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Il silicio MEMS piezoresistivo aiuta a reinventare i piccoli altoparlanti

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La tecnologia MEMS a stato solido promette prestazioni più elevate e peso ridotto per apparecchi acustici e micro-altoparlanti.

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Se la tecnologia dei semiconduttori ha contribuito a migliorare la progettazione di molti prodotti, un'area che non ha toccato è quella dei diffusori, che per lo più si basano ancora sulla tradizionale tecnologia a bobina mobile. Sebbene la tecnologia a bobina mobile sia economica e facile da costruire, è soggetta a una risposta lenta ai transienti e a una riproduzione imprecisa, oltre che a problemi di affidabilità dovuti all'umidità e agli urti.

Una startup, la xMEMS, ha sviluppato per diversi anni la tecnologia MEMS piezoresistiva a stato solido e la sta adattando per costruire minuscoli trasduttori per altoparlanti. Dopo alcuni anni di campionatura dei pezzi, l'azienda ha iniziato ad aumentare la produzione di trasduttori per altoparlanti per gli OEM che producono micro-altoparlanti e apparecchi acustici.

xMEMS utilizza la tecnologia piezoelettrica a film sottile di membrana di silicio per produrre trasduttori che sostituiscono la bobina e il magnete degli altoparlanti. La tecnologia produce un trasduttore funzionale a livello di matrice. Questa matrice di trasduttore può essere alloggiata in pacchetti di semiconduttori standard e gestita dalle tradizionali apparecchiature di produzione di semiconduttori a montaggio superficiale. Gli altoparlanti a base di silicio possono essere testati durante la selezione dei wafer.

Sebbene la tecnologia piezoelettrica esista da anni, la svolta che ne ha consentito l'uso negli altoparlanti è stata in parte opera di TSMC, la fonderia con sede a Taiwan, che ha sviluppato un materiale piezoelettrico a film sottilissimo, secondo Zachi Friedman, direttore del marketing del prodotto.

"Inizialmente TSMC ha prodotto il materiale, ma noi li abbiamo aiutati a svilupparlo ulteriormente per l'uso nei trasduttori degli altoparlanti", ha dichiarato Friedman in un'intervista a Design News.

Se combinato con il silicio come diaframma dell'altoparlante invece che con la plastica o la carta, il trasduttore diventa un altoparlante a stato solido. Secondo l'azienda, il diffusore pesa circa 1/10 e ha dimensioni pari al 40% di un diffusore a bobina simile. Poiché non ci sono parti in movimento, un microaltoparlante a stato solido xMEMS è considerato più affidabile e durevole di un altoparlante a bobina vocale, e soddisfa persino gli standard IP58 di protezione da polvere e sudore.

Prestazioni superiori

Il design a stato solido è vantaggioso anche per le prestazioni. Secondo xMEMS, gli altoparlanti prodotti con l'architettura piezoresistiva MEMS a membrana di silicio hanno dimostrato di essere 95 volte più rigidi, offrendo una maggiore chiarezza ed eliminando la risposta fangosa dei medi e degli alti creata dai materiali tradizionali delle membrane degli altoparlanti.

L'architettura a membrana di silicio offre inoltre una risposta all'impulso 150 volte più rapida rispetto ai design tradizionali, migliorando la riproduzione del suono rispetto alle architetture a bobina.

xMEMS ha iniziato a campionare un trasduttore che utilizza la sua tecnologia MEMS piezoresistiva, chiamata Montara, a partire dal 2020 per l'uso in micro altoparlanti. L'azienda ha recentemente iniziato a distribuire tre soluzioni di fedeltà a stato solido

La prima è Cowell, un minuscolo microaltoparlante a stato solido che offre una risposta ad alta frequenza e chiarezza, oltre a un palcoscenico sonoro più ampio, per auricolari e apparecchi acustici TWS.

Il secondo è Skyline DynamicVent, una bocchetta piezoMEMS controllabile tramite DSP che unisce i vantaggi degli auricolari e degli apparecchi acustici aperti e chiusi. Skyline offre un controllo ambientale attivo (AAC), eliminando la fastidiosa amplificazione della propria voce o dei passi quando le orecchie sono coperte.

Il terzo è Montara Plus, il successore di Montara, che può raggiungere livelli di pressione sonora fino a 120 dB @ 200 Hz, adatto come trasduttore a banda larga per monitor intrauricolari di livello audiofilo e ad alta risoluzione. Questo progetto può aprire la strada a progetti di IEM più piccoli, leggeri e semplici, senza l'allineamento di fase e le complessità di progettazione delle implementazioni IEM a più driver.

Secondo Zachi Friedman di xMEMS, l'azienda prevede che le applicazioni OEM che utilizzano la sua tecnologia di altoparlanti piezoresistivi MEMS in silicio emergeranno nel corso dell'anno.