隨著聲學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）成為移動(dòng)應(yīng)用麥克風(fēng)領(lǐng)域的最新以及最普遍的技術(shù)，大家對(duì)使用MEMS技術(shù)替代傳統(tǒng)的動(dòng)圈微型揚(yáng)聲器越來(lái)越感興趣。
不過(guò)目前MEMS揚(yáng)聲器并未開始大規(guī)模使用，原因在于目前大部分MEMS揚(yáng)聲器聲壓級(jí)SPL還不夠，或者部分能達(dá)到較高聲壓級(jí)的MEMS揚(yáng)聲器的制造工藝復(fù)雜而且昂貴。
介紹一種新型的壓電微機(jī)電揚(yáng)聲器�；谕牡匿嗏佀徙U壓電陶瓷（PZT）的內(nèi)外兩分頻集成MEMS揚(yáng)聲器。
和之前介紹過(guò)的壓電MEMS入耳式耳機(jī)的單元類似，沒有封閉的膜片，以提高壓電片位移，改善聲學(xué)性能，以及提高電聲轉(zhuǎn)換效率，還便于生產(chǎn)制造。
壓電MEMS入耳式耳機(jī)的設(shè)計(jì)與電聲分析
下圖是我復(fù)現(xiàn)的壓電MEMS入耳式耳機(jī)的有限元仿真結(jié)果，其中的膜片振動(dòng)情況，以及仿真得到的1V激勵(lì)時(shí)未加EQ，耳膜處的頻響曲線。
通過(guò)有限元分析研究表明，在30V激勵(lì)下工作的1cm² 尺寸的產(chǎn)品，測(cè)試距離10cm，在500Hz處聲壓級(jí)超過(guò)79dB，800Hz以上的頻率聲壓級(jí)可以做到89dB。
已使用MEMS技術(shù)制造了第一批揚(yáng)聲器的原型樣品。
產(chǎn)品的截面圖
產(chǎn)品的俯視圖
使用15μm厚的多晶硅+2μm厚的PZT，激勵(lì)電壓30V，產(chǎn)品面積10*10mm² 。
進(jìn)行有限元仿真，位移可以達(dá)到0.4mm。
100Hz的橫截面位移分布
對(duì)比不同片的間隙，5μm和25μm的速度場(chǎng)分布
對(duì)于5μm的小間隙，其導(dǎo)致的輕微泄漏，對(duì)整體流動(dòng)行為的影響可忽略不計(jì)
。而如果間隙尺寸為25μm，則會(huì)導(dǎo)致明顯的聲損耗。
另外間隙過(guò)大時(shí)還需要考慮前后腔體的聲短路影響。針對(duì)其中的高音揚(yáng)聲器，仿真對(duì)比不同間隙的頻率響應(yīng)曲線。驅(qū)動(dòng)電壓30V，尺寸4*4mm²。
和預(yù)期的類似，如果間隙大于25μm，低于5 kHz的聲損耗顯著提升，導(dǎo)致SPL急劇下降。然而，對(duì)于小于10μm的間隙，由于聲短路幾乎消失，這意味著驅(qū)動(dòng)器在聲學(xué)上表現(xiàn)得像一個(gè)封閉的膜。
下圖時(shí)30V激勵(lì)電壓，且未做EQ處理時(shí)，仿真得到的低音、高音、整體的頻響曲線。可以從800Hz到20kHz實(shí)現(xiàn)>89dB的聲壓級(jí)。
使用硅MEMS技術(shù)制作了上面描述的揚(yáng)聲器樣品。
制作工藝流程
最終成品照片，還挺精致漂亮
使用掃描電子顯微鏡檢查細(xì)節(jié)，高音間隙9μm
由于MEMS揚(yáng)聲器的高能效，可制造性以及可擴(kuò)展性等其他優(yōu)勢(shì)，在包括可穿戴設(shè)備在內(nèi)的廣泛移動(dòng)應(yīng)用中顯示出巨大潛力。未來(lái)可期。
大家也要多儲(chǔ)備相關(guān)的知識(shí)和技能�？赡軐⒂瓉�(lái)一個(gè)新的時(shí)代變革。
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