專利名稱：薄膜型傳聲器陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
薄膜型傳聲器陣列
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及傳聲器領(lǐng)域，尤其涉及一種薄膜型傳聲器陣列。背景技術(shù)：
在目標(biāo)語音的拾取過程中不可避免會受到外界環(huán)境噪聲和其他說話人的干擾。若干擾過強(qiáng)對收聽者而言會覺得刺耳乃至聽不清目標(biāo)語音。針對這種情況，通常采用增強(qiáng)語音、去除背景噪聲的方法來改善系統(tǒng)性能。目前語音增強(qiáng)的方法很多，根據(jù)使用傳聲器的數(shù)目可分為單傳聲器系統(tǒng)和傳聲器陣列系統(tǒng)。不少研究者提出了使用一個或兩個傳聲器來去除噪聲，但因?qū)嶋H噪聲的復(fù)雜性均不能達(dá)到滿意的消噪要求。而陣列信號處理采用廣義旁瓣對消思想，即用“電子瞄準(zhǔn)”的方式從聲源位置獲取較高品質(zhì)的語音信號同時(shí)抑制其他說話人的聲音及環(huán)境噪聲，具有很好的空間選擇性，由此傳聲器陣列明顯優(yōu)于具有高方向性的單傳聲器系統(tǒng)。傳聲器陣列通過對拾取的多路語音信號進(jìn)行分析與處理，使陣列形成的波束方向圖主瓣對準(zhǔn)目標(biāo)語音，“零點(diǎn)”指向干擾源以抑制干擾信號，從而盡可能地獲取目標(biāo)語音。其中波束方向及波束主瓣寬度與傳聲器的間距、數(shù)目、擺放位置、聲源入射角及采樣頻率緊密相關(guān)。波束的形成不僅消除了使用單個傳聲器時(shí)需人工調(diào)節(jié)傳聲器指向性的問題，而且使輸出語音的信噪比大幅提高，無需人工干預(yù)亦可獲得高質(zhì)量語音。若系統(tǒng)的算法精簡得當(dāng)，傳聲器陣列可用于許多場合，如視頻會議、機(jī)器人語音識別、車載語音系統(tǒng)、大型會場、助聽裝置等。傳統(tǒng)的傳聲器陣列需要2顆或2顆以上的指向性相同或不同的傳聲器。有2種信號處理方式1、基于數(shù)字信號處理。缺點(diǎn)是經(jīng)過軟件的算法，聲音有失真且成本較高。2、基于硬件處理，如遠(yuǎn)場噪聲抑制功能。此方案成本較低，易于實(shí)現(xiàn)，一般能抑制十幾dB的遠(yuǎn)場環(huán)境噪音。傳聲器陣列所使用的傳聲器，主要包括傳統(tǒng)的駐極體電容式傳聲器(ECM)和近年開發(fā)的硅傳聲器(也稱為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳聲器)。駐極體電容式傳聲器是由一片單面鍍金屬層的駐極體薄膜與一個有若干小孔的金屬電極(稱背極)構(gòu)成。駐極體面與背極相對，中間有一極小的空氣隙，這就形成了一個以空氣隙和駐極體作絕緣介質(zhì)，以背極和駐極體上的金屬層做兩個電極的電容器。電容器的兩極之間接的電阻是阻抗變換器的輸入電阻。由于駐極體上具有極化電荷，則在電容器的兩極之間存在電位差。當(dāng)聲波作用于駐極體薄膜時(shí)，振膜振動產(chǎn)生位移改變電容器的電容量，而電容量的改變使電容器的輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的交變電壓信號，從而實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換。硅傳聲器包含一層直接刻蝕在硅基片上的壓感振膜，在聲波的作用下振膜振動從而改變振膜與背極間的電壓，通過微機(jī)電系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸出。駐極體電容式傳聲器與硅傳聲器的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，零件需要精密加工，工藝要求十分嚴(yán)謹(jǐn)。對駐極體電容式傳聲器來說，需要較大的空氣共振腔，因此器件體積無法減小。對硅傳聲器來說，性價(jià)比有待提高，且封裝工藝、品質(zhì)問題等還亟待改善。
