DE102022203173A1

DE102022203173A1 - MEMS-Schallwandler

Info

Publication number: DE102022203173A1
Application number: DE102022203173.3A
Authority: DE
Inventors: Fabian Stoppel; Fabian LOFINK; Malte Florian Niekiel; Bernhard Wagner
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2042-04-01
Also published as: US20230319485A1; DE102022203173B4

Abstract

Ausführungsbeispiele der vorliegende Offenbarung beschreiben einen MEMS-Schallwandler mit einem Aktor und einer den Aktor umgebenden Struktur, wobei der Aktor durch einen oder mehrere Spalte von der umgebenden Struktur getrennt ist. Ferner umfasst der Schallwandler zumindest eine erste Blende, die entlang zumindest eines der ein oder mehreren Spalte auf dem Aktor angeordnet ist; und zumindest eine zweite Blende, die entlang des Spalts der ein oder mehreren Spalte auf der umgebenden Struktur angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf MEMS-Schallwandler mit Blenden. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf MEMS-Schallwandler mit Mikrostrukturen zur Luftdämpfung.
Hintergrund der Offenbarung
MEMS-Lautsprecher beruhen ebenso wie konventionelle Lautsprecher auf dem Verdrängen von Luft durch die Hubbewegung oder Biegebewegung eines Aktors. Der dabei erzeugte Schallpegel ist proportional zum verdrängten Luftvolumen. Eine Ausführung eines MEMS-Lautsprechers mit piezoelektrischem angetriebenen, sich in vertikaler Richtung bewegenden Mikroaktoren ist in 1 dargestellt (aus F. Stoppel, A. Männchen, F. Niekiel, D. Beer, T. Giese, I. Pieper, D. Kaden, S. Grünzig, B. Wagner, Piezoelektrische MEMS-Lautsprecher für In-Ear-Anwendungen, MikroSystemTechnik Kongress 2019, Berlin, 182-185; DE10 2017 208 911 ).
1 zeigt eine schematische Darstellung eines MEMS-Lautsprechers 100 im nicht-ausgelenkten (oben) und ausgelenkten Zustand (unten). Der MEMS-Lautsprecher weist einen Chip-Rahmen 110, bspw. ein Substrat, sowie am Chip-Rahmen 110 eingespannte Aktoren 120 auf. Die Aktoren sind zweischichtig, aus einer Schicht aus piezoelektrischem PZT (Blei-Zirkonat-Titanat) 130 und einer Schicht aus Poly-Silizium 140 gebildet. Zwischen den Aktoren sind Entkopplungsschlitze 150 angeordnet. Bei der Auslenkung (unten) können sich die Aktoren durch die Entkopplungsschlitze 150 entkoppelt voneinander bewegen.
Im gezeigten Fall ist die schallerzeugende Aktorstruktur nicht durch eine geschlossene Membran, sondern aus mehreren, durch enge Schlitze 150 getrennte Aktoren 120 ausgebildet. Die bewegten MEMS-Aktorstrukturen können dabei allerdings hohe Resonanzgüten (Überhöhungen der Schwingungsamplituden) mit Werten im Bereich von 100 haben. Dadurch kann der erzeugte Schalldruckpegel im Frequenzgang scharfe Resonanzpeaks aufweisen, die zu akustischen Verzerrungen führen können (siehe 2 und 3).
2 zeigt Schalldruckpegel (SPL) in dB des MEMS-Lautsprechers, gemessen in einem Ohr-Simulator bei verschiedenen Antriebsspannungen mit und ohne Equalizer (EQ)-Filter über der Frequenz in Hz. Die untere durchgezogene Linie beschreibt einen Schalldruckpegel bei einem Volt mit einem EQ-Filter, die gepunktete Linie einen Schalldruckpegel bei einem Volt ohne EQ-Filter und die obere durchgezogene Linie einen Schalldruckpegel bei zehn Volt mit EQ-Filter. Der Schalldruckpegel bei einem Volt ohne EQ-Filter zeigt einen großen Peak bei etwas mehr als 8000 Hz. 2 zeigt, dass durch elektronische Filter der Schalldruckpegel geglättet werden kann. Allerdings können durch diese Maßnahme die Verzerrungen, d.h. das Klirren des Lautsprechers, nicht reduziert werden (siehe 3).
3 zeigt Harmonische Verzerrungen in % bei 1 V Amplitude mit EQ-Filter (entspricht ca. 85 dB SPL) über der Frequenz in Hz. In 3 sind die gesamte harmonische Verzerrung (THD - Total Harmonic Distortion) und Anteile einzelner Oberschwingungen am Klirrfaktor (k2, k3, k5) aufgetragen. Die aufgetragenen Größen geben ein Verhältnis eines bspw. unerwünschten Oberschwingungsanteils am Signal an. 3 zeigt im Bereich von knapp 2000 Hz und im Bereich von etwas mehr als 3000 Hz hohe Peaks der Verzerrung und der Anteile am Klirrfaktor. 3 zeigt, dass EQ-Filter diese Signalverzerrungen nicht glätten können.
Aufgrund der Verzerrungen kann beispielsweise nicht die gesamte Bandbreite eines entsprechenden MEMS-Schallwandlers genutzt werden. Beispielsweise bei Anwendungen im Ultraschallbereich sind Schallwandler mit niedriger Güte, d.h. hoher Bandbreite gefordert. Damit kann der Wandler unter anderem im Impuls-Echo-Verfahren kurze Impulse erzeugen oder im continuous-wave (Dauerstrich-) Verfahren modulierte Signale senden oder empfangen.
