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MEMS扬声器取得突破性进展,性能表现非常惊艳!
2018-03-21 09:03:41   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

据麦姆斯咨询报道,弗劳恩霍夫数字媒体技术研究院和硅技术研究院联合开发出了一款MEMS微型扬声器。MEMS意指微机电系统,它结合了经典半导体技术和微米级的微机械技术。因此,弗劳恩霍夫研究所的科学家正带来扬声器领域的变革,使扬声器也能像计算机芯片一样。

MEMS扬声器取得突破性进展,性能表现非常惊艳!

基于MEMS技术的微型扬声器或将变革移动通讯设备的语音和音乐播放。它们结合了大频率带宽和高音质的优势,能够带来极高品质的声学表现。此外,它们的尺寸非常小,能够很轻松地集成到耳机中。

麦姆斯咨询报道,Fraunhofer(弗劳恩霍夫)数字媒体技术研究院和硅技术研究院联合开发出了一款MEMS微型扬声器。MEMS意指微机电系统,它结合了经典半导体技术和微米级的微机械技术。因此,弗劳恩霍夫研究所的科学家正带来扬声器领域的变革,使扬声器也能像计算机芯片一样,用硅材料来实现低成本的大规模制造。

弗劳恩霍夫数字媒体技术研究院和硅技术研究院联合开发项目——“移动应用智能MEMS扬声器”已经合作研究了3年,致力于开发高能效且可以完整集成的芯片级扬声器。硅技术研究院主要负责压电微驱动器件的开发和试生产,并将它们集成进入高度微型化的智能微系统;数字媒体技术研究院主要负责微型扬声器的智能信号控制。

目前,该项目已经取得了突破性进展。这款基于硅芯片的扬声器性能表现非常惊艳:这款MEMS扬声器的尺寸为4mm x 4mm,可以理想地集成到耳机、耳戴式设备和助听器中。作为一款单向系统(one-way system),它可以覆盖20 Hz~20kHz的整个频率范围,而典型的HiFi(高保真)扬声器通常包含低音、中音和负责高频的高音扬声器单元。针对耳内应用,这款微型MEMS扬声器能够获得110dB的声压,相当于距离喷气式飞机100米左右的噪音等级。

除了微小的尺寸设计,这款MEMS扬声器还表现出了惊人的高保真和低能耗优势,这对于电池供电型设备来说非常关键。最后但同样重要的是,这款利用MEMS技术的产品能够实现极具成本效益的芯片制造和大规模装配。

这款MEMS扬声器采用了压电薄膜作为有源元件,当对其施加电压时会发生形变,其机械形变扰动周围空气,并由此产生声波。结果证明利用硅材料来开发MEMS扬声器具有诸多优势。得益于现代芯片制造技术,半导体材料硅可以进行超微结构加工,非常适用于这些电子机械应用,并且,硅材料还具有很高的成本效益。

未来,结合多个微型MEMS扬声器组成多单元系统,其传输带宽将进一步扩展至20kHz以上。“到时我们的产品将可以满足高端HiFi耳机市场的高音质要求,” 数字媒体技术研究院项目经理Daniel Beer说。

弗劳恩霍夫硅技术研究院半导体技术专家Bernhard Wagner对于MEMS扬声器的生产制造看到了重要的发展机遇:“未来我们将采用能效更高且与IC工艺兼容的新型压电材料。这将进一步降低产品功耗,在所有主要的半导体制造工厂实现MEMS扬声器的大规模量产。”

弗劳恩霍夫数字媒体技术研究院和硅技术研究院在3月19~22日在德国慕尼黑举办的German Society for Acoustics(DAGA,德国声学学会)年度会议上,首次公开发布了他们的研究成果。

其它MEMS扬声器厂商

(1)USound

目前,市场上领先的压电MEMS扬声器开发商是奥地利的USound。USound是全球首家发布压电MEMS扬声器的厂商,并在2018年1月的CES(全球消费电子展)上完成了首次亮相。USound为耳机、可穿戴/耳戴产品开发的压电MEMS扬声器已经完成设计定型、产能爬坡,以及首批量产前产品的出货,预计将于2018年第一季度实现规模量产。

据麦姆斯咨询报道,USound广泛的合作伙伴包括:Austria Technologie & Systemtechnik AG(AT&S,奥地利科技与系统技术股份公司)、ISIT(获得了ISIT在微系统功率电子制造方面的经验);Institute for Electronic Music(IEM,电子音乐研究所);STMicroelectronics(意法半导体),利用意法半导体产业领先的薄膜压电技术(TFP),双方合作进行全球首款微型压电MEMS扬声器的产业化和生产制造。

(2)Audio Pixels

扬声器数字化全球领导者Audio Pixels开发了一项技术平台,能够利用MEMS结构而非传统扬声器元件,直接将数字音频流转化为声波。该技术平台的基础——数字声音重建技术(Digital Sound Reconstruction,DSR)实现了基于硅芯片的音频扬声器的量产,并使扬声器更小、更薄、声音更清晰、能效更高,而且具有更好的兼容性,能够满足现代电子制造和器件的各种要求。

据麦姆斯咨询报道, Audio Pixels曾于2016年宣布:选择全球专业代工领导者TowerJazz公司,大规模量产其第一代高性能MEMS扬声器芯片。预计这款硅基扬声器芯片将带来全新一代突破性的产品应用,超越全球消费电子、工业和医疗器械制造商对于声学器件的性能指标和设计要求。Audio Pixels专注于制造一种基于MEMS技术的硅芯片,既能够作为一个独立的微型扬声器使用,又能够实现多倍级联以满足几乎所有的扬声器应用。

延伸阅读:

《声学MEMS和音频解决方案-2017版》

《USound将在2018年Q1量产MEMS扬声器系列产品》

《MEMS扬声器首次亮相CES 2018,USound谈音频行业未来》

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