CN209748810U - 一种音频装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种音频装置及电子设备，包括：输出端与MEMS扬声器阵列电连接的处理电路，处理电路的输出端用于输出控制MEMS扬声器阵列消除噪声的模拟消噪电信号；输出端与处理电路的输入端电连接的MEMS麦克风，MEMS麦克风的输出端用于在MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制处理电路生成模拟消噪电信号的控制电信号。本实用新型通过采用MEMS扬声器和MEMS麦克风来制备具有主动降噪功能的音频装置，由于MEMS扬声器和MEMS麦克风具有体积小、功耗低等优点，进而使得该音频装置具有体积小且功耗低的优势，且本实用新型提供的音频装置的结构更加简单。

Description

一种音频装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及扬声器技术领域，更为具体地说，涉及一种音频装置及电子设备。

背景技术

随着电子科学技术的发展，主动降噪技术已日趋成熟，该技术已成功应用于主动降噪耳机的研发和应用，并取得了不错的降噪效果。主动降噪主要采用有源消音的原理进行降噪，通过降噪装置输出一与待消除噪音的频谱相同且相位相反的消噪信号实现降噪效果。现有的降噪装置一般具有体积大、功耗高的缺点。若应用在无线耳机上，将显著减少耳机的续航时间。如苹果公司的Airpods、华为的Flypods pro等高端真无线耳机，为提供足够的续航时间和控制体积，都不具备主动降噪功能。由于采用传统工艺制作的扬声器作为发声单元时，其体积大、功耗高、应用场景受到很大限制。因此，主动降噪技术难以应用到真无线耳机等对体积、功耗有严格要求的产品中。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种音频装置及电子设备，有效的解决现有技术存在的问题。本实用新型提供的技术方案通过采用MEMS (Micro-Electro-MechanicalSystem，微机电系统)扬声器和MEMS麦克风来制备具有主动降噪功能的音频装置，由于MEMS扬声器和MEMS麦克风具有体积小、功耗低等优点，进而使得该音频装置具有结构简单、体积小且功耗低的优势。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种音频装置，包括：

输出端与MEMS扬声器阵列电连接的处理电路，所述处理电路的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列消除噪声的模拟消噪电信号；

以及，输出端与所述处理电路的输入端电连接的MEMS麦克风，所述MEMS麦克风的输出端用于在所述MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制所述处理电路生成所述模拟消噪电信号的模拟电信号。

可选的，所述MEMS麦克风为模拟MEMS麦克风，所述控制电信号为模拟电信号，其中，所述处理电路包括：

输入端与所述MEMS麦克风的输出端电连接的模数转换子电路，所述 MEMS麦克风的输出端用于在所述MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制所述模数转换子电路生成数字电信号的所述模拟电信号，及所述模数转换子电路的输出端用于输出控制计算子电路生成数字消噪电信号的所述数字电信号；

输入端与所述模数转换子电路的输出端电连接的所述计算子电路，所述计算子电路的输出端用于输出控制数模转换子电路生成所述模拟消噪电信号的数字消噪电信号；

以及，输入端与所述计算子电路的输出端电连接的所述数模转换子电路，所述数模转换子电路的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列消除噪声的所述模拟消噪电信号。

可选的，所述MEMS麦克风为数字MEMS麦克风，所述控制电信号为数字电信号，其中，所述处理电路包括：

输入端与所述MEMS麦克风的输出端电连接的计算子电路，所述MEMS 麦克风的输出端用于在所述MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制所述计算子电路生成数字消噪电信号的所述数字电信号；

所述计算子电路的输出端用于输出控制数模转换子电路生成所述模拟消噪电信号的所述数字消噪电信号；

以及，输入端与所述计算子电路的输出端电连接的所述数模转换子电路，所述数模转换子电路的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列消除噪声的所述模拟消噪电信号。

