Micrófonos MEMS avanzados impulsan sensibilidad y fiabilidad superiores en audífonos

En una era de población global envejecida y ruido ambiental escalante, salvaguardar la salud auditiva nunca ha sido más crítico. Los usuarios modernos demandan audífonos más pequeños, que consuman menos energía y ofrezcan sonido cristalino —un ajuste ideal para la tecnología de micrófonos MEMS.

Según la Organización Mundial de la Salud, más del 5 % de la población mundial —466 millones de personas— sufren pérdida auditiva discapacitante, y se estima que 900 millones de individuos (uno de cada diez) se verán afectados para 2050. La pérdida auditiva discapacitante se define como umbral auditivo superior a 40 dB en adultos o 30 dB en niños en el mejor oído.

ResearchAndMarkets.com proyecta el mercado global de audífonos a alcanzar 7.620 millones $ en 2023, creciendo a una tasa compuesta anual del 6,4 % entre 2019 y 2023. El mercado abarca dispositivos auditivos, implantes cocleares, sistemas de conducción ósea e instrumentos diagnósticos.

La función central de un audífono —capturar sonidos ambientales para amplificación— depende de su micrófono. Mientras los micrófonos de condensador electret han dominado el sector, los micrófonos MEMS (sistemas micro‑electromecánicos) se están convirtiendo rápidamente en la opción preferida.

“Los micrófonos MEMS ofrecen la fiabilidad, compacidad y rendimiento electro‑acústico requeridos para aplicaciones de audífonos”, dijo Manuel Tagliavini, analista principal de MEMS y sensores en IHS Markit, a Electronic Products.

Michael Knapp, VP de Comunicaciones y Relaciones con Inversores en Knowles Corp., destacó los beneficios: diseño robusto con ingreso mínimo de partículas, ratio sensibilidad‑tamaño líder, y circuitos integrados programables que entregan rendimiento versátil y ajustable.

Knapp añadió que desde que la primera generación de micrófonos MEMS para salud auditiva llegó al mercado hace cinco años, se espera que comprendan más de la mitad de todos los micrófonos usados en dispositivos de salud auditiva para 2020.

Aunque el mercado de micrófonos MEMS para audífonos sigue siendo modesto comparado con móviles o auriculares, se está expandiendo rápidamente. IHS Markit estima crecimiento de 8 millones $ en 2017 a 48 millones $ en 2022, con un CAGR del 42 %.

Tagliavini señala que la tecnología MEMS ahora cumple fiabilidad de grado médico. “Tras miles de millones de unidades enviadas en electrónica de consumo, los micrófonos MEMS han alcanzado la durabilidad requerida para uso médico”, dijo.

Añadió que los avances en tamaño, consumo de energía y coste —impulsados por demandas de smartphones y auriculares— se traducen directamente a beneficios para audífonos.

El progreso reciente en micrófonos MEMS va más allá del hardware. Los arrays de sensores ahora permiten beamforming y far‑field sensing, mientras algoritmos sofisticados clasifican sonidos —voz humana, ruido de fondo, etc.— y los amplifican o atenúan selectivamente. Estas características, originalmente adaptadas para electrónica de consumo, son ahora indispensables para la tecnología de audífonos.

Knowles, pionero en micrófonos MEMS desde finales de los 90, ofrece plataformas de salud auditiva de tercera y cuarta generación que empujan los límites de sensibilidad y rendimiento de ruido en paquetes ultra‑compactos.

La plataforma MM20 entrega una relación señal‑ruido (SNR) de 70,5 dB y un nivel de presión sonora (SPL) de 121 dB, convirtiéndola en la ratio SNR‑tamaño más baja de ruido y más alta del mercado. Combina un sensor acústico, buffer de entrada de bajo ruido y amplificador de salida —ideal para audio de banda ancha e inmune a RF.

La plataforma MM25 construye sobre esta base con un ASIC programable que ofrece alta versatilidad y operación ultra‑low‑power (18 µA a 31 µA). Soporta beamforming avanzado y emparejamiento de micrófonos, permitiendo a los diseñadores adaptar el rendimiento a arquitecturas específicas de audífonos.

