隨著聲學微機電系統（MEMS）成為移動應用麥克風領域的最新以及最普遍的技術，大家對使用MEMS技術替代傳統的動圈微型揚聲器越來越感興趣。
不過目前MEMS揚聲器并未開始大規模使用，原因在于目前大部分MEMS揚聲器聲壓級SPL還不夠，或者部分能達到較高聲壓級的MEMS揚聲器的制造工藝復雜而且昂貴。
介紹一種新型的壓電微機電揚聲器。基于同心的鋯鈦酸鉛壓電陶瓷（PZT）的內外兩分頻集成MEMS揚聲器。
和之前介紹過的壓電MEMS入耳式耳機的單元類似，沒有封閉的膜片，以提高壓電片位移，改善聲學性能，以及提高電聲轉換效率，還便于生產制造。
壓電MEMS入耳式耳機的設計與電聲分析
下圖是我復現的壓電MEMS入耳式耳機的有限元仿真結果，其中的膜片振動情況，以及仿真得到的1V激勵時未加EQ，耳膜處的頻響曲線。
通過有限元分析研究表明，在30V激勵下工作的1cm² 尺寸的產品，測試距離10cm，在500Hz處聲壓級超過79dB，800Hz以上的頻率聲壓級可以做到89dB。
已使用MEMS技術制造了第一批揚聲器的原型樣品。
產品的截面圖
產品的俯視圖
使用15μm厚的多晶硅+2μm厚的PZT，激勵電壓30V，產品面積10*10mm² 。
進行有限元仿真，位移可以達到0.4mm。
100Hz的橫截面位移分布
對比不同片的間隙，5μm和25μm的速度場分布
對于5μm的小間隙，其導致的輕微泄漏，對整體流動行為的影響可忽略不計
。而如果間隙尺寸為25μm，則會導致明顯的聲損耗。
另外間隙過大時還需要考慮前后腔體的聲短路影響。針對其中的高音揚聲器，仿真對比不同間隙的頻率響應曲線。驅動電壓30V，尺寸4*4mm²。
和預期的類似，如果間隙大于25μm，低于5 kHz的聲損耗顯著提升，導致SPL急劇下降。然而，對于小于10μm的間隙，由于聲短路幾乎消失，這意味著驅動器在聲學上表現得像一個封閉的膜。
下圖時30V激勵電壓，且未做EQ處理時，仿真得到的低音、高音、整體的頻響曲線。可以從800Hz到20kHz實現>89dB的聲壓級。
使用硅MEMS技術制作了上面描述的揚聲器樣品。
制作工藝流程
最終成品照片，還挺精致漂亮
使用掃描電子顯微鏡檢查細節，高音間隙9μm
由于MEMS揚聲器的高能效，可制造性以及可擴展性等其他優勢，在包括可穿戴設備在內的廣泛移動應用中顯示出巨大潛力。未來可期。
大家也要多儲備相關的知識和技能。可能將迎來一個新的時代變革。
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