具有声生成器和声放大器的MEMS扬声器装置的制作方法

本发明涉及一种用于生成可听波长谱中的声波的MEMS扬声器装置，其具有：壳体，其具有导声通道和布置在导声通道的端部处的声出口；至少两个MEMS扬声器，其在壳体内部被布置为使得由MEMS扬声器生成的声波可以通过共同的导声通道被引导到共同的声出口；以及控制单元，其用于激励两个MEMS扬声器。此外，本发明涉及一种用于运行这样的MEMS扬声器装置的方法。

背景技术：

术语MEMS表示微机电系统。

MEMS扬声器或微扬声器例如从DE 10 2012 220 819 A1中公知。声生成通过MEMS扬声器的以可振动方式被支承的隔膜来进行。这样的微扬声器通常必须生成高的空气体积位移，以便实现显著的声压级。公知的MEMS扬声器所具有的缺点是，它们为了能够达到足够的声压级而必须具有相对大的安装体积。

技术实现要素：

本发明的任务是，排除现有技术的所述缺点。

该任务通过具有独立权利要求的特征的MEMS扬声器装置以及用于运行这样的MEMS扬声器装置的方法来解决。

提出了一种用于生成可听波长谱中的声波的MEMS扬声器装置。其包括壳体，该壳体具有导声通道以及布置在道声通道的端部处的声出口。此外，MEMS扬声器装置包括至少两个MEMS扬声器。所述MEMS扬声器在壳体的内部被布置为使得由MEMS扬声器生成的声波可以通过共同的导声通道被引导到共同的声出口。MEMS扬声器装置还包括用于激励MEMS扬声器的控制单元。所述至少两个MEMS扬声器中的二者之一在声出口的方向上安放在另一个之后。由此，安放在后面的MEMS扬声器对由安放在前面的MEMS扬声器生成的声波造成影响，因为所述声波由于共同的导声通道而被引导经过该扬声器。控制单元被构造为使得借助于该控制单元，可以为了提高MEMS扬声器装置的最大声强将两个MEMS扬声器激励为使得所述至少两个MEMS扬声器中的第一MEMS扬声器——即声波直到到达共同的声出口为止必须经过最长路径的那个MEMS扬声器——被构造成声生成器以用于起始波，并且安放在其之后的第二MEMS扬声器——即声波直到到达声出口为止必须经过与第一MEMS扬声器相比经过更短的路径的那个MEMS扬声器——被构造成声放大器以用于放大该起始波。由此，可以有利地提高MEMS扬声器装置的声压，由此提高最大声强。除了功率提高以外，还可以通过这样构造MEMS扬声器装置来将其构造体积保持得小。因此，结果是具有非常良好的声学性能的紧凑型MEMS扬声器装置。

有利的是，至少一个MEMS扬声器的隔膜偏转轴横向于导声通道和/或壳体的纵轴延伸。由此，MEMS扬声器装置可以被构造为非常紧凑的。此外，可以串联任意多个MEMS扬声器。

还有利的是，导声通道从声生成器到共同的声出口的长度大于从声放大器到声出口的长度。由此，由生成器生成的声波必须在共同的导声通道中与由声放大器生成的声波相比经过更长的路径。此外，由声生成器生成的声波由此可以被引导经过安放在后面的声放大器，使得通过其可以对由声生成器生成的声波造成影响。因此，可以通过相应地激励声放大器来导致由声生成器发出的起始波的幅度提高。

为了将导声通道的空间几何对引入到导声通道中的声波的影响保持得尽可能小，有利的是，导声通道在MEMS扬声器装置的纵向上延伸和/或至少在MEMS扬声器的区域中被构造为直线形的，尤其是具有平面和/或彼此平行的侧壁。就此而言，尤其有的是，导声通道基本上具有方形几何形状。在这种情况下，MEMS扬声器优选地尤其是布置在方形导声通道的相同侧壁处。