實(shí)用新型內(nèi)容基于此，有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本低廉的薄膜型傳聲器陣列。—種薄膜型傳聲器陣列，包括壓電駐極體薄膜及線路板組件，壓電駐極體薄膜為多孔聚合物薄膜，壓電駐極體薄膜兩側(cè)分別對應(yīng)設(shè)有電極陣列；線路板組件上設(shè)有傳聲器電路、以及與傳聲器電路電連接的線路板輸入端和線路板輸出端，線路板輸入端與壓電駐極體薄膜兩側(cè)的電極陣列電連接。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，傳聲器電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器及與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器電連接的編碼器。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，還包括固定在線路板組件上的連接器，連接器包括連接器輸入端及連接器輸出端，線路板輸入端包括第一線路板輸入端及第二線路板輸入端，第一線路板輸入端依次通過連接器輸出端、連接器輸入端與壓電駐極體薄膜一側(cè)的電極陣列電連接，第二線路板輸入端與壓電駐極體薄膜另一側(cè)的電極陣列對應(yīng)設(shè)置，第二線路板輸入端通過導(dǎo)電膠或錫膏與該側(cè)的電極陣列電連接。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，線路板組件固定在壓電駐極體薄膜一側(cè)，線路板輸入端包括第一線路板輸入端及第二線路板輸入端，第一線路板輸入端及第二線路板輸入端分別與壓電駐極體薄膜兩側(cè)的電極陣列電連接。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，還包括固定在壓電駐極體薄膜一側(cè)的連接器，連接器設(shè)有連接器輸出端、第一連接器輸入端及第二連接器輸入端，連接器輸出端與線路板輸入端電連接，第一連接器輸入端及第二連接器輸入端分別與壓電駐極體薄膜兩側(cè)的電極陣列電連接。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，連接器輸出端與線路板輸入端通過有線或無線信號電連接。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，線路板輸出端設(shè)有有線或無線信號發(fā)送裝置。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，壓電駐極體薄膜表面設(shè)有防水膜或防輻射膜。基于多孔聚合物薄膜的壓電駐極體具有壓電響應(yīng)大、質(zhì)量輕(克級)、厚度薄(微米級)、材料柔軟易于彎折、適應(yīng)各種環(huán)境(耐腐蝕、防水)、無毒無害環(huán)保、成本低廉(聚合物膜產(chǎn)量非常大)等優(yōu)點(diǎn)。對于該薄膜型傳聲器陣列來說，利用壓電效應(yīng)，壓電薄膜本身就能完成聲電轉(zhuǎn)換，無需空氣共振腔，大大減小了器件的體積。儲存在薄膜內(nèi)部孔洞界面上的電荷穩(wěn)定、不易丟失，使得薄膜型傳聲器陣列的聲電轉(zhuǎn)換性能穩(wěn)定。零件數(shù)目減少，制造工藝簡單，可靠性增強(qiáng)，成本下降。薄膜型傳聲器陣列具有頻率響應(yīng)寬而平、諧波失真低、截止頻率高等優(yōu)點(diǎn)。

圖1為實(shí)施例1壓電駐極體薄膜俯視圖；圖2為圖1中壓電駐極體薄膜的剖視圖；圖3為實(shí)施例1的線路板組件及連接器的俯視圖；圖4為圖3中線路板組件及連接器的剖視圖；圖5為壓電駐極體薄膜與線路板組件、連接器的組合示意圖；圖6為實(shí)施例2的壓電駐極體薄膜與線路板組件的俯視圖；[0022]圖7為圖6中壓電駐極體薄膜與線路板組件的剖視圖；圖8為實(shí)施例3的壓電駐極體薄膜與線路板組件的俯視圖；圖9為圖8中壓電駐極體薄膜與線路板組件的剖視圖。
