扬声器是一种将电信号转变为声信号的换能器件,广泛应用于众多的消费电子产品之中,为音频播放提供支持。扬声器的种类很多,在个人音频及智能穿戴市场,主流应用包括了动圈单元(动态驱动器)和动铁单元(平衡电枢驱动器)两种。而随着技术的发展,近些年一种采用MEMS(微机电系统)技术制造的扬声器受到了众多的关注,相较于传统扬声器驱动器,拥有着多项技术优势,能够为产品提供更优的用户体验。
MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)微机电系统,指采用微电子技术(半导体制造技术),在微纳米的体积下塑造机械结构,制成尺寸几毫米乃至更小的高科技装置。常见的MEMS应用包括了声学传感器、光学传感器、压力传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、湿度传感器、气体传感器、微马达、微振子,以及他们的集成产品等,具有着体积小、功耗低、可大规模量产等优势。
在MEMS声学应用中,包括了MEMS麦克风和MEMS扬声器等,其中MEMS麦克风目前已经广泛普及,MEMS扬声器还处于发展初期,但被认为是未来的发展趋势。而在MEMS扬声器市场中,xMEMS Labs(美商知微电子)是目前主要的厂商之一,现已推出多款产品,部分产品已实现量产并获得了品牌采用,其余产品也已出样。
一、xMEMS MEMS微型扬声器介绍
xMEMS是一家成立于2018年1月的初创企业,创始人团队和管理层均有着20年以上的MEMS行业背景。xMEMS致力于用世界首款固态MEMS解决方案颠覆百年历史的线圈扬声器架构,用性能和尺寸重塑声音,
xMEMS的MEMS微型扬声器技术基于使用压电材料的逆压电效应,已拥有113项专利和200多项待批专利。逆压电效应是通过施加电压使压电MEMS收缩或膨胀,将电能转换为机械能而产生的,这种能量激发集成的硅膜来推动空气并产生声音。
xMEMS生产的业界首款真正的单片MEMS扬声器,在硅中实现整个扬声器(致动器和振膜),相较于早期的混合MEMS扬声器,降低了封装高度,消除了传统膜组装固有的可变性;并通过设计创新和单片电容式压电MEMS制造的结合,xMEMS提供了传统音圈或混合MEMS方法无法实现的性能、尺寸、能效和均匀性的新水平。
xMEMS MEMS微型扬声器产品特点
在音质表现方面,xMEMS MEMS微型扬声器具有高清晰度和高保真特点,能够实现精准的声音再现,卓越的中音和高音效果,带来高清音质和丰富的音频细节;xMEMS MEMS微型扬声器具有+/-1°的高度相位一致性,在保障左右耳相位一致性的同时,还能够增强空间音频方向的准确度,从而提升空间音频效果。
xMEMS MEMS微型扬声器具有快速响应的特点,声音命令产生传导到扬声器的群延迟平均值仅15微秒,能够有效可提高非平稳噪声的ANC带宽,从而提升降噪效果;xMEMS MEMS微型扬声器具有高分辨率音频,高频再现可达40KHz,达到Hi-Res AUDIO认证标准。
在生产制造方面,xMEMS MEMS微型扬声器具有+/-1.5dB的高度声压级一致性,能够在生产过程中减少左右耳校准匹配过程;xMEMS MEMS微型扬声器具有高可靠性特点,通过了JEDEC标准,IP58防水防尘认证,可抗10000g冲击力,防止在生产过程中受损。
xMEMS MEMS微型扬声器采用硅基振膜,体积轻、刚性好、机械反应快,能够提供更清晰的音频效果,同时分布式驱动,能够有效减少破音发声;xMEMS MEMS微型扬声器采用轻薄封装,重量仅56mg,厚度1mm,非磁性,可以抗回流焊高温(SMT-ready)。另外,xMEMS MEMS微型扬声器在晶圆厂中生产,而非传统扬声器在工厂中,因此可以快速、一致、经济高效地大规模生产,满足客户快速部署的需求。
二、xMEMS MEMS微型扬声器产品
xMEMS于2020年7月正式宣布推出全球首款真正的MEMS全频微型扬声器“Montara”,后续又相继推出了目前全世界体型最小的MEMS微型扬声器“Cowell”、全世界灵敏度最高的MEMS微型扬声器“Montara Plus”和全球首款用于主动环境音控制的固态MEMS DynamicVent“Skyline”,通过四款产品以适配于不同产品、不同着重功能应用。
