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全矽制程的真MEMS扬声器 展现高质量空间音效
【东西讲座】活动报导

【作者: 劉昕】2022年03月30日 星期三

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由CTIMES主办的每月【东西讲座】,於3月25日(五),针对「颠覆装置发声的方式!Speaker on a Chip!」为题技术揭示,当日以实体与线上直播方式进行,由新创公司xMEMS亚太区总经理陈宪正(Martin H. Chen)现身说法,探索单晶片扬声器的制程原理与创新应用,现场吸引满座的产业人士亲赴交流,并实际视听体验MEMS扬声器的高性能音质表现。



图一 : xMEMS亚太区总经理陈宪正解说MEMS扬声器的制程原理与应用,现场吸引满座的产业人士亲赴交流。
图一 : xMEMS亚太区总经理陈宪正解说MEMS扬声器的制程原理与应用,现场吸引满座的产业人士亲赴交流。

xMEMS於2018年正式成立,总部位於美国加州西部Santa Clara,拥有近百个专利技术,是个注重知识产权的新创公司。主要致力於以MEMS技术,为消费性电子产品设计创新的解决方案与应用,目前专注於以单晶片MEMS扬声器为主要产品,用於TWS和其他的小型音讯装置上。


MEMS扬声器是一种使用微机电技术来产生音讯的装置,以半导体制程机械结构的技术或工具制造方法,其操作范围在微米尺寸内,这些元件通常由矽组成,并输入或输出电畴以形成感测器和致动器。而xMEMS所生产的MEMS扬声器则号称「True MEMS Speaker」,因为他们整个扬声器的机构连同震膜在内,都是使用MEMS技术制造,并交由台积电进行生产。


「2022年就是MEMS扬声器元年,预计从今年第二季开始,新的终端应用就会陆续的上市,请大家密切期待!」陈宪正在讲座现场明确的指出。


陈宪正也认为,MEMS扬声器的优势在於具空间音效功能、卓越的音讯透明度和高传真度、ANC噪音控制与150倍的快速回应、声压的均匀一致性、符合IEC和JEDEC标准测试认证而正式量产的高品质与可靠性、小而轻的封装型态。


xMEMS所使用的压电技术称为piezoMEMS,是一种一体式的压电元件技术,而且它的驱动器、致动器与薄膜皆使用矽材料制成,具备IP58防水防尘的等级、精准、稳定、高音量、晶片大小等优点。


传统的扬声器是透过磁性机构和线圈来产生音讯,再由锥盆的震动推动空气来产生声音。而MEMS扬声器是利用压电元件,使MEMS震膜弯曲产生横向应变,没有多馀的位移量进而产生波动,直接藉此发出音讯。


如此之结构有几个好处,首先就是结构简单,没有线圈和磁性元件等,因此容易微型化;第二个为效率高,使用压电技术的能效转换效率高,对於整体的系统效能也有帮助,同时音讯的定位也精准;第三个就是它更方便与电子电路协同设计,因此也利於进行系统整合。


音讯将是创新智能物件的必要元素趋势


图二 : 会後xMEMS也展示采用其MEMS扬声器的耳机产品,让与会者实际体验高品质的空间音效。
图二 : 会後xMEMS也展示采用其MEMS扬声器的耳机产品,让与会者实际体验高品质的空间音效。

在产品方面,xMEMS旗下的Cowell为目前全世界最小的mems喇叭,是xMEMS首款采用第二代M2扬声器架构的单晶片产品,相较於第一代Montara,体积又进一步的缩小,但仍保持了相同的响度。而Tomalas高中音喇叭,音量较Montara大两倍,适用於AR/VR眼镜。


陈宪正表示,发声频率对於喇叭来说非常重要,过程中需时常模态分析机械共振频率,整体制程由一开始造出许多八寸晶片,放置於晶圆上,将无损部分挑出进而封装,最後进行终端测试,将每颗晶片左上方设置QR code条码,方便可追踪回??原始元件。


现今媒体产业与音乐产业,皆以转变至8D音讯的录制,因此音讯将是下一代创新物件的必要元素趋势,例如适用於智慧型手机、物联网、可穿戴式设备、笔记型电脑等,强调具备360度空间音效与8D环绕式空间感音效功能,超越立体声转向沉浸式聆听。


陈宪正进一步表示,在美国15%的人有听力上的问题,却只有五分之一的人买得起助听器,而这将会是另一项市场趋势。人的环场感与定位感能分辨前後上下左右的声音来源,是根据声波进入耳廓的反射角度与量。


原先听障人士皆需经由医生处方与步骤测试,才能配戴助听器,而OTC提议法案已由FDA於2021年10月准许通过,现今助听器可自己利用云端AI技术与app,调整至适合的听力受损状态模式,省下许多的成本。


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