EP3189673B1 - Lautsprecheranordnung - Google Patents

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EP3189673B1
EP3189673B1 EP15757479.9A EP15757479A EP3189673B1 EP 3189673 B1 EP3189673 B1 EP 3189673B1 EP 15757479 A EP15757479 A EP 15757479A EP 3189673 B1 EP3189673 B1 EP 3189673B1
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EP
European Patent Office
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sound
loudspeaker
shielding wall
housing
hollow
Prior art date
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Active
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EP15757479.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3189673A1 (de
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Andrea Rusconi Clerici Beltrami
Ferruccio Bottoni
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USound GmbH
Original Assignee
USound GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by USound GmbH filed Critical USound GmbH
Publication of EP3189673A1 publication Critical patent/EP3189673A1/de
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/22—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only 
    • H04R1/227—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired frequency characteristic only  using transducers reproducing the same frequency band
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
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    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
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    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use

Definitions

  • the present invention relates to a loudspeaker arrangement for a plurality of MEMS loudspeakers for generating sound waves in the audible wavelength spectrum.
  • the loudspeaker arrangement comprises a housing which has a sound-conducting cavity and at least one sound outlet opening, and at least two MEMS loudspeakers which are arranged opposite one another and spaced apart from one another in the interior of the housing and each have a cavity in the region of their side facing away from one another.
  • MEMS microelectromechanical systems. From the US 2012/0039499 A1 a microphone arrangement with a first and a second transducer is known, these being opposite one another and having a common volume. With a construction of this type, the sound waves of the transducers can influence one another, which can have negative effects on the quality of the system, so that this MEMS arrangement which is good in terms of production technology is unsuitable for loudspeaker applications.
  • GB 2 018 089 A shows an arrangement with two opposing moving armature loudspeakers, which are mounted in a housing, the housing having a common sound outlet.
  • the object of the present invention is therefore to create a loudspeaker arrangement which is simple to manufacture and has good sound quality.
  • a loudspeaker arrangement for MEMS loudspeakers for generating sound waves in the audible wave spectrum is proposed.
  • the loudspeaker arrangement has a housing and at least two MEMS loudspeakers.
  • the housing has a sound guide cavity and at least one sound exit opening.
  • the two MEMS speakers are opposite each other and spaced apart from one another by the sound-conducting cavity in the interior of the housing.
  • the MEMS loudspeakers each have a cavity in the region of their side facing away from one another.
  • the term “cavity” is to be understood as a cavity by means of which the sound pressure of the MEMS loudspeakers can be increased.
  • the loudspeaker arrangement comprises a shielding wall for acoustically decoupling the two MEMS loudspeakers from one another.
  • the shielding wall is arranged in the interior of the housing between the two MEMS loudspeakers in such a way that the sound-conducting cavity is subdivided into a first and second cavity region assigned to one of the two MEMS loudspeakers.
  • the sound waves emanating from the MEMS speakers hit the shielding wall and are reflected by it.
  • the sound waves introduced into one of the two cavity areas can therefore not penetrate as far as the other MEMS loudspeaker, in particular into the respective other cavity area.
  • the two mutually facing MEMS loudspeakers are thus acoustically decoupled from one another.
  • the sound waves from the two MEMS loudspeakers can therefore not negatively influence the acoustic quality of the opposite MEMS loudspeaker.
  • the sound waves are directed in the direction of the sound outlet opening via the respectively assigned first or second cavity region and can exit the housing through the latter.
  • the shielding wall extends from a first side inner surface of the sound-conducting cavity at least as far as and beyond the two MEMS loudspeakers and / or extends parallel to the latter into the sound-conducting cavity.
  • the first side inner surface is in particular opposite the sound outlet opening.
  • the shielding wall is advantageously arranged directly and / or acoustically sealing on the inner surface of the sound-conducting cavity. Essentially the entire circumference of the shielding wall is arranged directly on it. In order to shield the sound waves of the two MEMS loudspeakers from one another, in particular to decouple them acoustically, the shielding wall must be designed in such a way that the sound waves cannot circulate undesirably.
  • the housing comprises a sound-conducting channel, by means of which the sound waves that can be introduced via the respective MEMS loudspeaker can be brought together from the two cavity regions separated from one another by the shielding wall. The sound can thus be amplified and / or directed in one direction.
  • the sound conducting channel is advantageously arranged in the region of a first opening of the first cavity region and a second opening of the second cavity region.
  • the sound waves can thus be guided from the two MEMS loudspeakers via their respective hollow areas through the associated openings into the sound guide channel.
  • the sound guide channel is connected at one end to the sound guide cavity and / or at its other end to the sound outlet opening.
  • the sound channel is connected in particular to both cavity areas of the sound guide cavity.
  • the sound guide channel preferably extends from a second side inner surface of the sound guide cavity opposite the first side inner surface up to the sound outlet opening. It is particularly straight. The sound generated by the MEMS loudspeakers can thus be directed specifically in one direction or to one side of the loudspeaker arrangement.
  • the shielding wall extends from the first inner side surface into the area of the sound guide channel.
  • the shielding wall preferably ends at this area or extends partially into it.
  • the shielding wall and / or the sound guide channel are / are advantageously arranged centrally in the housing and / or coaxially with one another. Additionally or alternatively, the thickness of the shielding wall is smaller than the width of the sound guide channel.
  • the shielding wall and the sound guide channel are arranged in particular on an axis of symmetry of the housing. The two cavity areas for the propagation of the sound are therefore of the same size and can be guided outside through the sound guide channel under the same conditions.
  • the thickness of the shielding wall should be less than the width of the sound guide channel, since otherwise the sound waves cannot enter the sound guide channel. The path would be closed by the shielding wall and the second inner side surface.
  • the shielding wall is made in one piece with the housing. Silicon is recommended as the material here.
