Development of a MEMS Loudspeaker with Optimized Performance - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Development of a MEMS Loudspeaker with Optimized Performance

Développement d’un micro Haut-Parleur aux performances optimisées

Romain Liechti
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1222671
  • IdRef : 267113226

Résumé

In pursuance of making loudspeakers compatible with very large scale integration (VLSI) processes, research has been carried out on the development of MEMS loudspeaker, from nearly as early as the first MEMS device and recently arouses a gain of interest due to the thinning of portable multimedia devices. Despite interesting performances for in-ear loudspeaker, where high resonance frequencies and small displacements can generate significant sound pressure level, no solution was found to advantageously replace non-MEMS loudspeakers for free field applications. To widen the frequency range of MEMS loudspeakers, an innovative geometry based on an assembly of two wafers is proposed, in order to separate the electro-mechanical transducer from the mechano-acoustics one, with the aim of reaching a better optimization target. In this thesis, the working principle of the loudspeaker, as well as the models used for the design and the optimization are presented and detailed. The innovative custom manufacturing process with which the loudspeaker is manufactured in the CEA Leti clean rooms is then detailed, and the measured frequency response is compared with the simulated ones. The loudspeaker is able to radiate pressures as high as 110 dBSPL at 1 kHz, the resonance frequency of the loudspeaker, which is above the state of the art for MEMS loudspeakers of such dimensions. By using digital signal processing, as well as a dedicated packaging with specific acoustical couplings, this loudspeaker could replace the secondary loudspeaker of smartphones.
Dans le but de rendre les haut-parleurs compatibles avec les processus d'intégration à très grande échelle (VLSI), des recherches ont été menées sur le développement de haut-parleur MEMS, depuis le premier MEMS, et suscitent récemment un gain d'intérêt en raison de l'amincissement des systèmes multimédias portables. Malgré des performances intéressantes pour les haut-parleurs intra-auriculaires, pour lesquels des fréquences de résonance élevées et de petits déplacements peuvent générer un niveau de pression acoustique important, aucune solution n'a été trouvée pour remplacer avantageusement les haut-parleurs non MEMS pour les applications en champ libre. Pour élargir la gamme de fréquences du haut-parleur MEMS, une géométrie innovante basée sur un assemblage de deux wafers est proposée, afin de séparer le transducteur électro-mécanique du transducteur mécano-acoustique, dans le but d'atteindre une meilleure cible d'optimisation. Dans cette thèse, le principe de fonctionnement du haut-parleur, ainsi que les modèles utilisés pour la conception et l'optimisation sont présentés et décrits. Le procédé innovant de fabrication avec lequel le haut-parleur est fabriqué dans les salles blanches du CEA Leti est ensuite décrit, et la réponse en fréquences mesurée est comparée à celles simulées. Le haut-parleur est capable de rayonner une pression de 110 dBSPL à 1 kHz, la fréquence de résonance du haut-parleur, ce qui est au-dessus de l'état de l'art pour un haut-parleur MEMS de ces dimensions.
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2022LEMA1037.pdf (31.42 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03969506 , version 1 (02-02-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03969506 , version 1

Citer

Romain Liechti. Development of a MEMS Loudspeaker with Optimized Performance. Acoustics [physics.class-ph]. Le Mans Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022LEMA1037⟩. ⟨tel-03969506⟩
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