EP3189674A1 - Mems loudspeaker arrangement comprising a sound generator and a sound amplifier - Google Patents

Mems loudspeaker arrangement comprising a sound generator and a sound amplifier

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EP3189674A1
EP3189674A1 EP15760428.1A EP15760428A EP3189674A1 EP 3189674 A1 EP3189674 A1 EP 3189674A1 EP 15760428 A EP15760428 A EP 15760428A EP 3189674 A1 EP3189674 A1 EP 3189674A1
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EP
European Patent Office
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sound
mems
loudspeaker arrangement
mems loudspeaker
amplifier
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EP15760428.1A
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German (de)
French (fr)
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EP3189674B1 (en
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Andrea Rusconi Clerici
Ferruccio Bottoni
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USound GmbH
Original Assignee
USound GmbH
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Publication date
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    • H04R2201/403—Linear arrays of transducers

Definitions

  • the present invention relates to a MEMS loudspeaker arrangement for generating sound waves in the audible wavelength spectrum with a housing having a Schallleitkanal and arranged at the end of the Schallleitkanals sound outlet, with at least two MEMS speakers, which are arranged in such a way inside the housing that the Sound waves generated by the MEMS speakers can be guided via the common sound channel to the common sound outlet, and with a control unit for driving the two MEMS speakers. Furthermore, the present invention relates to a method for operating such a MEMS loudspeaker arrangement.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • MEMS loudspeakers or microspeakers is known, for example, from DE 10 2012 220 819 A1.
  • the sound is generated by a vibrating diaphragm of the MEMS loudspeaker.
  • Such a microspeaker usually has to generate a high air volume shift in order to achieve a significant sound pressure level.
  • Known MEMS speakers have the disadvantage that they must have a relatively large volume of construction in order to achieve a sufficient sound pressure level can.
  • the object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • a proposed MEMS loudspeaker arrangement for generating sound waves in the audible wavelength spectrum. It comprises a housing which has a Schallleitkanal and arranged at the end of the Schallleitkanals sound outlet opening. Furthermore, the MEMS loudspeaker arrangement comprises at least two MEMS loudspeakers. These are arranged in the interior of the housing such that the sound waves generated by the MEMS loudspeakers can be guided via the common sound-conducting channel to the common sound outlet opening. Also, the MEMS speaker assembly includes a control unit for driving the MEMS speakers.
  • the downstream MEMS loudspeaker can influence the sound waves generated by the upstream MEMS loudspeaker, since they are guided past it due to the common sound conduction channel.
  • the control unit is designed such that by means of this to increase the maximum volume of the MEMS loudspeaker arrangement, the two MEMS loudspeakers can be controlled such that the first of the at least two MEMS loudspeakers-that is, the MEMS loudspeaker whose sound waves cover the longer path to the common Sound outlet must cover - as a sound generator for generating an initial wave and this downstream second MEMS speaker - ie the one MEMS speakers whose sound waves compared to the first MEMS speakers have to travel a shorter distance to the sound outlet opening - is designed as a sound amplifier for amplifying this initial wave ,
  • the sound pressure of the MEMS loudspeaker arrangement can be increased, whereby the maximum volume can be increased.
  • the length of the sound conduction channel from the sound generator to the common sound outlet opening is greater than from the sound amplifier to the sound outlet opening.
  • the sound waves generated by the sound generator must cover a longer path in the common sound guide as the sound waves generated by the sound amplifier.
  • the sound waves generated by the sound generator are thereby guided past the downstream sound amplifier, so that it can be influenced by this on the sound waves generated by the sound generator.
  • an increase in amplitude of the emitted from the sound generator start shaft can be effected by appropriate control of the sound amplifier.
  • the sound conduction duct extends in the longitudinal direction of the MEMS loudspeaker arrangement and / or at least in the region of the MEMS loudspeakers rectilinearly, in particular with planar and / or mutually parallel side walls is formed.
  • the Schallleitkanal substantially has a cuboid geometry.
  • the MEMS loudspeakers are preferably arranged, in particular on the same side wall of the cuboid sound-conducting channel.
  • the MEMS loudspeaker arrangement can be made very compact and structurally simple if the common sound outlet opening is formed on one end, in particular on one end side, of the housing. It is advantageous if the sound generator and the sound amplifier are arranged side by side. It is also advantageous if these are arranged to each other such that their Membranlenklenkungsachsen extend parallel to each other and / or perpendicular to a longitudinal axis of the housing. As a result, disruptive factors influencing the propagation of sound in the sound conduction channel can be reduced.
  • the sound generator and the at least one sound amplifier in particular on their side facing away from the sound-conducting channel, have a common cavity.
  • This is preferably at least partially formed by a housing cavity.
  • the cavity may be widened by a carrier substrate cavity of the respective MEMS loudspeaker.
  • this common cavity preferably extends over the entire width of all MEMS loudspeakers arranged along the sound conduction channel. Because a plurality of MEMS loudspeakers share a common cavity, advantageously the spring effect of the air within the cavity can be reduced since the cavity volume of each individual MEMS loudspeaker is increased to the entire volume of the common cavity.
  • the sound generator and the at least one sound amplifier work in the same frequency range.
  • the sound generator and the sound amplifier are designed as separate components.
  • each of them preferably has its own membrane. This is also kept swingable in particular by a support frame along its Membranauslenkungsachse.
  • MEMS loudspeakers are formed as a single component with a common membrane, wherein preferably each of these MEMS loudspeakers is assigned a separately controllable and / or mutually vibration-decoupled membrane region.
  • the sound generator can be controlled by the control unit at a first time in such a way that an initial wave can be introduced into the sound-conducting duct.
  • the membrane or alternatively the membrane region of the sound generator for the generation of the initial wave is hineinbewegbar in the Schallleitkanal.
  • control unit - in particular depending on the first time and / or the Schallleitkanalin between sound generator and sound amplifier - a second time for driving the downstream sound amplifier, ie in particular, its membrane is more specific.
  • control unit of the sound amplifier in particular to the second time previously determined by the control unit, can be controlled such that by means of this a superimposing wave is generated, so that from the initial wave and the superposition wave, a resultant wave can be generated with compared to the starting wave of higher amplitude.
  • control unit of the sound amplifier in particular to the second time previously determined by the control unit, can be controlled such that by means of this a superimposing wave is generated, so that from the initial wave and the superposition wave, a resultant wave can be generated with compared to the starting wave of higher amplitude.
  • its membrane and / or associated membrane region can be moved into the sound conduction channel for generating the superposition wave.
  • the MEMS loudspeaker arrangement has a second sound amplifier.
  • the already amplified by the first sound amplifier sound wave can be amplified again.
  • the second sound amplifier is downstream of the first sound amplifier in the direction of the sound outlet opening.
  • the second sound amplifier can influence the sound waves amplified by the first sound amplifier.
  • the membrane of the second sound amplifier for generating a second overlay wave is hineinbewegbar in the Schallleitkanal, so that from the first resulting wave and the second overlay wave, a second resulting wave with compared to the first resulting wave of higher amplitude - bar is.
  • the first sound amplifier remains preferably activated at the third time.
  • the initial wave, the at least one superposition wave and the at least one resulting wave have the same frequency.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a MEMS loudspeaker arrangement with a sound generator and two sound amplifiers designed as MEMS speakers and
  • FIG. 1 shows a MEMS loudspeaker arrangement 1 by means of which sound waves in the audible wavelength spectrum can be generated. It comprises a housing 2, which is preferably made at least partially of silicon. Inside the housing 2, a plurality of MEMS speakers 3 are arranged, of which only one is provided with reference numerals for the sake of clarity.
  • the housing 2 is preferably designed in several parts in order to facilitate the mounting of the MEMS loudspeakers 3.
  • the housing 2 comprises a housing middle part, in particular made of silicon, and / or a housing frame in which the MEMS loudspeakers 3 are fastened in a positive, force and / or materially bonded manner.
  • the housing middle part and / or the housing frame can be closed on its top and / or bottom with a lid.
  • the at least one cover it is advantageous if it is made of a material which is stiffer in comparison to the middle part of the housing and / or of the housing, in particular a metal, a ceramic and / or a composite material.
  • the MEMS loudspeaker arrangement 13 has a total of three MEMS loudspeakers 3, variants with only two or even more than three MEMS loudspeakers 3 being conceivable as well.
  • these MEMS loudspeakers 3 are designed as separate components.
  • each of these MEMS loudspeakers 3 comprises a carrier frame 4, in particular made of silicon.
  • the latter receives a membrane 5 in such a way that it can be deflected by electrical activation along a membrane deflection axis 6.
  • the MEMS speakers 3 all work in the same frequency range. However, contrary to the present exemplary illustration, they may have different sized membrane surfaces.
  • the MEMS loudspeakers 3 can also have diaphragms 5 which can be deflected to different degrees.
