革命性產(chǎn)品終落地：低功耗、小尺寸的MEMS揚(yáng)聲器進(jìn)入市場(chǎng)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李誠(chéng)）隨著主動(dòng)降噪、空間音頻、360度環(huán)繞立體聲的普及，以及芯片成本的不斷下探，徹底的引爆了TWS耳機(jī)市場(chǎng)，市場(chǎng)滲透率得到了顯著的提升，并且各大消費(fèi)類巨頭也紛紛入局TWS耳機(jī)市場(chǎng)，不斷迭代更新，寄希望于能夠在TWS爆發(fā)的浪潮中分一杯羹。

科技的進(jìn)步，TWS耳機(jī)也不再趨于平庸，各種語(yǔ)音助手、空間降噪功能的加入，導(dǎo)致電子元件使用數(shù)量激增，設(shè)備能耗也隨之提高，加之耳機(jī)內(nèi)部狹小的空間也限制了TWS耳機(jī)多功能化的發(fā)展。因此，終端廠商為確保更持久的續(xù)航能力和耳機(jī)多功能化的發(fā)展，向上游核心零部件廠商提出了更高的硬件需求。

在TWS耳機(jī)內(nèi)，揚(yáng)聲器與電池占據(jù)了絕大部分的空間，隨著功能的增多，TWS耳機(jī)內(nèi)部空間進(jìn)一步收緊，因此，在保證續(xù)航的前提下，對(duì)揚(yáng)聲器的尺寸與功耗進(jìn)行優(yōu)化成為了最優(yōu)解。為滿足TWS耳機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展需求，不少?gòu)S商也陸續(xù)發(fā)布了更小尺寸、低功耗，以及可拓展性強(qiáng)的MEMS揚(yáng)聲器，以取代傳統(tǒng)的線圈揚(yáng)聲器，來(lái)滿足市場(chǎng)的應(yīng)用需求。

可應(yīng)用于耳機(jī)、智能眼鏡的MEMS揚(yáng)聲器

近日，xMEMS實(shí)驗(yàn)室推出了一款極具拓展性的單芯片MEMS壓電驅(qū)動(dòng)高音揚(yáng)聲器Tomales。xMEMS的MEMS揚(yáng)聲器技術(shù)主要是基于壓電MEMS材料的逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，其工作原理是通過(guò)向壓電MEMS施加電壓，當(dāng)壓電MEMS接收到電信號(hào)時(shí)，硅膜會(huì)將傳輸過(guò)來(lái)的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，做膨脹、收縮運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生聲波。xMEMS的壓電MEMS與傳統(tǒng)的揚(yáng)聲器相比，xMEMS硅膜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)幅度更大，能夠產(chǎn)生更洪亮的音頻效果。

Tomales是一款可實(shí)現(xiàn)多應(yīng)用場(chǎng)景的單片MEMS高音揚(yáng)聲器，據(jù)xMEMS表示，Tomales采用的是單芯片的架構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于將驅(qū)動(dòng)與振膜集成在了同一硅片上，高度集成化有助于提高各器件響應(yīng)頻率的一致性，改善非穩(wěn)態(tài)噪聲的ANC帶寬，并減少了產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中匹配與校準(zhǔn)的時(shí)間。該架構(gòu)的使用去除了傳統(tǒng)揚(yáng)聲器彈簧和懸架恢復(fù)的過(guò)程，不僅極大程度還原了原音頻的音質(zhì)，還提升了用戶的使用體驗(yàn)。

同時(shí)，這款MEMS揚(yáng)聲器還采用IP58防塵/防水的設(shè)計(jì)，以及6.05 x 8.4 x 1.15mm LGA封裝，進(jìn)一步降低了揚(yáng)聲器布局的難度和設(shè)備與揚(yáng)聲器的空間占比，極小的產(chǎn)品體積非常適用于耳機(jī)、智能眼鏡、AR/VR等內(nèi)部空間狹小且具有指定音頻朝向的設(shè)備中應(yīng)用。

在產(chǎn)品性能方面，據(jù)xMEMS表示，Tomales采用了自家獨(dú)有的第二代 M2 揚(yáng)聲器單元架構(gòu)，并對(duì)該架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)小揚(yáng)聲器大聲壓的效果，在距離Tomales 3厘米處進(jìn)行分貝測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)工作頻率為2kHz時(shí)，分貝測(cè)試結(jié)果為75dB。當(dāng)工作頻率為4kHz時(shí)，分貝測(cè)試結(jié)果為90dB。當(dāng)工作頻率為10kHz時(shí)，分貝測(cè)試結(jié)果為108dB。不同工作頻率產(chǎn)生的聲場(chǎng)效果，均能滿足一般產(chǎn)品應(yīng)用的需求。目前該新品還處于樣品階段，預(yù)計(jì)將會(huì)于2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，不過(guò)該公司的Montara MEMS揚(yáng)聲器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并已率先用于泫音旗艦TR-X TWS入耳式耳機(jī)。

納米靜電驅(qū)動(dòng)MEMS揚(yáng)聲器

據(jù)外媒報(bào)道，弗勞恩霍夫光學(xué)微系統(tǒng)研究院，于今年10月成功研發(fā)了一種采用納米靜電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的MEMS微型揚(yáng)聲器，據(jù)介紹該揚(yáng)聲器有100%的硅材料制成，就連揚(yáng)聲器的發(fā)聲振膜也由硅晶圓薄片制成的彎曲帶取代，僅從使用的原材料就可以看出這款MEMS微型揚(yáng)聲器極具成本優(yōu)勢(shì)。

該揚(yáng)聲器主要是通過(guò)納米靜電驅(qū)動(dòng)技術(shù)在硅芯片內(nèi)發(fā)聲的，利用芯片在蝕刻時(shí)會(huì)產(chǎn)生極小的電極間隙，通過(guò)這一電極隙間產(chǎn)生的高靜電力來(lái)驅(qū)動(dòng)彎曲帶在腔室內(nèi)產(chǎn)生彎曲運(yùn)動(dòng)。當(dāng)腔室內(nèi)的彎曲帶在做彎曲運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)將空氣從腔室內(nèi)頂出，并產(chǎn)出聲響。該揚(yáng)聲器能夠在僅有10mm²的有效芯片面積上發(fā)出高達(dá)120dB的聲壓（置換空氣量約為0.5 mm³即可）。

同時(shí)，該揚(yáng)聲器的彎曲帶還可以根據(jù)不同應(yīng)用的頻率范圍，進(jìn)行布局與優(yōu)化。若想增加揚(yáng)聲器的聲壓等級(jí)，還可在晶圓生產(chǎn)階段通過(guò)增加晶圓的厚度實(shí)現(xiàn)。

據(jù)介紹，這款MEMS微型揚(yáng)聲器能夠?qū)崿F(xiàn)20Hz至20kHz的大音頻范圍覆蓋，具有體積小、重量輕、功耗低和拓展性強(qiáng)等特點(diǎn)，可滿足TWS耳機(jī)、助聽(tīng)器等小型化產(chǎn)品的應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

隨著TWS、AR/VR、智能眼鏡等可穿戴設(shè)備功能的增加，更小體積、功耗和更大頻率范圍的MEMS揚(yáng)聲器成為了最具優(yōu)勢(shì)的解決方案。100%硅材料MEMS揚(yáng)聲器的研發(fā)成功，有利于終端廠商控制產(chǎn)品的成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。