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Le silicium piézorésistif MEMS aide à réinventer les haut-parleurs miniatures

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La technologie MEMS à semi-conducteurs promet des performances accrues et un poids plus léger pour les appareils auditifs et les micro-haut-parleurs.

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Si la technologie des semi-conducteurs a permis d'améliorer la conception de nombreux produits, il est un domaine qu'elle n'a pas touché, celui des haut-parleurs, qui reposent encore pour la plupart sur la technologie traditionnelle de la bobine mobile. Bien que la technologie de la bobine mobile soit peu coûteuse et facile à construire, elle est sujette à une réponse transitoire lente et à une reproduction imprécise, ainsi qu'à des problèmes de fiabilité dus à l'humidité et aux chocs.

Une jeune entreprise, appelée xMEMS, développe depuis plusieurs années une technologie MEMS piézorésistive en silicium à l'état solide et adapte cette technologie pour construire de minuscules transducteurs de haut-parleurs. Après plusieurs années d'échantillonnage de pièces, l'entreprise a commencé à augmenter la production de transducteurs de haut-parleurs pour les équipementiers qui produisent des microphones et des prothèses auditives.

xMEMS utilise la technologie piézoélectrique des membranes de silicium à couche mince pour produire des transducteurs qui remplacent la bobine et l'aimant des haut-parleurs. La technologie produit un transducteur fonctionnel au niveau de la matrice. Cette matrice de transducteur peut être logée dans des boîtiers de semi-conducteurs standard et traitée par des équipements de fabrication de semi-conducteurs à montage en surface traditionnels. Les haut-parleurs à base de silicium peuvent être testés lors du tri des tranches de silicium.

Bien que la technologie piézoélectrique existe depuis des années, la percée permettant son utilisation dans les haut-parleurs est en partie due à TSMC, la fonderie basée à Taïwan, qui a développé un matériau piézoélectrique à couche très fine, selon Zachi Friedman, directeur du marketing des produits.

"Au départ, TSMC a fabriqué le matériau, mais nous l'avons aidé à le développer davantage pour l'utiliser dans les transducteurs de haut-parleurs", a déclaré M. Friedman lors d'un entretien avec Design News.

Combiné au silicium comme diaphragme de haut-parleur au lieu du plastique ou du papier, le transducteur devient un haut-parleur à semi-conducteurs. Selon la société, le haut-parleur est environ 1/10e du poids et 40 % de la taille d'un haut-parleur à bobine similaire. Comme il n'y a pas de pièces mobiles, un micro haut-parleur à semi-conducteurs xMEMS est considéré comme plus fiable et plus durable qu'un haut-parleur à bobine, et répond même aux normes IP58 de protection contre la poussière et la sueur.

Des performances supérieures

La conception à semi-conducteurs est également bénéfique pour les performances. Selon xMEMS, les haut-parleurs produits grâce à l'architecture piézorésistive des membranes en silicium MEMS se sont révélés 95 fois plus rigides, offrant une meilleure clarté et éliminant la réponse boueuse des médiums et des aigus créée par les matériaux traditionnels des membranes de haut-parleurs.

L'architecture à membrane de silicium offrirait également une réponse aux impulsions 150 fois plus rapide que les conceptions traditionnelles, améliorant ainsi la reproduction du son par rapport aux architectures à bobine.

xMEMS a commencé à échantillonner un transducteur utilisant sa technologie MEMS piézorésistive, appelée Montara, à partir de 2020 pour une utilisation dans les micro-hauts-parleurs. L'entreprise a récemment commencé à livrer trois solutions de fidélité à l'état solide

La première est Cowell, un minuscule micro-haut-parleur à semi-conducteurs qui offre une réponse et une clarté dans les hautes fréquences, ainsi qu'une scène sonore plus large, pour les écouteurs TWS et les appareils auditifs.

Le second est Skyline DynamicVent, un évent piézoMEMS contrôlé par DSP qui combine les avantages des écouteurs ouverts et fermés et des aides auditives. Skyline offre un contrôle actif de l'environnement (AAC), éliminant l'amplification inconfortable de la voix ou des bruits de pas lorsque les oreilles sont couvertes.

Le troisième est Montara Plus, le successeur de Montara, qui peut atteindre des niveaux de pression acoustique allant jusqu'à 120 dB à 200 Hz, ce qui en fait un transducteur à bande passante complète pour les écouteurs intra-auriculaires haute résolution de niveau audiophile. Cette conception peut ouvrir la voie à des modèles d'écouteurs intra-auriculaires plus petits, plus légers et plus simples, sans l'alignement de phase et les complexités de conception des systèmes d'écouteurs intra-auriculaires à plusieurs haut-parleurs.

Selon Zachi Friedman de xMEMS, la société s'attend à ce que des applications OEM utilisant sa technologie de haut-parleur MEMS piézorésistif en silicium voient le jour dans le courant de l'année.