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Die Erfindung betrifft einen Mikroelektromechanischen Lautsprecher.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Mikroelektromechanische Lautsprecher bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Mikroelektromechanischen Lautsprecher bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Mikroelektromechanischen Lautsprecher des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Mikroelektromechanischer Lautsprecher bereitgestellt, umfassend:
- eine Gehäusestruktur;
- eine in der Gehäusestruktur entlang einer Auslenkrichtung auslenkbar gelagerte Verdrängungsplatte; und
- eine mit der Verdrängungsplatte verbundenen Aktuatorstruktur zum Auslenken der Verdrängungsplatte entlang der Auslenkrichtung, wobei die Aktuatorstruktur wenigstens zwei federnd miteinander verbundene und in der Auslenkrichtung übereinander angeordnete Aktuatorebenen umfasst, wobei die Aktuatorebenen an einander zugewandten Ebenenflächen Elektrodeneinheiten umfassen, und
- wobei durch eine Ansteuerung der Elektrodeneinheiten die Aktuatorebenen entlang der Auslenkrichtung gegeneinander bewegbar sind und über die Bewegung der Aktuatorebenen die Verdrängungsplatte entlang der Auslenkrichtung auslenkbar ist.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbesserter Mikroelektromechanischer Lautsprecher bereitgestellt werden kann. Der Lautsprecher umfasst eine Verdrängungsplatte zum Erzeugen der Schallwellen. Die Verdrängungsplatte kann über eine Aktuatorstruktur in Richtung einer Auslenkrichtung ausgelenkt werden. Die Aktuatorstruktur umfasst hierbei wenigstens zwei federnd miteinander verbundene Aktuatorebenen, an denen Elektrodeneinheiten angeordnet sind. Über die Ansteuerung der Elektrodeneinheiten können die federnd miteinander verbundenen Aktuatorebenen gegeneinander bewegt werden und hierüber kann die Verdrängungsplatte ausgelenkt werden, um die akustischen Signale zu erzeugen. Durch die entlang der Auslenkrichtung übereinander gestapelt angeordneten Aktuatorebenen und die Ansteuerung der Elektrodeneinheiten kann eine präzise Auslenkung der Verdrängungsplatte erzeugt werden. Dies ermöglicht eine äußerst präzise Ansteuerung des mikroelektromechanischen Lautsprechers. Durch elektrische Aufladung der einander zugewandten Elektrodeneinheiten der übereinander angeordneten Aktuatorebenen können die Aktuatorebenen aufeinander zu oder voneinander wegbewegt werden. Hierüber kann die Verdrängungsplatte in entsprechende Schwingungen versetzt werden, um somit die akustischen Signale zu erzeugen. Durch die federnde Verbindung der beiden Aktuatorebenen kann erreicht werden, dass diese unmittelbar nach Ansteuerung der Elektrodeneinheiten wieder in eine Nullstellung bewegt werden.
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Ferner kann durch die serielle mechanische Kopplung der einzelnen Aktuatoreinheiten ein Vielfaches an Auslenkung durch die gesamte Aktuatorstruktur erreicht werden. Hierzu werden die einzelnen Auslenkungen der einzelnen Aktuatorebenen zu der Gesamtauslenkung der gesamten Aktuatorstruktur addiert. Die Gesamtauslenkung kann hierbei direkt mechanisch an die Verdrängungsplatte übertragen werden.
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Nach einer Ausführungsform umfasst die Gehäusestruktur ferner eine der Verdrängungsplatte gegenüberliegend angeordnete Austrittsöffnung.
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Hierdurch kann der technische Vorteil einer optimalen Abstrahlung der Schallsignale der Verdrängungsplatte aus der Austrittsöffnung in ein Umfeld des Lautsprechers erreicht werden.
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Nach einer Ausführungsform ist wenigstens eine Aktuatorebene als eine ebene Platte ausgebildet, wobei die Elektrodeneinheit als eine Elektrodenfläche ausgebildet ist.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die Ausbildung der Elektrodeneinheiten als Elektrodenfläche eine möglichst große elektrische Wechselwirkung der einander zugewandten Elektrodeneinheiten erreicht werden kann. Dies ermöglicht eine präzise Ansteuerung der Aktuatorstruktur und damit verbunden des Lautsprechers.
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Nach einer Ausführungsform weist die Elektrodeneinheit wenigstens ein Elektrodenvorsprungselement auf, das von der Ebenfläche entlang der Auslenkrichtung hervorsteht.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die Elektrodenvorsprungselemente der Elektrodeneinheiten eine Oberfläche der Elektrodeneinheit vergrößert werden kann. Hierdurch kann die elektrische Wechselwirkung der einander zugewandten Elektrodeneinheiten der Aktuatorebenen vergrößert werden. Darüber hinaus kann durch das Vorstehen der Elektrodenvorsprungselemente eine Distanz der Elektrodeneinheit zu der jeweils gegenüberliegenden Aktuatorebene verringert werden, wodurch die elektrische Wechselwirkung und damit verbunden die Präzision der Ansteuerung weiter verbessert werden kann.
