第一方面，本发明实施例提供一种发声单元，包括振动板4，振动板4上开设有至少两条第一分割槽44和至少两条第二分割槽45，至少两条第一分割槽44围设排布以形成第一环体，至少两条第二分割槽45围设排布以形成第二环体，第一环体位于第二环体的内侧或外侧；第一分割槽44和第二分割槽45在围设方向上交替设置，第一分割槽44的两端分别与相邻两个第二分割槽45在围设排布的方向上形成交叠，第一分割槽44和第二分割槽45之间相交叠的部分为悬臂结构42；第一分割槽44包括朝振动板4中心内凹形成的内凹部442，内凹部442位于第二分割槽45的端部位置，以增加悬臂结构42在第二分割槽45端部位置的宽度。示例性的，本实施例中的发声单元可以为MEMS扬声器，MEMS扬声器(MicroElectroMechanicalSystem)，即微电机系统扬声器，其相对传统的音圈式扬声器具有一致性好、功耗低、尺寸小、价格低等优势。

采用上述技术方案的情况下，发声单元包括振动板4，振动板4上开设有至少两条第一分割槽44和至少两条第二分割槽45，第一分割槽44和第二分割槽45在围设方向上交替设置，第一分割槽44的两端分别与相邻两个第二分割槽45在围设排布的方向上形成交叠，第一分割槽44和第二分割槽45之间相交叠的部分为悬臂结构42，第一分割槽44包括朝振动板4中心内凹形成的内凹部442，内凹部442位于第二分割槽45的端部位置；采用这种结构，通过在第一分割槽44上设置内凹部442可以增加第一分割槽44与第二分割槽45的端部之间的距离，进而能够增加悬臂结构42在第二分割槽45端部位置的宽度，从而提高悬臂结构42与振动板4上的固定部41之间连接的强度，提高发声单元的使用寿命。

应理解，第一分割槽44和第二分割槽45将振动板4分割为位于第一分割槽44和第二分割槽45的围设区域内的振膜43、位于第一分割槽44和第二分割槽45的围设区域外的固定部41以及连接振膜43和固定部41的悬臂结构42，即第一分割槽44和第二分割槽45沿垂直于振动板4表面的方向上两侧均开口，以在振动板4上分割出与固定部41分离的振膜43。

示例性的，如图1所示，发声单元还包括基底1、电极板2以及介质层3，基底1、电极板2、介质层3和振动板4依次层叠设置，电极板2与基底1之间形成有空气后腔，振膜43能够在悬臂结构42的弹性作用下进行往复运动以推动空气实现模拟发声。

如图1至图4所示，进一步地，内凹部442为弧形内凹结构，第二分割槽45的端部朝弧形内凹结构偏移，且第二分割槽45的端部设置有倒角。示例性的，悬臂结构42的第一端与位于第二分割槽45端部的固定部41相连，悬臂结构42的第二端与位于第一分割槽44端部的振膜43相连，悬臂结构42的宽度由第一端至第二端逐渐减小。示例性的，第一分割槽44的端部亦可以设置倒角。采用这种结构，悬臂结构42与固定部41相连的一端的侧边为光滑过渡的弧形结构，当受到应力集中时不容易发生断裂，从而可以提高悬臂结构42的强度，进而能够提高振动板4和发声单元的使用寿命。

如图1至图4所示，进一步地，第一分割槽44的端部朝远离第二分割槽45的一侧偏移，以增加悬臂结构42在第一分割槽44端部位置的宽度。示例性的，悬臂结构42的第一端和第二端之间还包括窄臂部，悬臂结构42的宽度由第一端至窄臂部逐渐减小，由窄臂部至第二端逐渐增大。采用这种结构，由于振膜43上下运动带动悬臂结构42相对于固定部41弯曲形变时，悬臂结构42与振膜43的连接位置亦处于应力集中位置，即悬臂结构42靠近第一分割槽44端部的部分亦处于应力集中的环境下，此时，当第一分割槽44的端部朝远离第二分割槽45的一侧偏移时，可以增加悬臂结构42在第二分割槽45端部位置的宽度，从而提高悬臂结构42与振膜43之间的连接强度，进而提高发声单元的使用寿命。

