xMEMS entwickelt ultra-kleine Lautsprecher für die OTC-Hörgeräte-Revolution

Eine der treibenden Kräfte hinter sowohl der Soundqualität als auch der Miniaturisierung von Hörgeräten ist die ständige Entwicklung winziger Mikrofone und Lautsprecher (auch Receiver genannt) für stromsparende Anwendungen. Ohne sie würden wir nicht über unglaublich diskrete leistungsstarke Hörgeräte, echte kabellose Ohrhörer und eine Vielzahl anderer beliebter Unterhaltungselektronik verfügen.

In letzter Zeit hören wir viel über MEMS (mikro-elektromechanische Systeme) Lautsprecher, die kompakte Audio-Wandler sind, die Schall erzeugen. MEMS-Lautsprecher und die traditionelleren Balanced-Armature (BA)-Lautsprecher, die derzeit in den meisten Hörgeräten zu finden sind, unterscheiden sich in mehreren Aspekten.

Nach Angaben von xMEMS sind MEMS-Lautsprecher langlebig, kompakt, verbrauchen wenig Strom und bieten einen breiten Frequenzbereich. In letzter Zeit wurden sie in Elektronikgeräten wie Ohrhörern, Kopfhörern und Audio-/VR-Brillen eingesetzt. BA-Lautsprecher hingegen priorisieren Soundgenauigkeit und sind häufig in professionelleren Audioanwendungen wie In-Ear-Monitoren, Ohrhörern und Hörgeräten zu finden.

HearingTracker dachte, es wäre interessant, einen Insider-Perspektive auf MEMS-Lautsprecher zu erhalten, deshalb wandten wir uns an Mike Housholder, Vizepräsident für Marketing und Geschäftsentwicklung bei xMEMS Labs Inc. Housholder ist ein 25-jähriger Veteran der Technologiebranche und hat Positionen in mehreren Technologieunternehmen inne, die sich mit Halbleitern und audiobezogenen Anwendungen befassen. Er sprach mit uns vom xMEMS-Hauptsitz in Santa Clara, Kalifornien.

Welche spezifischen Vorteile bieten Ihre MEMS-Lautsprecher gegenüber den Balanced-Armature-Lautsprechern, die heute häufig in Hörgeräten verwendet werden?

Ich denke, xMEMS-Lautsprecher – speziell unser kleines Cowell-Gerät – bieten mehrere Vorteile für Hörgeräte.

Zweitens ist Cowell ein Vollband-Lautsprecher, der den gesamten menschlichen Hörfrequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz reproduzieren kann. So kann Cowell nicht nur Sprache verstärken, sondern auch für die Verstärkung von reichhaltigen, komplexen Medien verwendet werden – einschließlich Musik, Podcasts, Filme usw. Dies wird zunehmend wichtiger, da die meisten fortgeschrittenen Hörgeräte Bluetooth-Konnektivität zu Smartphones, Fernsehern und anderen Mediengeräten bieten. Verbraucher erwarten, dass ihre Hörgeräte vollständige Breitbandinhalte verstärken, nicht nur Sprache. Unabhängige Studien deuten auch darauf hin, dass erweiterte Hochfrequenzen (EHF, über 8 kHz) die Sprachverständlichkeit bei Hintergrundgeräusche verbessern können. xMEMS-Lautsprecher haben eine hervorragende Reaktion über 8 kHz im Gegensatz zu Vollbereichs-BAs, die normalerweise nach 8 kHz abfallen.

Drittens haben diese Mikrofone eine viel glattere Reaktion. Wenn Sie sich ihre Frequenzantwort ansehen [siehe Grafik unten], bieten unsere MEMS-Lautsprecher eine lineare Antwort ohne die Resonanzspitzen und Täler, die bei vielen BA-Geräten üblich sind.

Und viertens sind diese Lautsprecher sehr zuverlässig, leichter im Gewicht und verursachen keine Probleme, die mit elektromagnetischen Störungen (EMI) bei Bluetooth^®/Funkfrequenzen verbunden sind. Insbesondere Halbleiter-MEMS-Lautsprecher sind aufgrund ihrer monolithischen Siliziumstruktur robuster als BAs und widerstehen Stürzen oder mechanischen Schocks besser. Sie sind mit IP58 für Feuchtigkeits-/Staub-/Partikelschutz bewertet, und xMEMS überstehen sogar Wasch- und Trockenzyklen. Dies führt zu weniger Ausfällen auf Verbraucherebene und weniger Retouren/Reparaturen für Hersteller.

Um auf die Herstellung zu sprechen zu kommen, sind MEMS-Lautsprecher auch sehr gut für automatisierte, großvolumige Produktion geeignet. Mit der neuen OTC-Initiative wird erwartet, dass die Verbrauchernachfrage nach Hörgeräten und Hearable-Geräten dramatisch ansteigen wird. Die hochvolumige Produktionskapazität von xMEMS wird in der Lage sein, diese erhöhte Nachfrage zu unterstützen.

Wie ist das Verhältnis zwischen MEMS-Lautsprecher/Verstärker-Kombination und Stromverbrauch von Balanced Armature?

Der MEMS-Lautsprecher ist ein kapazitives Gerät [d.h., es kann Energie speichern], verbraucht sehr wenig Strom und ist effizienter (stromsparender) als ein vergleichbarer Balanced Armature.

Wo es Raum für Verbesserungen gibt, ist die Verstärkereffizienz, da der MEMS-Verstärker auf hohe Spannung verstärken muss, um die piezoelektrische Aktuatorschicht im Lautsprecher anzutreiben.

