全硅 MEMS 扬声器：单片设计革新音频技术

传统驻极体电容麦克风长期为最常用麦克风，但微机电系统（MEMS）麦克风正逐步取代。动圈扬声器长期为最常用扬声器，但 MEMS 扬声器能否取而代之？圣克拉拉初创公司 xMEMS Inc. 旨在改变游戏规则，通过将整个 MEMS 扬声器——致动器和振膜——在硅中实现，超越动圈和混合 MEMS 扬声器。

经验真理？

2017 年 10 月成立的 xMEMS 从隐身模式浮出，推出其宣称的首款单片真 MEMS 扬声器，为真无线立体声（TWS）耳机、入耳式监听耳机和耳机等智能个人音频设备提供高保真、全带宽声音和低谐波失真。名为 Montara 的 MEMS 扬声器自 4 月起向选定客户送样。工程样片现向更多 OEM 和制造商发布，风险订单预计年底开始，量产计划 2021 年 4 月。

xMEMS Mike Housholder

若 Montara 是首款"真"MEMS 扬声器，是否存在"假"MEMS 扬声器？答案是否定的，但 xMEMS 不在措辞上妥协。仅用 MEMS 替换扬声器一个组件不足以称为 MEMS 扬声器。Montara 是"首款单片、单晶粒、全硅扬声器，从晶圆厂出来即为全功能扬声器，" xMEMS 市场与业务发展副总裁 Mike Housholder 告诉 EE Times。"除传统半导体封装外无额外工艺和组装步骤。"

Montara 采用单元阵列架构，每个方格是独立扬声器。"拥有压电 MEMS 致动器，顶部是蚀刻自硅的扬声器振膜。" 硅振膜被压电 MEMS 致动器上下推动，产生气压，推动振膜发声。"基本创建了六单元阵列作为 Montara 首发实现，六单元协同运动生成声信号。"

为何 MEMS？

动圈技术存在百年且运作良好，Housholder 说。但多组件动圈扬声器需要劳动密集、高变异的工厂装配线。因动圈扬声器半自动化，"你会在任何扬声器工厂看到成百上千工人手工缠绕音圈绕磁铁、安装塑料或纸质振膜。有人参与就有变异。"制造耳机时，他继续，"工人须经历扬声器校准匹配过程确保左、右声道声音大致相同。" 此校准步骤不可避免地耗时费钱。

xMEMS 要带来的是"全半导体工艺的优势：一致性、可重复性和一致性，" Housholder 说。"我们有极紧防护带，每个扬声器性能极相似，可消除耳机装配线上的校准和测试步骤。"

此外，压电材料防尘防水，"使防水防尘扬声器变得极易，无需特殊涂层或防水网。" 基本上芯片出厂即 IP-57 级。

xMEMS Montara 扬声器

当前市场上每个扬声器都在可听频率范围内有谐振频率，但共振产生不自然声谱，需在扬声器和耳机制造设计中处理。动圈扬声器"要么阻尼共振、要么设计某种滤波。" Montara 谐振频率"在可听频率范围以北（20kHz），因此无需为扬声器做特殊阻尼、滤波或适配。"

且大多数扬声器或粘在耳机外壳或置于子组件，Housholder 说 Montara 可粘接、接子组件或像其他半导体元件一样焊接在 PCB 上。

音质优先

媒体消费成随时随地常态，消费者对音频质量要求日增。市场研究机构 Canalys 预测 2023 年全球智能设备出货超 30 亿，智能个人音频类别增速最快。2020 年智能个人音频设备预计同比增长 32.1% 达 4.9 亿台。

xMEMS 将定位快速增长的近场音频扬声器市场，首两产品细分为 TWS 和入耳式监听。"我们必须产出媲美或超越动圈的声音才真正被新设计考量，" Housholder 说。"压电 MEMS 扬声器独特之处在于传统动圈扬声器在高频下衰减脱落。" 压电 MEMS "获得更多 SPL。" 也让 OEM 塑造声谱，因它"滤波塑造亮声或暖声时不引入伪影。"

加州初创公司还展示用单个 Montara 替代两到四个平衡电枢单元。"因扬声器单片全硅，我们有快速机械响应时间。这将在主动降噪中带来最大红利。"

虽未发布价格，Housholder 说公司已用市售高端方案基准测试 Montara。"我们将与今日平衡电枢扬声器价格竞争，并觉得为同等价格带来新收益。"

路线图上

不同 Montara 配置可针对更低价位，Housholder 说。"我们在看 2x2 单元四扬声器单元配置以击中更低价格进入中端市场。" 因头戴式耳机有包耳大腔体，xMEMS 称也在考虑增加单元数生成更大声音。

初创公司路线图超越听力设备，"存在巨大非近场音频市场，如开放空间、自由空间音频扬声器，" Housholder 说。扬声器触及智能手机、智能音箱、家庭影院音响、电视、汽车，他看到机会从扬声器大幅减重。"我们在看不同架构切入市面多样扬声器市场。"

7 月，xMEMS 融资略超 1100 万美元。在台湾竹北设分支机构，雇员 26 人。

>> 本文原发于姊妹站 EE Times。