浅析手机的压电听筒方案设计

压电材料因其独有的逆压电效应，能够直接将电信号转换为机械形变，从而推动空气（或通过骨传导）将声音传递到人耳。

这一应用中的压电陶瓷具有轻薄，防水，可靠性高的优势。可以满足下一代手机类便携电子设备防水，防尘，高屏占比的应用要求。

目前，国内市场上比较热门的小米MIX在听筒设计中即采用了压电方案；更早一些，日本SHARP公司的AQUOS-CRYSTAL手机，以及国内万利达X6手机也有采用压电听筒方案。

按照压电元件安装的结构，目前这几款已经商用的压电听筒方案可以大致分为两类：

直接与屏幕贴合方案-以SHARP CRYSTAL为代表；

悬臂梁方案-小米MIX；

以下通过网上收集的图例（大家可以在百度上以关键字搜索-获得更多信息）分别简要说明：

直接贴合方案，SHARP CRYSTAL

拆开手机可见手机使用了传统的1511微型扬声器作为免提和铃声播放；传统的振动马达，在主摄像头上方水平放置有一片长方形压电陶瓷；

进一步放大可以看到细节；

压电陶瓷的细节如下图；

此类陶瓷为双晶结构，通过施加交流电信号可以使得陶瓷悬臂发生弯曲变形；

变形的程度和陶瓷的厚度，长度以及陶瓷材料的材料物理学参数（杨氏模量等）有关；一般而言，陶瓷越长，其变形量越大，相应低频特性也越好。然而，在生产中，陶瓷由于加工的难度，不易实现较长的尺寸，因此，实际应用中，往往会将陶瓷粘附在一个更大尺寸的金属片或PCB板上，通过金属片或PCB板来放大其变形。此类结构即所谓的悬臂梁。虽然不是很严格，但可以类比于杠杆的放大效应。

悬臂梁方案-小米MIX；

在MIX中，压电陶瓷部件与屏幕并不是直接结合的；而是位于手机的一角，参考下图右上L型部件；

其部件结构如下图所示；

在小米网上资料中用绿颜色标记的部分即此处；

考虑到降低驱动电压，提高有效变形量，陶瓷采用多层结构；借用另一张图片说明（注意此图陶瓷并非MIX中使用的多层陶瓷，但是结构类似）

使用悬臂梁结构相比较之前直接贴合的方式，在发声机理上其实完全相同，都是借助压电陶瓷的弯曲变形，进而带动结构发生变形-振动；

但是，MIX中的悬臂式压电模组，其器件本身在装配前可以独立测试，因此可以更好控制质量的稳定性。此外没有和屏幕或边框直接接触也能有效改善抗击跌落冲击能力；而之前在SHARP的应用中，由于陶瓷是直接粘接在屏幕上的，受到外界撞击时，陶瓷极易断裂或因开胶脱落。
对于压电式应用，其普及仍有许多问题需要认真解决：

1.  陶瓷模组的一致性；

2. 多层压电陶瓷的结构耐冲击性能和ESD防击穿；

3. 低频大振幅的实现；

4. 通话私密性；
   

而第三点也是目前压电听筒低频重放特性不佳的主要原因，以SHARP CRYSTAL为例，其RCV特性在低频部分-500Hz以下部分无法达到通讯频响的要求：

尽管如此，我还是坚信，随着材料，工艺和设计的不断优化提升，近期市场上仍有机会诞生几款新的带有压电听筒功能的手机；将会有针对性的解决文中提到的这几个问题点，带来更炫酷的外观造型和较佳的用户体验。