  • the shielding wall and the housing to represent separate components, the shielding wall, in particular with its edge region, preferably being connected to the housing in a form-fitting, non-positive and / or materially manner.
  • the shielding wall and the housing are made of different materials, the material of the shielding wall preferably having a higher rigidity than the material of the housing. A high degree of rigidity can ensure that the shielding wall does not vibrate itself is excited and as a result of which the other MEMS speaker is influenced undesirably.
  • the housing is advantageously made of silicon and / or the shielding wall is made of a metal, in particular aluminum, a ceramic and / or a composite material.
  • the housing is produced in particular in layers.
  • the circuit boards of the MEMS loudspeaker arrangement are preferably constructed in a sandwich-like manner from a plurality of layers arranged one above the other and / or connected to one another.
  • the entire loudspeaker arrangement, including the housing and the shielding wall integrated therein, and MEMS loudspeakers can be manufactured using a manufacturing method.
  • the loudspeaker arrangement can thus be designed in a cost-effective and very space-saving manner.
  • the housing comprises two housing halves connected to one another, each of which preferably accommodates one of the two MEMS loudspeakers.
  • the housing halves advantageously have one of the two cavity areas, the shielding wall being arranged and / or fastened in their connecting area.
  • the attachment is particularly positive, material and / or non-positive.
  • the housing halves can thus each be manufactured using the layer-by-layer production method and then connected to one another via the shielding wall, which can be an insert. This enables an inexpensive manufacturing process.
  • the cavity of at least one MEMS speaker is formed by a carrier substrate cavity of the MEMS speaker itself and / or by a cavity cavity of the housing.
  • the volume of the cavity which is formed at least by the one MEMS loudspeaker, can additionally be increased by the volume of the cavity cavity of the housing.
  • the loudspeaker arrangement comprises two loudspeaker units, each of which is preferably designed in accordance with the preceding description, the features mentioned being able to be present individually or in any combination.
  • the loudspeaker units are preferably arranged one behind the other so that the sound waves generated by the rear loudspeaker unit must be passed through the front one.
  • the shielding wall of the first loudspeaker unit preferably comprises at least one through-channel extending in its longitudinal direction, through which sound waves of the second loudspeaker unit, in particular from one of its two cavity areas, can be passed through and / or to the sound outlet opening. It is possible to arrange several pairs of MEMS loudspeakers within a housing, in particular one behind the other, in a space-saving manner.
  • the two cavity areas of the second loudspeaker unit are advantageously separated from one another by means of a second shielding wall and are each connected to the one common sound-conducting channel by means of a separate through-channel of the first shielding wall.
  • the sound waves of the MEMS loudspeakers of the second loudspeaker unit can thus be decoupled from one another and guided in the direction of the sound conducting channel without influencing the sound waves of the first loudspeaker unit.
  • FIG. 1 and Figure 2 show a first exemplary embodiment of a loudspeaker arrangement 1 in a schematic view ( Fig. 1 ) and a top view ( Fig. 2 ).
  • the loudspeaker arrangement 1 comprises a housing 2, two MEMS loudspeakers 5a, 5b and a shielding wall 7.
  • the housing 2 comprises two housing halves 17a, 17b, each of which preferably accommodates one of the two MEMS loudspeakers 5a, 5b.
  • the loudspeaker arrangement 1 has a sound guide cavity 3 and a sound outlet opening 4, which is arranged at the end of a sound guide channel 12.
  • the two MEMS loudspeakers 5a, 5b are arranged opposite one another and spaced apart from one another by the sound-conducting cavity 3 in the interior of the housing 2, in particular in each case in a housing half 17a, 17b.
  • the sound guide cavity 3 is divided into a first and second cavity area 8, 9, each associated with one of the two MEMS loudspeakers 5a, 5b. It is also arranged centrally on an axis of symmetry 16 of the housing 2.
  • the two cavity areas 8, 9 are separated from one another by the shielding wall 7.
  • the sound conducting channel 12 is arranged in the region of a first opening 13 of the first cavity region 8 and a second opening 14 of the second cavity region 9.
  • the two cavity areas 8, 9 thus open via their respective openings 13, 14 into the common sound guide channel 12.
  • the sound guide channel 12 is at one end with the sound guide cavity 3, in particular with both cavity areas 8, 9, and at its other end with the sound exit opening 4 connected.
  • the two housing halves 17a, 17b each receive one of the two MEMS loudspeakers 5a, 5b, which each have one of the two cavity regions 8, 9.
  • the shielding wall 7 is connected to the housing halves 17a, 17b in particular in a form-fitting, material-fitting and / or non-positive manner.
  • the housing 2 can also be formed in one piece, the shielding wall 7 preferably being fixed in the housing by means of a layered construction of the housing 2 as an insert.
  • the two MEMS loudspeakers 5a, 5b are each assigned a cavity 6, of which only one is provided with a reference symbol for reasons of clarity.
  • the cavity 6 is formed in each case by a carrier substrate cavity 18 and a cavity cavity 19 of the housing 2.
  • the carrier substrate cavity 18 is arranged on the side of the MEMS speakers 5 facing away from the sound guide cavity 3.
  • the cavity 19 of the housing 2 borders directly on the carrier substrate cavity 18.
  • the shielding wall 7 extends from the first side inner surface 10 of the sound guide cavity 3, starting from the two MEMS loudspeakers 5, to a second side inner surface 15 of the sound guide cavity 3.
  • the first side inner surface 10 is arranged on the side of the housing 2 opposite the sound guide channel 12.
  • the second inner side surface 15 lies opposite the first inner side surface 10 and is in particular in the Area of the first and second openings 13, 14 of the first and second cavity areas 8, 9 arranged.
  • the shielding wall 7 extends over the entire height and width of the housing 2, so that the sound waves emanating from the MEMS loudspeakers 5a, 5b have no possibility to pass around the shielding wall 7 into the cavity area 8, 9 of the other MEMS loudspeaker to get.
