一种音频装置及电子设备

摘要

本发明提供了一种音频装置及电子设备，每一发声单元包括：至少一个MEMS扬声器和驱动电路；MEMS扬声器的输入端与驱动电路的输出端电连接，驱动电路的输出端用于输出驱动MEMS扬声器工作的驱动信号；至少一个发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率与其余发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率不同，其中，所述MEMS扬声器的压电薄膜包括掺钪氮化铝。通过不同发声单元各自相应的驱动电路来驱动其包括的MEMS扬声器，且至少一个发声单元的驱动电路输出的驱动信号频率与其余驱动电路输出的驱动信号的频率不同，最终能够使不同发声单元发出的声音进行叠加，进而达到输出高声压级的声音信号的目的。

权利要求

1.一种音频装置，其特征在于，每一所述发声单元包括：至少一个MEMS扬声器和驱动电路；

所述MEMS扬声器的输入端与所述驱动电路的输出端电连接，所述驱动电路的输出端用于输出驱动所述MEMS扬声器工作的驱动信号；

其中，至少一个所述发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率与其余所述发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率不同；

其中，所述MEMS扬声器的压电薄膜包括掺钪氮化铝。

2.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述驱动电路包括：数字音频信号电路，所述数字音频信号电路的输出端用于输出数字音频信号；

输入端与所述数字音频信号电路的输出端电连接的数模转换器；

输入端与所述数模转换器的输出端电连接的模拟滤波器；

输入端与所述模拟滤波器的输出端电连接的功率放大器；

以及，所述功率放大器的输出端与相应所述MEMS扬声器的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的音频装置，其特征在于，所有所述驱动电路的数字音频信号电路之间相互独立；

或者，所有所述驱动电路的数字音频信号电路集成为数字音频信号分频器。

4.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，低谐振频率的所述发声单元的数量，大于高谐振频率的所述发声单元的数量；

其中，所述低谐振频率的范围为不小于20Hz且不大于2kHz，及所述高谐振频率的范围为大于2kHz且不大于20kHz。

5.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述驱动电路为印刷电路或集成电路。

6.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所述MEMS扬声器的驱动方式包括静电驱动、压电驱动、电磁驱动或机电驱动。

7.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，所有所述发声单元中至少一个所述发声单元与其余所述发声单元同时或不同时发声。

8.根据权利要求1所述的音频装置，其特征在于，不同所述发声单元所包括的所述MEMS扬声器呈分离式分布；

或者，所有所述发声单元所包括的所述MEMS扬声器呈一体化阵列分布。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1～8任意一项所述的音频装置。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括耳机、手机或平板电脑。

说明书

一种音频装置及电子设备

技术领域

[0001] 本发明涉及扬声器技术领域，更为具体地说，涉及一种音频装置及电子设备。

背景技术

[0002] 随着电子科学技术的发展，及便携式电子消费品的发展，现今对扬声器的尺寸和功耗有了越来越高的要求。MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)扬声器具有体积小、功耗低的优点，有望在便携式电子消费品中得到广泛应用。然而，音频扬声器的体积变小，会使音频扬声器的声压级显著降低。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明提供了一种音频装置及电子设备，有效解决了现有技术存在的问题，其中，通过不同发声单元各自相应的驱动电路来驱动其包括的MEMS扬声器，且至少一个发声单元的驱动电路输出的驱动信号频率与其余驱动电路输出的驱动信号的频率不同，最终能够使不同发声单元发出的声音进行叠加，进而达到输出高声压级的声音信号的目的。以及，本发明提供的音频装置采用MEMS扬声器组成，能够使得音频装置降低体积和功耗。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

[0005] 一种音频装置，每一所述发声单元包括：至少一个MEMS扬声器和驱动电路；

[0006] 所述MEMS扬声器的输入端与所述驱动电路的输出端电连接，所述驱动电路的输出端用于输出驱动所述MEMS扬声器工作的驱动信号；

[0007] 其中，至少一个所述发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率与其余所述发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率不同；

