CN111954138B - 一种带音梁及音隧的全频段硅麦 - Google Patents

Abstract

一种带音梁及音隧的全频段硅麦，包括传感器、音腔和电路板；传感器包括振膜和硅背极板；振膜上设有音梁组件，包括多个弧状音梁构件，各弧状音梁构件排列成环状，且相邻两弧状音梁构件之间形成间隙；振膜于设有音梁组件的表面上还形成有环形区域并设有至少两条辐射沟槽；各辐射沟槽呈放射状均匀排布，将位于音梁组件外侧的振膜表面等分成多块共振区；辐射沟槽与两弧状音梁构件之间的间隙一一对位穿设，且各辐射沟槽的内端均连通环形区域；辐射沟槽凹设于振膜的表面形成音隧。本发明将振膜由以往的自由振动模式改变为现在的规范振动模式，从振动、共鸣的角度解决了硅麦无法有效谐振全频段声音细节的问题，构成硅麦能够在全频段有效谐振，达到高保真的效果。

Description

一种带音梁及音隧的全频段硅麦

技术领域

本发明涉及硅麦克风，具体涉及一种带音梁及音隧的全频段硅麦。

背景技术

硅麦克风又称MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)麦克风，是基于MEMS技术制造的麦克风。由于其在小型化、性能、可靠性、环境耐受性、成本及量产能力上与ECM比都有相当优势，迅速占领手机、耳机、PDA、MP3及助听器等消费电子产品市场。

硅麦克风由MEMS传感器、ASIC芯片、音腔和具有RF抑制电路的电路板组成。MEMS传感器是一个由振膜和硅背极板构成的微型电容器，能将声压变化转化为电容变化，然后由ASIC芯片降电容变化转化为电信号，实现“声—电”转换。

传统的硅麦克风普遍存在的问题是：

硅麦克风的振膜在接收外界声源发出的声波时，由于它存在一个固有的谐振频率，若超出谐振频率区域的一定范围后，高音区、低音区存在无法有效谐振的问题，导致其接收的声音经“声—电”转换，再经“电—声”还原后的音质存在高音区亮不出来，低音区浑厚圆润不够的问题，进而导致声音的保真度欠佳。究其原因主要是目前的振膜无法满足从高音区到低音区之间良好的宽频振动，即不能同时适应高音区、中音区和低音区较宽频率变化共鸣和振动，因此在接收声音时无法收集全频段的全部声音细节。总结，传统的硅麦其结构设计不合理，不利于振膜发挥从高音区到低音区之间良好声波振动。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种带音梁及音隧的全频段硅麦。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种带音梁及音隧的全频段硅麦，包括传感器、音腔和电路板；所述传感器位于所述音腔中，传感器包括振膜和硅背极板；

其中，所述振膜上设有音梁组件，所述音梁组件固设于振膜的至少一侧表面，并将振膜的中部界定出一中心区域；所述音梁组件包括多个弧状音梁构件，各所述弧状音梁构件围绕振膜水平方向的中心排列成环状，且相邻两所述弧状音梁构件之间形成一间隙；

所述振膜于设有音梁组件的同一表面上还形成有一环形区域并设有至少两条辐射沟槽；所述环形区域环绕所述中心区域设置，并位于音梁组件与中心区域之间；各所述辐射沟槽以振膜水平方向的中心为基准呈放射状均匀排布，进而将位于所述音梁组件外侧的振膜表面等分成多块共振区；所述辐射沟槽与两弧状音梁构件之间的所述间隙一一对位配合，辐射沟槽穿设于所述间隙中，且各辐射沟槽的内端均连通所述环形区域；

其中，所述辐射沟槽凹设于所述振膜的表面形成音隧。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，“所述环形区域环绕所述中心区域设置，并位于音梁组件与中心区域之间”，借此设计，可有助于环形区域对振膜的中心区域的振动起到汇集的作用。所述环形区域可以是环形沟槽。

