扬声器芯片MEMS，利用超声波突破音量限制

　　根据Yole Group市场研究公司的数据，MEMS 芯片已经占领了麦克风市场，甚至在五年前就占据了麦克风销售的大部分。Householder 解释说，但扬声器需要与 MEMS 不同的东西。它们必须推动一定量的空气，而不是被空气推动。现在进入产品的xMEMS 扬声器是带有多个硅片的芯片，这些硅片涂有压电材料，可以在可听频率下振动。

　　XMEMS已经展现了MEMS技术的许多优势。专门研究可听频率的 MEMS 芯片具有非常低的相位失真。这是声音信号的时间根据其频率的变化。在之前的一篇文章中， 曾制作过 9 张格莱美获奖专辑的母带工程师Brian Lucey告诉IEEE Spectrum：

　　“相位不准确如此普遍，以至于我们只能接受它......迄今为止的驱动器技术从未能够如此准确。这实际上不是一个不准确时听起来是什么样的问题，因为这对我们的耳朵来说是正常的。更重要的是，当它几乎完全准确时，听起来会是什么样子……一切都在同时击中你。声音的传播方式没有时间的痕迹。”

　　Householder 认为，从制造和工程的角度来看，MEMS 也是一场胜利。一方面，它是一个不太复杂的系统，仅由单个封装芯片和随附的 IC 组成，而不是由线圈、磁铁、隔膜和其他部件组成的复杂组件。线圈扬声器需要劳动密集型的制造和测试，部分原因是单元之间的不一致。MEMS 使耳塞设计变得更加容易，因为它们不会像线圈扬声器那样产生电磁干扰，并且不需要耳塞背面有特定体积的空气来提高音质。

　　MEMS 降噪问题

　　对于某些应用来说，这一切已经足够了，但对于“真正的无线立体声”耳塞来说，有一个问题。如果你有一双，而且你可能有，你会注意到一个很小的通风口。Householder 解释说，它的存在有三个原因。一是释放耳机和耳道之间不舒服的压力。另一个是减少你自己的声音在你的大脑中被放大的奇怪效果。第三是促进主动噪声消除。

　　主动降噪依赖于假设耳机和耳朵之间相对稳定的密封的算法。但现实生活并非如此。正常使用时芽会移位，密封不一致。Householder 解释说，通风口意味着系统中的泄漏比密封件中的任何小破损都要大得多，从而压倒微小的变化并允许降噪算法发挥作用。

　　“缺点是当你向扬声器开放空气时”，它会影响低频，他说。“这就是扬声器的物理原理。” 他说，在耳塞式耳机中，低频通常会损失约 20 分贝。如今设备中的 xMEMS 扬声器可以达到 120 dB，是的，这已经是一个相当不健康的水平了。但要抵消世界上的手提钻和喷气发动机的影响，低频需要 140 dB。

　　为了弥补 MEMS 设备的差异，设计人员目前将其与用作低音扬声器的线圈扬声器配对。但 Householder 表示，xMEMS 新超声波技术可以独立完成全部工作。

　　xMEMS 超声技术的工作原理

　　第一步，定制 IC 用音频信号调制超声载波信号。结果是超声信号，其幅度是音频信号的形状。该组合信号驱动一对悬臂，将信号转化为扬声器室内的超声波压力波。然后，第二个信号定期对腔室进行排气，产生一系列压力尖峰，其包络线就是我们听到的音频信号。

　　新芯片的声音实际上提高了 40 倍，即使在人类听觉的最低端 20 赫兹下也能达到 140 分贝以上。这足以完成主动降噪的工作。同样重要的是，它为该技术提供了一条通往需要更大容量的消费产品例如智能手机和笔记本电脑的道路。