[ Akustische MEMS ]

Miniaturisierung, einfache Integration und außerordentliche akustische Performance sind bei MEMS Mikrophonen bereits gegeben. MEMS Lautsprecher gehören hingegen zu vielversprechenden Zukunftsprojekten.

Die Technologie

MEMS Lautsprecher können folgendermaßen angetrieben werden: i) elektromagnetisch, ii) elektrostatisch und iii) piezoelektrisch. Elektromagnetische MEMS Lautsprecher sind am weitesten verbreitet, zeichnen sich aber durch einen recht komplexen Aufbau aus. Zur Herstellung sind eine Reihe an Technologien erforderlich. Der Aufbau erfolgt hybrid. Auch aus diesem Grunde sind einfacher herzustellende Elemente von großem Interesse. Elektrostatisch betriebene Mikrophone und Lautsprecher lassen sich, und werden in CMOS Technologie hergestellt. Dies eröffnet neue Dimensionen hinsichtlich Massenproduktion und Preisgestaltung. Dies gilt prinzipiell auch für piezoelektrisch angetriebene Bauelemente wobei technologiefremde Materialien zuerst implementiert werden müssten. Elektrostatische angetriebene akustische MEMS sind auch Schwerpunkt dieses Forschungsthemas. Dabei ist neben der Entwicklung des Wandlers selbst auch die Entwicklung der Ansteuerung und der Einbettung in eine akustisch optimierte Umgebung von zentraler Bedeutung. Im Falle von Lautsprechern findet die Schallerzeugung primär durch eine MEMS Membran statt. In der gesamten Signalkette spielt diese Membran natürlich eine zentrale Rolle. Zur hochgenaue Analyse der Membraneigenschaften und des Schwingverhaltens verfügt die CTR über ein Laser Scanning Vibrometer. Der Micro System Analyzer wurde speziell für die Untersuchung und Darstellung von Strukturschwingungen und Topographien von MEMS entwickelt.

Nutzen und Benefit

 Insbesondere digitale Wandlersysteme haben das Potential trotz kleinsten Dimensionen ausreichend Schalldruck zu erzeugen. Die Realisierung von digitalen Lautsprecherstrukturen ist allerdings noch ein relativ junges Forschungsgebiet wobei die jahrelange Erfahrung in der Ansteuerung von MEMS es uns ermöglicht auch auf dem Gebiet der akustischen MEMS herausfordernde Themen erfolgreich zu bearbeiten. Die Akustik MEMS Entwicklung wird unterstützt durch neueste Schwingungsmesstechnik. Der eingesetzte Micro System Analyzer kann darüber hinaus zur Analyse der Dynamik und Topographie von beliebigen Mikrostrukturen eingesetzt werden.

Anwendung

 Zu den klassischen Anwendungen von akustischen MEMS Wandlern zählen zweifelsohne Überwachungssysteme, Hörgeräte sowie Richtmikrophone aber auch Ultraschallgeber und Implantate. MEMS Mikrophone für mobile Geräte gewinnen immer mehr an Bedeutung. Mit zunehmender Miniaturisierung in allen oder auch nur einer Dimension - Stichwort ultradünne Displays, Tablets und Smartphones, steigt auch der Bedarf an passenden Lautsprechersystemen. MEMS Lautsprecher Technologie hat das Potential diesen Bedarf zu decken bei gleichzeitigem Versprechen die Soundqualität zu steigern und den Energiebedarf zu senken.