Всем, кто искал себя в радиоэлектронике, известны неудобства, связанные с повторяемостью намоточных изделий. «Как бы обойтись без них?» — трудно не согласиться с желанием избежать сложностей, порождаемых этими компонентами. Видимо, отказ от использования катушек индуктивности в наушниках и вдохновил калифорнийскую Xmems на поиск альтернативных решений. Результатом более чем трехлетних изысканий компании из Санта-Клары стал единственный пока продукт — динамик Montara, новый и, как утверждают в Xmems, революционный источник звука. Что получилось у Xmems и о чем молчат пресс-релизы компании?
Представляя динамик Montara, компания заявила, что для устранения громоздкой и сложной в изготовлении обмотки без ущерба для производительности, стоимости или надежности можно использовать полупроводниковые компоненты. Другими словами, за создание звуковых колебаний отвечают микроэлектромеханические системы или MEMS, использующие полупроводниковую технологию. Это может быть востребовано на рынке, где в 2019 году было продано более 200 млн беспроводных стерео-наушников.

Montara XSM-2300 — первый в мире MEMS-динамик на силиконовой матрице. Привод, диафрагма, мембрана — все на монолитной кремниевой подложке толщиной всего один миллиметр, изготовленной методом фотолитографии. Вполне понятно, что себестоимость такого твердотельного решения не идет ни в какое сравнение классическим источником звука, преобразующим электрическую энергию в механическую. Кроме того, полупроводниковые технологии позволяют соблюсти хорошую повторяемость, достигая максимального экономического эффекта при массовом производстве.
Существующие уже более ста лет динамик состоит из магнита и катушки, взаимодействующих друг с другом в электромагнитном поле. Когда электрические импульсы передаются через катушку, она притягивается или отталкивается магнитом, а прикрепленная к ней диафрагма и мембрана перемещаются вверх и вниз в зависимости от того, что происходит с магнитом и катушкой. Сегодня это отдельные компоненты, которые требуют ручной сборки, будь то стационарная акустика для домашних развлечений или крошечные беспроводные наушники. Они должны пройти через процесс согласования, чтобы убедиться, что левые динамики звучат как правые. Человеческий фактор здесь играет огромную роль.
В отличие от электродинамических громкоговорителей Montara является монолитным MEMS-динамиком, построенным по аналоговой технологии на базе чипа XSM-2300. Вся его конструкция — привод, диафрагма и мембрана — состоит из компонентов внутри полупроводникового чипа. Полупроводниковая технология гарантирует единообразие, что дает шанс устранить этап калибровки и согласования излучателей. Сами они пьезоэлектрические, со всеми присущими электроакустическим преобразователям особенностями: при подаче напряжения пьезоэлемент изгибается, вызывая колебания воздуха, необходимые для перемещения мембраны и создания звуковых волн.

Xmems не сообщает, какой сегнетоэлектрик применен в системе XSM-2300, но у всех высокоэффективных пьезопреобразователей очень большая электрическая емкость и малая амплитуда смещения мембраны. Для достижения заданного звукового давления требуется акустический трансформатор и мощный токовый выход усилителя. Паспортная потребляемая мощность чипа документирована в 42 микроВатт, и это вызывает вопросы.
С учетом малого хода мембраны возникают не только вопросы, но и некоторый скепсис. Ведь в закрытом объеме, когда амбушюр наушника плотно прилегает к ушной раковине, можно достичь уровня звукового давления в 110...115 дБ. При малейшей негерметичности звуковое давление будет резко падать, не достигая в принципе плоской частотной характеристики: под угрозой низкие частоты, хотя компания компания заявляет о том, что чип Montara XSM-2300 способен воспроизводить весь диапазон от 20 Гц до 20 кГц.
Весьма вероятно, что представляя новый технологичный продукт, Xmems многого недоговаривает о существенных моментах реализации и особенностях технологии. Не зря на страже интеллектуальной собственности стоят 10 патентов и заявка еще на 70 изобретений. Вполне закономерное опасение выходцев из Поднебесной (большинство в менеджменте компании имеет китайское происхождение), что know how обесценится при нелегальном копировании, как это уже не раз было.