  • the shielding wall 7 is also connected to the housing 2 in a form-fitting, force-fitting and / or integral manner.
  • FIG. 3 and Figure 4 show a second and third embodiment of the loudspeaker arrangement 1.
  • the loudspeaker arrangement 1 comprises two loudspeaker units 20, 21, a first and second shielding wall 23, 24, at least one with the sound conducting channel 12 and at least one through channel 22.
  • Both loudspeaker units 20, 21 are essentially like the one in Figures 1 and 2 described loudspeaker arrangement 1 constructed. Consequently, two housing halves 17 each form a loudspeaker unit 20, 21.
  • the housing halves 17 are positively, non-positively and / or cohesively connected to one another via the first and / or second shielding wall 23, 24 such that the MEMS loudspeakers 5 arranged therein lie opposite one another.
  • the two loudspeaker units 20, 21 are likewise positively, non-positively and / or materially connected in the longitudinal direction, in particular coaxially.
  • the first loudspeaker unit 20 has the sound outlet opening 4 and the sound conducting channel 12 connected to it on the side opposite the second loudspeaker unit 21.
  • the cavities 8, 9 of the MEMS loudspeakers 5 together form a sound-conducting cavity 3, in the area of which the first shielding wall 23 is formed.
  • the first shielding wall 23 extends from the first inner side surface 10 to the second inner side surface 15, in particular up to the sound outlet opening 4.
  • the cavity 6 of the MEMS loudspeakers 5 is formed by the cavity 19 of the housing 2.
  • the carrier substrate cavity 18 is arranged on the side facing away from the cavity 19 of the MEMS loudspeaker 5 Figure 2 shown orientation of the MEMS speaker 5 is conceivable.
  • the second loudspeaker unit 21 likewise has two openings 13, 14 on the side opposite the first inner side surface 10 and is connected to the sound guide channel 12 via these, in particular by means of a through-channel 22.
  • the through-channel 22 extends from the two openings 13, 14 of the second loudspeaker unit 21 to the sound-conducting channel 12.
  • the through-channel 22 is formed in the first shielding wall 23.
  • the second loudspeaker unit 21 has a second shielding wall 24, as shown in FIG Figure 1 has already been described. It extends according to the in Figure 4
  • the exemplary embodiment shown extends from the first inner side surface 10 of the second loudspeaker unit 21 to the sound guide channel 12 which is arranged on the first loudspeaker unit 20.
  • the shielding wall 24 of the second loudspeaker unit 21 forms the two separate through channels 22.
  • the sound waves of the second loudspeaker unit 21 are brought together in the single through channel 22 and routed to the sound guide channel 12.
  • the illustrated embodiment thus corresponds to that in FIG Figure 3 illustrated embodiment.
  • the shielding wall 7 can be integrated in the loudspeaker arrangement 1 in the layered manufacturing process, for example in the form of an insert. From the sound outlet opening 4 of the second loudspeaker unit 21, in particular the first inner side surface 10 of the first loudspeaker unit 20, to the sound guide channel 12, the two separate through channels 22 extend parallel to the shielding wall 7 on both sides.
  • the sound waves of the second loudspeaker unit 21 are decoupled from one another by the first or second cavity region 8, 9 of the MEMS loudspeaker 5 to the respective opening 12, 13 in the region of the sound outlet opening 4 of the second loudspeaker unit 21. From there, the sound waves each reach the adjacent through-channel 22 and are guided to the sound-conducting channel 12.
  • the sound waves of the first loudspeaker unit 20 are also decoupled from the shielding wall 7 or the through channel 22 to the sound guide channel 12.
  • the sound waves of the four MEMS loudspeakers 5 meet and are bundled out of the housing 2.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lautsprecheranordnung für mehrere MEMS-Lautsprecher zum Erzeugen von Schallwellen im hörbaren Wellenlängenspektrum. Die Lautsprecheranordnung umfasst ein Gehäuse, das einen Schallleithohlraum und zumindest eine Schallaustrittsöffnung aufweist, und zumindest zwei MEMS-Lautsprecher, die zueinander gegenüberliegend und voneinander beabstandet im Inneren des Gehäuses angeordnet sind und jeweils im Bereich ihrer voneinander abgewandten Seite eine Kavität aufweisen.
  • Die Bezeichnung MEMS steht für mikroelektromechanische Systeme. Aus der US 2012/0039499 A1 ist eine Mikrofonanordnung mit einem ersten und einem zweiten Wandler bekannt, wobei sich diese gegenüberliegen und ein gemeinsames Volumen haben. Bei einer derartigen Bauweise können sich die Schallwellen der Wandler gegenseitig beeinflussen, was negative Auswirkungen auf die Qualität des Systems haben kann, so dass diese herstellungstechnisch gute MEMS-Anordnung für Lautsprecheranwendungen ungeeignet ist.