当共同的声出口被构造在壳体的端部处、尤其是端面处时，MEMS扬声器装置可以被构造为非常紧凑和结构简单的。

有利的是，声生成器和声放大器并排布置。还有利的是，它们被彼此布置为使得其隔膜偏转轴彼此平行和/或与壳体的纵轴垂直地延伸。由此可以减小对导声通道中的声传播的干扰性影响因素。

在本发明的一个有利的改进方案中，声发生器和至少一个声放大器尤其是在其背向导声通道的侧具有共同的腔体。其优选地至少部分地由壳体空腔构成。腔体附加地可以通过相应MEMS扬声器的载体衬底空腔来扩展。

另外，该共同的空腔优选地延伸到所有沿着导声通道布置的MEMS扬声器的整个宽度之上。通过多个MEMS扬声器共享共同的腔体，可以有利地减小腔体内的空气的弹簧作用，因为每个单独的MEMS扬声器的腔体体积都被扩大为共同的腔体的总体积。

为了生成提高声波的幅度的相长干涉，有利的是，声生成器和所述至少一个声放大器在相同的频率范围中工作。

另外，为了控制两个声波的最优叠加，有利的是，声生成器和所述至少一个声放大器具有彼此不同的声学特性。因此，尤其有利的是，它们具有彼此不同的隔膜大小和/或最大隔膜偏转能力。

有利的是，声生成器和声放大器被构造成单独的组件。在这种情况下，它们中的每个都优选地具有自己的隔膜。其另外尤其是通过载体框架沿着其隔膜偏转轴以可振动方式被保持。

可替代地或附加地同样有利的是，至少两个MEMS扬声器被构造成具有共同的隔膜的单个组件，其中优选地给这些MEMS扬声器中的每个都分配可单独激励和/或彼此振动去耦合的隔膜区域。

有利的是，声生成器可以借助于控制单元在第一时刻被激励为使得可以向导声通道中引入起始波。就此而言，还有利的是，借助于控制单元可以将隔膜或可替代地将声生成器的用于生成起始波的隔膜区域移动到导声通道中。

为了能够保证两个声波的精确叠加以用于生成相长干涉，有利的是，借助于控制单元——尤其是根据第一时刻和/或声生成器与声放大器之间的导声通道长度——来确定第二时刻以用于激励安放在后面的声放大器、即其隔膜。

为了放大声强，有利的是，声放大器可以借助于控制单元、尤其是在之前由控制单元确定的第二时刻被激励为使得借助于其可以生成叠加波，使得从起始波和叠加波中可以生成具有与起始波相比更高幅度的所得到的波。就此而言还有利的是，在相应激励声放大器的情况下可以将其隔膜和/或用于生成叠加波的所分配的隔膜区域移动到导声通道中。

还有利的是，借助于控制单元在第二时刻，声生成器的隔膜仍然保持被压入到导声通道中，使得避免在声放大器偏转时空气在声生成器的方向上被压回。由此，可以有利地提高在声出口的方向上运动的空气体积。

在本发明的一个有利的改进方案中，MEMS扬声器装置具有第二声放大器。由此可以进一步放大已经由第一声放大器放大的声波。就此而言尤其有利的是，将第二声放大器在声出口的方向安放在第一声放大器之后。由此，第二声放大器可以对由第一声放大器放大的声波造成影响。

有利的是，借助于控制器单元在尤其是由其确定的第三时刻可以将声生成器激励为使得其隔膜再次可以被移动到静止位置处。附加地或可替代地还有利的是，第二声放大器的隔膜为了生成第二叠加波而可以被移动到导声通道中，使得从所得到的第一波和第二叠加波中可以生成所得到的第二波，该第二波具有与所得到的第一波相比更高的幅度。为了实现阻塞效果，在第三时刻，第一声放大器优选地保持被激励。

