近期，来自中国科学院声学研究所的科研人员（安志武、汪晓洁）提出一种采用新型扇环驱动单元的扬声器振膜结构，具备出色的声压级和平坦的高频响应。该研究工作为压电MEMS扬声器的设计与优化提供了新的思路，相关研究成果已发表于《压电与声光》期刊。

MEMS扬声器具有高精度、小尺寸、低功耗、片上电路集成、批量制造、低成本、高可靠性和可重复性等特点。其驱动方式一般分为电磁、静电和压电三种。目前，压电薄膜材料（ZnO、AIN和PZT等）已被广泛应用于传感和驱动，基于压电效应的MEMS扬声器具有功耗低、单振膜结构、制造加工简单及频率响应宽等优点。不过，输出声压级不足、频率响应不平坦等问题仍是制约其发展的关键因素。

现有MEMS扬声器结构示意图：固支的圆形振膜压电MEMS扬声器

为了解决以上问题，研究人员提出了一种的新型扬声器结构。该扬声器振膜包括四个相同的扇环驱动单元（含有支撑层、底电极、压电层、顶电极），分布在半径为1.5mm的圆中，中间是圆形质量块，衬底为绝缘体上硅（SOI），上表面覆有一层聚酰亚胺柔性膜，形成刚性-柔性耦合封闭振动膜。

新型扇环驱动单元的扬声器仰视示意图

该扇环驱动单元的振膜结构在尺寸等关键参数上，均与固支的圆形多层振膜参考结构保持一致。研究人员利用有限元仿真软件对扇环驱动结构中的圆形质量块半径r2和相邻扇环的相邻边夹角θ等关键参数进行优化，发现当θ = 50°，r2 = 700μm，f0 ＝ 9689.4Hz时，对应的声压级最大。

f0与θ、r2关系色度图

1kHz处的声压级与θ、r2关系色度图

研究人员通过计算，进一步得出该新型扇环驱动单元结构与参考结构的压电MEMS扬声器频率响应曲线。在保持振膜面积相同和振膜谐振频率基本一致的情况下，与参考结构压电MEMS扬声器进行比较，在100Hz~9.3kHz内，该新型扇环驱动单元结构比优化后参考结构压电MEMS扬声器的声压级高5dB，且高频响应更平坦。

扇环驱动单元结构和参考结构压电MEMS扬声器频响曲线对比

随着压电薄膜工艺技术和材料性能的不断提高，压电MEMS扬声器的性能也不断增强。为了进一步实现压电MEMS扬声器的小型化、高声压级和平坦的频率响应，未来还需要在振膜结构、电极设计、阵列设计等方面不断创新，以更好地满足手机、笔记本电脑、可穿戴设备、医疗成像设备以及各种新兴应用的需求。