革命性产品终落地：低功耗、小尺寸的MEMS扬声器进入市场

电子发烧友网报道（文/李诚）随着主动降噪、空间音频、360度环绕立体声的普及，以及芯片成本的不断下探，彻底的引爆了TWS耳机市场，市场渗透率得到了显著的提升，并且各大消费类巨头也纷纷入局TWS耳机市场，不断迭代更新，寄希望于能够在TWS爆发的浪潮中分一杯羹。

科技的进步，TWS耳机也不再趋于平庸，各种语音助手、空间降噪功能的加入，导致电子元件使用数量激增，设备能耗也随之提高，加之耳机内部狭小的空间也限制了TWS耳机多功能化的发展。因此，终端厂商为确保更持久的续航能力和耳机多功能化的发展，向上游核心零部件厂商提出了更高的硬件需求。

在TWS耳机内，扬声器与电池占据了绝大部分的空间，随着功能的增多，TWS耳机内部空间进一步收紧，因此，在保证续航的前提下，对扬声器的尺寸与功耗进行优化成为了最优解。为满足TWS耳机市场的发展需求，不少厂商也陆续发布了更小尺寸、低功耗，以及可拓展性强的MEMS扬声器，以取代传统的线圈扬声器，来满足市场的应用需求。

可应用于耳机、智能眼镜的MEMS扬声器

近日，xMEMS实验室推出了一款极具拓展性的单芯片MEMS压电驱动高音扬声器Tomales。xMEMS的MEMS扬声器技术主要是基于压电MEMS材料的逆压电效应实现的，其工作原理是通过向压电MEMS施加电压，当压电MEMS接收到电信号时，硅膜会将传输过来的电能转化为机械能，做膨胀、收缩运动并产生声波。xMEMS的压电MEMS与传统的扬声器相比，xMEMS硅膜的机械运动幅度更大，能够产生更洪亮的音频效果。

图源：xMEMS

Tomales是一款可实现多应用场景的单片MEMS高音扬声器，据xMEMS表示，Tomales采用的是单芯片的架构，该结构的优势在于将驱动与振膜集成在了同一硅片上，高度集成化有助于提高各器件响应频率的一致性，改善非稳态噪声的ANC带宽，并减少了产品生产过程中匹配与校准的时间。该架构的使用去除了传统扬声器弹簧和悬架恢复的过程，不仅极大程度还原了原音频的音质，还提升了用户的使用体验。

同时，这款MEMS扬声器还采用IP58防尘/防水的设计，以及6.05 x 8.4 x 1.15mm LGA封装，进一步降低了扬声器布局的难度和设备与扬声器的空间占比，极小的产品体积非常适用于耳机、智能眼镜、AR/VR等内部空间狭小且具有指定音频朝向的设备中应用。

在产品性能方面，据xMEMS表示，Tomales采用了自家独有的第二代 M2 扬声器单元架构，并对该架构进行了优化，实现小扬声器大声压的效果，在距离Tomales 3厘米处进行分贝测试实验中，当工作频率为2kHz时，分贝测试结果为75dB。当工作频率为4kHz时，分贝测试结果为90dB。当工作频率为10kHz时，分贝测试结果为108dB。不同工作频率产生的声场效果，均能满足一般产品应用的需求。目前该新品还处于样品阶段，预计将会于2022年实现量产，不过该公司的Montara MEMS扬声器已经实现量产，并已率先用于泫音旗舰TR-X TWS入耳式耳机。

纳米静电驱动MEMS扬声器

据外媒报道，弗劳恩霍夫光学微系统研究院，于今年10月成功研发了一种采用纳米静电驱动技术的MEMS微型扬声器，据介绍该扬声器有100%的硅材料制成，就连扬声器的发声振膜也由硅晶圆薄片制成的弯曲带取代，仅从使用的原材料就可以看出这款MEMS微型扬声器极具成本优势。

图源：devicemed

该扬声器主要是通过纳米静电驱动技术在硅芯片内发声的，利用芯片在蚀刻时会产生极小的电极间隙，通过这一电极隙间产生的高静电力来驱动弯曲带在腔室内产生弯曲运动。当腔室内的弯曲带在做弯曲运动时，产生的振动会将空气从腔室内顶出，并产出声响。该扬声器能够在仅有10mm²的有效芯片面积上发出高达120dB的声压（置换空气量约为0.5 mm³即可）。

同时，该扬声器的弯曲带还可以根据不同应用的频率范围，进行布局与优化。若想增加扬声器的声压等级，还可在晶圆生产阶段通过增加晶圆的厚度实现。

据介绍，这款MEMS微型扬声器能够实现20Hz至20kHz的大音频范围覆盖，具有体积小、重量轻、功耗低和拓展性强等特点，可满足TWS耳机、助听器等小型化产品的应用。

结语

随着TWS、AR/VR、智能眼镜等可穿戴设备功能的增加，更小体积、功耗和更大频率范围的MEMS扬声器成为了最具优势的解决方案。100%硅材料MEMS扬声器的研发成功，有利于终端厂商控制产品的成本，提高产品的市场竞争力。