  • MEMS loudspeakers 3 are not formed as separate components, as shown in FIG. 1, but as a single component.
  • the MEMS loudspeakers would have a common membrane, with each of these MEMS loudspeakers being associated with a separately controllable and / or vibration-decoupled membrane region.
  • the MEMS speakers 3 are arranged side by side according to the present embodiment. Your membranes 5 are thus deflected in the same direction.
  • the MEMS loudspeakers 3 have mutually equidistant distances. Their respective diaphragm deflection axes 6, of which only one is shown for the sake of clarity, are aligned parallel to one another.
  • the MEMS loudspeakers 3 are arranged in the interior of the housing 2 such that their respective diaphragm deflection axis 6 is aligned perpendicular to the longitudinal axis 7 of the housing 2.
  • the MEMS loudspeakers 3 have a common sound-conducting channel 8. This extends according to the present embodiment, parallel to the longitudinal axis 7 of the housing 2.
  • the Schallleitkanal 8 is rectilinear and / or aligned parallel to the longitudinal axis 7.
  • the sound guide channel 8 is preferably formed substantially cuboid. He therefore has flat longitudinally extending side walls.
  • the sound-conducting channel 8 has a constant height and / or width over its entire length.
  • the MEMS loudspeakers 3 are arranged one behind the other along the sound conduction channel 8.
  • the diaphragm deflection axes 6 of the MEMS loudspeakers 3 accordingly extend transversely to the common sound-conducting channel 8.
  • the MEMS loudspeakers 3 have a common cavity 9.
  • the cavity 9 is arranged on the side facing away from the Schallleitkanal 8 side of the MEMS speakers 3. It is at least partially formed by a housing cavity.
  • the common cavity 9, in particular the housing cavity is preferably designed as a cuboid and / or extends in the longitudinal direction of the housing 2 across all MEMS loudspeakers 3.
  • the cavity 9 is aligned parallel to the sound channel 8.
  • the housing 2 has a sound outlet opening 10. It is arranged at the end of the common Schallleitkanals 8, so that all MEMS speakers 3 share a single sound outlet opening 10.
  • the common sound outlet opening 10 is arranged on an end face 1 1 of the substantially cuboidal housing.
  • the MEMS loudspeakers 3 are thus distributed over the length of the common sound conduction channel 8 such that they have sound conduction duct sections of different lengths for the common sound exit opening 10.
  • the length of the section of the sound conduction channel 8 between the image-wise left MEMS loudspeaker 3 and the sound exit opening 10 is greater than the section of the sound conduction channel 8 between the middle and / or right MEMS loudspeaker 3 and the common sound exit opening 10.
  • Loudspeaker 3 generated sound waves must therefore travel in comparison to the other MEMS speakers 3 a longer distance in Schallleitkanal 8 in order to reach the common sound outlet opening 10.
  • the MEMS loudspeakers 3 can be controlled via a control unit, not shown here, such that a sound wave generated by the first, in particular furthest away from the sound exit opening 10, MEMS loudspeaker 3 is amplified by the MEMS loudspeaker 3 located downstream of it.
  • the MEMS loudspeaker arrangement 1 has at least one MEMS loudspeaker 3 designed as a sound generator 12 and sound amplifier 13, 14.
  • the MEMS loudspeaker 3 having the longest sound guide channel section-ie, the left-hand MEMS loudspeaker 3 according to the illustration-is designed as a sound generator 12.
  • the sound generator 12 downstream MEMS speakers 3 are thus formed as a sound amplifier 13, 14.
  • the sound generator 12 MEMS loudspeaker 3 as the first sound amplifier 13 and the first sound amplifier 13 downstream MEMS loudspeaker 3 referred to as the second sound amplifier 14.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c The mode of operation of the MEMS loudspeaker arrangement 1 for increasing the maximum volume is illustrated in FIGS. 2a, 2b and 2c.
  • the sound generator 12 is activated at a first point in time, as a result of which a sound wave, referred to hereinafter as the start wave 15, is generated.
  • the membrane 5 of the sound generator 12 moves into the sound-conducting channel 8, whereby a certain volume of air is displaced in the direction of the sound outlet opening 10.
  • the sound waves shown schematically in FIGS. 2a to 2c do not correspond either to their scale or to their contour of a sound wave generated in reality.
  • the control unit not shown here, several parameters with respect to the spatial and / or physical configuration of the common Schallleitkanals 8 and / or the MEMS speakers 3 are known.
  • the control unit is thus able, in particular in dependence on the first time and / or the sound channel length between the sound generator 12 and the first sound amplifier 13, to determine a second time for driving the sound generator 12 connected downstream of the first sound amplifier 13.
  • This second time is selected according to FIG. 2 b by the control unit in such a way that a first superimposition shaft 1 6 generated by the first sound amplifier 13 is superimposed on the starting shaft 15.
  • the control unit is thus able to control the first sound amplifier 13 such that a constructive interference is generated.
  • the amplitude of the initial wave 15 is increased by the first superposition wave 16.
  • a first resulting shaft 17 is generated, which in comparison to the Front shaft 15 has a higher amplitude.
  • the amplitude of the first resultant wave 17 corresponds to the sum of the initial wave 15 and the first superposition wave 1 6.
  • the sound generator 12 is also deflected. In this way, it can be avoided that the air is pressed again in the direction of the sound generator 12 when the sound amplifier 13 is deflected. Instead, the membrane 5 of the still activated sound generator 12 forms a space blockage, which ensures that when the first sound amplifier 13 is deflected, as much air as possible is pressed in the direction of the common sound outlet opening 10.
  • this first resulting shaft 17 can be amplified once more by the second sound amplifier 14 located downstream of the first sound amplifier 13.
  • the control unit determines in a comparable manner a third time at which the second sound amplifier 14 is to be controlled. In order to determine this third point in time, the control unit is aware of at least the length of the sound conduction channel 8 between the two sound amplifiers 13, 14. For additional reinforcement of the first resulting shaft 17 of this is superimposed according to Figure 2c, a second overlay shaft 18, whereby a second resultant shaft 19 is generated.
  • the first sound amplifier 13 is also activated during this deflection during the deflection of the second sound amplifier 14, so that its diaphragm acts as a block.
  • the air can not flow back into the Schallleitkanal 8, but is pressed in the direction of the sound outlet opening 10.
  • the sound generator 12 is moved back to its original position, this being due to the common cavity 9 and the deflected sound amplifiers 13, 14, can be done with reduced power.

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Abstract

The invention relates to a MEMS loudspeaker arrangement (1) for generating sound waves in the audible wavelength spectrum, comprising a housing (2), which has a sound conduction channel (8) and a sound outlet opening (10) arranged at the end of said sound conduction channel (8), at least two MEMS loudspeakers (3) which are arranged in the housing (2) such that the sound waves generated by the MEMS loudspeakers (3) can be conducted to the common sound outlet opening (10) via the common sound conduction channel (8), and a control unit for controlling the MEMS loudspeakers (3). According to the invention, one of the two MEMS loudspeakers (3) is arranged downstream of the other in the direction of the sound outlet opening (10). The control unit is further designed such that, in order to increase the maximum sound intensity of the MEMS loudspeaker arrangement (1), the two MEMS loudspeakers (3) can be controlled such that the first of the two MEMS loudspeakers (3) is designed as a sound generator (12) for generating an initial wave (15) and the second MEMS loudspeaker (3) arranged downstream thereof as a sound amplifier (13) for amplifying said initial wave (15).

Description

MEMS-Lautsprecheranordnunq mit einem Schallerzeuqer und  MEMS loudspeaker arrangement with a sound generator and
einem Schallverstärker  a sound amplifier
Die vorliegende Erfindung betrifft eine MEMS-Lautsprecheranordnung zum Erzeugen von Schallwellen im hörbaren Wellenlängenspektrum mit einem Gehäuse, das einen Schallleitkanal und eine am Ende des Schallleitkanals angeordnete Schallaustrittsöffnung aufweist, mit zumindest zwei MEMS- Lautsprechern, die derart im Inneren des Gehäuses angeordnet sind, dass die von den MEMS-Lautsprechern erzeugten Schallwellen über den gemeinsamen Schallleitkanal zu der gemeinsamen Schallaustrittsöffnung führbar sind, und mit einer Steuereinheit zum Ansteuern der beiden MEMS- Lautsprecher. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen MEMS-Lautsprecheranordnung. The present invention relates to a MEMS loudspeaker arrangement for generating sound waves in the audible wavelength spectrum with a housing having a Schallleitkanal and arranged at the end of the Schallleitkanals sound outlet, with at least two MEMS speakers, which are arranged in such a way inside the housing that the Sound waves generated by the MEMS speakers can be guided via the common sound channel to the common sound outlet, and with a control unit for driving the two MEMS speakers. Furthermore, the present invention relates to a method for operating such a MEMS loudspeaker arrangement.
