突破传统扬声器限制，xMEMS MEMS扬声器将推动音频产品进入固态保真时代

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。