MEMS讓揚聲器更加數(shù)字化

據(jù)麥姆斯咨詢報道，F(xiàn)raunhofer（弗勞恩霍夫）數(shù)字媒體技術(shù)研究院和硅技術(shù)研究院聯(lián)合開發(fā)出了一款MEMS微型揚聲器。MEMS意指微機電系統(tǒng)，它結(jié)合了經(jīng)典半導(dǎo)體技術(shù)和微米級的微機械技術(shù)。因此，弗勞恩霍夫研究所的科學(xué)家正帶來揚聲器領(lǐng)域的變革，使揚聲器也能像計算機芯片一樣，用硅材料來實現(xiàn)低成本的大規(guī)模制造。

弗勞恩霍夫數(shù)字媒體技術(shù)研究院和硅技術(shù)研究院聯(lián)合開發(fā)項目——“移動應(yīng)用智能MEMS揚聲器”已經(jīng)合作研究了3年，致力于開發(fā)高能效且可以完整集成的芯片級揚聲器。硅技術(shù)研究院主要負責(zé)壓電微驅(qū)動器件的開發(fā)和試生產(chǎn)，并將它們集成進入高度微型化的智能微系統(tǒng);數(shù)字媒體技術(shù)研究院主要負責(zé)微型揚聲器的智能信號控制。

目前，該項目已經(jīng)取得了突破性進展。這款基于硅芯片的揚聲器性能表現(xiàn)非常驚艷：這款MEMS揚聲器的尺寸為4mm x 4mm，可以理想地集成到耳機、耳戴式設(shè)備和助聽器中。作為一款單向系統(tǒng)（one-way system），它可以覆蓋20 Hz~20kHz的整個頻率范圍，而典型的HiFi（高保真）揚聲器通常包含低音、中音和負責(zé)高頻的高音揚聲器單元。針對耳內(nèi)應(yīng)用，這款微型MEMS揚聲器能夠獲得110dB的聲壓，相當(dāng)于距離噴氣式飛機100米左右的噪音等級。

除了微小的尺寸設(shè)計，這款MEMS揚聲器還表現(xiàn)出了驚人的高保真和低能耗優(yōu)勢，這對于電池供電型設(shè)備來說非常關(guān)鍵。最后但同樣重要的是，這款利用MEMS技術(shù)的產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)極具成本效益的芯片制造和大規(guī)模裝配。

這款MEMS揚聲器采用了壓電薄膜作為有源元件，當(dāng)對其施加電壓時會發(fā)生形變，其機械形變擾動周圍空氣，并由此產(chǎn)生聲波。結(jié)果證明利用硅材料來開發(fā)MEMS揚聲器具有諸多優(yōu)勢。得益于現(xiàn)代芯片制造技術(shù)，半導(dǎo)體材料硅可以進行超微結(jié)構(gòu)加工，非常適用于這些電子機械應(yīng)用，并且，硅材料還具有很高的成本效益。

未來，結(jié)合多個微型MEMS揚聲器組成多單元系統(tǒng)，其傳輸帶寬將進一步擴展至20kHz以上?！暗綍r我們的產(chǎn)品將可以滿足高端HiFi耳機市場的高音質(zhì)要求，” 數(shù)字媒體技術(shù)研究院項目經(jīng)理Daniel Beer說。

弗勞恩霍夫硅技術(shù)研究院半導(dǎo)體技術(shù)專家Bernhard Wagner對于MEMS揚聲器的生產(chǎn)制造看到了重要的發(fā)展機遇：“未來我們將采用能效更高且與IC工藝兼容的新型壓電材料。這將進一步降低產(chǎn)品功耗，在所有主要的半導(dǎo)體制造工廠實現(xiàn)MEMS揚聲器的大規(guī)模量產(chǎn)。”

弗勞恩霍夫數(shù)字媒體技術(shù)研究院和硅技術(shù)研究院在3月19~22日在德國慕尼黑舉辦的German Society for Acoustics（DAGA，德國聲學(xué)學(xué)會）年度會議上，首次公開發(fā)布了他們的研究成果。

其它MEMS揚聲器廠商

（1）USound

目前，市場上領(lǐng)先的壓電MEMS揚聲器開發(fā)商是奧地利的USound。USound是全球首家發(fā)布壓電MEMS揚聲器的廠商，并在2018年1月的CES（全球消費電子展）上完成了首次亮相。USound為耳機、可穿戴/耳戴產(chǎn)品開發(fā)的壓電MEMS揚聲器已經(jīng)完成設(shè)計定型、產(chǎn)能爬坡，以及首批量產(chǎn)前產(chǎn)品的出貨，預(yù)計將于2018年第一季度實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，USound廣泛的合作伙伴包括：Austria Technologie & Systemtechnik AG（AT&S，奧地利科技與系統(tǒng)技術(shù)股份公司）、ISIT（獲得了ISIT在微系統(tǒng)功率電子制造方面的經(jīng)驗）;Institute for Electronic Music（IEM，電子音樂研究所）;STMicroelectronics（意法半導(dǎo)體），利用意法半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先的薄膜壓電技術(shù)（TFP），雙方合作進行全球首款微型壓電MEMS揚聲器的產(chǎn)業(yè)化和生產(chǎn)制造。

（2）Audio Pixels

揚聲器數(shù)字化全球領(lǐng)導(dǎo)者Audio Pixels開發(fā)了一項技術(shù)平臺，能夠利用MEMS結(jié)構(gòu)而非傳統(tǒng)揚聲器元件，直接將數(shù)字音頻流轉(zhuǎn)化為聲波。該技術(shù)平臺的基礎(chǔ)——數(shù)字聲音重建技術(shù)（Digital Sound Reconstruction，DSR）實現(xiàn)了基于硅芯片的音頻揚聲器的量產(chǎn)，并使揚聲器更小、更薄、聲音更清晰、能效更高，而且具有更好的兼容性，能夠滿足現(xiàn)代電子制造和器件的各種要求。