CN217591062U - 一种针对pmut扬声器的声学功放板系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，包括L I NE I N模块、M I C模块、蓝牙模块、放大器模块、调音板以及功放模块，其特征在于：所述放大器模块分别与L I NE I N模块、M I C模块以及蓝牙模块电连接，所述放大器模块与调音板模块之间电连接，所述调音板模块与功放模块之间电连接，所述功放模块电连接外围设备，可选择M I C,L I NE_I N,蓝牙三种形式的音频信号输入。与现有技术相比，本实用新型可通过运放调节实现音量调节；可通过调音板实现调音；可以接收蓝牙音频信号；将音频信号不失真的输出所需的信号功率。

Description

一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统

技术领域

本实用新型涉及针对PMUT扬声器的声学功放技术领域，特别涉及一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统。

背景技术

本论文研究的对象是可用于手机等个人便携式移动多媒体通讯设备中的压电超声微换能器(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer,pMUT)，它可以发射出有指向性的声音从而有望解决在公共场合使用这些便携设备的内置扬声器而带来的噪音污染和个人隐私保护问题。本文研究内容包括pMUT的选择依据、设计原理、单元优化和阵列优化，以及制作工艺过程和性能测试。对单元的优化通过建立力学简化模型来分析上电极尺寸、压电层和硅弹性层厚度之比对换能器振幅与机电耦合系数的影响，再结合有限元模拟来验证所得优化尺寸是否符合系统工作频率和带宽要求；对阵列的优化则通过建立离散线点源的线性阵列模型推导出阵列归一化的指向性函数，从而引入无量纲的主瓣宽度因子q，然后讨论阵列单元个数与阵元间距对q的影响以最大化超声波指向性和发射效率。本文还详细说明了采用基于MEMS工艺的PZT/Si接合技术对前述优化结构进行制作的工艺，重点阐述了三个关键技术：PZT陶瓷块材与SOI基片的精确接合、PZT陶瓷的打磨和PZT的图形化。实验制得样品的测试结果表明压电超声微换能器具有良好的微观结构和铁电性能，但是微换能器频率响应与声学性能都不甚理想，在20cm处测得30dB的可听声声压，在载波频率53.6kHz时换能器发射的声波具有微弱的指向性。论文还对可能影响声学性能的因素进行了详细讨论：工艺加工、电路通道设计、换能器的封装以及测试细节。

超声换能器是既可以用来发射又可以用来接收超声波的换能元件。当工作在发射模式时，电能通过静电力或逆压电效应转换为换能器的振动从而向外辐射声波；工作在接收模式时，声压作用在换能器表面使其振动，换能器再将振动转换为电信号。目前应用最广的超声波传感器主要基于体压电换能器，体压电换能器主要利用压电陶瓷的厚度振动模式产生超声波，由于厚度模式的谐振频率只与换能器的厚度相关，在同一平面上很难制作不同谐振频率的超声换能器。当其应用于高频时，厚度需要控制在亚微米级精度，其加工难度较高。而微加工技术制作的超声换能器(mems压电超声换能器英文全称 piezoelectricmicromachinedultrasonictransducer，简称：pmut。) 振动在弯曲模式，具有刚度较低的振动薄膜，其声阻抗较小，能够更好地与气体与液体进行耦合。并且其谐振频率通过平面内尺寸控制，对加工精度要求较小。随着mems超声换能器技术的逐渐成熟，由于其兼具高性能、低成本、容易实现大规模生产的优点，超声波传感器的技术有转向mems超声换能器的趋势。mems超声换能器主要分两种：电容式(cmut)和压电式(pmut)，pmut较cmut灵敏度稍低，但cmut 需要提供偏置电压并且电容极板间有细微的气隙，容易形成粘连， pmut具有结构简单、换能材料换能效率高的优点，但其制作较复杂。目前对pmut的改进主要是针对其电极形状、在外面增加材料等，但其对提高pmut能量转换效率作用有限。

在现代声学技术中，各种喇叭式扬声器的应用已经十分广泛，其结构为截面积逐渐变化的管子。将该结构应用于pmut可以提高pmut 的辐射阻抗，从而提高辐射的声波及电声转换效率。此外，pmut在振动时会在顶部和背部同时产生相位相反的声波，但在传统pmut中，只有一半的声波被利用，背部产生的声波被浪费了。通过设计管路结构可将pmut背部产生的声音引至顶部，将其与顶部产生的声音复合后辐射，将能极大地提升pmut产生声音的利用率。将pmut背部声波引出结构设计成截面积逐渐变化的喇叭结构，将声波从背部引出的同时利用喇叭结构的扩音作用，将进一步提高mems压电超声换能器的能量转换效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种针对PMUT 扬声器的声学功放板系统，包括LINE IN模块、MIC模块、蓝牙模块、放大器模块、调音板以及功放模块，其特征在于：所述放大器模块分别与LINE IN模块、MIC模块以及蓝牙模块电连接，所述放大器模块与调音板模块之间电连接，所述调音板模块与功放模块之间电连接，所述功放模块电连接外围设备。

