具有“高级降噪”功能的超声波耳机最快将于 2025 年推出

告别损坏并产生绒毛的耳塞。新的超声波音频芯片可能会带来具有更好降噪和空间音频效果的数字耳机。

得益于一种使用超声波的新型微型扬声器，耳机可能最终会超越几个世纪的古老技术。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错觉。

初创公司 xMEMS 于 1 月 9 日在 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，它将在明年年底进入耳塞和耳机领域代表们告诉《生活科学》。 

在传统的扬声器中，金属线圈缠绕在磁铁上，电流通过线圈。通过的电流产生的电磁力与永磁体的磁性相互作用，永磁体像活塞一样前后推动线圈。该线圈还连接到扬声器锥体或隔膜，推动空气产生声音。该技术于 1800 年代首次提出，但至今仍在耳机中使用。  

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

另一方面，赛普拉斯微型扬声器是一个由两个组件组成的硅芯片：专用集成电路（ASIC），用于处理声音文件中的电信号；和超声波换能器。后一个组件利用压电效应将信号转换为声波，其中当向材料施加电流时，材料会改变体积（或移动）。

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该传感器由微机电系统 (MEMS) 制成，这是一种包含电子和运动部件的微型机器。它们广泛应用于消费电子产品，例如蜂鸣器和声音接收器。

与旧技术一样，赛普拉斯传感器移动空气以产生声波。不过，与大多数由压电晶体或陶瓷制成的 MEMS 不同，Cypress 使用一种由锆钛酸铅 (PZT) 制成的新型压电薄膜。

PZT 作为一层与硅扬声器振膜层一起纳入半导体制造过程中。公司代表告诉Live Science，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 芯片首先接收并解释电信号，并将其传输至压电MEMS 传感器。薄膜以高超声波频率振动，产生映射到原始音频信号的空气脉冲。这会在赛普拉斯芯片内部产生气压。最后，解调压电MEMS阀将这种声能转换成我们可以听到的频率的音频。

xMEMS 代表在一份声明中表示，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，模拟被包围的体验不同地点的扬声器。 

赛普拉斯芯片还可用于创建更好的降噪技术，该技术可生成定制的声波来消除环境噪音。从理论上讲，赛普拉斯更快的机械响应和接近零的相位相干性应该能够消除高频噪声，而当今的耳机很难掩盖这些噪声。赛普拉斯芯片中的这种运动还会在低频下产生更多的能量和压力——比该公司之前的非超声波微型扬声器芯片高 40 倍——这为其配备了消除这些声音所需的抗噪声功能。  

在 CES 上进行演示后，xMEMS 已开始向少数客户提供样品。该公司计划于 2024 年 6 月发布 Cypress 的生产就绪版本。批量生产可能会在 2024 年底或 2025 年初开始，然后配备该芯片的耳塞最早将于明年年底上市。