Монолитная конструкция обеспечивает полностью силиконовый динамик MEMS

Традиционные электретные конденсаторные микрофоны долгое время оставались наиболее часто используемыми микрофонами, но микрофоны микро-электромеханических систем (МЭМС) все чаще их вытесняют. Динамики со звуковой катушкой долгое время оставались наиболее часто используемыми динамиками, но вытеснят ли их когда-нибудь динамики MEMS? Стартап xMEMS, Inc. из Санта-Клары стремится изменить правила игры и затмить звуковые катушки и гибридные динамики MEMS, реализовав весь динамик MEMS - привод и мембрану - в кремнии.

Проверено и верно?

Основанная в октябре 2017 года, xMEMS выходит из скрытого режима и представляет собой первый монолитный динамик MEMS, обеспечивающий высокую точность воспроизведения звука с полной полосой пропускания и низкий уровень гармонических искажений для интеллектуальных персональных аудиоустройств, таких как true беспроводные стереонаушники (TWS), внутриканальные мониторы и наушники. Акустическая система MEMS, получившая название Montara, была выбрана для избранных клиентов с апреля. Инженерные образцы теперь передаются большему количеству OEM-производителей и производителей, заказы на риски, как ожидается, начнутся в конце этого года, а массовое производство запланировано на апрель 2021 года.

Майк Хаусхолдер из xMEMS

Если Montara является первым «истинным» динамиком MEMS, означает ли это, что существуют «ложные» динамики MEMS? Ответ отрицательный, но xMEMS не вмешивается в выбор слов. Замена только одного компонента динамика на MEMS недостаточно, чтобы сделать его динамиком MEMS. Montara - это «первый монолитный монолитный полностью кремниевый динамик, поэтому он выходит из фабрики как полнофункциональный динамик», - сказал EE Times . «Нет никакого дополнительного процесса и этапа сборки, кроме традиционной упаковки полупроводников».

Монтара имеет ячеечную архитектуру, и каждый квадрат представляет собой отдельный динамик. «У него есть пьезоэлектрический привод MEMS, а сверху - мембрана динамика, вытравленная из кремния». Силиконовая мембрана перемещается вверх и вниз с помощью пьезоэлектрического привода MEMS, создавая давление воздуха, которое перемещает мембрану и создает звук. «По сути, мы создали массив из шести ячеек для этой первой реализации Montara, и эти шесть ячеек движутся согласованно, чтобы генерировать звуковой сигнал».

Почему МЭМС?

Технология звуковой катушки существует уже сто лет, и, похоже, она работает нормально, - сказал Хаусхолдер. Однако для многокомпонентных громкоговорителей со звуковой катушкой требуются трудозатратные и гибкие заводские сборочные линии. Поскольку громкоговорители со звуковой катушкой являются полуавтоматическими, «на любой фабрике громкоговорителей вы увидите сотни или тысячи рабочих, которые вручную оборачивают громкоговорители со звуковой катушкой вокруг магнитов, устанавливают пластиковые или бумажные мембраны. И всякий раз, когда в дело вовлечены люди, у вас есть вариативность ». При производстве наушников, продолжил он, «рабочие должны пройти процесс калибровки и согласования динамиков, чтобы убедиться, что звук левого и правого динамиков примерно одинаков». Этот этап калибровки неизбежно требует времени и денег.

Что xMEMS стремится предложить, так это динамик с полной полосой пропускания с «преимуществами полного полупроводникового процесса:единообразие, повторяемость и согласованность», - сказал Хаусхолдер. «У нас очень плотная защитная полоса, поэтому каждый динамик работает очень похоже на другой, поэтому мы можем исключить этап калибровки и тестирования на линии сборки наушников».

Кроме того, пьезоэлектрические материалы устойчивы к пыли и воде, «поэтому очень легко сделать водонепроницаемую, пыленепроницаемую колонку без какого-либо специального покрытия или водонепроницаемой сетки». По сути, чип в заводском исполнении - IP-57.

