聲音再現系統(tǒng)與用于操作及制造聲換能器的方法
【技術領域】
[0001] 本文公開的涉及聲換能器，更具體的講，涉及具有交叉指型第一組梳齒和第二組 梳齒的聲換能器、聲換能器陣列、能諧振激勵的聲換能器、聲音再現系統(tǒng)、用于操作聲換能 器的方法以及用于制造聲換能器的方法。
【背景技術】
[0002] 微型揚聲器為小型聲換能器，并且一些微型揚聲器可以使用半導體技術制造，使 得微型揚聲器各個部分為半導體材料或者適合于面向半導體制造工藝的材料。微型揚聲器 通常需要產生高空氣容積排量，以獲得顯著聲壓級。
[0003] 對于微型揚聲器的膜致動，存在幾個選擇。一些微型揚聲器器件利用壓電致動器 或者平行板式靜電致動器。另一個方法是使用在兩個平面中的靜電梳狀驅動結構（即，梳 狀驅動結構的第一部分設置于第一平面中，梳狀驅動結構的第二部分設置于第二平面中） 來垂直于平面致動膜。
[0004] 合適數字微型揚聲器的設計面臨高頻率致動和低功率致動之間的折衷?？赡茉谄?件（即膜和彈簧）的機械設計中尋求這種折衷。正在努力設計快速（高諧振頻率）且同時 足夠彈性（低諧振頻率）的致動器，以允許以低功率的高致動。

【發(fā)明內容】

[0005] 本文公開的實施方式涉及聲換能器，在一些實施方式中，涉及具有相互交叉的第 一組梳齒和第二組梳齒的聲換能器。本文公開的一些實施方式涉及聲換能器陣列。本文公 開的一些實施方式涉及能諧振激勵的聲換能器。本文公開的一些實施方式涉及聲音再現系 統(tǒng)。本文公開的一些實施方式涉及用于操作聲換能器的方法。本文公開的一些實施方式涉 及用于制造聲換能器的方法。
[0006] 根據本文公開的一個方面，聲換能器包括基板、本體、第一組梳齒和第二組梳齒。 基板具有第一表面和第二表面，第一表面界定第一平面。此外，基板具有腔，腔具有內周緣， 腔從第一表面延伸。本體具有外周緣。本體平行于第一平面且至少部分覆蓋腔。本體通過 至少一個彈性鉸鏈連接至基板。第一組梳齒安裝至基板且連接至第一電連接件。第二組梳 齒安裝至本體且延伸超過本體外周緣。第二組梳齒連接至與第一電連接件隔離的第二電連 接件。第一組梳齒和第二組梳齒相互交叉且被配置為在與第一平面垂直的方向上產生驅動 本體的靜電力。本體和所述至少一個彈性鉸鏈被配置為用于通過靜電力的諧振激勵或者近 諧振激勵。
[0007] 根據本文公開的另一個方面，聲換能器陣列包括具有第一表面和第二表面的基 板，第一表面界定第一平面。各聲換能器包括具有外周緣的本體。本體平行于第一平面且至 少部分阻斷基板中多個腔之一。各腔具有內周緣，并且本體通過至少一個彈性鉸鏈連接至 基板。第一組梳齒安裝至基板，第一組梳齒連接至第一電連接件。第二組梳齒安裝至本體 且延伸超過本體外周緣，第二組梳齒連接至與第一電連接件隔離的第二電連接件。第一組 梳齒和第二組梳齒相互交叉，使得當本體運動時，第一組梳齒和第二組梳齒保持相對間距。 第一組梳齒和第二組梳齒被配置為在與第一平面垂直的方向上產生靜電驅動力。本體和所 述至少一個彈性鉸鏈被配置用于通過靜電力的諧振激勵或者近諧振激勵。聲換能器是數字 方式單獨或者逐組可控的，使得聲換能器陣列的總聲音信號由各單獨聲音信號組成，所述 單獨聲音信號由單獨或者逐組地控制的聲換能器產生。
[0008] 根據本文公開的另一個方面，能諧振激勵的聲換能器包括基板、機械諧振器結構 和交叉指型梳狀驅動器?；寰哂械谝槐砻婧偷诙砻?，第一表面界定第一平面?；寰?有腔，腔具有內周緣。腔從第一表面和第二表面中的至少一個延伸。機械諧振器結構至少 部分阻斷腔。機械諧振器結構通過至少一個彈性鉸鏈連接至基板且被配置為大體上在機械 諧振器結構的諧振頻率處引起腔內流體移位。交叉指型梳狀驅動器設置在基板和機械諧振 器結構之間的間隙處，且被配置為產生靜電力以引起機械諧振器結構諧振激勵或者近諧振 激勵。
[0009] 根據本文公開的另一個方面，聲音再現系統(tǒng)包括靜電聲換能器和控制器。靜電聲 換能器包括膜結構和電極結構。控制器被配置為接收表示待再現聲音的輸入信號且產生針 對靜電聲換能器的控制信號?？刂破鞅慌渲脼榛谳斎胄盘柈a生調制信號，并且對具有大 體上在靜電聲換能器的諧振頻率處頻率的載波信號進行振幅調制。
[0010] 根據本文公開的另一個方面，用于操作聲換能器的方法包括：產生具有載波信號 頻率的載波信號；以及利用控制信號對載波信號進行振幅調制，所述控制信號是基于表示 待由聲換能器換能的聲音信號的輸入信號。振幅調制產生振幅調制載波信號。所述方法還 包括：將振幅調制載波信號施加于聲換能器的交叉指型梳狀驅動器。交叉指型梳狀驅動器 被配置為用于引起聲換能器的可移動本體的諧振或者近諧振激勵，以從而根據振幅調制載 波信號來移位與可移動本體相鄰的流體。載波信號頻率為大體上等于或者接近可移動本體 的諧振頻率。在聲換能器操作期間，振幅調制載波信號具有非零最小振幅，使得可移動本體 的諧振或者近諧振激勵被保持。
