Mikrofon MEMS Canggih Mendorong Sensitivitas dan Keandalan Alat Bantu Dengar yang Unggul
Di era populasi global yang memutri dan kebisingan lingkungan yang meningkat, melindungi kesehatan pendengaran belum pernah lebih kritis. Pengguna modern mengharapkan alat bantu dengar yang lebih kecil, mengonsumsi daya lebih sedikit, dan menyajikan suara yang jernih—cocok untuk teknologi mikrofon MEMS.
Menurut World Health Organization, lebih dari 5% populasi dunia—466 juta orang—derita gangguan pendengaran yang menyakitkan, dan diperkirakan 900 juta individu (satu sepuluh) akan terpengaruh pada 2050. Gangguan pendengaran yang menyakitkin didefinisikan sebagai ambang pendengaran melebihi 40 dB pada orang dewasa atau 30 dB pada anak di telinga yang lebih baik.
ResearchAndMarkets.com memproyeksikan pasar alat bantu dengar global mencapai $7,62 miliar pada 2023, tumbuh dengan tingkat tahunan majemuk 6,4% antara 2019 dan 2023. Pasar mencakup perangkat pendengaran, implantasi koklea, sistem konduksi tulang, dan instrumen diagnostik.
Fungsi inti alat bantu dengar—menangkap suara ambient untuk difonasikan—bergantung pada mikrofonnya. Sementara mikrofon elektret kondensator telah mendominasi sektor, mikrofon MEMS (micro-electromechanical systems) dengan cepat menjadi pilihan yang disukai.
"Mikrofon MEMS menawarkan keandalan, kekompakan, dan performa elektro-akustik yang diperlukan untuk aplikasi alat bantu dengar," kata Manuel Tagliavini, analis utama untuk MEMS & sensor di IHS Markit, kepada Electronic Products.
Michael Knapp, VP Komunikasi & Hubungan Investor di Knowles Corp., menyoroti manfaat: desain yang kokoh dengan masuknya partikel minimal, rasio sensitivitas-keukuran terkemuka, dan sirkuit terpadu yang dapat diprogram yang menyediakan performa serbaguna dan dapat disesuaikan.
Knapp menambahkan bahwa sejak generasi pertama mikrofon MEMS kesehatan pendengaran hadir di pasar lima tahun yang lalu, mereka diharapkan mencakup lebih dari setengah semua mikrofon yang digunakan dalam perangkat kesehatan pendengaran pada 2020.
Meskipun pasar mikrofon MEMS untuk alat bantu dengar masih kecil dibandingkan telepon seluler atau earbud, ia berkembang pesat. IHS Markit mengestimasi pertumbuhan dari $8 juta pada 2017 menjadi $48 juta pada 2022, dengan CAGR 42%.
Tagliavini mencatat bahwa teknologi MEMS kini memenuhi keandalan kelas medis. "Setelah miliaran unit yang dikirim di elektronik konsumen, mikrofon MEMS telah mencapai ketahanan yang diperlukan untuk penggunaan medis," katanya.
Ia menambahkan bahwa kemajuan dalam ukuran, konsumsi daya, dan biaya—yang didorong oleh permintaan telepon seluler dan earbud—terjemahkan secara langsung ke manfaat alat bantu dengar.
Kemajuan terbaru dalam mikrofon MEMS melampaui hardware. Array sensor kini memungkinkan beamforming dan sensing jauh-jauh, sementara algoritma canggih mengklasifikasikan suara—suara manusia, latar belakang, dll.—dan secara selektif memfokuskan atau meredamnya. Fitur-fitur ini, awalnya disesuaikan untuk elektronik konsumen, kini tidak dapat dipisahkan dari teknologi alat bantu dengar.
Knowles, pionir mikrofon MEMS sejak akhir tahun 1990, menawarkan platform kesehatan pendengaran generasi ketiga dan keempat yang mendorong batas sensitivitas dan performa kebisingan dalam paket ultra-kompak.
Platform MM20 menyediakan rasio sinyal-kebisingan (SNR) 70,5-dB dan tingkat tekanan suara (SPL) 121-dB, menjadikannya mikrofon dengan kebisingan terendah dan rasio SNR-keukuran tertinggi di pasar. Ia menggabungkan sensor akustik, buffer input low-noise, dan amplifier output—ideal untuk aplikasi audio wideband dan imun RF.
Platform MM25 membangun pada dasar ini dengan ASIC yang dapat diprogram yang menawarkan serbaguna tinggi dan operasi daya ultra-rendah (18 µA hingga 31 µA). Ia mendukung beamforming canggih dan pairing mikrofon, memungkinkan desainer menyesuaikan performa dengan arsitektur alat bantu dengar tertentu.