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Nach einer Ausführungsform sind die Elektrodeneinheiten der wenigstens zwei Aktuatorebenen jeweils eine Mehrzahl von in Kammstrukturen angeordneten Elektrodenvorsprungselement aufweisen, und wobei die Kammstrukturen der Aktuatorebenen ineinander eingreifbar.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die Ausbildung der Elektrodenvorsprungselemente in Kammstrukturen und durch das ineinander Eingreifen der Kammstrukturen der einander gegenüberliegend angeordneten Aktuatorebenen die elektrische Wechselwirkung der Elektrodeneinheiten der Aktuatorebenen weiter verbessert werden kann. Durch das ineinander Eingreifen der Kammstrukturen der Elektrodeneinheiten der einander gegenüberliegenden Aktuatorebenen können die Abstände der einander zugewandten Elektrodeneinheiten verringert werden. Hierdurch kann die elektrische Wechselwirkung weiter erhöht und damit verbunden die Ansteuerung der Aktuatorstruktur verbessert werden.
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Nach einer Ausführungsform sind die Elektrodenvorsprungselemente als linienförmige Kammelemente ausgebildet.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die linienförmige Ausbildung der Elektrodenvorsprungselemente die Oberfläche der Elektrodeneinheiten vergrößert werden kann. Dies führt wiederum zu einer weiteren Erhöhung der elektrischen Wechselwirkung einander zugewandter Elektrodeneinheiten.
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Nach einer Ausführungsform sind die Kammelemente einer Aktuatorebene in wenigstens zwei jeweils einen Winkel zueinander aufweisenden Erstreckungsrichtungen erstreckt.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die Erstreckung der als linienförmige Kammelemente ausgebildeten Elektrodenvorsprungselemente einer Elektrodeneinheit in einen Winkel zu einander aufweisenden Erstreckungsrichtungen ein Verschieben zweier benachbarter Aktuatorebenen in einer senkrecht zur Auslenkungsrichtung angeordneten Verschiebungsrichtung verhindert werden kann. Die Aktuatorebenen werden somit ausschließlich in Auslenkungsrichtung ausgelenkt.
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Hierdurch kann erreicht werden, dass die Verdrängungsplatte ebenfalls ausschließlich in Auslenkungsrichtung ausgelenkt wird. Dies ermöglicht eine äußerst präzise Ansteuerung der Aktuatorstruktur.
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Nach einer Ausführungsform umfasst wenigstens eine Aktuatorebene einen an einem Außenrand der Aktuatorebene ausgebildeten Abstandsrahmen, wobei die Aktuatorebene über wenigstens ein am Abstandsrahmen ausgebildetes Federelement mit der jeweils anderen Aktuatorebene federnd verbunden ist.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass über den Abstandsrahmen eine Festigkeit der Aktuatorebene erhöhte werden kann. Schwingungen innerhalb der Aktuatorebenen können somit reduziert bzw. vermieden werden. Hierüber kann wiederum die Präzision der Ansteuerung der Aktuatorstruktur erhöht werden. Über das Federelement ist eine möglichst einfache technische Lösung für eine federnde Verbindung zweier benachbarter Aktuatorebenen ermöglicht. Indem das Federelement am Abstandsrahmen ausgebildet ist, kann erreicht werden, dass die gesamte Fläche der jeweiligen Aktuatorebene zur Ausbildung der Elektrodeneinheit verwendet werden kann.
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Nach einer Ausführungsform ist die Aktuatorebene rechteckig ausgebildet, wobei an jeder Seitenkannte der Aktuatorebene ein Federelement ausgebildet ist.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die Ausbildung der Federelemente an allen Seitenkanten der Aktuatorebene eine gleichmäßige gefederte Verbindung zweier benachbarter Aktuatorebenen erreicht werden kann. Hierdurch kann ein Verkippen der benachbarten Aktuatorebenen zueinander vermieden werden, wodurch eine präzise Ansteuerung der Aktuatorstruktur ermöglicht ist. Durch Ansteuern einander benachbarter Elektrodeneinheiten können benachbarte Aktuatorebenen somit gleichmäßig gegeneinander bewegt werden.
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Nach einer Ausführungsform sind die Aktuatorebenen unterschiedliche Ausmaße aufweisen und in einer pyramidalen Anordnung entlang des Auslenkrichtung angeordnet, wobei die Federelemente seitlich an den Seitenkannten angeordnet und in Auslenkrichtung und senkrecht zur Auslenkrichtung auslenkbar sind.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die pyramidale Anordnung der unterschiedlich dimensionierten Aktuatorebenen eine möglichst materialsparende Ausbildung der Aktuatorstruktur und damit verbunden eine gewichtssparende Ausbildung des Lautsprechers ermöglicht ist. Ferner kann durch die pyramidale Anordnung erreicht werden, dass die Federelemente seitlich an den Seitenkanten der Aktuatorebenen ausgebildet sein können. Hierüber kann wiederum erreicht werden, dass die Federelemente ausschließlich in Auslenkungsrichtung auslenkbar sind und eine Auslenkung der Aktuatorebenen senkrecht zur Auslenkungsrichtung vermieden werden können. Dies ermöglicht eine möglichst präzise Ansteuerung der Aktuatorstruktur, bei der Schwingungen der Aktuatorebene senkrecht zur Auslenkungsrichtung vermieden werden können.
