1. 引言
MEMS 全称 Micro-Electro Mechanical System，即微机电系统，是一种微制造技术。微机电系统是集微型传感器、执行器、机械结构、电源能源、信号处理、控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等集于一块或多块芯片上的微型器件或系统。
MEMS 产品具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等优点。其通过微纳加工技术，将机械结构和电子元件集成在微米至纳米尺度的芯片上。它结合了微电子技术、微纳加工技术和机械工程原理。
MEMS 产品主要可分为 MEMS 传感器和 MEMS 执行器。其中 MEMS 传感器是用于探测和检测物理、化学、生物等现象和信号的器件。而 MEMS 执行器是用于实现机械运动、力和扭矩等行为的器件，MEMS微型扬声器正是MEMS 执行器中的一员。
MEMS器件的分类
2. 浪潮已来，宏图大展
20 世纪 70 年代末-90 年代，汽车安全等应用需求增长推动了 MEMS 行业发展的第一次浪潮，压力传感器和加速度计取得快速发展；20 世纪 90 年代末-21 世纪初，以手机为代表的消费电子推动了 MEMS 行业发展的第二次浪潮， MEMS 惯性传感器与MEMS 执行器取得共同发展；2010 年至2020年，产品应用场景的日益丰富推动了 MEMS 行业发展的第三次浪潮，MEMS 商业化将 MEMS 技术从最早的汽车应用领域向航空、工业和消费电子等领域不断扩展。
MEMS的三次浪潮
随着AI的普及，即将引领MEMS引发2020年～2030年的“黄金十年”，通过在边缘端集成AI算法，渗透到消费电子、车联网、智能家居、智能医疗、智能城市以及万物互联等应用，彻底改变世界，推动MEMS行业第四次浪潮的到来。 3. 微型扬声器——MEMS的弄潮儿，八仙过海，各显神通。
MEMS扬声器包含基于压电原理、 动圈原理、 静电原理、超声波调制解调、数字声音重构、动磁原理等MEMS型发声器件，产品类型比较丰富。虽然原理不同，但目标一致，都是为了实现高清音频的精准重放。 压电原理的MEMS微型扬声器是利用材料的逆压电效应，在外加电场的作用下，压电材料产生机械形变，其自身或经由其他结构（譬如结构壳体，薄膜等）推动空气分子振动，对外辐射声波。 利用逆压电效应的MEMS扬声器厂商主要有xMEMS、USound和AAC瑞声科技。 MEMS微型扬声器技术基于使用压电MEMS材料的逆压电效应。逆压电效应是通过施加电压使压电MEMS收缩或膨胀，将电能转换为机械能而产生的。这种能量激励集成的硅膜推动空气并产生声波。与几十年来一直用于制造低档扬声器和蜂鸣器的块状压电陶瓷或晶体不同，xMEMS的压电MEMS致动器提供了更大的运动范围，从而实现了丰富、响亮的音频。USound的技术依赖于压电效应。多个压电悬臂上下推动活塞，取代了电动和平衡电枢扬声器中使用的传统线圈。振膜和基板增加了有效面积，优化了微型扬声器的声学性能，同时保持了扬声器的薄尺寸。AAC 自主研发了 MEMS 关键芯片，基于封装、测试等环节的开发和核心技术积累，可以为 TWS、智能眼镜等可穿戴设备提供全新扬声器解决方案，带来全频 HiFi 音质。动圈原理的MEMS微型扬声器利用载有可变电流的导体或线圈在恒定磁场中的运动推动振膜（或声辐射体），对外辐射声波。 利用动圈原理的MEMS扬声器厂商主要有Fortemedia富迪音讯、Sounds Great（圣德斯贵）。富迪音讯ForteSound FS01是一款使用硅工艺技术来制造基于线圈的动圈扬声器，能够为旗舰耳机提供更加深层、更加沉浸的听觉感受。Sounds Great（圣德斯贵）
Sounds Great采用创新半导体技术改造传统扬声器，将扬声器音圈集成到最小为1.5×1.5mm IC中，却提供与昂贵的专业立体声一样的高端音质。Sounds Great设计了一种超微型的动力芯片，使得狭小的空间可置入多个扬声器。动力晶片可以替代扬声器的传统音圈，体积仅为音圈的1/0，但功率范围却增加了10倍。 Sounds Great MEMS扬声器
超声调制解调原理的MEMS扬声器把音频信号调制到超声频段，再解调为音频信号，实现全频段的声音重放。