可选的，所述处理电路为印刷电路或集成电路。

可选的，所述MEMS扬声器阵列中任意一MEMS扬声器的音频装置的驱动方式包括静电驱动、压电驱动、电磁驱动或机电驱动。

可选的，所述MEMS扬声器阵列包括多个发声单元，每一所述发声单元包括至少一个MEMS扬声器；

其中，所有所述发声单元中至少一个所述发声单元与其余所述发声单元同时或不同时发声。

可选的，所述MEMS麦克风为压电式MEMS麦克风或电容式MEMS麦克风。

相应的，本实用新型还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的音频装置。

可选的，所述电子设备为耳机、手机或平板电脑。

相较于现有技术，本实用新型提供的技术方案至少具有以下优点：

本实用新型提供了一种音频装置及电子设备，包括：输出端与MEMS扬声器阵列电连接的处理电路，所述处理电路的输出端用于输出控制所述 MEMS扬声器阵列消除噪声的模拟消噪电信号；以及，输出端与所述处理电路的输入端电连接的MEMS麦克风，所述MEMS麦克风的输出端用于在所述MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制所述处理电路生成所述模拟消噪电信号的控制电信号。

由上述内容可知，本实用新型提供的技术方案，通过MEMS麦克风和处理电路完成对MEMS扬声器阵列的消噪处理，使得音频装置具有主动消噪的功能，进而达到消除或降低环境噪声的目的。其中，本实用新型通过采用 MEMS扬声器和MEMS麦克风来制备具有主动降噪功能的音频装置，由于 MEMS扬声器和MEMS麦克风具有体积小、功耗低等优点，进而使得该音频装置具有体积小且功耗低的优势，且本实用新型提供的音频装置的结构更加简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种音频装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种音频装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种音频装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种压电驱动的MEMS扬声器的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种压电驱动的MEMS扬声器的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种MEMS扬声器和基板固定结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请实施例提供了一种音频装置及电子设备，有效的解决现有技术存在的问题。本申请实施例提供的技术方案通过采用MEMS (Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)扬声器和MEMS麦克风来制备具有主动降噪功能的音频装置，由于MEMS扬声器和MEMS麦克风具有体积小、功耗低等优点，进而使得该音频装置具有结构简单、体积小且功耗低的优势。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图6对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

参考图1所示，为本申请实施例提供的一种音频装置的结构示意图，其中，音频装置包括：

输出端与MEMS扬声器阵列100电连接的处理电路200，所述处理电路 200的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列100消除噪声的模拟消噪电信号；

以及，输出端与所述处理电路200的输入端电连接的MEMS麦克风300，所述MEMS麦克风300的输出端用于在所述MEMS麦克风300接收到环境噪声信号后，输出控制所述处理电路200生成所述模拟消噪电信号的控制电信号。

可以理解的，本申请实施例提供的技术方案，音频装置包括有MEMS扬声器阵列100、处理电路200和MEMS麦克风300，其中，音频装置的原理为：利用MEMS麦克风300侦测环境噪声信号后，将环境噪声信号的信息反馈给处理电路200，处理电路200根据MEMS扬声器阵列100的频率响应曲线进行计算分析，而产生一驱动信号，进而驱动MEMS扬声器阵列100产生与环境噪声信号频谱相同、相位相反的消噪声信号，从而达到消除或降低环境噪声的目的。

其中，通过MEMS麦克风300、处理电路200和MEMS扬声器阵列100 完成消噪处理，使得音频装置具有主动消噪的功能，进而达到消除或降低环境噪声的目的；亦即，本申请实施例提供的MEMS麦克风300在接收到环境噪声信号后，将环境噪声信号转换为控制电信号输出；而后，处理电路200 接收该控制信号而生成模拟消噪电信号且输出至MEMS扬声器阵列100，以控MEMS扬声器阵列100产生消噪声信号。

其中，本申请实施例通过采用MEMS扬声器和MEMS麦克风来制备音频装置，由于MEMS器件工艺精度高、一致性好，因此MEMS器件具有低功耗、体积小等优势，可实现更高的集成度，进而可以在有限的空间内实现阵列摆放；故而，本申请实施例提供的MEMS扬声器和MEMS麦克风具有体积小、功耗低等优点，进而使得该音频装置具有体积小且功耗低的优势，且本申请实施例提供的音频装置的结构更加简单。