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Nach einer Ausführungsform umfasst der Abstandsrahmen ein entlang der Auslenkrichtung erstrecktes Abstandselement.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass das Abstandselement die federnde Verbindung mittels der Federelemente mit einer benachbarten Auslenkebene erreicht werden kann. Durch das Abstandselement kann ein Abstand zwischen benachbarten Auslenkebenen in einer unausgelenkten Position der beiden Auslenkebenen definiert werden. Dies ermöglicht einen vordefinierten Schwingungsweg der benachbarten Auslenkebenen gegeneinander und damit verbunden eine präzise Ansteuerung der Auslenkstruktur.
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Nach einer Ausführungsform ist umfasst Lautsprecher ferner:
- eine Rahmenstruktur, wobei die Rahmenstruktur einen Aufnahmeraum bildet, wobei die Verdrängungsfläche und die Aktuatorstruktur im Aufnahmeraum angeordnet sind, und wobei eine Aktuatorebene über wenigstens ein Federelement mit der Rahmenstruktur verbunden ist.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass über die Rahmenstruktur eine stabile Ausbildung des Lautsprechers bereitgestellt ist. Ferner kann durch die fehlende Verbindung wenigstens einer Aktuatorebene mit der Rahmenstruktur erreicht werden, dass die Rahmenstruktur als Referenzstruktur für die Schwingungen der Aktuatorstruktur bzw. der Verdrängungsplatte dient. Dies ermöglicht wiederum eine möglichst präzise Ansteuerung der Aktuatorstruktur und damit verbunden des Lautsprechers.
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Nach einer Ausführungsform ist eine Aktuatorebene durch eine Fläche eines Bodenbereichs der Rahmenstruktur gebildet.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine möglichst platzsparende Ausbildung der Aktuatorstruktur ermöglicht ist.
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Nach einer Ausführungsform ist zwischen einem äußeren Randbereich der Verdrängungsplatte und Wandelementen der Rahmenstruktur ein Luftspalt gebildet.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass über den Luftspalt ein Druckausgleich ermöglicht ist, so dass durch die Schwingungen der Aktuatorebenen der Aktuatorstruktur bzw. der Verdrängungsplatte innerhalb des Aufnahmeraums ein Unterdruck vermieden werden kann, der negativ auf die Ansteuerung der Verdrängungsplatte wirken würde.
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Nach einer Ausführungsform ist in wenigstens einer Aktuatorebene und/oder in dem Bodenbereich der Rahmenstruktur jeweils eine Durchgangsöffnung ausgebildet.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch die Durchgangsöffnungen wiederum ein Druckausgleich erreicht werden kann, was wiederum zu einer höheren Präzision der Ansteuerung der Aktuatorstruktur und damit verbunden des Lautsprechers führt.
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Nach einer Ausführungsform ist die Verdrängungsplatte über einen entlang der Auslenkrichtung erstreckten Verbindungsvorsprung mit einer der Aktuatorebenen verbunden, wobei über eine Länge des Verbindungsvorsprung ein Abstand zwischen der Schwingungsplatte und der Aktuatorebene definiert ist.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine gesicherte Verbindung zwischen der Verdrängungsplatte und der Aktuatorstruktur ermöglicht ist. Durch den definierten Abstand zwischen der jeweiligen Aktuatorebene und der Verdrängungsplatte kann eine Übertragung von Vibrationen zwischen der Verdrängungsplatte und der Aktuatorebene auf ein Minimum reduziert werden.
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Nach einer Ausführungsform ist an der Rahmenstruktur eine Bondverkabelung ausgebildet.
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Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine platzsparende Ausbildung der Bondverkabelung ermöglicht ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Mikromechanischen Lautsprechers gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine weitere schematische Schnittdarstellung des Mikromechanischen Lautsprechers in 1;
- 3 eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers in 1;
- 4 eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers in 1;
- 5 eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers in 1;
- 6 eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers in 1;
- 7 eine weitere schematische Schnittdarstellung des Mikromechanischen Lautsprechers gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 8 eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers in 7;
- 9 eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers in 7;
- 10 eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers in 7;
- 11 eine weitere schematische Schnittdarstellung des Mikromechanischen Lautsprechers gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
- 12 eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Mikromechanischen Lautsprechers 100 gemäß einer Ausführungsform.
