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Mikrosystemtechnik „Smartphones sind der größte Markt für MEMS-Mikrofone“

| Redakteur: Franz Graser

Mikrosystemtechnik-Mikrofonen gehört die Zukunft. Davon ist Stefan Finkbeiner, der Chef der Bosch-Tochter Akustica, überzeugt. Smartphones, Mensch-Maschine-Interfaces, Konferenzsysteme und auch die Sicherheitstechnik werden oder sind bereits wichtige Anwendungsfelder.

Stefan Finkbeiner ist CEO der Bosch-Tochter Akustica mit Sitz in Pittsburgh/Pennsylvania. (Akustica)
Stefan Finkbeiner ist CEO der Bosch-Tochter Akustica mit Sitz in Pittsburgh/Pennsylvania. (Akustica)

Wie groß und wie leistungsfähig muss man sich MEMS-Mikrofone vorstellen?

Die MEMS-Mikrofone können sehr klein werden. Klein heißt: Das Gehäuse ist 3 mal 4 Millimeter und einen Millimeter hoch, das ist der aktuelle Stand. Das kann aber weiter herunter gehen auf 2 mal 2 Millimeter und etwas unter einen Millimeter Höhe. Also wirklich sehr sehr klein. Und das wird sehr interessant, wenn ich sehr viele Mikrofone unterbringen möchte. Ein Smartphone enthält heute typischerweise zwei Mikrofone pro Anwendung. Dazu kommt ein weiteres Mikrofon in der Zuleitung des Ohrhörers. Man kann heute also mit einem Smartphone durchaus drei MEMS-Mikrofone verkaufen. Je mehr Mikrofone man in einem Mobiltelefon oder Ohrhörer unterbringen möchte, desto mehr spielt die Größe eine Rolle. Die Baugröße ist wesentlich mit dafuer verantwortlich, dass konventionelle ECM-Technologie (Electret Condenser Microphone) durch MEMS-Mikrofone ersetzt wird.

Die Performance ist ein anderer Faktor. MEMS als Herstellungstechnik liefert sehr gut reproduzierbare Ergebnisse. Sobald also Techniken wie Noise Cancellation eine Rolle spielen, hat MEMS einen großen Vorteil. Mit zwei quasi identischen Mikrofonen kann man sehr reproduzierbare Signalverabeitung betreiben.

Der Laie fragt sich vielleicht nun: Wozu sind die bis zu drei Mikrofone im Smartphone gut – können Sie das etwas näher erläutern?

In einem Smartphone sind es zwei. Das eine schaut auf den Mund und nimmt die Sprache auf, das andere schaut in die entgegengesetzte Richtung und nimmt Umgebungsgeräusche auf. Und die beiden Signale dieser Mikrofone werden einfach subtrahiert. Und damit lassen sich die Stoergeräusche vom Sprachsignal abziehen. Das Ergebnis ist ein sehr klares Sprachsignal. Das wird auch immer wichtiger, denn es gibt Trends wie die Voice Recognition, also Sprachsteuerung von Smartphones und anderen Geräten. Und da muss natürlich sehr genau hingehört werden, was gesprochen wird. Das ist ebenfalls ein Erfolgsfaktor für die MEMS-Mikrofone. Ein weiterer ist der dynamische Bereich, den man mit diesen Mikrofonen abdecken kann. Es gibt zum Beispiel das Anwendungsfeld, dass man selbst in der Disco etwas aufnehmen möchte. Dort haben wir eine sehr laute Umgebung. Andererseits geht es um eine sehr gute Auflösung, und das kann man mit MEMS sehr gut abdecken.

Wie unterscheidet sich denn die Technik dieser MEMS-Mikrofone von den Mikrofonen alter Schule?

Mit MEMS versucht man, das kapazitive Messprinzip eines konventionellen Kondensatormikrofons ein Stück weit zu kopieren. Man hat auch hier einen Kondensator, so wie man ihn auch bei den klassischen Mikrofonen kennt. Es gibt aber keine Polymerfolie mehr, wie man sie in den ECM-Mikrofonen verwendet, sondern man nutzt eine Siliziumtechnologie und deren Vorteile aus. Das Sensorprinzip ist das gleiche, aber durch die Silizium- anstelle der Polymertechnologie wird mehr Stabilität erreicht. Ein weiterer Vorteile ist die elektronische Verarbeitbarkeit – die Mikrofone sind einfacher integrierbar als es früher bei den ECM-Mikrofonen der Fall war. Insbesondere bei digitaler Signalverarbeitung bieten MEMS-Mikrofone einen Vorteil. Selbstverständlich kann man ein ECM-Mikrofon auch mit einem ASIC kombinieren. Wenn ich beides aber schon in einem Bauelement bekomme, spricht das eindeutig für MEMS.

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