为了时间相长干涉，有利的是，起始波、所述至少一个叠加波和所述至少一个所得到的波具有相同频率。

还提出了根据前述描述的一种用于运行MEMS扬声器装置，其中所列举的方法特征可以单独地或以任意组合存在。

附图说明

本发明的另外的优点在下面的实施例中予以描述。附图：

图1示出了MEMS扬声器装置的纵截面图，其具有一个被构造成声生成器的MEMS扬声器和两个被构造成声放大器的MEMS扬声器。

图2a-2c示出了在图1中示出的用于提高最大声强的MEMS扬声器装置。

具体实施方式

图1示出了MEMS扬声器装置1，借助于该MEMS扬声器装置1，可以生成可听波长谱中的声波。其包括壳体2，该壳体2优选地至少部分由硅制成。在壳体2的内部布置有多个MEMS扬声器3，为保持清楚性，给它们之中的仅仅一个配备了附图标记。

壳体2优选地被构造成由多部分构成的，以便促进MEMS扬声器3的安装。就此而言，例如可以设想，壳体2具有尤其是由硅制成的壳体中间部分和/或壳体框，在其中以形状配合、力配合和/或粘接牢固方式固定MEMS扬声器3。为了提供闭合的壳体空间，壳体中间部分和/或壳体框可以在其上侧和/或下侧利用盖板被封闭。为了能够避免对所述至少一个盖板的声激励，有利的是，该盖板由于壳体中间部分和/或壳体框相比刚性更大的材料、尤其是金属、陶瓷和/或复合材料制成。

根据图1中所示的实施例，MEMS扬声器装置13总共具有三个MEMS扬声器3，其中同样也可以设想具有仅仅两个或多于三个MEMS扬声器3的变型方案。从图1中可以看出，这些MEMS扬声器3被构造成单独的组件。这样，这些MEMS扬声器3中的每个都包括尤其是由硅制成的载体框4。该载体框4将隔膜5容纳为使得该隔膜5可以由于电激励沿着隔膜偏转轴6偏转。MEMS扬声器3全部在相同频率范围中工作。但是它们可以与本示例性图示相反具有不同大小的隔膜面。此外，MEMS扬声器3也可以具有可不同程度地彼此偏转的隔膜5。

还可以设想，至少两个MEMS扬声器3不是如图1中所示那样被构造成单独的组件，而是被构造成单个组件。在这种情况下，MEMS扬声器具有共同的隔膜，其中给这些扬声器中的每个都分配有可单独激励和/或彼此振动去耦合的隔膜区域。

MEMS扬声器3根据本实施例并排布置。其隔膜5因此可以在相同方向上偏转。此外，MEMS扬声器3彼此具有等距的距离。其相应隔膜偏转轴6——为保持清楚性仅仅示出了它们之中的一个——被定向为彼此平行。此外，MEMS扬声器3在壳体2的内部被布置为使得其相应隔膜偏转轴6被定向为垂直于壳体2的纵轴7。

MEMS扬声器3具有共同的导声通道8。该导声通道8根据本实施例平行于壳体2的纵轴7延伸。导声通道8被构造为直线形和/或被定向为平行于纵轴7。此外，导声通道8优选地被构造为基本上方形的。其因此具有平坦地在纵向上延伸的侧壁。此外，导声通道8在其整个长度上具有恒定的高度和/或宽度。

MEMS扬声器3沿着导声通道彼此相继布置。MEMS扬声器3的隔膜偏转轴6因此横向于共同的导声通道8延伸。

从图1中示出的实施例中可以看出，MEMS扬声器3具有共同的腔体9。腔体9布置在MEMS扬声器3的背向导声通道8的侧。腔体9至少部分地由壳体空腔构成。共同的腔体9、尤其是壳体空腔优选地被构造成正方体，和/或在壳体2的纵向上延伸得超出所有MEMS扬声器3。腔体9被定向为平行于导声通道8。

壳体2示具有声出口10。声出口10布置在共同的导声通道8的端部处，使得所有MEMS扬声器3共享共同的声出口10。根据本实施例，共同的声出口10布置在基本上方形的壳体的端面11处。

