淺析手機的壓電聽筒方案設計

壓電材料因其獨有的逆壓電效應，能夠直接將電信號轉換為機械形變，從而推動空氣（或通過骨傳導）將聲音傳遞到人耳。

這一應用中的壓電陶瓷具有輕薄，防水，可靠性高的優勢?？梢詽M足下一代手機類便攜電子設備防水，防塵，高屏占比的應用要求。

目前，國內市場上比較熱門的小米MIX在聽筒設計中即采用了壓電方案；更早一些，日本SHARP公司的AQUOS-CRYSTAL手機，以及國內萬利達X6手機也有采用壓電聽筒方案。

按照壓電元件安裝的結構，目前這幾款已經商用的壓電聽筒方案可以大致分為兩類：

直接與屏幕貼合方案-以SHARP CRYSTAL為代表；

懸臂梁方案-小米MIX；

以下通過網上收集的圖例（大家可以在百度上以關鍵字搜索-獲得更多信息）分別簡要說明：

直接貼合方案，SHARP CRYSTAL

拆開手機可見手機使用了傳統的1511微型揚聲器作為免提和鈴聲播放；傳統的振動馬達，在主攝像頭上方水平放置有一片長方形壓電陶瓷；

進一步放大可以看到細節；

壓電陶瓷的細節如下圖；

此類陶瓷為雙晶結構，通過施加交流電信號可以使得陶瓷懸臂發生彎曲變形；

變形的程度和陶瓷的厚度，長度以及陶瓷材料的材料物理學參數（楊氏模量等）有關；一般而言，陶瓷越長，其變形量越大，相應低頻特性也越好。然而，在生產中，陶瓷由于加工的難度，不易實現較長的尺寸，因此，實際應用中，往往會將陶瓷粘附在一個更大尺寸的金屬片或PCB板上，通過金屬片或PCB板來放大其變形。此類結構即所謂的懸臂梁。雖然不是很嚴格，但可以類比于杠桿的放大效應。

懸臂梁方案-小米MIX；

在MIX中，壓電陶瓷部件與屏幕并不是直接結合的；而是位于手機的一角，參考下圖右上L型部件；

其部件結構如下圖所示；

在小米網上資料中用綠顏色標記的部分即此處；

考慮到降低驅動電壓，提高有效變形量，陶瓷采用多層結構；借用另一張圖片說明（注意此圖陶瓷并非MIX中使用的多層陶瓷，但是結構類似）

使用懸臂梁結構相比較之前直接貼合的方式，在發聲機理上其實完全相同，都是借助壓電陶瓷的彎曲變形，進而帶動結構發生變形-振動；

但是，MIX中的懸臂式壓電模組，其器件本身在裝配前可以獨立測試，因此可以更好控制質量的穩定性。此外沒有和屏幕或邊框直接接觸也能有效改善抗擊跌落沖擊能力；而之前在SHARP的應用中，由于陶瓷是直接粘接在屏幕上的，受到外界撞擊時，陶瓷極易斷裂或因開膠脫落。
對于壓電式應用，其普及仍有許多問題需要認真解決：

1.  陶瓷模組的一致性；

2. 多層壓電陶瓷的結構耐沖擊性能和ESD防擊穿；

3. 低頻大振幅的實現；

4. 通話私密性；
   

而第三點也是目前壓電聽筒低頻重放特性不佳的主要原因，以SHARP CRYSTAL為例，其RCV特性在低頻部分-500Hz以下部分無法達到通訊頻響的要求：

盡管如此，我還是堅信，隨著材料，工藝和設計的不斷優化提升，近期市場上仍有機會誕生幾款新的帶有壓電聽筒功能的手機；將會有針對性的解決文中提到的這幾個問題點，帶來更炫酷的外觀造型和較佳的用戶體驗。