作为本实用新型优选的方案，该针对PMUT扬声器的声学功放板系统采用3.7V的稳压电源。

作为本实用新型优选的方案，所述放大器与调音板之间设有第一控制开关。

作为本实用新型优选的方案，所述调音板上并联有第二控制开关，且第二控制开关与第一控制开关靠近放大器的一侧连接。

作为本实用新型优选的方案，所述放大器模块通过该模块将前端的音频信号进行放大。

作为本实用新型优选的方案，所述调音板通过该模块对固定频率的调节进而对音色进行调节。

作为本实用新型优选的方案，所述功放模块是将音频信号进行功率放大。

有益效果：

1.可选择MIC,LINE_IN,蓝牙三种形式的音频信号输入；

2.可通过运放调节实现音量调节；

3.可通过调音板实现调音；

4.可以接收蓝牙音频信号；

5.将音频信号不失真的输出所需的信号功率。

附图说明

图1为本实用新型一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统的系统框图；

图2为本实用新型一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统的电路图。

图中：1、LINE IN模块；2、MIC模块；3、蓝牙模块；4、放大器模块；5、调音板模块；6、功放模块。

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。

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，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实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”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实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。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。

请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种针对PMUT 扬声器的声学功放板系统，包括LINE IN模块、MIC模块、蓝牙模块、放大器模块、调音板以及功放模块，其特征在于：所述放大器模块分别与LINE IN模块、MIC模块以及蓝牙模块电连接，所述放大器模块与调音板模块之间电连接，所述调音板模块与功放模块之间电连接，所述功放模块电连接外围设备。

实施例，请参照图1，该针对PMUT扬声器的声学功放板系统采用3.7V的稳压电源，所述放大器与调音板之间设有第一控制开关，的方案所述调音板上并联有第二控制开关，且第二控制开关与第一控制开关靠近放大器的一侧连接，所述LINE IN模块为音频信号通过 LINE IN线传输给音频信号模块；所述MIC模块为MIC的音频信号通过该模块将音频信号模块；蓝牙模块通过蓝牙转换后的模拟音频信号转换为音频信号模块，所述放大器模块通过该模块将前端的音频信号进行放大，所述调音板通过该模块对固定频率的调节进而对音色进行调节，所述功放模块是将音频信号进行功率放大。

操作流程：该产品是一种针对PMUT扬声器设计的声学功放板，它主要由音源选择，音频放大，音色调整，功率放大这几个部分组成。在音频选择的时候及易有器件噪声带入，所以在音频输入的时候我们会先进行低通滤波处理进而得到一个比较干净的音频信号。

对于音频放大部分我们采用了NE5532芯片，该芯片有相当低的底噪，这样我们在放大音频信号的过程中既放大了信号又不引入新的底噪。另外我们在功放中加入了音色调节的功能，这部分是大多数产品所不具有的功能，首先我们采用的是TL074芯片，该芯片在配合选频放大方面有很大的优势，其次我们针对350HZ，1800HZ，12000HZ 特有频率点进行选频放大得到明显的音色提升。

最后在功率放大部分我们采用的是LM48580芯片，该芯片具有体积小和对音频进行功率放大有着极好的效果。可以使得我们产品小型化，目前我们的产品能做到长16CM，宽6CM的巨大优势。

在工艺方面我们使用波段开关对输入音源进行切换选择，我们可以对MIC,LINE_IN,蓝牙三种形式的音频信号进行切换选择。通过这种方式我们替代了之前那种单一的输入形式。

实施例1，请参照图2，

1为该模块为蓝牙模组，通过该模组将蓝牙信号转换为模拟信号。

2为该部分为预留的外部蓝牙调试端口。

3为该模块为放大模块，通过该模块将前端的音频信号进行放大。

4为该部分为蓝牙模拟信号输出端口。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (7)

1.一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，包括LINE IN模块、MIC模块、蓝牙模块、放大器模块、调音板以及功放模块，其特征在于：所述放大器模块分别与LINE IN模块、MIC模块以及蓝牙模块电连接，所述放大器模块与调音板模块之间电连接，所述调音板模块与功放模块之间电连接，所述功放模块电连接外围设备。

2.根据权利要求1所述的一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，其特征在于：该针对PMUT扬声器的声学功放板系统采用3.7V的稳压电源。

3.根据权利要求1所述的一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，其特征在于：所述放大器与调音板之间设有第一控制开关。

4.根据权利要求1所述的一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，其特征在于：所述调音板上并联有第二控制开关，且第二控制开关与第一控制开关靠近放大器的一侧连接。

5.根据权利要求1所述的一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，其特征在于：所述放大器模块通过该模块将前端的音频信号进行放大。

6.根据权利要求1所述的一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，其特征在于：所述调音板通过该模块对固定频率的调节进而对音色进行调节。

7.根据权利要求1所述的一种针对PMUT扬声器的声学功放板系统，其特征在于：所述功放模块是将音频信号进行功率放大。

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