La conception monolithique apporte un haut-parleur MEMS tout en silicium

Les microphones à condensateur électret traditionnels sont longtemps restés les microphones les plus utilisés, mais les microphones des systèmes micro-électromécaniques (MEMS) les remplacent de plus en plus. Les haut-parleurs à bobine mobile sont longtemps restés les haut-parleurs les plus utilisés, mais les haut-parleurs MEMS les remplaceront-ils un jour ? La startup xMEMS, Inc., basée à Santa Clara, vise à changer la donne et à éclipser les haut-parleurs à bobine acoustique et hybride-MEMS en mettant en œuvre l'ensemble du haut-parleur MEMS - actionneur et membrane - en silicium.

Essayé et vrai ?

Fondé en octobre 2017, xMEMS sort du mode furtif avec l'introduction de ce qu'il prétend être le premier véritable haut-parleur MEMS monolithique, offrant une haute fidélité, un son à pleine bande passante et une faible distorsion harmonique pour les appareils audio personnels intelligents tels que true écouteurs stéréo sans fil (TWS), moniteurs intra-auriculaires et casques. Baptisé Montara, le haut-parleur MEMS a été échantillonné pour sélectionner des clients depuis avril. Des échantillons techniques sont désormais distribués à davantage d'équipementiers et de fabricants, les commandes à risque devraient commencer à la fin de cette année et la production en série est prévue pour avril 2021.

Mike Housholder de xMEMS

Si Montara est le premier « vrai » haut-parleur MEMS, cela signifie-t-il qu'il existe de « faux » haut-parleurs MEMS ? La réponse est non, mais xMEMS ne dérange pas le choix des mots. Remplacer un seul composant d'un haut-parleur par un MEMS ne suffit pas pour en faire un haut-parleur MEMS. Montara est "le premier haut-parleur monolithique, à matrice unique, tout en silicium, il sort donc de la fabuleuse comme un haut-parleur entièrement fonctionnel", a déclaré Mike Housholder, vice-président du marketing et du développement commercial chez xMEMS, à EE Times . « Il n'y a pas de processus et d'étape d'assemblage supplémentaires autres que le conditionnement traditionnel des semi-conducteurs. »

Montara a une architecture cellulaire et chaque carré est un haut-parleur individuel. "Il a un actionneur MEMS piézoélectrique et, sur le dessus, il y a une membrane de haut-parleur gravée dans du silicium." La membrane de silicium est poussée de haut en bas par l'actionneur piézoélectrique MEMS, générant une pression d'air, qui déplace la membrane et crée un son. "Nous avons essentiellement créé un réseau de six cellules pour cette première implémentation de Montara, et ces six cellules se déplacent de concert pour générer le signal sonore."

Pourquoi MEMS ?

La technologie des bobines vocales existe depuis un siècle et semble bien fonctionner, a déclaré Housholder. Cependant, les haut-parleurs à bobine mobile à plusieurs composants nécessitent des chaînes d'assemblage en usine à forte variabilité et à forte intensité de main-d'œuvre. Étant donné que les haut-parleurs à bobine mobile sont semi-automatisés, « vous verrez dans n'importe quelle usine de haut-parleurs des centaines ou des milliers de travailleurs enrouler manuellement des haut-parleurs à bobine mobile autour d'aimants, monter des membranes en plastique ou en papier. Et chaque fois que des humains sont impliqués, vous avez de la variabilité. Lors de la fabrication d'écouteurs, a-t-il poursuivi, "les travailleurs doivent passer par un processus d'étalonnage et de mise en correspondance des haut-parleurs pour s'assurer que le son du haut-parleur gauche et du haut-parleur droit est à peu près le même". Cette étape de calibrage prend inévitablement du temps et de l'argent.

Ce que xMEMS vise à apporter à la table est un haut-parleur à bande passante complète avec « les avantages d'un processus de semi-conducteur complet :uniformité, répétabilité et cohérence », a déclaré Housholder. « Nous avons une bande de garde très étroite, où chaque haut-parleur fonctionne de manière très similaire à l'autre, ce qui nous permet d'éliminer une étape d'étalonnage et de test sur la chaîne d'assemblage des écouteurs. »

De plus, les matériaux piézoélectriques sont résistants à la poussière et à l'eau, "il est donc très facile de fabriquer un haut-parleur étanche et anti-poussière, sans aucun revêtement spécial ni aucune maille étanche". Fondamentalement, la puce telle qu'elle sort de l'usine est IP-57.

