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在過去的幾年中，隨著微機電系統(tǒng)（Micro-electromechanicalsystem，MEMS）技術(shù)的發(fā)展，不僅半導(dǎo)體制造變得更加普及，我們也可以借以設(shè)計出特性上與傳統(tǒng)動圈式（Dynamic Driver）單體或平衡電樞式（Balanced Armature）單體截然不同的揚聲器。xMEMS 全新「Montara」設(shè)計很可能成為這樣的替代方案。

更高頻率響應(yīng)和更低THD，實現(xiàn)主動式降噪

xMEMS 是一家于2017 年成立的新創(chuàng)公司，總部位于美國加州圣塔克拉拉市（Santa Clara）。這家公司行事作風(fēng)向來十分低調(diào)，直到今天才正式對外公布產(chǎn)品。據(jù)說，憑借公司創(chuàng)辦人多年來在不同MEMS 設(shè)計公司積累的豐富經(jīng)驗，該公司成立動機就在打破數(shù)十年的揚聲器技術(shù)壁壘，并透過創(chuàng)新的純硅（Pure Silicon）解決方案重塑了聲音。

xMEMS 純硅揚聲器的制造與常規(guī)揚聲器的制造有很大的不同。由于揚聲器實際上只是透過典型光刻制程所制造的單芯片，就像其他硅芯片的設(shè)計方式一樣。由于采用這種單芯片式設(shè)計，因此與動圈式設(shè)計相比，該生產(chǎn)線的復(fù)雜度得以大幅降低，反觀動圈式設(shè)計，則需要大量精密組裝的零組件，這涉及了動輒需要數(shù)千名工廠工人參與的龐大任務(wù)。該公司不想透露該設(shè)計的實際制程節(jié)點（Process Node），但預(yù)計其微米級的成品會相當(dāng)粗略，他們也只確認其所采用的是200毫米（mm）晶圓技術(shù)。

除了簡化生產(chǎn)線之外，MEMS 揚聲器在光刻方面的另一個重要優(yōu)勢是，其制造精度和可重復(fù)性明顯優(yōu)于可變動圈式設(shè)計。該設(shè)計在機械力學(xué)方面也具有關(guān)鍵優(yōu)勢，例如更加一致性的振膜振動，可實現(xiàn)更高的頻率響應(yīng)度和更低的總諧波失真（Total Harmonic Distortion，THD），進而實現(xiàn)主動式降噪（Active Noise Cancellation，ANC）。

能與平面振膜一較高下的失真控制能力，功耗只有42µW

xMEMS Montara 設(shè)計上采用8.4×6.06 毫米的硅晶粒（50.9 平方毫米），以及6 個所謂的揚聲器「單元」（Cell），亦即在芯片上重復(fù)的個別揚聲器MEMS 元件。該揚聲器的頻率響應(yīng)涵蓋了從10Hz 到20KHz 的全部范圍，這是當(dāng)前動圈式或平衡電樞單體普遍達不到的問題，這也是為什么我們當(dāng)前會看到會采用多顆這類揚聲器來覆蓋不同頻率范圍的原因。

據(jù)說該設(shè)計具有極佳的失真控制特性，能夠與平面振膜（PlanarMagnetic）設(shè)計一較高下，并確保在200Hz–20KHz時只有0.5% 的THD。由于這些揚聲器皆屬電容式壓電驅(qū)動而不是電流驅(qū)動，因此能夠?qū)⒐慕档偷降湫蛣尤κ絾误w功耗的好幾分之一，亦即只有42µW 的程度。

尺寸也是這項新技術(shù)的主要優(yōu)勢。目前，xMEMS 正在生產(chǎn)一種能讓聲音從封裝里呈垂直角度向外發(fā)出的標(biāo)準(zhǔn)封裝解決方案，該封裝尺寸為8.4×6.05×0.985 mm，但我們也將看到一個具有相同尺寸的邊側(cè)發(fā)聲解決方案，不論如何，這一切能讓制造商可以更好地管理內(nèi)部耳機設(shè)計和零組件定位作業(yè)。

透過在聲音設(shè)計方面沒有任何最佳化的粗糙3D 列印元件，xMEMS 就能夠輕松設(shè)計出與當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計尺寸相似的耳機。事實上，市面上的商品化產(chǎn)品可能看起來要好得多，并且更能充份利用該新創(chuàng)公司嶄新設(shè)計所帶來的尺寸與體積節(jié)省優(yōu)勢。

以真無線藍牙耳機為目標(biāo)市場，預(yù)計明年春天正式量產(chǎn)

電容式壓電驅(qū)動的一個關(guān)鍵面向在于，它需要一個與傳統(tǒng)揚聲器不同的功率擴大器設(shè)計。Montara 可以驅(qū)動高達30V 的峰值到峰值（peak-to-peak）輸出訊號電壓，這遠遠高于現(xiàn)有擴大器設(shè)計的能耐范圍。因此，客戶希望為Montara 部署一個需要額外輔助芯片（例如德州儀器LM48580）的MEMS 揚聲器設(shè)計。

這無疑會成為阻礙該技術(shù)能被普遍采用的最大障礙之一，因為它將限制其使用能提供適當(dāng)擴大器設(shè)計來驅(qū)動揚聲器的更高效IC 解決方案，然而許多現(xiàn)有的音訊解決方案都需要一個額外的擴大器。不論如何，很顯然的，真無線藍牙耳機（True Wireless Stereo，TWS）會是Montara 的主要目標(biāo)市場，因為其可在設(shè)計上解決擴大器方面的問題，而且這類產(chǎn)品可以充分利用新?lián)P聲器技術(shù)在尺寸、重量和功率上的優(yōu)勢。

在測試中，xMEMS 透過前文所述的3D 列印耳機原型，展現(xiàn)了Montara MEMS 揚聲器的聲壓位準(zhǔn)（Sound Pressure Level，SPL）顯著高于其他耳機解決方案，而且其量產(chǎn)機型完全達到了115dB SPL 的目標(biāo)（該原型只用了6 個單元中的5 個單元）。在更高頻的響應(yīng)范圍中，其擁有更高的原生頻率響應(yīng)，這讓供應(yīng)商有足夠的空間來為他們設(shè)計中的聲音特征進行調(diào)校與濾波。在這些頻率下，濾波降幅要比濾波增幅來得容易多。

94dB SPL 的THD 指數(shù)也比一副900 美元的不知名專業(yè)入耳式監(jiān)聽（IEM）耳機好得多，再次強調(diào)，目前其仍只是一個不具備任何音訊優(yōu)化機制的粗略設(shè)計。在價格方面，xMEMS 沒有透露任何確切數(shù)字，但只透露甚數(shù)字將不出當(dāng)前平衡電樞式設(shè)計的價格范圍。目前xMEMS正提供Montara 揚聲器的樣品給供應(yīng)商，預(yù)計明年春天正式量產(chǎn)。