高通2023年《State of Sound》報告顯示，七成消費者正在尋求高於MP3的音訊品質，而從2012年PonoPlayer開始的高解析度(Hi-Res)追尋之路，卻苦於沒有能夠忠實呈現Hi-Res音訊內容的揚聲器，而無法真正達成願景。固態揚聲器具有適合傳輸Hi-Res音訊的特性，將進一步協助使用者找回遺失的音訊細節。
Neil Young向David Letterman展示音樂播放器PonoPlayer的時候，點出了高解析度(Hi-Res)音訊這個重要的發展面向。2012年，這位傳奇的創作型歌手對壓縮的「有損」MP3音訊感到失望，因此希望能創造一個平台，播放無損Hi-Res音樂，忠於原始錄音。Young的平台不僅支援Hi-Res的數位內容，還擁有可忠實播放這些內容的硬體，是專門為該任務所設計的裝置。他知道，硬體對於無損的音訊體驗非常重要。
Young專注於數位播放的部分，當時他還無法想像全新揚聲器(Speaker)技術的可能性。在之後的幾年裡，新串流媒體服務、新的音訊格式等軟體發展推動了Hi-Res音訊的廣泛採用。這是個本末倒置的錯誤。儘管PonoPlayer音樂播放器從未廣泛流行起來，它仍是創新的硬體，結合軟體，將可為大眾提供無損的Hi-Res音訊體驗。
事實上，除非透過Hi-Res硬體來聆聽Hi-Res音樂，否則很少有人能夠分辨出標準數位音樂和價格不斐Hi-Res音樂之間的區別。具體來說，便是透過Hi-Res揚聲器來聆聽Hi-Res音樂。
Hi-Res音訊體驗漸受重視
1990年代，當音樂傳輸走向數位化時，消費者選擇的是便利性(MP3)，而不是音質。誰能怪他們呢？透過MP3等裝置，消費者可以快速下載專輯，將其裝入小型可攜式播放器，並透過各式各樣令人眼花繚亂的行動裝置來收聽，包括小型無線揚聲器和多功能的無線耳機。
數位檔案必須經過壓縮才能在網際網路上傳輸、有效地儲存在裝置上，並以無線方式傳輸至耳機。誠然，串流媒體音訊有助於解決儲存問題，卻依舊無法解決對數位音樂進行壓縮將失去藝術家在錄音當中精心設計的許多細節的事實，這些細節包括聲音、細微差別及樂器。
有些人注意到了其中的差異，例如Neil Young；而現在，許多人也開始注意到這一點。人們對高品質音訊產生新的需求，根據高通2023年的《State of Sound》報告，70%的消費者表示他們正在尋求高於MP3品質的音訊，高於前一年的61%。此外，其他跡象也表明，高品質音訊發展氣勢如虹。
Young曾說過：「Steve Jobs是數位技術的先驅，但他回家後聽的是黑膠唱片」，而最近，黑膠唱片的銷量已經超過CD。觀察者表示，這種轉變的部分原因是受到懷舊情緒影響，以及消費者對黑膠唱片「有溫度」的聲音的偏好。不過，黑膠唱片能夠傳達更多音樂細節的特點也不容小覷。作為一種類比媒體，黑膠唱片不需要數位取樣，因此避免了會降低原始聲音品質的過程。
為了滿足數位媒體對品質的要求，業界已經開始採用Hi-Res音訊，讓數位內容以更高的取樣率維持解析度，並以更大的位元深度(Bit Depth)捕捉更多細節。然而，消費者透過獨立或內置在耳機中的揚聲器來收聽Hi-Res音訊，而揚聲器難以跟上業界對於高品質音訊的要求。揚聲器無法準確地呈現(Render)Hi-Res的內容，因為它們的設計方式與過去一個世紀以來的揚聲器設計方式相同。
聽出Hi-Res和普通音訊之間的區別
這種內容和傳輸機制之間的脫節，可以追溯到HD影片的發展初期。當HD內容和可以讓消費者播放影片的應用程式和服務出現時，這並不重要，因為早期的用戶是在非HD電視上觀看HD內容。最近，當亞馬遜(Amazon)等公司首次推出超高解析度(4K)影片內容時，大多數人只能在普通HD電視上進行觀看，因此錯過了4K畫素所能顯示的所有視覺細節。
