Fraunhofer-Institute und Start-up USound stellen kleinsten Lautsprecher der Welt vor

Im Auftrag und zusammen mit dem österreichischen Start-up USound haben mehrere Fraunhofer-Institute einen gerade mal 5 mal 7 mal 2 Millimeter großen Lautsprecher präsentiert. Den Forschern zufolge handelt es sich dabei nicht nur um den kleinsten Lautsprecher der Welt, sondern auch um den ersten auf MEMS-Basis. Sein Frequenzbereich reicht von 2 bis 15 kHz. USound will die die ersten MEMS-In-Ear-Kopfhörer und -MEMS-Lautsprecher noch 2017 zu marktauglichen Produkten weiterentwickeln und in Serienproduktion gehen.

In Beschleunigungssensoren, Neigungssensoren und ähnlichem in Smartphones und Wearables ist die MEMS-Technologie (Micro-Electro-Mechanical Systems) bereits weit verbreitet. Bei MEMS handelt es sich um Silizium-Chips mit Strukturbreiten im Mikrometer-Bereich, die gleichermaßen mechanische und elektrische Informationen verarbeiten können. Sie sind wesentlich dafür verantwortlich, dass die mit ihnen ausgestatteten Geräte immer kleiner und immer flacher werden – oder zumindest werden können, wenn der Hersteller das will.

Der lediglich 5 mal 7 mal 2 Millimeter große Lautsprecher erreicht einen Frequenzbereich von 2 bis 15 kHz (Bild: USound)

Bislang gab es allerdings noch keinen Lautsprecher auf MEMS-Basis. Selbst in aktuellen Smartphones basieren die Lautsprecher in der Regel auf einem Prinzip, für das Werner von Siemens 1877 ein Patent angemeldet hat: der Wandlung des elektrischen Signals in eine Schwingbewegung durch das Zusammenspiel von Spule und Magnet. Diese Komponenten benötigen jedoch vergleichsweise viel Platz und Energie.

USound wollte die Technologie – nachdem es bereits Mikrofone auf MEMS-Basis in Smartphones gibt – auch für Lautsprecher nutzbar machen. 2018 soll die neue Generation auf Halbleitertechnologie basierender Lautsprecher auf den Markt kommen und nur noch halb so viel Platz und 80 Prozent weniger Energie benötigen, wie ihre Vorgänger auf Grundlage des Patents von 1877. USound will außerdem mit seinen MEMS-Lautsprechern einen besseren Klang als mit herkömmlichen Lautsprechern ermöglichen.

Der Verzicht auf Spule und Magnet deren Aufgabe piezoelektrische Elemente übernehmen, ermöglicht die geringe Größe des kleinsten Lautsprechers der Welt (Bild: USound)

USound arbeitet dazu mit dem Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT, dem Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT, dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS sowie dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM zusammen. Das IDMT entwickelte dabei die Audiosignalverarbeitung für MEMS-Lautsprecher. Das Fraunhofer ISIT entwickelte die MEMS-Chips, mit denen der Schall nun nicht mehr elektromagnetisch, sondern piezoelektrisch erzeug wird.

Das Fraunhofer IIS kümmerte sich um einen Ansteuerchip, der die Energie auf der Kapazität des MEMS-Chips zurückzugewinnen kann. Diese effektive aber auch sehr aufwändige Schaltung sorgt für eine sehr niedrige Ansteuerleistung beim Betrieb des Lautsprechers. Den Aufbau der neuen Lautsprechergeneration übernahm das Fraunhofer IZM. Das in fünfmonatiger Arbeit entworfene Produktionskonzept wird nun von USound verfeinert und zur Marktreife gebracht.

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[Mit Material von Peter Marwan, silicon.de]