即将到来的“超声波”革命将永远改变无线耳机市场
BALI @ 2023.11.20 , 07:03 上午
xMEMS实验室将在2024年CES展会后的明年晚些时候，把它称为突破性技术的产品带到无线耳机市场——Cypress超声波扬声器。这家总部位于加利福尼亚的半导体公司周二表示，它可以将我们通常听不到的超声波转化为全频、高分辨率的音频，细节非凡。
这种固态微型扬声器，将被用于各种公司的耳机和耳塞——你好，AirPods？——它可以产生低频的声压，从而获得完整的低音响应，xMEMS实验室说。
这使得超声波扬声器成为传统扬声器技术的真正替代品，后者自从你的曾祖父母摇滚Victrola以来，只是被改进，而不是被取代。
xMEMS实验室的Cypress超声波扬声器
扬声器的设计几十年来没有太大的变化。大多数现代扬声器都是“动圈式扬声器”，这种设计自从20世纪30年代引入以来，没有从根本上改变。动圈式扬声器使用线圈和磁铁来振动振膜，产生声音——包括AirPods中发现的微型扬声器。xMEMS实验室的固态MEMs扬声器是近年来第一个根本性的新设计之一。
MEMS是“微电子机械系统”的缩写。它们将微小的电路加到机械部件上。xMEMS实验室的新型Cypress固态MEMS扬声器用一种“超声波振幅调制换能原理”来取代旧式的推气和移动线圈的声音再现。
明白了吗？没有？那么，“超声波调制将超声波脉冲转化为丰富、细致、低音沉重、高保真的声音，代表了第一个对高容量消费者主动降噪(ANC)耳塞微型扬声器的移动线圈概念没有妥协的替代品，”该公司说。
换句话说，这是一种从古老的扬声器设计中改变的根本性的变化，它们通过放大器产生的空气推动振膜来发出声音。
使用高容量的半导体工艺，xMEMS计划为音频做的事情，就像固态技术已经为高清视频、麦克风和数据存储做的那样——基本上是消除了模拟，而不是消除了质量(甚至提高了质量)。Cypress有25项专利在背后，该公司说。
“通过转向一种从超声波到声音的原理，xMEMS Cypress微型扬声器现在可以正式取代传统的线圈和磁铁扬声器，用于主动降噪耳塞，”xMEMS的市场营销、业务发展和系统工程副总裁迈克·豪斯霍尔德说。“Cypress保持了xMEMS现有扬声器的所有优点，同时在低频时比它们大40倍，达到了ANC耳塞的一个关键要求。”
具体来说，该公司说，Cypress在20Hz时达到了高于140dB的声压级(SPL)。该公司补充说，这与高端耳塞中发现的最好的10-12mm传统线圈扬声器一致。
豪斯霍尔德提到的“40倍更大”是与xMEMS的前一代扬声器相比，它们已经被Soranik、Creative和Singularity Industries等公司的产品使用。Cypress的关键区别是它的全范围xMEMS驱动器不需要添加一个组件来增强低端。
该公司还强调了MEMS和超声波调制与超低频SPL的结合，将对AirPods Pro等耳塞的改进ANC性能意味着什么：
Cypress比传统线圈扬声器更快的电-声转换可以有助于更宽的ANC带宽(即，扩展ANC以取消更高频的噪音源，如哭闹的婴儿)。另外，Cypress几乎恒定的电-声转换时间(群延迟)，可以减少DSP滤波器的复杂性，这反过来又可以在处理ANC时减少DSP的延迟、舍入误差和功耗。
更高效地制作高分辨率音频
Cypress利用MEMS的速度、精度和均匀性，比传统的线圈扬声器更高效地制作高分辨率音频。Cypress不像线圈扬声器那样只是在可听频段产生声音，而是使用技术在所有频率上产生信号的精确声学复制。
微型扬声器的调制器根据源音频信号的振幅产生超声波。然后，一个解调器将波的能量转移到基带，产生我们可以听到的声音。因为它是原始信号的精确复制，所以它比其他扬声器更忠实于录音，该公司说。
这包括了今天的高分辨率声音格式和空间音频。
“Cypress不仅革新了如何从电信号再现声音，而且重新定义了它应该如何再现，”xMEMS的首席技术官Jemm Liang说。 xMEMS Cypress超声波扬声器的主要特点
以下是xMEMS用来描述Cypress的优点的一个项目列表：
更快的机械响应，带来无与伦比的细节、清晰度和分离度
接近零的相位偏移，实现最准确、不变的声音再现
零件之间的相位一致性优越，实现无与伦比的空间成像精度
刚性的硅振膜消除了扬声器的破裂，实现了无与伦比的中高音清晰度
非磁性的，减轻了重量和电磁干扰
从固态半导体工艺中获得的优越的质量、可靠性和零件之间的一致性
成本效益的生产
xMEMS补充说，Cypress超声波扬声器可以在成本上与现在大众市场上的耳机和耳塞中的扬声器竞争，因为该公司与TSMC——制造苹果硅芯片的同一家公司——有制造合作关系。
在这个过程中，新的薄膜压电材料是关键，还有一个硅振膜/驱动器，它取代了平衡臂或动圈驱动器中通常是塑料、纸、碳纤维或其他材料的部件。Cypress的小占地面积也节省了空间和重量，可能会导致比你习惯的更小更轻的耳塞。
xMEMS说，已经建立了高容量的生产能力，应该能够产生一致和可靠的产品。至于成本，还有待于包含Cypress的生产耳塞中看到。 我什么时候能买到超声波耳塞？
xMEMS目前正在向一些早期客户提供Cypress原型样品，并计划在2024年1月9日至12日在拉斯维加斯的CES展会上通过预约进行演示。xMEMS说，Cypress和配套的Alta控制器/放大器芯片的生产候选样品将在2024年6月份推出。它计划从2024年底开始大规模生产，用于实际产品。