我看到了可听设备的未来。它就是MEMS。这是好事。

这些天我接触到了各种很酷的技术。不幸的是，我的问题之一——除了(a)在工程会议上被成群的追求者追逐，(b)我的追求者都是脾气暴躁的老男性工程师之外——是我很容易分心……松鼠!

我很抱歉。我们说到哪里了?是的，你想知道我琼阿姨的事。说实话，她并不是真正的阿姨，但在我出现之前，我的家人就认识她了，所以当我们最终被介绍时，她被赋予了“阿姨”的尊称。

琼姨妈是个可爱的老家伙，但她是个聋子。大约在20世纪60年代，她佩戴了一种电子助听器，从尺寸上看，它只比维多利亚时代的助听器小了一小步(从性能上看，它可能更不有效)。

我认为这只野兽的设计者甚至没有考虑过根据它主人的听觉能力来提高选定的频率。相反，它只是放大了它探测到的任何声音，模糊地希望会有什么东西通过。

在聚会和家庭聚会上，琼阿姨总是会摆弄她的助听器，不顾一切地试图获得其他人在谈论什么的线索。不幸的是，助听器的反应是飞机着陆时的尖叫声和哨声。因此，谈话的很大一部分集中在琼阿姨的助听器有多烦人。就我而言，这只会让我流泪，让我的耳朵嗡嗡作响，但对于我父母那一代人来说，这一定是非常令人不安的，他们在二战期间经历了炸弹落下的呼啸声时代在变第1部分，第2部分,第3部分）.

在最近的一篇专栏中，DSP集团进军听觉设备市场我谈到了“可听设备”(有些人称之为智能耳机)是指技术上先进的电子入耳设备。例如，无线耳塞或助听器适合耳道，并使用处理器实现数字信号处理(DSP)技术，以增强佩戴者的听力体验。

我还提到DSP集团收购了一家名为SoundChip SA的公司，该公司是主动降噪(ANC)技术的领先供应商。DSP集团最新和最好的产品是DBMC2-TWS (TWS代表“真无线立体声”)，其框图如下所示。

DBMC2-TWS框图(图片来源:DSP Group)

根据DSP集团的说法，“与高延迟的纯数字ANC方法不同，除了语音模拟麦克风外，DBMC2-TWS还结合了零延迟、数字控制模拟反馈ANC处理与低延迟、高阶数字前馈ANC滤波器，以实现最高水平的主动噪声消除性能。”

观察有三个麦克风，第三个(“反馈模拟麦克风”)位于耳道本身。亲爱的琼阿姨会认为，如果她得到一副基于这种技术的助听器，她所有的圣诞节都马上到来了。

但这不是我想跟你说的。

再看一下上面的方框图。特别要注意无伤大雅的“speaker”注释。说实话，如果我没有和那里的人谈过的话，这真的不会引起我的注意xMEMS．我真的很想告诉DSP小组的伙计们xMEMS的工作人员在做什么，但我不能这样做，因为我发誓要保密。

令人高兴的是，xMEMS的伙计们现在已经摆脱了隐形模式，摇摇晃晃地走出了他们的秘密地下掩体，走进了阳光下，用他们谦虚的话说，“重新发明了声音”。简而言之，他们创造了世界上第一个单片真正的MEMS扬声器。在下图中，每个正方形都是一个独立的扬声器单元，其中单元的数量可以减少或增加，以满足不同设计的成本和性能要求。

介绍全球首个单片纯MEMS音箱Montara(图片来源:xMEMS)

术语“扬声器”一般是指将电音频信号转换为相应声音的电声换能器。我只是趁没人注意的时候快速地吃了一顿。根据维基百科1861年，自学成才的德国科学家和发明家约翰·菲利普·里斯(Johann Philipp Reis)在他的电话里安装了一个电子扬声器。我听到这个消息的第一反应(没有双关语的意思)是，这是一个很好的把戏，因为亚历山大·格雷厄姆·贝尔直到1876年才发明了电话，但这只是说明我知道的很少。

在另一个秘密的谷歌之后(我真的需要开始限制自己，否则邻居们会议论我)，我发现1876年，恰如其分的名字贝尔获得了他的设备的第一个美国专利。事实上，意大利发明家安东尼奥·穆奇(Antonio Meucci)在1849年发明了第一部基本电话，法国人查尔斯·布尔塞尔(Charles Bourseul)在1854年发明了自己的电话。我告诉你，我每天都在学新东西。

