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Microfoni MEMS più economici
I microprocessori e i chip di memoria si sono ridotti, poiché le loro prestazioni sono aumentate. Ma, per la maggior parte, la tecnologia dei microfoni è rimasta indietro. Ora una società con sede a Pittsburgh, Acustica , sta aiutando anche a velocizzare questi dispositivi, costruendo microfoni direttamente nei circuiti integrati, utilizzando un processo quasi identico al modo in cui i produttori di chip producono in serie i microprocessori.
La fabbricazione di un microfono in un chip porterà a microfoni più piccoli e meno costosi che potrebbero offrire registratori audio di migliore qualità per telefoni cellulari, fotocamere e chiamate VoIP (Voice-over-Internet Protocol), afferma Ken Gabriel, cofondatore e capo di Akustica. ufficiale di tecnologia.
Per anni, i ricercatori hanno costruito piccoli microfoni e altri dispositivi con componenti meccanici ed elettrici - giroscopi, accelerometri, sensori di pressione - utilizzando materiali semiconduttori. Questi dispositivi sono noti come MEMS (per sistemi microelettrici-meccanici). I produttori di microfoni MEMS realizzano i dispositivi depositando strati di silicio. Quindi, la maggior parte di loro completa un passaggio separato: collegando il microfono a un chip che contiene circuiti per manipolare il suono una volta raccolto.
Gabriel crede che l'approccio della sua azienda semplifichi il processo fabbricando il microfono e i circuiti sullo stesso chip, allo stesso tempo, e utilizzando gli stessi materiali.
Il mercato dei microfoni MEMS è in crescita, soprattutto per i laptop, perché un numero crescente di persone utilizza i servizi VoIP sui propri laptop, afferma Gabriel. E, sostiene, il tradizionale microfono non MEMS nella maggior parte dei laptop non è l'ideale per il VoIP.
Questi sistemi convenzionali sono costituiti da microfoni a condensatore electret, o ECM, oltre a cablaggi e circuiti che trasportano il segnale audio e lo elaborano. Un ECM cattura il suono nella sua forma analogica. Questo segnale analogico viene inviato a un circuito che lo converte in informazioni digitali. Lungo il percorso, però, il segnale analogico è soggetto alle interferenze dei campi elettrici prodotti dal monitor di un computer e dall'antenna Wi-Fi. Per evitare una qualità del suono degradata, un ECM deve essere isolato da questi campi. Questo isolamento rende il sistema ingombrante e ne limita il posizionamento in un laptop; Gli ECM si trovano spesso vicino alla tastiera, un luogo scomodo per dirigere la conversazione quando si utilizza il VoIP o la videoconferenza.
Il sistema di Akustica è più compatto dei tradizionali sistemi microfonici perché cattura il suono e lo converte in un segnale digitale sullo stesso chip. Quando le onde sonore colpiscono la membrana del microfono, una sottile rete metallica al centro del chip, vibra, producendo una tensione che contiene informazioni sul segnale sonoro analogico. Ma poiché il segnale analogico viene prodotto e convertito in un segnale digitale sullo stesso chip, non deve mai sperimentare il duro ambiente elettromagnetico al di fuori del circuito. E, poiché l'interferenza è meno problematica, l'isolamento non è necessario. Ciò consente agli ingegneri di posizionare il microfono ovunque un chip possa adattarsi a un laptop; più microfoni Akustica possono persino adattarsi alla cornice che circonda il monitor di un laptop, afferma Gabriel.
Per costruire i suoi microfoni, l'azienda ha collaborato con strutture che fabbricano altri tipi di chip. Come con altri chip, quelli di Akustica sono costituiti da strati di materiali semiconduttori, materiali isolanti e metalli. Per aggiungere un microfono, gli ingegneri hanno modificato il design di alcuni strati per creare una membrana con lo stesso metallo utilizzato nei circuiti. Dopo questo, dice Gabriel, il chip viene post-elaborato, il che include passaggi per incidere parte del silicio sul chip per rivelare la membrana metallica sepolta. Questa elaborazione finale, aggiunge, può essere eseguita in modo economico e rapido.
Poiché è relativamente economico produrre semiconduttori in serie, la tecnica Akustica potrebbe diventare il metodo più economico per costruire un microfono, afferma Jonathan Bernstein, ricercatore a Cambridge, MA. Laboratorio di Draper , che funziona con piccoli sistemi microfonici. Tuttavia, aggiunge, c'è un compromesso quando si utilizza un processo a semiconduttore per realizzare un dispositivo come un microfono. Potrebbe essere realizzato un sistema acustico di qualità potenzialmente superiore, afferma, se il design non fosse limitato agli stessi materiali utilizzati nel circuito.
E mentre l'integrazione di un microfono in un circuito potrebbe essere vantaggiosa per alcune applicazioni, potrebbe non essere necessaria per altre, afferma Levent Degertekin , professore di ingegneria meccanica al Georgia Institute of Technology di Atlanta. I produttori di apparecchi acustici non vogliono queste funzionalità integrate, dice, perché hanno i loro circuiti digitali che funzionano bene. Invece, dice, la migliore applicazione in questo momento per i microfoni a chip singolo è il mercato dei laptop.
Akustica, nata da un progetto di ricerca della Carnegie Mellon University nel 2001, ha iniziato a spedire il suo primo microfono all'inizio di quest'anno. Il dispositivo è attualmente utilizzato in alcuni laptop Fujitsu e il mese scorso la società ha annunciato un secondo prodotto che combina due microfoni su un filo per catturare più suono. Dovrebbe apparire nei prodotti entro la fine dell'anno.