MEMS 揚聲器的優點

MEMS 型揚聲器採用新型技術，能挑戰電動式揚聲器與平衡電樞式揚聲器的現有地位。一個常見問題是：MEMS 揚聲器到底好在哪裡？本文將盡力回答這個問題。

首先，我們必須先將一般性優點，與應用特有的優點區隔開來。

MEMS 揚聲器的一般性優點為：

• 可無縫整合到電子 PCB 中；事實上，揚聲器本身便是建構在 PCB 基板上。揚聲器可與無線耳塞、耳機、穿戴式裝置等電子產品一起，輕鬆整合到 PCB 中。

圖 1：MEMS 型揚聲器建構在 PCB 基板上。(圖片來源：USound)

• 放大器與 MEMS 揚聲器整合到相同 PCB 基板上。USound 提供的音訊模組包含類比與數位介面，可大幅縮短設計音訊產品所需的時間。音訊模組內含可編程濾波器，只要變更就可輕鬆調諧音訊。音訊模組隨附的韌體包含不同的濾波器組，可預先考量多種使用情境。

圖 2：USound 將放大器與 MEMS 揚聲器整合到相同 PCB 基板上。(圖片來源：USound)

• 較低的功耗。儘管 MEMS 揚聲器比電動式揚聲器需要更高的電壓位準，但整體功耗卻比較低。由於 MEMS 揚聲器本身的阻抗本來就比較高，因此需要較低的驅動電流。表 1 顯示使用三種不同的方法，在 IEC 耦合器中以 94 dB SPL 測得的 MEMS 揚聲器驅動電流。另外還包含基準平衡電樞式揚聲器 (Knowles 26824) 和電動式揚聲器 (Samsung HS330) 的電流消耗量。

表 1：在 94 dB SPL 下，使用三種不同方法測得的 USound MEMS 揚聲器驅動電流，並與 Knowles 26824 基準平衡電樞式揚聲器和 Samsung HS330 電動式揚聲器進行比較。

具有低電流消耗量，因此 MEMS 揚聲器是適合所有無線音訊應用 (如真正的無線耳塞) 的最佳搭配產品。

MEMS 揚聲器的功耗還能進一步降低，這都要歸功於本身的電容性負載。從電氣特性來看，MEMS 揚聲器的運作就跟電容一樣，因此主要部份的功率屬於無功性質，可在系統內重複使用。USound 的全新數位功率放大器，可取回相當高百分比的無功功率。

表 2：Knowles 揚聲器、Samsung 耳機與 USound MEMS 揚聲器之有功功率和實際功率比值的比較。

應用特有的優點

在應用特有的優點上，必須分成兩種主要應用來說明：

• 塞耳式應用；揚聲器是裝在耳塞內，位於耳道內部。在此類應用中，耳朵僅捕捉到揚聲器發出的聲音；外界聲音會因耳塞的密封效果而減弱。
• 自由聲場式應用；揚聲器放在耳朵以外，耳朵可自由地捕捉來自揚聲器以外的其他音源聲音。

塞耳式應用的優點

主要優點是整體尺寸較小。這類應用考慮到，若使用 MEMS 揚聲器，能將揚聲器的尺寸與前後體積都保持在最小。圖 3 顯示 USB-C 耳塞的 Megaclite 公版設計末端部分。

低功耗與小型整體尺寸互相結合，展現出無線耳塞的主要優點：小型尺寸允許使用較大的電池，而低功耗的特點能讓電池的電流耗損更少，因而延長電池整體的續航力。

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

USound 的單一驅動單體 MEMS 揚聲器擁有大頻寬。圖 4 顯示的測試報告是由一家中國音訊大廠製作，此報告將 USound MEMS 型耳塞和另外兩個頂尖品牌進行比較。報告結果清楚顯示，單一 MEMS 驅動單體可輕鬆媲美電動式和多單體平衡電樞式配置。這可證明 MEMS 揚聲器是適合用在真正無線耳塞的絕佳技術。不僅兼具低功耗和小型尺寸，更可能達到最寬的頻寬，能為真正的無線產品製造商與最終使用者帶來空前的優勢。

圖 4：平衡電樞式 (BA)、MEMS 和電動式揚聲器的頻寬比較。(圖片來源：USound)

自由聲場應用的優點

對於自由聲場應用來說，小型尺寸不適合用於全頻寬應用。儘管如此，MEMS 揚聲器仍可作為高品質的高頻揚聲器，在超音波區 (頻率最高 80 kHz) 中提供延伸頻寬的獨特優勢。

小型尺寸適合用於各種穿戴式應用。2019 年，USound 開始行銷可用於 AR/VR 眼鏡的音訊模組，其中包含全數位音訊系統。此系統包括一個電動式低音揚聲器和一個 MEMS 高頻揚聲器。相較於單一單體系統，此系統可發出更清澈的聲音，並具有一個獨特的功能，可將聲音聚集在使用者的耳朵周圍，同時減弱音訊訊號位準，即便離耳朵相當近的距離也可發揮確保使用者有良好的個人隱私性。

圖 5：AR/VR 眼鏡的 USound 音訊模組內含全數位音訊系統。(圖片來源：USound)

另一種可利用 MEMS 揚聲器輕薄外型優點的產品就是陣列應用，例如汽車音響系統。模組化陣列 (如 USound 的 Harpalyke 公版設計)，可直接安裝於車頂，因此車內就不必安裝通常龐大又笨重的高頻揚聲器。MEMS 音訊系統不止減少汽車重量並釋放車內空間，而且音質往往更清澈響亮，能帶來獨特的聽覺享受。

圖 6：MEMS 揚聲器的尺寸輕薄，相當適合用於揚聲器陣列，例如車用資訊娛樂系統中的揚聲器陣列。(圖片來源：USound)

最後補充

MEMS 揚聲器是全新的技術，其完整潛能將逐步展現。與電動式和平衡電樞式揚聲器相比，這項技術已經提供獨特的功能與絕佳的優勢。在迅速演變的音訊市場中，盡早採用 MEMS 技術即可為最終使用者提供無懈可擊的優勢。

最後，設計人員只要使用 DigiKey 獨家提供的 USound MEMS 揚聲器和測試板評估套件，便能第一手感受 MEMS 揚聲器的功能並探索潛在的應用。