CN114866935A - 一种像素发声单元和数字发声芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种像素发声单元和数字发声芯片，涉及数字发声芯片技术领域，以解决像素发声单元输出声压低的问题。所述像素发声单元包括壳体、执行器和振膜，振膜与壳体之间形成有空腔，执行器位于空腔内且与壳体相连，像素发声单元还包括设置于空腔内的连接件，执行器通过连接件作用于振膜上，振膜与壳体相连；连接件作用于振膜上的位置位于振膜与壳体相连的位置和振膜的中心位置之间。所述数字发声芯片包括上述技术方案所提的像素发声单元。本发明提供的像素发声单元用于将电信号转换为声信号。

Description

一种像素发声单元和数字发声芯片

技术领域

本发明涉及数字发声芯片技术领域，尤其涉及一种像素发声单元和数字发声芯片。

背景技术

扬声器是一种能够把电信号转换为声信号的换能器件。扬声器是制作音响、声学有源降噪设备等的基础，因此，扬声器的性能对声学设备的制作具有关键性的影响。MEMS扬声器(Micro Electro Mechanical System)，即微电机系统扬声器，其相对传统的音圈式扬声器具有一致性好、功耗低、尺寸小、价格低等优势。

目前常用的MEMS扬声器由于体积较小，内部发声结构简单，导致扬声器的声压较低，发声效果较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种像素发声单元和数字发声芯片，用于提高像素发声单元的发声效果。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种像素发声单元，包括壳体、执行器和振膜，振膜与壳体之间形成有空腔，执行器位于空腔内且与壳体相连，像素发声单元还包括设置于空腔内的连接件，执行器通过连接件作用于振膜上，振膜与壳体相连；连接件作用于振膜上的位置位于振膜与壳体相连的位置和振膜的中心位置之间。

与现有技术相比，本发明提供的像素发声单元中，振膜与壳体相连，执行器通过连接件作用于振膜上，当振膜受到执行器通过连接件施加的作用力时，振膜与连接件相接触的位置先发生形变，然后带动振膜整体发生形变，使得振膜能够实现振动发声；当连接件作用于振膜上的位置位于振膜与壳体相连的位置和振膜的中心位置之间时，执行器通过连接件作用于振膜上后，振膜中心位置的形变大于振膜与连接件相接触的位置的形变，使得可以增大振膜中心位置的振幅、提高像素发声单元的输出声压，从而使像素发声单元的发声效果更好。

可选的，在上述像素发声单元中，执行器通过连接结构与壳体相连；或，执行器与壳体直接连接。如此设置，优化执行器与壳体之间的连接结构，使得执行器能够固定在壳体内部。

可选的，在上述像素发声单元中，连接件设置有至少两个，至少两个连接件设置于振膜的中心位置的两侧。如此设置，通过至少两个连接件分别作用于振膜的中心位置的两侧，使得振膜的中心位置的两侧均能够发生形变，提高振膜振动的稳定性和像素发声单元的发声效果。

可选的，在上述像素发声单元中，至少两个连接件对称分布。如此设置，能够进一步提高振膜振动的稳定性和像素发声单元的发声效果。

可选的，在上述像素发声单元中，连接件设置于执行器的边缘位置。如此设置，优化连接件的设置位置，使得像素发声单元在满足良好音效的基础上，结构更加简单。

可选的，在上述像素发声单元中，执行器由极化方向相反的压电材料层叠形成。如此设置，当在各层压电材料的上下两侧施加交变电势差，执行器能够在水平方向上发生膨胀或收缩，进而能够带动连接件对振膜施加作用力，使得振膜能够振动发声，执行器由压电材料层叠形成时，在其上下两侧施加相同的电压可以获得更大的形变量。

可选的，在上述像素发声单元中，一个执行器和一个振膜为一组发声结构，发声结构设置有两组，两组发声结构对称设置，且两组发声结构的振膜相对设置，两组发声结构均位于壳体内，壳体上设置有位于两个振膜之间的出音口。如此设置，能够通过叠加两个发声结构的声音，提高像素发声单元的输出声压和发声效果。

可选的，在上述像素发声单元中，两个振膜之间设置有中心障板，中心障板一侧与壳体相连，另一侧延伸至出音口，中心障板、壳体和振膜围成空气腔，出音口为空气腔的开口。如此设置，通过中心障板分隔两个发声结构，防止两个发声结构产生的声压相互抵消而影响出声效果，同时，两个发声结构发出的声音可以在出音口汇合叠加，提高像素发声单元的输出声压和发声效果。