Die Bezeichnung MEMS steht für mikroelektromechanische Systeme. The term MEMS stands for microelectromechanical systems.
MEMS-Lautsprecher bzw. Mikrolautsprecher ist beispielsweise aus der DE 10 2012 220 819 A1 bekannt. Die Schallerzeugung erfolgt über eine schwingbar gelagerte Membran des MEMS-Lautsprechers. Ein derartiger Mikrolautsprecher muss in der Regel eine hohe Luftvolumenverschiebung erzeugen, um einen signifikanten Schalldruckpegel zu erreichen. Bekannte MEMS-Lautsprecher weisen den Nachteil auf, dass diese ein relativ großes Bauvolumen aufweisen müssen, um einen ausreichenden Schalldruckpegel erreichen zu können. MEMS loudspeakers or microspeakers is known, for example, from DE 10 2012 220 819 A1. The sound is generated by a vibrating diaphragm of the MEMS loudspeaker. Such a microspeaker usually has to generate a high air volume shift in order to achieve a significant sound pressure level. Known MEMS speakers have the disadvantage that they must have a relatively large volume of construction in order to achieve a sufficient sound pressure level can.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen. The object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine MEMS-Lautsprecheranordnung sowie mit einem Verfahren zum Betreiben einer derartigen MEMS-Lautsprecheranordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorgeschlagen wird eine MEMS-Lautsprecheranordnung zum Erzeugen von Schallwellen im hörbaren Wellenlängenspektrum. Sie umfasst ein Gehäuse, das einen Schallleitkanal und eine am Ende des Schallleitkanals angeordnete Schallaustrittsöffnung aufweist. Des Weiteren umfasst die MEMS-Lautsprecheranordnung zumindest zwei MEMS-Lautsprecher. Diese sind derart im Inneren des Gehäuses angeordnet, dass die von den MEMS-Laut- sprechern erzeugten Schallwellen über den gemeinsamen Schallleitkanal zu der gemeinsamen Schallaustrittsöffnung führbar sind. Auch umfasst die MEMS-Lautsprecheranordnung eine Steuereinheit zum Ansteuern der MEMS-Lautsprecher. Von den zumindest zwei MEMS-Lautsprechern ist einer der beiden dem anderen in Richtung der Schallaustrittsöffnung nachgelagert. Hierdurch kann der nachgelagerte MEMS-Lautsprecher auf die vom vorgelagerten MEMS-Lautsprecher erzeugten Schallwellen Einfluss nehmen, da diese aufgrund des gemeinsamen Schallleitkanals an ihm vorbeigeführt werden. Die Steuereinheit ist derart ausgebildet, dass mittels dieser zur Erhöhung der Maximallautstärke der MEMS-Lautsprecheranordnung die beiden MEMS-Lautsprecher derart ansteuerbar sind, dass der erste der zumindest zwei MEMS-Lautsprecher - d.h. derjenige MEMS-Lautsprecher, dessen Schallwellen den längeren Weg bis zur gemeinsamen Schallaustrittsöffnung zurücklegen müssen - als Schallerzeuger zum Erzeugen einer Anfangswelle und der diesem nachgelagerte zweite MEMS-Lautsprecher - d.h. derjenige MEMS-Lautsprecher dessen Schallwellen im Vergleich zum ersten MEMS- Lautsprecher einen kürzeren Weg bis zur Schallaustrittsöffnung zurücklegen müssen - als Schallverstärker zum Verstärken dieser Anfangswelle ausgebildet ist. Hierdurch kann vorteilhafterweise der Schalldruck der MEMS- Lautsprecheranordnung erhöht werden, wodurch die Maximallautstärke gesteigert werden kann. Neben dieser Leistungssteigerung kann durch eine derartige Ausbildung der MEMS-Lautsprecheranordnung ferner ihr Bauvolumen klein gehalten werden. Die Folge ist demnach eine kompakte MEMS- Lautsprecheranordnung mit einer sehr guten akustischen Leistungsfähigkeit. Vorteilhaft ist es, wenn sich eine Membranauslenkungsachse zumindest eines MEMS-Lautsprechers quer zum Schallleitkanal und/oder zu einer Längsachse des Gehäuses erstreckt. Hierdurch kann die MEMS-Laut- sprecheranordnung sehr kompakt ausgebildet werden. Des Weiteren können beliebig viele MEMS-Lautsprecher in Reihe geschalten werden. The object is achieved by a MEMS loudspeaker arrangement and by a method for operating such a MEMS loudspeaker arrangement having the features of the independent patent claims. A proposed MEMS loudspeaker arrangement is proposed for generating sound waves in the audible wavelength spectrum. It comprises a housing which has a Schallleitkanal and arranged at the end of the Schallleitkanals sound outlet opening. Furthermore, the MEMS loudspeaker arrangement comprises at least two MEMS loudspeakers. These are arranged in the interior of the housing such that the sound waves generated by the MEMS loudspeakers can be guided via the common sound-conducting channel to the common sound outlet opening. Also, the MEMS speaker assembly includes a control unit for driving the MEMS speakers. Of the at least two MEMS speakers one of the two is downstream of the other in the direction of the sound outlet opening. As a result, the downstream MEMS loudspeaker can influence the sound waves generated by the upstream MEMS loudspeaker, since they are guided past it due to the common sound conduction channel. The control unit is designed such that by means of this to increase the maximum volume of the MEMS loudspeaker arrangement, the two MEMS loudspeakers can be controlled such that the first of the at least two MEMS loudspeakers-that is, the MEMS loudspeaker whose sound waves cover the longer path to the common Sound outlet must cover - as a sound generator for generating an initial wave and this downstream second MEMS speaker - ie the one MEMS speakers whose sound waves compared to the first MEMS speakers have to travel a shorter distance to the sound outlet opening - is designed as a sound amplifier for amplifying this initial wave , As a result, advantageously, the sound pressure of the MEMS loudspeaker arrangement can be increased, whereby the maximum volume can be increased. In addition to this increase in performance can also be kept small by such a design of the MEMS speaker assembly their volume. The consequence is therefore a compact MEMS loudspeaker arrangement with a very good acoustic performance. It is advantageous if a membrane deflection axis of at least one MEMS loudspeaker extends transversely to the sound guide channel and / or to a longitudinal axis of the housing. As a result, the MEMS loudspeaker arrangement can be made very compact. Furthermore, any number of MEMS speakers can be connected in series.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Länge des Schallleitkanals vom Schallerzeuger bis zur gemeinsamen Schallaustrittsöffnung größer ist als vom Schallverstärker bis zur Schallaustrittsöffnung. Hierdurch müssen die vom Schallerzeuger erzeugten Schallwellen einen längeren Weg im gemeinsamen Schallleitkanal zurücklegen als die vom Schallverstärker erzeugten Schallwellen. Des Weiteren werden die vom Schallerzeuger erzeugten Schallwellen hierdurch am nachgelagerten Schallverstärker vorbeigeführt, so dass über diesen auf die vom Schallerzeuger erzeugten Schallwellen Einfluss genommen werden kann. Infolgedessen kann durch entsprechende Ansteuerung des Schallverstärkers eine Amplitudenerhöhung der vom Schallerzeuger ausgesendeten Anfangswelle bewirkt werden. It is also advantageous if the length of the sound conduction channel from the sound generator to the common sound outlet opening is greater than from the sound amplifier to the sound outlet opening. As a result, the sound waves generated by the sound generator must cover a longer path in the common sound guide as the sound waves generated by the sound amplifier. Furthermore, the sound waves generated by the sound generator are thereby guided past the downstream sound amplifier, so that it can be influenced by this on the sound waves generated by the sound generator. As a result, an increase in amplitude of the emitted from the sound generator start shaft can be effected by appropriate control of the sound amplifier.
Um die Beeinflussung der in den Schallleitkanal eingebrachten Schallwellen durch die Raumgeometrie des Schallleitkanals möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn sich der Schallleitkanal in Längsrichtung der MEMS- Lautsprecheranordnung erstreckt und/oder zumindest im Bereich der MEMS- Lautsprecher geradlinig, insbesondere mit ebenen und/oder zueinander parallelen Seitenwänden, ausgebildet ist. Diesbezüglich ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Schallleitkanal im Wesentlichen eine quaderförmige Geometrie aufweist. In diesem Fall sind die MEMS-Lautsprecher vorzugsweise, insbesondere an derselben, Seitenwand des quaderförmigen Schallleitkanals angeordnet. In order to minimize the influence of the sound waves introduced into the sound conduction channel through the spatial geometry of the sound conduction channel, it is advantageous if the sound conduction duct extends in the longitudinal direction of the MEMS loudspeaker arrangement and / or at least in the region of the MEMS loudspeakers rectilinearly, in particular with planar and / or mutually parallel side walls is formed. In this regard, it is particularly advantageous if the Schallleitkanal substantially has a cuboid geometry. In this case, the MEMS loudspeakers are preferably arranged, in particular on the same side wall of the cuboid sound-conducting channel.