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Der mikroelektromechanische Lautsprecher 100 umfasst eine Gehäusestruktur 101 mit einer Austrittsöffnung 103 zum Bereitstellen von akustischen Signalen.
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Innerhalb der Gehäusestruktur 101 ist eine der Austrittsöffnung 103 gegenüberliegende angeordnete Verdrängungsplatte 105 und eine mit der Verdrängungsplatte 105 verbundene Aktuatorstruktur 107 ausgebildet. Über die Aktuatorstruktur 107 ist die Verdrängungsplatte 105 entlang einer Auslenkrichtung D auslenkbar. Über die Auslenkung der Verdrängungsplatte 105 sind die akustischen Signale des Lautsprechers 100 erzeugbar.
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In der gezeigten Ausführungsform ist im Inneren der Gehäusestruktur 101 ferner eine Rahmenstruktur 157 ausgebildet. Die Rahmenstruktur 157 umfasst einen Bodenbereich 159 und Wandelemente 161. Die Rahmenstruktur 157 definiert über den Bodenbereich 159 und die Wandelemente 161 einen Aufnahmeraum 158.
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Die Verdrängungsplatte 105 und die damit verbundene Aktuatorstruktur 107 sind in der gezeigten Ausführungsform in dem Aufnahmeraum 158 angeordnet.
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An den Wandelementen 161 der Rahmenstruktur 157 sind ferner Bondelemente 163 mit Verdrahtungen 164 ausgebildet. Über die Bondelemente 163 und Verdrahtungen 164 ist die Aktuatorstruktur 107 und damit verbunden der Lautsprecher 100 elektrisch ansteuerbar.
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Erfindungsgemäß umfasst die Aktuatorstruktur 107 wenigstens zwei Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117. Die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 sind entlang der Auslenkrichtung D übereinandergestapelt angeordnet und federnd miteinander verbunden.
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Erfindungsgemäß weisen die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 an Ebenenflächen 119, 121, 123, 125, 127, 129, 131, 133 ausgebildete Elektrodeneinheiten 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134 auf. Die Elektrodeneinheiten 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134 sind jeweils elektrisch ansteuerbar und einander gegenüberliegend angeordnete Elektrodeneinheiten 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134 können somit über eine elektrische Wechselwirkung miteinander wechselwirken. Hierüber können die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 jeweils gegeneinander bewegt werden. Durch die gegeneinander gerichtete Bewegung der Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 der Aktuatorstruktur 107 kann die Verdrängungsplatte 105 entlang der Auslenkrichtung D in Schwingung versetzt werden. Hierüber können die akustischen Signale des Lautsprechers 100 erzeugt werden.
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In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Aktuatorstruktur 107 fünf Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117.
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Eine erste Aktuatorebene 109 ist hierbei durch eine Bodenfläche 160 des Bodenbereichs 159 der Rahmenstruktur 157 gebildet. Auf der Bodenfläche 160, die in diesem Fall eine ebene Fläche 119 der Aktuatorebene 109 bildet, ist eine entsprechende Elektrodeneinheit 119 ausgebildet.
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Der Aktuatorebene 109 gegenüberliegend benachbart angeordnet ist eine weitere Aktuatorebene 111. An einer der Elektrodeneinheit 120 der Aktuatorebene 109 benachbart angeordneten Ebenenfläche 121 weist die Aktuatorebene 111 eine Elektrodeneinheit 122 auf. Die Aktuatorebene 111 weist einen Abstandsrahmen 135 auf. Am Abstandsrahmen 135 sind eine Mehrzahl von Federelement 143 angeordnet. Über die Federelemente 143 ist die Aktuatorebene 111 mit den Randelementen 161 der Rahmenstruktur 157 federnd verbunden. Am Abstandsrahmen 135 sind ferner Abstandselemente 139 ausgebildet. Die Abstandselemente 139 sind entlang der Auslenkungsrichtung D ausgebildet. Der Ebenenfläche 121 gegenüberliegend ausgebildet weist die Aktuatorebene 111 eine weitere Ebenenfläche 123 mit einer weiteren Elektrodeneinheit 124 auf.
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Zu der Aktuatorebene 111 benachbart ist eine weitere Aktuatorebene 113. Die Aktuatorebene 113 weist an einer der Aktuatorebene 111 zugewandten Ebenenfläche 125 eine weitere Elektrodeneinheit 126 auf. Die Aktuatorebene 113 weist ebenfalls einen Abstandsrahmen 141 mit Abstandselementen 145 auf. Am Abstandsrahmen 141 sind eine Mehrzahl von Federelementen 143 angeordnet. Über die Federelemente 143 ist die Aktuatorebene 113 federnd mit den Abstandselementen 139 der Aktuatorebene 111 verbunden. An einer der Ebenenfläche 125 gegenüberliegend angeordneten Ebenenfläche 127 weist die Aktuatorebene 113 eine weitere Elektrodeneinheit 128 auf.