  • GB 2 018 089 A zeigt eine Anordnung mit zwei gegenüberliegend angeordneten moving armature Lautsprechern, die in einem Gehäuse montiert sind, wobei das Gehäuse einen gemeinsamen Schallauslass hat.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine einfach herzustellende Lautsprecheranordnung mit guter Klangqualität zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Lautsprecheranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Vorgeschlagen wird eine Lautsprecheranordnung für MEMS-Lautsprecher zum Erzeugen von Schallwellen im hörbaren Wellenspektrum. Die Lautsprecheranordnung weist ein Gehäuse und zumindest zwei MEMS-Lautsprecher auf. Das Gehäuse weist einen Schallleithohlraum und zumindest eine Schallaustrittsöffnung auf. Die zwei MEMS-Lautsprecher sind zueinander gegenüberliegend und voneinander durch den Schallleithohlraum beabstandet im Inneren des Gehäuses angeordnet. Im Bereich ihrer voneinander abgewandten Seite weisen die MEMS-Lautsprecher jeweils eine Kavität auf. Unter der Begrifflichkeit "Kavität" ist ein Hohlraum zu verstehen, mittels dem der Schalldruck der MEMS-Lautsprecher verstärkt werden kann. Die Lautsprecheranordnung umfasst eine Abschirmwand zum akustischen Entkoppeln der beiden MEMS-Lautsprecher voneinander. Die Abschirmwand ist im Inneren des Gehäuses derart zwischen den beiden MEMS-Lautsprechern angeordnet, dass der Schallleithohlraum in einen jeweils einem der beiden MEMS-Lautsprecher zugeordneten ersten und zweiten Hohlraumbereich unterteilt ist. Die von den MEMS-Lautsprechern ausgehenden Schallwellen treffen auf die Abschirmwand und werden von dieser reflektiert. Die in einen der beiden Hohlraumbereiche eingebrachten Schallwellen können somit nicht bis zum jeweils anderen MEMS-Lautsprecher, insbesondere in den jeweils anderen Hohlraumbereich, vordringen. Die beiden einander zugewandten MEMS-Lautsprecher sind somit voneinander akustisch entkoppelt. Die Schallwellen der beiden MEMS-Lautsprecher können somit die akustische Qualität des jeweils gegenüberliegenden MEMS-Lautsprechers nicht negativ beeinflussen. Über den jeweils zugeordneten ersten oder zweiten Hohlraumbereich werden die Schallwellen in Richtung der Schallaustrittsöffnung geleitet und können durch diese aus dem Gehäuse austreten.
  • Von Vorteil ist es, wenn sich die Abschirmwand in einer Seitenansicht der Lautsprecheranordnung von einer ersten Seiteninnenfläche des Schallleithohlraums ausgehend zumindest bis über die beiden MEMS-Lautsprecher hinweg und/oder zu diesen parallel in den Schallleithohlraum hineinerstreckt. Die erste Seiteninnenfläche liegt dabei insbesondere der Schallaustrittsöffnung gegenüber. Um eine akustische Entkopplung der beiden MEMS-Lautsprecher voneinander zu bewirken, müssen die Schallwellen voneinander abgeschirmt werden. Die Abschirmwand muss sich daher zumindest über die volle Länge und Breite der MEMS-Lautsprecher erstrecken, um zumindest ein direktes Auftreffen des fremden Schalls vermeiden zu können.
  • Die Abschirmwand ist in ihrem Randbereich vorteilhafterweise unmittelbar und/oder akustisch abdichtend an der Innenfläche des Schallleithohlraums angeordnet. Dabei ist im Wesentlichen der gesamte Umfang der Abschirmwand unmittelbar daran angeordnet. Um die Schallwellen der beiden MEMS-Lautsprecher voneinander abzuschirmen, insbesondere akustisch zu entkoppeln, muss die Abschirmwand derart ausgebildet sein, dass die Schallwellen diese nicht unerwünscht umlaufen können.
  • Einen weiteren Vorteil stellt es dar, wenn das Gehäuse einen Schallleitkanal umfasst, mittels dem die über den jeweiligen MEMS-Lautsprecher einbringbaren Schallwellen der beiden durch die Abschirmwand voneinander getrennten Hohlraumbereiche zusammenführbar sind. Der Schall kann somit verstärkt und/oder gezielt in eine Richtung gelenkt werden.
  • Vorteilhafterweise ist der Schallleitkanal im Bereich einer ersten Öffnung des ersten Hohlraumbereiches und einer zweiten Öffnung des zweiten Hohlraumbereiches angeordnet. Die Schallwellen können somit von den beiden MEMS-Lautsprechern ausgehend über ihre jeweiligen Hohlraumbereiche durch die dazugehörigen Öffnungen in den Schallleitkanal geführt werden.
  • Von Vorteil ist es zudem, wenn der Schallleitkanal an seinem einen Ende mit dem Schallleithohlraum und/oder an seinem anderen Ende mit der Schallaustrittsöffnung verbunden ist. Dabei ist der Schallkanal insbesondere mit beiden Hohlraumbereichen des Schallleithohlraums verbunden. Der Schallleitkanal erstreckt sich vorzugsweise von einer der ersten Seiteninnenfläche gegenüberliegenden zweiten Seiteninnenfläche des Schallleithohlraums ausgehend bis zur Schallaustrittsöffnung. Er verläuft dabei insbesondere gradlinig. Der von den MEMS-Lautsprechern erzeugte Schall kann somit gezielt in eine Richtung bzw. zu einer Seite der Lautsprecheranordnung gelenkt werden.
  • Zudem ist es vorteilhaft, wenn sich die Abschirmwand von der ersten Seiteninnenfläche ausgehend bis in den Bereich des Schallleitkanals erstreckt. Vorzugsweise endet die Abschirmwand an diesem Bereich oder erstreckt sich teilweise in diesen hinein. Durch eine derartige Ausbildung der Abschirmwand können die Schallwellen in den beiden Hohlraumbereichen vollständig bis zum Schallleitkanal voneinander entkoppelt werden, so dass sich die beiden MEMS-Lautsprecher nicht negativ beeinflussen können.
  • Vorteilhafterweise ist/sind die Abschirmwand und/oder der Schallleitkanal mittig im Gehäuse und/oder zueinander koaxial angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist die Dicke der Abschirmwand kleiner als die Breite des Schallleitkanals. Dabei sind die Abschirmwand und der Schallleitkanal insbesondere auf einer Symmetrieachse des Gehäuses angeordnet. Die beiden Hohlraumbereiche zur Ausbreitung des Schalls weisen somit die gleiche Größe auf und können unter denselben Bedingungen durch den Schallleitkanal nach außen geführt werden. Die Dicke der Abschirmwand sollte dabei geringer als die Breite des Schallleitkanals sein, da die Schallwellen ansonsten nicht in den Schallleitkanal eintreten können. Der Weg würde dabei von der Abschirmwand und der zweiten Seiteninnenfläche verschlossen sein.
