Mikrofontechnologie

MEMS-Mikrofone - richtungsweisende Innovation in der Schall-Erfassung

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Die Richtcharakteristik von MEMS-Mikrofonen

Mikrofone können sehr unterschiedliche Richtcharakterisiken aufweisen. MEMS-Mikrofone sind die besten omnidirektionalen Mikrofone.
Mikrofone können sehr unterschiedliche Richtcharakterisiken aufweisen. MEMS-Mikrofone sind die besten omnidirektionalen Mikrofone.
(Bild: STMicroelectronics)
Unter einer omnidirektionalen Richtcharakteristik versteht man bei einem Mikrofon in der Regel eine perfekte Kugelform in allen drei Dimensionen. Ein Mikrofon mit dem kleinsten Durchmesser ergibt die beste omnidirektionale Charakteristik bei hohen Frequenzen. Dies ist der Grund dafür, dass MEMS-Mikrofone die besten omnidirektionalen Mikrofone sind. Darüber hinaus können mehrere MEMS-Mikrofone zu Arrays kombiniert werden, um genau definierte Richtcharakteristiken zu realisieren.

Anwendungsbeispiel

Durch die Kombination mehrerer MEMS-Mikrofone zu Arrays lassen sich genau definierte Richtcharakteristiken realisieren.
Durch die Kombination mehrerer MEMS-Mikrofone zu Arrays lassen sich genau definierte Richtcharakteristiken realisieren.
(Bild: STMicroelectronics)
Die Signale mehrere Mikrofone werden aufbereitet, um die Empfindlichkeit entlang der X-Achse zu formen. Die Aufbereitung erfolgt dabei unter Ausnutzung der Phasenbeziehung der entlang der X-Achse eintreffenden Wellen.

Die physikalischen und akustischen Parameter der MEMS-Mikrofone von ST bieten beste Voraussetzungen für die hohen Anforderungen von Sprachinteraktionssystemen, die aus großer Entfernung besprochen werden. Dank der kleinen Abmessungen können Forscher problemlos ganze Mikrofon-Arrays in Wänden, Schreibtischen oder sprach-fähigen Geräten im automatisierten Haus installieren. Kombiniert mit ausgewählten Signalverarbeitungs-Technologien ermöglicht dies die Identifikation und Erfassung eines einzelnen Sprechers, auch wenn sich dieser in mehreren Metern Entfernung befindet und der Raum von anderen Stimmen und Musik erfüllt ist.

Zwar werden diese aus der Ferne besprechbaren Sprachinteraktions-Systeme die Art und Weise, wie die Menschen mit der Technik umgehend, nicht dramatisch verändern. Eine entscheidende Verbesserung werden sie aber für jene Menschen bringen, die beispielsweise durch hohes Alter oder körperliche Behinderungen in ihrer Bewegung eingeschränkt sind. Abgesehen vom häuslichen Umfeld können diese Systeme auch in der Robotertechnik sowie in Telepräsenz-, Überwachungs- und industriellen Automationssystemen zum Einsatz kommen.

Die Vorteile von STMicroelectronics

Die MEMS-Mikrofone von ST werden in Kunststoffgehäusen angeboten. Der patentierte technische Durchbruch spart Platz und verbessert die Langlebigkeit in Spracheingabe-Systemen für den Consumer- und Profibereich, von Mobiltelefonen und Tablets bis zu Lärmmessgeräten und Kopfhörern mit Störgeräuschkompensation.

Während andere Hersteller noch MEMS-Mikrofone mit Metalldeckeln produzieren, hat ST mit seinen Kunststoffgehäusen eine Vorreiterrolle übernommen. Die MEMS-Mikrofone des Unternehmens eignen sich für die Montage auf flexiblen Leiterplatten, die das Design in modernen Consumer-Applikationen mit ihren beengten Platzverhältnissen vereinfachen. Die patentierte Gehäusetechnologie gibt den Herstellern die Möglichkeit, die Schalleintrittsöffnung wahlweise an der Ober- oder der Unterseite des Gehäuses anzuordnen.

Hierdurch lässt sich die Konstruktion möglichst schlank gestalten und dafür sorgen, dass der Schall einen möglichst kurzen Weg bis zum Mikrofon zurücklegen muss. Während die Top-Port-Mikrofone (mit der Schalleintrittsöffnung an der Oberseite) auf die Größen und Schallöffnungs-Anforderungen von Laptops und Tablets abgestimmt sind, kommen die Bottom-Port-Mikrofone vornehmlich in Mobiltelefonen zum Einsatz.

Beispiel eines MEMS-Mikrofons von STMicroelectronics
Beispiel eines MEMS-Mikrofons von STMicroelectronics
(Bild: STMicroelectronics)
ST bietet mit dem MP34DT01 ein MEMS-Mikrofon an, das die Vorteile eines Top-Port-Mikrofons mit einem SNR von 63 dB und einem flachen Frequenzgang über den gesamten hörbaren Frequenzbereich von 20 bis 20.000 Hz verbindet. Durch seinen SNR-Wert kommt das Mikrofon auch für Anwendungen außerhalb des klassischen Consumer-Segments in Frage, so zum Beispiel für Phonmesser, die nach einem großen Dynamikbereich verlangen. Der Frequenzgang der MEMS-Mikrofone von ST bleibt außerdem sogar nach der Reflow-Lötung erhalten.

MEMS-Mikrofone dringen in neue Anwendungsgebiete vor wie zum Beispiel sprachgesteuerte Spiele, die Spracheingabe im Auto, akustische Sensoren in Industrie- und Sicherheits-Anwendungen sowie die medizinische Telemetrie. Die einzigartige Konstruktion, die Leistungsfähigkeit und das Format dieser Mikrofone hat Möglichkeiten erschlossen, die früher undenkbar waren.

* * Vishal Goyal ist Technical Marketing Manager – AMS in Indien und arbeitet seit 11 Jahren für STMicroelectronics im VLSI-Design und Marketing.

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