如图1至图4所示，进一步地，第一分割槽44还包括位于内凹部442和第一分割槽44端部之间的弧形过渡部443。示例性的，弧形过渡部443的外凸部朝向第二分割槽45一侧。采用这种结构，悬臂结构42中靠近第一分割槽44的侧边为光滑过渡的弧形结构，当受到应力集中时不容易发生断裂，从而可以提高悬臂结构42的强度，进而能够提高振动板4和发声单元的使用寿命。

如图1至图4所示，进一步地，第一分割槽44还包括朝相邻两个第二分割槽45之间凸出设置的凸出部441。示例性的，一个第一分割槽44上设置有两个内凹部442、两个弧形过渡部443以及一个凸出部441，凸出部441设置于两个内凹部442之间。采用这种结构，通过凸出部441分割振动板4，能够进一步优化悬臂结构42的形状，提高悬臂结构42的强度；当振动板4为图2和图4所示的结构时，多个第一分割槽44组成第一环体位于多个第二分割槽45组成的第二环体内侧，此时，设置凸出部441可以振膜43的面积，提高振膜43的声压级和发声效果。

在一些实施例中，第一分割槽44的数量可以为两个、三个、四个、五个等，第二分割槽45的数量可以为两个、三个、四个、五个等，如图1至图3所示，第一分割槽44和第二分割槽45的数量均为四个，如图4所示，第一分割槽44和第二分割槽45的数量均为五个。示例性的，多个第一分割槽44围设排布形成的第一环体可以位于多个第二分割槽45围设排布形成的第二环体的内侧或外侧，如图1、图2和图4所示，第一环体位于第二环体的内侧，如图3所示，第一环体位于第二环体的外侧。

如图1、图2和图4所示，进一步地，第一环体位于第二环体的内侧；第一分割槽44和第二分割槽45共同组成分割图案，分割图案为对称图形。示例性的，分割图案可以为轴对称图案，亦可以为旋转对称图案，采用这种结构，在保证振动板4的尺寸以及悬臂结构42与振动板4边缘之间的距离一致的前提下，相对于第一环体位于第二环体的外侧的结构，当第一环体位于第二环体的内侧时，振动板4上振膜43的面积较大，能够提高振膜43的声压级和发声效果；当分割图案为对称图形时，能够使振膜43受力更加均匀，振动更加稳定可控，从而保证发声单元具有良好的声学性能。

如图1、图2和图4所示，进一步地，第一分割槽44设置有四个，第二分割槽45设置有四个，四个第二分割槽45围设排布以形成方形环体。采用这种结构，优化第一分割槽44和第二分割槽45的布设位置和布设数量，保证发声单元具有良好的声学性能，提高发声单元的使用寿命。

如图1和5所示，进一步地，还包括电极板2和介质层3，电极板2与振动板4之间通过介质层3间隔形成间隙；第一分割槽44和第二分割槽45将振动板4分割为振膜43、悬臂结构42以及固定部41；电极板2的厚度为a，振膜43的厚度为b，a>1.5b。示例性的，基底1具有开口，振膜43朝向电极板2的一侧至开口的底部之间的结构形成空气后腔，电极板2对应空气后腔的位置开设有阵列分布的通孔21，以便于空气通过通孔21流入电极板2和振动之间形成空气阻尼。示例性的，通孔21的孔径可以为2μm-20μm，通孔21的数量可以为4个-5000个。采用这种结构，电极板2与振动板4形成平板电容，使得振膜43能够在电极板2与振动板4所形成的电场的作用下发生振动；当电极板2的厚度大于1.5倍的振膜43厚度时，能够提高发声单元的发声效果。

如图6和图7所示，进一步地，电极板2上设置有多个阵列分布的绝缘凸台22；电极板2上设置有多个通孔21，且多个通孔21构成的图案形状与振膜43的形状一致，通孔21位于第一环体和第二环体内侧。采用这种结构，振膜43往复运动进行发声时，电极板2和振膜43之间可以通过绝缘凸台22进行隔离，避免振膜43与电极板2产生较大的分子间作用力而影响振膜43的振动，从而使振膜43与电极板2分离更加容易，提高振膜43的发声效果；当多个通孔21构成的图案形状与振膜43的形状一致时，能够使电极板2与振动板4之间的空气压力分布更加均匀，进一步提高振膜43的发声效果。