  • Einen weiteren Vorteil stellt es dar, wenn die Abschirmwand zusammen mit dem Gehäuse einteilig hergestellt ist. Als Material wird hier Silizium empfohlen. Alternativ ist auch denkbar, dass die Abschirmwand und das Gehäuse separate Bauteile darstellen, wobei vorzugsweise die Abschirmwand, insbesondere mit ihrem Randbereich, form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist.
  • Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Abschirmwand und das Gehäuse aus zueinander unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, wobei vorzugsweise das Material der Abschirmwand im Vergleich zum Material des Gehäuses eine höhere Steifigkeit aufweist. Durch eine hohe Steifigkeit kann sichergestellt werden, dass die Abschirmwand nicht selbst zum Schwingen angeregt wird und in Folge dessen der jeweils andere MEMS-Lautsprecher unerwünscht beeinflusst wird.
  • Das Gehäuse ist vorteilhafterweise aus Silizium und/oder die Abschirmwand aus einem Metall, insbesondere Aluminium, einer Keramik und/oder einem Verbundwerkstoff hergestellt. Das Gehäuse wird insbesondere schichtweise hergestellt. Die Leiterplatten der MEMS-Lautsprecheranordnung sind vorzugsweise sandwichartig aus mehreren übereinander angeordneten und/oder miteinander verbundenen Schichten aufgebaut. Hierdurch kann mittels eines Herstellungsverfahrens die gesamte Lautsprecheranordnung samt Gehäuse und darin einlegerartig integrierter Abschirmwand sowie MEMS-Lautsprechern gefertigt werden. Die Lautsprecheranordnung kann somit kostengünstig und sehr bauraumsparend ausgebildet werden.
  • Zusätzlich ist es ferner von Vorteil, wenn das Gehäuse zwei miteinander verbundene Gehäusehälften umfasst, die vorzugsweise jeweils einen der beiden MEMS-Lautsprecher aufnehmen. Die Gehäusehälften weisen dabei vorteilhafterweise einen der beiden Hohlraumbereiche auf, wobei in deren Verbindungsbereich die Abschirmwand angeordnet und/oder befestigt ist. Die Befestigung erfolgt dabei insbesondere form-, stoff- und/oder kraftschlüssig. Die Gehäusehälften können somit jeweils mittels des schichtweisen Herstellungsverfahrens gefertigt werden und anschließend über die Abschirmwand, welche ein Einleger sein kann, miteinander verbunden werden. Somit wird ein kostengünstiges Herstellungsverfahren ermöglicht.
  • Zur Ausbildung einer möglichst großen Kavität ist es vorteilhaft, wenn die Kavität zumindest eines MEMS-Lautsprechers durch einen Trägersubstrathohlraum des MEMS-Lautsprechers selbst und/oder durch einen Kavitätshohlraum des Gehäuses ausgebildet ist. Hierdurch kann das Volumen der Kavität, die zumindest durch den einen MEMS-Lautsprecher ausgebildet ist, zusätzlich durch das Volumen des Kavitätshohlraums des Gehäuses vergrößert werden. Je nach Bedarf ist es jedoch auch denkbar, die MEMS-Lautsprecher um 180° gedreht einzubauen, so dass der Trägersubstrathohlraum zum Hohlraumbereich hin zu orientiert ist.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Lautsprecheranordnung zwei Lautsprechereinheiten, die jeweils vorzugsweise gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet sind, wobei die genannten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Die Lautsprechereinheiten sind vorzugsweise hintereinander angeordnet, so dass die von der hinteren Lautsprechereinheit erzeugten Schallwellen durch die vordere hindurchgeführt werden müssen.
  • Die Abschirmwand der ersten Lautsprechereinheit umfasst hierfür vorzugsweise zumindest einen sich in ihrer Längsrichtung ersteckenden Durchgangskanal, über den Schallwellen der zweiten Lautsprechereinheit, insbesondere aus einem ihrer beiden Hohlraumbereiche, durch- und/oder zur Schallaustrittsöffnung hinführbar sind. Es wird ermöglicht, mehrere MEMS-Lautsprecherpaare bauraumsparend innerhalb eines Gehäuses, insbesondere hintereinander, anzuordnen.
  • Die zwei Hohlraumbereiche der zweiten Lautsprechereinheit sind vorteilhafterweise mittels einer zweiten Abschirmwand voneinander getrennt und jeweils mittels eines separaten Durchgangskanals der ersten Abschirmwand mit dem einen gemeinsamen Schallleitkanal verbunden. Somit können die Schallwellen der MEMS-Lautsprecher der zweiten Lautsprechereinheit voneinander entkoppelt und ohne die Schallwellen der ersten Lautsprechereinheit zu beeinflussen in Richtung des Schallleitkanals geführt werden.
  • Einen weiteren Vorteil stellt es dar, wenn die Abschirmwände der beiden Lautsprechereinheiten zueinander und/oder zum Schallleitkanal koaxial angeordnet sind, da hierdurch die Fertigungskosten reduziert werden können.
  • Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht der Lautsprecheranordnung,
    Figur 2
    eine seitliche Schnittansicht der Lautsprecheranordnung mit zwei MEMS-Lautsprechern und einer Abschirmwand,
    Figur 3
    ein zweites Ausführungsbeispiel der Lautsprecheranordnung in einer seitlichen Schnittansicht mit zwei Lautsprechereinheiten und
    Figur 4
    ein drittes Ausführungsbeispiel der Lautsprecheranordnung in einer seitlichen Schnittansicht mit zwei Lautsprechereinheiten und zwei voneinander getrennten Durchgangskanälen.