具體實(shí)施方式下面主要結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對薄膜型傳聲器陣列作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1請結(jié)合圖1-圖4，本實(shí)施例的薄膜型傳聲器陣列包括壓電駐極體薄膜110、線路板組件120及連接器130。壓電駐極體薄膜110為厚度在幾十到幾百微米之間的多孔聚合物薄膜。如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的壓電駐極體薄膜110為方形，兩側(cè)均對應(yīng)設(shè)有3X3的塊狀電極形成電極陣列112。兩側(cè)對應(yīng)的每對塊狀電極及它們之間的壓電駐極體薄膜共同形成一個壓電傳聲器單元。本實(shí)施例包括9個壓電傳聲器單元。壓電駐極體薄膜110在邊緣處設(shè)有電連接一側(cè)各塊狀電極的電極連接端114。多孔聚合物薄膜通過高壓極化在孔洞上下表面分別沉積正負(fù)電荷，形成電偶極子，然后在薄膜雙面分別蒸鍍電極，這時(shí)的薄膜稱為壓電膜。壓電膜在聲波的壓力作用下厚度發(fā)生變化，因此孔洞內(nèi)電偶極子的大小發(fā)生變化，電極內(nèi)的補(bǔ)償電荷也隨之發(fā)生變化，從而改變電極間的電壓，實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換。如圖3和圖4所示，線路板組件120上設(shè)有傳聲器電路(圖中未示)、線路板輸出端122、第一線路板輸入端IM和第二線路板輸入端126。傳聲器電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器及與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器電連接的編碼器。本實(shí)施例的第二線路板輸入端126與電極、電極陣列112 的形狀、位置對應(yīng)，形成輸入端陣列。連接器130固定在線路板組件120的邊緣位置，包括連接器輸出端132和連接器輸入端134。如圖5所示，本實(shí)施例的第二線路板輸入端1 形成的輸入端陣列通過與壓電駐極體薄膜110 —側(cè)的電極陣列112對應(yīng)粘合連接，而將壓電駐極體薄膜110固定在線路板組件120上。相應(yīng)的第一線路板輸入端IM依次通過連接器輸出端132、連接器輸入端134、 電極連接端114與壓電駐極體薄膜110另一側(cè)的電極陣列112電連接。輸入端陣列126與電極陣列112之間通過導(dǎo)電膠或錫膏固定連接。本實(shí)施例的線路板輸出端122設(shè)有無線或有線信號發(fā)送裝置，以用于聲電信號發(fā)送。在聲壓的作用下，壓電駐極體薄膜產(chǎn)生包含聲音信息的模擬電信號。由于薄膜兩側(cè)設(shè)有電極陣列，則每一個電極單元產(chǎn)生一組模擬信號，整個陣列產(chǎn)生多組模擬信號。多組模擬信號分別經(jīng)過第一線路板輸入端1 和第二線路板輸入端126傳遞到傳聲器電路。之后，經(jīng)過傳聲器電路中的放大芯片將信號放大，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器和編碼器對輸入的多組模擬信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和編碼，得到多組數(shù)字信號；最后再經(jīng)過傳聲器電路中的數(shù)字信號處理(DSP)芯片處理，得到包含全部聲音信息的一組數(shù)字信號，經(jīng)過線路板輸出端122傳遞到外界。電極陣列112的厚度為納米量級，壓電駐極體薄膜110、線路板組件120、連接器130的厚度為微米量級，從而整個薄膜型傳聲器陣列厚度可以達(dá)到超薄。實(shí)施例2如圖6和圖7所示，本實(shí)施例的薄膜型傳聲器陣列包括壓電駐極體薄膜210及線路板組件220。壓電駐極體薄膜210為厚度在幾十到幾百微米之間的多孔聚合物薄膜。本實(shí)施例的壓電駐極體薄膜210為方形，兩側(cè)均對應(yīng)設(shè)有3X3的塊狀電極形成電極陣列212。兩側(cè)對應(yīng)的每對塊狀電極及它們之間的壓電駐極體薄膜共同形成一個傳聲器單元。本實(shí)施例包括9個傳聲器單元。壓電駐極體薄膜210在邊緣處設(shè)有電連接兩側(cè)各電極的第一電極連接端214和第二電極連接端216。本實(shí)施例的線路板組件220固定在壓電駐極體薄膜210的空白區(qū)域。線路板組件 220上設(shè)有傳聲器電路(圖中未示)、線路板輸出端222、第一線路板輸入端2M及第二線路板輸入端226。第一線路板輸入端2M與第一電極連接端214電連接，第二線路板輸入端 226與橫穿壓電駐極體薄膜的第二電極連接端216電連接。采用線路板組件220固定在壓電駐極體薄膜210上，結(jié)構(gòu)簡單，整個薄膜型傳聲器陣列的厚度較實(shí)施例1更薄、體積更小。