第二方面，本发明还提供一种发声设备，包括上述实施例所提的发声单元。其中，发声单元的数量为多个，且呈阵列分布或线形分布，其中每个发声单元均能够单独控制音频和音量，通过多个发声单元相互匹配，可以实现声音的数字化控制，本实施例多个发声单元的分布结构不限于阵列分布或线形分布，还可以采用其他的分布结构。

采用上述技术方案的情况下，发声单元包括振动板4，振动板4上开设有至少两条第一分割槽44和至少两条第二分割槽45，第一分割槽44和第二分割槽45在围设方向上交替设置，第一分割槽44的两端分别与相邻两个第二分割槽45在围设排布的方向上形成交叠，第一分割槽44和第二分割槽45之间相交叠的部分为悬臂结构42，第一分割槽44包括朝振动板4中心内凹形成的内凹部442，内凹部442位于第二分割槽45的端部位置；采用这种结构，通过在第一分割槽44上设置内凹部442可以增加第一分割槽44与第二分割槽45的端部之间的距离，进而能够增加悬臂结构42在第二分割槽45端部位置的宽度，从而提高悬臂结构42与振动板4上的固定部41之间连接的强度，提高发声单元的使用寿命。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种发声单元，包括振动板，其特征在于：

所述振动板上开设有至少两条第一分割槽和至少两条第二分割槽，至少两条所述第一分割槽围设排布以形成第一环体，至少两条所述第二分割槽围设排布以形成第二环体，所述第一环体位于所述第二环体的内侧或外侧；

所述第一分割槽和所述第二分割槽在围设方向上交替设置，所述第一分割槽的两端分别与相邻两个所述第二分割槽在围设排布的方向上形成交叠，所述第一分割槽和所述第二分割槽之间相交叠的部分为悬臂结构；

所述第一分割槽包括朝所述振动板中心内凹形成的内凹部，所述内凹部位于所述第二分割槽的端部位置，以增加所述悬臂结构在所述第二分割槽端部位置的宽度。

2.根据权利要求1所述的发声单元，其特征在于，所述内凹部为弧形内凹结构，所述第二分割槽的端部朝所述弧形内凹结构偏移，且所述第二分割槽的端部设置有倒角。

3.根据权利要求2所述的发声单元，其特征在于，所述第一分割槽的端部朝远离所述第二分割槽的一侧偏移，以增加所述悬臂结构在所述第一分割槽端部位置的宽度。

4.根据权利要求3所述的发声单元，其特征在于，所述第一分割槽还包括位于所述内凹部和所述第一分割槽端部之间的弧形过渡部。

5.根据权利要求2所述的发声单元，其特征在于，所述第一分割槽还包括朝相邻两个所述第二分割槽之间凸出设置的凸出部。

6.根据权利要求1所述的发声单元，其特征在于，所述第一环体位于所述第二环体的内侧；

所述第一分割槽和所述第二分割槽共同组成分割图案，所述分割图案为对称图形。

7.根据权利要求1所述的发声单元，其特征在于，所述第一分割槽设置有四个，所述第二分割槽设置有四个，四个所述第二分割槽围设排布以形成方形环体。

8.根据权利要求1所述的发声单元，其特征在于，还包括电极板和介质层，所述电极板与所述振动板之间通过所述介质层间隔形成间隙；

所述第一分割槽和所述第二分割槽将所述振动板分割为振膜、悬臂结构以及固定部；

所述电极板的厚度为a，所述振膜的厚度为b，a>1.5b。

9.根据权利要求8所述的发声单元，其特征在于，所述电极板上设置有多个阵列分布的绝缘凸台；

所述电极板上设置有多个通孔，且多个所述通孔构成的图案形状与所述振膜的形状一致，所述通孔位于所述第一环体和所述第二环体内侧。

10.一种发声设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的发声单元。

Images