Bei bisherigen MEMS-Schallwandlern können die Resonanzen der Aktoren nicht gezielt gedämpft werden. Bspw. wäre es wünschenswert Güten in den Bereich kleiner als 5 zu erreichen und/oder den Resonanzpeak komplett zu unterdrücken. Deshalb besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin ein Konzept zu schaffen, welches es ermöglicht Resonanzen von Aktoren von MEMS-Schallwandlern gezielt zu dämpfen.
Zusammenfassung der Offenbarung
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen MEMS-Schallwandler mit einem Aktor und einer den Aktor umgebenden Struktur, wobei der Aktor durch einen oder mehrere Spalte von der umgebenden Struktur getrennt ist. Ferner weist der MEMS-Schallwandler zumindest eine erste Blende auf, die entlang zumindest eines der ein oder mehreren Spalte auf dem Aktor angeordnet ist und zumindest eine zweite Blende, die entlang des Spalts der ein oder mehreren Spalte auf der umgebenden Struktur angeordnet ist. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen können sich die Blenden nach oben und unten, d.h. also aus der Substratebene heraus und in die Substrat in der hereinerstrecken. In anderen Worten erstreckt sich entsprechend Ausführungsbeispielen die erste und/oder zweite Blende aus einer lateralen Haupterstreckungsrichtung des Aktors und der umgebenden Struktur heraus, z.B. senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht. Entsprechend anderen / additiven Ausführungsbeispielen erstrecken sich die erste und/oder zweiten Blende in eine laterale Haupterstreckungsrichtung des Aktors und der umgebenden Struktur hineinragt, z.B. senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht.
Ferner weisen der Aktor und/oder die umgebende Struktur als Blenden Art Plattenstrukturen auf, die im Wesentlichen senkrecht (senkrecht heißt im Rahmen von Ausführungsbeispielen z.B. zwischen 75° und 105° oder 85 und 95° oder 89° und 91 °) zu dem Aktor angeordnet sind, wobei die Plattenstrukturen an einem, der umgebenden Struktur zugewandten Rand des Aktors und/oder an einem, dem Aktor zugewandten Rand der umgebenden Struktur, jeweils einander gegenüberstehend und/oder jeweils dem Rand des Aktors oder der umgebenden Struktur gegenüberstehend, durch einen oder mehrere Spalte getrennt, angeordnet sind.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen MEMS-Schallwandler zur Erzeugung von Schall mit einem Aktor, der durch einen oder mehrere Spalte von einer umgebenden Struktur getrennt ist. Dabei ist der Aktor ausgebildet, um eine Relativbewegung zwischen dem Aktor und der umgebenden Struktur auszuführen.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung beruhen auf dem Kerngedanken durch die Anordnung von gegenüberliegenden Blenden bzw. allgemein Blenden sowohl auf Seiten des Aktor als auch auf Seiten der umgebenen Struktur eine frequenzabhängige Signaldämpfung eines MEMS-Schallwandlers zu ermöglichen. Durch die Relativbewegung zwischen dem Aktor und der umgebenden Struktur wird ein, in dem Spalt zwischen Aktor und umgebener Struktur befindliches Gas, bspw. Luft (allgemein Medium), verdrängt. Hierdurch kommt es zur (Luft-) Reibung, welche wiederum den Aktor dämpft. Durch die Verlängerung der sich gegenüberliegenden Flächen, die durch die Blenden geformt werden, wird dieser Effekt maximiert. Ferner wird vorteilhafter Weise ein „Aufklaffen“ des Spalts verhindert, wenn der Aktor ausgelängt wird, so dass hier weiterhin der Reibungseffekt erhalten bleibt unabhängig von der Auslenkung des Aktors.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die zumindest eine erste Blende und die zumindest eine zweite Blende einander gegenüberliegend angeordnet. Durch eine solche Anordnung können vorteilhafte Dämpfungseigenschaften erzielt werden.
Die Geschwindigkeit des Gases im Spalt weist dabei eine Abhängigkeit von der Schwingfrequenz des Aktors auf. Durch eine entsprechende Wahl der Geometrien von Aktor und umgebender Struktur kann die geschwindigkeitsabhängige und damit frequenzabhängige Dämpfung ausgenutzt werden, um bestimmte Frequenzen des MEMS-Schallwandlers zu dämpfen. Das ermöglicht vorteilhafterweise eine Optimierbarkeit des Schallwandlers bzw. der akustischen Eigenschaften.
Ein MEMS-Lautsprecher kann ein nicht oder nur schwer elektronisch filterbares Klirren (siehe bspw. 3) unterdrücken. Die Dämpfung ist dabei abhängig von den überlappenden Flächen von Aktor und umgebender Struktur, welche sich durch die Relativbewegung aneinander vorbeibewegen, sowie von dem Abstand der gegenüberstehenden Flächen von Aktor und umgebender Struktur zueinander. Die gegenüberstehenden Flächen Sind dadurch charakterisiert, dass sie der umgebenden Struktur bzw. dem Aktor unmittelbar gegenüberstehen und sich bei entsprechender Relativbewegung aneinander vorbeibewegen. Beispielsweise können diese Flächen der Blenden von Aktor und umgebender Struktur parallel zueinander ausgebildet sein und sich durch die Relativbewegung parallel aneinander oder zumindest partiell parallel aneinander vorbeibewegen.
