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xMEMS Labsは、CES 2024での発表後、来年末にワイヤレスイヤホン市場に画期的な技術と呼ぶCypressの超音波スピーカーを投入する。カリフォルニアに拠点を置く半導体企業である同社は火曜日、このスピーカーは、通常は聞き取れない超音波を、驚くほど精細なフル周波数の高解像度オーディオに変換すると発表した。

xMEMS Labs によると、このソリッドステート マイクロスピーカーは、さまざまな企業のイヤホンやヘッドホン (AirPods など) に搭載される予定で、低周波の音圧を生成して豊かな低音レスポンスを実現します。

これにより、超音波スピーカーは、曽祖父母が Victrola を愛用していた時代から改良はされたものの、置き換えられることのなかった従来のスピーカー技術の真の代替品となります。

xMEMS LabsのCypress超音波スピーカー

スピーカーの設計はここ数十年ほとんど変わっていません。現代のスピーカーのほとんどは「ダイナミックスピーカー」で、その設計は1930年代に導入されて以来、根本的に変わっていません。ダイナミックスピーカーは、コイルと磁石を使って振動板を振動させて音を出します。AirPodsに搭載されている小型スピーカーもその一つです。xMEMS LabsのソリッドステートMEMSスピーカーは、ここ数年で初めて発表された、根本的に新しい設計の一つです。

MEMSは「微小電気機械システム」の略で、機械部品に微細な回路を付加するものです。xMEMS Labsの新しいCypressソリッドステートMEMSスピーカーは、従来の空気圧と可動コイルによる音響再生を「超音波振幅変調変換原理」に置き換えます。

分かりますか？違いますか？「超音波変調は超音波の空気パルスを豊かで繊細、重低音の高忠実度サウンドに変換します。これは、大音量の消費者向けアクティブノイズキャンセリング（ANC）イヤホンマイクロスピーカーにおいて、ムービングコイル方式に代わる妥協のない初の代替手段となります」と同社は述べています。

言い換えれば、これは、振動板に押し付けられた空気を発生させるアンプを通じて音を出す、昔ながらのスピーカー設計からの根本的な変化です。

xMEMSは、量産可能な半導体プロセスを用いて、ソリッドステート技術がHDビデオ、マイク、データストレージで既に実現していることをオーディオにも実現しようとしています。つまり、音質を損なうことなくアナログ要素を排除し、さらに向上させることです。サイプレス社によると、この技術には25件の特許が取得済みです。

「超音波原理から音源原理への移行により、xMEMS Cypressマイクロスピーカーは、アクティブノイズキャンセリングイヤホンにおいて、従来のコイルと磁石を用いたスピーカーを正式に置き換えることができます」と、xMEMSのマーケティング、事業開発、システムエンジニアリング担当副社長であるマイク・ハウスホルダー氏は述べています。「CypressはxMEMSの既存スピーカーの利点をすべて維持しながら、低周波域での音量を40倍に高め、ANCイヤホンの重要な要件を満たしています。」

ANCパフォーマンスに最適

具体的には、サイプレス社によると、20Hzという低音域でも140dBを超える音圧レベル（SPL）を実現しているという。同社はさらに、これは高級イヤホンに搭載されている「最高級の10～​​12mmコイルスピーカーと同等」だと付け加えた。

ハウスホルダー氏が「40倍の音量」と表現したのは、xMEMSの前世代スピーカーと比較した場合のことです。このスピーカーは、Soranik、Creative、Singularity Industriesといった企業の製品に既に搭載されています。Cypressとの大きな違いは、フルレンジxMEMSドライバーを搭載しているため、低音域を増幅するためのコンポーネントを追加するハイブリッド設計を必要としないことです。

同社はまた、超低周波SPLによるMEMSと超音波変調が、AirPods ProのようなイヤホンのANC性能向上に大きな効果をもたらすことを強調した。

Cypressの電気-音響変換は（従来のコイルスピーカーよりも）高速であるため、ANC帯域幅の拡大（例えば、赤ちゃんの泣き声などの高周波ノイズ源をキャンセルするためのANCの拡張）に貢献します。さらに、Cypressの電気-音響変換時間（群遅延）はほぼ一定であるため、DSPフィルターの複雑さを軽減でき、ANC処理時のDSPレイテンシ、丸め誤差、消費電力の削減につながります。

ハイレゾオーディオをより効率的に制作

Cypressは、MEMSの速度、精度、均一性を活用することで、従来のコイルスピーカーよりも効率的にハイレゾオーディオを生成します。コイルスピーカーのように可聴帯域内の音を単純に生成するのではなく、Cypressはあらゆる周波数帯域にわたって信号の正確な音響コピーを生成する技術を採用しています。

このマイクロスピーカーの変調器は、元の音声信号の振幅に応じて超音波を生成します。その後、復調器がその超音波のエネルギーをベースバンドに落とし、私たちが聞くことができる音に変換されます。同社によると、元の信号を正確に複製するため、他のスピーカーよりも録音に忠実な音を再現できるとのことです。

これには、今日の高解像度サウンド形式と空間オーディオが含まれます。

「Cypress は、電気信号から音を再現する方法に革命をもたらしただけでなく、音を再現する方法を再定義します」と、xMEMS CTO の Jemm Liang 氏は述べています。

xMEMS Cypress超音波スピーカーの主な特長

以下は、xMEMS が Cypress の優れた点を説明するために使用している箇条書きのリストです。

• 比類のないディテール、明瞭度、分離感を実現する高速な機械応答
• 位相シフトがほぼゼロで、最も正確で変化のないサウンドを再現します。
• 比類のない空間イメージング精度を実現する優れた部品間位相一貫性
• 剛性シリコン振動板によりスピーカーの音の途切れがなくなり、比類のない中音域/高音域の明瞭度が実現します。
• 非磁性で軽量、電磁干渉を低減
• 固体半導体
  プロセスによる優れた品質、信頼性、部品間の均一性

費用対効果の高い生産

xMEMS は、Cypress の超音波スピーカーは、Apple のシリコンチップを製造している TSMC との製造提携により、現在量販市場のヘッドフォンやイヤホンに搭載されているスピーカーとコスト面で競合できると付け加えた。

このプロセスでは、新しい薄膜ピエゾ素材が鍵となり、バランスド・アーマチュア型やダイナミック型ドライバーでは通常プラスチック、紙、カーボンファイバーなどの素材が使用されるところを、シリコン製の振動板／ドライバーに置き換えました。Cypressの小型設計はスペースと重量も削減し、従来よりもさらに小型で軽量なイヤホンを実現する可能性を秘めています。

xMEMS社は、一貫性と信頼性の高い製品を生み出すための高生産能力を既に整えていると述べています。コストに関しては、Cypressチップを搭載したイヤホンの量産においてはまだ不透明です。

超音波イヤホンはいつ入手できますか?

xMEMSは現在、一部の早期顧客向けにCypressのプロトタイプサンプルを提供しており、1月9日から12日までラスベガスで開催されるCES 2024では、予約制のデモを予定しています。xMEMSによると、CypressとAltaコントローラ／アンプチップの量産候補サンプルは2024年6月に提供開始予定です。同社は、2024年後半から実際の製品に搭載するための量産を開始する予定です。