全硅MEMS揚(yáng)聲器，或?qū)⑾破鹦乱惠喯M(fèi)電子創(chuàng)新浪潮

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃晶晶）如今消費(fèi)電子市場(chǎng)無(wú)論是智能手機(jī)還是TWS耳機(jī)、智能手表等都同樣面臨著創(chuàng)新乏力的局面。我們不禁要思考還有哪些技術(shù)創(chuàng)新能夠給消費(fèi)電子帶來(lái)新高度。一種全硅MEMS揚(yáng)聲器成為許多廠商感興趣的新技術(shù)，并有望加快得到應(yīng)用。

“我們知道音頻技術(shù)的主要發(fā)展方向是更高好的音質(zhì)，更沉浸的音頻以及更佳的完整性。其中高保真的音質(zhì)很關(guān)鍵，還有更沉浸、更具空間感的音頻，Apple、Dolby 等廠商都在下功夫，同時(shí)音頻技術(shù)也有助于助聽(tīng)器、輔聽(tīng)器及相關(guān)功能的發(fā)展?！眡MEMS知微電子聯(lián)合創(chuàng)始人Joseph Jiang接受電子發(fā)燒友網(wǎng)等媒體采訪時(shí)表示。

圖：xMEMS知微電子聯(lián)合創(chuàng)始人Joseph Jiang

Joseph Jiang表示，目前所有的線圈（動(dòng)圈）單元的頻寬都有限，無(wú)法做到全頻，甚至在8kHz以上就已非常吃力。但是，全硅MEMS方案就可同時(shí)滿足高保真、沉浸感、助聽(tīng)輔聽(tīng)功能的需求，這就給全硅MEMS方案提供了機(jī)會(huì)。

全硅MEMS揚(yáng)聲器

由于采用硅膜的整體結(jié)構(gòu)，MEMS 揚(yáng)聲器具備多種優(yōu)勢(shì)，不僅擁有更精確、高保真、更高分辨率的音質(zhì)，更具備防塵防水、高可靠性、可大批量量產(chǎn)等特性，將加速已有百年歷史的動(dòng)圈揚(yáng)聲器市場(chǎng)變革。

目前xMEMS已推出 4 款全硅MEMS產(chǎn)品，其中Montara、Montara Plus 是全頻MEMS揚(yáng)聲器，Cowell 是目前業(yè)內(nèi)最小的MEMS揚(yáng)聲器，Skyline 則是業(yè)內(nèi)首款支持主動(dòng)環(huán)境聲音控制的動(dòng)態(tài)閥門。

第一代產(chǎn)品Montara在兩年前推出，實(shí)現(xiàn)零的突破，第二代產(chǎn)品Cowell揚(yáng)聲器的單位面積可發(fā)出聲音比第1代多出84%，體積更小，價(jià)格也可節(jié)省將近一半。xMEMS在今年Q1宣布第二代Cowell 揚(yáng)聲器進(jìn)入量產(chǎn)，Q2宣布兩顆模組量產(chǎn)，Q3宣布第三代Montara Plus可以開(kāi)始量產(chǎn)。

圖源：電子發(fā)燒友網(wǎng)拍攝


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一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)圈式耳機(jī)得益于振膜特殊的阻尼特性曲線，其聲音在低頻上較豐厚，對(duì)高頻音頻信號(hào)的頻率響應(yīng)較差。動(dòng)鐵式耳機(jī)具備優(yōu)秀的解析力，瞬態(tài)響應(yīng)迅速。但頻響范圍窄，所以動(dòng)鐵耳機(jī)需要多個(gè)動(dòng)鐵單元分別負(fù)責(zé)不同頻率的響應(yīng)。

而xMEMS 揚(yáng)聲器的全頻率約在20Hz~20KHz，這也是人耳能聽(tīng)到的頻率。高保真耳機(jī)頻率標(biāo)準(zhǔn)在50Hz~12.5KHz，已經(jīng)有許多音頻廠商將頻寬加大，部分加大到8kHz以上，甚至12kHz、16kHz，對(duì)于MEMS揚(yáng)聲器是很好的機(jī)會(huì)。