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Zu der Aktuatorebene 113 benachbart angeordnet ist eine weitere Aktuatorebene 115. Diese weist an einer der Aktuatorebene 113 zugewandten Ebenenfläche 129 eine weitere Elektrodeneinheit 130 auf. Die Aktuatorebene 115 weist ferner einen Abstandsrahmen 147 mit Abstandselementen 151 auf, die sich entlang der Auslenkrichtung D erstrecken. An dem Abstandsrahmen 147 sind ferner Federelemente 149 ausgebildet. Die Federelemente 149 verbinden die Aktuatorebene 115 mit den Abstandselementen 145 der Aktuatorebene 113. An einer der Ebenenfläche 129 gegenüberliegend angeordneten Ebenenfläche 131 weist die Aktuatorebene 115 eine weitere Elektrodeneinheit 132 auf.
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Zu der Aktuatorebene 115 benachbart angeordnet ist eine weitere Aktuatorebene 117. Diese weist an einer der Aktuatorebene 115 zugewandten Ebenenfläche 133 eine weitere Elektrodeneinheit 134 auf. Die Aktuatorebene 117 weist ferner einen Abstandsrahmen 153 auf, an dem Federelemente 155 angeordnet sind. Über die Federelemente 155 ist die Aktuatorebene 117 mit den Abstandselementen 151 der Aktuatorebene 115 federnd verbunden.
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Die Aktuatorebene 117 ist ferner über einen Verbindungsvorsprung 167 mit der Verdrängungsplatte 105 verbunden.
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Über das Ansteuern der Elektrodeneinheit 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134 können auf den Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 der Aktuatorstruktur 107 relativ zueinander Potentialdifferenzen erzeugt werden. Über die Potentialdifferenzen können die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 voneinander angezogen oder abgestoßen werden. Durch die federnde Verbindung der Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 über die jeweiligen Federelemente können die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 der Aktuatorstruktur 107 somit in Schwingung versetzt werden, wodurch die Verdrängungsplatte 105 im Aufnahmeraum 158 der Rahmenstruktur 157 entlang der Auslenkrichtung D ebenfalls in Schwingung versetzbar ist.
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In der gezeigten Ausführungsform sind die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 jeweils als ebene Platten ausgebildet. Die Elektrodeneinheiten 120, 122, 124, 126, 128, 130, 132, 134 sind jeweils als Elektrodenflächen ausgebildet.
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In der gezeigten Ausführungsform weisen die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 unterschiedliche Ausmaße auf und sind in einer pyramidalen Anordnung zueinander angeordnet. Die Federelemente 137, 143, 149 und 155 sind hierbei jeweils an Seitenbereichen der Aktuatorebenen 111, 113, 115, 117 ausgebildet. Die Federelemente 137, 143, 149, 155 sind hierbei entlang der Auslenkrichtung D auslenkbar. Die Federelemente können ferner derart ausgebildet sein, dass eine Auslenkung senkrecht zur Auslenkrichtung D verhindert ist, so dass die Auslenkung der Aktuatorebenen 111, 113, 115, 117 bzw. der Verdrängungsplatte 105 ausschließlich entlang der Auslenkrichtung D ermöglicht ist.
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In der gezeigten Ausführungsform weist die Rahmenstruktur 157 im Bodenbereich 159 ferner eine Durchgangsöffnung 169 auf. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich in den Aufnahmeraum 158 und verläuft durch die Aktuatorebene 109 mit der daran ausgebildeten Elektrodeneinheit 120.
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Ferner weist die Verdrängungsplatte 105 im Aufnahmeraum 158 an einem Randbereich 165 einen Luftspalt 166 zu Elementen 161 der Rahmenstruktur auf.
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2 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des Mikromechanischen Lautsprechers 100 in 1.
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In den Grafiken a) bis c) sind verschiedene Auslenkungen der Verdrängungsplatte 105 entlang der Auslenkrichtung D durch Ansteuerung der Aktuatorstruktur 107 im Aufnahmeraum 158 der Rahmenstruktur 157 gezeigt.
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Die gezeigte Ausführungsform des mikroelektromechanischen Lautsprechers 100 basiert auf der Ausführungsform in 1 und umfasst alle dort beschriebenen Merkmale.
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Die Grafiken a) bis c) zeigen die Auslenkung der Verdrängungsplatte 105 zwischen zwei Maximalauslenkungen max_1, max_2.
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In Grafik a) ist die Struktur 107 vollständig zusammengezogen und die Abstände zwischen den Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 sind minimiert. Hierdurch ist die Verdrängungsplatte 105 auf eine Maximalauslenkung max_2 in den Aufnahmeraum 158 hereingezogen.
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In Grafik b) ist die Aktuatorstruktur 107 durch die Ausbildung der Federelemente und Abstandselemente der einzelnen Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 definierte Nullstellung angeordnet, in der die Aktuatorstruktur 107 weder zusammengezogen noch in ausgedehnter Anordnung darstellt ist.
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Grafik c) zeigt die Auslenkung der Aktuatorstruktur 107 in eine Maximalauslenkung max_1, in der die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 in maximaler Beabstandung zueinander angeordnet sind.
