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基于 MEMS 的揚聲器是一項新技術，挑戰(zhàn)了電動和平衡電樞揚聲器的既有地位。一個常見問題是：MEMS 揚聲器在哪些方面更有優(yōu)勢？本文將盡力回答這個問題。

首先，我們必須將一般優(yōu)勢與應用特定優(yōu)勢區(qū)別開來。

MEMS 揚聲器的一般優(yōu)勢包括：

• 無縫集成在電子 PCB 中；實際上，揚聲器本身是建構(gòu)在 PCB 基底上。揚聲器可以與無線耳塞、耳機、可穿戴設備等電子設備輕松集成到 PCB 中。

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

• 放大器和 MEMS 揚聲器集成在同一 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)品設計所需的時間。音頻模塊包括可編程濾波器，通過改變?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，這些組合預先考慮了若干使用場景。

圖 2：USound 將放大器和 MEMS 揚聲器集成在同一 PCB 基底上。（圖片來源：USound）

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

表 1：使用三種不同方法在 94 dB SPL 時測得的 USound MEMS 揚聲器驅(qū)動電流，并與 Knowles 26824 參考平衡電樞揚聲器和 Samsung HS330 電動揚聲器進行比較。

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

利用 MEMS 揚聲器的容性負載，可以進一步降低其功耗。MEMS 揚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功功率。

表 2：Knowles 揚聲器、Samsung 耳機和 USound MEMS 揚聲器的有功功率與實際功率之比的比較。

應用特定的優(yōu)勢

應用特定的優(yōu)勢必須分成兩種主要應用來考慮：

• 塞耳式應用，即揚聲器安裝在耳塞中，位于耳道內(nèi)部。在這種應用中，耳朵僅捕獲揚聲器發(fā)出的聲音；外部聲音會因為耳塞的密封性而衰減。

• 自由場應用，揚聲器放在耳朵外面，耳朵可以自由捕獲來自揚聲器以外的其他聲源聲音。

塞耳式應用的優(yōu)勢

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

低功耗與小巧的整體外形尺寸相結(jié)合，展現(xiàn)了無線耳塞的主要優(yōu)勢：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)航時間得以延長。

圖 3：USound 的 Megaclite 參考設計 USB-C 耳塞。（圖片來源：USound）

USound 的單驅(qū)動器 MEMS 揚聲器具有大帶寬。圖 4 顯示了中國一家大型音響公司的測試報告，其中將 USound MEMS 耳塞與另外兩個頂級品牌進行了比較。結(jié)果清楚地表明，單個 MEMS 驅(qū)動器即可輕松地與電動和多驅(qū)動器平衡電樞配置進行競爭。因此，MEMS 揚聲器是實現(xiàn)真無線耳塞的出色技術。低功耗、小外形尺寸和最大可能帶寬的結(jié)合，為真無線制造商和最終用戶帶來了空前的優(yōu)勢。

圖 4：平衡電樞 (BA)、MEMS 和電動揚聲器的帶寬比較。（圖片來源：USound）

自由場應用的優(yōu)勢

對于自由場應用，小外形尺寸不適合于全帶寬應用。盡管如此，MEMS 揚聲器作為高質(zhì)量高頻揚聲器具有獨特的優(yōu)勢，它在超聲頻域（最高達 80 kHz）具有擴展的帶寬。

小巧的外形適合各種可穿戴應用。2019 年，USound 開始推出用于 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)含有一個電動低音揚聲器和一個 MEMS 高頻揚聲器。與單驅(qū)動器系統(tǒng)相比，其聲音要明亮得多，并且提供一個獨特的功能，可將聲音集中在用戶耳朵周圍，同時衰減耳朵附近的音頻信號水平（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全數(shù)字音頻系統(tǒng)。（圖片來源：USound）

另一種利用 MEMS 揚聲器纖薄尺寸的應用是在陣列中，例如汽車音響系統(tǒng)。模塊化陣列（諸如 USound 的參考設計 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，因此帶來獨特的聆聽體驗。

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

最終考量

MEMS 揚聲器是一項新技術，其全部潛力將逐步展現(xiàn)出來。與電動和平衡電樞揚聲器相比，該技術已經(jīng)表現(xiàn)出獨特的功能和引人注目的優(yōu)勢。在快速發(fā)展的音頻市場中，MEMS 技術的早期采用者可以為最終用戶提供無與倫比的優(yōu)勢。

最后要說的是，設計人員可以利用 Digi-Key 獨家分銷的 USound MEMS 揚聲器和測試板評估套件來直接了解 MEMS 揚聲器的能力，并探索其潛在應用。