2．上述方案中，“各所述辐射沟槽以振膜水平方向的中心为基准呈放射状均匀排布”，有助于将中心区域的振动通过辐射沟槽形成的放射状音隧（即声音的隧道）迅速向振膜的四周传递。

3．上述方案中，所述振膜从发音频段区分为外段的高音区、中段的中音区以及内段的低音区；所述音梁组件位于所述低音区；其中，所述振膜壁厚由外至内逐渐增厚，构成低音区的壁厚大于中音区的壁厚，中音区的壁厚大于高音区的壁厚。

借此设计，通过将较厚的低音区设置于接近中心的位置，可使得振膜的低音区更容易与频率较低、振幅较大的低频振动产生谐振，使得还原后的声音发出更为浑厚、圆润的低音；通过将较薄的高音区设置于远离中心的位置，可使得振膜的高音区更容易与频率较高、振幅较小的高频振动产生谐振，使得还原后的声音发出更为通透、明亮的高音，进而令硅麦能够在全频段有效谐振，使得还原后的声音产生的音色、音质均得到有效提升，达到高保真的效果。

4．上述方案中，所述辐射沟槽穿设于所述间隙中。借此设计，有利于通过音隧传递振动，从而更有利于提升振膜的振动响应速率。

5．上述方案中，当所述振膜水平时，所述音梁组件的上下方向的中心线与振膜的上下方向的中心线重叠，以提升音质、音色。

5．上述方案中，所述环形区域为环形沟槽。

6．上述方案中，各所述辐射沟槽以及所述环形沟槽均为弧形槽，可以使得振膜在厚度上尽量减少厚薄突变，避免影响振膜的共鸣和振动。

7．上述方案中，所述辐射沟槽的外端与振膜的表面之间均设置有圆滑过渡面。

本发明的工作原理及优点如下：

本发明一种带音梁及音隧的全频段硅麦，包括传感器、音腔和电路板；传感器包括振膜和硅背极板；振膜上设有音梁组件，固设于振膜的至少一侧表面，并将振膜的中部界定出中心区域；音梁组件包括多个弧状音梁构件，各弧状音梁构件排列成环状，且相邻两弧状音梁构件之间形成间隙；振膜于设有音梁组件的表面上还形成有环形区域并设有至少两条辐射沟槽；环形区域环绕中心区域设置，各辐射沟槽呈放射状均匀排布，将位于音梁组件外侧的振膜表面等分成多块共振区；辐射沟槽与两弧状音梁构件之间的间隙一一对位穿设，且各辐射沟槽的内端均连通环形区域；辐射沟槽凹设于振膜的表面形成音隧。

相比现有技术而言，为了解决现有硅麦接收声音时无法兼顾高、中、低音区同时具备良好共鸣谐振的问题，本发明对现有硅麦，特别是硅麦内的振膜设计进行了改进。具体体现在以下几个方面：第一，在振膜表面架设音梁组件；第二，在振膜表面开设放射状沟槽，该放射状沟槽在振膜的表面形成放射状音隧。

本发明针对现有硅麦接收声音后还原出来的声音高音区亮不出来，而低音区浑厚圆润不够的问题，对硅麦的设计及振动机理进行了深入探讨和研究，找出了现有硅麦接收高音区和低音区的振动不佳的主要原因是由于振膜设计不合理所致。据此，发明人打破了以往硅麦组成设计的束缚，大胆提出了本发明的改进设计方案，这种改进设计方案将振膜由以往的自由振动模式改变为现在的规范振动模式，从振动、共鸣的角度解决了硅麦接收声音时无法有效谐振全频段声音细节，导致还原后的声音高音区亮不出来，而低音区浑厚圆润不够的问题。实践证明该改进设计方案具有突出的实质性特点和显著的技术进步，并且获得了明显的技术效果。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有硅麦的振膜相比具有以下优点和效果：