Die MEMS-Lautsprecheranordnung kann sehr kompakt und konstruktiv einfach ausgebildet werden, wenn die gemeinsame Schallaustrittsöffnung an einem Ende, insbesondere an einer Stirnseite, des Gehäuses ausgebildet ist. Vorteilhaft ist es, wenn der Schallerzeuger und der Schallverstärker nebeneinander angeordnet sind. Auch ist es vorteilhaft, wenn diese derart zueinander angeordnet sind, dass sich ihre Membranauslenkungsachsen zueinander parallel und/oder lotrecht zu einer Längsachse des Gehäuses erstrecken. Hierdurch können störende Einflussfaktoren auf die Schallausbreitung im Schallleitkanal reduziert werden. The MEMS loudspeaker arrangement can be made very compact and structurally simple if the common sound outlet opening is formed on one end, in particular on one end side, of the housing. It is advantageous if the sound generator and the sound amplifier are arranged side by side. It is also advantageous if these are arranged to each other such that their Membranlenklenkungsachsen extend parallel to each other and / or perpendicular to a longitudinal axis of the housing. As a result, disruptive factors influencing the propagation of sound in the sound conduction channel can be reduced.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen der Schallerzeuger und der zumindest eine Schallverstärker, insbesondere auf ihrer dem Schallleitkanal abgewandten Seite, eine gemeinsame Kavität auf. Diese ist vorzugsweise zumindest teilweise durch einen Gehäusehohlraum ausgebildet. Zusätzlich kann die Kavität durch einen Trägersubstrathohlraum des jeweiligen MEMS-Lautsprechers erweitert sein. In an advantageous development of the invention, the sound generator and the at least one sound amplifier, in particular on their side facing away from the sound-conducting channel, have a common cavity. This is preferably at least partially formed by a housing cavity. In addition, the cavity may be widened by a carrier substrate cavity of the respective MEMS loudspeaker.
Ferner erstreckt sich diese gemeinsame Kavität vorzugsweise über die gesamte Breite aller entlang des Schallleitkanals angeordneter MEMS-Laut- sprecher. Dadurch, dass sich mehrere MEMS-Lautsprecher eine gemeinsame Kavität teilen, kann vorteilhafterweise die Federwirkung der Luft innerhalb der Kavität reduziert werden, da das Kavitätsvolumen jedes einzelnen MEMS-Lautsprechers auf das gesamte Volumen der gemeinsamen Kavität vergrößert ist. Furthermore, this common cavity preferably extends over the entire width of all MEMS loudspeakers arranged along the sound conduction channel. Because a plurality of MEMS loudspeakers share a common cavity, advantageously the spring effect of the air within the cavity can be reduced since the cavity volume of each individual MEMS loudspeaker is increased to the entire volume of the common cavity.
Zur Erzeugung einer konstruktiven Interferenz, bei der die Amplitude einer Schallwelle erhöht wird, ist es vorteilhaft, wenn der Schallerzeuger und der zumindest eine Schallverstärker im selben Frequenzbereich arbeiten. To generate a constructive interference in which the amplitude of a sound wave is increased, it is advantageous if the sound generator and the at least one sound amplifier work in the same frequency range.
Ferner ist es zur Steuerung einer optimalen Überlagerung zweier Schallwellen vorteilhaft, wenn der Schallerzeuger und der zumindest eine Schallverstärker zueinander unterschiedliche akustische Eigenschaften aufweisen. Demnach ist es insbesondere vorteilhaft, wenn diese zueinander unter- schiedliche Membrangrößen und/oder maximale Membranauslenkbarkeiten aufweisen. Furthermore, it is advantageous for controlling an optimum superposition of two sound waves if the sound generator and the at least one sound amplifier have mutually different acoustic properties. Accordingly, it is particularly advantageous if these mutually different have different membrane sizes and / or maximum Membranlenkabilities.
Vorteilhaft ist es, wenn der Schallerzeuger und der Schallverstärker als separate Bauteile ausgebildet sind. In diesem Fall weist jeder von diesen vorzugsweise eine eigene Membran auf. Diese ist ferner insbesondere durch einen Trägerrahmen entlang ihrer Membranauslenkungsachse schwingbar gehalten. It is advantageous if the sound generator and the sound amplifier are designed as separate components. In this case, each of them preferably has its own membrane. This is also kept swingable in particular by a support frame along its Membranauslenkungsachse.
Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso vorteilhaft, wenn zumindest zwei MEMS-Lautsprecher als ein einziges Bauteil mit einer gemeinsamen Membran ausgebildet sind, wobei vorzugsweise jedem dieser MEMS-Lautsprecher ein separat ansteuerbarer und/oder voneinander schwingungsentkoppelter Membranbereich zugeordnet ist. Alternatively or additionally, it is equally advantageous if at least two MEMS loudspeakers are formed as a single component with a common membrane, wherein preferably each of these MEMS loudspeakers is assigned a separately controllable and / or mutually vibration-decoupled membrane region.
Vorteilhaft ist es, wenn der Schallerzeuger mittels der Steuereinheit zu einem ersten Zeitpunkt derart ansteuerbar ist, dass in den Schallleitkanal eine Anfangswelle einbringbar ist. Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn mittels der Steuereinheit die Membran oder alternativ der Membranbereich des Schallerzeugers zum Erzeugen der Anfangswelle in den Schallleitkanal hineinbewegbar ist. It is advantageous if the sound generator can be controlled by the control unit at a first time in such a way that an initial wave can be introduced into the sound-conducting duct. In this regard, it is also advantageous if by means of the control unit, the membrane or alternatively the membrane region of the sound generator for the generation of the initial wave is hineinbewegbar in the Schallleitkanal.
Um eine möglichst genaue Überlagerung zweier Schallwellen zur Erzeugung einer konstruktiven Interferenz sicherstellen zu können, ist es vorteilhaft, wenn mittels der Steuereinheit - insbesondere in Abhängigkeit des ersten Zeitpunktes und/oder der Schallleitkanallänge zwischen Schallerzeuger und Schallverstärker - ein zweiter Zeitpunkt zum Ansteuern des nachgelagerten Schallverstärkers, d.h. insbesondere dessen Membran, bestimmter ist. In order to ensure the most accurate possible superimposition of two sound waves to produce a constructive interference, it is advantageous if by means of the control unit - in particular depending on the first time and / or the Schallleitkanallänge between sound generator and sound amplifier - a second time for driving the downstream sound amplifier, ie in particular, its membrane is more specific.
Zur Verstärkung der Lautstärke ist es vorteilhaft, wenn mittels der Steuereinheit der Schallverstärker, insbesondere zu dem zuvor von der Steuereinheit bestimmten zweiten Zeitpunkt, derart ansteuerbar ist, dass mittels diesem eine Überlagerungswelle erzeugbar ist, so dass aus der Anfangswelle und der Überlagerungswelle eine resultierende Welle mit im Vergleich zur Anfangswelle höherer Amplitude erzeugbar ist. Diesbezüglich ist es ferner vorteilhaft, wenn bei entsprechender Ansteuerung des Schallverstärkers dessen Membran und/oder zugeordneter Membranbereich zum Erzeugen der Überlagerungswelle in den Schallleitkanal hineinbewegbar ist. To increase the volume, it is advantageous if by means of the control unit of the sound amplifier, in particular to the second time previously determined by the control unit, can be controlled such that by means of this a superimposing wave is generated, so that from the initial wave and the superposition wave, a resultant wave can be generated with compared to the starting wave of higher amplitude. In this regard, it is also advantageous if, with appropriate activation of the sound amplifier, its membrane and / or associated membrane region can be moved into the sound conduction channel for generating the superposition wave.
Auch ist es vorteilhaft, wenn mittels der Steuereinheit zum zweiten Zeitpunkt auch noch die Membran des Schallerzeugers in den Schallleitkanal hineingedrückt bleibt, so dass vermieden wird, dass beim Auslenken des Schallverstärkers Luft zurück in Richtung des Schallerzeuger gedrückt wird. Hierdurch kann vorteilhafterweise das in Richtung der Schallaustrittsöffnung bewegte Luftvolumen erhöht werden. It is also advantageous if by means of the control unit at the second time even the membrane of the sound generator is pressed into the Schallleitkanal, so that it is avoided that when deflecting the sound amplifier air is pushed back in the direction of the sound generator. In this way, advantageously, the volume of air moved in the direction of the sound outlet opening can be increased.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die MEMS-Laut- sprecheranordnung einen zweiten Schallverstärker auf. Hierdurch kann die bereits durch den ersten Schallverstärker verstärkte Schallwelle nochmals verstärkt werden. Diesbezüglich ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der zweite Schallverstärker dem ersten Schallverstärker in Richtung der Schallaustrittsöffnung nachgelagert ist. Hierdurch kann der zweite Schallverstärker auf die durch den ersten Schallverstärker verstärkten Schallwellen Einfluss nehmen. In an advantageous development of the invention, the MEMS loudspeaker arrangement has a second sound amplifier. As a result, the already amplified by the first sound amplifier sound wave can be amplified again. In this regard, it is particularly advantageous if the second sound amplifier is downstream of the first sound amplifier in the direction of the sound outlet opening. As a result, the second sound amplifier can influence the sound waves amplified by the first sound amplifier.
