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イヤフォンの新トレンド、「MEMSドライバー」とは何か?
2023年12月20日 10:00
先日の「ポタフェス2023冬 秋葉原」で、エミライブースに参考展示されたNoble Audioの完全ワイヤレスイヤフォン「FALCON MAX」。人気のFALCONシリーズ新製品として注目度の高いモデルだが、最も気になるのはこのイヤフォンに搭載されている“MEMSドライバー”だ。
Noble Audio以外からも、MEMSドライバー搭載イヤフォンが発表されており、ダイナミック型やバランスドアーマチュア(BA)などに続く、新たな方式のドライバーとして今後、目にする・耳にする機会が増えそうだ。
ではこのMEMSドライバー、具体的にどんなものなのだろうか? FALCON MAXのマスコミ向け説明会において、MEMSドライバーを手掛けるxMEMS Japan副社長のマーク・ウッド氏に詳細を聞いた。
MEMSドライバー搭載のFALCON MAX
MEMSドライバーの前に、それを搭載した「FALCON MAX」について振り返ろう。
Noble Audioでお馴染み、“Wizard”ことジョンモールトン氏による、音質ファースト思想を“新たなレベルに押し上げる”完全ワイヤレスとして開発されているもので、今冬発売予定。価格はまだ未定だが、海外での予価(税別)は270ドルとされている。
ドライバー構成としてはハイブリッドで、高域用としてxMEMS製の「Cowell」と呼ばれるMEMSドライバーを搭載。さらに、低域用に10mm径のダイナミックドライバーを組み合わせている。
このCowell搭載にあたり、Noble Audioと米xMEMS Labsは戦略的パートナーシップを締結しており、これにより、xMEMSの最先端MEMSスピーカー技術をいち早くイヤフォンに採用できたというわけだ。
なお、FALCON MAXはMEMSドライバー以外にも、SoCにQualcomm「QCC5171」を搭載して、コーデックはSBC、AAC、aptX adaptive(24bit/96kHz、Lossless、Low Latency)に加え、LDACもサポートするなど、見どころの多い製品に仕上がっている。
MEMSドライバーとは何か
米xMEMS Labsは6年前に設立。MEMSという新しいマイクロスピーカー技術を使い、高音質なIEMや補聴器を生み出すことをテーマに掲げている。
同社初のMEMSドライバーは、2020年に誕生。そして、2021年には「Montara」というMEMSドライバーをTSMCの工場で生産。MEMSドライバーに関して、130以上の特許も取得しているという。
MEMSドライバーの実物を見てみよう。
FALCON MAXに搭載しているのはCowellというMEMSドライバーだが、Cowellにも幾つかモデルがあり、その中でも「Cowell Top Firing」という名前のドライバーだという。目にすると、驚くほど小さい。サイズは6×3.2×1.15mm(縦×横×厚さ)だ。既存のBAドライバーも小さいものだが、MEMSドライバーは小さいだけでなく、非常に“薄い”と感じる。
小さすぎて形状が良くわからないので、マーク氏が見せてくれたスライドを見てみよう。
Cowell Top Firingは直方体で、天面に四角く穴が空いている。ダンボールの蓋を想像するとわかりやすいのだが、左右から伸びる蓋が、中央で合わさるようなカタチだ。この左右の蓋が、上下にパタパタと動く。
蓋が動く原理は、シリコンの上にピエゾアクチュエーターが配置されているため。電圧をかけていない状態では、蓋は下がっている状態で、アクチュエーターに10ボルトほどの電圧をかけると蓋が上にあがって、平らに……つまり、蓋が閉じたような状態になる。このドライバーに音楽信号を入れると、パタパタと上下に動いて、音が出る。天面に穴が空いているのは、蓋の動きを阻害せず、音を放出するためだ。
MEMSドライバー最大の特徴は、パソコンのCPUなどと同様に、シリコンウェハーで作られる半導体という事。シリコンで出来た薄い円形の板の上に回路を構成する事で、一度に大量の半導体が作れる。板から1つ1つの半導体を切り離し、パッケージに入れて完成するわけだ。
利点は多い。マーク氏によれば、「現在はまだMEMSドライバーの価格はそれほど安くはできていませんが、今後、より大量に作るようになると、一般的なICと同じようにコストを下げる事ができます」と語る。
エミライ取締役の島幸太郎氏は、「半導体不足によりBAの納期が長くなっており、BAイヤフォンを作る際に、BAユニットの納品を待たなければならないという現状もある」とし、大量生産しやすいMEMSドライバーの安定供給にも期待しているという。
作りやすく、低価格なだけではない。ダイナミック型やBAなど、既存のドライバーは幾つかのパーツを組み上げて作るものだが、MEMSドライバーは異なる。「例えば、周波数特性や感度、歪、ノイズなど、非常にバラツキの少ないドライバーを一度に沢山作る事ができます」(マーク氏)。