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Durch die Anzahl der Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 der Aktuatorstruktur 107 kann der Gesamthub der Verdrängungsplatte 105 zwischen den Maximalauslenkungen max_1 und max_2 variiert werden.
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3 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers 100 in 1.
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Grafik a) zeigt die Schnittdarstellung des Sensors 100 in der Ausführungsform in 1. In Grafik a) sind zur Vereinfachung der Darstellung von der Ausführungsform in 1 lediglich die Rahmenstruktur 157 mit der im Aufnahmeraum 158 ausgebildeten Aktuatorstruktur 107 und der mit dieser verbundenen Verdrängungsplatte 105 dargestellt.
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Grafik b) zeigt eine Draufsicht auf die im Aufnahmeraum 158 der Rahmenstruktur 157 angeordneten Verdrängungsplatte 105. Die Rahmenstruktur 157 ist quaderförmig ausgebildet und weist vier Wandelemente 161 auf. Die Verdrängungsplatte 105 ist in der gezeigten Ausführungsform rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet und in dem Aufnahmeraum 158 angeordnet. Zwischen den Randbereichen 165 der Verdrängungsplatte 105 und den Wandelementen 161 ist ein gleichmäßiger Luftspalt 166 ausgebildet. Ferner sind an den Wandelementen 161 vier Bondelemente 163 mit jeweils einer Verdrahtung 164 ausgebildet.
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4 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers 100 in 1.
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Grafik a) zeigt den Lautsprecher 100 der 3. Grafik b) zeigt eine Draufsicht des Sensors 100 auf die Schnittebene A aus Grafik a).
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Die gezeigte Aktuatorebene 109 ist durch die Bodenfläche 160 des Bodenbereichs 159 der Rahmenstruktur 157 gegeben. Die Aktuatorebene 109 ist wiederum rechteckig bzw. quadratisch ausgebildet. Die Elektrodeneinheit 120 ist als eine Elektrodenfläche mit quadratischer Grundfläche ausgebildet. Zentral in der Aktuatorebene 109 bzw. der darauf ausgebildeten Elektrodeneinheit 120 ist eine kreisrunde Durchgangsöffnung 169 ausgebildet.
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5 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers 100 in 1.
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Grafik a) zeigt den Lautsprecher 100 der Grafiken der 3 und 4. Grafik b) zeigt eine Draufsicht auf die Schnittebene B der Grafik a).
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Die gezeigte Aktuatorebene 111 ist rechteckig bzw. quadratisch ausgebildet. Die darauf ausgebildete Elektrodeneinheit 124 ist als eine Elektrodenfläche mit quadratischer Grundfläche ausgebildet. Die Aktuatorebene 111 weist einen umfassenden Abstandsrahmen 135 mit entlang der z-Achse des dargestellten Koordinatensystems erstreckten Abstandselementen 139 auf. An jeder Seite der quadratischen Aktuatorebene 111 sind am jeweiligen Abstandsrahmen 135 jeweils ein Federelement 137 ausgebildet. Das Federelement 137 ist ferner an einem der vier Wandelemente 161 der Rahmenstruktur 157 fixiert. Zentral weist die Aktuatorebene 111 wiederum eine kreisrunde Durchgangsöffnung 171 auf.
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6 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers 100 in 1.
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Grafik a) zeigt wiederum die Schnittansicht des Lautsprechers 100 der Grafiken der 3 bis 5. Grafik b) zeigt eine Draufsicht auf die Schnittebene C der Grafik a).
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Die gezeigte Aktuatorebene 113 ist rechteckig bzw. quadratisch ausgebildet. Die darauf angeordnete Elektrodeneinheit 128 ist als Elektrodenfläche mit quadratischer Grundfläche ausgebildet. Entlang der vier Außenkanten der quadratischen Aktuatorebene 113 ist ein Abstandsrahmen 141 mit entlang der z-Achse des dargestellten Koordinatensystems erstreckten Abstandselementen 145 ausgebildet. Ferner ist der Abstandsrahmen 153 mit den Abstandselementen 139 der in Bezug auf die z-Achse des dargestellten Koordinatensystems unterhalb der Aktuatorebene 113 angeordneten Aktuatorebene 111 dargestellt. Vier Seitenkanten der quadratischen Aktuatorebene 113 sind am Abstandsrahmen 141 jeweils ein Federelement 143 ausgebildet. Das Federelement 143 ist jeweils mit dem Abstandsrahmen 135 bzw. den darauf ausgebildeten Abstandselementen 139 der unterhalb der Aktuatorebene 113 angeordneten und in Grafik b) daher nicht sichtbaren Aktuatorebene 111 verbunden. Zentral innerhalb der Aktuatorebene 113 ist wiederum eine kreisrunde Durchgangsöffnung 173 ausgebildet.