可选的，在上述像素发声单元中，振膜上开设有围设排布的至少两条分割槽，相邻两条分割槽中，其中一条的端部与另一条的端部沿由振膜的中心点向外延伸的射线方向依次设置，以在围设排布的方向上形成交叠，交叠的分割槽之间形成振膜悬臂结构；分割槽将振膜分割为位于分割槽的围设区域内的振动部以及位于分割槽的围设区域外的固定部；振动部和固定部通过振膜悬臂结构弹性连接，固定部与壳体相连，连接件作用于振动部上。如此设置，振动部和固定部通过振膜悬臂结构弹性连接，能够提高像素发声单元的发声效果。

可选的，在上述像素发声单元中，执行器上设置有通气孔。如此设置，便于利用通气孔平衡执行器两侧的气压。

本发明还提供一种数字发声芯片，包括多个如上述方案提供的像素发声单元，优选多个像素发声单元呈阵列分布或线形分布。

与现有技术相比，本发明提供的数字发声芯片的有益效果与上述技术方案提供的像素发声单元的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中设有连接结构的像素发声单元的示意图一；

图2为本发明实施例中设有连接结构的像素发声单元的示意图二；

图3为本发明实施例中设有连接结构的像素发声单元的示意图三；

图4为本发明实施例中设有连接结构的像素发声单元的示意图四；

图5为本发明实施例中执行器直接与壳体相连的像素发声单元的示意图一；

图6为本发明实施例中执行器直接与壳体相连的像素发声单元的示意图二；

图7为本发明实施例中设有两组发声结构的像素发声单元的示意图一；

图8为本发明实施例中设有两组发声结构的像素发声单元的示意图二；

图9为本发明实施例中振膜的示意图；

图10为本发明实施例中数字发声芯片的示意图。

附图标记：

1-壳体，2-执行器，3-振膜，301-固定部，302-振膜悬臂结构，303-振动部，4-连接件，5-连接结构，6-通气孔，7-支承凸台，8-中心障板，9-出音口。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图6，本发明实施例提供的像素发声单元包括壳体1、执行器2和振膜3，振膜3与壳体1之间形成有空腔，执行器2位于空腔内且与壳体1相连，像素发声单元还包括设置于空腔内的连接件4，执行器2通过连接件4作用于振膜3上，振膜3与壳体1相连；连接件4作用于振膜3上的位置位于振膜3与壳体1相连的位置和振膜3的中心位置之间。本实施例中执行器2是一种能够带动振膜3运动发声的结构或装置，连接件4为一种用于将执行器2的作用力传递至振膜3上的部件，本实施例连接件4可以为条状的连接块，连接件4与执行器2可以为分体设置的两个部件，亦可以为一体结构。

具体实施时：执行器2通过连接件4对振膜3施加作用力，振膜3受到连接件4施加的作用力后，先从与连接件4接触的位置开始发生形变，然后将形变传递至振膜3整体，使得振膜3能够振动发声。

通过上述像素发声单元的结构和具体实施过程可知，振膜3与壳体1相连，执行器2通过连接件4作用于振膜3上，当振膜3受到执行器2通过连接件4施加的作用力时，振膜3与连接件4相接触的位置先发生形变，然后带动振膜3整体发生形变，使得振膜3能够实现振动发声；当连接件4作用于振膜3上的位置位于振膜3与壳体1相连的位置和振膜3的中心位置之间时，执行器2通过连接件4作用于振膜3上后，振膜3中心位置的形变大于振膜3与连接件4相接触的位置的形变，使得可以增大振膜3中心位置的振幅、提高像素发声单元的输出声压，从而使像素发声单元的发声效果更好。

作为一种可能的实现方式，执行器2通过连接结构5与壳体1相连，连接结构5为一种用于连接执行器2和壳体1的结构，本实施例中的连接结构5可以为用于支撑执行器2的支撑柱；执行器2通过连接结构5与壳体1相连的具体结构可以为以下四种结构中的任意一种：

第一种结构：如图2所示，连接件4设置有一个，执行器2通过连接结构5与壳体1相连，通过连接件4与振膜3相连，使得执行器2能够安装固定在空腔内且能够通过连接件4作用于振膜3上；优选连接件4和连接结构5分别设置在执行器2的两端，可以简化执行器2的结构，使得执行器2能够适用于体积较小的扬声器，同时当执行器2为由压电材料层叠而成的结构时，执行器2的端部形变量最大，连接件4和连接结构5分别设置在执行器2的两端时，能够增大连接件4的形变量，使得振膜3的振幅更大，进而提高像素发声单元的输出声压。

