xMEMS представила бескатушечные МЭМС-динамики для наушников, которые превращают ультразвук в насыщенный бас

Первый коммерческий образец кремниевого динамика для наушников, способный воспроизводить низкие частоты на уровне 140 дБ, готовится к выходу на рынок. Разработка стартапа xMEMS решает фундаментальную проблему компактной акустики: миниатюрные излучатели традиционно не могут обеспечить глубокие басы. Новая технология, основанная на ультразвуковой накачке воздуха, не только обещает перевернуть представление о звуке в TWS-гарнитурах, но и кардинально изменить подход к активному шумоподавлению (ANC), делая его эффективным даже при неплотной посадке наушника.

Ультразвук вместо диффузора: как кремний заставили «качать» воздух

Физика работы традиционных динамиков требует объема: чтобы воспроизвести 20 Гц, нужна мембрана, способная переместить значительную массу воздуха. В микроэлектромеханических системах (МЭМС) такой подход упирается в жесткие ограничения размеров. Инженеры xMEMS предложили радикально иной принцип — использовать сам корпус наушника как резонансную камеру. Вместо того чтобы толкать воздух мембраной, чип Cypress, интегрированный в наушник, генерирует два ультразвуковых сигнала. Один из них модулируется аудиосигналом, а второй является подавленной боковой полосой. Первый исполнительный механизм (SM) создает избыточное давление в замкнутом объеме канала, а второй (SV) демодулирует ультразвук. В результате человеческое ухо воспринимает не сам ультразвук, а разностную частоту, которая и является слышимым звуком, усиленным за счет предварительно созданного давления. Это позволяет добиться амплитуды колебаний, недостижимой для прямой механической работы кремниевой мембраны.

Сравнение с классическими МЭМС-динамиками

По заявлениям разработчиков, отдача на низких частотах у нового решения в 40 раз выше, чем у их же предыдущих моделей (серия Cowell). Пиковая громкость на частоте 20 Гц достигает 140 дБ. Для сравнения: это уровень шума реактивного двигателя на взлете. Такая характеристика в корне меняет требования к конструкции наушников — для эффективного подавления внешнего шума теперь не нужна идеальная герметизация амбушюрами. Система ANC сможет генерировать противофазу, способную «перекричать» любой внешний гул даже при частичной разгерметизации канала.

Технологические последствия для рынка аудио

Помимо очевидного прорыва в шумоподавлении, кремниевые динамики устраняют ряд системных проблем традиционной акустики. Отсутствие катушки, магнита и подвеса означает нулевые фазовые искажения и полную идентичность характеристик от экземпляра к экземпляру. Для производителей это упрощает калибровку многодрайверных систем и сборку — отпадает необходимость в подборе парных динамиков. Первым крупным вендором, анонсировавшим планы по интеграции xMEMS, стала компания Creative. Производством самих кремниевых пластин по техпроцессу MEMS занимается контрактный гигант TSMC, что гарантирует высокую повторяемость и масштабируемость. Массовый выпуск новых динамиков и управляющих микросхем запланирован на июнь 2024 года. Первые коммерческие наушники с этой технологией, по прогнозам, появятся на полках магазинов к концу 2024 года. Попытки использовать пьезоэлектрические или электростатические принципы в миниатюрных динамиках предпринимались неоднократно, однако все они упирались в низкое звуковое давление на низких частотах. Решение xMEMS фактически превращает ультразвуковой излучатель в насос, что обходит физические ограничения размера мембраны. Если технология подтвердит заявленные характеристики в серийных образцах, это может привести к исчезновению крупных динамиков в портативной акустике и появлению наушников с полностью плоской амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) вплоть до инфразвука. Рынок ANC-гарнитур, который сегодня завязан на механическую изоляцию, ждет серьезная трансформация: конкуренция сместится от качества амбушюр к алгоритмам обработки сигнала.