An dieser Stelle sei der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass entsprechend Ausführungsbeispielen die erste und die zweite Blende einander gegenüberliegend oder auch überlappend, d. h. also partiell gegenüberliegend angeordnet sein kann. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen stehen sich der Aktor und die umgebende Struktur lateral und/oder durch einen Spalt getrennt gegenüber. Entsprechend Ausführungsbeispielen bleibt die Dicke des Spalts und/oder der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Blende entlang einer lateralen und/oder horizontalen Erstreckungsrichtung im Wesentlichen konstant, so dass beispielsweise die erste und die zweite Blende einander gegenüber so angeordnet sind, dass diese sich im Wesentlichen parallel erstrecken oder parallel sich gegenüberstehende Flächen aufweisen.
Um die Dämpfung zu verstärken, kann daher offenbarungsgemäß diese Fläche durch die Verwendung von zusätzlichen Blenden, Plattenstrukturen und/oder ineinandergreifenden Auskragungen und/oder Vertiefungen auf dem Aktor und der umgebenden Struktur vergrö-ßert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Dämpfung durch einen geringen Abstand der Flächen zueinander verstärkt werden. A Beispiele für einen derartigen geringen Abstand sind kleiner 10%, kleiner 5% oder kleiner 1 % der Fläche oder der Länge des Aktors. Wenn der Aktor also beispielsweise 1 cm Größe hat, so nimmt der Spalt beispielsweise eine Fläche von kleiner 10% des einen Quadratzentimeters ein oder hat eine Breite von kleiner 1 mm. Das heißt also, dass die Spaltbreite entweder als Breite oder als Breite x Länge definiert sein kann.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Spalt entlang einer lateralen und/oder horizontalen Erstreckungsrichtung in einem ausgelenkten Zustand maximal auf das 2,0-fache oder maximal das 1,5-fache oder maximal das 1,1-fache eines Abstands in einem nicht ausgelenkten Zustand limitiert. Hierdurch wird die Reibungswirkung vorteilhafterweise über den gesamten Bewegungsbereich des Aktors aufrechterhalten.
In anderen Worten beruhen Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung auf der Idee, zusätzliche strömungsmechanische Strukturen, beispielsweise Blenden, Plattenstrukturen zu integrieren, durch die der MEMS-Schallwandler, bspw. ausgebildet als Lautsprecher, mittels viskoser Gasströmung oder Luftströmung gedämpft wird. Dabei sei darauf hingewiesen, dass Blenden als Plattenstrukturen ausgebildet sein können.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann der Aktor beispielsweise eine Relativbewegung gegenüber der umgebenden Struktur ausführen. Die Blende erstreckt sich zumindest partiell in eine Richtung, die im Wesentlichen parallel zu der Relativbewegung verläuft.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung besteht die Vielzahl von Blenden aus zumindest einem aus einem Halbleiter, wie Silizium, Silizium-Verbindungen, Metallen oder Polymeren. Das ermöglicht einen einfache Herstellbarkeit mit konventionellen MEMS-Herstellungstechnologien.
Offenbarungsgemäße MEMS-Schallwandler ermöglichen die Verwendung von Materialien mit guter Verfügbarkeit, deren zugehörige Herstellungsverfahren technisch ausgereift sind, sodass ein entsprechender MEMS-Schallwandler mit geringen Kosten und hoher Qualität gefertigt werden kann.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der MEMS-Schallwandler ausgebildet, um ein Schallsignal bei Anregung mit einem elektrischen Signal zu emittieren. Eine offenbarungsgemäße Ausführung des MEMS-Schallwandlers als MEMS-Lautsprecher ermöglicht es dabei Probleme, bspw. bisheriger Lautsprecher, z.B. in Bezug auf Klirren, durch die Vielzahl von (gegenübersehenden) Blenden zu beheben oder zumindest abzuschwächen.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der MEMS-Schallwandler ausgebildet, um Signale in einem Frequenzbereich von zumindest 20 Hz und/oder bis 20 kHz zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann der MEMS-Schallwandler als ein MEMS-Ultraschallwandler ausgebildet sein. Ein offenbarungsgemäßer MEMS-Ultraschallwandler kann ausgebildet sein, um Signale in einem Frequenzbereich von zumindest 20 kHz und/oder bis 100 MHz zu erzeugen.
Die Auslegung des MEMS-Schallwandlers auf einen Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz, oder in anderen Worten auf den für Menschen hörbaren Frequenzbereich, ermöglicht den Einsatz des Schallwandlers in akustischen Applikationen wie beispielsweise In-Ear-Kopfhörern, Smartphones oder Headsets. Durch die offenbarungsgemäße Verwendung von Ausnehmungen und Auskragungen kann dabei beispielsweise eine hohe Audioqualität erzielt werden. Insbesondere kann beispielsweise auch bei hohen Frequenzen, ein zum Beispiel unerwünschtes, Klirren unterdrückt werden. Ein offenbarungsgemäßer MEMS-Ultraschallwandler kann ferner durch die Dämpfung von harmonischen Verzerrungen für hohe Frequenzen eine hohe Bandbreite erzielen, sodass, beispielsweise für Messverfahren wie Impuls-Echo-Verfahren, kurze Impulse erzeugt werden können oder für Dauerstrich-Verfahren modulierte Signale gesendet werden können.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weist der eine oder die mehreren Spalte eine Breite weniger als 20 µm, weniger als 10 µm oder weniger als 5 µm auf, beziehungsweise weisen allgemein eine Breite auf, die im Bereich von 0,1 µm bis 20 µm liegt. Bei der Breite des Spalts kann es sich dabei bspw. um ein Breite in lateraler Richtung oder horizontaler Richtung des Bauelements oder MEMS-Schallwandlers handeln.
Durch die Breiten im µm-Bereich können entsprechende MEMS-Schallwandler zum einen mit geringem Bauraumbedarf gebaut werden, zum anderen kann eine ausreichende Entkopplung der Schalldrücke vor bzw. hinter dem Aktor ermöglicht werden, sodass ein definierter akustischer Schalldruck erzeugt werden kann. Darüber hinaus kann eine entsprechende Dimensionierung der Spalte vorteilhaft für die frequenzabhängige Dämpfung bspw. zur Unterdrückung von Klirren sein.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist der Aktor als Biegeaktor ausgebildet. Hierbei kann entsprechend Ausführungsbeispielen ein freies Ende des Biegeaktors und/oder ein oder mehrere Seiten des Biegeaktors (zwischen dem eingespannten Ende und dem freien Ende) die erste Blende aufweisen. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann der Aktor als Hubaktor ausgebildet sein. Entsprechend Ausführungsbeispielen weist eine Seite oder mehrere Seiten des Hubaktors die erste Blende auf.
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
Figurenkurzbeschreibung
Beispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass die dargestellten Funktionsblöcke sowohl als Elemente oder Merkmale der offenbarungsgemäßen Vorrichtung als auch als entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende Verfahrensschritte des offenbarungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines MEMS-Lautsprechers im nicht-ausgelenkten (oben) und ausgelenkten Zustand (unten);
2 Schalldruckpegel (SPL) in dB des MEMS-Lautsprechers, gemessen in einem Ohr-Simulator bei verschiedenen Antriebsspannungen mit und ohne Equalizer (EQ)-Filter über der Frequenz in Hz;
3 Harmonische Verzerrungen in % bei 1 V Amplitude mit EQ-Filter (entspricht ca. 85 dB SPL) über der Frequenz in Hz;
4 ein Beispiel für viskose Luftdämpfung einer Platte bei Parallelbewegung nahe an einem feststehenden Plattenelement;
5 eine schematische Darstellung eines MEMS-Schallwandlers gemäß eines Basisausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung; und
6 eine schematische Seitenansicht eines MEMS-Schallwandlers gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung mit Blenden, welche als Beispiel als Plattenstrukturen ausgebildet sind, am Rand von Aktor und umgebender Struktur.

Detaillierte Beschreibung der Beispiele gemäß den Figuren
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines MEMS-Schallwandlers 500 mit einem Aktor 510, hier einen Biegeaktor. Gegenüber von dem Aktor 510 ist eine umgebende Struktur 530 angeordnet. Beispielsweise können Aktor 510 und umgebende Struktur 530 in einer gemeinsamen Ebene (Substratebene) angeordnet sein bzw. eine Haupterstreckungsrichtung des MEMS-Schallwandlers 500 zusammen definieren. MEMS-Aktor 510 und umgebende Struktur 530 sind durch einen Spalt 520 getrennt. In diesem Ausführungsbeispiel weisen sowohl der Aktor 510 als auch die umgebende Struktur 530 eine Blende eines MEMS-Aktors 515 bzw. 535 auf. Sowohl die Blende 515 als auch die Blende 535 erstreckt sich aus der durch die Elemente 510 und 530 definierten Ebene heraus, z. B. senkrecht nach oben und zwar jeweils am Rand, das heißt also direkt angrenzend zu dem Spalt 520. In anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass sich die Blenden 515 und 535 entlang des
Spalts 520 erstrecken und einander gegenüberliegen bzw. partiell gegenüberliegen. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Blenden 515 und 535 aus der Substratebene heraus, das heißt also in Richtung der Schallabstrahlrichtung des Aktors 510. Die Bewegungsrichtung des Schallaktors 510 (Ultraschallaktor, Schallaktor) ist hier mit dem Pfeil 510b angebracht.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen können auch zusätzliche Blenden 517 bzw. 537 vorgesehen sein, die sich in die Substratebene, das heißt also entgegen der Abstrahlrichtung, hereinerstrecken. Diese Blenden 517 bzw. 537 stellen also die Verlängerung zu den Elementen 515 bzw. 535 dar, so dass an den am Spalt angrenzenden Enden (freies Ende des Aktors 510 bzw. gegenüberliegendes Ende der umgebenden Struktur 530) eine Art Platte im Randbereich ausgebildet wird. Durch die Blenden 515 und 535 bzw. durch die Blendenkombination 515 und 517 und 535 und 537 werden die sich gegenüberliegenden Flächen auf den zwei Seiten des Spalts 520 maximiert. Dadurch entstehen zwei Effekte:

1. Unabhängig von der Auslenkungsbewegung 510b des Aktors 510 kommt es nicht zu einem Aufklaffen des Spalts 520. Somit kann gleichsam eine Abdichtung des Bereichs vor dem Aktor 510 und des Bereichs hinter dem Aktor 510 allein durch erhöhte Viskositätsverluste erreicht werden, ohne dass die Beweglichkeit des Aktors 510 eingeschränkt wird.
2. Durch die sich maximal gegenüberliegenden Flächen der Blenden 515 und 535 bzw. 515 und 517 und 535 und 537 kommt es zu einer erhöhten Luftreibung, was diesen Abdichtungseffekt weiter maximiert.

Die Idee soll im Folgenden anhand von Plattenstrukturen näher erläutert werden. Die Plattenstrukturen können Beispiele für Auskragungen und/oder Blenden auf dem Aktor oder der umgebenden Struktur bilden. Ferner können Plattenstrukturen Beispiele für Ausnehmungen, beziehungsweise für die Struktur oder anders ausgedrückt das verbleibende Material, welches eine Ausnehmung umgibt bzw. die Ausnehmung definiert, bilden.
Dabei kann ausgenutzt werden, dass zwischen einer feststehenden ebenen Platte und einer sich mit der Geschwindigkeit v parallel daran vorbei bewegten Platte eine Reibungskraft entsteht (siehe 4).
4 zeigt ein Beispiel für viskose Luftdämpfung einer Platte bei Parallelbewegung nahe, bspw. bezüglich des Abstands der Platten in Bezug auf die Plattenfläche, an einem feststehenden Plattenelement. 4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Platte 410 der umgebenden Struktur, welche ein Festelement aufweist und eine Platte 420 des Aktors. Allgemein kann das Festelement ein bspw. unbeweglicher Teil der umgebenden Struktur sein, oder die umgebende Struktur selbst. Das Festelement kann bspw. ein Substrat sein. Die beiden Platten sind mit einem Abstand d 430 von einander beabstandet angeordnet. Die Platte 420 des Aktors weist eine Relativgeschwindigkeit v_Platte 440 auf, sodass sie sich parallel zu der Platte 410 der umgebenden Struktur an dieser vorbei bewegt. Zwischen den Platten 410, 420 ist eine Geschwindigkeitsverteilung 450 der Geschwindigkeit der Luft v_Luft des Zwischenraums zwischen den beiden Platten 410, 420 aufgetragen.
Wenn der Abstand d 430 der Platten klein gegenüber den Plattendimensionen ist, kann die Geschwindigkeit der Luft von der feststehenden Platte 410 bis zur bewegten Platte 420 linear von Null bis zu dem Wert v zunehmen. Die Luftschichten zwischen den Platten können also mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vorbeigleiten. Dadurch kann sich eine Reibungskraft F_r ergeben, die mit dem Newtonschen Reibungsgesetz berechnet werden kann $F_{r} = η Av/d .$
Dabei ist A der Überlapp der Plattenflächen, d der Plattenabstand 430, v die Geschwindigkeit 440 der bewegten Platte (v_Platte) und η die Viskosität der Luft. Die Reibungskraft ist proportional zur Geschwindigkeit 440 der bewegten Platte und bildet in der Differentialgleichung der Plattenbewegung oder -schwingung ein Dämpfungsglied.
Dementsprechend kann also durch eine offenbarungsgemäße Ausbildung von Aktor und umgebender Struktur mit Ausnehmungen und/oder Auskragungen und/oder Blenden bzw. mit Plattenstrukturen, z.B. als Auskragungen, ein MEMS-Schallwandler geschaffen werden, welcher eine erwünschte Dämpfung bestimmter Frequenzen durch Anpassung der überlappenden Fläche und des Abstands der relativ bewegten Flächen von Aktor und umgebender Struktur ermöglicht.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass statt den aus dem Substrat herausragenden Blenden 515 bzs. 535 auch nur die Blenden 515 und 537, die in das Substratende hereinragen, vorgesehen sein können. Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die Blenden 515, 517, 535, 537 beispielsweise als separate Elemente aufgebracht oder Teil der Strukturen 510 und 530. Unabhängig von der genauen Herstellung folgen die Blenden 515 und 517 der Bewegung des freien Endes 510f des Aktors 510, da diese direkt an dem freien Ende 510 angrenzen. Analog hierzu kommt es bei den Blenden 535 und 537 nicht zu einer Bewegung relativ zu der Struktur 530.
An dieser Stelle sein angemerkt, dass beispielsweise die Blende 537 auch als Teil des Substrats geformt sein kann und nicht zwingend als separates Element aufgesetzt sein muss. Allgemein können die Blende 515, 535 eine Höhe (aus der Substratebene heraus) und/oder eine tiefe (in die Substratebene herein) von beispielsweise mindestens 10% oder 50% der Länge /lateralen Abmessung) des Aktors 510 haben.
Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen bilden die dem Spalt 520 zugewandten Flächen der Blenden 515, die Fläche des freien Endes 510f sowie die optionale Fläche der Blende 517 eine gemeinsame Oberfläche, d. h. eine flache bzw. ebene Oberfläche aus. Analog hierzu bilden beispielsweise die Fläche, die dem Spalt 520 zugewandt ist, der Blende 535, der optionalen Blende 537 und der Stirnseite der umgebenden Struktur 530 ebenfalls eine gemeinsame, ebene Oberfläche aus.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel können sich die Blenden 515 und 537 beispielsweise senkrecht, das heißt also grob in einem Winkel zwischen 88° und 92°, nach oben erstrecken. Wenn man beispielsweise von einem Biegeaktor 510b ausgeht, können auch die Blenden einen Verlauf haben, der an die Bewegung 510b angepasst ist, z. B. gekrümmt ausgeführt sein. Analog hierzu erstrecken sich die Blenden 517 und 537 beispielsweise senkrecht, das heißt also im Bereich zwischen 88° und 92° in die Substratebene herein. Ebenfalls wäre hier ein gekrümmter Verlauf denkbar.
