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基于 MEMS 的揚(yáng)聲器是一項(xiàng)新技術(shù)，挑戰(zhàn)了電動(dòng)和平衡電樞揚(yáng)聲器的既有地位。一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是：MEMS 揚(yáng)聲器在哪些方面更有優(yōu)勢(shì)？本文將盡力回答這個(gè)問(wèn)題。

首先，我們必須將一般優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用特定優(yōu)勢(shì)區(qū)別開(kāi)來(lái)。

MEMS 揚(yáng)聲器的一般優(yōu)勢(shì)包括：

• 無(wú)縫集成在電子 PCB 中；實(shí)際上，揚(yáng)聲器本身是建構(gòu)在 PCB 基底上。揚(yáng)聲器可以與無(wú)線耳塞、耳機(jī)、可穿戴設(shè)備等電子設(shè)備輕松集成到 PCB 中。

圖 1：基于 MEMS 的揚(yáng)聲器建構(gòu)在 PCB 基底上。（圖片來(lái)源：USound）

• 放大器和 MEMS 揚(yáng)聲器集成在同一 PCB 基底上。USound 提供帶有模擬和數(shù)字接口的音頻模塊，這大大縮短了音頻產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需的時(shí)間。音頻模塊包括可編程濾波器，通過(guò)改變?yōu)V波器可以輕松調(diào)諧音頻。音頻模塊隨附的固件包括不同的濾波器組合，這些組合預(yù)先考慮了若干使用場(chǎng)景。

圖 2：USound 將放大器和 MEMS 揚(yáng)聲器集成在同一 PCB 基底上。（圖片來(lái)源：USound）

• 更低的功耗。盡管與電動(dòng)揚(yáng)聲器相比，MEMS 揚(yáng)聲器需要更高的電壓電平，但總體功耗卻更低。由于 MEMS 揚(yáng)聲器固有的高阻抗特性，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的需求較低。表 1 顯示了使用三種不同方法在 94 dB SPL 時(shí)在 IEC 耦合器中測(cè)得的 MEMS 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電流。另外還包括參考平衡電樞揚(yáng)聲器 (Knowles 26824) 和電動(dòng)揚(yáng)聲器 (Samsung HS330) 的電流消耗。

表 1：使用三種不同方法在 94 dB SPL 時(shí)測(cè)得的 USound MEMS 揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電流，并與 Knowles 26824 參考平衡電樞揚(yáng)聲器和 Samsung HS330 電動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行比較。

低電流消耗使 MEMS 揚(yáng)聲器成為所有無(wú)線音頻應(yīng)用（例如真正的無(wú)線耳塞）的完美搭配產(chǎn)品。

利用 MEMS 揚(yáng)聲器的容性負(fù)載，可以進(jìn)一步降低其功耗。MEMS 揚(yáng)聲器的電氣行為類似于電容器，因此其功耗的主要部分是無(wú)功功率，可以在系統(tǒng)中被再次利用。USound 的新型數(shù)字功率放大器可以回收很大一部分無(wú)功功率。

表 2：Knowles 揚(yáng)聲器、Samsung 耳機(jī)和 USound MEMS 揚(yáng)聲器的有功功率與實(shí)際功率之比的比較。

應(yīng)用特定的優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用特定的優(yōu)勢(shì)必須分成兩種主要應(yīng)用來(lái)考慮：

• 塞耳式應(yīng)用，即揚(yáng)聲器安裝在耳塞中，位于耳道內(nèi)部。在這種應(yīng)用中，耳朵僅捕獲揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音；外部聲音會(huì)因?yàn)槎拿芊庑远p。

• 自由場(chǎng)應(yīng)用，揚(yáng)聲器放在耳朵外面，耳朵可以自由捕獲來(lái)自揚(yáng)聲器以外的其他聲源聲音。

塞耳式應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

主要優(yōu)點(diǎn)是整體外形尺寸小。這考慮到揚(yáng)聲器的尺寸以及前后的體積；若與 MEMS 揚(yáng)聲器一起，體積尺寸可以保持最小。圖 3 顯示了 USB-C 耳塞的 Megaclite 參考設(shè)計(jì)的末端。