第二种结构：如图1所示，连接件4设置有至少两个，执行器2的数量与连接件4的数量一致，每个执行器2均连接有一个连接件4，连接结构5设置有一个，多个执行器2同时与一个连接结构5相连，并通过连接结构5与壳体1相连。采用这种结构，多个执行器2可以分别带动多个连接件4对振膜3施加作用力，提高振膜3振动的稳定性和像素发声单元的发声效果，多个执行器2通过一个连接结构5相连，可以简化像素发声单元的结构，缩小像素发声单元的体积。

第三种结构：如图3所示，连接件4设置有至少两个，执行器2和连接结构5的数量均与连接件4的数量一致，每个执行器2均连接有一个连接件4和一个连接结构5。采用这种结构，多个执行器2可以分别带动多个连接件4对振膜3施加作用力，提高振膜3振动的稳定性和像素发声单元的发声效果，每个执行器2分别通过一个连接结构5与壳体1相连，可以不限制执行器2的安装位置，使得执行器2安装更加方便。

第四种结构：如图4所示，连接件4设置有至少两个，执行器2设置有一个，通过一个执行器2同时连接多个连接件4，执行器2通过连接结构5与壳体1相连，采用这种结构可以简化像素发声单元的结构。

作为另一种可能的实现方式，执行器2与壳体1直接相连，具体结构可以为以下两种结构中的任意一种：

第一种结构：如图5所示，连接件4设置有一个，执行器2与壳体1直接相连，并通过连接件4与振膜3相连，使得执行器2能够安装固定在空腔内且能够通过连接件4作用于振膜3上；优选执行器2的一端与壳体1相连，另一端与连接件4相连，可以简化执行器2的结构，使得执行器2能够适用于体积较小的扬声器，同时当执行器2为由压电材料层叠而成的结构时，执行器2的端部形变量最大，连接件4设置在执行器2的端部时，能够增大连接件4的形变量，使得振膜3的振幅更大，进而提高像素发声单元的输出声压。

第二种结构：如图6所示，连接件4设置有至少两个，执行器2的数量与连接件4的数量一致，每个执行器2均连接有一个连接件4，每个执行器2分别与壳体1相连。采用这种结构，多个执行器2可以分别带动多个连接件4对振膜3施加作用力，提高振膜3振动的稳定性和像素发声单元的发声效果。

在一种可选方式中，连接件4设置有至少两个，至少两个连接件4设置于振膜3的中心位置的两侧。采用这种结构，通过至少两个连接件4分别作用于振膜3的中心位置的两侧，使得振膜3的中心位置的两侧均能够发生形变，从而提高振膜3振动的稳定性，进而提高像素发声单元的发声效果。

如图1所示，在一些实施例中，至少两个连接件4对称分布。当至少两个连接件4对称分布时，振膜3两侧的连接件4能够对振膜3施加均匀的作用力，从而进一步提高振膜3振动的稳定性，进而提高像素发声单元的发声效果。

在一种可选方式中，连接件4设置于执行器2的边缘位置。由于执行器2用于对连接件4施加作用力，当连接件4位于执行器2的边缘位置时，执行器2不需要相对于连接件4突出而增加执行器2的长度，简化像素发声单元的结构；同时，当执行器2上具有连接件4的一端靠近振膜3与壳体1相连的位置时，连接件4位于执行器2的边缘位置可以使连接件4与振膜3中心位置之间的距离更远，进而使振膜3中心位置的振幅更大，提高振膜3的输出声压和发声效果；当执行器2由压电材料层叠形成时，执行器2的端部形变量最大，连接件4设置在执行器2的端部时，能够增大连接件4的形变量，使得振膜3的振幅更大，进而提高像素发声单元的输出声压。

如图1至图6所示，作为一种可能的实现方式，本实施例中执行器2由极化方向相反的压电材料层叠形成。采用这种结构，利用压电材料的逆压电效应，当在各层压电材料的上下两侧施加交变电势差时，执行器2能够在水平方向上发生膨胀或收缩，通过膨胀或收缩能够带动连接件4对振膜3施加作用力，使得振膜3能够振动发声；当执行器2由压电材料层叠形成时，在其上下两侧施加相同的电压可以获得更大的形变量。

作为一种可能的实现方式，如图7和图8所示，一个执行器2和一个振膜3为一组发声结构，发声结构设置有两组，两组发声结构对称设置，且两组发声结构的振膜3相对设置，两组发声结构均位于壳体1内，壳体1上设置有位于两个振膜3之间的出音口9。采用这种结构，能够通过叠加两个发声结构的声音，提高像素发声单元的输出声压和发声效果。

