電子發燒友網報道（文/黃晶晶）如今消費電子市場無論是智能手機還是TWS耳機、智能手表等都同樣面臨著創新乏力的局面。我們不禁要思考還有哪些技術創新能夠給消費電子帶來新高度。一種全硅MEMS揚聲器成為許多廠商感興趣的新技術，并有望加快得到應用。

“我們知道音頻技術的主要發展方向是更高好的音質，更沉浸的音頻以及更佳的完整性。其中高保真的音質很關鍵，還有更沉浸、更具空間感的音頻，Apple、Dolby 等廠商都在下功夫，同時音頻技術也有助于助聽器、輔聽器及相關功能的發展。”xMEMS知微電子聯合創始人Joseph Jiang接受電子發燒友網等媒體采訪時表示。

圖：xMEMS知微電子聯合創始人Joseph Jiang

Joseph Jiang表示，目前所有的線圈（動圈）單元的頻寬都有限，無法做到全頻，甚至在8kHz以上就已非常吃力。但是，全硅MEMS方案就可同時滿足高保真、沉浸感、助聽輔聽功能的需求，這就給全硅MEMS方案提供了機會。

全硅MEMS揚聲器

由于采用硅膜的整體結構，MEMS 揚聲器具備多種優勢，不僅擁有更精確、高保真、更高分辨率的音質，更具備防塵防水、高可靠性、可大批量量產等特性，將加速已有百年歷史的動圈揚聲器市場變革。

目前xMEMS已推出 4 款全硅MEMS產品，其中Montara、Montara Plus 是全頻MEMS揚聲器，Cowell 是目前業內最小的MEMS揚聲器，Skyline 則是業內首款支持主動環境聲音控制的動態閥門。

第一代產品Montara在兩年前推出，實現零的突破，第二代產品Cowell揚聲器的單位面積可發出聲音比第1代多出84%，體積更小，價格也可節省將近一半。xMEMS在今年Q1宣布第二代Cowell 揚聲器進入量產，Q2宣布兩顆模組量產，Q3宣布第三代Montara Plus可以開始量產。

圖源：電子發燒友網拍攝


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一般來說，動圈式耳機得益于振膜特殊的阻尼特性曲線，其聲音在低頻上較豐厚，對高頻音頻信號的頻率響應較差。動鐵式耳機具備優秀的解析力，瞬態響應迅速。但頻響范圍窄，所以動鐵耳機需要多個動鐵單元分別負責不同頻率的響應。

而xMEMS 揚聲器的全頻率約在20Hz~20KHz，這也是人耳能聽到的頻率。高保真耳機頻率標準在50Hz~12.5KHz，已經有許多音頻廠商將頻寬加大，部分加大到8kHz以上，甚至12kHz、16kHz，對于MEMS揚聲器是很好的機會。

Joseph Jiang表示，由于在放大器設計上不一樣，MEMS揚聲器的功耗會比動圈功耗稍大，大約在4%-6%之間。但是由于 MEMS 揚聲器的體積小，為電池容量擴大提供了空間。以中長期視角來看，考慮到音頻放大器的演進，MEMS 揚聲器的功耗會比傳統揚聲器更低。

另外，成本方面，xMEMS 揚聲器成本已經比某些動鐵便宜，且跟動圈越來越接近。但許多客戶會因為聲音較好而接受很小的價差。調試成本方面，MEMS 揚聲器和傳統揚聲器差不多。

Cowell 擁有頂部發聲、側邊發聲兩種不同配置，可依據耳機或其他音頻設備的內部設計空間靈活選擇。由于在發聲薄膜上應用了壓電材料，芯片在上電壓時位移的幅度更大。在設計時還設置了一些孔道，讓位移繼續加大，使得推動的空氣更多，產生更大的聲音。另外，Cowell 也可與傳統動圈單元搭配使用，并可通過不同的方案實現分頻。

