211service.com
Tańsze mikrofony MEMS
Mikroprocesory i układy pamięci kurczą się wraz ze wzrostem ich wydajności. Ale w większości technologia mikrofonów pozostaje w tyle. Teraz firma z Pittsburgha, Akustyka , również pomaga przyspieszyć działanie tych urządzeń, wbudowując mikrofony bezpośrednio w układy scalone, przy użyciu procesu, który jest prawie identyczny ze sposobem, w jaki producenci chipów produkują masowo mikroprocesory.
Wytworzenie mikrofonu w chip doprowadzi do powstania mniejszych, tańszych mikrofonów, które mogą oferować lepszej jakości rejestratory dźwięku do telefonów komórkowych, kamer i połączeń głosowych przez Internet (VoIP), mówi Ken Gabriel, współzałożyciel i szef firmy Akustica. specjalista ds. technologii.
Naukowcy od lat budują małe mikrofony i inne urządzenia z elementami mechanicznymi i elektrycznymi – żyroskopy, akcelerometry, czujniki ciśnienia – z materiałów półprzewodnikowych. Urządzenia te znane są jako MEMS (od układów mikroelektryczno-mechanicznych). Producenci mikrofonów MEMS wytwarzają urządzenia nakładając warstwy krzemu. Następnie większość z nich wykonuje osobny krok: łączenie mikrofonu z chipem, który zawiera obwody do manipulowania dźwiękiem po jego zebraniu.
Gabriel wierzy, że podejście jego firmy upraszcza ten proces, wytwarzając mikrofon i obwody na tym samym chipie, w tym samym czasie i przy użyciu tych samych materiałów.
Rynek mikrofonów MEMS rośnie, zwłaszcza w przypadku laptopów, ponieważ coraz więcej osób korzysta z usług VoIP na swoich laptopach, mówi Gabriel. I utrzymuje, że tradycyjny mikrofon bez MEMS w większości laptopów nie jest idealny do VoIP.
Te konwencjonalne systemy składają się z elektretowych mikrofonów pojemnościowych lub ECM, a także z okablowania i obwodów, które transportują sygnał audio i przetwarzają go. ECM rejestruje dźwięk w formie analogowej. Ten sygnał analogowy jest przesyłany do obwodów, które przekształcają go w informację cyfrową. Po drodze jednak sygnał analogowy podlega zakłóceniom powodowanym przez pola elektryczne wytwarzane przez monitor komputera i antenę Wi-Fi. Aby uniknąć pogorszenia jakości dźwięku, ECM musi być odizolowany od tych pól. Ta izolacja sprawia, że system jest nieporęczny i ogranicza jego umieszczenie w laptopie; ECM często znajdują się w pobliżu klawiatury, niewygodne miejsce do bezpośredniej rozmowy podczas korzystania z VoIP lub wideokonferencji.
System firmy Akustica jest bardziej kompaktowy niż tradycyjne systemy mikrofonowe, ponieważ przechwytuje dźwięk i konwertuje go na sygnał cyfrowy na tym samym chipie. Kiedy fale dźwiękowe uderzają w membranę mikrofonu – cienką metalową siateczkę pośrodku chipa – wibruje, wytwarzając napięcie, które zawiera informacje o analogowym sygnale dźwiękowym. Ale ponieważ sygnał analogowy jest wytwarzany i konwertowany na sygnał cyfrowy na tym samym chipie, nigdy nie musi doświadczać trudnych warunków elektromagnetycznych poza obwodem. A ponieważ zakłócenia stanowią mniejszy problem, izolacja nie jest potrzebna. Dzięki temu inżynierowie mogą umieścić mikrofon w dowolnym miejscu, w którym chip może zmieścić się w laptopie; Wiele mikrofonów Akustica może nawet zmieścić się w ramce otaczającej monitor laptopa, mówi Gabriel.
Aby zbudować swoje mikrofony, firma nawiązała współpracę z zakładami, które wytwarzają inne rodzaje chipów. Podobnie jak w przypadku innych chipów, Akustica są wykonane z warstw materiałów półprzewodnikowych, materiałów izolacyjnych i metali. Aby dodać mikrofon, inżynierowie zmodyfikowali konstrukcję kilku warstw, aby stworzyć membranę z tego samego metalu, który zastosowano w obwodach. Następnie, jak mówi Gabriel, chip jest poddawany obróbce końcowej, która obejmuje etapy wytrawiania części krzemu z chipa, aby odsłonić ukrytą metalową membranę. Dodaje, że tę końcową obróbkę można wykonać niedrogo i szybko.
Ponieważ produkcja półprzewodników jest stosunkowo niedroga, technika Akustica może stać się najtańszą metodą budowy mikrofonu, mówi Jonathan Bernstein, naukowiec z Cambridge, MA. Laboratorium Draperskie , który współpracuje z małymi systemami mikrofonowymi. Dodaje jednak, że użycie procesu półprzewodnikowego do stworzenia urządzenia takiego jak mikrofon wymaga kompromisu. Jak mówi, można by stworzyć system akustyczny o potencjalnie wyższej jakości, gdyby projekt nie ograniczał się do tych samych materiałów, które zastosowano w obwodzie.
I chociaż integracja mikrofonu z obwodem może być korzystna w niektórych zastosowaniach, w innych może nie być konieczna Levent Degertekin , profesor inżynierii mechanicznej w Georgia Institute of Technology w Atlancie. Jak mówi, producenci aparatów słuchowych nie chcą takich możliwości, ponieważ mają własne obwody cyfrowe, które działają dobrze. Zamiast tego, mówi, najlepszą obecnie aplikacją dla mikrofonów jednoukładowych jest rynek laptopów.
Akustica, która powstała z projektu badawczego Carnegie Mellon University w 2001 r., rozpoczęła wysyłkę swojego pierwszego mikrofonu na początku tego roku. Urządzenie jest obecnie używane w niektórych laptopach Fujitsu, a w zeszłym miesiącu firma ogłosiła drugi produkt łączący dwa mikrofony na jednym przewodzie, aby przechwycić więcej dźwięku. Oczekuje się, że pojawi się w produktach do końca roku.