[0008] 其中，所述MEMS扬声器的压电薄膜包括掺钪氮化铝。

[0009] 可选的，所述驱动电路包括：

[0010] 数字音频信号电路，所述数字音频信号电路的输出端用于输出数字音频信号；

[0011] 输入端与所述数字音频信号电路的输出端电连接的数模转换器；

[0012] 输入端与所述数模转换器的输出端电连接的模拟滤波器；

[0013] 输入端与所述模拟滤波器的输出端电连接的功率放大器；

[0014] 以及，所述功率放大器的输出端与相应所述MEMS扬声器的输入端电连接。

[0015] 可选的，所有所述驱动电路的数字音频信号电路之间相互独立；

[0016] 或者，所有所述驱动电路的数字音频信号电路集成为数字音频信号分频器。

[0017] 可选的，低谐振频率的所述发声单元的数量，大于高谐振频率的所述发声单元的数量；

[0018] 其中，所述低谐振频率的范围为不小于20Hz且不大于2kHz，及所述高谐振频率的范围为大于2kHz且不大于20kHz。

[0019] 可选的，所述驱动电路为印刷电路或集成电路。

[0020] 可选的，所述MEMS扬声器的驱动方式包括静电驱动、压电驱动、电磁驱动或机电驱动。

[0021] 可选的，所有所述发声单元中至少一个所述发声单元与其余所述发声单元同时或不同时发声。

[0022] 可选的，不同所述发声单元所包括的所述MEMS扬声器呈分离式分布；

[0023] 或者，所有所述发声单元所包括的所述MEMS扬声器呈一体化阵列分布。

[0024] 相应的，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的音频装置。

[0025] 可选的，所述电子设备包括耳机、手机或平板电脑。

[0026] 相较于现有技术，本发明提供的技术方案至少具有以下优点：

[0027] 本发明提供了一种音频装置及电子设备，每一所述发声单元包括：至少一个MEMS扬声器和驱动电路；所述MEMS扬声器的输入端与所述驱动电路的输出端电连接，所述驱动电路的输出端用于输出驱动所述MEMS扬声器工作的驱动信号；其中，至少一个所述发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率与其余所述发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率不同。

[0028] 由上述内容可知，本发明提供的技术方案，通过不同发声单元各自相应的驱动电路来驱动其包括的MEMS扬声器，且至少一个发声单元的驱动电路输出的驱动信号频率与其余驱动电路输出的驱动信号的频率不同，最终能够使不同发声单元发出的声音进行叠加，进而达到输出高声压级的声音信号的目的。以及，本发明提供的音频装置采用MEMS扬声器组成，能够使得音频装置降低体积和功耗。

附图说明

[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0030] 图1为本申请实施例提供的一种音频装置的结构示意图；

[0031] 图2为本申请实施例提供的另一种音频装置的结构示意图；

[0032] 图3为本申请实施例提供的又一种音频装置的结构示意图；

[0033] 图4为本申请实施例提供的又一种音频装置的结构示意图；

[0034] 图5为本申请实施例提供的一种音频装置的发声示意图；

[0035] 图6为本申请实施例提供的一种音频装置的频响曲线图；

[0036] 图7为本申请实施例提供的一种压电驱动的MEMS扬声器的结构示意图；

[0037] 图8为本申请实施例提供的一种压电驱动的MEMS扬声器的结构示意图。

具体实施方式

[0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0039] 正如背景技术所述，音频扬声器的体积变小，会使音频扬声器的声压级显著降低。特别是MEMS扬声器的低频响应较差，严重影响其组成的音频扬声器的音质表现，使得其音质较差。

[0040] 基于此，本申请实施例提供了一种音频装置及电子设备，有效解决了现有技术存在的问题，其中，通过不同发声单元各自相应的驱动电路来驱动其包括的MEMS扬声器，且至少一个发声单元的驱动电路输出的驱动信号频率与其余驱动电路输出的驱动信号的频率不同，最终能够使不同发声单元发出的声音进行叠加，进而达到输出高声压级的声音信号的目的。以及，本申请实施例提供的音频装置采用MEMS扬声器组成，能够使得音频装置降低体积和功耗。为实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下，具体结合图1至图8对本申请实施例提供的技术方案进行详细的描述。