低功耗與小巧的整體外形尺寸相結(jié)合，展現(xiàn)了無(wú)線耳塞的主要優(yōu)勢(shì)：小外形支持使用更大的電池，而更低的功耗意味著消耗的電池電流更少，電池的總續(xù)航時(shí)間得以延長(zhǎng)。

圖 3：USound 的 Megaclite 參考設(shè)計(jì) USB-C 耳塞。（圖片來(lái)源：USound）

USound 的單驅(qū)動(dòng)器 MEMS 揚(yáng)聲器具有大帶寬。圖 4 顯示了中國(guó)一家大型音響公司的測(cè)試報(bào)告，其中將 USound MEMS 耳塞與另外兩個(gè)頂級(jí)品牌進(jìn)行了比較。結(jié)果清楚地表明，單個(gè) MEMS 驅(qū)動(dòng)器即可輕松地與電動(dòng)和多驅(qū)動(dòng)器平衡電樞配置進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。因此，MEMS 揚(yáng)聲器是實(shí)現(xiàn)真無(wú)線耳塞的出色技術(shù)。低功耗、小外形尺寸和最大可能帶寬的結(jié)合，為真無(wú)線制造商和最終用戶帶來(lái)了空前的優(yōu)勢(shì)。

圖 4：平衡電樞 (BA)、MEMS 和電動(dòng)揚(yáng)聲器的帶寬比較。（圖片來(lái)源：USound）

自由場(chǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

對(duì)于自由場(chǎng)應(yīng)用，小外形尺寸不適合于全帶寬應(yīng)用。盡管如此，MEMS 揚(yáng)聲器作為高質(zhì)量高頻揚(yáng)聲器具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它在超聲頻域（最高達(dá) 80 kHz）具有擴(kuò)展的帶寬。

小巧的外形適合各種可穿戴應(yīng)用。2019 年，USound 開(kāi)始推出用于 AR/VR 眼鏡的音頻模塊，其中包括全數(shù)字音頻系統(tǒng)。該系統(tǒng)含有一個(gè)電動(dòng)低音揚(yáng)聲器和一個(gè) MEMS 高頻揚(yáng)聲器。與單驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)相比，其聲音要明亮得多，并且提供一個(gè)獨(dú)特的功能，可將聲音集中在用戶耳朵周圍，同時(shí)衰減耳朵附近的音頻信號(hào)水平（甚至距離非常近），確保良好的私密性。

圖 5：USound 用于 AR/VR 眼鏡的音頻模塊包括了一個(gè)全數(shù)字音頻系統(tǒng)。（圖片來(lái)源：USound）

另一種利用 MEMS 揚(yáng)聲器纖薄尺寸的應(yīng)用是在陣列中，例如汽車音響系統(tǒng)。模塊化陣列（諸如 USound 的參考設(shè)計(jì) Harpalyke）可以直接安裝在汽車車頂中，這樣汽車中就不必安裝龐大笨重的常用高頻揚(yáng)聲器。MEMS 音頻系統(tǒng)不僅能減少汽車重量和釋放車內(nèi)空間，而且聲音常常更清晰、更明亮，因此帶來(lái)獨(dú)特的聆聽(tīng)體驗(yàn)。

圖 6：MEMS 揚(yáng)聲器的纖薄外形非常適合揚(yáng)聲器陣列，例如汽車信息娛樂(lè)系統(tǒng)中的揚(yáng)聲器陣列。（圖片來(lái)源：USound）

最終考量

MEMS 揚(yáng)聲器是一項(xiàng)新技術(shù)，其全部潛力將逐步展現(xiàn)出來(lái)。與電動(dòng)和平衡電樞揚(yáng)聲器相比，該技術(shù)已經(jīng)表現(xiàn)出獨(dú)特的功能和引人注目的優(yōu)勢(shì)。在快速發(fā)展的音頻市場(chǎng)中，MEMS 技術(shù)的早期采用者可以為最終用戶提供無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。

最后要說(shuō)的是，設(shè)計(jì)人員可以利用 Digi-Key 獨(dú)家分銷的 USound MEMS 揚(yáng)聲器和測(cè)試板評(píng)估套件來(lái)直接了解 MEMS 揚(yáng)聲器的能力，并探索其潛在應(yīng)用。