1.本发明在振膜的表面设置音梁组件，由于低音相对高音振幅大、频率低，低音共鸣集中在振膜靠近中央的区域，高音共鸣集中在振膜的四周边缘区域，加强振膜中央区域强度，对提高高保真度的低音音色和音质起到了重要作用。由于振膜的厚度为中央区域厚而四周薄的厚度渐变构造（即外薄内厚），加强了振膜中央区域强度，相对而言也改变了振膜中央区域与四周边缘区域厚薄差，对提高高保真度的高音音色和音质也可起到有益作用。

2.本发明在振膜表面上开设有放射状沟槽，该放射状沟槽在振膜上实际形成放射状音隧，振膜接收到振动后通过放射状音隧（即声音的隧道）迅速向振膜的四周边缘传递，这对改善高音区的谐振起到了关键作用，可以更好地接收声音的高音频段细节。

3.本发明将音梁设计成音梁组件，特别是两弧状音梁构件之间设计有间隙，因此通过间隙更有利于通过音隧传递振动，以更有利于振膜的共鸣和快速振动响应。

4. 本发明通过音梁组件及放射状沟槽的设计，在振膜上等分出与沟槽数量相同的N块共振区。当硅麦工作时振动先传递到振膜中心区域，然后通过音隧传递至各共振区，并产生共鸣和振动，以此将外部声源的振动放大为振膜的共鸣。每个共振区可产生一个声波量，加上一个原声波量，共计N+1个声波量。声波量即声波的数量，声波量直接影响振膜的音色和音质。因此本发明设计能够明显改善高音区和低音区的音色和音质。

5. 本发明音梁组件以及沟槽可设于振膜的上表面，也可设于振膜的下表面，还可同时设置于振膜的上、下两表面。

附图说明

附图1为本发明硅麦结构示意图（进音孔位于上侧）；

附图2为本发明硅麦结构示意图（进音孔位于下侧）；

附图3为本发明实施例中振膜的结构示意图；

附图4为图3的俯视图；

附图5为本发明实施例音梁组件设于振膜上表面时的示意图；

附图6为本发明实施例音梁组件同时设于振膜上下表面时的示意图。

以上附图中：1．音腔；2．电路板；3．振膜；4．音梁组件；4a．弧状音梁构件；5．壳体；6．进音孔；7．中心区域；8．环形区域；9．辐射沟槽；10．共振区；11．硅背极板；12．间隙。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。

关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。

关于本文中所使用的“上”、“下”为方向性用词，在本案中仅为说明各结构之间位置关系，并非用以限定本案保护方案及实际实施时的具体方向。

参见附图1~4所示，一种带音梁及音隧的全频段硅麦，包括MEMS传感器、音腔1和具有RF抑制电路的电路板2；所述MEMS传感器位于所述音腔1中，MEMS传感器包括振膜3和硅背极板11；两者间隔设置，且硅背极板11对应硅麦壳体5上的一进音孔6设置。

其中，所述振膜3上设有音梁组件4，所述音梁组件4固设于振膜3的下表面，并将振膜3的中部界定出一中心区域7；所述音梁组件4包括多个弧状音梁构件4a，各所述弧状音梁构件4a围绕振膜水平方向的中心排列成环状，且相邻两所述弧状音梁构件4a之间形成一间隙12。

所述振膜3的下表面上还形成有一环形区域8并设有至少两条辐射沟槽9；所述辐射沟槽9凹设于所述振膜3的表面形成音隧。

所述环形区域8环绕所述中心区域7设置，并位于音梁组件4与中心区域7之间，借此设计，可有助于环形区域8对振膜3的中心区域的振动起到汇集的作用。所述环形区域8可以是环形沟槽。

