新兴的hearables领域将需要小型、低功耗的设备,以及扩展的边缘计算能力。Bosch押注新兴的MEMS技术将有助于满足这一需求。

 

在MEMS传感器进步的推动下,可穿戴设备市场正在扩大,包括相对较新的hearable领域。这是一个正在崛起的细分市场,包括下一代耳机、微型入耳式监听器和助听器。Bosch对Arioso Systems的收购使这个新兴的消费产品类别背后有了一个成熟的名字,分析家们预测这个市场的价值很快就会翻两番。

 

Bosch在4月底宣布收购德国德累斯顿的Arioso Systems,这是MEMS微型扬声器业务因新兴的hearables市场的预期反弹而飙升的最新信号。

 

Bosch表示,在获得监管部门批准后,即将进行的收购将提升其作为消费类电子产品传感解决方案供应商的市场地位。收购价格尚未披露。Bosch表示,Arioso的技术是“博世用于可穿戴和hearable设备的MEMS传感器组合的有益补充”,除此之外并没有进一步说明。

 

Arioso于2019年从Fraunhofer IPMS分拆出来,将NED(nanoscopic electrostatic drive)微扬声器技术商业化。

 

Arioso发言人Sara Guennewig表示,该公司与Fraunhofer IPMS就NED μSpeaker技术在全球的音频应用达成了独家许可协议。她说,分拆后的愿景是成为“超移动音频领域的第一大μSpeaker技术供应商”。

 

生成的声束根据音频信号在芯片内移动。这些光束被设置在顶部和底部的晶圆之间,通过底部和盖子上的开口释放声音。

 

Futuresource分析师Simon Forrest说,MEMS技术通常用于传统扬声器空间有限或需要低功耗的地方,理想的目标类别是TWS(true wireless stereo)耳机和助听器,这些设备的声音不需要大幅放大。这两类产品去年全球出货量接近3.19亿台。

 

Forrest说,MEMS微型扬声器正在取代使用电磁线圈机制来移动小振膜的扬声器。这里的创新是在MEMS的机械结构中创造足够的位移,以移动足够的空气来创造可用的扬声器。

 

 

不断增长的市场

 

Arioso的技术营销和新业务拓展总监Lutz Ehrig表示,微型扬声器的市场预计在未来几年将增长20%-25%。它们将实现传统微型扬声器不可能实现的功能,之前那些扬声器体积大,且非常耗电。例如,智能耳机需要越来越多的边缘计算和传感器,而“小型、节能、可扩展的MEMS微扬声器将释放所需空间”和电池寿命。

 

如今,MEMS麦克风已被用于几乎所有的智能手机、平板电脑、可穿戴设备、hearables和TWS。因此,在这些相同的设备类别中,将MEMS微扬声器作为这些设备类别的另一个音频组件是合乎逻辑的。如果它们也能渗透到手机和可穿戴设备中,它可能“使市场翻两番,达到全球每年27亿台”。

 

在1月份的CES之前,助听器公司Nuheara表示,FDA去年10月宣布了关于非处方助听器的拟议规定,这意味着2022年将是听力健康产业发生重大变革的一年。该公司说,消费者将能够在美国“不需要专业人士参与”的情况下购买助听器。

 

5月初,Juniper Research预计,未来两年hearables的增长率为30%,到2024年将超过2亿台,高于今年的1.67亿。

 

Juniper指出,以辅助和保健为重点的hearables领域,提到Nuheara的IQbuds和Bose的SoundControl助听器是市场增长的关键。Bose的助听器在bose.com的售价为699美元。Nuheara的IQbuds 2 Max个人听力放大器在Bestbuy.com的标价为499美元。

 

Juniper预测,到2024年,以辅助和保健为重点的hearables设备将占hearables设备出货量的18%,而2021年为12%。
Arioso的新方法Arioso的NED μSpeaker技术用数百个移动光束取代了传统的扬声器膜,利用芯片的体积而不是表面来产生声音。据该公司称,这种方法最大限度地减少了尺寸和成本,并消除了装配步骤。