  • Figur 1 und Figur 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Lautsprecheranordnung 1 in einer schematischen Ansicht (Fig. 1) sowie in einer Draufsicht (Fig. 2). Die Lautsprecheranordnung 1 umfasst ein Gehäuse 2, zwei MEMS-Lautsprecher 5a, 5b und eine Abschirmwand 7. Das Gehäuse 2 umfasst dabei zwei Gehäusehälften 17a, 17b, die vorzugsweise jeweils einen der beiden MEMS-Lautsprecher 5a, 5b aufnehmen. Des Weiteren weist die Lautsprecheranordnung 1 einen Schallleithohlraum 3 und eine Schallaustrittsöffnung 4 auf, die am Ende eines Schallleitkanals 12 angeordnet ist.
  • Die zwei MEMS-Lautsprecher 5a, 5b sind zueinander gegenüberliegend und voneinander durch den Schallleithohlraum 3 beabstandet im Inneren des Gehäuses 2, insbesondere jeweils in einer Gehäusehälfte 17a, 17b angeordnet. Der Schallleithohlraum 3 ist in einen, jeweils einem der beiden MEMS-Lautsprecher 5a, 5b zugeordneten, ersten und zweiten Hohlraumbereich 8, 9 unterteilt. Er ist ferner mittig auf einer Symmetrieachse 16 des Gehäuses 2 angeordnet.
  • Die beiden Hohlraumbereiche 8, 9 sind durch die Abschirmwand 7 voneinander getrennt. Im Bereich einer ersten Öffnung 13 des ersten Hohlraumbereichs 8 und einer zweiten Öffnung 14 des zweiten Hohlraumbereichs 9 ist der Schallleitkanal 12 angeordnet. Die beiden Hohlraumbereiche 8, 9 münden somit über ihre jeweilige Öffnung 13, 14 in den gemeinsamen Schallleitkanal 12. Der Schallleitkanal 12 ist an seinem einen Ende mit dem Schallleithohlraum 3, insbesondere mit beiden Hohlraumbereichen 8, 9, und an seinem anderen Ende mit der Schallaustrittsöffnung 4 verbunden. Die beiden Gehäusehälften 17a, 17b nehmen demnach jeweils einen der beiden MEMS-Lautsprecher 5a, 5b auf, welche jeweils einen der beiden Hohlraumbereiche 8, 9 aufweisen. Die Abschirmwand 7 ist mit den Gehäusehälften 17a, 17b insbesondere form-, stoff- und/oder kraftschlüssig verbunden. Alternativ kann das Gehäuse 2 aber auch einteilig ausgebildet sein, wobei die Abschirmwand 7 hierbei vorzugsweise mittels eines schichtweisen Aufbaus des Gehäuses 2 als Einleger in dem Gehäuse fixiert ist.
  • Den beiden MEMS-Lautsprechern 5a, 5b ist jeweils eine Kavität 6 zugeordnet, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Kavität 6 wird jeweils durch einen Trägersubstrathohlraum 18 und einen Kavitätshohlraum 19 des Gehäuses 2 ausgebildet. Der Trägersubstrathohlraum 18 ist auf der dem Schallleithohlraum 3 abgewandten Seite der MEMS-Lautsprecher 5 angeordnet. Der Kavitätshohlraum 19 des Gehäuses 2 grenzt im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel direkt an den Trägersubstrathohlraum 18 an.
  • Die Abschirmwand 7 erstreckt sich von der ersten Seiteninnenfläche 10 des Schallleithohlraums 3 ausgehend über die beiden MEMS-Lautsprecher 5 hinweg bis zu einer zweiten Seiteninnenfläche 15 des Schallleithohlraums 3. Die erste Seiteninnenfläche 10 ist auf der dem Schallleitkanal 12 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2 angeordnet. Die zweite Seiteninnenfläche 15 liegt der ersten Seiteninnenfläche 10 gegenüber und ist insbesondere im Bereich der ersten und zweiten Öffnung 13, 14 des ersten und zweiten Hohlraumbereiches 8, 9 angeordnet. Wie in Figur 1 dargestellt, erstreckt sich die Abschirmwand 7 über die ganze Höhe und Breite des Gehäuses 2, sodass die von den MEMS-Lautsprechern 5a, 5b ausgehenden Schallwellen keine Möglichkeit haben, um die Abschirmwand 7 herum in den Hohlraumbereich 8, 9 des jeweils anderen MEMS-Lautsprechers zu gelangen. Die Abschirmwand 7 ist hierfür ferner form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse 2 verbunden.
  • Figur 3 und Figur 4 zeigen eine zweite und dritte Ausführungsform der Lautsprecheranordnung 1. Hierin umfasst die Lautsprecheranordnung 1 zwei Lautsprechereinheiten 20, 21, eine erste und zweite Abschirmwand 23, 24, zumindest eine mit dem Schallleitkanal 12 und zumindest einen Durchgangskanal 22. Beide Lautsprechereinheiten 20, 21 sind im Wesentlichen wie die in Figuren 1 und 2 beschriebene Lautsprecheranordnung 1 aufgebaut. Folglich bilden jeweils zwei Gehäusehälften 17 eine Lautsprechereinheit 20, 21 aus. Die Gehäusehälften 17 sind form-, kraft- und/oder stoffschlüssig über die erste und/oder zweite Abschirmwand 23, 24 miteinander derart verbunden, dass sich die darin angeordneten MEMS-Lautsprecher 5 gegenüberliegen. Die beiden Lautsprechereinheiten 20, 21 sind ebenfalls form-, kraft- und/oder stoffschlüssig in Längsrichtung, insbesondere koaxial, miteinander verbunden.