Joseph Jiang表示，由于在放大器設(shè)計(jì)上不一樣，MEMS揚(yáng)聲器的功耗會(huì)比動(dòng)圈功耗稍大，大約在4%-6%之間。但是由于 MEMS 揚(yáng)聲器的體積小，為電池容量擴(kuò)大提供了空間。以中長(zhǎng)期視角來(lái)看，考慮到音頻放大器的演進(jìn)，MEMS 揚(yáng)聲器的功耗會(huì)比傳統(tǒng)揚(yáng)聲器更低。

另外，成本方面，xMEMS 揚(yáng)聲器成本已經(jīng)比某些動(dòng)鐵便宜，且跟動(dòng)圈越來(lái)越接近。但許多客戶會(huì)因?yàn)槁曇糨^好而接受很小的價(jià)差。調(diào)試成本方面，MEMS 揚(yáng)聲器和傳統(tǒng)揚(yáng)聲器差不多。

Cowell 擁有頂部發(fā)聲、側(cè)邊發(fā)聲兩種不同配置，可依據(jù)耳機(jī)或其他音頻設(shè)備的內(nèi)部設(shè)計(jì)空間靈活選擇。由于在發(fā)聲薄膜上應(yīng)用了壓電材料，芯片在上電壓時(shí)位移的幅度更大。在設(shè)計(jì)時(shí)還設(shè)置了一些孔道，讓位移繼續(xù)加大，使得推動(dòng)的空氣更多，產(chǎn)生更大的聲音。另外，Cowell 也可與傳統(tǒng)動(dòng)圈單元搭配使用，并可通過(guò)不同的方案實(shí)現(xiàn)分頻。

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圖源：xMEMS

關(guān)于和動(dòng)圈封裝在一起的問(wèn)題，Joseph Jiang解析道，由于哈曼曲線的存在，人耳往往偏好更大聲的低頻，但由于現(xiàn)在很少產(chǎn)品能和動(dòng)圈單元一樣在低頻發(fā)出足夠大的聲音，在這種情況下，xMEMS 揚(yáng)聲器配合傳統(tǒng)線圈（用于發(fā)出低頻聲音）是成本表現(xiàn)較好、綜合來(lái)看較均衡的解決方案。不過(guò)，這仍是過(guò)渡階段的解決方案。一般會(huì)認(rèn)為，MEMS 揚(yáng)聲器的低頻相對(duì)薄弱，但是在實(shí)驗(yàn)室中我們已經(jīng)完成了單芯片的方案，我們的揚(yáng)聲器在低頻已經(jīng)跑到150Hz，有了不小的突破。

xMEMS 的Skyline是業(yè)內(nèi)首款支持主動(dòng)環(huán)境聲音控制的動(dòng)態(tài)閥門，可實(shí)現(xiàn)閥門的自由控制。憑借這一特性，廠商可以將 Skyline應(yīng)用在降噪耳機(jī)、睡眠耳機(jī)等不同案例。

DynamicVant（動(dòng)態(tài)閥門）能讓耳朵佩戴助聽(tīng)器通話時(shí)更舒服、更清楚，這不是最新的概念，許多 2000、3000 美元價(jià)位的助聽(tīng)器已經(jīng)有相應(yīng)的特性出現(xiàn)。

Joseph Jiang說(shuō)，許多公司在做這種動(dòng)態(tài)閥門時(shí)面臨挑戰(zhàn)：一是體積過(guò)大；二是開(kāi)關(guān)時(shí)具有機(jī)械開(kāi)關(guān)聲；三則是不抗汗。但 xMEMS 具有 DynamicVant的Skyline，對(duì)于這三個(gè)問(wèn)題都可以解決。

目前，xMEMS 已經(jīng)有好幾個(gè)解決方案推出，客戶可以直接使用 TWS 方案，也可以對(duì)方案中的任何零件進(jìn)行替換，在10月還即將推出 Sleep Buds 睡眠耳機(jī)的方案。

