神秘的壓電 MEMS 揚聲器
隨著語音交互系統在智能設備和電動汽車等各類消費級產品中普及， MEMS（微機電系統）麥克風已經獲得業界和消費者的廣泛認可。而作為一體兩面的另一面 - MEMS 揚聲器似乎一直蒙著一層神秘面紗。?
受限于技術和市場等諸多因素，MEMS 揚聲器的發展比麥克風稍慢。不過，隨著近年行業先驅們的探索和大廠的發力， MEMS 揚聲器逐漸成為焦點，目前市場上已經出現了諸多成熟的 MEMS 揚聲器產品。
原理
顯而易見，MEMS 揚聲器同樣是一種利用微機電系統技術制造的產品。MEMS 技術源于半導體工業，通常用于制造微小的機械和電氣系統。與很多人理解的不同，MEMS 是一系列制造工藝的泛稱，而不是一項具體技術。
技術層面，MEMS 揚聲器有多個路線，如電容式（靜電式）MEMS 揚聲器、熱聲式 MEMS 揚聲器、磁致伸縮式 MEMS 揚聲器，以及當今的主流 - 壓電式 MEMS 揚聲器（Piezo-MEMS Speaker）。
磁致伸縮效應（magnetostrictive effect）指的是對軟磁體進行磁化后，其形狀、大小會發生變化的物理現象
我們主要介紹壓電式 MEMS 揚聲器。
壓電式 MEMS 揚聲器的核心是 MEMS 芯片模塊，其本質是利用了壓電材料的逆壓電效應。
通過對鋯鈦酸鉛（PZT）等壓電陶瓷材料的表面施加電壓，使其產生機械形變，從而將交流信號轉換成機械振動，進一步推動空氣并發出聲音。
京瓷集團展示的壓電陶瓷特性 ?京瓷
壓電式 MEMS 麥克風正相反，它借助了正壓電效應。即對壓電材料施加物理壓力使其形變，材料將電極化。聲波使材料振動，就發出了持續變化的電壓。
結構
壓電式 MEMS 揚聲器的基礎原理很好理解，而具體到產品，不同廠家不同型號則可能天差地別。對看慣了傳統動圈揚聲器趨同結構的人來說確實耳目一新。
總的來說，基于制造工藝或結構，壓電式 MEMS 揚聲器的發展趨勢或技術路線大致有兩個流派。
一是混合式結構，即在 MEMS 芯片上附加了類似傳統揚聲器的振膜，MEMS 芯片相當于取代了動圈揚聲器的磁鐵和線圈作為動力部分。
USound 公司展示的 MEMS 產品結構 ?USound
二是純固態結構，振膜和驅動一體，讓壓電材料直接振動發聲。
xMEMS 公司展示的純固態結構??xMEMS
兩個路線其實殊途同歸，都還需經過市場的考驗。
優缺點
MEMS 揚聲器結合了微機電系統和聲學技術，其原理和結構都與傳統揚聲器完全不同，也具有許多傳統揚聲器無法比擬的優點。
最讓人印象深刻的是它的小巧尺寸。半導體工藝帶來的體積優勢無需多言，這對于穿戴式設備等內部空間有限的產品意義重大。粗略比較，性能類似的 MEMS 揚聲器和傳統揚聲器相比，體積能縮小約 40%，重量只有大概 20%，這種提升是非常顯著的。
AAC 瑞聲科技展示的 MEMS 揚聲器??AAC
MEMS 揚聲器本身的功耗和效率也可圈可點，以其獨特的設計和材料，能實現可觀的聲能轉換率，有利于延長設備續航。
對于制造本身，MEMS 揚聲器的制造過程高度可控且一致性極好，這對大規模量產來說非常重要。此外，因為采用半導體工藝，可以直接集成配套電路或將 MEMS 揚聲器集成到 PCB 板，簡化制程。
它的結構簡單，防水防塵性能也通常更好。
當然? MEMS 揚聲器技術還在不斷發展和完善中，它的制造成本相對較高。
此外，作為半導體設備，多數 MEMS 揚聲器還離不開配套電路 - 如偏置電壓驅動（ADC）、DSP 或放大器等。如果算上這些，MEMS 揚聲器的功耗也將提高。
相較于傳統的動圈揚聲器，它在功率輸出方面也存在一定限制。比如將其用作家庭音響或者公共廣播系統目前還不合適，如果不借助陣列，其發聲能力很難滿足要求。不過這一點嚴格來說不算缺點，因為 MEMS 揚聲器暫時還不是為這類場景優化的。
電聲性能和測試
MEMS 揚聲器有一系列技術優勢，不過作為揚聲器，只有電聲指標過硬，才能經受終端消費者耳朵的考驗。好的聽感才能最終衡量一切。畢竟，先進技術被市場拋棄的先例數不勝數。
籠統地說，MEMS 揚聲器的瞬態響應優異，中高頻性能強悍，失真也通常很小，是理想的中高頻單元。
當然，具體產品的電聲性能只能通過專業設備進行測試評估。可用的參數包括：頻率響應、失真、阻抗、聲壓級、信噪比、指向性等。
必須注意的是，因為結構和原理的根本性改變，某些用來評估動圈揚聲器的參數對 MEMS 揚聲器不一定適用。
根據 NTi Audio 工程師多年的應用經驗，測試的挑戰主要來自兩方面。
對于組裝好的成品，因為接線等限制，不方便直接輸入信號，可以采用 NTi Audio 的外部滑頻觸發技術進行測試。
對于 MEMS 揚聲器單體，則需要專門的直流驅動和濾波模塊，腔體等，FX100 音頻分析儀同樣可以勝任。
應用和挑戰
綜合以上介紹，不難想象 MEMS 揚聲器的應用場景 - 就是像助聽器、耳機、智能眼鏡等對空間要求較高的設備。
它優異的瞬態響應能力還適合營造空間音頻效果，提升 AR/VR 的使用體驗。
對于更大型的產品，MEMS 揚聲器陣列也能提供卓越的聲學性能，相信不久之后我們就能見到成熟的產品向消費市場推出。
由于 MEMS 揚聲器是一項相對較新的技術，市場接受度仍在逐步提高。消費者和制造商需要時間來熟悉和信任這種新技術。
它同時也需要面對其它平面振膜揚聲器的競爭。
?Audeze
不管怎樣，MEMS 揚聲器具有巨大的潛力。隨著技術的不斷進步和生產成本的降低，許多挑戰已經被克服。未來，MEMS揚聲器可能在更多的應用場景中展現其獨特的優勢。
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