實(shí)施例3如圖8和圖9所示，本實(shí)施例的薄膜型傳聲器陣列包括壓電駐極體薄膜310、線路板組件320及連接器330。壓電駐極體薄膜310為厚度在幾十到幾百微米之間的多孔聚合物薄膜。本實(shí)施例的壓電駐極體薄膜310為方形，兩側(cè)均對應(yīng)設(shè)有3X3的塊狀電極形成電極陣列312。兩側(cè)對應(yīng)的每對塊狀電極及它們之間的壓電駐極體薄膜共同形成一個傳聲器單元。本實(shí)施例包括9個傳聲器單元。壓電駐極體薄膜310在邊緣處設(shè)有電連接兩側(cè)各電極的第一電極連接端314和第二電極連接端316。線路板組件320上設(shè)有傳聲器電路(圖中未示)、線路板輸出端322和線路板輸入端 324。連接器330固定在壓電駐極體薄膜310的空白區(qū)域。連接器330設(shè)有連接器輸出端332、第一連接器輸入端334及第二連接器輸入端336。連接器輸出端332與線路板輸入端3M通過有線方式電連接。第一連接器輸入端 334與第一電極連接端314電連接，第二連接器輸入端336與橫穿壓電駐極體薄膜的第二電極連接端316電連接，從而實(shí)現(xiàn)壓電駐極體薄膜310的電極陣列312與線路板輸出端322 的電連接。電極陣列312的厚度為納米量級，壓電駐極體薄膜310、線路板組件320、連接器 330的厚度為微米量級，從而整個薄膜型傳聲器陣列就是兩張通過導(dǎo)線相連的薄膜。此實(shí)施例方案較靈活，線路板組件320可放置在實(shí)際需求的地方。在其他優(yōu)選的實(shí)施例中，連接器輸出端332與線路板輸入端3 還可以通過無線方式電連接，從而線路板組件320可以靈活放置在需要的位置?；诙嗫拙酆衔锉∧さ膲弘婑v極體具有壓電響應(yīng)大、質(zhì)量輕(克級)、厚度薄(微米級)、材料柔軟易于彎折、適應(yīng)各種環(huán)境(耐腐蝕、防水)、無毒無害環(huán)保、成本低廉(聚合物膜產(chǎn)量非常大)等優(yōu)點(diǎn)。對于該薄膜型傳聲器陣列來說，利用壓電效應(yīng)，壓電薄膜本身就能完成聲電轉(zhuǎn)換，無需空氣共振腔，大大減小了器件的體積。儲存在薄膜內(nèi)部孔洞界面上的電荷穩(wěn)定、不易丟失，使得薄膜型傳聲器陣列的聲電轉(zhuǎn)換性能穩(wěn)定。零件數(shù)目減少，制造工藝簡單，可靠性增強(qiáng)，成本下降。薄膜型傳聲器陣列具有頻率響應(yīng)寬而平、諧波失真低、截止頻率高等優(yōu)點(diǎn)。在其他優(yōu)選的實(shí)施例中，薄膜型傳聲器陣列可以包括MXN個正四邊形、多邊形、 圓形、橢圓形及其它特定形狀的傳聲器單元，只要所有傳聲器單元的形狀和尺寸相同且排列規(guī)則即可。壓電駐極體薄膜可以由兩層或兩層以上的多孔聚合物薄膜疊合而成，并電連接以增大壓電響應(yīng)即靈敏度，各層壓電駐極體薄膜上所蒸鍍電極的形狀、尺寸、排列相同且互相對應(yīng)。此外，還可以在壓電駐極體薄膜的表面覆蓋一層防水膜，從而該薄膜型傳聲器陣列可應(yīng)用于水下或非常潮濕的環(huán)境；或者覆蓋其它例如防輻射膜等。防水膜或防輻射膜的色彩可與環(huán)境一致，則此薄膜型傳聲器陣列可非常隱蔽地敷設(shè)。使用多孔聚合物薄膜制作的壓電駐極體作為傳聲器單元的薄膜傳聲器陣列，結(jié)合了傳聲器陣列高效收音的優(yōu)勢和聚合物壓電駐極體輕、薄、軟、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)勢，極大地拓展了傳聲器陣列的應(yīng)用，使之成為視頻會議、車載語音系統(tǒng)、大型會場等環(huán)境下替代傳統(tǒng)傳聲器陣列的選擇之一，且在超薄移動通訊等微電子技術(shù)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。根據(jù)薄膜傳聲器陣列方向選擇性的特點(diǎn)，制成薄膜型聲源定位系統(tǒng)，隱蔽地敷設(shè)于房間天花板、墻壁或其它物體上，對聲源，例如人的腳步聲，進(jìn)行定位，從而起到監(jiān)控的作用。由于傳聲器電路包含模數(shù)轉(zhuǎn)換器及與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器電連接的編碼器，可制成數(shù)字傳聲器陣列，方便進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，提供完整的音頻解決方案。