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全矽製程的真MEMS揚聲器 展現高質量空間音效
【東西講座】活動報導

【作者: 劉昕】   2022年03月30日 星期三

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由CTIMES主辦的每月【東西講座】,於3月25日(五),針對「顛覆裝置發聲的方式!Speaker on a Chip!」為題技術揭示,當日以實體與線上直播方式進行,由新創公司xMEMS亞太區總經理陳憲正(Martin H. Chen)現身說法,探索單晶片揚聲器的製程原理與創新應用,現場吸引滿座的產業人士親赴交流,並實際視聽體驗MEMS揚聲器的高性能音質表現。



圖一 : xMEMS亞太區總經理陳憲正解說MEMS揚聲器的製程原理與應用,現場吸引滿座的產業人士親赴交流。
圖一 : xMEMS亞太區總經理陳憲正解說MEMS揚聲器的製程原理與應用,現場吸引滿座的產業人士親赴交流。

xMEMS於2018年正式成立,總部位於美國加州西部Santa Clara,擁有近百個專利技術,是個注重知識產權的新創公司。主要致力於以MEMS技術,為消費性電子產品設計創新的解決方案與應用,目前專注於以單晶片MEMS揚聲器為主要產品,用於TWS和其他的小型音訊裝置上。


MEMS揚聲器是一種使用微機電技術來產生音訊的裝置,以半導體製程機械結構的技術或工具製造方法,其操作範圍在微米尺寸內,這些元件通常由矽組成,並輸入或輸出電疇以形成感測器和致動器。而xMEMS所生產的MEMS揚聲器則號稱「True MEMS Speaker」,因為他們整個揚聲器的機構連同震膜在內,都是使用MEMS技術製造,並交由台積電進行生產。


「2022年就是MEMS揚聲器元年,預計從今年第二季開始,新的終端應用就會陸續的上市,請大家密切期待!」陳憲正在講座現場明確的指出。


陳憲正也認為,MEMS揚聲器的優勢在於具空間音效功能、卓越的音訊透明度和高傳真度、ANC噪音控制與150倍的快速回應、聲壓的均勻一致性、符合IEC和JEDEC標準測試認證而正式量產的高品質與可靠性、小而輕的封裝型態。


xMEMS所使用的壓電技術稱為piezoMEMS,是一種一體式的壓電元件技術,而且它的驅動器、致動器與薄膜皆使用矽材料製成,具備IP58防水防塵的等級、精準、穩定、高音量、晶片大小等優點。


傳統的揚聲器是透過磁性機構和線圈來產生音訊,再由錐盆的震動推動空氣來產生聲音。而MEMS揚聲器是利用壓電元件,使MEMS震膜彎曲產生橫向應變,沒有多餘的位移量進而產生波動,直接藉此發出音訊。


如此之結構有幾個好處,首先就是結構簡單,沒有線圈和磁性元件等,因此容易微型化;第二個為效率高,使用壓電技術的能效轉換效率高,對於整體的系統效能也有幫助,同時音訊的定位也精準;第三個就是它更方便與電子電路協同設計,因此也利於進行系統整合。


音訊將是創新智能物件的必要元素趨勢


圖二 : 會後xMEMS也展示採用其MEMS揚聲器的耳機產品,讓與會者實際體驗高品質的空間音效。
圖二 : 會後xMEMS也展示採用其MEMS揚聲器的耳機產品,讓與會者實際體驗高品質的空間音效。

在產品方面,xMEMS旗下的Cowell為目前全世界最小的mems喇叭,是xMEMS首款採用第二代M2揚聲器架構的單晶片產品,相較於第一代Montara,體積又進一步的縮小,但仍保持了相同的響度。而Tomalas高中音喇叭,音量較Montara大兩倍,適用於AR/VR眼鏡。


陳憲正表示,發聲頻率對於喇叭來說非常重要,過程中需時常模態分析機械共振頻率,整體製程由一開始造出許多八吋晶片,放置於晶圓上,將無損部分挑出進而封裝,最後進行終端測試,將每顆晶片左上方設置QR code條碼,方便可追蹤回朔原始元件。


現今媒體產業與音樂產業,皆以轉變至8D音訊的錄製,因此音訊將是下一代創新物件的必要元素趨勢,例如適用於智慧型手機、物聯網、可穿戴式設備、筆記型電腦等,強調具備360度空間音效與8D環繞式空間感音效功能,超越立體聲轉向沉浸式聆聽。


陳憲正進一步表示,在美國15%的人有聽力上的問題,卻只有五分之一的人買得起助聽器,而這將會是另一項市場趨勢。人的環場感與定位感能分辨前後上下左右的聲音來源,是根據聲波進入耳廓的反射角度與量。


原先聽障人士皆需經由醫生處方與步驟測試,才能配戴助聽器,而OTC提議法案已由FDA於2021年10月准許通過,現今助聽器可自己利用雲端AI技術與app,調整至適合的聽力受損狀態模式,省下許多的成本。


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