Smart and Healthy Living

Der dünnste Lautsprecher der Welt

13.3.2017

Sie sparen Energie und Platz und liefern gleichzeitig eine neue Soundqualität: Lautsprecher auf MEMS-Basis, wie sie ein österreichisches Startup gemeinsam mit Fraunhofer-Forschern entwickelt hat. Die nur zwischen zwei und zwölf Millimeter dünnen Bauelemente bieten großes Potenzial für den Einsatz in Smartphones, Kopfhörern oder auch Hörgeräten.

© Foto MEV Verlag
© Foto USound

Mit 5 × 7 × 2 mm³ der weltweit kleinste Lautsprecher, der in Smartphones für einen neuen Klang sorgen könnte. Sein Frequenzbereich reicht von 2 bis 15 kHz.

© Foto USound

Spart Energie und Platz: Für Kopfhörer und Hörgeräte ist dieser Lautsprechertyp besonders geeignet.

MEMS – mikro-elektro-mechanische Systeme, die mechanische und elektrische Informationen gleichermaßen verarbeiten können – stecken in unzähligen Produkten unseres täglichen Lebens: Als Beschleunigungssensoren in Fitnessarmbändern etwa helfen sie, unsere Schritte zu zählen und als Neigungssensoren in Smartphones, dass sich das Bild mit dreht, wenn wir das Handy bewegen. Auch MEMS-Mikrofone haben sich schon vor Jahren erfolgreich am Markt durchgesetzt. Lautsprecher dagegen funktionieren in der Regel immer noch nach dem Prinzip, das Werner von Siemens 1877 patentierte: Dabei wird die Membran durch einen elektrodynamischen Antrieb zum Schwingen gebracht. Die Wandlung des elektrischen Signals in eine Schwingbewegung erfolgt hierbei durch das Zusammenspiel von Spule und Magnet. Die Nachteile: Spule und Magnet brauchen viel Platz und Energie.

Großer Schritt in die technologische Moderne

Das österreichische Startup USound möchte nun erstmals Lautsprecher in MEMS-Technologie herstellen und sie damit in die technologische Moderne holen. Die Argumente dafür überzeugen: MEMS-Lautsprecher haben nur noch halb so viel Platzbedarf wie ihr »traditionelles« Pendant und sparen bis zu 80 % Energie ein, da die einzelnen Komponenten sehr dicht beieinander liegen. Zudem sollen sie noch besser klingen als die handelsüblichen. Um diese ambitionierten Ziele umzusetzen, hat USound mehrere Fraunhofer-Institute mit ins Boot geholt: So brachte das Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT seine Expertise ein und evaluierte die akustische Leistungsfähigkeit der USound-Lautsprecher. Das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT entwickelte die MEMS-Chips mit leistungsfähigen Antrieben. Anstatt wie bisher elektromagnetisch wird der Schall nun piezoelektrisch erzeugt. Das Fraunhofer-Institut für InteIntegrierte Schaltungen IIS wiederum sorgte für den energiesparenden Ansteuerchip, der in der Lage ist, die Energie, die auf der Kapazität des MEMS-Chips ist, wieder zurückzugewinnen. Diese aufwendige, aber effektive Schaltung ermöglicht eine sehr niedrige Ansteuerleistung beim Betrieb des neuen MEMS-Lautsprechers. Den Aufbau der neuen Lautsprechergeneration übernahm das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Mit einer Größe von 5 × 7 × 2 mm³ ist der Lautsprecher der dünnste weltweit. So wurden Klebertröpfchen mit dem Durchmesser eines Haares auf die Komponenten aufgebracht, um sie präzise aufeinander zu setzen. Bereits geringe Unterschiede führen zu extremen Verzerrungen der ausgesendeten Schallsignale, sprich: Die Klangqualität wird dadurch erheblich gemindert. Nach fünf Monaten schließlich stand das Produktionskonzept, das von USound nun verfeinert und zur Marktreife geführt wird.

Markteinführung für 2018 geplant

2017 sollen die ersten MEMS-In-EAR-Kopfhörer und Lautsprecher – die USound nun zum finalen Produkt entwickelt – in die Serienproduktion gehen. Bereits 2018 soll dann eine neue Generation auf Halbleitertechnologie basierender Lautsprecher auf den Markt kommen und mobilen Kommunikationsgeräten einen kräftigen Innovationsschub versetzen.