Montara:全球首款真正的MEMS全音域微型扬声器(量产中)
规格参数:
- 声学性能(IEC 6018-4 耦合器)
- SPL @ 1kHz / 30Vpp:115dB
- THD @ 1KHz/94dB SPL:0.5%
- 封装:
Montara顶部发声:6.05w x 8.4L x 1.15H(mm)
Montara侧面发声:6.05W x 1.15H x 8.4L(mm)
Aptos功率放大器:1.92 x 1.92 x 0.6 (mm) WLCSP
应用:
TWS耳机、有线耳机、助听器
Cowell:全世界体型最小的MEMS微型扬声器(量产中)
规格参数:
- 声学性能(IEC 6018-4 耦合器)
- SPL @ 1kHz / 30V pp:111分贝
SPL @ 2kHz / 30V pp:116分贝 - THD @ 1KHz/94dB SPL:0.5%
- 封装:
Cowell侧面发声:3.2W x 1.15H x 6.0L (mm)
Cowell顶部发声:3.2W x 6.0L x 1.15H (mm)
Aptos功率放大器:1.92 x 1.92 x 0.6 (mm) WLCSP
应用:
TWS耳机、有线耳机、助听器
Montara Plus:全世界灵敏度最高的MEMS微型扬声器(现已出样)
规格参数:
- 声学性能(IEC 6018-4 耦合器)
- SPL @ 200Hz / 30V pp:120dB
SPL @ 2kHz / 30V pp:127dB - THD @ 1KHz/94dB SPL:0.5%
- 声学性能(自由声场@3cm)
- SPL @ 2kHz / 30Vpp:SPL @ 2kHz / 20Vpp 79dB
SPL @ 4kHz / 30Vpp:SPL @ 4kHz / 20Vpp 90dB
SPL @ 10kHz / 30Vpp:SPL @ 10kHz / 20Vpp 108dB
- 封装:
Montara Plus顶部发声: 5.15 x 10.8 x 1.15 (mm)
Montara Plus侧面发声: 5.15 x 1.15 x 10.8 (mm)
Aptos功率放大器: 1.92 x 1.92 x 0.6 (mm) WLCSP
应用:
TWS耳机、有线耳机、智能眼镜、VR头显、音箱高音阵列
Skyline:全球首款用于主动环境音控制的固态MEMS动态阀门(现已出样)
规格参数:
- 低频衰减 @ 100Hz(IEC 6018-4 耦合器):21.5dB(单Skyline);25dB(双Skyline)
- 声学阻抗 (kg/(m· 4s )):540k(阀门打开);3.7G(阀门密封)
- 等效孔直径(毫米)(假设排气口长度为 1mm):1.1 毫米(单Skyline);1.3 毫米(双Skyline)
- 封装:
Skyline: 4.0W x 5.0L x 1.15H (mm)
Alpine单通道: 1.0W x 1.2L x 0.6 (mm)
Alpine双通道 : 1.5W x 1.8L x 0.6 (mm)
应用:
TWS耳机、有线耳机、助听器
三、总结
通过本篇文章,为大家介绍了MEMS扬声器和xMEMS的MEMS微型扬声器全线产品和功能特点。作为一款可能颠覆传统扬声器的产品,MEMS扬声器基于先进的半导体制造技术,先天拥有着体积小、功耗低、可大规模量产等优势,能够更好地适应TWS耳机、智能穿戴设备等产品的体积限制,以及产品生产周期短的问题。
xMEMS又在MEMS扬声器的基础上进一步赋能,通过采用全硅材料,压电材料的逆压电效应,创新创造了多种全球首款的MEMS扬声器产品,在音质上具有高清晰度、高保真、高度相位一致性、快速响应、高分辨率的特点,满足用户对于音频产品不断提升的高音质需求。同时,还拥有着高一致性和高可靠性的特点,解决生产难点,提升品牌客户快速部署的效率。