Vorteilhaft ist es, wenn mittels der Steuereinheit zu einem, insbesondere von ihr bestimmten, dritten Zeitpunkt der Schallerzeuger derart ansteuerbar sind, dass dessen Membran wieder in ihre Ruhelage zurückbewegbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist es ferner vorteilhaft, wenn die Membran des zweiten Schallverstärkers zum Erzeugen einer zweiten Überlagerungswelle in den Schallleitkanal hineinbewegbar ist, so dass aus der ersten resultierenden Welle und der zweiten Überlagerungswelle eine zweite resultierende Welle mit im Vergleich zur ersten resultierenden Welle höherer Amplitude erzeug- bar ist. Zur Erzielung einer Blockadewirkung bleibt zum dritten Zeitpunkt der erste Schallverstärker vorzugsweise angesteuert. It is advantageous if by means of the control unit to a, in particular determined by her, third time of the sound generator are controlled such that the membrane is moved back to its rest position. Additionally or alternatively, it is also advantageous if the membrane of the second sound amplifier for generating a second overlay wave is hineinbewegbar in the Schallleitkanal, so that from the first resulting wave and the second overlay wave, a second resulting wave with compared to the first resulting wave of higher amplitude - bar is. To achieve a blocking effect, the first sound amplifier remains preferably activated at the third time.
Zur Erzielung einer konstruktiven Interferenz ist es vorteilhaft, wenn die Anfangswelle, die zumindest eine Überlagerungswelle und die zumindest eine resultierende Welle die gleiche Frequenz aufweisen. In order to achieve a constructive interference, it is advantageous if the initial wave, the at least one superposition wave and the at least one resulting wave have the same frequency.
Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zum Betreiben einer ME MS- Lautsprecheranordnung gemäß der vorangegangenen Beschreibung, wobei die genannten Verfahrensmerkmale einzeln oder in beliebiger Kombination vorhanden sein können. Further proposed is a method for operating an ME MS loudspeaker arrangement according to the preceding description, wherein said method features may be present individually or in any desired combination.
Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt: Further advantages of the invention are described in the following exemplary embodiments. It shows:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine MEMS-Lautsprecheran- ordnung mit einem als Schallerzeuger und zwei als Schallverstärker ausgebildeten MEMS-Lautsprechern und 1 shows a longitudinal section through a MEMS loudspeaker arrangement with a sound generator and two sound amplifiers designed as MEMS speakers and
Figuren 2a - 2c die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten MEMS- Lautsprecheranordnung zur Erhöhung der Maximallautstärke. Figures 2a - 2c, the operation of the MEMS loudspeaker arrangement shown in Figure 1 to increase the maximum volume.
Figur 1 zeigt eine MEMS-Lautsprecheranordnung 1 , mittels der Schallwellen im hörbaren Wellenlängenspektrum erzeugbar sind. Sie umfasst ein Gehäuse 2, das vorzugsweise zumindest teilweise aus Silizium hergestellt ist. Im Inneren des Gehäuses 2 sind mehrere MEMS-Lautsprecher 3 angeordnet, von denen zur Wahrung der Übersichtlichkeit lediglich einer mit Bezugszeichen versehen ist. FIG. 1 shows a MEMS loudspeaker arrangement 1 by means of which sound waves in the audible wavelength spectrum can be generated. It comprises a housing 2, which is preferably made at least partially of silicon. Inside the housing 2, a plurality of MEMS speakers 3 are arranged, of which only one is provided with reference numerals for the sake of clarity.
Das Gehäuse 2 ist vorzugsweise mehrteilig ausgebildet, um die Montage der MEMS-Lautsprecher 3 zu erleichtern. Diesbezüglich ist es beispielsweise denkbar, dass das Gehäuse 2 ein insbesondere aus Silizium gefertigtes Gehäusemittelteil und/oder einen Gehäuserahmen umfasst, in dem die MEMS- Lautsprecher 3 form-, kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt sind. Um einen geschlossenen Gehäuseinnenraum zu schaffen, kann das Gehäusemittelteil und/oder der Gehäuserahmen auf seiner Ober- und/oder Unterseite mit einem Deckel verschlossen sein. Um eine akustische Anregung des zumindest einen Deckels vermeiden zu können, ist es vorteilhaft, wenn dieser aus einem im Vergleich zum Gehäusemittelteil und/oder Gehäuserahmen steiferen Material, insbesondere einem Metall, einer Keramik und/oder einem Verbundwerkstoff, hergestellt ist. The housing 2 is preferably designed in several parts in order to facilitate the mounting of the MEMS loudspeakers 3. In this regard, it is for example It is conceivable that the housing 2 comprises a housing middle part, in particular made of silicon, and / or a housing frame in which the MEMS loudspeakers 3 are fastened in a positive, force and / or materially bonded manner. In order to create a closed housing interior, the housing middle part and / or the housing frame can be closed on its top and / or bottom with a lid. In order to avoid an acoustic excitation of the at least one cover, it is advantageous if it is made of a material which is stiffer in comparison to the middle part of the housing and / or of the housing, in particular a metal, a ceramic and / or a composite material.
Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die MEMS- Lautsprecheranordnung 13 insgesamt drei MEMS-Lautsprecher 3 auf, wobei ebenso auch Varianten mit nur zwei oder aber auch mehr als drei MEMS- Lautsprechern 3 denkbar sind. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, sind diese MEMS-Lautsprecher 3 als separate Bauteile ausgebildet. So umfasst jeder dieser MEMS-Lautsprecher 3 einen, insbesondere aus Silizium gefertigten, Trägerrahmen 4. Dieser nimmt eine Membran 5 derart auf, dass diese durch eine elektrische Ansteuerung entlang einer Membranauslenkungsachse 6 ausgelenkt werden kann. Die MEMS-Lautsprecher 3 arbeiten alle im selben Frequenzbereich. Sie können jedoch entgegen der vorliegenden exemplarischer Darstellung unterschiedlich große Membranflächen aufweisen. Des Weiteren können die MEMS-Lautsprecher 3 zueinander auch unterschiedlich stark auslenkbare Membrane 5 aufweisen. According to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the MEMS loudspeaker arrangement 13 has a total of three MEMS loudspeakers 3, variants with only two or even more than three MEMS loudspeakers 3 being conceivable as well. As can be seen from FIG. 1, these MEMS loudspeakers 3 are designed as separate components. Thus, each of these MEMS loudspeakers 3 comprises a carrier frame 4, in particular made of silicon. The latter receives a membrane 5 in such a way that it can be deflected by electrical activation along a membrane deflection axis 6. The MEMS speakers 3 all work in the same frequency range. However, contrary to the present exemplary illustration, they may have different sized membrane surfaces. Furthermore, the MEMS loudspeakers 3 can also have diaphragms 5 which can be deflected to different degrees.
Auch ist es denkbar, dass zumindest zwei MEMS-Lautsprecher 3 nicht als, wie in Figur 1 dargestellt, separate Bauteile, sondern als ein einziges Bauteil ausgebildet sind. In diesem Fall würden die MEMS-Lautsprecher eine gemeinsame Membran aufweisen, wobei jedem dieser MEMS-Lautsprecher ein separat ansteuerbarer und/oder voneinander schwingungsentkoppelter Membranbereich zugeordnet wäre. Die MEMS-Lautsprecher 3 sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nebeneinander angeordnet. Ihre Membranen 5 sind somit in dieselbe Richtung auslenkbar. Des Weiteren weisen die MEMS-Lautsprecher 3 zueinander äquidistante Abstände auf. Ihre jeweiligen Membranauslenkungsachsen 6, von denen zur Wahrung der Übersichtlichkeit jeweils nur eine dargestellt ist, sind zueinander parallel ausgerichtet. Des Weiteren sind die MEMS- Lautsprecher 3 derart im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet, dass deren jeweilige Membranauslenkungsachse 6 lotrecht zur Längsachse 7 des Gehäuses 2 ausgerichtet ist. It is also conceivable that at least two MEMS loudspeakers 3 are not formed as separate components, as shown in FIG. 1, but as a single component. In this case, the MEMS loudspeakers would have a common membrane, with each of these MEMS loudspeakers being associated with a separately controllable and / or vibration-decoupled membrane region. The MEMS speakers 3 are arranged side by side according to the present embodiment. Your membranes 5 are thus deflected in the same direction. Furthermore, the MEMS loudspeakers 3 have mutually equidistant distances. Their respective diaphragm deflection axes 6, of which only one is shown for the sake of clarity, are aligned parallel to one another. Furthermore, the MEMS loudspeakers 3 are arranged in the interior of the housing 2 such that their respective diaphragm deflection axis 6 is aligned perpendicular to the longitudinal axis 7 of the housing 2.