在本申请一实施例中，本申请提供的MEMS麦克风可以为模拟MEMS 麦克风，还可以为数字MEMS麦克风，对此使得相应处理电路不同。参考图 2所示，为本申请实施例提供的另一种音频装置的结构示意图，其中，音频装置包括：

输出端与MEMS扬声器阵列100电连接的处理电路200，所述处理电路 200的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列100消除噪声的模拟消噪电信号，其中，本申请实施例对于MEMS扬声器阵列100中MEMS扬声器的数量不做具体限制；

以及，输出端与所述处理电路200的输入端电连接的MEMS麦克风300，所述MEMS麦克风300的输出端用于在所述MEMS麦克风300接收到环境噪声信号后，输出控制所述处理电路200生成所述模拟消噪电信号的控制电信号。

其中，本申请实施例提供的所述MEMS麦克风300可以为模拟MEMS 麦克风，所述控制电信号为模拟电信号，本申请实施例提供的所述处理电路 200包括：

输入端与所述MEMS麦克风300的输出端电连接的模数转换子电路201，所述MEMS麦克风300的输出端用于在所述MEMS麦克风300接收到环境噪声信号后，输出控制所述模数转换子电路201生成数字电信号的所述模拟电信号，及所述模数转换子电路201的输出端用于输出控制计算子电路202生成数字消噪电信号的所述数字电信号；

输入端与所述模数转换子电路201的输出端电连接的所述计算子电路 202，所述计算子电路202的输出端用于输出控制数模转换子电路203生成所述模拟消噪电信号的数字消噪电信号；

以及，输入端与所述计算子电路202的输出端电连接的所述数模转换子电路203，所述数模转换子电路203的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列100消除噪声的所述模拟消噪电信号。

可以理解的是，本申请实施例提供的MEMS麦克风300在接收到环境噪声信号后，将环境噪声信号转换为模拟电信号输出；而后，模数转换子电路 201接收该模拟电信号后生成数字电信号输出；计算子电路202接收该数字电信号且生成数字消噪电信号输出；最终数模转换子电路203接收该数字消噪电信号且生成模拟消噪电信号，并输出至MEMS扬声器阵列100，控制MEMS 扬声器阵列100产生消噪声信号。

参考图3所示，为本申请实施例提供的又一种音频装置的结构示意图，其中，音频装置包括：

输出端与MEMS扬声器阵列100电连接的处理电路200，所述处理电路 200的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列100消除噪声的模拟消噪电信号，其中，本申请实施例对于MEMS扬声器阵列100中MEMS扬声器的数量不做具体限制；

以及，输出端与所述处理电路200的输入端电连接的MEMS麦克风300，所述MEMS麦克风300的输出端用于在所述MEMS麦克风300接收到所环境噪声信号后，输出控制所述处理电路200生成所述模拟消噪电信号的控制电信号。

其中，本申请实施例提供的所述MEMS麦克风300为数字MEMS麦克风，所述控制电信号为数字电信号，其中，所述处理电路200包括：

输入端与所述MEMS麦克风300的输出端电连接的计算子电路202，所述MEMS麦克风300的输出端用于在所述MEMS麦克风300接收到环境噪声信号，输出控制所述计算子电路202生成数字消噪电信号的所述数字电信号；

所述计算子电路202的输出端用于输出控制数模转换子电路203生成所述模拟消噪电信号的所述数字消噪电信号；

以及，输入端与所述计算子电路202的输出端电连接的所述数模转换子电路203，所述数模转换子电路203的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列100消除噪声的所述模拟消噪电信号。

可以理解的是，本申请实施例提供的MEMS麦克风300在接收到环境噪声信号后，将环境噪声信号转换为数字电信号输出；计算子电路202接收该数字电信号且生成数字消噪电信号输出；最终数模转换子电路203接收该数字消噪电信号且生成模拟消噪电信号，并输出至MEMS扬声器阵列100，控制MEMS扬声器阵列100产生消噪声信号。

