Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erste leistungsstarke und integrierte MEMS-Lautsprecher auf der DAGA 2018

16.03.2018

Die Fraunhofer-Institute für Digitale Medientechnologie IDMT und Siliziumtechnologie ISIT stellen auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Akustik (DAGA) vom 19. bis 22. März 2018 in München der Fachwelt die ersten integrierten Miniaturlautsprecher auf MEMS-Basis vor. Diese sollen zukünftig für die qualitative Sprach- und Musikwiedergabe in mobilen Kommunikationsgeräten, Kopfhörern und Hörgeräten eingesetzt werden. Bei einer Fläche von gerade einmal 4x4 Millimetern decken sie als Ein-Wege-System den Frequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz ab und erzielen bei der In-Ohr-Anwendung einen Schalldruckpegel von 110 dB. Mit einer Reduzierung der Bandbreite sind sogar bis zu 135 dB möglich.

MEMS steht für mikroelektromechanische Systeme und verbindet klassische Halbleitertechnik mit Miniaturmechanik im Mikrometer-Bereich. »Mit dem neuen Ansatz läuten wir einen Paradigmenwechsel ein. Zukünftig können Lautsprecher einfach wie Computer-Chips aus Silizium hergestellt werden«, erklärt der Projektverantwortliche am IDMT, Dr. Daniel Beer.


Trotz leistungsstarker Parameter misst dieser Ein-Wege-MEMS-Lautsprecher gerade einmal 3 Millimeter.

Fraunhofer ISIT

Beide Fraunhofer-Institute arbeiten seit drei Jahren in dem gemeinsamen Forschungsprojekt »Smart Speaker – Smarte MEMS-Lautsprecher für mobile Anwendungen« an der Entwicklung von energieeffizienten und komplett integrierbaren Lautsprechern auf Chip-Basis. Während das Fraunhofer ISIT im Projekt für die Entwicklung und Pilotfertigung von piezoelektrischen Mikroantrieben und deren Integration in hochminiaturisierte intelligente Mikrosysteme verantwortlich ist, beschäftigt sich das Fraunhofer IDMT mit der intelligenten Signalansteuerung der Miniatur-Lautsprecher.

Technologischer Durchbruch bei Miniaturlautsprechern

Jetzt ist der Durchbruch gelungen und die beeindruckenden Eigenschaften des chipbasierten Lautsprechers werden auf der DAGA präsentiert. Mit einer Fläche von aktuell 4x4 Millimetern ist der MEMS-Lautsprecher optimal in Kopfhörer, Hearables und Hörgeräte integrierbar. Trotz der Miniaturbauweise überzeugen die MEMS-Lautsprecher durch eine hohe Wiedergabetreue und einen geringen Energieverbrauch, was vor allem bei batteriebetriebenen Geräten von hoher Relevanz ist. Und nicht zuletzt ist durch die Herstellung mit Siliziumtechnologie eine kosteneffiziente Chipproduktion und -montage in Großserie möglich.

Prof. Bernhard Wagner ist Spezialist für Mikrosystemtechnik am Fraunhofer ISIT und für die Gesamtleitung des Fraunhofer-internen Forschungsprojekts zuständig. Er ist überzeugt vom hohen Leistungsgrad der akustischen Mikrosysteme und sieht in den neuen Lautsprechern auf Chip-Basis sehr großes Potential für zukünftige Einsatzgebiete: »Durch die Kombination unseres Know-Hows im Bereich der MEMS-Technologie und der elektroakustischen Expertise des Fraunhofer IDMT sind hochleistungsfähige Kleinstlautsprecher für zukünftige Audiogeräte entstanden. Diese Lautsprecher erfüllen komplett die akustischen Anforderungen heutiger Anwendungsfälle im Bereich der tragbaren Kommunikations- und Unterhaltungsgeräte«.

Nächste Schritte: Anpassung für Massenfertigung, bessere Performance, noch geringerer Energieverbrauch

»Der erste große Erfolg ist geschafft. Jetzt sind wir an einem Punkt angekommen, an dem die Idee sich technologisch bewährt hat und wir in die Optimierungsphase eintreten«, erklärt der Lautsprecher-Spezialist Beer. Auf der akustischen Seite bedeutet dies zum einen, eine noch bessere Performance bei noch geringerem Energieverbrauch zu erreichen. Außerdem soll durch die Kombination mehrerer Miniaturlautsprecher zu einem Mehr-Wege-System die Übertragungsbandbreite auf über 20 kHz erweitert werden. »Das versetzt uns in die Lage, auch die hohen Qualitätsansprüche im HD Kopfhörer-Markt bedienen zu können«, freut sich Dr. Daniel Beer.

Für die Herstellung von MEMS-Lautsprechern sieht Prof. Wagner vom Fraunhofer ISIT folgende wichtige Schritte: »Wir wollen zukünftig neue piezoelektrische Materialien verwenden, die energieeffizienter und IC-kompatibel sind. Damit wird der Leistungsverbrauch weiter gesenkt und eine Massenfertigung der MEMS-Lautsprecher in allen großen Halbleiterfabriken möglich.«

Wie funktioniert das Prinzip der MEMS-Lautsprecher?

Piezoelektrische Dünnschichten werden als aktive Elemente verwendet, die sich beim Anlegen von elektrischer Spannung verformen. Diese mechanische Auslenkung verdrängt die umgebende Luft und erzeugt so Schallwellen. Die Verwendung von Silizium für die Entwicklung von MEMS-Lautsprechern hat sich dabei bewährt. Der Halbleiterwerkstoff Silizium lässt sich dank moderner Chip-Fertigungstechnologien hervorragend in seinen kleinsten Strukturen bearbeiten und ist ideal für diese elektromechanische Anwendung. Und noch dazu ist es ein sehr kostengünstiges Material.

Weitere Informationen:

http://s.fhg.de/DAGA2018 - Pressemitteilung und Foto des MEMS-Lautsprecher-Chips

Julia Hallebach | Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Schlaflos wegen Handy? Neue Displays könnten Abhilfe schaffen
21.06.2018 | Universität Basel

nachricht Sensoren auf Gummibärchen: Team druckt Mikroelektroden-Arrays auf weiche Materialien
21.06.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics