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COMPONENTS

MICROFONI

- ELETTRONICA OGGI 459 - GENNAIO/FEBBRAIO 2017

recenti progressi nelle tecnologie MEMS hanno consen-

tito la miniaturizzazione dei dispositivi audio che si sono

diffusi innanzi tutto dentro a smartphone, tablet e laptop

ma parimenti a bordo auto per il comando vocale di alcune

funzioni oppure nei prodotti per il fitness per offrire maggior

ergonomia e confort a chi li indossa. Nel report “Global MEMS

Microphone Market 2016-2020” gli analisti inglesi di

Technavio

promettono una crescita con Cagr del 12,06% per i microfoni

MEMS nei prossimi tre anni precisando che i componenti audio

MEMS sembrano avere lo stesso trend che hanno avuto i sen-

sori d’immagine quando al loro apparire ebbero un successo

tale da far crollare rapidamente l’allora fiorente mercato delle

fotocamere. Considerando che ora negli smartphone sono già

d’uso comune, i chip capaci di catturare immagini e filmati con

definizione ultra-HD appare evidente l’esigenza di migliorare

le prestazioni dei microfoni e degli altoparlanti MEMS, affinché

non si limitino a una buona qualità vocale ma sappiano offrire

un livello di qualità audio hi-fi all’altezza. È noto che per gli al-

toparlanti è anche questione di dimensioni quando si vogliono

generare suoni a un volume consistente ed è perciò probabile

che continueranno a essere proposti anche come accessori

da aggiungere, ma le nuove tecnologie di trasduzione sonora

hanno comunque ottenuto ottimi livelli di qualità anche negli

altoparlanti con dimensioni di pochi mm. Ciò che cercano i co-

struttori è, perciò, un ulteriore avanzamento delle tecnologie

MEMS necessarie per migliorare la fedeltà acustica dei micro-

foni che considerano essenziali per le applicazioni multimediali

di nuova generazione.

Hi-Fi in pochi mm

Per valutare la qualità audio dei microfoni oltre al rapporto

segnale-rumore (SNR, Signal-Noise Ratio) si calcola il punto di

overload acustico (AOP, Acoustic Overload Point) che indica il

livello di pressione sonora (SPL, Sound Pressure Level) che fa

introdurre al microfono una distorsione armonica (THD, Total

Harmonic Distorsion) del 10%. Oggi un AOP pari a 120 dB SPL

è considerato accettabile per una buona qualità vocale ma già

da qualche tempo i costruttori spingono verso 130dB SPL che

vanno meglio per registrare la musica a un concerto. Stanno

anche cercando di migliorare ulteriormente tale valore ma le

ricerche in corso mostrano che ad aumentarlo troppo in un

microfono di troppo pochi mm aumenta anche la probabilità

che il SNR crolli di colpo impedendo di fatto la possibilità di in-

gegnerizzare il processo. Questa problematica è comune anche

agli altoparlanti MEMS e perciò ci si attende molto dagli svilup-

pi delle ricerche sui nuovi materiali nanostrutturati che sono

alla base del funzionamento di questi componenti audio. A tal

scopo è necessario utilizzare sostanze conduttive piuttosto ro-

buste ma nel contempo adeguatamente morbide per oscillare

e deformarsi nel loro compito di trasduzione dei segnali dalla

forma elettrica a quella acustica e viceversa. Va detto che in

tutte le nuove tecnologie micro elettro meccaniche sviluppate

a tal fine il principio di funzionamento è rimasto praticamente

immutato con l’elemento oscillante MEMS accoppiato al suo te-

laio di supporto in modo tale da formare un condensatore tem-

povariante in ricezione, quando deve trasformare la variazione

di capacità in una variazione di tensione, oppure una membra-

na a comando induttivo in trasmissione, quando dev’essere

sollecitata da un avvolgimento per produrre i cambi di pressio-

ne nell’aria che consentono di generare i suoni.

Microfoni MEMS “lunari”

Knowles

nasce per fabbricare microfoni a transistor ed è stata

il fornitore ufficiale di componenti audio per la spedizione lu-

nare dell’Apollo 11, quando Neil Armstrong mise piede sulla

luna. Oggi ha perfezionato la tecnologia audio proprio grazie

ai MEMS e ha già da qualche anno in produzione l’innovati-

va serie dei microfoni MEMS

SiSonic a montaggio super-

ficiale caratterizzati dalla ro-

bustezza e dalle prestazioni

ottimizzate per i terminali

telefonici, per l’elettronica

consumer e per le applica-

zioni automotive a coman-

do vocale. I microfoni della

serie SPH0645LM4H-B uni-

scono l’elemento sensibile

Soluzioni audio MEMS

Lucio Pellizzari

Le tecnologie MEMS consentono di realizzare microfoni e

altoparlanti con grande efficacia di conversione elettro-

acustica, bassi consumi e dimensioni di pochi mm e

oggi i costruttori cercano di migliorarne ulteriormente la

qualità per offrire prestazioni sempre più hi-fi

Fig. 1 – La robustezza e la linearità

della risposta caratterizzano i micro-

foni MEMS Knowles SPH0645LM4H-B

idealiperglismartphoneeperleappli-

cazioni automotive a comando vocale