Die MEMS-Lautsprecher 3 weisen einen gemeinsamen Schallleitkanal 8 auf. Dieser erstreckt sich gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel parallel zur Längsachse 7 des Gehäuses 2. Der Schallleitkanal 8 ist geradlinig ausgebildet und/oder parallel zur Längsachse 7 ausgerichtet. Des Weiteren ist der Schallleitkanal 8 vorzugsweise im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Er weist demnach ebene sich in Längsrichtung erstreckende Seitenwände auf. Des Weiteren weist der Schallleitkanal 8 über seine gesamte Länge eine konstante Höhe und/oder Breite auf. The MEMS loudspeakers 3 have a common sound-conducting channel 8. This extends according to the present embodiment, parallel to the longitudinal axis 7 of the housing 2. The Schallleitkanal 8 is rectilinear and / or aligned parallel to the longitudinal axis 7. Furthermore, the sound guide channel 8 is preferably formed substantially cuboid. He therefore has flat longitudinally extending side walls. Furthermore, the sound-conducting channel 8 has a constant height and / or width over its entire length.
Die MEMS-Lautsprecher 3 sind längs des Schallleitkanals 8 hintereinander angeordnet. Die Membranauslenkungsachsen 6 der MEMS-Lautsprecher 3 erstrecken sich demnach quer zum gemeinsamen Schallleitkanal 8. The MEMS loudspeakers 3 are arranged one behind the other along the sound conduction channel 8. The diaphragm deflection axes 6 of the MEMS loudspeakers 3 accordingly extend transversely to the common sound-conducting channel 8.
Wie aus dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich ist, weisen die MEMS-Lautsprecher 3 eine gemeinsame Kavität 9 auf. Die Kavität 9 ist auf der dem Schallleitkanal 8 abgewandten Seite der MEMS-Lautsprecher 3 angeordnet. Sie ist zumindest teilweise durch einen Gehäusehohlraum ausgebildet. Die gemeinsame Kavität 9, insbesondere der Gehäusehohlraum, ist vorzugsweise als Quader ausgebildet und/oder erstreckt sich in Längsrichtung des Gehäuses 2 über alle MEMS-Lautsprecher 3 hinweg. Die Kavität 9 ist parallel zum Schallleitkanal 8 ausgerichtet. Das Gehäuse 2 weist eine Schallaustrittsöffnung 10 auf. Sie ist am Ende des gemeinsamen Schallleitkanals 8 angeordnet, so dass alle MEMS-Lautsprecher 3 eine einzige Schallaustrittsöffnung 10 teilen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die gemeinsame Schallaustrittsöffnung 10 an einer Stirnseite 1 1 des im Wesentlichen quaderförmigen Gehäuses angeordnet. As can be seen from the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the MEMS loudspeakers 3 have a common cavity 9. The cavity 9 is arranged on the side facing away from the Schallleitkanal 8 side of the MEMS speakers 3. It is at least partially formed by a housing cavity. The common cavity 9, in particular the housing cavity, is preferably designed as a cuboid and / or extends in the longitudinal direction of the housing 2 across all MEMS loudspeakers 3. The cavity 9 is aligned parallel to the sound channel 8. The housing 2 has a sound outlet opening 10. It is arranged at the end of the common Schallleitkanals 8, so that all MEMS speakers 3 share a single sound outlet opening 10. According to the present embodiment, the common sound outlet opening 10 is arranged on an end face 1 1 of the substantially cuboidal housing.
Gemäß der vorangegangenen Beschreibung sind die MEMS-Lautsprecher 3 somit derart über die Länge des gemeinsamen Schallleitkanals 8 verteilt angeordnet, dass diese zur gemeinsamen Schallaustrittsöffnung 10 unterschiedlich lange Schallleitkanalabschnitte aufweisen. So ist die Länge des Abschnitts des Schallleitkanals 8 zwischen dem abbildungsgemäßen linken MEMS-Lautsprecher 3 und der Schallaustrittsöffnung 10 größer als der Abschnitt des Schallleitkanals 8 zwischen dem mittleren und/oder rechten MEMS-Lautsprecher 3 und der gemeinsamen Schallaustrittsöffnung 10. Die vom linken MEMS-Lautsprecher 3 erzeugten Schallwellen müssen demnach im Vergleich zu den anderen MEMS-Lautsprechern 3 eine längere Strecke im Schallleitkanal 8 zurücklegen, um zur gemeinsamen Schallaustrittsöffnung 10 zu gelangen. According to the preceding description, the MEMS loudspeakers 3 are thus distributed over the length of the common sound conduction channel 8 such that they have sound conduction duct sections of different lengths for the common sound exit opening 10. Thus, the length of the section of the sound conduction channel 8 between the image-wise left MEMS loudspeaker 3 and the sound exit opening 10 is greater than the section of the sound conduction channel 8 between the middle and / or right MEMS loudspeaker 3 and the common sound exit opening 10. Loudspeaker 3 generated sound waves must therefore travel in comparison to the other MEMS speakers 3 a longer distance in Schallleitkanal 8 in order to reach the common sound outlet opening 10.
Die MEMS-Lautsprecher 3 sind über eine hier nicht dargestellte Steuereinheit derart ansteuerbar, dass eine vom ersten, insbesondere am weitesten von der Schallaustrittsöffnung 10 entfernten, MEMS-Lautsprecher 3 erzeugte Schallwelle durch die ihm nachgelagerten MEMS-Lautsprecher 3 verstärkt wird. Infolgedessen weist die MEMS-Lautsprecheranordnung 1 zumindest einen als Schallerzeuger 12 und Schallverstärker 13, 14 ausgebildeten MEMS-Lautsprecher 3 auf. Gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der den längsten Schallleitkanalabschnitt aufweisende MEMS-Lautsprecher 3 - d.h. abbildungsgemäßen der linke MEMS-Lautsprecher 3 - als Schallerzeuger 12 ausgebildet. Die diesen Schallerzeuger 12 nachgeschalteten MEMS-Lautsprecher 3 sind folglich als Schallverstärker 13, 14 ausgebildet. Im Folgenden wird der dem Schallerzeuger 12 benach- barte MEMS-Lautsprecher 3 als erster Schallverstärker 13 und der dem ersten Schallverstärker 13 nachgeschaltete MEMS-Lautsprecher 3 als zweiter Schallverstärker 14 bezeichnet. The MEMS loudspeakers 3 can be controlled via a control unit, not shown here, such that a sound wave generated by the first, in particular furthest away from the sound exit opening 10, MEMS loudspeaker 3 is amplified by the MEMS loudspeaker 3 located downstream of it. As a result, the MEMS loudspeaker arrangement 1 has at least one MEMS loudspeaker 3 designed as a sound generator 12 and sound amplifier 13, 14. According to the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the MEMS loudspeaker 3 having the longest sound guide channel section-ie, the left-hand MEMS loudspeaker 3 according to the illustration-is designed as a sound generator 12. The sound generator 12 downstream MEMS speakers 3 are thus formed as a sound amplifier 13, 14. In the following, the sound generator 12 MEMS loudspeaker 3 as the first sound amplifier 13 and the first sound amplifier 13 downstream MEMS loudspeaker 3 referred to as the second sound amplifier 14.
Die Funktionsweise der MEMS-Lautsprecheranordnung 1 zur Erhöhung der Maximallautstärke ist in den Figuren 2a, 2b und 2c veranschaulicht. Demnach wird gemäß Figur 2a zu einem ersten Zeitpunkt der Schallerzeuger 12 angesteuert, wodurch eine im Folgenden als Anfangswelle 15 bezeichnete Schallwelle erzeugt wird. Zur Erzeugung der Anfangswelle 15 bewegt sich demnach die Membran 5 des Schallerzeugers 12 in den Schallleitkanal 8 hinein, wodurch ein bestimmtes Luftvolumen in Richtung der Schallaustrittsöffnung 10 verdrängt wird. Es versteht sich von selbst, dass die in den Figuren 2a bis 2c schematisch dargestellten Schallwellen weder von ihrem Maßstab noch von ihrer Kontur einer in der Realität erzeugten Schallwelle entsprechen. The mode of operation of the MEMS loudspeaker arrangement 1 for increasing the maximum volume is illustrated in FIGS. 2a, 2b and 2c. Accordingly, according to FIG. 2 a, the sound generator 12 is activated at a first point in time, as a result of which a sound wave, referred to hereinafter as the start wave 15, is generated. Accordingly, in order to produce the initial wave 15, the membrane 5 of the sound generator 12 moves into the sound-conducting channel 8, whereby a certain volume of air is displaced in the direction of the sound outlet opening 10. It goes without saying that the sound waves shown schematically in FIGS. 2a to 2c do not correspond either to their scale or to their contour of a sound wave generated in reality.