該薄膜型傳聲器陣列制作方法簡單，通過改變蒸鍍電極的形狀、尺寸、排列即可改變壓電傳聲器單元的形狀、尺寸、排列以符合實(shí)際需求。整個器件可以拆下并轉(zhuǎn)移安放到其它地方，適合移動使用，拆下來后根據(jù)其柔軟的特點(diǎn)可以卷曲或者折疊，方便攜帶。材料符合環(huán)保要求，來源廣泛且成本低。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種薄膜型傳聲器陣列，其特征在于，包括壓電駐極體薄膜及線路板組件，所述壓電駐極體薄膜為多孔聚合物薄膜，所述壓電駐極體薄膜兩側(cè)分別對應(yīng)設(shè)有電極陣列；所述線路板組件上設(shè)有傳聲器電路、以及與所述傳聲器電路電連接的線路板輸入端和線路板輸出端，所述線路板輸入端與所述壓電駐極體薄膜兩側(cè)的電極陣列電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜型傳聲器陣列，其特征在于，所述傳聲器電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器及與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器電連接的編碼器。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜型傳聲器陣列，其特征在于，還包括固定在所述線路板組件上的連接器，所述連接器包括連接器輸入端及連接器輸出端，所述線路板輸入端包括第一線路板輸入端及第二線路板輸入端，所述第一線路板輸入端依次通過所述連接器輸出端、連接器輸入端與所述壓電駐極體薄膜一側(cè)的電極陣列電連接，所述第二線路板輸入端與所述壓電駐極體薄膜另一側(cè)的電極陣列對應(yīng)設(shè)置，所述第二線路板輸入端通過導(dǎo)電膠或錫膏與該側(cè)的電極陣列電連接。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜型傳聲器陣列，其特征在于，所述線路板組件固定在所述壓電駐極體薄膜一側(cè)，所述線路板輸入端包括第一線路板輸入端及第二線路板輸入端，所述第一線路板輸入端及第二線路板輸入端分別與所述壓電駐極體薄膜兩側(cè)的電極陣列電連接。
5.如權(quán)利要求1所述的薄膜型傳聲器陣列，其特征在于，還包括固定在所述壓電駐極體薄膜一側(cè)的連接器，所述連接器設(shè)有連接器輸出端、第一連接器輸入端及第二連接器輸入端，所述連接器輸出端與所述線路板輸入端電連接，所述第一連接器輸入端及第二連接器輸入端分別與所述壓電駐極體薄膜兩側(cè)的電極陣列電連接。
6.如權(quán)利要求5所述的薄膜型傳聲器陣列，其特征在于，所述連接器輸出端與所述線路板輸入端通過有線或無線信號電連接。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的薄膜型傳聲器陣列，其特征在于，所述線路板輸出端設(shè)有有線或無線信號發(fā)送裝置。
8.如權(quán)利要求1所述的薄膜型傳聲器陣列，其特征在于，所述壓電駐極體薄膜表面設(shè)有防水膜或防輻射膜。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種薄膜型傳聲器陣列，包括壓電駐極體薄膜及線路板組件，壓電駐極體薄膜為多孔聚合物薄膜，壓電駐極體薄膜兩側(cè)分別對應(yīng)設(shè)有電極陣列；線路板組件上設(shè)有傳聲器電路、以及與傳聲器電路電連接的線路板輸入端和線路板輸出端，線路板輸入端與壓電駐極體薄膜兩側(cè)的電極陣列電連接。使用多孔聚合物薄膜制作的壓電駐極體作為傳聲器單元的薄膜傳聲器陣列，結(jié)合了傳聲器陣列高效收音的優(yōu)勢和聚合物壓電駐極體輕、薄、軟、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng)、成本低廉等優(yōu)勢，極大地拓展了傳聲器陣列的應(yīng)用，使之成為視頻會議、車載語音系統(tǒng)、大型會場等環(huán)境下替代傳統(tǒng)傳聲器陣列的選擇之一。
文檔編號H04R19/01GK202026456SQ201120142449
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者方鵬, 朱彪 申請人:深圳市豪恩聲學(xué)股份有限公司