具有高級降噪功能的超聲波耳塞有望在2025年推出

耳機可能最終會超越幾個世紀以來的古老技術(shù)，這要歸功于一種使用超聲波的新型微型揚聲器。新的音頻芯片可以為降噪耳塞鋪平道路，這種耳塞還可以重現(xiàn)來自多個方向的聲音效果。

初創(chuàng)公司 xMEMS 在 1 月 9 日的 CES 2024 上首次展示了其音頻芯片 Cypress，尺寸約為 0.25 英寸 x 0.25 英寸（6.3 x 6.5 毫米）。該公司表示，它將在明年年底前進入耳塞和耳機。

在傳統(tǒng)揚聲器中，金屬線圈纏繞在磁鐵上，電流通過線圈。通過電流產(chǎn)生的電磁力與永磁體的磁性相互作用，永磁體像活塞一樣來回推動線圈。該線圈還連接到揚聲器錐體或振膜上，該揚聲器錐體或振膜推動空氣產(chǎn)生聲音。該技術(shù)于 1800 年代首次提出，至今仍在耳機中使用。

然而，以這種方式設(shè)計的揚聲器容易出現(xiàn)損壞、磨損和相位失真等問題，其中，聲音波形的形狀在信號轉(zhuǎn)換過程中發(fā)生變化，造成滯后并導致模糊聲音。

Cypress 微型揚聲器是一種硅芯片，由兩個組件組成：ASIC 用于處理來自聲音文件的電信號和超聲波換能器。后一種組件使用壓電效應(yīng)將信號轉(zhuǎn)換為聲波，壓電效應(yīng)是指當施加電流時，材料會改變體積（或移動）。

傳感器由微機電系統(tǒng)（MEMS）制成，MEMS 是包含電子和運動部件的微型機器，它們廣泛用于消費電子產(chǎn)品，如蜂鳴器和聲音接收器。

與舊技術(shù)一樣，Cypress 換能器震動空氣以產(chǎn)生聲波。然而，與大多數(shù)由壓電晶體或陶瓷組成的 MEMS 不同，Cypress 使用了一類由鋯鈦酸鉛（PZT）制成的新型壓電薄膜。

PZT 與硅揚聲器振膜層一起作為半導體制造工藝中的一層。當以這種方式應(yīng)用時，這些薄膜可以產(chǎn)生高分辨率、高質(zhì)量的聲音。

ASIC 芯片首先接收和解釋電信號，并將其傳輸?shù)綁弘?MEMS 傳感器。薄膜在高超聲波頻率下振動，產(chǎn)生映射到原始音頻信號的空氣脈沖。這會在 Cypress 芯片內(nèi)部產(chǎn)生氣壓。最后，解調(diào)壓電 MEMS 閥將這種聲能轉(zhuǎn)換為我們可以聽到的音頻。

xMEMS 在一份聲明中表示，與傳統(tǒng)揚聲器不同，揚聲器輸出顯示出接近零的相移，因此更適合空間音頻等功能，該功能模擬出了被不同位置的揚聲器包圍的效果。

Cypress 芯片還可用于創(chuàng)造更好的降噪技術(shù)，該技術(shù)可產(chǎn)生量身定制的聲波來消除環(huán)境噪音。從理論上講，Cypress 更快的機械響應(yīng)和接近零的相位相干性能夠消除更高頻率的噪音，而今天的耳機很難掩蓋這些噪音。Cypress 芯片的這種運動在低頻下也會產(chǎn)生更多的能量和壓力——是該公司以前的非超聲波微型揚聲器芯片的 40 倍。

耳機和耳塞將發(fā)生巨大變化

耳塞和耳機有多種揚聲器類型可供選擇，但沒有一種像微機電系統(tǒng)（MEMS）揚聲器那樣令人興奮。在從硬盤驅(qū)動器到固態(tài)驅(qū)動器（SSD）的飛躍中，MEMS 揚聲器在形式上與傳統(tǒng)的動圈或平衡電樞驅(qū)動器設(shè)計完全不同，并具有令人印象深刻的聲明列表。例如，它們顯著減輕了質(zhì)量，提高了電源效率，并且產(chǎn)量高，零件間差異很小，這在制造和性能方面具有優(yōu)勢。

這些組件也稱為固態(tài)揚聲器，可以直接焊接到電路板上，而不是依賴飛線或彈簧端子，并且應(yīng)該比無法回流到電路板上的傳統(tǒng)揚聲器更可靠。由于 MEMS 技術(shù)的固有優(yōu)勢，MEMS 揚聲器的到來將提高微型音頻產(chǎn)品在電池壽命、音質(zhì)和降噪方面的性能上限和下限。

雖然這不會在一夜之間發(fā)生，但耳塞轉(zhuǎn)向全頻 MEMS 揚聲器而不是平衡電樞和動態(tài)揚聲器，將吸引制造商希望在擁擠的市場中為他們的產(chǎn)品辯護。盡管上述全頻揚聲器要到 2025 年才會上市，但我們已經(jīng)開始看到 MEMS 揚聲器通過 Creative Aurvana Ace 2 等產(chǎn)品作為高音揚聲器擴散到市場。

雖然個人音頻技術(shù)在進步，但我們對「好聲音」的理解也在進步。哈曼研究人員開發(fā)的當前研究和標準提高了我們對人們希望從音頻設(shè)備中聽到的內(nèi)容的理解，但進步的步伐是永無止境的。在過去的六年中，音頻行業(yè)采用了來自 Bruel & Kjaer 和 HEAD acoustics 等公司的更強大的測試設(shè)備，以及圍繞聽眾喜歡的音樂播放系統(tǒng)進行研究的新途徑。我們已經(jīng)看到測量音質(zhì)以及人們喜歡什么質(zhì)量變得更加復雜。

例如，Knowles 對耳塞反應(yīng)偏好的研究已經(jīng)確定了與年齡相關(guān)的模式。這種研究得到了最新一代耳朵模擬器的出現(xiàn)，這些模擬器在高于 10KHz 的頻率下是準確的。隨著時間的流逝，音頻產(chǎn)品應(yīng)該從這些研究中受益，將聲音調(diào)諧視為一種更加以用戶為中心的努力，而不是一種單一的、一刀切的方法。在 Harman、Knowles、HEAD acoustics 和其他公司的引領(lǐng)下，我們完全希望看到測量標準和對聽覺系統(tǒng)（耳膜之外）的理解不斷提高，最終使我們作為音樂消費者的所有人受益。