[0041] 参考图1所示，为本申请实施例提供的一种音频装置的结构示意图，其中，本申请实施例提供的每一所述发声单元100包括：

[0042] 至少一个MEMS扬声器110和驱动电路120；

[0043] 所述MEMS扬声器110的输入端与所述驱动电路120的输出端电连接，所述驱动电路120的输出端用于输出驱动所述MEMS扬声器110工作的驱动信号；

[0044] 其中，至少一个所述发声单元100的驱动电路120输出的驱动信号的频率与其余所述发声单元100的驱动电路120输出的驱动信号的频率不同。

[0045] 其中，MEMS扬声器的压电薄膜包括掺钪氮化铝。

[0046] 需要说明的是，本申请实施例提供的不同发声单元相互独立，进而能够实现单独发声而互不影响的情况。

[0047] 可以理解的，本申请实施例提供的技术方案，通过不同发声单元各自相应的驱动电路来驱动其包括的MEMS扬声器，且至少一个发声单元的驱动电路输出的驱动信号频率与其余驱动电路输出的驱动信号的频率不同，最终能够使不同发声单元发出的声音进行叠加，进而达到输出高声压级的声音信号的目的。即，本申请实施例提供的技术方案利用多个发声单元包括的窄带MEMS扬声器，及多个驱动电路输出的窄带频率进行各自相应发声单元的驱动，最终达到使不同发声单元输出的声音信号叠加，进而合成具有高声压级的声音信号的目的。而且，本申请提供的压电薄膜包括掺钪氮化铝。然而，当驱动电路用于驱动现有的包含PZT(piezoelectric ceramic transducer，锆钛酸铅压电陶瓷)的压电薄膜的MEMS扬声器时，一般采用直流偏置电压以防止PZT退极化、避免由于降低压电系数而影响发声效率。本申请采用包含掺钪氮化铝的压电薄膜的MEMS扬声器，其驱动电路不需要额外添加直流偏置电压。而且，本申请的包含掺钪氮化铝的压电薄膜的MEMS扬声器的制造工艺与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺相兼容，易于集成于集成电路中。另外，相比于含铅的PZT的压电薄膜，本申请中的掺钪氮化铝的MEMS扬声器更加无毒害，更环保。

[0048] 以及，本申请实施例提供的音频装置采用MEMS扬声器组成，由于MEMS器件工艺精度高且一致性好，因此使得MEMS扬声器具有低功耗、小体积的优势，进而能够使得由MEMS扬声器组成的音频装置具有体积小和功耗低的优点。进一步的，由于MEMS扬声器具有上述优势，因此能够使音频装置实现更高的集成度，即在有限的空间内布置更多的发声单元。

[0049] 参考图2所示，为本申请实施例提供的另一种音频装置的结构示意图，其中，音频装置包括多个发声单元100，且每一所述发声单元100包括：

[0050] 至少一个MEMS扬声器110和驱动电路120；

[0051] 所述MEMS扬声器110的输入端与所述驱动电路120的输出端电连接，所述驱动电路120的输出端用于输出驱动所述MEMS扬声器110工作的驱动信号；

[0052] 其中，至少一个所述发声单元100的驱动电路120输出的驱动信号的频率与其余所述发声单元100的驱动电路120输出的驱动信号的频率不同；

[0053] 其中，本申请实施例提供的所述驱动电路120包括：

[0054] 数字音频信号电路121，所述数字音频信号电路121的输出端用于输出数字音频信号；

[0055] 输入端与所述数字音频信号电路121的输出端电连接的数模转换器122；

[0056] 输入端与所述数模转换器122的输出端电连接的模拟滤波器123；

[0057] 输入端与所述模拟滤波器123的输出端电连接的功率放大器124；

[0058] 以及，所述功率放大器124的输出端与相应所述MEMS扬声器110的输入端电连接。

[0059] 可以理解的，本申请实施例提供的音频装置，每一发声单元在工作时，首先数字音频信号电路121输出数字音频信号，而后通过数模转换器122将该数字音频信号转换为模拟音频信号，模拟滤波器123对该模拟音频信号进行滤波后，通过功率放大器124对该模拟音频信号进行放大，最终通过该模拟音频信号控制MEMS扬声器110发声。由于至少一个发声单元的驱动电路输出的驱动信号频率与其余驱动电路输出的驱动信号的频率不同，最终能够使不同发声单元发出的声音进行叠加，进而达到输出高声压级的声音信号的目的。

[0060] 在本申请一实施例中，本申请提供的不同驱动电路的数字音频信号电路可以为相互独立的电路，还可以集成为一数字音频信号分频器，对此本申请不做具体限制。参考图3所示，为本申请实施例提供的又一种音频装置的结构示意图，其中，音频装置包括多个发声单元100，且每一所述发声单元100包括：