 

Arioso说,它在fabless的商业模式中使用“广泛的CMOS生产标准”,使其芯片可以扩展到大众市场。据该公司称,一个有效面积为10㎟的µSpeaker芯片可以达到120db的声压级。Arioso已向选定的客户交付了其MEMS扬声器芯片的原型,并打算在2024年投产,同时还将配套特定应用的集成电路驱动芯片和封装,以确保“超低的功耗”。

 

竞争性的传统技术(即既定的电动扬声器)使用不兼容CMOS的压电材料。Arioso说,这样的扬声器有一层薄膜,增加了尺寸和功耗。该公司的目标是为下一代入耳式音频设备(如TWS耳机、hearables、入耳式监听器和助听器)实现静电换能器的音质,这些将出现在最好的消费类耳机中。

 

Futuresource的Forrest说,TWS耳机中的一个扬声器驱动器的直径约为6㎜。相比之下,智能手机或笔记本电脑中的驱动器的面积约为100㎟。分析师说,Arioso的创新之处在于,通过硅芯片内垂直方向组件的运动,利用MEMS产生声音,使它们在整个芯片体积内产生共振,而不仅仅是在表面。

 

 

竞争者的加入

 

 

Arioso并不是唯一一家MEMS微型扬声器公司。它将追赶奥地利的USound,后者将其用于智能眼镜、TWS耳机和“cue-preserving 3D耳机”的MEMS扬声器,定位在个人音频方面;该公司还在研究具有“可变指向性”的智能家居扬声器的空间音频应用。

 

今年3月,USound扩大了与奥地利AT&S Technologie & Systemtechnik的合作,后者计划将USound的TWS耳机音频模块集成到其电路板和IC基板中。USound的CEO Ferruccio Bottoni在一份新闻稿中说,这种整合将“大大缩小耳机的外形尺寸,使它们更符合人体工学”。

 

USound的微型扬声器的小尺寸为添加传感器提供了可能性,如脉搏计、加速度计、UHF传感器、自动降噪麦克风和语音拾取/光束成形。该公司在5月表示,预测MEMS扬声器到2025年将占TWS系统的50%。

 

USound正在与NordicNeuroLab合作开发可用于核磁共振的耳机,核磁共振设备的噪音可达到130db。放松的音乐可以减少病人在核磁共振过程中的焦虑感和幽闭恐惧症,但由于强磁场,病人无法佩戴传统的耳机。USound的方法是替代将核磁共振机外的换能器连接到病人耳朵的长塑料管。

 

加州圣克拉拉的xMEMS是另一家后起之秀,它正在推广一系列处于不同取样和生产阶段的MEMS全音域微型扬声器。xMEMS的方法与早期的“混合MEMS”或音圈设计不同,它在硅中实现了扬声器的执行器和薄膜。

 

Futuresource的Forrest表示,Bosch的Sensortec部门已经生产了一些MEMS传感器组件,包括加速度计,因此将音频加入他们的产品组合是意料之中的。甚至有可能将MEMS元件组合成单包解决方案。对此,Bosch没有发表评论。

 

Arioso的目标客户是大型消费类电子产品制造商,包括Apple和Samsung,以及互联网品牌、耳机和助听器制造商。

 

Arioso的Ehrig说,在未来,耳朵里的一个小设备可以取代现在的智能手机里的许多功能。它将由语音控制,可以直接连接到互联网。他说:“Hearables应该很快能够同时翻译多语言对话,监测我们的生命体征,并真正改善或丰富我们的听觉体验。”他补充说,它们可能被用于移动支付、导航,以及在物体接近时警告用户。

 

Ehrig表示,实现这些用例将需要在微型设备中安装更多的边缘计算和传感器,而实现这一目标所需的组件必须“非常小、轻、节能”。