各所述辐射沟槽9以振膜3水平方向的中心为基准呈放射状均匀排布，有助于将中心区域7的振动通过辐射沟槽9形成的放射状音隧（即声音的隧道）迅速向振膜3的四周传递。同时将位于所述音梁组件4外侧的振膜3表面等分成多块共振区10，所述辐射沟槽9与两弧状音梁构件4a之间的所述间隙12一一对位配合，辐射沟槽9穿设于所述间隙12中，且各辐射沟槽9的内端均连通所述环形区域8。

通过在振膜3的下表面上设置音梁组件7，由于低音相对高音振幅大、频率低，低音共鸣集中在振膜3靠近中央的区域，高音共鸣集中在振膜3的四周边缘区域，加强振膜3中央区域强度，对提高高保真度的低音音色和音质起到了重要作用。由于振膜3的厚度为中央区域厚而四周薄的厚度渐变构造（即外薄内厚的设计），加强了振膜3中央区域强度，相对而言也改变了振膜3中央区域与四周边缘区域厚薄差，对提高高保真度的高音音色和音质也可起到有益作用。

通过在振膜3的下表面上开设放射状辐射沟槽9，该辐射沟槽9在振膜3的表面实际形成放射状音隧，通过环形区域8对振动进行汇集，再通过放射状音隧（即声音的隧道）迅速向振膜3的四周边缘传递，同时通过在振膜3上等分出四块共振区10，振动可通过音隧传递至这四个共振区10，并产生谐振，可明显改善低音区和高音区的音色。

优选的，所述振膜3从发音频段区分为外段的高音区、中段的中音区以及内段的低音区。其中，所述振膜3壁厚由外至内逐渐增厚，构成低音区的壁厚大于中音区的壁厚，中音区的壁厚大于高音区的壁厚；所述音梁组件4位于所述低音区，可提升振膜3的中部载荷。

借此设计，通过将较厚的低音区设置于接近中心的位置，可使得振膜3的低音区更容易与频率较低、振幅较大的低频振动产生谐振，使得还原后的声音发出更为浑厚、圆润的低音；而通过将较薄的高音区设置于远离中心的位置，可使得振膜3的高音区更容易与频率较高、振幅较小的高频振动产生谐振，使得还原后的声音发出更为通透、明亮的高音，进而令硅麦能够在全频段有效谐振，使得还原后的声音产生的音色、音质均得到有效提升，达到高保真的效果。

其中，两所述弧状音梁构件4a之间设计有间隙12，所述辐射沟槽9穿设于所述间隙12中。借此设计，有利于通过音隧传递振动，从而更有利于提升振膜3的振动响应速率。

优选的，当所述振膜3水平时，所述音梁组件4的上下方向的中心线与振膜3的上下方向的中心线重叠。

优选的，所述环形沟槽和各所述辐射沟槽9均为弧形槽，可以使得振膜3在厚度上尽量减少厚薄突变，避免影响振膜3的共鸣和振动。

其中，所述辐射沟槽9的外端与振膜3的下表面之间均设置有圆滑过渡面。以便振动更为均匀地传递至振膜3的周部。

下面针对本发明的其他实施情况以及结构变化作如下说明：

1.以上实施例中，图示的硅麦仅作为举例说明之用，其结构并非用以限定本发明的保护范围，其它类似结构的硅麦若采用了本发明的技术特征都应涵盖在本发明的保护范围之内。

2.以上实施例中，所述音梁组件4的数量并不局限于一组，也可以是多组并列或其他有助于加强振膜3中部载荷的设计，这是本领域技术人员容易理解和接受的。

3.以上实施例中，所述音梁组件4、所述环形区域8以及所述辐射沟槽9可位于振膜3的下表面（如图4所示），也可位于振膜3的上表面（如图5所示），还可同时设置于振膜3的上、下两表面（如图6所示）。

4.以上实施例中，所述环形沟槽和所述辐射沟槽9为弧形槽。但本发明不局限于此，可以将环形沟槽和辐射沟槽9设计成其它形状，比如V形、U形、W形等凹形结构。这是本领域技术人员容易理解和接受的。