例えば、ダイナミック型は、振動板、ボイスコイル、磁気回路などを組み合わせて作られる。安価で作りやすく、大型化しやすいなどのメリットがあるが、デメリットとしては組み立てる手間がかかるほか、それにより、ドライバーごとに特性や感度、歪などでバラツキが生じる。そのため、左右のユニットで特性がマッチするものを選別したり、特性が悪いものを使わないように選別するといった手間もかかる。このデメリットに関しては、BAも同様だ。
また、BAとMEMSドライバーの比較ではサイズもポイントになる。「MEMSドライバーとBAを比べると(幅や奥行きは同じようなサイズだが)、高さがBAはMEMSドライバーの3倍くらいある」(マーク氏)。当然ながら、よりコンパクトな方が、イヤフォンの中に搭載しやすいわけだ。
ただ、サイズに関しては注意点がある。前述の通り、MEMSドライバーは電圧をかけて動作させるため、専用のアンプと組み合わせる必要がある。xMEMSではCowellシリーズと組み合わせる「Aptos」というアンプを用意している。ただ、マーク氏によれば、このアンプも非常に小さいため、MEMSドライバーとセットであっても、イヤフォンに搭載しやすいという利点は維持でき、完全ワイヤレスイヤフォンのバッテリー消費にもほとんど影響は出ないという。
島氏は、セラミック振動板に音楽信号を電圧として加えて、直接振幅させるピエゾドライバーと比較してもMEMSにはメリットがあると説明。「ピエゾドライバーはセラミックを発振させているような方式なので、歪が多く、アンプにも負荷が高くなります」(島氏)。
耐久性にも優れ、「落下テストでは1万Gまで耐えられ、ライフタイムのテストでも24時間再生を3年続けても壊れていません。また、使い続けても周波数特性や感度が変化しません」とのこと。つまり、基本的にエージングで音が変わることがないという。IP58に対応し、ホコリや水にも強いそうだ。
スピーカーも実現可能? 可能性を秘めたMEMSドライバー
FALCON MAXに搭載しているCowellは、2ウェイのイヤフォン向けのMEMSドライバーだが、「Montara Plus」というMEMSドライバーは、Cowellよりも高価になるが、より大型で、感度も120dB@200Hzと高く、このドライバー1つで、フルレンジのIEMを作る事もできるという。
また、音を出すドライバー以外に同技術を活用した製品もある。蓋の開閉をダイナミックベントとして使う「Skyline」だ。これをTWSの筐体に空いた穴に実装し、開閉を電気的にコントロールすると、例えば「音楽を聴いている時は穴を閉じ」、「外を歩いている時は穴をオープンにして外音を取り込む」ということも可能という。
xMEMSではこれ以外にも、メガネのツルの部分にMontara Plusとダイナミックドライバーを搭載して、装着して音楽が楽しめる製品や、ブックシェルフスピーカーの高域用にMontaraを16個アレイ状に並べたものなどを、リファレンスデザインとして開発。オーディオメーカーなどに提案している。
さらにマーク氏によれば、超音波の振幅・復調技術を使った、まったく新しいMEMSドライバー「Cypress」の詳細を、来年1月のCESで発表予定だそうだ。コンパクトでありながら、単体でアクティブノイズキャンセリング機能搭載のイヤフォンを実現できるというもので、サンプル出荷は来夏、量産は2024年末のイメージとのこと。
2024年は、MEMSドライバーを採用した様々な製品の発表が、各社から行なわれそうだ。
MEMSドライバーはどんな音?
最後に、会場でMEMSドライバー + ダイナミック型ドライバー採用のFALCON MAX(未エージング)を短時間だが試聴したので、印象をレポートする。
今までのイヤフォンと明らかに違うというのは、音が出た瞬間にわかる。
比較相手としてはBA + ダイナミックのハイブリッドが適当だと思われるが、MEMSドライバーの高域は、BAと比べて、まったく癖がない。BAの高域には、BA特有の金属質な響きや、硬い音が前に押し出される感じがあるが、MEMSドライバーには固有の響きはほとんど感じられず、押し出しも強くない。
解像度は高く、コンデンサー型のヘッドフォンを聴いているような、非常に繊細な描写だ。ドライバーとしてのポテンシャルの高さ、素性の良さを強く感じる。逆に言うと、BAのような派手さ、パワフルさが無いので、人によっては「細かいけれど地味な音」と感じるかもしれない。ただ、聴き込むほどに、その解像度の高さ、音像のシャープさに驚くはずだ。
なお、会場では、FALCON MAXと同様にMEMSドライバーを搭載した「XM-1」という有線イヤフォンも参考展示されていた。専用のUSB DAC内蔵イヤフォンケーブルを採用し、USB-Cで直接スマホと接続できる。こちらもハイブリッド構成で、8.3mm径ダイナミック・ドライバーが低域を、MEMSドライバーが中高域を担当。今冬発売予定で、価格は未定。海外での予価(税別)は699ドル。
こちらも試聴したが、FALCON MAXと似たサウンドでありつつ、より低域が深く、スケール感がアップした音になっていた。