Der hier nicht dargestellten Steuereinheit sind mehrere Parameter bezüglich der räumlichen und/oder körperlichen Ausgestaltung des gemeinsamen Schallleitkanals 8 und/oder der MEMS-Lautsprecher 3 bekannt. Die Steuereinheit ist somit in der Lage, insbesondere in Abhängigkeit des ersten Zeitpunkts und/oder der Schallkanallänge zwischen Schallerzeuger 12 und erstem Schallverstärker 13, einen zweiten Zeitpunkt zum Ansteuern des dem Schallerzeuger 12 nachgeschalteten ersten Schallverstärkers 13 zu bestimmen. The control unit, not shown here, several parameters with respect to the spatial and / or physical configuration of the common Schallleitkanals 8 and / or the MEMS speakers 3 are known. The control unit is thus able, in particular in dependence on the first time and / or the sound channel length between the sound generator 12 and the first sound amplifier 13, to determine a second time for driving the sound generator 12 connected downstream of the first sound amplifier 13.
Dieser zweite Zeitpunkt ist gemäß Figur 2b von der Steuereinheit derart gewählt, dass sich eine vom ersten Schallverstärker 13 erzeugte erste Überlagerungswelle 1 6 der Anfangswelle 15 überlagert. Die Steuereinheit ist somit in der Lage den ersten Schallverstärker 13 derart anzusteuern, dass eine konstruktive Interferenz erzeugt wird. Infolgedessen wird die Amplitude der Anfangswelle 15 durch die erste Überlagerungswelle 1 6 erhöht. Hierdurch wird eine erste resultierende Welle 17 erzeugt, die im Vergleich zur An- fangswelle 15 eine höhere Amplitude aufweist. Die Amplitude der ersten resultierenden Welle 17 entspricht hierbei der Summe aus Anfangswelle 15 und erster Überlagerungswelle 1 6. This second time is selected according to FIG. 2 b by the control unit in such a way that a first superimposition shaft 1 6 generated by the first sound amplifier 13 is superimposed on the starting shaft 15. The control unit is thus able to control the first sound amplifier 13 such that a constructive interference is generated. As a result, the amplitude of the initial wave 15 is increased by the first superposition wave 16. As a result, a first resulting shaft 17 is generated, which in comparison to the Front shaft 15 has a higher amplitude. The amplitude of the first resultant wave 17 corresponds to the sum of the initial wave 15 and the first superposition wave 1 6.
In Figur 2b ist zu erkennen, dass zumindest während der Auslenkungsphase des ersten Schallverstärkers 13 auch noch der Schallerzeuger 12 ausgelenkt ist. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Luft beim Auslenken des Schallverstärkers 13 wieder in Richtung des Schallerzeugers 12 gedrückt wird. Stattdessen bildet die Membran 5 des noch angesteuerten Schallerzeugers 12 eine Raumblockade, wodurch sichergestellt ist, dass beim Auslenken des ersten Schallverstärkers 13 möglichst viel Luft in Richtung der gemeinsamen Schallaustrittsöffnung 10 gedrückt wird. It can be seen in FIG. 2b that, at least during the deflection phase of the first sound amplifier 13, the sound generator 12 is also deflected. In this way, it can be avoided that the air is pressed again in the direction of the sound generator 12 when the sound amplifier 13 is deflected. Instead, the membrane 5 of the still activated sound generator 12 forms a space blockage, which ensures that when the first sound amplifier 13 is deflected, as much air as possible is pressed in the direction of the common sound outlet opening 10.
Gemäß Figur 2c kann diese erste resultierende Welle 17 ein weiteres Mal durch den dem ersten Schallverstärker 13 nachgelagerten zweiten Schallverstärker 14 verstärkt werden. Hierfür bestimmt die Steuereinheit in vergleichbarer Art und Weise einen dritten Zeitpunkt, zu dem der zweite Schallverstärker 14 angesteuert werden soll. Zur Bestimmung dieses dritten Zeitpunkts ist der Steuereinheit zumindest die Länge des Schallleitkanals 8 zwischen den beiden Schallverstärker 13, 14 bekannt. Zur zusätzlichen Verstärkung der ersten resultierenden Welle 17 wird dieser gemäß Figur 2c eine zweite Überlagerungswelle 18 überlagert, wodurch eine zweite resultierende Welle 19 erzeugt wird. According to FIG. 2c, this first resulting shaft 17 can be amplified once more by the second sound amplifier 14 located downstream of the first sound amplifier 13. For this purpose, the control unit determines in a comparable manner a third time at which the second sound amplifier 14 is to be controlled. In order to determine this third point in time, the control unit is aware of at least the length of the sound conduction channel 8 between the two sound amplifiers 13, 14. For additional reinforcement of the first resulting shaft 17 of this is superimposed according to Figure 2c, a second overlay shaft 18, whereby a second resultant shaft 19 is generated.
Analog zur vorangegangenen Beschreibung bleibt auch bei dieser zweiten Verstärkung während der Auslenkung des zweiten Schallverstärkers 14 der erste Schallverstärker 13 angesteuert, so dass dessen Membran als Blockade wirkt. Somit kann die Luft nicht zurück in den Schallleitkanal 8 strömen, sondern wird in Richtung der Schallaustrittsöffnung 10 gedrückt. Analogous to the preceding description, the first sound amplifier 13 is also activated during this deflection during the deflection of the second sound amplifier 14, so that its diaphragm acts as a block. Thus, the air can not flow back into the Schallleitkanal 8, but is pressed in the direction of the sound outlet opening 10.
Zugleich wird, wie in Figur 2c ersichtlich ist, der Schallerzeuger 12 wieder in seine Ausgangslage bewegt, wobei dies aufgrund der gemeinsamen Kavität 9 und den ausgelenkten Schallverstärkern 13, 14, mit reduzierter Kraft erfolgen kann. At the same time, as can be seen in Figure 2c, the sound generator 12 is moved back to its original position, this being due to the common cavity 9 and the deflected sound amplifiers 13, 14, can be done with reduced power.
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. The present invention is not limited to the illustrated and described embodiments. Variations within the scope of the claims are also possible as a combination of features, even if they are shown and described in different embodiments.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
MEMS-Lautsprecheranordnung MEMS loudspeaker arrangement
Gehäuse casing
MEMS-Lautsprecher MEMS speakers
Trägerrahmen support frame
Membran membrane
Membranauslenkungsachse Membranauslenkungsachse
Längsachse longitudinal axis
Schallleitkanal Schallleitkanal
Kavität cavity
Schallaustrittsöffnung Sound outlet
Stirnseite front
Schallerzeuger sound generator
erster Schallverstärker first sound amplifier
zweiter Schallverstärker second sound amplifier
Anfangswelle initial wave
erste Überlagerungswelle first superposition wave
erste resultierende Welle first resulting wave
zweite Überlagerungswelle second superposition wave
zweite resultierende Welle second resulting wave

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e P a n t a n s p r e c h e
1 . MEMS-Lautsprecheranordnung (1 ) zum Erzeugen von Schallwellen im hörbaren Wellenlängenspektrum 1 . MEMS loudspeaker arrangement (1) for generating sound waves in the audible wavelength spectrum
mit einem Gehäuse (2), das einen Schallleitkanal (8) und eine am Ende des Schallleitkanals (8) angeordnete Schallaustrittsöffnung (10) aufweist,  with a housing (2) which has a sound-conducting channel (8) and a sound outlet opening (10) arranged at the end of the sound-conducting channel (8),
mit zumindest zwei MEMS-Lautsprechern (3),  with at least two MEMS speakers (3),
die derart im Inneren des Gehäuses (2) angeordnet sind, dass die von den MEMS-Lautsprechern (3) erzeugten Schallwellen über den gemeinsamen Schallleitkanal (8) zu der gemeinsamen Schallaustrittsöffnung (10) führbar sind, und  which are arranged in the interior of the housing (2) such that the sound waves generated by the MEMS loudspeakers (3) can be guided via the common sound-conducting channel (8) to the common sound outlet opening (10), and
mit einer Steuereinheit zum Ansteuern der MEMS-Lautsprecher (3), dadurch gekennzeichnet  with a control unit for driving the MEMS loudspeakers (3), characterized
dass einer der beiden MEMS-Lautsprecher (3) dem anderen in Richtung der Schallaustrittsöffnung (10) nachgelagert ist und  that one of the two MEMS loudspeakers (3) is located downstream of the other in the direction of the sound outlet opening (10) and
dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass mittels dieser zur Erhöhung der Maxi mal lautstärke der MEMS-Lautsprecheranordnung (1 ) die beiden MEMS-Lautsprecher (3) derart ansteuerbar sind, dass der erste der beiden MEMS-Lautsprecher (3) als Schallerzeuger (12) zum Erzeugen einer Anfangswelle (15) und der diesem nachgelagerte zweite MEMS-Lautsprecher (3) als Schallverstärker (13) zum Verstärken dieser Anfangswelle (15) ausgebildet ist.  in that the control unit is designed in such a way that the two MEMS loudspeakers (3) can be controlled by means of this to increase the maximum volume of the MEMS loudspeaker arrangement (1) such that the first of the two MEMS loudspeakers (3) acts as a sound generator (12 ) for generating an initial wave (15) and the second MEMS loudspeaker (3) located downstream of this, as a sound amplifier (13) for amplifying this initial wave (15).