在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的所述处理电路200可以为印刷电路或集成电路。优选的，本申请实施例提供的处理电路200为集成电路，由此，由于MEMS器件具有与半导体工艺兼容的特性，将处理电路200 设置为集成电路，使得MEMS麦克风300和MEMS扬声器易与集成电路集成，使得整个音频装置具有更小的体积、功耗更低、且可靠性更好的优势。

在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的所述MEMS扬声器阵列100 中任意一MEMS扬声器的的驱动方式包括静电驱动、压电驱动、电磁驱动或机电驱动。

参考图4所示，为本申请实施例提供的一种压电驱动的MEMS扬声器的结构示意图，其中，该MEMS扬声器包括：

具有中空结构的基底4001，其中，基底4001可以为硅基底；

位于基底4001上方的结构梁4002；

位于结构梁4002背离基底4001一侧的底电极4003；

位于底电极4003背离基底4001一侧的复合振动膜4004；

以及，位于复合振动膜4004背离基底4001一侧的顶电极4005。

可以理解的，本申请实施例图4所示的压电驱动的MEMS扬声器，基底 4001和结构梁4002起到支撑作用；以及，复合振动膜4004的主要材料为压电薄膜，其在底电极4003和顶电极4005的电压激励下向空气中发射声波。

或者，参考图5所示，为本申请实施例提供的另一种压电驱动的MEMS 扬声器的结构示意图，其中，该MEMS扬声器包括：

具有中空结构的基底4001，其中，基底4001可以为硅基底；

位于基底4001上方的结构梁4002；

位于结构梁4002背离基底4001一侧的底电极4003；

位于底电极4003背离基底4001一侧的压电薄膜4004；

位于压电薄膜4004背离基底4001一侧的顶电极4005，其中，透过结构梁4002、底电极4003、压电薄膜4004和顶电极4005设置有一通孔4008至基底4001的中空结构；

位于通孔4008上方的耦合块4006；

以及，自耦合块4006四周起覆盖至基底4001侧面的振动膜4007。

在本申请一实施例中，本申请提供的压电薄膜4004包括掺钪氮化铝。然而，当驱动电路用于驱动现有的包含PZT(piezoelectric ceramic transducer，锆钛酸铅压电陶瓷)的压电薄膜的MEMS扬声器时，一般采用直流偏置电压以防止PZT退极化、避免由于降低压电系数而影响发声效率。本申请采用包含掺钪氮化铝的压电薄膜4004的MEMS扬声器，其驱动电路不需要额外添加直流偏置电压。而且，本申请的包含掺钪氮化铝的压电薄膜4004的MEMS 扬声器的制造工艺与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺相兼容，易于集成于集成电路中。另外，相比于含铅的PZT的压电薄膜，本申请中的掺钪氮化铝的MEMS扬声器更加无毒害，更环保。

可以理解的，本申请实施例图5所示的压电驱动的MEMS扬声器，基底 4001和结构梁4002起到支撑作用；以及，利用结构梁4002、底电极4003、压电薄膜4004和顶电极4005形成的压电悬臂梁结构作为驱动，耦合块4006 连接压电悬臂梁结构和振动膜4007，振动膜4007向空气中发射声波。

需要说明的是，本申请实施例提供的MEMS扬声器为压电驱动时，并不局限于上述图4和图5所示的MEMS扬声器结构，还可以为其他形状结构，对此本申请不做具体限制。

在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的所述MEMS扬声器阵列包括多个发声单元，每一所述发声单元包括至少一个MEMS扬声器；

其中，所有所述发声单元中至少一个所述发声单元与其余所述发声单元同时或不同时发声。

在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的所述MEMS麦克风为压电式MEMS麦克风或电容式MEMS麦克风，对此本申请不做具体限制，需要根据实际应用进行具体选取。

在本申请上述任意一实施例中，本申请实施例对于MEMS扬声器阵列100 中MEMS扬声器的数量不做具体限制。进一步的，本申请实施例提供的所述 MEMS扬声器阵列100中任意一MEMS扬声器采用粘接或键合方式固定于固定结构上。参考图6所示，为本申请实施例提供的一种MEMS扬声器111和基板112的固定结构示意图，其中，本申请实施例提供的MEMS扬声器111 固定于基板112上，其中，MEMS扬声器111通过粘接层(或键合层)113 于基板112实现固定。