Nachfolgend werden Bezug nehmend auf 6 die Blenden als Plattenstruktur erläutert.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht eines MEMS-Schallwandlers gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung mit Blenden, welche als Beispiel als Plattenstrukturen ausgebildet sind, am Rand von Aktor und umgebender Struktur, welches ein Festelement aufweist. 6 zeigt einen MEMS-Schallwandler 600 mit einem Aktor 510, der durch einen oder mehrere Spalte 520 von einer umgebenden Struktur 530 getrennt ist, wobei die umgebende Struktur 530 ein Festelement aufweist. Der Aktor 510 ist ausgebildet, um eine Relativbewegung 620 zwischen dem Aktor 510 und der umgebenden Struktur 530 auszuführen. Der Aktor 510 und die umgebende Struktur 530 weisen Blenden (erste Blenden 510-1-1 auf dem Aktor und zweite Blenden 530-1-1 auf der umgebenden Struktur) in Form von Plattenstrukturen bzw. Platten 610 auf, die senkrecht zu dem Aktor 510 angeordnet sind, wobei Plattenstrukturen 510-1-1 an einem, der umgebenden Struktur zugewandten Rand des Aktors und Plattenstrukturen 530-1-1 an einem, dem Aktor zugewandten Rand der umgebenden Struktur, jeweils einander gegenüberstehend oder jeweils dem Rand des Aktors oder der umgebenden Struktur gegenüberstehend, durch einen oder mehrere Spalte 520 getrennt, angeordnet sind.
Wie in 6 dargestellt können Blenden aus einer gemeinsamen Ebene von Aktor und umgebender Struktur heraus- oder hereinragend angeordnet sein. So können die Blenden eine Erstreckungsrichtung aufweisen, welche bspw. parallel zu einer Abstrahlrichtung des Aktors ist. Die Blenden können also auf dem Aktor und/oder der umgebenden Struktur in Abstrahlrichtung von durch den Aktor erzeugtem Schall, und/oder entgegen dieser Abstrahlrichtung angeordnet sein. Einfach ausgedrückt kann die zumindest einen erste Blende auf einer Unter- und/oder einer Oberseite des Aktors angeordnet sein. In 6 sind zweite Blenden der umgebenden Struktur nur auf einer Seite, bspw. der Oberseite der umgebenden Struktur, dargestellt, jedoch können zweite Blenden auch auf einer der Oberseite entgegengesetzten Unterseite der umgebenden Struktur angeordnet sein.
Die Ober- bzw. Unterseite von Aktor bzw. umgebender Struktur kann dabei jeweils eine der Seiten sein, deren zugehöriger Normalenvektor zumindest näherungsweise parallel zu einer Bewegungsrichtung einer Relativbewegung zwischen Aktor und umgebender Struktur ist. Aktor 510 und umgebende Struktur 530 können dabei eine Vielzahl von Blenden aufweisen, die jeweils über und/oder unter dem Aktor und/oder der umgebenden Struktur angeordnet sein können. Eine Erstreckungsrichtung der Blenden kann dabei zumindest näherungsweise senkrecht zu einer gemeinsamen Ebene von Aktor und umgebender Struktur sein, in welcher sich Aktor und umgebende Struktur lateral einander gegenüberstehen. Der Aktor 510 kann wie in 6 gezeigt optional als Hubaktor ausgebildet sein. Weitere Ausführungsbeispiele umfassen jedoch auch entsprechende Biegeaktoren mit zugehörigen Blenden. Ferner kann es sich bspw. bei der Oberseite bspw. um eine einem Substrat abgewandte Seite und bei der Unterseite um eine einem Substrat zugewandte Seite handeln.
In anderen Worten zeigt 6 Plattenstrukturen 610 am Rand von Aktor 510 und umgebender Struktur 530, welches ein Festelement aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel sind Plattenstrukturen am Rand auf dem Aktor 510 und/oder unter dem Aktor 510 angeordnet. Der Aktor 510 ist in diesem Beispiel als Hubaktor ausgebildet. In engem Abstand zum Aktor sind auf dem lateral gegenüberstehenden Festelement (bspw. Chiprahmen) ebenfalls Plattenstrukturen 610, bspw. Dämpfungsstrukturen in Form von Platten ausgebildet.
Durch die Blenden bzw. Plattenstrukturen 510-1-1 und 530-1-1 kann die überlappende Fläche zwischen Aktor 510 und umgebender Struktur 530 vergrößert werden, um eine viskose Gasreibung und dementsprechend eine Dämpfung bestimmter Resonanzfrequenzen zu verstärken. Die Blenden bzw. Plattenstrukturen 610 können dabei als Auskragungen ausgebildet sein, wobei der Zwischenraum zwischen zwei Platten, beispielsweise des Aktors als Ausnehmung ausgebildet sein kann.