Knowles anticipa que las innovaciones MEMS en curso expandirán rangos de voltaje y corriente, desbloquearán nuevas aplicaciones y elevarán aún más el rendimiento electro‑acústico para fabricantes de audífonos.

La última generación de micrófonos MEMS para salud auditiva de Knowles continúa reduciéndose en tamaño. (Imagen: Knowles Corp.)

Al otro lado del Atlántico, Sonion a/s se especializa en tecnologías micro‑acústicas y micromecánicas para instrumentos auditivos y hearables. Erik Dashorst, key account manager en Sonion, explicó que los micrófonos MEMS son mucho menos susceptibles a condiciones ambientales como humedad y temperatura comparados con micrófonos electret, y pueden soldarse por reflow directamente en PCBs, eliminando la necesidad de cables y soldadura manual.

Los micrófonos MEMS de la serie O de Sonion, co‑desarrollados con TDK‑InvenSense, vienen en dos volúmenes compactos —8 mm³ y 11 mm³. Especificaciones clave incluyen corriente media de 31 µA, sensibilidad entre –37 dB 1 V/Pa y –38 dB 1 V/Pa, y niveles de ruido entre 26 dB y 28,5 dB.

La nueva serie P ofrece SNR mejorado, mayor sensibilidad y consumo de energía muy bajo. Sensibilidad abarca –35,5 dB 1 V/Pa a –38 dB 1 V/Pa, ruido entre 24,5 dB y 25 dB, y drenaje de batería de 31 µA a 32 µA.

Dashorst destacó que la serie P está diseñada para ser insensible a fuentes de luz externas —un problema común en dispositivos semiconductores que puede mitigarse mediante estrategias de dopaje específicas. También señaló que una mayor miniaturización aumentaría el ruido, comprometiendo la usabilidad.

La próxima serie Q de Sonion entrega una curva de respuesta plana y distorsión mínima (distorsión de intermodulación por debajo del 10 %). A diferencia de la serie P, la serie Q elimina el pico de baja frecuencia que puede causar amplificación indeseada alrededor de 10 Hz, sin añadir ruido inducido por filtros.

La serie Q retiene dimensiones similares a las series P y O (3,35 × 2,50 mm) mientras ofrece sensibilidad entre –35,5 dB 1 V/Pa y –37,0 dB 1 V/Pa.

Avances en laboratorio

La mayoría de audífonos disponibles comercialmente emplean micrófonos externos, que pueden causar incomodidad, limitar actividad física y contribuir al estigma social. Existe una necesidad urgente de soluciones implantables que sean mínimamente invasivas pero altamente sensibles.

El año pasado, la Universidad de Zúrich y el Cochlear Technology Centre Belgium anunciaron investigación sobre un receptor acústico basado en micrófono condensador MEMS para implantes cocleares totalmente implantables (TICI). El receptor acústico intracolear (ICAR) captura fluctuaciones de presión dentro de la cóclea inducidas por la cadena del oído externo y medio, aprovechando la amplificación y pistas de direccionalidad naturales del oído.

ams AG está trabajando en nuevas formas de tratar tinnitus, desarrollando una nueva terapia usando ruido ambiental. (Imagen: ams AG)

ams AG, una empresa austríaca, está pionera en tratamiento de tinnitus que aprovecha el ruido ambiental. Usando hardware de cancelación activa de ruido, transforma sonidos ambientales en una señal de entrenamiento de tinnitus personalizada. Verena Vescoli, VP senior de I+D en ams, reportó que la terapia reduce significativamente la severidad del tinnitus, especialmente con uso frecuente, y produce beneficios duraderos.

Los micrófonos MEMS están desplazando constantemente a los micrófonos electret tradicionales en audífonos gracias a su fiabilidad, construcción robusta, ingreso mínimo de partículas, tamaño compacto y rendimiento superior. La investigación continua sigue empujando el sobre, prometiendo sensibilidad aún mayor, ruido más bajo y aplicaciones expandidas para la industria de salud auditiva.