同樣的事情也發生在Hi-Res音訊上：自從亞馬遜、蘋果和新興音樂服務公司如Tidal等開始提供Hi-Res音訊服務(有時比他們的標準服務收費更高)，消費者已經開始懷疑Hi-Res音訊是否為值得支付額外費用的服務體驗。研究人員也嘗試確認普通消費者是否能分辨出普通音樂和Hi-Res音樂的區別，發現「區分標準品質音訊和Hi-Res音訊的能力不明顯，但具有統計學意義。」事實上，據估計，大約只有5%的消費者能聽出其中的區別。但是，如果是透過能夠更忠實呈現音樂的揚聲器來聆聽Hi-Res音樂呢？有跡象顯示，大多數人都能聽到他們一直以來錯過的細節。
絕大多數人都是透過頭戴式和耳塞式耳機來聆聽音樂。在2015年音訊工程協會的一次會議上，甚至有報導稱，85%的人在家中使用耳機聽音樂。耳機中的微型揚聲器是基於包括線圈、磁鐵和塑膠振膜的傳統架構。這種架構不僅沒有足夠的高性能來呈現高取樣率或是高解析度的音訊，也不夠穩定，無法可靠、忠實地呈現高品質音訊。為了讓所有人都能夠體驗Hi-Res音訊，應該透過專門為所需準確度而設計的固態矽基微型揚聲器來播放音訊內容。
圖1 固態微型揚聲器Cowell(左)及其模組(右) (圖片來源：xMEMS)
專為Hi-Res音訊而設計的固態揚聲器
此類固態音訊元件並非新鮮事，轉變始於2007年左右，當時以固態微機電系統(MEMS)設計的麥克風只占市場的5%；到了2022年，這一比例成長了72%。相關廠商開發的解決方案也將持續驅動類似的揚聲器元件轉變，例如xMEMS便使用薄膜壓電技術(將電能轉換為機械能的材料)作為揚聲器的致動器，取代線圈和磁鐵，加上矽作為揚聲器振膜，取代常用的塑膠或紙質振膜，藉此打造出固態揚聲器晶片，其尺寸和重量僅為類似線圈揚聲器的一小部分。
固態揚聲器具有幾個關鍵特性，使其具備忠實呈現Hi-Res音樂的能力。首先，固態揚聲器的機械速度比線圈揚聲器快，回應速度是傳統架構的150倍。這對於呈現高位元速率至關重要，讓聽眾能夠真正聽到原始錄音的增強細節、清晰度和樂器分離度。
固態揚聲器還可以最小化相位偏移(Phase Shift)，相位偏移是不同振幅的不同聲波組合的結果，將改變音訊。傳統的揚聲器架構容易發生180度的相位偏移，進而對聲音進行「上色(Colorizing)」，使其聽起來不那麼自然。固態揚聲器能夠實現不超過2度的平坦相位，忠實重現原始音訊。此外，由於固態揚聲器透過半導體製程製造，因此在揚聲器之間表現出高度的相位一致性。若將一個固態揚聲器放進左耳機，另一個放進右耳機，它們的相位會完美匹配，以實現最高的清晰度。
最後，固態揚聲器不會受到Speaker Breakup影響，Speaker Breakup是揚聲器振膜被推到極限時所發生的失真(Distortion)現象，而矽振膜的硬度是紙質或塑膠振膜的95倍，因此更能夠保持其形狀，產生清晰、細膩的聲音。為了享受Hi-Res內容的清晰度，採用專為清晰度設計的揚聲器進行聆聽十分重要。
圖2 MEMS微型揚聲器Montara Plus (圖片來源：xMEMS)
數百名xMEMS耳機聽眾的回饋顯示，固態Hi-Res揚聲器可以改善使用者能夠感知到的音訊品質。有證據表明，在使用固態MEMS揚聲器耳機時，至少有80%的人可以在喜愛的歌曲中聽到以往使用傳統線圈揚聲器耳機並未察覺到的細節。固態揚聲器的設計特點非常適合用於呈現Hi-Res音訊內容，同時，固態揚聲器也可以改善標準音樂以及空間音訊等新興格式的體驗。
Young表示，他想「拯救過去50年來我一直在實踐的藝術形式」。他當時不知道的是，揚聲器的創新將是其中關鍵。要求更好音質的內容是一個開始，而固態揚聲器代表著極致體驗。
(本文作者為xMEMS行銷暨業務開發副總裁)