根据前面的描述，MEMS扬声器3因此被布置为分布在共同的导声通道8的长度上，使得它们与共同的声出口10具有不同长的导声通道片段。这样，导声通道8处于根据绘图处于左边的MEMS扬声器3与声出口10之间的片段大于导声通道8处于中间和/或右边MEMS扬声器3与共同的声出口10之间的片段。由左边的MEMS扬声器3生成的声波因此必须与其它MEMS扬声器3相比经过导声通道8中的更长的区段，以便达到共同的声出口10。

MEMS扬声器3可以通过在此未示出的控制单元被激励为由尤其是与同声出口10相距最远的第一MEMS扬声器3生成的声波由布置在其之后的MEMS扬声器3来放大。因此，MEMS扬声器装置1具有至少一个尤其是被构造成声生成器12和声放大器13、14的MEMS扬声器3。根据图1中所示的实施例，具有最长导声通道片段的MEMS扬声器3——即根据绘图处于左边的MEMS扬声器3——被构造成声生成器12。连接在这些声生成器12之后的MEMS扬声器3因此被构造成声放大器13、14。在下面，与声生成器12相邻的MEMS扬声器3被称为第一声放大器13，并且连接在第一声放大器13之后的MEMS扬声器3被称为第二声放大器14。

MEMS扬声器装置1的用于提高最大声强的作用方式在图2a、2b和2c中予以阐释。因此，根据图2a，在第一时刻，声生成器12被激励，由此生成下面被称为起始波15的声波。为了生成起始波15，因此声生成器12的隔膜5被移动到导声通道8中，由此在声出口10的方向上排除一定空气体积。不言自明的是，在图2a至2c中示意性示出的声波既不在其尺度方面、也不在其轮廓方面对应于在实际中生成的声波。

在此未示出的控制单元知道关于共同的导声通道8和/或MEMS扬声器3的空间和/或本体构造的多个参数。控制单元因此能够尤其是根据第一时刻和/或声生成器12与声放大器13之间的声通道长度确定第二时刻以用于激励连接在声生成器12之后的第一声放大器13。

该第二时刻根据图2b由控制单元选择为使得由第一声放大器13生成的第一叠加波16与起始波15叠加。控制单元因此能够将第一声放大器13激励为使得生成相长干涉。因此，起始波15的幅度通过第一叠加波16被提高。由此，生成了所得到的第一波17，该第一波17与起始波15相比具有更高幅度。所得到的第一波17的幅度在此对应于起始波15和第一叠加波16之和。

在图2b中能够辨认，至少在第一声放大器13偏转期间，声生成器12也被偏转。由此可以避免，空气在声放大器13偏转时再次被压向声生成器12的方向。相反，仍然被激励的声生成器12的隔膜5形成空间阻塞体，由此保证，在第一声放大器13偏转时，尽可能多的空气被压向共同的声出口10的方向。

根据图2c，该所得到的第一波17可以又一次通过安放在第一声放大器13之后的第二声放大器14被放大。为此，控制单元以类似方式确定第三时刻，在该第三时刻将激励第二声放大器14。为了确定该第三时刻，控制单元至少知道导声通道8在两个声放大器13、14之间的长度。根据图2c，为了附加地放大所得到的第一波17，将第二叠加波18与该第一波17叠加，由此生成所得到的第二波19。

类似于前面的描述，在该第二次放大时，在第二声放大器14偏转期间，第一声放大器13也被激励，使得其隔膜充当阻塞体。因此，空气不能重新流入到导声通道8中，而是被压向声出口10方向。

同时，从图2c中可以看出，声生成器12再次移动到其初始位置，其中这由于共同的腔体9和经偏转的声放大器13、14而可以以减小的力来进行。

本发明不限于所示出和所描述的实施例。在权利要求书的范围内的改动同样是可能的、比如特征的组合，即使它们是在不同的实施例示出和描述的。

附图标记列表

1 MEMS扬声器装置

2 壳体

3 MEMS扬声器

4 载体框

5 隔膜

6 隔膜偏转轴

7 纵轴

8 导声通道

9 腔体

10 声出口

11 端面

12 声生成器

13 第一声放大器

14 第二声放大器

15 起始波

16 第一叠加波

17 所得到的第一波

18 第二叠加波

19 所得到的第二波