Пьезоэлектрические МЭМС-микрофоны с отношением сигнал/шум, равным 70 дБ

Высококачественные микрофоны, выполненные из пьезоэлектрических материалов, могут в ближайшем будущем вытеснить традиционные микроэлектромеханические (МЭМС) микрофоны. Компания Vesper представила первое поколение микрофонов с улучшенными рабочими характеристиками, соотношение сигнал/шум которых достигает 70 дБ, что на 5 дБ превышает показатели конкурирующих решений.

«Наш пьезоэлектрический материал – это лишь часть потенциала технологии. Наши конкуренты, использующие ёмкостные датчики, вскоре уже не смогут оптимизировать свои решения», – отметил Мэтт Кроули, генеральный директор Vesper. Кроули недавно покинул компанию Sands 9, производителя МЭМС-генераторов, где он был директором по развитию бизнеса, в пользу должности директора в Vesper.

Согласно экспертам из IHS, МЭМС-микрофоны с отношением сигнал/шум, более 64 дБ, ждёт среднегеометрический ежегодный рост в 40 % по продажам вплоть до 2017 года. На текущий момент до 12 различных МЭМС-микрофонов используется в современных автомобилях, 6 микрофонов – в новых планшетах, меньшее количество – в фото- и видеокамерах, слуховых аппаратах, Bluetooth-гарнитурах, носимой электронике и всех типах оборудования Интернета вещей. Всё это предвещает совокупный рынок в 2 млрд. таких устройств к 2017 году.

Согласно Кроули, высококачественные микрофоны от Vesper позволят реализовать системы, в которых ранее невозможно было использовать традиционные МЭМС-микрофоны с их ограниченным соотношением сигнал/шум из-за необходимости перфорирования стенки позади диафрагмы. Пьезоэлектрические преобразователи звука имеют преимущества над традиционными ёмкостными диафрагмами, поскольку первым не нужна перфорация в задней стенке, а это значит выигрыш по шуму на 8 дБ.

По мнению Кроули, новые компоненты позволят реализовать схемы дистанционного голосового управления в телевизорах, причём с возможностью чёткого распознавания команд даже при трансляциях с высоким уровнем громкости (футбольный матч). Бытовая техника сможет реагировать на голосовое управление, находясь в условиях окружающих шумов. Появятся ультразвуковые МЭМС-стетоскопы и системы наблюдения, камеры которых включаются лишь тогда, когда улавливают какой-либо подозрительный звук. Многие из указанных решений могут управляться и при помощи жестов, если использовать видеокамеры, однако, управление при помощи звука требует гораздо меньше питания. Производители смартфонов обязательно задействуют микрофоны Vesper для улучшения голосового ввода, реализации подавления шума, возможности фокусироваться на одном источнике звука.

Компания Vesper, основанная в 2009 году Робертом Литтрелом, получила ряд патентов на свои изобретения в области пьезоэлектрической технологии, которая работает совсем по-другому, нежели традиционные микрофоны. В отличие от традиционной диафрагмы, для которой необходима влияющая на уровень шума перфорированная стенка, у пьезоэлектрического преобразователя Vesper квадратная форма с разделением на 4 треугольных области. Пьезоэлектрический материал (нитрид алюминия) расширяется и сокращается в зависимости от поступающего звука, генерируя сигнал с очень низким уровнем шума. Материал также относительно устойчив к влаге, которая обычно снижает чувствительность в традиционных ёмкостных МЭМС-микрофонах.

Бизнес-модель Vesper аналогична модели компании Infineon, которая выпускает только полупроводниковые пластины (хотя пластины Vesper будут изготавливаться на фабриках для производства МЭМС-компонентов). Один из инвесторов Vesper собирается нарезать пластины и корпусировать компоненты в стандартном исполнении с размерами 3,35 х 2,5 х 1 мм наряду с интеграцией в специализированные чипы (ASIC), усиливающие входящий звуковой сигнал и обрабатывающие его с последующим аналоговым выводом. В первой модели микрофона Vesper порт для входа звука будет расположен снизу компонента. Варианты с верхним расположением – в процессе проектирования.

Компания уже имеет первого заказчика, неназванную пока фирму, владеющую долей в Vesper и планирующую нарезать пластины с последующим корпусированием микрофонов. Эта неназванная компания продаёт МЭМС-микрофоны серийными партиями своим ОЕМ-партнёрам по всему миру. Теперь же она пополнит своё продуктовый ряд новыми пьезоэлетрическими микрофонами от Vesper.