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圖源：xMEMS

關于和動圈封裝在一起的問題，Joseph Jiang解析道，由于哈曼曲線的存在，人耳往往偏好更大聲的低頻，但由于現在很少產品能和動圈單元一樣在低頻發出足夠大的聲音，在這種情況下，xMEMS 揚聲器配合傳統線圈（用于發出低頻聲音）是成本表現較好、綜合來看較均衡的解決方案。不過，這仍是過渡階段的解決方案。一般會認為，MEMS 揚聲器的低頻相對薄弱，但是在實驗室中我們已經完成了單芯片的方案，我們的揚聲器在低頻已經跑到150Hz，有了不小的突破。

xMEMS 的Skyline是業內首款支持主動環境聲音控制的動態閥門，可實現閥門的自由控制。憑借這一特性，廠商可以將 Skyline應用在降噪耳機、睡眠耳機等不同案例。

DynamicVant（動態閥門）能讓耳朵佩戴助聽器通話時更舒服、更清楚，這不是最新的概念，許多 2000、3000 美元價位的助聽器已經有相應的特性出現。

Joseph Jiang說，許多公司在做這種動態閥門時面臨挑戰：一是體積過大；二是開關時具有機械開關聲；三則是不抗汗。但 xMEMS 具有 DynamicVant的Skyline，對于這三個問題都可以解決。

目前，xMEMS 已經有好幾個解決方案推出，客戶可以直接使用 TWS 方案，也可以對方案中的任何零件進行替換，在10月還即將推出 Sleep Buds 睡眠耳機的方案。

提升降噪效果

目前在耳機的幾種降噪中比較流行的ANC 主動降噪，它是通過麥克風抓取噪音、送 DSP 處理，然后發出相反信號進行消除，這種方法可以消除環境噪音，例如飛機引擎等持續性的噪音。但是目前 ANC 存在挑戰，由于傳統線圈的工作原理存在延遲，反應時間比較慢，很難處理不是固定頻率的噪音，例如小孩的哭聲。

而xMEMS的MEMS揚聲器的反應時間則非常少。傳統動圈耳機從拾音到播放大概需要 5-7 毫秒，但采用 xMEMS 產品后可以減少到 2-3 微妙，如果再加上Piezo麥克風的話，整個延遲時間就只剩下DSP的反應時間而已，讓降噪的范圍更大、頻率更高。

從TWS到助聽器、手表、車載等應用廣泛

目前全硅MEMS揚聲器主要應用于TWS耳機、OTC助聽器，前景十分可觀，由于體積小重量輕還可用于頭戴式耳機等。還有手表越來越薄，也有越來越多人戴著手表打球、進行劇烈運動，而xMEMS 揚聲器不僅很薄，且不怕振動。

圖源：xMEMS


圖源：xMEMS

此外，隨著智能電視的薄型化，例如目前65寸電視最薄7cm，目標5cm，阻礙之處就在于揚聲器太厚。xMEMS 的揚聲器可以達到約1cm多厚度，未來用做大型揚聲器厚度應該在1.6cm左右，完全能夠滿足電視的需要。

車企對xMEMS的揚聲器也頗感興趣。因高頻有很大的方向性，有的車企認為可以做出個人化的音頻系統，也有車企覺得可以放在A柱中。此外，還有客戶利用超高頻、超聲波的特性用于驅趕老鼠等應用。

目前不少手機廠商想將揚聲器小型化，而xMEMS 也希望做出一個MEMS全硅 loudspeaker（外放揚聲器，可以取代手機中的傳統揚聲器）。Joseph Jiang表示，手機揚聲器目前很難做，是因為聲音在自由空間、尤其是低頻會掉得很快。目前 xMEMS 的其中一個研發方向是用超聲波來載波，例如用 100kHz 來載波 100Hz，相當于在單元時間內播放多次，就能讓聲音更大，該項目仍在研發之中。xMEMS更大的愿景是制造出MEMS大型揚聲器，讓家庭劇院不再需要低音喇叭，更不需要 5.1、7.2 聲道等，而是讓每一個揚聲器、音響都是全頻，且體積十分小巧。

xMEMS的MEMS揚聲器生產已經實現全自動化且品質可靠。xMEMS 現在每月可達 50 萬顆的產量，到今年年底時每月可達 100萬顆，明年Q1結束時則可達每月150萬顆。同時，xMEMS也在與臺積電密切交流，尋求提升芯片產能。可見xMEMS做好了充足的供應保障。預計在今年年底的圣誕季之前，將有 15-17個采用xMEMS的產品上架。對于這項技術創新，的確十分值得期待。