xMEMS實驗室將在2024年CES展會後的明年晚些時候，把它稱為突破性技術的產品帶到無線耳機市場——Cypress超聲波揚聲器。這家總部位於加利福尼亞的半導體公司周二表示，它可以將我們通常聽不到的超聲波轉化為全頻、高解析度的音頻，細節非凡。
這種固態微型揚聲器，將被用於各種公司的耳機和耳塞——你好，AirPods？——它可以產生低頻的聲壓，從而獲得完整的低音響應，xMEMS實驗室說。
這使得超聲波揚聲器成為傳統揚聲器技術的真正替代品，後者自從你的曾祖父母搖滾Victrola以來，只是被改進，而不是被取代。
xMEMS實驗室的Cypress超聲波揚聲器
揚聲器的設計幾十年來沒有太大的變化。大多數現代揚聲器都是「動圈式揚聲器」，這種設計自從20世紀30年代引入以來，沒有從根本上改變。動圈式揚聲器使用線圈和磁鐵來振動振膜，產生聲音——包括AirPods中發現的微型揚聲器。xMEMS實驗室的固態MEMs揚聲器是近年來第一個根本性的新設計之一。
MEMS是「微電子機械系統」的縮寫。它們將微小的電路加到機械部件上。xMEMS實驗室的新型Cypress固態MEMS揚聲器用一種「超聲波振幅調製換能原理」來取代舊式的推氣和移動線圈的聲音再現。
明白了嗎？沒有？那麼，「超聲波調製將超聲波脈衝轉化為豐富、細緻、低音沉重、高保真的聲音，代表了第一個對高容量消費者主動降噪(ANC)耳塞微型揚聲器的移動線圈概念沒有妥協的替代品，」該公司說。
換句話說，這是一種從古老的揚聲器設計中改變的根本性的變化，它們通過放大器產生的空氣推動振膜來發出聲音。
使用高容量的半導體工藝，xMEMS計劃為音頻做的事情，就像固態技術已經為高清視頻、麥克風和數據存儲做的那樣——基本上是消除了模擬，而不是消除了質量(甚至提高了質量)。Cypress有25項專利在背後，該公司說。
「通過轉向一種從超聲波到聲音的原理，xMEMS Cypress微型揚聲器現在可以正式取代傳統的線圈和磁鐵揚聲器，用於主動降噪耳塞，」xMEMS的市場營銷、業務發展和系統工程副總裁邁克·豪斯霍爾德說。「Cypress保持了xMEMS現有揚聲器的所有優點，同時在低頻時比它們大40倍，達到了ANC耳塞的一個關鍵要求。」
具體來說，該公司說，Cypress在20Hz時達到了高於140dB的聲壓級(SPL)。該公司補充說，這與高端耳塞中發現的最好的10-12mm傳統線圈揚聲器一致。
豪斯霍爾德提到的「40倍更大」是與xMEMS的前一代揚聲器相比，它們已經被Soranik、Creative和Singularity Industries等公司的產品使用。Cypress的關鍵區別是它的全範圍xMEMS驅動器不需要添加一個組件來增強低端。
該公司還強調了MEMS和超聲波調製與超低頻SPL的結合，將對AirPods Pro等耳塞的改進ANC性能意味著什麼：
Cypress比傳統線圈揚聲器更快的電-聲轉換可以有助於更寬的ANC頻寬(即，擴展ANC以取消更高頻的噪音源，如哭鬧的嬰兒)。另外，Cypress幾乎恆定的電-聲轉換時間(群延遲)，可以減少DSP濾波器的複雜性，這反過來又可以在處理ANC時減少DSP的延遲、捨入誤差和功耗。
更高效地製作高解析度音頻
Cypress利用MEMS的速度、精度和均勻性，比傳統的線圈揚聲器更高效地製作高解析度音頻。Cypress不像線圈揚聲器那樣只是在可聽頻段產生聲音，而是使用技術在所有頻率上產生信號的精確聲學複製。
微型揚聲器的調製器根據源音頻信號的振幅產生超聲波。然後，一個解調器將波的能量轉移到基帶，產生我們可以聽到的聲音。因為它是原始信號的精確複製，所以它比其他揚聲器更忠實於錄音，該公司說。
這包括了今天的高解析度聲音格式和空間音頻。
「Cypress不僅革新了如何從電信號再現聲音，而且重新定義了它應該如何再現，」xMEMS的首席技術官Jemm Liang說。 xMEMS Cypress超聲波揚聲器的主要特點
以下是xMEMS用來描述Cypress的優點的一個項目列表：
更快的機械響應，帶來無與倫比的細節、清晰度和分離度
接近零的相位偏移，實現最準確、不變的聲音再現
零件之間的相位一致性優越，實現無與倫比的空間成像精度
剛性的矽振膜消除了揚聲器的破裂，實現了無與倫比的中高音清晰度
非磁性的，減輕了重量和電磁干擾
從固態半導體工藝中獲得的優越的質量、可靠性和零件之間的一致性
成本效益的生產
xMEMS補充說，Cypress超聲波揚聲器可以在成本上與現在大眾市場上的耳機和耳塞中的揚聲器競爭，因為該公司與TSMC——製造蘋果矽晶片的同一家公司——有製造合作關係。
在這個過程中，新的薄膜壓電材料是關鍵，還有一個矽振膜/驅動器，它取代了平衡臂或動圈驅動器中通常是塑料、紙、碳纖維或其他材料的部件。Cypress的小占地面積也節省了空間和重量，可能會導致比你習慣的更小更輕的耳塞。
xMEMS說，已經建立了高容量的生產能力，應該能夠產生一致和可靠的產品。至於成本，還有待於包含Cypress的生產耳塞中看到。我什麼時候能買到超聲波耳塞？
xMEMS目前正在向一些早期客戶提供Cypress原型樣品，並計劃在2024年1月9日至12日在拉斯維加斯的CES展會上通過預約進行演示。xMEMS說，Cypress和配套的Alta控制器/放大器晶片的生產候選樣品將在2024年6月份推出。它計劃從2024年底開始大規模生產，用於實際產品。