提升降噪效果

目前在耳機(jī)的幾種降噪中比較流行的ANC 主動(dòng)降噪，它是通過(guò)麥克風(fēng)抓取噪音、送 DSP 處理，然后發(fā)出相反信號(hào)進(jìn)行消除，這種方法可以消除環(huán)境噪音，例如飛機(jī)引擎等持續(xù)性的噪音。但是目前 ANC 存在挑戰(zhàn)，由于傳統(tǒng)線圈的工作原理存在延遲，反應(yīng)時(shí)間比較慢，很難處理不是固定頻率的噪音，例如小孩的哭聲。

而xMEMS的MEMS揚(yáng)聲器的反應(yīng)時(shí)間則非常少。傳統(tǒng)動(dòng)圈耳機(jī)從拾音到播放大概需要 5-7 毫秒，但采用 xMEMS 產(chǎn)品后可以減少到 2-3 微妙，如果再加上Piezo麥克風(fēng)的話，整個(gè)延遲時(shí)間就只剩下DSP的反應(yīng)時(shí)間而已，讓降噪的范圍更大、頻率更高。

從TWS到助聽(tīng)器、手表、車載等應(yīng)用廣泛

目前全硅MEMS揚(yáng)聲器主要應(yīng)用于TWS耳機(jī)、OTC助聽(tīng)器，前景十分可觀，由于體積小重量輕還可用于頭戴式耳機(jī)等。還有手表越來(lái)越薄，也有越來(lái)越多人戴著手表打球、進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)，而xMEMS 揚(yáng)聲器不僅很薄，且不怕振動(dòng)。

圖源：xMEMS


圖源：xMEMS

此外，隨著智能電視的薄型化，例如目前65寸電視最薄7cm，目標(biāo)5cm，阻礙之處就在于揚(yáng)聲器太厚。xMEMS 的揚(yáng)聲器可以達(dá)到約1cm多厚度，未來(lái)用做大型揚(yáng)聲器厚度應(yīng)該在1.6cm左右，完全能夠滿足電視的需要。

車企對(duì)xMEMS的揚(yáng)聲器也頗感興趣。因高頻有很大的方向性，有的車企認(rèn)為可以做出個(gè)人化的音頻系統(tǒng)，也有車企覺(jué)得可以放在A柱中。此外，還有客戶利用超高頻、超聲波的特性用于驅(qū)趕老鼠等應(yīng)用。

目前不少手機(jī)廠商想將揚(yáng)聲器小型化，而xMEMS 也希望做出一個(gè)MEMS全硅 loudspeaker（外放揚(yáng)聲器，可以取代手機(jī)中的傳統(tǒng)揚(yáng)聲器）。Joseph Jiang表示，手機(jī)揚(yáng)聲器目前很難做，是因?yàn)槁曇粼谧杂煽臻g、尤其是低頻會(huì)掉得很快。目前 xMEMS 的其中一個(gè)研發(fā)方向是用超聲波來(lái)載波，例如用 100kHz 來(lái)載波 100Hz，相當(dāng)于在單元時(shí)間內(nèi)播放多次，就能讓聲音更大，該項(xiàng)目仍在研發(fā)之中。xMEMS更大的愿景是制造出MEMS大型揚(yáng)聲器，讓家庭劇院不再需要低音喇叭，更不需要 5.1、7.2 聲道等，而是讓每一個(gè)揚(yáng)聲器、音響都是全頻，且體積十分小巧。

xMEMS的MEMS揚(yáng)聲器生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化且品質(zhì)可靠。xMEMS 現(xiàn)在每月可達(dá) 50 萬(wàn)顆的產(chǎn)量，到今年年底時(shí)每月可達(dá) 100萬(wàn)顆，明年Q1結(jié)束時(shí)則可達(dá)每月150萬(wàn)顆。同時(shí)，xMEMS也在與臺(tái)積電密切交流，尋求提升芯片產(chǎn)能?？梢?jiàn)xMEMS做好了充足的供應(yīng)保障。預(yù)計(jì)在今年年底的圣誕季之前，將有 15-17個(gè)采用xMEMS的產(chǎn)品上架。對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，的確十分值得期待。