[0011] 根據本文公開的另一個方面，用于制造聲換能器的方法包括：提供具有第一表面 和第二表面的基板。第一表面界定第一平面且界定針對至少一個隔離溝槽的溝槽蝕刻掩 模。所述方法還包括：使用溝槽蝕刻掩模來蝕刻至少一個隔離溝槽；以及利用隔離材料重 新填充所述至少一個隔離溝槽。此外，所述方法包括：界定針對本體、將本體連接至基板的 至少一個彈性鉸鏈、與基板相關聯的第一組梳齒以及與本體相關聯的第二組梳齒中的至少 一個蝕刻掩模。第一組梳齒連接至第一電連接件，第二組梳齒連接至第二電連接件，第二電 連接件通過至少一個隔離溝槽與第一電連接件隔離。所述方法也包括：使用所述至少一個 蝕刻掩模同時蝕刻本體、彈性鉸鏈、第一組梳齒和第二組梳齒，使得本體從基板釋放。第一 組梳齒和第二組梳齒相互交叉。本體和所述至少一個彈性鉸鏈被配置為用于諧振或者近諧 振激勵。
【附圖說明】
[0012] 將使用附圖更詳細描述本文公開的實施方式，其中：
[0013] 圖1示出利用壓電膜致動原理的聲換能器的示意性截面；
[0014] 圖2示出利用平行板式靜電膜致動原理的聲換能器的示意性截面；
[0015] 圖3示出利用用于膜致動的靜電梳狀驅動器的聲換能器的示意性截面；
[0016] 圖4示出根據本文公開的實施方式的聲換能器的示意性截面；
[0017] 圖5示出根據本文公開的實施方式的聲換能器的示意性俯視圖；
[0018] 圖6示出根據本文公開的實施方式的聲換能器細節(jié)的示意性俯視圖；
[0019] 圖7A示出在靜止位置的根據本文公開的實施方式的聲換能器細節(jié)的示意性截 面；
[0020] 圖7B示出在致動狀態(tài)下的圖7A中所示的細節(jié)；
[0021] 圖8A示出在靜止位置的根據本文公開的實施方式的聲換能器細節(jié)的示意性透視 圖；
[0022] 圖8B示出在致動狀態(tài)下的圖8A中所示的細節(jié)；
[0023] 圖9示意性圖示電氣隔離的第一選項（option，選擇）；
[0024] 圖10示意性圖示電氣隔離的第二選項；
[0025] 圖11示出根據本文公開的實施方式的聲換能器細節(jié)的示意性俯視圖；
[0026] 圖12示出根據本文公開實施方式的用于操作聲換能器的方法的示意性流程圖；
[0027] 圖13示出根據本文公開的實施方式用于制造聲換能器的方法的示意性流程圖；
[0028] 圖14A示出以下圖14B至圖14H的圖例；
[0029] 圖14B至圖14H圖示根據本文公開的用于制造聲換能器的方法的各個階段；
[0030] 圖15示出根據本文公開的實施方式的聲換能器陣列的示意性截面和俯視圖；
[0031] 圖16示出根據本文公開的實施方式的聲音再現系統(tǒng)的示意性塊圖；
[0032] 圖17圖示由圖16聲音再現系統(tǒng)處理用于模擬聲音再現的兩個信號；
[0033] 圖18圖示由圖16聲音再現系統(tǒng)處理用于數字聲音再現的兩個信號；
[0034] 圖19圖示可用在圖16聲音再現系統(tǒng)中的反擴展器（de-expander)的輸入/輸出 特性；以及
[0035] 圖20A至圖20C圖示使用聲換能器陣列進行數字聲音重建的選項。
【具體實施方式】
[0036] 在詳細描述本發(fā)明實施方式之前，應當指出，相同或者功能等同元件具有相同參 考數字，并且不再重復描述具有相同參考數字的元件。此外，一些功能等同元件也可具有最 后兩個數字相同的類似參考數字。因此，除非另有說明，針對具有相同參考數字或者具有相 似參考數字的元件提供的描述可互換。
[0037] 在下文描述中，闡述多個細節(jié)以更詳盡說明本發(fā)明實施方式。然而，對于本領域技 術人員顯而易見的是，可在無需這些具體細節(jié)的情況下實行本發(fā)明實施方式。在其它情況 下，眾所周知的結構和器件以示意性截面圖或者俯視圖示出而不是詳細地示出，以避免混 淆本發(fā)明實施方式。此外，除非另有明確說明，下文中描述的不同實施方式的特征可與其它 實施方式的其它特征相組合。
[0038] 正如上文所述，對于微型揚聲器的膜致動，存在幾個選項，諸如壓電致動、平行板 式靜電致動、以及使用梳狀驅動器的靜電致動，在梳狀驅動器中膜側梳設置于與基板側梳 齒不同的另一個平面中（面外梳狀驅動器）。
[0039] 第一類型微型揚聲器設計利用致動的壓電材料。圖1示出使用壓電膜致動原理的 聲換能器的示意性截面。圖1所示聲換能器包括基板110、基板110內的腔112以及膜結構 120。膜結構120包括預極化壓電膜（壓電材料）124和另一個結構膜122。預極化壓電膜 124沉積于其它另一個結構