在撰写本文时，最广泛使用的扬声器是动态扬声器，它是基于悬浮在永磁体两极之间的线圈。线圈也连接到一个隔膜。当一个交流电音频信号被施加到线圈上时，它会导致膜片来回移动，“拉”和“推”周围的空气来产生声波。

顺便说一句，第一个实验性的动圈扬声器是由英国物理学家奥利弗·洛奇在1898年发明的;第一个实用的动圈扬声器是由丹麦工程师Peter Laurits Jensen和美国电气工程师Edwin Pridham于1915年在加利福尼亚州的纳帕制造的;今天扬声器中常用的动圈原理是由美国电气工程师切斯特·威廉姆斯·赖斯和美国发明家爱德华·沃什伯恩·凯洛格在20世纪20年代中期申请的专利。

关键是，不管你怎么看，不管我们使用了多么巧妙的信号处理技术，用于向我们耳朵呈现声音的最终传递机制都是基于100年前的技术。

为什么这很重要?我们为什么关心这个?很高兴你这么问。

我想，我们都已经习惯了自动化流程、严格的公差和高水平的可重复性，以至于当我们发现耳机和耳机中使用的传统动圈扬声器并不像人们希望的那样理想时，我们会感到震惊。除了需要手工完成大量的制造和组装步骤外，这个过程的最后一个步骤是让一个人在一盘扬声器中寻找两个在音频特征和响应方面足够接近的扬声器。这并不是我在21世纪的听力中所期望听到的，请原谅我的双关语。

更不用说它们的频率响应了，耳机中使用的传统动圈扬声器提供的声音质量很容易受到灰尘和水分的影响。它们的制造商可以随心所欲地宣称“防汗”，但我们都知道这在现实世界中意味着什么。

相比之下，MEMS扬声器——硅膜下的密封单元——更小、更轻、更坚固(它们具有10,000克的机械防震能力)，功耗很小，而且具有固有的防尘和防水性能。此外，MEMS制造过程本质上是可重复的，这意味着任意两个随机选择的设备的响应特性非常接近，以至于让发烧友喜极而泣。

压电扬声器已经存在很长一段时间了，那么为什么基于压电的MEMS扬声器没有被广泛使用呢?可悲的事实是，到目前为止，它们发出的声音质量相当垃圾，所以它们的作用在很大程度上仅限于充当蜂鸣器。

这就是来自xMEMS的人员进入画面的地方。他们告诉我，材料技术的新进步加上一系列设计创新，最终使他们能够制造出人们真正想听的MEMS扬声器。

他们继续用无数有趣的知识和琐事来取悦我，比如所有说话的人都有一个共振频率。在基于线圈的扬声器的情况下，它们的谐振频率落在音频范围内。我不是百分之百确定这意味着什么，但我相信它们并不好。可以这么说，在xMEMs扬声器的情况下，谐振频率发生在音频范围之外，因此这是其他人的问题。

另一个有趣的事实是，声音线圈的响应在中高频率逐渐减弱，试图提高响应可能会引入音频伪影。相比之下，xMEMS扬声器的一个特点是它们的响应实际上增加从而为原始设备制造商提供了塑造响应包线的能力，以支持生成“温暖”、“清脆”或“辉煌”的声音轮廓。

就我个人而言，如果你明白我的意思，我认为xMEMS的男男女女们正坐在一个硅金矿上。2019年第三季度TWS耳机的出货量为4300万副，当时它们正式成为智能个人音频设备市场上最大的类别。

为了进行比较，请考虑MEMS麦克风。最初，除了最基本的应用程序外，这些应用程序需要一些时间才能获得关注。然而，在过去的10年里，MEMS麦克风已经主导了主流市场。如果xMEMS大会上的MEMS扬声器如他们所说的那样好，我没有理由怀疑他们的话，那么MEMS扬声器很可能在未来几年主导听觉市场。

奇怪的是，几天前我几乎买了一套新的耳塞，但我并不绝望，在听到xMEMs的消息后，我想我可能会等一段时间，看看会有什么发展。你说呢?

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