El silicio piezorresistivo MEMS ayuda a reinventar los altavoces diminutos

La tecnología MEMS de estado sólido promete mayores prestaciones y menor peso para audífonos y microaltavoces.

Aunque la tecnología de semiconductores ha contribuido a mejorar el diseño de muchos productos, hay un campo que no ha tocado: el de los altavoces, que en su mayoría siguen basándose en la tecnología tradicional de bobina móvil. Aunque la tecnología de bobina móvil es barata y fácil de construir, está sujeta a una respuesta transitoria lenta y a una reproducción imprecisa, así como a problemas de fiabilidad por la humedad y los golpes.

Una nueva empresa, xMEMS, lleva varios años desarrollando la tecnología MEMS piezoresistiva de silicio en estado sólido y la está adaptando para fabricar diminutos transductores de altavoz. Tras varios años probando piezas, la empresa ha empezado a aumentar la producción de transductores de altavoz para fabricantes de microaltavoces y audífonos.

xMEMS utiliza la tecnología piezoeléctrica de membrana de silicio de película fina para fabricar transductores que sustituyen a la bobina y el imán de los altavoces. La tecnología produce un transductor funcional a nivel de matriz. Este troquel transductor puede alojarse en paquetes semiconductores estándar y manipularse con los equipos tradicionales de fabricación de semiconductores de montaje superficial. Los altavoces de silicio pueden probarse durante la clasificación de obleas.

Aunque la tecnología piezoeléctrica existe desde hace años, el avance que permitió su uso en altavoces fue en parte obra de TSMC, la fundición con sede en Taiwán, que desarrolló un material piezoeléctrico de película muy fina, según Zachi Friedman, Director de Marketing de Producto.

"Inicialmente, TSMC fabricaba el material, pero nosotros les ayudamos a perfeccionarlo para su uso en transductores de altavoces", explica Friedman en una entrevista con Design News.

Cuando se combina con silicio como diafragma del altavoz en lugar de plástico o papel, el transductor se convierte en un altavoz de estado sólido. Según la empresa, el altavoz pesa una décima parte y mide un 40% menos que un altavoz de bobina similar. Al no tener piezas móviles, un microaltavoz de estado sólido xMEMS se considera más fiable y duradero que un altavoz basado en bobina móvil, e incluso cumple la norma IP58 de protección contra el polvo y el sudor.

Mayor rendimiento

El diseño de estado sólido también mejora el rendimiento. Según xMEMS, los altavoces producidos mediante la arquitectura de membrana de silicio MEMS piezoresistiva han demostrado ser 95 veces más rígidos, ofreciendo una claridad mejorada y eliminando la respuesta turbia de medios y agudos creada por los materiales de membrana de altavoz tradicionales.

La arquitectura de membrana de silicio también ofrece una respuesta al impulso 150 veces más rápida que los diseños tradicionales, lo que mejora la reproducción del sonido en comparación con las arquitecturas de bobina.

xMEMS empezó a fabricar a partir de 2020 un transductor con su tecnología MEMS piezorresistiva, denominado Montara, para su uso en microaltavoces. Recientemente, la empresa empezó a comercializar tres soluciones de fidelidad de estado sólido

La primera es Cowell, un minúsculo microaltavoz de estado sólido que ofrece respuesta de alta frecuencia y claridad, además de un escenario sonoro más amplio, para auriculares TWS y audífonos.

La segunda es Skyline DynamicVent, una ventilación piezoMEMS controlable por DSP que combina las ventajas de los auriculares y audífonos de ajuste abierto y cerrado. Skyline ofrece control ambiental activo (CAA), que elimina la incómoda amplificación de la propia voz o de los pasos cuando se tapan los oídos.

El tercero es Montara Plus, el sucesor de Montara, que puede alcanzar niveles de presión sonora de hasta 120 dB a 200 Hz, lo que lo convierte en un transductor de ancho de banda completo para monitores de oído de alta resolución y nivel audiófilo. Este diseño puede abrir el camino a diseños de IEM más pequeños, ligeros y sencillos, sin la alineación de fases y las complejidades de diseño de los IEM con múltiples transductores.

Según Zachi Friedman, de xMEMS, la empresa espera que las aplicaciones OEM que utilizan su tecnología de altavoces de silicio MEMS piezoresistivos aparezcan a finales de este año.