Mikrolautsprecher mit klarem Klang
Prototyp zeigt exzellente Audiowiedergabe über mehr als neun Oktaven.
Das Team um Bert Kaiser am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS forscht seit Jahren an einem einzigartigen Aktorensystem für drahtlose Mikrolautsprecher. Mit einer Anordnung von drei Elektroden in einer gemeinsamen beweglichen Konfiguration auf einem Balken präsentierte es zum ersten Mal einen symmetrischen Biegewandler, der das Push-Pull-Prinzip verkörpert und mit niedrigen Spannungen arbeitet. Ein erster Modellierungsansatz wurde bereits im letzten Jahr vorgestellt. Nun konnten die Testergebnisse des ersten Prototyps die Voraussagen aus den theoretischen Ansätzen bestätigen.
„Durch die Implementierung unserer neuartigen Push-Pull-Aktoren in einen MEMS-Mikrolautsprecher haben wir insbesondere die Realisierbarkeit einer kommerziell höchst attraktiven Anwendung demonstriert“, sagt Bert Kaiser. So zeige der erste symmetrische Mikrolautsprecher eine exzellente Audiowiedergabe über einen breiten Frequenzbereich von mehr als neun Oktaven mit einem Klirrfaktor von unter 1,2 Prozent. „Wir erwarten daher, dass diese Elektrodenkonfiguration die Entwicklung innovativer elektrostatischer Aktoren für ein breites Spektrum von Anwendungen anregen wird. In diesem Zusammenhang ist es auch wichtig zu erwähnen, dass die Silizium-Fertigungstechnologie mit der komplementären Metall-Oxid-Halbleitertechnologie kompatibel ist“, so Kaiser.
Die Mikrolautsprecher versprechen große Einsparungen beim Stromverbrauch und der Spitzenstromaufnahme. „Bei den winzigen Batterien moderner In-Ear-Geräte ist der größte Teil des Akkubudgets für intelligente Funktionen wie Spracherkennung und drahtlose Konnektivität reserviert“, erklärt Kaiser. Dies beschränke die dem Audiowiedergabesystem zur Verfügung stehende Leistung auf eine kleine, einstellige Milliwattzahl. „Mikrolautsprecher müssen dieses Ziel unterbieten, um mit klassischen elektrodynamischen oder Balanced-Armature-Lautsprechern konkurrenzfähig zu sein.“
Die bei den Mikrolautsprechern vorhandene Kombination aus einer vergleichsweise niedrigen Signalspannung und einer geringen Aktorkapazität erlaubt es, den Mikrolautsprecher mit kleinen, sehr effizienten Ansteuerungen zu betreiben, die an eine kleine Lithium-Polymer- oder Zink-Luft-Batterie angeschlossen sind. Die Lautsprecherchips weisen dabei eine elektrische Gesamtkapazität von weit weniger als einem Nanofarad auf. Im Vergleich dazu sind für piezoelektrische Systeme Kapazitätswerte von mehr als zwanzig oder sogar 150 Nanofarad veröffentlicht worden. „Unsere weitere Forschung an dem System wird sich auch auf die Technologieentwicklung konzentrieren, um die minimal möglichen Spaltabstände zu verringern und gleichzeitig die Flächennutzung zu erhöhen“, sagt Bert Kaiser.
Fh.-IPMS / JOL
