新的超聲波音頻芯片可以使數(shù)字耳機具有更好的降噪效果。

耳機可能最終會超越幾個世紀以來的古老技術，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生聲音。該技術于 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將信號轉換為聲波，壓電效應是指當施加電流時，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品，如蜂鳴器和聲音接收器。

與舊技術一樣，Cypress換能器震動空氣以產生聲波。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。當以這種方式應用時，這些薄膜可以產生高分辨率、高質量的聲音。

ASIC芯片首先接收和解釋電信號，并將其傳輸?shù)綁弘奙EMS傳感器。薄膜在高超聲波頻率下振動，產生映射到原始音頻信號的空氣脈沖。這會在Cypress芯片內部產生氣壓。最后，解調壓電MEMS閥將這種聲能轉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，該技術可產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。在從硬盤驅動器到固態(tài)驅動器 （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動器設計完全不同，并具有令人印象深刻的聲明列表。例如，它們顯著減輕了質量，提高了電源效率，并且產量高，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技術的固有優(yōu)勢，MEMS揚聲器的到來將提高微型音頻產品在電池壽命、音質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，但我們已經開始看到 MEMS 揚聲器通過 Creative Aurvana Ace 2 等產品作為高音揚聲器擴散到市場。

雖然個人音頻技術在進步，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備中聽到的內容的理解，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。我們已經看到測量音質以及人們喜歡什么質量變得更加復雜。

例如，Knowles對耳塞反應偏好的研究已經確定了與年齡相關的模式。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，音頻產品應該從這些研究中受益，將聲音調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。

審核編輯：劉清