2. MEMS-Lautsprecheranordnung nach dem vorherigen Anspruch, 2. MEMS loudspeaker arrangement according to the preceding claim,
dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Membranauslenkungsachse (6) zumindest eines MEMS-Lautsprechers (3) quer zum Schallleitkanal (8) erstreckt.  characterized in that a membrane deflection axis (6) of at least one MEMS loudspeaker (3) extends transversely to the sound conducting channel (8).
3. MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Schallleitkanals (8) vom Schallerzeuger (12) bis zur gemeinsamen Schallaustrittsöffnung (10) größer ist als vom Schallverstärker (13) bis zur Schallaustrittsöffnung (10). 3. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the length of the Schallleitkanals (8) from the sound generator (12) to the common sound outlet opening (10) is greater than from the sound amplifier (13) to the sound outlet opening (10).
MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schallleitkanal (8) in Längsrichtung der MEMS-Lautsprecheranordnung (1 ) erstreckt und/oder MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sound-conducting channel (8) extends in the longitudinal direction of the MEMS loudspeaker arrangement (1) and / or
zumindest im Bereich der MEMS-Lautsprecher (3) geradlinig, insbesondere mit ebenen und/oder zueinander parallelen Seitenwänden, ausgebildet ist. at least in the region of the MEMS loudspeaker (3) is formed in a straight line, in particular with planar and / or mutually parallel side walls.
MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Schallaustrittsöffnung (10) an einem Ende, insbesondere an einer Stirnseite (1 1 ), des Gehäuses (2) angeordnet ist. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the common sound outlet opening (10) at one end, in particular on an end face (1 1), of the housing (2) is arranged.
MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallerzeuger (12) und der Schallverstärker (13) nebeneinander angeordnet sind, so dass sich ihre jeweiligen Membranauslenkungsachsen (6) zueinander parallel und/oder lotrecht zur Längsachse (7) des Gehäuses (2) erstrecken. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sound generator (12) and the sound amplifier (13) are arranged next to one another so that their respective diaphragm deflection axes (6) are parallel to one another and / or perpendicular to the longitudinal axis (7). of the housing (2) extend.
MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallerzeuger (12) und der zumindest eine Schallverstärker (13) auf ihrer dem Schallleitkanal (8) abgewandten Seite eine gemeinsame Kavität (9) aufweisen, die vorzugsweise zumindest teilweise durch einen Gehäusehohlraum ausgebildet ist und/oder sich über die gemeinsame Breite der MEMS-Lautsprecher (3) erstreckt. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sound generator (12) and the at least one sound amplifier (13) on its the Schallleitkanal (8) facing away from a common cavity (9), preferably at least partially through a housing cavity is formed and / or extends over the common width of the MEMS speakers (3).
8. MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallerzeuger (12) und der zumindest eine Schallverstärker (13) im selben Frequenzbereich arbeiten und/oder zueinander eine unterschiedliche Membrangröße und/oder maximale Membranauslenkbarkeit aufweisen. 8. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sound generator (12) and the at least one sound amplifier (13) operate in the same frequency range and / or have a different membrane size and / or maximum Membranauslenkbarkeit to each other.
9. MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallerzeuger (12) und der Schallverstärker (13) als separate Bauteile mit jeweils eigener Membran (5) ausgebildet sind oder 9. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sound generator (12) and the sound amplifier (13) are formed as separate components, each with its own membrane (5) or
als ein einziges Bauteil mit einer gemeinsamen Membran ausgebildet sind, wobei vorzugsweise jedem ein separat ansteuerbarer und/oder voneinander schwingungsentkoppelter Membranbereich zugeordnet ist.  are formed as a single component with a common membrane, wherein preferably each is associated with a separately controllable and / or vibration-decoupled membrane region.
10. MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit der Schallerzeuger (12) zu einem ersten Zeitpunkt derart ansteuerbar ist, dass dessen Membran (3) zum Erzeugen der Anfangswelle (15) in den Schallleitkanal (8) hineinbewegbar ist. 10. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that by means of the control unit of the sound generator (12) is controllable at a first time such that its membrane (3) for generating the initial wave (15) in the Schallleitkanal ( 8) is hineinbewegbar.
1 1 . MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit, insbesondere in Abhängigkeit des ersten Zeitpunktes und/oder der Schallleitkanallänge zwischen Schallerzeuger (12) und Schallverstärker (13), ein zweiter Zeitpunkt zum Ansteuern des nachgelagerten Schallverstärkers (13) bestimmbar ist. 1 1. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that by means of the control unit, in particular as a function of the first time and / or the Schallleitkanallänge between sound generator (12) and sound amplifier (13), a second time for driving the downstream sound amplifier ( 13) is determinable.
12. MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit der Schallverstärker (13) zu diesem zweiten Zeitpunkt derart ansteuerbar ist, dass dessen Membran (3) zum Erzeugen einer Überlagerungswelle (16) in den Schallleitkanal (8) hineinbewegbar ist, so dass aus der Anfangswelle (15) und der Überlagerungswelle (1 6) eine resultierende Welle (17) mit im Vergleich zur Anfangswelle (15) höherer Amplitude erzeugbar ist. 12. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that by means of the control unit of the sound amplifier (13) at this second time in such a way can be controlled, that the membrane (3) for generating a superposition shaft (16) is hineinbewegbar in the Schallleitkanal (8), so that from the initial shaft (15) and the superposition shaft (1 6) a resulting wave (17) in comparison to Beginning wave (15) of higher amplitude can be generated.
13. MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MEMS-Lautsprecheranordnung (1 ) einen dritten MEMS-Lautsprecher (3) aufweist, der als zweiter Schallverstärker (14) ausgebildet ist und/oder dem ersten Schallverstärker (13) in Richtung der Schallaustrittsöffnung (10) nachgelagert ist. 13. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the MEMS loudspeaker arrangement (1) has a third MEMS loudspeaker (3) which is designed as a second sound amplifier (14) and / or the first sound amplifier ( 13) downstream in the direction of the sound outlet opening (10).
14. MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit zu einem dritten Zeitpunkt der Schallerzeuger (12) und/oder der zweite Schallverstärker (14) derart ansteuerbar sind, dass die Membran (3) des Schallerzeugers (12) wieder in die Ruhelage zurückbewegbar ist und/oder 14. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that by means of the control unit at a third time the sound generator (12) and / or the second sound amplifier (14) are controllable such that the membrane (3) of the sound generator (12) is moved back into the rest position and / or
dass die Membran (3) des zweiten Schallverstärkers (14) zum Erzeugen einer zweiten Überlagerungswelle (18) in den Schallleitkanal (8) hineinbewegbar ist, so dass aus der ersten resultierenden Welle (17) und der zweiten Überlagerungswelle (18) eine zweite resultierende Welle (19) mit im Vergleich zur ersten resultierenden Welle (17) höherer Amplitude erzeugbar ist.  in that the diaphragm (3) of the second sound amplifier (14) can be moved into the sound transmission channel (8) in order to generate a second superposition shaft (18), such that a second resulting shaft emerges from the first resulting shaft (17) and the second superposition shaft (18) (19) can be generated with compared to the first resulting wave (17) of higher amplitude.
15. MEMS-Lautsprecheranordnung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangswelle (15), zumindest eine Überlagerungswelle (16, 18) und zumindest eine resultierende Welle (17, 19) die gleiche Frequenz aufweisen. 15. MEMS loudspeaker arrangement according to one or more of the preceding claims, characterized in that the initial wave (15), at least one superposition wave (16, 18) and at least one resulting wave (17, 19) have the same frequency.
16. Verfahren zum Betreiben einer MEMS-Lautsprecheranordnung (1 ) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche. 16. A method of operating a MEMS loudspeaker arrangement (1) according to one or more of the preceding claims.
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