利用超声波原理的MEMS扬声器厂商主要有xMEMS、SonicEdge和MyVox。 xMEMS的超声波幅度调制是MEMS扬声器技术的一项创新，它以一种高效的方式将我们听不到的超声波（甚高频声波）转换为我们可以听到的全频音频。该过程具有高度创新性。首先，定制集成电路 （IC） 使用来自源设备的所需音频信号调制超声载波信号。这会产生一个超声波信号，其幅度包络由输入的音频信号塑造。该组合信号驱动MEMS扬声器中的一对悬臂，在扬声器外壳的封闭腔内产生声学超声压力波。第二个解调器信号控制打开和关闭为扬声器腔室通风的微小襟翼，产生一系列空气脉冲以同步解调超声波。这些空气脉冲的包络形成了我们听到的声音信号。超声波脉冲的声音包络是源信号的精确声学副本，因此 Cypress 在所有频率上都能产生忠实的声音再现。微型扬声器产生超声波。超声波通过一个时变声道传播，该声道是一个声学调制器。大通道使超声通过，小通道使超声衰减。调制器改变超声波频率以产生声音。 来自超声波扬声器的声音会产生体速度源。耳机应用中的标准扬声器在较低频率下具有恒定的声级，在较高频率时会短路。无论频率如何，体速度源都能提供恒定的空气体积速度，在耳机应用中，低频声压级增加，高频声压级扩展。 SonicEdge 超声调制解调MEMS扬声器技术 一个微型扬声器，具有只有您才能听到的聚焦声束，这是个人聆听的未来。MyVox独特地使用MEMS技术来制造超声波微芯片，产生定向的可听声音。其结果是一个定向扬声器，其定向声音的聚焦度高达 5 厘米的波束，这是商业扬声器以前从未有过的技术成就。 静电原理的MEMS微型扬声器是利用两组或以上的材料间的静电作用力（吸附或排斥）改变其相对位置，从而挤压或扩张空气实现空气分子振动，对外辐射声波，代表厂家有Bosch Sensortec。 Bosch Sensortec MEMS微型扬声器为无线耳机和耳戴式设备提供了一种小型、节能且易于扩展的解决方案，并保证了最佳的声音。得益于Fraunhofer IPMS的专利和独家许可的纳米静电驱动（NED）技术，声音不是通过膜产生的，而是在硅芯片内部产生的。 数字音频重构原理的MEMS扬声器直接将数字音频流转化为声波，代表厂家有Audio Pixels。 Audio Pixels 扬声器是大约 1 毫米厚的 MEMS 芯片。该芯片取代了传统的扬声器驱动器、外壳或声学腔体，以及与将数字信号馈送转换为模拟信号（通过 D2A + 功率放大器）相关的电子电路。 音频像素扬声器产生的声压与运行中的微型扬声器（“音频像素”）的数量和每个扬声器的吞吐量成正比。随时间变化的脉冲数量会产生不同的频率。与模拟扬声器不同，单个微型扬声器在非线性区域内运行，以最大限度地提高动态范围，同时仍然能够产生低频声音。阵列的净线性度来自声波方程的线性度和各个扬声器之间的一致性。产生的声波中的整体非线性分量与设备中微型扬声器的数量有直接关系。 Audio Pixels 数字音频重构MEMS扬声器技术 动磁原理的MEMS微型扬声器与动圈类似，只是其中的线圈部分不运动，而是通过线圈改变磁场的作用力推动一部分结构位移产生振动，从而实现空气分子振动，对外辐射声波。 4. 静待花开，奔赴未来
目前，MEMS扬声器已在TWS耳机、IEM耳机、OTC助听器等产品实现商用。TWS耳机产品采用MEMS扬声器技术的品牌厂商有Creative创新科技、Noble Audio诺岱、SoundPeats泥炭、NUARL等。 入耳式监听耳机IEM 采用MEMS扬声器方案的品牌厂商有Singularity、Noble Audio诺岱、Soranik、Hiby海贝音乐和Brise Audio等。 OTC助听器采用MEMS扬声器方案的品牌厂商有Minitakara耳宝和Linner。
耳放厂商iFi积极推出支持xMEMS扬声器模式的便携放大器产品，型号有iDSD Diablo-X、iDSD Diablo 2和ZEN CAN 3，为MEMS扬声器的普及推波助澜。 预计2028年左右，MEMS扬声器在XR眼镜中实现大规模应用 随着技术的迭代发展，MEMS扬声器在TWS耳机中的市场份额进一步扩大，未来有望在XR眼镜设备等其它消费类电子产品中实现大规模应用。当前，手机品牌厂商Apple、华为，半导体厂商歌尔、敏芯等都在MEMS扬声器领域积极做专利布局，推动行业的不断壮大和向前发展。MEMS扬声器熠熠生辉，大放异彩，必将引领MEMS发展的第四次浪潮。1. 付斌，电子工程世界，MEMS的第四次浪潮，来了！
2. 慧博智能投研-MEMS行业深度：竞争格局、应用领域、市场空间、未来趋势及相关公司深度梳理
3. 东方证券，MEMS迎物联网浪潮，国产化加速
4. 《MEMS 微型扬声器通用技术要求》 团体标准
5. Yole，Exploring the latest MEMS trends and their impact on our Lives，April 2023
6. Yole，Exploring the latest and future MEMS trends for a smarter world，20/09/2023