Heute sind unsere vorhandenen Verstärker – einschließlich des Lautsprechers – in der Effizienz gleichwertig mit einem elektrodynamischen Lautsprecher plus einem Class-D-Verstärker; Das bedeutet, wir sind für Verbrauchergeräte geeignet, die eine Akkulaufzeit von 6–8 Stunden zwischen den Aufladungen erwarten. Obwohl dies möglicherweise nicht den 18+ Stunden Anforderungen für medizinische Hörgeräte entspricht, kann es sicherlich den Marktanforderungen für mehr Gelegenheits-Hörunterstützungsgeräte entsprechen, einschließlich einiger OTC-Produkte.

Zukünftige xMEMS-Verstärker sollten es uns jedoch ermöglichen, das 18+-Stunden-Ziel für traditionelle Hörgeräte zu erreichen. Wie ich bereits erwähnt habe, sind unsere Lautsprecher im Wesentlichen große Kondensatoren. Unsere zukünftigen Verstärker werden in der Lage sein, die überschüssige Energie vom Lautsprecher zu recyceln und zur Batterie zurückzuführen (Energierückgewinnung), was es unseren Lösungen ermöglichen sollte, die Anforderungen des Hörgerätemarktes für Stromverbrauch zu erfüllen oder zu übertreffen.

Welches Ausmaß an Hörverlust kann die Leistung von xMEMS-Lautsprechern unterstützen?

Heute können unsere Lautsprecher zwischen 20 Hz und 1 kHz zwischen 110 dB und 120 dB SPL unterstützen. Oberhalb von 1 kHz kann die lineare Verstärkung unserer Lautsprecher SPL über 130-140 dB erreichen.

Zukünftige Generationen von Lautsprechern werden in der Lage sein, viel höhere SPL zu erreichen.

Für welche Hörgerätetypen sind MEMS-Lautsprecher in Bezug auf Formfaktoren (RIC usw.) und Kategorie (OTC oder verschreibungspflichtig) praktisch?

Aus Sicht des Formfaktors bin ich der Meinung, dass unsere Lautsprecher für die Verwendung in allen Arten von Hörgeräten geeignet sind. Was die Kategorien angeht, kann dies kurzfristig durch den Stromverbrauch vorgegeben sein; langfristig glaube ich jedoch, dass xMEMS in alle Kategorien passt: rezeptfreie Hörgeräte, verschreibungspflichtig usw.

Wenn man die Gesamtkosten des MEMS-Lautsprechers und des Verstärkers berücksichtigt, der ihn antreibt, wie vergleicht sich die Kosteneffizienz dieser Lösung mit der von heute in Hörgeräten verwendeten ausgewogenen Armaturen?

Mit der geringen Größe und einer automatisierten Lieferkette haben wir mit unseren Geräten der ersten Generation Kostenparität mit BA erreicht. Mit der Skalierung auf höhere Volumen – sowohl im Bereich Hörhilfen als auch bei Consumer-Audio – werden sich unsere Kosten viel schneller senken lassen als manuell zusammengesetzte BA-Lieferketten.

Die jüngste Pressemitteilung von xMEMS beschreibt ihre Lautsprecher als „ohne bewegliche Teile". Wie kann ein Lautsprecher keine beweglichen Teile haben?

Dies sollte vermitteln, dass unsere MEMS-Lautsprecher ein monolithisches Gerät sind und keine Reihe separater mechanischer Komponenten wie ein BA- oder elektrodynamischer Lautsprecher. Die gesamte Lautsprecherfunktion (Betätigung, Rahmen, Membran) ist in einem einzigen Silizium-Die implementiert. Der Aktor (Dünnfilm-Piezo) und die Lautsprechermembran sind Schichten im Halbleiterprozess. Die monolithische Implementierung in Kombination mit der Konsistenz und Gleichmäßigkeit des Halbleiterprozesses führt zu einem Lautsprecher, der robuster und zuverlässiger ist und gleichzeitig eine verbesserte Teil-zu-Teil-Frequenzgang- und Phasenkonsistenz im Vergleich zu manuell zusammengesetzten etablierten Lautsprechertechnologien aufweist.

Was können Sie mir über den xMEMS-Aktivlüftungsöffnung erzählen? Für welche Produkte könnte sie nützlich sein und welche Grenzen gibt es? Wie würde ein Vergleich mit dem ActiveVent von Sonova ausfallen?

Das Skyline DynamicVent bietet Hörgeräten und TWS-Ohrhörern die Möglichkeit der aktiven Umgebungskontrolle, um die Okklusions-Effekt zu reduzieren. Es bietet auch natürlichere Passthrough- oder Transparenzmodi und ermöglicht dynamisches Umschalten zwischen passiver Isolierung und offenem/räumlich bewusstem Hörmodus.

Aus Leistungsperspektive wurde Skyline nach Spezifikationen von führenden Hörgeräte-OEMs entworfen, um den Okklusionseffekt zu beseitigen, wenn der Luftkanal vollständig geöffnet ist. Der Zusatz eines Komfortmodus (niedrigster Stromsparzustand, aber immer noch leicht offen) bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Stromverbrauch und Offenheit/Okklusionseffektlinderung, während gleichzeitig ein guter Tieffrequenzgang für Musik- und Medienhören beibehalten wird.

Skyline beseitigt das hörbaren Klickgeräusche, das bei bestehenden aktiven Luftkanal-Implementierungen üblich ist. Ähnlich wie unsere Lautsprecher bietet das monolithische, Halbleiter-Design eine IP58-Bewertung für Feuchtigkeits-/Staub-/Partikelschutz, der sogar Wasch- und Trockenzyklen überstehen kann. Das Ziel ist natürlich weniger Ausfälle auf Verbraucherebene und Retouren/Reparaturen für Hersteller.