[0061] 至少一个MEMS扬声器110和驱动电路120；

[0062] 所述MEMS扬声器110的输入端与所述驱动电路120的输出端电连接，所述驱动电路120的输出端用于输出驱动所述MEMS扬声器110工作的驱动信号；

[0063] 其中，至少一个所述发声单元100的驱动电路120输出的驱动信号的频率与其余所述发声单元100的驱动电路120输出的驱动信号的频率不同；

[0064] 其中，本申请实施例提供的所有所述驱动电路120的数字音频信号电路121之间相互独立，即本申请实施例提供的所述驱动电路120包括：

[0065] 数字音频信号电路121，所述数字音频信号电路121的输出端用于输出数字音频信号；

[0066] 输入端与所述数字音频信号电路121的输出端电连接的数模转换器122；

[0067] 输入端与所述数模转换器122的输出端电连接的模拟滤波器123；

[0068] 输入端与所述模拟滤波器123的输出端电连接的功率放大器124；

[0069] 以及，所述功率放大器124的输出端与相应所述MEMS扬声器110的输入端电连接。

[0070] 或者，参考图4所示，为本申请实施例提供的又一种音频装置的结构示意图，其中，音频装置包括多个发声单元100，且每一所述发声单元100包括：

[0071] 至少一个MEMS扬声器110和驱动电路120；

[0072] 所述MEMS扬声器110的输入端与所述驱动电路120的输出端电连接，所述驱动电路120的输出端用于输出驱动所述MEMS扬声器110工作的驱动信号；

[0073] 其中，至少一个所述发声单元100的驱动电路120输出的驱动信号的频率与其余所述发声单元100的驱动电路120输出的驱动信号的频率不同；

[0074] 其中，本申请实施例提供的所有所述驱动电路120的数字音频信号电路集成为数字音频信号分频器125，即，本申请实施例提供的所述驱动电路120包括：

[0075] 数字音频信号分频器125的相应输出端125a，数字音频信号分频器125的相应输出端125a用于输出与该驱动电路120相应的数字音频信号；

[0076] 输入端与所述数字音频信号分频器125的相应输出端125a电连接的数模转换器122；

[0077] 输入端与所述数模转换器122的输出端电连接的模拟滤波器123；

[0078] 输入端与所述模拟滤波器123的输出端电连接的功率放大器124；

[0079] 以及，所述功率放大器124的输出端与相应所述MEMS扬声器110的输入端电连接。

[0080] 在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的低谐振频率的所述发声单元的数量，大于高谐振频率的所述发声单元的数量，从而重点改善低频性能。

[0081] 其中，所述低谐振频率的范围为不小于20Hz且不大于2kHz，及所述高谐振频率的范围为大于2kHz且不大于20kHz。

[0082] 参考图5所示，为本申请实施例提供的一种音频装置的发声示意图，其中，通过低谐振频率的发声单元201发出的声音信号，和高谐振频率的发声单元202发出的声音信号进行叠加，进而合成更高声压级的声音信号。

[0083] 参考图6所示，为本申请实施例提供的一种音频装置的频响曲线图。其中，多个具有不同谐振频率的发声单元，其谐振频率分别为15kHz、10kHz、5kHz、4kHz、2kHz、1kHz、500Hz、300Hz，频率响应曲线满足高斯分布，相对带宽均为100％。组合后的频率响应如图6所示，可见一方面显著提高了声压级，另一方面频率响应更为平滑。由此可知，通过对MEMS扬声器组成的发声单元的数量优化，和/或对MEMS扬声器组成的发声单元的参数进行优化，能够达到更优的声音输出效果。以及，在实际应用中，可以采用多个某一谐振频率的发声单元，增强某一频率段的信号强度，对此本申请不做具体限制。

[0084] 在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的所述驱动电路为印刷电路或集成电路。优选的，本申请实施例提供的驱动电路为集成电路，其中，由于MEMS扬声器与半导体工艺兼容，因此，MEMS扬声器易于集成电路集成，进而能够进一步降低音频装置的体积和功耗，且能够提高音频装置的可靠性。

[0085] 在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的所述MEMS扬声器的驱动方式包括静电驱动、压电驱动、电磁驱动或机电驱动。

