Avantages des haut-parleurs MEMS

Les haut-parleurs MEMS représentent une nouvelle technologie qui remet en question le statu quo des haut-parleurs électrodynamiques et à armature équilibrée. Une question qui revient régulièrement est : « En quoi les haut-parleurs MEMS sont-ils meilleurs ? » Cet article tente de répondre à cette question.

Tout d'abord, il est nécessaire de distinguer les avantages généraux des avantages spécifiques.

Les avantages généraux des haut-parleurs MEMS sont les suivants :

• Intégration transparente dans un circuit imprimé. En effet, le haut-parleur lui-même est monté sur un substrat de circuit imprimé. Les haut-parleurs peuvent facilement être intégrés dans un circuit imprimé, tout comme les composants électroniques d'écouteurs, de casques, de dispositifs corporels et autres dispositifs sans fil.

Figure 1 : Haut-parleurs MEMS montés sur un substrat de circuit imprimé. (Source de l'image : USound)

• Intégration de l'amplificateur et du haut-parleur MEMS sur le même substrat de circuit imprimé. USound fournit des modules audio ainsi que des interfaces analogiques et numériques. Ces éléments permettent de réduire grandement le temps nécessaire à la conception de produits audio. Les modules audio incluent des filtres programmables qui peuvent être modifiés pour ajuster facilement le son. Le micrologiciel fourni avec le module audio inclut différents lots de filtres anticipant divers cas d'utilisation.

Figure 2 : USound intègre un amplificateur et un haut-parleur MEMS sur le même substrat de circuit imprimé. (Source de l'image : USound)

• Basse consommation énergétique. Malgré le fait que les haut-parleurs MEMS nécessitent des niveaux de tension plus élevés que ceux des haut-parleurs électrodynamiques, la consommation énergétique globale est plus faible. Le haut-parleur MEMS, en raison de sa haute impédance intrinsèque, requiert un courant d'attaque plus faible. Le Tableau 1 indique le courant d'attaque du haut-parleur MEMS mesuré dans un coupleur CEI à 94 dB SPL à l'aide de trois méthodes différentes. La consommation de courant des haut-parleurs à armature équilibrée (Knowles 26824) et électrodynamiques (Samsung HS330) de référence est également incluse.

Tableau 1 : Courant d'attaque du haut-parleur MEMS USound mesuré à 94 dB SPL à l'aide de trois méthodes différentes et comparé à celui des haut-parleurs à armature équilibrée Knowles 26824 et électrodynamique Samsung HS330 de référence.

Grâce à sa basse consommation de courant, le haut-parleur MEMS est le compagnon idéal des applications audio sans fil, comme les écouteurs True Wireless.

La consommation d'énergie des haut-parleurs MEMS peut être encore plus réduite, en exploitant leur charge capacitive. Sur le plan électrique, les haut-parleurs MEMS se comportent comme des condensateurs, ainsi la portion principale de puissance est réactive et peut être réutilisée dans le système. Le nouvel amplificateur de puissance numérique de USound peut récupérer un pourcentage important de la puissance réactive.

Tableau 2 : Comparaison des rapports de puissance active et réelle des haut-parleurs Knowles, du casque Samsung et du haut-parleur USound MEMS.

Avantages spécifiques aux applications

Les avantages spécifiques aux applications doivent être séparés en deux types principaux d'applications :

• Les applications d'oreilles occluses, où le haut-parleur, monté sur un écouteur, est placé à l'intérieur du canal auditif. Dans ce genre d'application, seule l'oreille capte le son émis par le haut-parleur ; les sons externes sont atténués par l'embout de l'écouteur.
• Les applications en champ libre, où le haut-parleur est placé en dehors de l'oreille et où l'oreille capte librement les sons provenant de sources autres que le haut-parleur lui-même.