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7 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des Mikromechanischen Lautsprechers 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Die in 7 dargestellte Ausführungsform des Lautsprechers 100 basiert auf der Ausführungsform in 1 und umfasst alle dort gezeigten Merkmale. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Lautsprecher 100 ohne die umfassende Gehäusestruktur 101 ausgebildet.
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Abweichend zu der Ausführungsform in 1 weist die Aktuatorstruktur 107 nur vier Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115 auf.
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Darüber hinaus weisen die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115 bzw. die darauf ausgebildeten Elektrodeneinheiten 120, 122, 124, 126, 128, 130 Elektrodenvorsprungselemente 175, 177, 179, 181, 183, 185 auf.
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So weist die Elektrodeneinheit 120 eine Mehrzahl von Elektrodenvorsprungselementen 175, die von der Aktuatorebene 109 bzw. der Ebenenfläche 119 in Richtung der darüber angeordneten Aktuatorebene 111 hervorstehen.
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Die Elektrodeneinheit 122 der Aktuatorebene 111 weist wiederum eine Mehrzahl von Elektrodenvorsprungselementen 177 auf, die sich von der Ebenenfläche 121 der Aktuatorebene 111 in Richtung der darunter angeordneten Aktuatorebene 109 erstrecken. Die Elektrodeneinheit 124 der Aktuatorebene 111 weist wiederum ebenfalls eine Mehrzahl von Elektrodenvorsprungselementen 179 auf, die sich von der Ebenenfläche 123 in Richtung der über der Aktuatorebene 111 angeordneten Aktuatorebene 113 erstrecken.
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Die Elektrodeneinheit 126 der Aktuatorebene 113 weist wiederum eine Mehrzahl von Elektrodenvorsprungselementen 181 auf, die sich von der jeweiligen Ebenenfläche 125 in Richtung der unter der Aktuatorebene 113 angeordneten Aktuatorebene 111 erstrecken. Die Elektrodeneinheit 128 der Aktuatorebene 115 weist ebenfalls eine Mehrzahl von Elektrodenvorsprungselementen 183 auf, die sich von der Ebenenfläche 127 in Richtung der über der Aktuatorebene 113 angeordneten Aktuatorebene 115 erstrecken.
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Die Elektrodeneinheit 130 der Aktuatorebene 115 weist wiederum eine Mehrzahl von Elektrodenvorsprungselementen 185 auf, die sich in Richtung der unter der Aktuatorebene 115 angeordneten Aktuatorebene 113 erstrecken.
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Die Elektrodenvorsprungselemente 175, 177, 179, 181, 183, 185 der Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115 sind jeweils in Kammstrukturen ausgebildet. Die einzelnen Elektrodenvorsprungselemente 175, 177, 179, 181, 183, 185 sind jeweils derart angeordnet, dass die verschiedenen Kammstrukturen der verschiedenen Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115 ineinander eingreifen können.
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8 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers 100 in 7.
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Grafik a) zeigt den Lautsprecher 100 in der Ausführungsform der 7. Grafik b) zeigt eine Draufsicht auf die Schnittebene A der Grafik a).
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Die Ausführungsform der gezeigten Aktuatorebene 109 basiert auf der Ausführungsform der Grafik b) in 4. Abweichend zu der Ausführungsform in 4 weist die gezeigte Elektrodeneinheit 120 die bereits angesprochene Mehrzahl von Elektrodenvorsprungselementen 175 auf. Die Elektrodenvorsprungselemente 175 sind in der gezeigten Ausführungsform als Linienelemente ausgebildet und erstrecken sich entlang der x-Richtung bzw. entlang der y-Richtung des dargestellten Koordinatensystems. Die als Linienelemente ausgebildeten Elektrodenvorsprungselemente 175 der gezeigten Ausführungsform sind in vier Kammstrukturen ausgebildet, in denen die jeweiligen Elektrodenvorsprungselemente 175 parallel zueinander angeordnet sind.
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9 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers 100 in 7.
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Grafik a) zeigt die Ausführungsform der Grafik a) der 8. Grafik b) zeigt analog zur Grafik b) der 5 die Draufsicht auf die Schnittebene B der Grafik a).
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Die gezeigte Aktuatorebene 111 basiert auf der Ausführungsform in der Grafik b) der 5 und umfasst alle dort beschriebenen Merkmale. Abweichend weist die Elektrodeneinheit 124 die bereits angesprochenen Elektrodenvorsprungselemente 179 auf. Die Anordnung der Elektrodenvorsprungselemente 179 entspricht der Anordnung der Elektrodenvorsprungselemente 175 der Elektrodeneinheit 120 der Aktuatorebene 109. Die linienförmig ausgebildeten Elektrodenvorsprungselemente 179 sind in vier Kammstrukturen angeordnet, in denen die linienförmigen Elektrodenvorsprungselemente 179 parallel zueinander angeordnet sind. Verschiedene Kammstrukturen sind wiederum entlang der x- bzw. y-Richtung erstreckt.
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10 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung und eine weitere Draufsicht des Mikromechanischen Lautsprechers 100 in 7.