Anders ausgedrückt können zur technologischen Implementierung der zuvor erläuterten Dämpfung auf dem sich in vertikaler Richtung bewegenden Aktor 510 des MEMS-Schallwandlers, bspw. Lautsprechers und auf einer gegenüberliegenden, umgebenden Struktur 530, bspw. einem gegenüberstehenden feststehenden Element oder Festelement, jeweils Blenden, bspw. vertikale Plattenstrukturen 610 angeordnet werden. Durch diese strömungsmechanischen Strukturen kann die Aktorbewegung durch die viskose Gasströmung, bspw. Luftströmung gedämpft werden. Aus der Gleichung für die Reibungskraft wird ersichtlich, dass die Dämpfung maximiert wird, wenn möglichst große Flächen in möglichst nahem Abstand angeordnet werden. Das bedeutet, dass Dämpfungsstrukturen, bspw. Plattenstrukturen 610 mit einem hohen Aspektverhältnis vorteilhaft sein können. Die überlappende Fläche der Platten 610 kann auch dadurch vergrößert werden, in dem die Platten als ineinandergreifende Kammstrukturen mit einer Vielzahl von Fingern ausgebildet werden.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen MEMS-Lautsprecher oder MEMS-Ultraschallwandler mit viskoser Luftdämpfung, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf einem in vertikaler Richtung bewegenden Aktor und auf einem vertikal oder lateral gegenüberstehenden feststehenden Element oder umgebender Struktur jeweils Mikrostrukturen mit hohem Aspektverhältnis angeordnet werden, die sich in engem Abstand relativ zueinander bewegen, wodurch die Aktorbewegung durch die Luftströmung viskos gedämpft wird.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen MEMS-Lautsprecher mit piezoelektrischem oder magnetischem oder elektrostatischem Antrieb.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen ein Aspektverhältnis der Mikrostrukturen Höhe/Breite > 10 und/oder Höhe der Mikrostrukturen > 50 µm auf.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die ineinandergreifenden Elemente so durch einen oder mehrere Spalte getrennt, dass die ineinandergreifenden Elemente eine Dämpfungsfunktion, also bspw. die zuvor erläuterte Dämpfung, bei einer Relativbewegung zwischen Aktor und umgebender Struktur aufweisen.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die umgebende Struktur durch ein Substrat gebildet. Durch die Ausbildung von Auskragungen und Ausnehmungen direkt auf dem Substrat kann eine bspw. besonders einfache und kostengünstige Umsetzung eines MEMS-Schallwandlers gemäß der vorliegenden Offenbarung umgesetzt werden. Der Aktor kann bspw. direkt aus dem Substrat herausgeätzt werden und dabei mit Auskragungen und Ausnehmungen versehen werden, welche in entsprechende Strukturen des Substrats ineinandergreifen.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Vielzahl von Ausnehmungen und Auskragungen als Mikrostrukturen mit einem Aspektverhältnis von Höhe/Breite von mehr als 5 ausgebildet, wobei die Höhe eine Höhe orthogonal zu einer Oberfläche des Aktors oder der umgebenden Struktur ist, auf der die Auskragung angeordnet ist. Dabei ist die Breite eine Breite parallel zu der Oberfläche des Aktors oder der umgebenden Struktur, auf der die Auskragung angeordnet ist.
Durch ein hohes Aspektverhältnis kann die viskose Reibung und damit die Dämpfung verstärkt werden. Durch die entsprechende Ausbildung der Ausnehmungen und Auskragungen kann die Fläche zwischen Aktor und umgebender Struktur, welche zur Reibung beiträgt, z.B. für einen gewünschten Frequenzbereich, vergrößert werden und bspw. zugleich eine geringer Abstand der Elemente zueinander realisiert werden, um die Dämpfung weiter zu erhöhen. Dabei sei darauf hingewiesen, dass das Aspektverhältnis hierbei nicht ausschließlich nur für Höhen von Strukturen gilt sondern analog zu korrespondierenden Tiefen bspw. für den Fall von Ausnehmungen. Ferner können Ausnehmungen und/oder Auskragungen entsprechende Höhen oder Tiefen bspw. insbesondere orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Aktors aufweisen, wobei die Breite der Ausnehmung oder Struktur parallel zu der Bewegungsrichtung ausgerichtet sein kann.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weist der Aktor einen piezoelektrischen oder magnetischen oder elektrostatischen Antrieb auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Aktor durch einen Biegewandler geformt sein. Der piezoelektrische Antrieb kann beispielsweise vorzugsweise durch integrierte piezoelektrische Schichten erfolgen, z.B. für Anwendungen als MEMS-Lautsprecher. Piezoelektrische Antriebe können dabei Vorteile im Hinblick auf kurze Ansprechzeiten, hohe Beschleunigungen und geringen Energiebedarf aufweisen. Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung sind dabei jedoch nicht auf piezoelektrische Antriebe begrenzt, sondern ermöglichen die Verwendung von, bspw. für eine Applikation besonderes vorteilhafte, Antriebskonzepte, bspw. wahlweise elektrostatische oder magnetische Konzepte oder Prinzipien. Die Ausbildung des Aktors als bspw. piezoelektrischer, Biegewandler bzw. Biegeaktors kann Vorteile im Hinblick auf Stellweg und Stellkraft, sowie die Zuverlässigkeit aufweisen.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen die Auskragungen der Vielzahl von Auskragungen eine Höhe von mehr als 50 µm auf, wobei die Höhe eine Höhe orthogonal zu einer Oberfläche des Aktors oder der umgebenden Struktur ist, auf der die jeweilige Auskragung angeordnet ist.