Avantages des applications d'oreilles occluses

Le principal avantage est le petit format global. Cela prend en compte les dimensions du haut-parleur et le volume avant et arrière qui, avec le haut-parleur MEMS, peuvent être réduits au maximum. La Figure 3 présente les embouts auriculaires de la conception de référence Megaclite des écouteurs USB-C.

L'association de la basse consommation énergétique et du petit format global représente l'avantage principal des écouteurs sans fil : le petit format permet d'utiliser des batteries plus grandes et la basse consommation énergétique nécessite moins de courant provenant de la batterie, ce qui permet d'allonger la durée de vie globale de la batterie.

Figure 3 : Conception de référence USound Megaclite d'écouteurs USB-C. (Source de l'image : USound)

Le haut-parleur MEMS à circuit unique de USound présente une large bande passante. La Figure 4 montre le rapport d'un test réalisé par une célèbre entreprise audio chinoise qui compare des écouteurs MEMS USound avec d'autres d'excellentes marques. Les résultats affichent clairement qu'un seul circuit d'attaque MEMS peut facilement rivaliser avec une configuration électrodynamique et à armature équilibrée à plusieurs circuits d'attaque. Cela indique que le haut-parleur MEMS représente une technologie intéressante pour les écouteurs True Wireless. L'association d'une basse consommation énergétique, d'un petit format et de la bande passante la plus large possible offre des avantages entièrement nouveaux aux fabricants et aux utilisateurs finaux de dispositifs True Wireless.

Figure 4 : Comparaison de la bande passante entre différents haut-parleurs : à armature équilibrée, MEMS et électrodynamiques. (Source de l'image : USound)

Avantages des applications en champ libre

Pour les applications en champ libre, le petit format ne convient pas aux applications à bande passante complète. Néanmoins, les haut-parleurs MEMS offrent des avantages uniques comme un haut-parleur d'aigus haute qualité ainsi qu'une bande passante étendue dans la gamme des ultrasons (jusqu'à 80 kHz).

Le petit format convient pour tous les types d'applications incluant des dispositifs corporels. En 2019, USound a commencé par faire la publicité d'un module audio pour des lunettes AR/VR incluant un système audio entièrement numérique. Ce système inclut un haut-parleur de graves et un haut-parleur d'aigus MEMS. Par rapport aux systèmes à circuit d'attaque unique, il fournit un son bien plus clair et une fonctionnalité unique qui concentre le son autour des oreilles de l'utilisateur et atténue le niveau du signal sonore même à très courte distance de l'oreille, ce qui garantit un bon niveau de confidentialité.

Figure 5 : Module audio de USound pour des lunettes AR/VR incluant un système audio entièrement numérique. (Source de l'image : USound)

Le petit format d'un ensemble de haut-parleurs MEMS est également utile pour une autre application : les systèmes audio automobiles. Un ensemble modulaire, comme la conception de référence Harpalyke de USound, peut être monté directement dans le toit d'une voiture, en retirant de la voiture des haut-parleurs d'aigus souvent lourds et volumineux. Non seulement le système audio MEMS allège et libère de l'espace dans la voiture, mais le son est également plus clair et de meilleure qualité, tout en offrant une expérience d'écoute unique.

Figure 6 : Le format mince des haut-parleurs MEMS convient parfaitement aux ensembles de haut-parleurs, tels que ceux présents dans les systèmes d'infodivertissement des automobiles. (Source de l'image : USound)

Conclusion

Les haut-parleurs MEMS représentent une nouvelle technologie et leur plein potentiel se révèle étape par étape. Actuellement, cette technologie fournit des fonctionnalités uniques et des avantages intéressants par rapport aux haut-parleurs électrodynamiques et à armature équilibrée. Dans le marché audio en constante évolution, les premiers à adopter la technologie MEMS pourront offrir des avantages incomparables à leurs utilisateurs finaux.

Enfin, les concepteurs peuvent avoir un premier aperçu des capacités des haut-parleurs MEMS et découvrir leurs applications potentielles en testant le haut-parleur MEMS USound et le kit d'évaluation de carte de test exclusifs.