单片设计带来全硅 MEMS 扬声器

长期以来，传统驻极体电容麦克风一直是最常用的麦克风，但微机电系统 (MEMS) 麦克风正逐渐取代它们。长期以来，音圈扬声器一直是最常用的扬声器，但 MEMS 扬声器会取代它们吗？总部位于圣克拉拉的初创公司 xMEMS, Inc. 旨在通过在硅中实现整个 MEMS 扬声器（致动器和振膜）来改变游戏规则并使音圈和混合 MEMS 扬声器黯然失色。

尝试过吗？

成立于 2017 年 10 月的 xMEMS 正从隐身模式中脱颖而出，推出了其声称的首款单片真 MEMS 扬声器，为智能个人音频设备（如真人无线立体声 (TWS) 耳塞、入耳式监听器和耳机。这款名为 Montara 的 MEMS 扬声器自 4 月以来已为部分客户提供样品。工程样片现已面向更多OEM厂商发布，风险订单预计今年年底开始，2021年4月量产。

xMEMS 的 Mike Housholder

如果 Montara 是第一个“真正”的 MEMS 扬声器，那是否意味着有“假”的 MEMS 扬声器？答案是否定的，但 xMEMS 不会乱用词。仅用 MEMS 替换扬声器的一个组件不足以使其成为 MEMS 扬声器。 xMEMS 营销和业务发展副总裁 Mike Housholder 告诉 EE Times . “除了传统的半导体封装，没有额外的工艺和组装步骤。”

Montara 具有基于单元格的架构，每个方块都是一个单独的扬声器。 “它有一个压电 MEMS 执行器，在顶部，有一个用硅蚀刻的扬声器膜。”硅膜由压电 MEMS 致动器上下推动，产生气压，从而移动膜并产生声音。 “我们基本上为 Montara 的第一个实现创建了一个由六个单元组成的阵列，这六个单元协同移动以生成声音信号。”

为什么是 MEMS？

音圈技术已经存在了一个世纪，它似乎运行良好，Housholder 说。然而，多组件音圈扬声器需要劳动密集型、可变性高的工厂装配线。由于音圈扬声器是半自动化的，“您会在任何扬声器工厂看到成百上千的工人手动将音圈扬声器包裹在磁铁周围，安装塑料或纸膜。任何时候涉及人类，你都会有可变性。”他继续说，在制造耳塞时，“工人必须对扬声器进行校准和匹配过程，以确保左扬声器和右扬声器的声音大致相同。”这个校准步骤不可避免地需要时间和金钱。

Housholder 表示，xMEMS 旨在推出一款具有“全半导体工艺优势：均匀性、可重复性和一致性”的全带宽扬声器。 “我们有一个非常严格的保护带，每个扬声器的性能都非常相似，因此我们可以消除耳塞装配线上的校准和测试步骤。”

此外，压电材料防尘防水，“因此可以很容易地制作防水、防尘的扬声器，无需任何特殊涂层或任何防水网。”基本上，从晶圆厂出来的芯片是IP-57。

xMEMS 的 Montara 扬声器

Housholder 解释说，如今，市场上的每个扬声器都有一个在可听频率范围内的谐振频率，但这种谐振会产生不自然的声音轮廓，需要在扬声器和耳塞的制造和设计过程中加以处理。对于音圈扬声器，“你必须要么抑制共振，要么设计某种过滤。” Montara 的共振频率“在可听频率范围 (20 khz) 的北部，因此我们的扬声器不需要特殊的阻尼、过滤或调节。”

虽然大多数扬声器要么粘在耳塞外壳上，要么放在一些子组件上，但 Housholder 说 Montara 可以像任何其他半导体组件一样用胶水粘合、连接到子组件或焊接在印刷电路板上。

音质第一

媒体消费已成为随时随地的常规，消费者对提高音频质量的要求越来越高。根据市场研究公司 Canalys 的数据，2023 年全球智能设备出货量将超过 30 亿，其中智能个人音频类别增长最快。 2020年，智能个人音频设备预计同比增长32.1%，达到4.9亿台。

xMEMS 将自己定位于快速增长的近场音频扬声器市场，其两个首批产品部分将是 TWS 和入耳式监听器。 “我们必须产生与音圈相同或更好的声音，才能真正考虑用于新设计，”Housholder 说。 “压电 MEMS 扬声器的独特之处在于您的传统音圈扬声器在较高频率下会下降和下降。”使用压电 MEMS，“您可以获得更多 SPL。”它还允许原始设备制造商塑造声音配置文件，因为它“如果你过滤它以塑造明亮的声音或温暖的声音，它不会在声音中引入任何伪影。”

这家加利福尼亚初创公司还概述了用单个 Montara 替换两到四个平衡电枢的能力。并且“因为我们的扬声器是单片的，全是硅，我们有一个快速的机械响应时间。这将带来最大的好处是主动降噪。”

虽然没有公布价格，但 Housholder 表示，该公司已经用现成的高端解决方案对 Montara 进行了基准测试。 “我们将与当今的平衡电枢扬声器竞争，我们认为我们正在以相同的价格为桌面带来新的好处。”

在路线图上

可以开发不同的 Montara 配置来解决更低的价格点，Housholder 说。 “我们正在寻找一种带有四个扬声器单元的 2×2 单元配置，以降低价格并使我们进入中端市场。”由于耳机有一个更大的罩在耳朵上，xMEMS 表示它也在考虑增加单元的数量以产生更大的声音。

这家初创公司的路线图超越了可听设备，因为“非近场音频、开放空间、自由空间音频扬声器有一个巨大的市场，”Housholder 说。扬声器触及智能手机、智能扬声器、家庭娱乐条形音箱、电视和汽车，他认为有机会减轻扬声器的重量。 “我们正在寻找不同的架构来应对各种不同的扬声器市场。”

7 月，xMEMS 筹集了略高于 1100 万美元的资金。在台湾竹北设有分公司，员工26人。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站 EE Times。