  • Die erste Lautsprechereinheit 20 weist auf der der zweiten Lautsprechereinheit 21 gegenüberliegenden Seite die Schallaustrittsöffnung 4 und den mit dieser verbundenen Schallleitkanal 12 auf. Wie auch im ersten Ausführungsbeispiel bilden die Hohlräume 8, 9 der MEMS-Lautsprecher 5 gemeinsam einen Schallleithohlraum 3 aus, in dessen Bereich die erste Abschirmwand 23 ausgebildet ist. Die erste Abschirmwand 23 erstreckt sich von der ersten Seiteninnenfläche 10 bis zur zweiten Seiteninnenfläche 15, insbesondere bis zur Schallaustrittsöffnung 4. Die Kavität 6 der MEMS-Lautsprecher 5 wird durch den Kavitätshohlraum 19 des Gehäuses 2 ausgebildet. Der Trägersubstrathohlraum 18 ist auf der dem Kavitätshohlraum 19 abgewandten Seite der MEMS-Lautsprecher 5 angeordnet, wobei auch die in Figur 2 gezeigte Ausrichtung des MEMS-Lautsprechers 5 denkbar ist.
  • Die zweite Lautsprechereinheit 21 weist ebenso auf der der ersten Seiteninnenfläche 10 gegenüberliegenden Seite zwei Öffnungen 13, 14 auf und ist über diese, insbesondere mittels eines Durchgangskanals 22, mit dem Schallleitkanal 12 verbunden. Der Durchgangskanal 22 erstreckt sich von den beiden Öffnungen 13, 14 der zweiten Lautsprechereinheit 21 bis zum Schallleitkanal 12.
  • Im den in Figur 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Durchgangskanal 22 in der ersten Abschirmwand 23 ausgebildet. Im Gegensatz zu dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zwei voneinander getrennte Durchgangskanäle 22 auf. Die zweite Lautsprechereinheit 21 weist bei beiden Ausführungsbeispielen eine zweite Abschirmwand 24 auf, wie sie in Figur 1 bereits beschrieben ist. Sie erstreckt sich gemäß den in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel von der ersten Seiteninnenfläche 10 der zweiten Lautsprechereinheit 21 ausgehend bis zum Schallleitkanal 12, der an der ersten Lautsprechereinheit 20 angeordnet ist. Hierdurch bildet die Abschirmwand 24 der zweiten Lautsprechereinheit 21 die beiden voneinander getrennten Durchgangskanäle 22 aus.
  • Im Gegensatz dazu werden bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Schallwellen der zweiten Lautsprechereinheit 21 in dem einzigen Durchgangskanal 22 zusammengeführt und bis zum Schallleitkanal 12 geleitet.
  • Das in Figur 4 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht somit bis auf die Ausbildung der Abschirmwände 7, 24 dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die Abschirmwand 7 erstreckt sich jedoch von der ersten Seiteninnenfläche 10 der zweiten Lautsprechereinheit 21 durchgehend bis hin zum Schallleitkanal 12, welcher mit der Schallaustrittsöffnung 4 der ersten Lautsprechereinheit 20 verbunden ist und wird von der ersten und der zweiten Abschirmwand 23, 24 ausgebildet.
  • Die Abschirmwand 7 kann dabei im schichtweisen Herstellungsverfahren beispielsweise in Form eines Einlegers in die Lautsprecheranordnung 1 integriert werden. Von der Schallaustrittsöffnung 4 der zweiten Lautsprechereinheit 21, insbesondere der erste Seiteninnenfläche 10 der ersten Lautsprechereinheit 20, ab bis hin zum Schallleitkanal 12 erstrecken sich parallel zur Abschirmwand 7 beidseitig die beiden voneinander getrennten Durchgangskanäle 22. Die Schallwellen der zweiten Lautsprechereinheit 21 werden voneinander entkoppelt durch den ersten oder zweiten Hohlraumbereich 8, 9 der MEMS-Lautsprecher 5 bis hin zur jeweiligen Öffnung 12, 13 im Bereich der Schallaustrittsöffnung 4 der zweiten Lautsprechereinheit 21 geleitet. Von dort gelangen die Schallwellen jeweils in den angrenzenden Durchgangskanal 22 und werden bis zum Schallleitkanal 12 geführt. Die Schallwellen der ersten Lautsprechereinheit 20 werden ebenso von der Abschirmwand 7 bzw. dem Durchgangskanal 22 entkoppelt bis zum Schallleitkanal 12 geführt. Im Schallleitkanal 12, insbesondere im Bereich der an die Schallaustrittsöffnung 4 angrenzt, treffen die Schallwellen der vier MEMS-Lautsprecher 5 aufeinander und werden gebündelt aus dem Gehäuse 2 heraus geführt.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Lautsprecheranordnung
    2.
    Gehäuse
    3.
    Schallleithohlraum
    4.
    Schallaustrittsöffnung
    5.
    MEMS-Lautsprecher
    6.
    Kavität
    7.
    Abschirmwand
    8.
    Erster Hohlraumbereich
    9.
    Zweiter Hohlraumbereich
    10.
    Erste Seiteninnenfläche
    11.
    Innenfläche des Schallleithohlraums
    12.
    Schallleitkanal
    13.
    Erste Öffnung
    14.
    Zweite Öffnung
    15.
    Zweite Seiteninnenfläche
    16.
    Symmetrieachse
    17.
    Gehäusehälften
    18.
    Trägersubstrathohlraum
    19.
    Kavitätshohlraum
    20.
    Erste Lautsprechereinheit
    21.
    Zweite Lautsprechereinheit
    22.
    Durchgangskanal
    23.
    Erste Abschirmwand
    24.