5.以上实施例中，所述振膜3可选用硅振膜（如单晶硅、多晶硅、氮化硅加电极），也可以是功能和效果与之相同或类似的其他材质振膜。

相比现有技术而言，为了解决现有硅麦接收声音时无法兼顾高、中、低音区同时具备良好共鸣音色的问题，本发明对现有硅麦，特别是硅麦内的振膜设计进行了改进。具体体现在以下几个方面：第一，在振膜表面架设音梁组件；第二，在振膜表面开设放射状沟槽，该放射状沟槽在振膜的表面形成放射状音隧。

本发明针对现有硅麦接收声音后还原出来的声音高音区亮不出来，而低音区浑厚圆润不够的问题，对硅麦的设计及发声机理进行了深入探讨和研究，找出了现有硅麦接收高音区和低音区的音色不佳的主要原因是由于振膜设计不合理所致。据此，发明人打破了以往硅麦组成设计的束缚，大胆提出了本发明的改进设计方案，这种改进设计方案将振膜由以往的自由振动模式改变为现在的规范振动模式，从振动、共鸣的角度解决了硅麦接收声音后还原出来的声音高音区亮不出来，而低音区浑厚圆润不够的问题，提高了各频段声音的保真度，实践证明该改进设计方案具有突出的实质性特点和显著的技术进步，并且获得了明显的技术效果。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种带音梁及音隧的全频段硅麦，其特征在于：

包括传感器、音腔（1）和电路板（2）；所述传感器位于所述音腔（1）中，传感器包括振膜（3）和硅背极板（11）；

其中，所述振膜（3）上设有音梁组件（4），所述音梁组件（4）固设于振膜（3）的至少一侧表面，并将振膜（3）的中部界定出一中心区域（7）；所述音梁组件（4）包括多个弧状音梁构件（4a），各所述弧状音梁构件（4a）围绕振膜水平方向的中心排列成环状，且相邻两所述弧状音梁构件（4a）之间形成一间隙（12）；

所述振膜（3）于设有音梁组件（4）的同一表面上还形成有一环形区域（8）并设有至少两条辐射沟槽（9）；所述环形区域（8）环绕所述中心区域（7）设置，并位于音梁组件（4）与中心区域（7）之间；各所述辐射沟槽（9）以振膜（3）水平方向的中心为基准呈放射状均匀排布，进而将位于所述音梁组件（4）外侧的振膜（3）表面等分成多块共振区（10）；所述辐射沟槽（9）与两弧状音梁构件（4a）之间的所述间隙（12）一一对位配合，辐射沟槽（9）穿设于所述间隙（12）中，且各辐射沟槽（9）的内端均连通所述环形区域（8）；

其中，所述辐射沟槽（9）凹设于所述振膜（3）的表面形成音隧。

2.根据权利要求1所述的带音梁及音隧的全频段硅麦，其特征在于：所述振膜（3）从发音频段区分为外段的高音区、中段的中音区以及内段的低音区；

所述振膜（3）壁厚由外至内逐渐增厚，构成低音区的壁厚大于中音区的壁厚，中音区的壁厚大于高音区的壁厚；

所述音梁组件（4）位于所述低音区。

3.根据权利要求1所述的带音梁及音隧的全频段硅麦，其特征在于：当所述振膜（3）水平时，所述音梁组件（4）的上下方向的中心线与振膜（3）的上下方向的中心线重叠。

4.根据权利要求1所述的带音梁及音隧的全频段硅麦，其特征在于：所述环形区域（8）为环形沟槽。

5.根据权利要求4所述的带音梁及音隧的全频段硅麦，其特征在于：各所述辐射沟槽（9）以及所述环形沟槽均为弧形槽。

6.根据权利要求1所述的带音梁及音隧的全频段硅麦，其特征在于：所述辐射沟槽（9）的外端与振膜（3）的表面之间均设置有圆滑过渡面。