MEMS让扬声器更加数字化

据麦姆斯咨询报道，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。