MEMS揚聲器取得突破性進展 性能表現非常驚艷

　　據麥姆斯咨詢報道，Fraunhofer(弗勞恩霍夫)數字媒體技術研究院和硅技術研究院聯合開發出了一款MEMS微型揚聲器。MEMS意指微機電系統，它結合了經典半導體技術和微米級的微機械技術。因此，弗勞恩霍夫研究所的科學家正帶來揚聲器領域的變革，使揚聲器也能像計算機芯片一樣，用硅材料來實現低成本的大規模制造。

　　弗勞恩霍夫數字媒體技術研究院和硅技術研究院聯合開發項目——“移動應用智能MEMS揚聲器”已經合作研究了3年，致力于開發高能效且可以完整集成的芯片級揚聲器。硅技術研究院主要負責壓電微驅動器件的開發和試生產，并將它們集成進入高度微型化的智能微系統;數字媒體技術研究院主要負責微型揚聲器的智能信號控制。

　　目前，該項目已經取得了突破性進展。這款基于硅芯片的揚聲器性能表現非常驚艷：這款MEMS揚聲器的尺寸為4mm x 4mm，可以理想地集成到耳機、耳戴式設備和助聽器中。作為一款單向系統(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、中音和負責高頻的高音揚聲器單元。針對耳內應用，這款微型MEMS揚聲器能夠獲得110dB的聲壓，相當于距離噴氣式飛機100米左右的噪音等級。

　　除了微小的尺寸設計，這款MEMS揚聲器還表現出了驚人的高保真和低能耗優勢，這對于電池供電型設備來說非常關鍵。最后但同樣重要的是，這款利用MEMS技術的產品能夠實現極具成本效益的芯片制造和大規模裝配。

　　這款MEMS揚聲器采用了壓電薄膜作為有源元件，當對其施加電壓時會發生形變，其機械形變擾動周圍空氣，并由此產生聲波。結果證明利用硅材料來開發MEMS揚聲器具有諸多優勢。得益于現代芯片制造技術，半導體材料硅可以進行超微結構加工，非常適用于這些電子機械應用，并且，硅材料還具有很高的成本效益。

　　未來，結合多個微型MEMS揚聲器組成多單元系統，其傳輸帶寬將進一步擴展至20kHz以上。“到時我們的產品將可以滿足高端HiFi耳機市場的高音質要求，” 數字媒體技術研究院項目經理Daniel Beer說。

　　弗勞恩霍夫硅技術研究院半導體技術專家Bernhard Wagner對于MEMS揚聲器的生產制造看到了重要的發展機遇：“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。這將進一步降低產品功耗，在所有主要的半導體制造工廠實現MEMS揚聲器的大規模量產。”

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

　　其它MEMS揚聲器廠商

　　(1)USound

　　目前，市場上領先的壓電MEMS揚聲器開發商是奧地利的USound。USound是全球首家發布壓電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/耳戴產品開發的壓電MEMS揚聲器已經完成設計定型、產能爬坡，以及首批量產前產品的出貨，預計將于2018年第一季度實現規模量產。

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

　　(2)Audio Pixels

　　揚聲器數字化全球領導者Audio Pixels開發了一項技術平臺，能夠利用MEMS結構而非傳統揚聲器元件，直接將數字音頻流轉化為聲波。該技術平臺的基礎——數字聲音重建技術(Digital Sound Reconstruction，DSR)實現了基于硅芯片的音頻揚聲器的量產，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，能夠滿足現代電子制造和器件的各種要求。

　　據麥姆斯咨詢報道， Audio Pixels曾于2016年宣布：選擇全球專業代工領導者TowerJazz公司，大規模量產其第一代高性能MEMS揚聲器芯片。預計這款硅基揚聲器芯片將帶來全新一代突破性的產品應用，超越全球消費電子、工業和醫療器械制造商對于聲學器件的性能指標和設計要求。Audio Pixels專注于制造一種基于MEMS技術的硅芯片，既能夠作為一個獨立的微型揚聲器使用，又能夠實現多倍級聯以滿足幾乎所有的揚聲器應用。