[0086] 参考图7所示，为本申请实施例提供的一种压电驱动的MEMS扬声器的结构示意图，其中，该MEMS扬声器包括：

[0087] 具有中空结构的基底4001，其中，基底4001可以为硅基底；

[0088] 位于基底4001上方的结构梁4002；

[0089] 位于结构梁4002背离基底4001一侧的底电极4003；

[0090] 位于底电极4003背离基底4001一侧的复合振动膜4004；

[0091] 以及，位于复合振动膜4004背离基底4001一侧的顶电极4005。

[0092] 可以理解的，本申请实施例图7所示的压电驱动的MEMS扬声器，基底4001和结构梁4002起到支撑作用；以及，复合振动膜4004的主要材料为压电薄膜，其在底电极4003和顶电极4005的电压激励下向空气中发射声波。

[0093] 或者，参考图8所示，为本申请实施例提供的另一种压电驱动的MEMS扬声器的结构示意图，其中，该MEMS扬声器包括：

[0094] 具有中空结构的基底4001，其中，基底4001可以为硅基底；

[0095] 位于基底4001上方的结构梁4002；

[0096] 位于结构梁4002背离基底4001一侧的底电极4003；

[0097] 位于底电极4003背离基底4001一侧的压电薄膜4004；

[0098] 位于压电薄膜4004背离基底4001一侧的顶电极4005，其中，透过结构梁4002、底电极4003、压电薄膜4004和顶电极4005设置有一通孔4008至基底4001的中空结构；

[0099] 位于通孔4008上方的耦合块4006；

[0100] 以及，自耦合块4006四周起覆盖至基底4001侧面的振动膜4007。

[0101] 在本申请一实施例中，本申请提供的压电薄膜4004包括掺钪氮化铝。然而，当驱动电路用于驱动现有的包含PZT(piezoelectric ceramic transducer，锆钛酸铅压电陶瓷)的压电薄膜的MEMS扬声器时，一般采用直流偏置电压以防止PZT退极化、避免由于降低压电系数而影响发声效率。本申请采用包含掺钪氮化铝的压电薄膜4004的MEMS扬声器，其驱动电路不需要额外添加直流偏置电压。而且，本申请的包含掺钪氮化铝的压电薄膜4004的MEMS扬声器的制造工艺与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺相兼容，易于集成于集成电路中。另外，相比于含铅的PZT的压电薄膜，本申请中的掺钪氮化铝的MEMS扬声器更加无毒害，更环保。

[0102] 可以理解的，本申请实施例图8所示的压电驱动的MEMS扬声器，基底4001和结构梁4002起到支撑作用；以及，利用结构梁4002、底电极4003、压电薄膜4004和顶电极4005形成的压电悬臂梁结构作为驱动，耦合块4006连接压电悬臂梁结构和振动膜4007，振动膜4007向空气中发射声波。

[0103] 需要说明的是，本申请实施例提供的MEMS扬声器为压电驱动时，并不局限于上述图7和图8所示的MEMS扬声器结构，还可以为其他形状结构，对此本申请不做具体限制。

[0104] 在本申请上述任意一实施例中，本申请提供的所有所述发声单元中至少一个所述发声单元与其余所述发声单元同时或不同时发声。

[0105] 在本申请上述任意一实施例中，本申请实施例提供的不同所述发声单元所包括的所述MEMS扬声器呈分离式分布；

[0106] 或者，所有所述发声单元所包括的所述MEMS扬声器呈一体化阵列分布。

[0107] 相应的，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述任意一实施例提供的音频装置。

[0108] 可选的，本申请实施例提供的所述电子设备包括耳机、手机或平板电脑，对此本申请不作具体。

[0109] 本申请实施例提供了一种音频装置及电子设备，每一所述发声单元包括：至少一个MEMS扬声器和驱动电路；所述MEMS扬声器的输入端与所述驱动电路的输出端电连接，所述驱动电路的输出端用于输出驱动所述MEMS扬声器工作的驱动信号；其中，至少一个所述发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率与其余所述发声单元的驱动电路输出的驱动信号的频率不同。

[0110] 由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，通过不同发声单元各自相应的驱动电路来驱动其包括的MEMS扬声器，且至少一个发声单元的驱动电路输出的驱动信号频率与其余驱动电路输出的驱动信号的频率不同，最终能够使不同发声单元发出的声音进行叠加，进而达到输出高声压级的声音信号的目的。以及，本申请实施例提供的音频装置采用MEMS扬声器组成，能够使得音频装置降低体积和功耗。

[0111] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。