К 2025 году на рынке могут появиться ультразвуковые наушники

Новый аудиочип, использующий ультразвуковые волны, может проложить путь к наушникам, которые могут воссоздавать иллюзию звука, исходящего с нескольких направлений.

Стартап xMEMS впервые продемонстрировал аудиочип Cypress, размеры которого составляют примерно 6,3 на 6,5 миллиметра, на выставке CES 2024 9 января. Он появится в наушниках к концу следующего года, сообщили представители компании.

В обычных динамиках металлическая катушка наматывается на магнит, и через катушку проходит электрический ток. Электромагнетизм, генерируемый проходящим током, взаимодействует с магнетизмом постоянного магнита, который толкает катушку вперед-назад, как поршень. Эта катушка также прикреплена к конусу динамика, или диафрагме, которая выталкивает воздух для генерации звука. Технология была впервые предложена в 1800-х годах, но до сих пор используется в наушниках.

Однако динамики, сконструированные таким образом, подвержены повреждениям, износу и таким проблемам, как фазовые искажения, при которых форма звукового сигнала меняется в процессе преобразования сигнала, создавая задержку и вызывая нечеткие звуки.

С другой стороны, Cypress micro-speaker представляет собой кремниевый чип с двумя компонентами: специализированная интегральная схема (ASIC), которая обрабатывает электрические сигналы из звукового файла; и ультразвуковой преобразователь. Этот последний компонент преобразует сигнал в звуковые волны, используя пьезоэлектрический эффект, при котором материал изменяет громкость (или перемещается) при подаче на него электрического тока.

Преобразователь изготовлен из микроэлектромеханических систем (MEMS) — микроскопических устройств, в состав которых входят электронные и движущиеся части. Они широко используются в бытовой электронике, такой как зуммеры и звуковые приемники.

Как и более старые технологии, преобразователь Cypress перемещает воздух для генерации звуковых волн. Однако, в отличие от большинства MEMS, которые состоят из пьезоэлектрических кристаллов или керамики, Cypress использует новый класс тонких пьезоэлектрических пленок, изготовленных из цирконата-титаната свинца (PZT).

PZT используется в качестве слоя в процессе производства полупроводников вместе со слоем кремниевой диафрагмы динамика. При нанесении таким образом пленки могут воспроизводить звук высокого разрешения и высокого качества.

Чип ASIC сначала принимает и интерпретирует электрические сигналы и передает их на пьезоэлектрический преобразователь. Тонкая пленка вибрирует на высокой ультразвуковой частоте, генерируя воздушные импульсы, которые соответствуют исходному аудиосигналу. Это создает давление воздуха внутри чипа Cypress. Наконец, пьезоэлектрические клапаны с демодуляцией преобразуют эту акустическую энергию в звук на частотах, которые мы можем слышать.

На выходе динамика наблюдается почти нулевой сдвиг фазы, говорится в заявлении представителей xMEMS, и, следовательно, они больше подходят для таких функций, как пространственный звук.

Чипы Cypress также могут быть использованы для создания более совершенной технологии шумоподавления, которая генерирует специально подобранную звуковую волну для подавления окружающего шума. Теоретически более быстрый механический отклик Cypress и почти нулевая фазовая когерентность должны позволить подавлять высокочастотные шумы, которые наушники сегодня с трудом маскируют. 

После демонстрации на выставке CES xMEMS начала поставлять образцы нескольким своим клиентам. Компания планирует выпустить готовую к производству версию Cypress в июне 2024 года. Массовое производство может начаться к концу 2024 или началу 2025 года.