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Grafik a) basiert wiederum auf der Grafik a) der 8 und 9. Grafik b) zeigt analog zur Grafik b) der 6 eine Draufsicht auf die Schnittebene C der Grafik a).
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Die gezeigte Aktuatorebene 113 basiert auf der Ausführungsform der Grafik b) in 6 und umfasst alle dort beschriebenen Merkmale. Die gezeigte Elektrodeneinheit 128 weist die bereits angesprochenen Elektrodenvorsprungselemente 183 auf. Analog zu den Ausführungsformen der 8 und 9 sind die Elektrodenvorsprungselemente 183 in vier Kammstrukturen angeordnet, in denen die linienförmigen Elektrodenvorsprungselemente 183 jeweils parallel entlang der Richtungen x bzw. y des dargestellten Koordinatensystems verlaufend angeordnet sind.
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11 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des Mikromechanischen Lautsprechers 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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In der gezeigten Ausführungsform weist die Gehäusestruktur 101 eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen 103 auf. Ferner weist die Rahmenstruktur 157 im Bodenbereich 159 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 169 auf.
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Die Aktuatorstruktur 107 weist in der gezeigten Ausführungsform drei Aktuatorebenen 109, 111, 113 auf. Die erste Aktuatorebene 109 ist durch die Bodenfläche 160 des Bodenbereichs 159 der Rahmenstruktur 157 gebildet. Eine weitere Aktuatorebene 111 ist federnd mit der Rahmenstruktur 157 verbunden und weist ebenfalls eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen auf. Eine weitere Aktuatorebene 113 ist an einer der Aktuatorebene 111 zugewandten Fläche der Verdrängungsfläche 105 ausgebildet. Die Verdrängungsplatte 105 ist federnd mit der Aktuatorebene 111 verbunden. Die Aktuatorebene 111 ist federnd mit der Aktuatorebene 109 verbunden. Die Aktuatorebenen 109, 111, 113 weisen entsprechende Elektrodeneinheiten 120, 122, 124, 126 auf.
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12 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des Mikromechanischen Lautsprechers 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Die gezeigte Ausführungsform basiert auf der Ausführungsform in 11. In der gezeigten Ausführungsform weist die Aktuatorstruktur 107 fünf Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115, 117 auf, die federnd miteinander verbunden sind. Die Aktuatorebenen 109, 111 sind durch Ebenen der Rahmenstruktur 159 gebildet und somit starr miteinander verbunden. Die entsprechenden Federelemente sind so gestaltet, dass ein Volumen zwischen den Aktuatorebenen 111, 115, 117 und zwischen den Aktuatorebenen 109, 113, 117 seitlich abgedichtet ist. Die durch die Aktuierung der genannten Aktuaktorebenen bewirkte Verdrängung aus diesen Volumina bzw. die Ansaugung in diese Volumina erfolgt über die Öffnungen 169, 171 in den Aktuatorebenen 115 und 111 auf der einen Bauteilseite sowie über die entsprechenden Öffnungen in den Aktuatorebenen 113 und 109 auf der anderen Bauteilseite. Die Aktuatorebene 109 ist durch die Bodenfläche 160 des Bodenbereichs 159 der Rahmenstruktur 157 gebildet. Eine weitere Aktuatorebene 111 ist durch die Gehäusestruktur 101 gebildet. Mit der Aktuatorebene 109 und der Aktuatorebene 111 sind jeweils eine weitere Aktuatorebene 113, 115 federnd verbunden. Eine weitere Aktuatorebene 117 ist durch die Verdrängungsplatte 105 gebildet. Die Verdrängungsplatte ist zwischen den Aktuatorebenen 113, 115 angeordnet und federnd mit diesen verbunden. Die Verdrängungsplatte weist hierzu ebenfalls an zwei Ebenenflächen ausgebildete Elektrodeneinheiten auf.
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Die Anzahl der Aktuatorebenen der Aktuatorstruktur 107 ist in den oben gezeigten Ausführungsformen lediglich beispielhaft und kann abweichend ausgestaltet sein. Darüber hinaus können die Strukturen der Aktuatorebenen, die Elektrodeneinheiten wie auch die darauf ausgebildeten Elektrodenvorsprungselemente in Anzahl bzw. Ausführung variieren. Darüber hinaus kann die Ausgestaltung der Federelemente ebenfalls variabel ausfallen.
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Die Ansteuerung der Aktuatorstruktur 107 kann durch das Anlegen entsprechender elektrischer Spannungen an die jeweiligen Elektrodeneinheiten erfolgen.
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Insbesondere kann die Verdrängungsplatte 105 und die Aktuatorstruktur 107, insbesondere die Aktuatorebenen 109, 111, 113, 115 und 117 aus einem Siliziumwerksstoff gefertigt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Elektrodeneinheiten als Metallbeschichtungen ausgebildet sein und über eine Beschichtungsverfahren aufgebracht werden.