    Zweite Abschirmwand

Claims (15)

  1. Lautsprecheranordnung (1) für mehrere MEMS-Lautsprecher (5) zum Erzeugen von Schallwellen im hörbaren Wellenlängenspektrum mit einem Gehäuse (2), das einen Schallleithohlraum (3) und zumindest eine Schallaustrittsöffnung (4) aufweist,
    zumindest zwei MEMS-Lautsprechern (5), die zueinander gegenüberliegend und voneinander durch den Schallleithohlraum (3) beabstandet im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet sind und jeweils im Bereich ihrer voneinander abgewandten Seite eine Kavität (6) aufweisen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Lautsprecheranordnung (1) eine Abschirmwand (7) zum akustischen Entkoppeln der beiden MEMS-Lautsprecher (5) voneinander umfasst,
    die im Inneren des Gehäuses (2) zwischen den beiden MEMS-Lautsprechern (5) angeordnet ist und
    sich in einer Seitenansicht der Lautsprecheranordnung (1) von einer ersten Seiteninnenfläche (10) des Schallleithohlraums (3) ausgehend zumindest bis über die beiden MEMS-Lautsprecher (5) hinwegerstreckt,
    so dass der Schallleithohlraum (3) in einen jeweils einem der beiden MEMS-Lautsprecher (5) zugeordneten ersten und zweiten Hohlraumbereich (8, 9) unterteilt ist,
    dass die Abschirmwand (7) und das Gehäuse (2) separate Bauteile darstellen und aus zueinander unterschiedlichen Materialen hergestellt sind.
  2. Lautsprecheranordnung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschirmwand (7) in einer Seitenansicht der Lautsprecheranordnung (1) von der, insbesondere der Schallaustrittsöffnung (4) gegenüberliegenden, ersten Seiteninnenfläche (10) des Schallleithohlraums (3) ausgehend parallel zu den beiden MEMS-Lautsprechern (5) in den Schallleithohlraum (3) hineinerstreckt.
  3. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmwand (7) in ihrem Randbereich, insbesondere im Wesentlichen über ihren gesamten Umfang hinweg, unmittelbar und/oder akustisch abdichtend an der Innenfläche (11) des Schallleithohlraums (3) angeordnet ist.
  4. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Schallleitkanal (12) umfasst, mittels dem die über den jeweiligen MEMS-Lautsprecher (5) einbringbaren Schallwellen der beiden durch die Abschirmwand (7) voneinander getrennten Hohlraumbereiche (8, 9) zusammenführbar sind.
  5. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallleitkanal (12) im Bereich einer ersten Öffnung (13) des ersten Hohlraumbereiches (8) und einer zweiten Öffnung (14) des zweiten Hohlraumbereiches (9) angeordnet ist.
  6. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallleitkanal (12) an seinem einen Ende mit dem Schallleithohlraum (3), insbesondere mit beiden Hohlraumbereichen (8, 9), und/oder an seinem anderen Ende mit der Schallaustrittsöffnung (4) verbunden ist,
    wobei sich der Schallleitkanal (12) vorzugsweise von einer der ersten Seiteninnenfläche (10) gegenüberliegenden zweiten Seiteninnenfläche (15) des Schallleithohlraums (3) ausgehend, insbesondere geradlinig, bis zur Schallaustrittsöffnung (4) erstreckt.
  7. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abschirmwand (7) von der ersten Seiteninnenfläche (10) ausgehend bis in den Bereich des Schallleitkanals (12) erstreckt, vorzugsweise an diesem endet oder sich teilweise in diesen hineinerstreckt.
  8. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmwand (7) und/oder der Schallleitkanal (12) mittig im Gehäuse (2), insbesondere auf einer Symmetrieachse (16) des Gehäuses (2), und/oder zueinander koaxial angeordnet sind und/oder
    dass die Dicke der Abschirmwand (7) kleiner ist als die Höhe des Schallleitkanals (12).
  9. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmwand (7), insbesondere in ihrem Randbereich, form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
  10. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Abschirmwand (2) im Vergleich zum Material des Gehäuses (2) eine höhere Steifigkeit aufweist.
  11. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2), insbesondere schichtweise, aus Silizium und/oder die Abschirmwand (7) aus einem Metall, insbesondere Aluminium, einer Keramik und/oder einem Verbundwerkstoff hergestellt ist.
  12. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zwei miteinander verbundene Gehäusehälften (17) umfasst,
    die vorzugsweise jeweils einen der beiden MEMS-Lautsprecher (5) aufnehmen,
    die jeweils einen der beiden Hohlraumbereiche (8, 9) aufweisen und/oder
    in deren Verbindungsbereich die Abschirmwand (7), insbesondere form-, stoff- und/oder kraftschlüssig, befestigt ist.
  13. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (6) zumindest eines MEMS-Lautsprechers (5) durch einen Trägersubstrathohlraum (18) des MEMS-Lautsprechers (5) selbst und/oder durch einen Kavitätshohlraum (19) des Gehäuses (2) ausgebildet ist.
  14. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lautsprecheranordnung (1) zwei Lautsprechereinheiten (20, 21) umfasst, die vorzugsweise jeweils nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche ausgebildet sind, und/oder
    dass die Abschirmwand (7) der ersten Lautsprechereinheit (21) zumindest einen sich in ihrer Längsrichtung erstreckenden Durchgangskanal (22) umfasst, über den Schallwellen der zweiten Lautsprechereinheit (21), insbesondere aus einem ihrer beiden Hohlraumbereiche (8, 9), durch- und/oder zur Schallaustrittsöffnung (4) hinführbar sind.
  15. Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei voneinander mittels einer zweiten Abschirmwand (24) getrennten Hohlraumbereiche (8, 9) der zweiten Lautsprechereinheit (21) mittels jeweils eines separaten Durchgangskanals (22) mit dem einen Schallleitkanal (12) verbunden sind und/oder
    dass die Abschirmwände (7) der beiden Lautsprechereinheiten (20, 21) zueinander und/oder zum Schallleitkanal (12) koaxial angeordnet sind.
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