L'enceinte Montara de xMEMS

Aujourd'hui, chaque haut-parleur sur le marché a une fréquence de résonance dans la plage de fréquences audibles, mais cette résonance crée un profil sonore non naturel qui doit être géré lors de la fabrication et de la conception du haut-parleur et de l'écouteur, a expliqué Housholder. Avec les haut-parleurs à bobine mobile, « vous devez soit atténuer la résonance, soit concevoir une sorte de filtrage ». La fréquence de résonance de Montara est "au nord de la gamme de fréquences audibles (20 kHz), il n'y a donc pas d'amortissement, de filtrage ou d'adaptation spécial à faire pour notre haut-parleur."

Et tandis que la plupart des haut-parleurs sont soit collés au boîtier de l'écouteur, soit placés sur un sous-ensemble, Housholder a déclaré que Montara peut être collé, attaché à un sous-ensemble ou soudé sur une carte de circuit imprimé, comme tout autre composant semi-conducteur.

La qualité du son avant tout

La consommation de médias est devenue une routine partout et à tout moment, et les consommateurs exigent de plus en plus une qualité audio améliorée. Selon la société d'études de marché Canalys, les expéditions mondiales d'appareils intelligents dépasseront les 3 milliards en 2023, la catégorie audio personnelle intelligente connaissant la croissance la plus rapide. En 2020, le nombre d'appareils audio personnels intelligents devrait augmenter de 32,1 % en un an, pour atteindre 490 millions d'unités.

xMEMS se positionnera sur le marché en croissance rapide des haut-parleurs audio en champ proche, et ses deux premiers segments de produits seront les TWS et les moniteurs intra-auriculaires. « Nous devons produire un son égal ou supérieur à la bobine acoustique pour être vraiment pris en compte pour de nouvelles conceptions », a déclaré Housholder. « Ce qui est unique avec les haut-parleurs MEMS piézoélectriques, c'est l'endroit où vos haut-parleurs traditionnels à bobine acoustique baissent et tombent à des fréquences plus élevées. » Avec les MEMS piézoélectriques, « vous gagnez plus de SPL ». Il permet également aux OEM de façonner le profil sonore, car il "n'introduit aucun artefact dans le son si vous le filtrez pour façonner un son brillant ou un son chaud".

La startup californienne a également souligné la possibilité de remplacer deux à quatre armatures équilibrées par un seul Montara. Et « parce que notre enceinte est monolithique, tout en silicium, nous avons un temps de réponse mécanique rapide. Là où cela rapportera le plus, c'est dans la suppression active du bruit. »

Bien qu'il n'ait pas communiqué le prix, Housholder a déclaré que la société avait comparé Montara avec des solutions haut de gamme prêtes à l'emploi. « Nous serons compétitifs par rapport aux haut-parleurs à armature équilibrée d'aujourd'hui, et nous pensons apporter de nouveaux avantages à un prix égal. »

Sur la feuille de route

Différentes configurations de Montara pourraient être développées pour répondre à un prix inférieur, a déclaré Housholder. « Nous envisageons une configuration de cellules deux par deux avec quatre cellules de haut-parleurs pour atteindre un prix inférieur et nous placer dans le milieu de gamme du marché. » Comme les écouteurs ont une plus grande coupe qui passe sur l'oreille, xMEMS a déclaré qu'il envisageait également d'augmenter le nombre de cellules pour générer un son plus large.

La feuille de route de la startup va au-delà des enceintes audibles, car « il existe un grand marché pour l'audio non proche, pour les haut-parleurs audio en espace libre et en espace libre », a déclaré Housholder. Les haut-parleurs touchent les smartphones, les haut-parleurs intelligents, les barres de son de divertissement à domicile, les téléviseurs et l'automobile, où il voit une opportunité de réduire considérablement le poids des haut-parleurs. « Nous étudions différentes architectures pour aborder la variété du marché des haut-parleurs. »

En juillet, xMEMS a levé un peu plus de 11 millions de dollars. Elle possède une succursale à ZhuBei, à Taïwan, et emploie 26 personnes.

>> Cet article a été initialement publié le notre site partenaire, EE Times.