可以理解的，本申请实施例提供的MEMS扬声器111采用粘接或键合方式固定于固定结构上，使得MEMS扬声器111与固定结构的固定更加紧密，进而能够有效减小MEMS扬声器的振动，提高音频装置的音效。

相应的，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述任意一实施例提供的具有主动降噪的音频装置。

可选的，本申请实施例提供的所述电子设备可以为耳机、手机或平板电脑；其中，本申请实施例提供的电子设备为耳机时，MEMS麦克风、MEMS 扬声器阵列和处理电路可以集成于同一壳体中。

本申请实施例提供了一种音频装置及电子设备，包括：输出端与MEMS 扬声器阵列电连接的处理电路，所述处理电路的输出端用于输出控制所述 MEMS扬声器阵列消除噪声的模拟消噪电信号；以及，输出端与所述处理电路的输入端电连接的MEMS麦克风，所述MEMS麦克风的输出端用于在所述 MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制所述处理电路生成所述模拟消噪电信号的控制电信号。

由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过MEMS麦克风和处理电路完成对MEMS扬声器阵列的消噪处理，使得音频装置具有主动消噪的功能，进而达到消除或降低环境噪声的目的。其中，本申请实施例通过采用MEMS扬声器和MEMS麦克风来制备音频装置，由于MEMS扬声器和 MEMS麦克风具有体积小、功耗低等优点，进而使得该音频装置具有体积小且功耗低的优势，且本申请实施例提供的音频装置的结构更加简单。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种音频装置，其特征在于，包括：

输出端与MEMS扬声器阵列电连接的处理电路，所述处理电路的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列消除噪声的模拟消噪电信号；

以及，输出端与所述处理电路的输入端电连接的MEMS麦克风，所述MEMS麦克风的输出端用于在所述MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制所述处理电路生成所述模拟消噪电信号的控制电信号。

2.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述MEMS麦克风为模拟MEMS麦克风，所述控制电信号为模拟电信号，其中，所述处理电路包括：

输入端与所述MEMS麦克风的输出端电连接的模数转换子电路，所述MEMS麦克风的输出端用于在所述MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制所述模数转换子电路生成数字电信号的所述模拟电信号，及所述模数转换子电路的输出端用于输出控制计算子电路生成数字消噪电信号的所述数字电信号；

输入端与所述模数转换子电路的输出端电连接的所述计算子电路，所述计算子电路的输出端用于输出控制数模转换子电路生成所述模拟消噪电信号的数字消噪电信号；

以及，输入端与所述计算子电路的输出端电连接的所述数模转换子电路，所述数模转换子电路的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列消除噪声的所述模拟消噪电信号。

3.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述MEMS麦克风为数字MEMS麦克风，所述控制电信号为数字电信号，其中，所述处理电路包括：

输入端与所述MEMS麦克风的输出端电连接的计算子电路，所述MEMS麦克风的输出端用于在所述MEMS麦克风接收到环境噪声信号后，输出控制所述计算子电路生成数字消噪电信号的所述数字电信号；

所述计算子电路的输出端用于输出控制数模转换子电路生成所述模拟消噪电信号的所述数字消噪电信号；

以及，输入端与所述计算子电路的输出端电连接的所述数模转换子电路，所述数模转换子电路的输出端用于输出控制所述MEMS扬声器阵列消除噪声的所述模拟消噪电信号。

4.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述处理电路为印刷电路或集成电路。

5.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述MEMS扬声器阵列中任意一MEMS扬声器的驱动方式包括静电驱动、压电驱动、电磁驱动或机电驱动。

6.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述MEMS扬声器阵列包括多个发声单元，每一所述发声单元包括至少一个MEMS扬声器；

其中，所有所述发声单元中至少一个所述发声单元与其余所述发声单元同时或不同时发声。

7.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述MEMS麦克风为压电式MEMS麦克风或电容式MEMS麦克风。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1～7任意一项所述的音频装置。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为耳机、手机或平板电脑。