Knowles berharap inovasi MEMS yang berkelanjutan akan memperluas rentang tegangan dan arus, membuka aplikasi baru, dan meningkatkan performa elektro-akustik untuk produsen alat bantu dengar lebih lanjut.
Di seberang Atlantik, Sonion a/s spesialis dalam teknologi mikro-akustik dan mikromekanikal untuk instrumen pendengaran dan hearable. Erik Dashorst, manajer akun kunci di Sonion, menjelaskan bahwa mikrofon MEMS jauh kurang rentan terhadap kondisi lingkungan seperti kelembaban dan suhu dibandingkan mikrofon elektret, dan dapat direflow langsung ke PCB, menghilangkan kebutuhan kabel dan solder tangan.
Mikrofon MEMS O-Series Sonion, yang dikembangkan bersama TDK-InvenSense, tersedia dalam dua volume kompak—8 mm³ dan 11 mm³. Spesifikasi kunci termasuk arus rata-rata 31 µA, sensitivitas berkisar dari –37 dB 1 V/Pa hingga –38 dB 1 V/Pa, dan tingkat kebisingan antara 26 dB dan 28,5 dB.
P-Series baru menawarkan SNR yang ditingkatkan, sensitivitas lebih tinggi, dan konsumsi daya sangat rendah. Sensitivitas berkisar dari –35,5 dB 1 V/Pa hingga –38 dB 1 V/Pa, kebisingan antara 24,5 dB dan 25 dB, dan drain baterai 31 µA hingga 32 µA.
Dashorst menyoroti bahwa P-Series dirancang untuk tidak sensitif terhadap sumber cahaya eksternal—masalah umum dalam perangkat semiconductor yang dapat diatasi melalui strategi doping tertentu. Ia juga menyebutkan bahwa miniaturisasi lebih lanjut akan meningkatkan kebisingan, mengorbankan kegunaan.
Q-Series mendatang Sonion menyediakan kurva respons datar dan distorsi minimal (distorsi intermodulasi di bawah 10 %). Tidak seperti P-Series, Q-Series menghilangkan puncak frekuensi rendah yang dapat menyebabkan amplifikasi yang tidak diinginkan sekitar 10 Hz, tanpa menambahkan kebisingan yang diinduksi filter.
Q-Series mempertahankan dimensi yang mirip dengan P- dan O-Series (3,35 × 2,50 mm) sambil menawarkan sensitivitas antara –35,5 dB 1 V/Pa dan –37,0 dB 1 V/Pa.
Kemajuan di Laboratorium
Sebagian besar alat bantu dengar yang tersedia secara komersial menggunakan mikrofon eksternal, yang dapat menyebabkan ketidaknyamanan, membatasi aktivitas fisik, dan berkontribusi pada stigma sosial. Ada kebutuhan mendesak akan solusi implanted yang minim invasi namun sangat sensitif.
Tahun lalu, Universitas Zürich dan Cochlear Technology Centre Belgium mengumumkan penelitian tentang penerima akustik berbasis mikrofon kondensator MEMS untuk implantasi koklea sepenuhnya (TICI). Penerima akustik intra-koklea (ICAR) menangkap fluktuasi tekanan dalam koklea yang diinduksikan oleh rangkaian telinga luar dan tengah, memanfaatkan petunjuk amplifikasi dan arahnya alami telinga.
ams AG sedang mengembangkan cara baru untuk mengobati tinnitus, mengembangkan terapi baru menggunakan kebisingan lingkungan. (Gambar: ams AG)
ams AG, perusahaan Austria, adalah pionir dalam pengobatan tinnitus yang memanfaatkan kebisingan lingkungan. Menggunakan hardware noise-cancelling aktif, ia mengubah suara ambient menjadi sinyal pelatihan tinnitus yang dipersonalisasi. Verena Vescoli, senior VP R&D di ams, melaporkan bahwa terapi ini secara signifikan mengurangi keparahan tinnitus, terutama dengan penggunaan yang sering, dan memberikan manfaat yang berkelanjutan.
Mikrofon MEMS secara bertahap menggantikan mikrofon elektret tradisional dalam alat bantu dengar berkat keandalan, konstruksi yang kokoh, masuk partikel minimal, ukuran yang kompak, dan performa yang unggul. Penelitian yang berkelanjutan terus mendorong batas, menjanjikan sensitivitas yang lebih besar, kebisingan yang lebih rendah, dan aplikasi yang diperluas untuk industri kesehatan pendengaran.
