Ultrazvukové audio čipy Cypress prinesú špunty novej generácie

Spoločnosť xMEMS prvýkrát predstavila svoj audio čip Cypress na veľtrhu CES 2024. Nový ultrazvukový zvukový čip by mohol priniesť slúchadlá do ucha s lepším potlačením hluku a priestorovým zvukom. Využíva pritom úplne novú technologickú filozofiu.

V bežných reproduktoroch je kovová cievka, cez ktorú prechádza striedavý elektrický prúd audiosignálu, navinutá okolo permanentného magnetu. Magnetické pole generované prechádzajúcim prúdom reaguje s magnetizmom permanentného magnetu a táto interakcia vytvára silu, ktorá pôsobí na membránu reproduktora. Membrána vibruje a vytvára zvukové vlny.

Táto technológia je známa už dve storočia, no v slúchadlách, reproduktoroch aj iných elektroakustických meničoch (napríklad v gramo prenoskách) sa používa dodnes.

Reproduktory navrhnuté týmto spôsobom sú spoľahlivé, ale náchylné na opotrebovanie a vytvárajú fázové skreslenie. Pri ňom sa počas procesu konverzie signálu tvar akustickej vlny mení, čo spôsobuje oneskorenie a neostré zvuky.

Mikroreproduktor Cypress je kremíkový čip s dvoma komponentmi, ktorý týmto neduhom netrpí. Obsahuje aplikačne špecifický integrovaný obvod (ASIC), ktorý spracováva elektrické signály zo zvukového súboru a ultrazvukový menič. Ten premieňa signál na zvukové vlny pomocou piezoelektrického efektu, pri ktorom materiál po privedení prúdu mení svoj objem a vytvára akustický tlak.

Prevodník Cypress, vyrobený z mikroelektromechanických systémov (MEMS), startup xMEMS prvýkrát predstavil na veľtrhu CES 2024 9. januára tohto roku. Čip meria zhruba 6,3 x 6,5 mm a v slúchadlách by sa mal objaviť do konca budúceho roka. Tento neobvyklý elektroakustický menič obsahuje modulátor a demodulátor tlaku, budené membrány vytvárajúce ultrazvukovo modulovaný tlak v komore a ventily poháňané tak, aby demodulovali ultrazvukové tlaky a generovali impulzy. Z obálky týchto impulzov je  zvukový signál generovaný s vysokou presnosťou.

Na rozdiel od väčšiny MEMS súčiastok, ktoré sa skladajú z piezoelektrických kryštálov alebo keramiky, Cypress používa novú verziu tenkých piezoelektrických filmov vyrobených z olovnatého zirkoničitanu titanátu (PZT). Vrstvy tohto materiálu sú súčasťou procesu výroby polovodičov spolu s vrstvou kremíkovej membrány reproduktora. V tejto konfigurácii môžu podľa spoločnosti xMEMS filmy produkovať kvalitný zvuk s vysokým rozlíšením.

Čip ASIC najskôr prijíma a interpretuje elektrické signály a prenáša ich do piezoMEMS prevodníka. Tenký film vibruje pri vysokej ultrazvukovej frekvencii a generuje akustické impulzy, ktoré sa superponujú na pôvodný zvukový signál a vytvárajú tlak vzduchu vo vnútri čipu Cypress. Následne demodulačné piezoMEMS ventily premieňajú túto akustickú energiu na zvuk pri frekvenciách v pásme počuteľnosti.

Na rozdiel od bežných reproduktorov vykazuje zvuk z čipov Cypress takmer nulový fázový posun. Preto je vhodnejší pre funkcie, ako je priestorový zvuk. Čipy Cypress sa môžu uplatniť aj na vytvorenie dokonalejšej technológie potláčania hluku, založenej na generovaní zvukových vĺn s opačnou polaritou, ako okolitý hluk. Prispeje k tomu rýchlejšia mechanická odozva Cypress a takmer nulové fázové skreslenie. Pohyb v čipe Cypress tiež generuje až 40-krát viac energie a akustického tlaku pri nízkych frekvenciách ako aktuálny neultrazvukový mikroreproduktorový čip spoločnosti xMEMS, čo takisto zlepšuje schopnosť potlačenie hluku.

Na slúchadlá s novými revolučnými meničmi sa však zatiaľ netešme. xMEMS zatiaľ dodal prvé vzorky čipov niekoľkým výrobcom a ich sériová výroba by sa mala spustiť na prelome rokov 2024 / 2025. Slúchadlá vybavené čipom Cypress  by sa následne mali na trhu objaviť až koncom budúceho roka.