在一种可选方式中，两个振膜3之间设置有中心障板8，中心障板8一侧与壳体1相连，另一侧延伸至出音口9，中心障板8、壳体1和振膜3围成空气腔，出音口9为空气腔的开口。采用这种结构，通过中心障板8分隔两个发声结构，防止两个发声结构产生的声压相互抵消而影响出声效果，同时，两个发声结构发出的声音可以在出音口9汇合叠加，提高像素发声单元的输出声压和发声效果。

在一些实施例中，如图9所示，振膜3上开设有围设排布的至少两条分割槽，相邻两条分割槽中，其中一条的端部与另一条的端部沿由振膜3的中心点向外延伸的射线方向依次设置，以在围设排布的方向上形成交叠，交叠的分割槽之间形成振膜悬臂结构302；分割槽将振膜3分割为位于分割槽的围设区域内的振动部303以及位于分割槽的围设区域外的固定部301；振动部303和固定部301通过振膜悬臂结构302弹性连接，固定部301与壳体1相连，连接件4作用于振动部303上。采用这种结构，振动部303和固定部301通过振膜悬臂结构302弹性连接，能够提高像素发声单元的发声效果，由于压电材料形变时，是向上偏移发生弯曲形变，使得连接件4对振膜3施加斜向上的作用力，故而当连接件4作用于振动部303上时，亦能够使振动部303中心位置的形变量更大，从而能够增大像素发声单元的输出声压。

如图1和图2所示，在一种可选方式中，执行器2上设置有通气孔6，通气孔6能够平衡执行器2两侧的气压，提高像素发声单元的发声效果。

另外，壳体1的侧部设置有支承凸台7，通过支承凸台7承载连接振膜3，能够使振膜3安装更加稳定。

本发明还提供一种数字发声芯片，如图10所示，包括多个如上述实施例提供的像素发声单元，优选多个像素发声单元呈阵列分布或线形分布。

与现有技术相比，本发明提供的数字发声芯片的有益效果与上述实施例提供的像素发声单元的有益效果相同，此处不做赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种像素发声单元，包括壳体、执行器和振膜，所述振膜与所述壳体之间形成有空腔，所述执行器位于所述空腔内且与所述壳体相连，其特征在于，还包括设置于所述空腔内的连接件，所述执行器通过所述连接件作用于所述振膜上，所述振膜与所述壳体相连；所述连接件作用于所述振膜上的位置位于所述振膜与所述壳体相连的位置和所述振膜的中心位置之间。

2.根据权利要求1所述的像素发声单元，其特征在于，所述执行器通过连接结构与所述壳体相连；

或，所述执行器与所述壳体直接连接。

3.根据权利要求2所述的像素发声单元，其特征在于，所述连接件设置有至少两个，至少两个所述连接件设置于所述振膜的中心位置的两侧。

4.根据权利要求3所述的像素发声单元，其特征在于，至少两个所述连接件相对所述振膜的中心位置对称分布。

5.根据权利要求1所述的像素发声单元，其特征在于，所述连接件设置于所述执行器的边缘位置。

6.根据权利要求1至5任一项所述的像素发声单元，其特征在于，所述执行器由极化方向相反的压电材料层叠形成。

7.根据权利要求1所述的像素发声单元，其特征在于，一个所述执行器和一个所述振膜为一组发声结构，所述发声结构设置有两组，两组所述发声结构对称设置，且两组所述发声结构的振膜相对设置，两组所述发声结构均位于所述壳体内，所述壳体上设置有位于两个所述振膜之间的出音口。

8.根据权利要求7所述的像素发声单元，两个所述振膜之间设置有中心障板，所述中心障板一侧与所述壳体相连，另一侧延伸至所述出音口，所述中心障板、壳体和振膜围成空气腔，所述出音口为所述空气腔的开口。

9.根据权利要求1所述的像素发声单元，其特征在于，所述振膜上开设有围设排布的至少两条分割槽，相邻两条所述分割槽中，其中一条的端部与另一条的端部沿由所述振膜的中心点向外延伸的射线方向依次设置，以在围设排布的方向上形成交叠，交叠的所述分割槽之间形成振膜悬臂结构；

所述分割槽将所述振膜分割为位于所述分割槽的围设区域内的振动部以及位于所述分割槽的围设区域外的固定部；所述振动部和所述固定部通过所述振膜悬臂结构弹性连接，所述固定部与所述壳体相连，所述连接件作用于所述振动部上。

10.根据权利要求1所述的像素发声单元，其特征在于，所述执行器上设置有通气孔。

11.一种数字发声芯片，其特征在于，包括多个如权利要求1至10任一项所述的像素发声单元。

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