динамик xMEMS 'Montara

Сегодня каждый динамик на рынке имеет резонансную частоту в пределах слышимого диапазона частот, но этот резонанс создает неестественный звуковой профиль, с которым необходимо работать во время производства и проектирования динамика и наушников, объяснил Хаусхолдер. С динамиками со звуковой катушкой «вы должны либо ослабить резонанс, либо разработать какую-то фильтрацию». Резонансная частота Montara находится «к северу от слышимого диапазона частот (20 кгц), поэтому для нашего динамика не требуется никакого специального демпфирования, фильтрации или адаптации».

И хотя большинство динамиков либо приклеиваются к корпусу наушников, либо устанавливаются на какой-либо сборочный узел, Хаусхолдер сказал, что Montara можно приклеить, прикрепить к сборке или припаять к печатной плате, как и любой другой полупроводниковый компонент.>

Качество звука на первом месте

Использование мультимедиа стало обычным делом в любом месте и в любое время, и потребители все чаще требуют улучшенного качества звука. По данным компании Canalys, занимающейся маркетинговыми исследованиями, в 2023 году мировые поставки смарт-устройств превысят 3 миллиарда, причем категория умного персонального аудио будет расти быстрее всего. Ожидается, что в 2020 году количество умных персональных аудиоустройств вырастет на 32,1% в годовом исчислении до 490 миллионов единиц.

xMEMS будет позиционировать себя на быстрорастущем рынке аудиоколонок ближнего действия, и двумя первыми сегментами ее продуктов будут TWS и внутриканальные мониторы. «Мы должны добиться того же звука, что и звуковая катушка, или лучше, чтобы их действительно можно было рассмотреть для новых разработок», - сказал Хаусхолдер. «Что уникально в пьезоэлектрических колонках MEMS, так это то, что ваши традиционные колонки со звуковой катушкой проседают и падают на более высоких частотах». С пьезоэлектрическими МЭМС «вы получаете больше звукового давления». Он также позволяет OEM-производителям формировать звуковой профиль, поскольку он «не вносит в звук артефактов, если вы фильтруете его для формирования яркого или теплого звука».

Калифорнийский стартап также обозначил возможность замены двух-четырех уравновешенных арматур одной Montara. И «поскольку наш динамик монолитный, полностью сделанный из кремния, у нас быстрое механическое время отклика. Наибольшие дивиденды от этого принесет активное шумоподавление ».

Не называя цены, Хаусхолдер сказал, что компания провела сравнительный анализ Montara с помощью готовых высококачественных решений. «Мы будем конкурентоспособны с сегодняшними динамиками со сбалансированной арматурой, и мы чувствуем, что приносим новые преимущества по равной цене».

В планах

По словам Хаусхолдера, можно разработать различные конфигурации Montara для более низкой цены. «Мы рассматриваем конфигурацию ячеек два на два с четырьмя ячейками динамиков, чтобы получить более низкую цену и выйти на рынок среднего уровня». Поскольку наушники имеют большую чашку, которая закрывает ухо, xMEMS заявляет, что также рассматривает возможность увеличения количества ячеек для создания более мощного звука.

Дорожная карта стартапа выходит за рамки слуховых аппаратов, поскольку «существует большой рынок для звука вне ближнего поля, для громкоговорителей для открытого и свободного пространства», - сказал Хаусхолдер. Громкоговорители касаются смартфонов, интеллектуальных динамиков, звуковых панелей для домашних развлечений, телевизоров и автомобилей, где он видит возможность уменьшить значительный вес динамиков. «Мы изучаем разные архитектуры, чтобы приблизиться к разнообразию рынка громкоговорителей».

В июле xMEMS привлек немногим более 11 миллионов долларов. У него есть филиал в Чжубэе, Тайвань, и в нем работают 26 человек.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EE Times.