具有高级降噪功能的超声波耳塞有望在2025年推出

新的超声波音频芯片可以使数字耳机具有更好的降噪效果。

耳机可能最终会超越几个世纪以来的古老技术，这要归功于一种使用超声波的新型微型扬声器。新的音频芯片可以为降噪耳塞铺平道路，这种耳塞还可以重现来自多个方向的声音效果。

初创公司xMEMS在1月9日的CES 2024上首次展示了其音频芯片Cypress，尺寸约为 0.25 英寸 x 0.25 英寸（6.3 x 6.5 毫米）。该公司表示，它将在明年年底前进入耳塞和耳机。

在传统扬声器中，金属线圈缠绕在磁铁上，电流通过线圈。通过电流产生的电磁力与永磁体的磁性相互作用，永磁体像活塞一样来回推动线圈。该线圈还连接到扬声器锥体或振膜上，该扬声器锥体或振膜推动空气产生声音。该技术于 1800 年代首次提出，至今仍在耳机中使用。

然而，以这种方式设计的扬声器容易出现损坏、磨损和相位失真等问题，其中，声音波形的形状在信号转换过程中发生变化，造成滞后并导致模糊声音。

Cypress微型扬声器是一种硅芯片，由两个组件组成：ASIC用于处理来自声音文件的电信号和超声波换能器。后一种组件使用压电效应将信号转换为声波，压电效应是指当施加电流时，材料会改变体积（或移动）。

传感器由微机电系统（MEMS）制成，MEMS是包含电子和运动部件的微型机器，它们广泛用于消费电子产品，如蜂鸣器和声音接收器。

与旧技术一样，Cypress换能器震动空气以产生声波。然而，与大多数由压电晶体或陶瓷组成的MEMS不同，Cypress使用了一类由锆钛酸铅（PZT）制成的新型压电薄膜。

PZT与硅扬声器振膜层一起作为半导体制造工艺中的一层。当以这种方式应用时，这些薄膜可以产生高分辨率、高质量的声音。

ASIC芯片首先接收和解释电信号，并将其传输到压电MEMS传感器。薄膜在高超声波频率下振动，产生映射到原始音频信号的空气脉冲。这会在Cypress芯片内部产生气压。最后，解调压电MEMS阀将这种声能转换为我们可以听到的音频。

xMEMS在一份声明中表示，与传统扬声器不同，扬声器输出显示出接近零的相移，因此更适合空间音频等功能，该功能模拟出了被不同位置的扬声器包围的效果。

Cypress芯片还可用于创造更好的降噪技术，该技术可产生量身定制的声波来消除环境噪音。从理论上讲，Cypress更快的机械响应和接近零的相位相干性能够消除更高频率的噪音，而今天的耳机很难掩盖这些噪音。Cypress芯片的这种运动在低频下也会产生更多的能量和压力——是该公司以前的非超声波微型扬声器芯片的 40 倍。

耳机和耳塞将发生巨大变化

耳塞和耳机有多种扬声器类型可供选择，但没有一种像微机电系统 （MEMS） 扬声器那样令人兴奋。在从硬盘驱动器到固态驱动器 （SSD） 的飞跃中，MEMS 扬声器在形式上与传统的动圈或平衡电枢驱动器设计完全不同，并具有令人印象深刻的声明列表。例如，它们显著减轻了质量，提高了电源效率，并且产量高，零件间差异很小，这在制造和性能方面具有优势。

这些组件也称为固态扬声器，可以直接焊接到电路板上，而不是依赖飞线或弹簧端子，并且应该比无法回流到电路板上的传统扬声器更可靠。由于MEMS技术的固有优势，MEMS扬声器的到来将提高微型音频产品在电池寿命、音质和降噪方面的性能上限和下限。

虽然这不会在一夜之间发生，但耳塞转向全频MEMS扬声器而不是平衡电枢和动态扬声器，将吸引制造商希望在拥挤的市场中为他们的产品辩护。尽管上述全频扬声器要到 2025 年才会上市，但我们已经开始看到 MEMS 扬声器通过 Creative Aurvana Ace 2 等产品作为高音扬声器扩散到市场。

虽然个人音频技术在进步，但我们对“好声音”的理解也在进步。哈曼研究人员开发的当前研究和标准提高了我们对人们希望从音频设备中听到的内容的理解，但进步的步伐是永无止境的。在过去的六年中，音频行业采用了来自Bruel & Kjaer和HEAD acoustics等公司的更强大的测试设备，以及围绕听众喜欢的音乐播放系统进行研究的新途径。我们已经看到测量音质以及人们喜欢什么质量变得更加复杂。

例如，Knowles对耳塞反应偏好的研究已经确定了与年龄相关的模式。这种研究得到了最新一代耳朵模拟器的出现，这些模拟器在高于 10KHz 的频率下是准确的。随着时间的流逝，音频产品应该从这些研究中受益，将声音调谐视为一种更加以用户为中心的努力，而不是一种单一的、一刀切的方法。在 Harman、Knowles、HEAD acoustics 和其他公司的引领下，我们完全希望看到测量标准和对听觉系统（耳膜之外）的理解不断提高，最终使我们作为音乐消费者的所有人受益。

审核编辑：刘清