電子發燒友網報道（文/李誠）隨著主動降噪、空間音訊、360度環繞立體聲的普及，以及晶片成本的不斷下探，徹底的引爆了TWS耳機市場，市場滲透率得到了顯著的提升，並且各大消費類巨頭也紛紛入局TWS耳機市場，不斷迭代更新，寄希望於能夠在TWS爆發的浪潮中分一杯羹。
科技的進步，TWS耳機也不再趨於平庸，各種語音助手、空間降噪功能的加入，導致電子元件使用數量激增，裝置能耗也隨之提高，加之耳機內部狹小的空間也限制了TWS耳機多功能化的發展。因此，終端廠商為確保更持久的續航能力和耳機多功能化的發展，向上遊核心零部件廠商提出了更高的硬體需求。
在TWS耳機內，揚聲器與電池佔據了絕大部分的空間，隨著功能的增多，TWS耳機內部空間進一步收緊，因此，在保證續航的前提下，對揚聲器的尺寸與功耗進行最佳化成為了最優解。為滿足TWS耳機市場的發展需求，不少廠商也陸續釋出了更小尺寸、低功耗，以及可拓展性強的MEMS揚聲器，以取代傳統的線圈揚聲器，來滿足市場的應用需求。
可應用於耳機、智慧眼鏡的MEMS揚聲器
近日，xMEMS實驗室推出了一款極具拓展性的單晶片MEMS壓電驅動高音揚聲器Tomales。xMEMS的MEMS揚聲器技術主要是基於壓電MEMS材料的逆壓電效應實現的，其工作原理是透過向壓電MEMS施加電壓，當壓電MEMS接收到電訊號時，矽膜會將傳輸過來的電能轉化為機械能，做膨脹、收縮運動併產生聲波。xMEMS的壓電MEMS與傳統的揚聲器相比，xMEMS矽膜的機械運動幅度更大，能夠產生更洪亮的音訊效果。
圖源：xMEMS
Tomales是一款可實現多應用場景的單片MEMS高音揚聲器，據xMEMS表示，Tomales採用的是單晶片的架構，該結構的優勢在於將驅動與振膜整合在了同一矽片上，高度整合化有助於提高各器件響應頻率的一致性，改善非穩態噪聲的ANC頻寬，並減少了產品生產過程中匹配與校準的時間。該架構的使用去除了傳統揚聲器彈簧和懸架恢復的過程，不僅極大程度還原了原音訊的音質，還提升了使用者的使用體驗。
同時，這款MEMS揚聲器還採用IP58防塵/防水的設計，以及6.05 x 8.4 x 1.15mm LGA封裝，進一步降低了揚聲器佈局的難度和裝置與揚聲器的空間佔比，極小的產品體積非常適用於耳機、智慧眼鏡、AR/VR等內部空間狹小且具有指定音訊朝向的裝置中應用。
在產品效能方面，據xMEMS表示，Tomales採用了自家獨有的第二代 M2 揚聲器單元架構，並對該架構進行了最佳化，實現小揚聲器大聲壓的效果，在距離Tomales 3釐米處進行分貝測試實驗中，當工作頻率為2kHz時，分貝測試結果為75dB。當工作頻率為4kHz時，分貝測試結果為90dB。當工作頻率為10kHz時，分貝測試結果為108dB。不同工作頻率產生的聲場效果，均能滿足一般產品應用的需求。目前該新品還處於樣品階段，預計將會於2022年實現量產，不過該公司的Montara MEMS揚聲器已經實現量產，並已率先用於泫音旗艦TR-X TWS入耳式耳機。
奈米靜電驅動MEMS揚聲器
據外媒報道，弗勞恩霍夫光學微系統研究院，於今年10月成功研發了一種採用奈米靜電驅動技術的MEMS微型揚聲器，據介紹該揚聲器有100%的矽材料製成，就連揚聲器的發聲振膜也由矽晶圓薄片製成的彎曲帶取代，僅從使用的原材料就可以看出這款MEMS微型揚聲器極具成本優勢。
圖源：devicemed
該揚聲器主要是透過奈米靜電驅動技術在矽晶片內發聲的，利用晶片在蝕刻時會產生極小的電極間隙，透過這一電極隙間產生的高靜電力來驅動彎曲帶在腔室內產生彎曲運動。當腔室內的彎曲帶在做彎曲運動時，產生的振動會將空氣從腔室內頂出，併產出聲響。該揚聲器能夠在僅有10mm2的有效芯片面積上發出高達120dB的聲壓（置換空氣量約為0.5 mm3即可）。
同時，該揚聲器的彎曲帶還可以根據不同應用的頻率範圍，進行佈局與最佳化。若想增加揚聲器的聲壓等級，還可在晶圓生產階段透過增加晶圓的厚度實現。
據介紹，這款MEMS微型揚聲器能夠實現20Hz至20kHz的大音訊範圍覆蓋，具有體積小、重量輕、功耗低和拓展性強等特點，可滿足TWS耳機、助聽器等小型化產品的應用。
結語
隨著TWS、AR/VR、智慧眼鏡等可穿戴裝置功能的增加，更小體積、功耗和更大頻率範圍的MEMS揚聲器成為了最具優勢的解決方案。100%矽材料MEMS揚聲器的研發成功，有利於終端廠商控制產品的成本，提高產品的市場競爭力。