Die offenbarungsgemäße Ausbildung der Höhe der Auskragungen ermöglicht eine ausreichende Dämpfung zur zumindest teilweisen Unterdrückung von bspw. unerwünschtem Klirren (siehe 3). Dadurch kann bspw. ein vorteilhaftes Aspektverhältnis von Auskragungen und korrespondierenden Ausnehmungen erzielt werden, sodass die viskose Gasreibung die gewünschte Dämpfung ermöglicht.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen zusätzlich Dämpfungsstrukturen, bspw. Ausnehmungen und Auskragungen am Rand des Aktors und der umgebenden Struktur und/oder des Festelements auf, bspw. in Form von Platten oder Kammstrukturen.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen zusätzlich Säulen oder Kammstrukturen auf Aktorfläche, Loch- oder Schlitzstrukturen auf der umgebenden Struktur, bspw. dem Festelement auf.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen Dämpfungsstrukturen aus Silizium, Si-Verbindungen, Metallen oder Polymeren auf.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen MEMS-Lautsprecher mit Frequenzbereich von 20 Hz - 20 kHz.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen schaffen MEMS-Ultraschallwandler mit Frequenzbereich von 20 kHz bis 100 MHz.
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung schaffen MEMS-Schallwandler oder Lautsprecher für In-Ear-Kopfhörer und/oder Freifeld-Lautsprecher für ohrnahe-Anwendungen.
Ganz allgemein schaffen Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung, dass die Lautsprecherdämpfung direkt in die MEMS-Struktur, bspw. den MEMS-Schallwandler integriert werden kann und durch die Anordnung und Dimensionierung der Mikrostrukturen eingestellt werden können. Dies kann einen entscheidenden Vorteil offenbarungsgemäßer MEMS-Schallwandler bilden, z.B. im Hinblick auf Bauraum und Funktionalität, bspw. für mobile Anwendungen.
Alle hierin aufgeführten Aufzählungen der Materialien, Umwelteinflüsse, elektrischen Eigenschaften und optischen Eigenschaften sind hierbei als beispielhaft und nicht als abschließend anzusehen.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Offenbarung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017208911 [0002]

Claims

MEMS-Schallwandler (500) mit folgenden Merkmalen: einen Aktor (510); eine den Aktor (510) umgebende Struktur (530), wobei der Aktor (510) durch einen oder mehrere Spalte (520) von der umgebenden Struktur (530) getrennt ist; zumindest eine erste Blende (515, 517), die entlang zumindest eines der ein oder mehreren Spalte (520) auf dem Aktor (510) angeordnet ist; und zumindest eine zweite Blende (535, 537), die entlang des Spalts der ein oder mehreren Spalte (520) auf der umgebenden Struktur (530) angeordnet ist.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß Anspruch 1, wobei die erste und/oder die zweite Blende (515, 517, 535, 537) sich aus einer lateralen Haupterstreckungsrichtung des Aktors (510) und der umgebenden Struktur (530) erstreckt; oder wobei die erste und/oder die zweite Blende (515, 517, 535, 537) sich im Wesentlichen senkrecht aus einer lateralen Haupterstreckungsrichtung des Aktors (510) und der umgebenden Struktur (530) erstreckt.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste und/oder die zweite Blende (515, 517, 535, 537) sich in eine laterale Haupterstreckungsrichtung des Aktors (510) und der umgebenden Struktur (530) hineinragt; oder wobei die erste und/oder die zweite Blende (515, 517, 535, 537) sich im Wesentlichen senkrecht in eine laterale Haupterstreckungsrichtung des Aktors (510) und der umgebenden Struktur (530) hineinragt.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei im Wesentlichen senkrecht einen Winkel zwischen 75°-105° oder insbesondere zwischen 85°-95° umfasst.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß einem der Ansprüche, wobei der Aktor (510) ausgebildet ist, um eine Relativbewegung (510B) zwischen dem Aktor (510) und der umgebenden Struktur (530) auszuführen.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Blende (515, 517, 535, 537) sich zumindest partiell in eine Richtung, die im Wesentlichen parallele zu der Relativbewegung (510B) verläuft, erstrecken.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Blende (515, 517) und die zweite Blende (535, 537) einander gegenüberliegend oder überlappend angeordnet sind.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Aktor (510) und die umgebende Struktur (530) sich lateral und/oder durch den Spalt (520) getrennt gegenüberstehen.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Dicke des Spalts (520) und/oder der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Blende (515, 517, 535, 537) entlang einer lateralen und/oder horizontalen Erstreckungsrichtung im Wesentlichen konstant bleibt; und/oder wobei die erste und die zweite Blende (515, 517, 535, 537) sich im Wesentlichen parallel erstrecken und/oder parallele sich gegenüberstehende Flächen aufweisen.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Blende (515, 517, 535, 537) entlang einer lateralen und/oder horizontalen Erstreckungsrichtung in einem ausgelenktem Zustand maximal dem 2,0-fachem oder maximal dem 1,5-fachen oder maximal dem 1,1-fachen eines Abstand in einem nicht ausgelenktem Zustand entspricht.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Aktor (510) als Biegeaktor ausgebildet ist.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß Anspruch 11, wobei zumindest ein freies Ende (510F) des Biegeaktor und/oder ein oder mehrere Seiten des Biegeaktors zwischen einem eingespannten Ende und einem freien Ende die erste Blende aufweisen.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Aktor (510) als Hubaktor ausgebildet ist.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß Anspruch 13, wobei zumindest ein Seite des Hubaktors und/oder ein oder mehrere Seiten des Hubaktors die erste Blende aufweisen.
MEMS-Schallwandler (500) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Aktor ausgebildet ist, um ausgehend von einem elektrischen Signal ein Schallsignal zu emittieren.