Ze zijn tot tien keer kleiner dan conventionele micro-speakers en bestaan voor 100 procent uit silicium: de micro-speakers voor draadloze in-ear hoofdtelefoons van Arioso Systems GmbH. De onderneming is een spin-off van het Fraunhofer-instituut voor fotonische microsystemen IPMS.
De energie-efficiënte MEMS-luidsprekers, die momenteel als prototype beschikbaar zijn, kunnen in de toekomst helpen om de reeks functies van geminiaturiseerde hoofdtelefoons uit te breiden, aldus het instituut in een persbericht. Bijvoorbeeld met simultaan vertalen en gezondheidsmonitoring. Dit wordt mogelijk gemaakt door een nieuw geluidstransduceringsprincipe waarbij het membraan, het centrale element van een conventionele luidspreker, niet meer bestaat.
Draadloze in-ear hoofdtelefoons zijn nog steeds relatief groot. Door de vele componenten in deze toestellen raken de batterij snel leeg. Daardoor worden internetconnectiviteit, betaalfuncties en andere slimme functionaliteiten beperkt. Nieuwe slimme functies vergen veel rekenkracht en dus ruimte en elektriciteit. De meest omvangrijke onderdelen van de nieuwere draadloze oordopjes zijn de batterij en de microluidspreker. De micro-speakers van Arioso Systems GmbH, die slechts 10-20 mm2 groot zijn, zijn daarentegen zeer geschikt voor toekomstige toepassingen in hearables, zoals simultaanvertaling, betaalfuncties en andere spraakgebaseerde internetdiensten.
Geluid gegenereerd in de silicium chip
In tegenstelling tot conventionele luidsprekers en ook de weinige andere bestaande MEMS-luidsprekers, hebben de piepkleine MEMS-luidsprekers (Micro Electro Mechanical Systems) van Arioso Systems geen membraan of magneten meer. Ze zijn voor honderd procent uit silicium gevormd. Zij kunnen op rendabele wijze in massa worden geproduceerd met gebruikmaking van standaard CMOS-processen (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Daardoor kan de productie gemakkelijk worden opgeschaald voor de massamarkt. Dat is een voordeel ten opzichte van concurrerende technologieën waarvoor vroeger piëzomaterialen werden gebruikt. Dat maakte de productie ingewikkelder en duurder.
De luidsprekers maken gebruik van een nieuw, energiezuinig transducerprincipe. Deze is gebaseerd op NED-technologie (Nanoscopic Electrostatic Drive), die is ontwikkeld door Holger Conrad, toen nog wetenschapper aan Fraunhofer IPMS en medeoprichter van Arioso Systems GmbH. De nieuwe MEMS-geluidstransducer heeft geen membraan zoals conventionele luidsprekers. Deze wordt vervangen door een veelheid van 20 μm dunne buigstaafjes in het volume van de siliciumchip. De lucht ontsnapt uit de kamers door openingen aan de boven- en onderkant van de chip en stroomt in de kamers waar elektrostatische actuatoren bewegen. Door een audiosignaalspanning toe te passen, worden deze NED-actuators in trilling gebracht, en worden de trillingen hoorbaar als geluid.
Buigstaafjes
“De buigstaafjes in de vorm van lamellen bewegen naar elkaar toe en duwen de lucht naar boven en naar beneden, waardoor in het oor drukschommelingen ontstaan die hoorbaar zijn. In principe wordt het trommelvlies direct bewogen zoals met een luchtpomp,” legt Arioso CFO Dr Jan Blochwitz-Nimoth uit.
Aangezien de componenten rechtstreeks in de siliciumchip kunnen worden geïntegreerd, nemen zij weinig ruimte in beslag en zijn zij veel energie-efficiënter dan conventionele luidsprekers. De batterij wordt minder belast en de levensduur van de batterij kan met enkele uren worden verlengd.
“Het geluid wordt gegenereerd in de silicium chip. Het ontbreken van externe bewegende delen zoals een membraan maakt ruimte vrij. En extra assemblagestappen zijn bij de productie niet nodig”, aldus Arioso CEO Dr Hermann Schenk. “De dunne lamellen binnenin de chip worden bewogen door een elektrische spanning aan te leggen. Dit zorgt voor een geluidsdrukniveau van ongeveer 120 dB met de beste geluidskwaliteit bij een afmeting van slechts 10 mm²”.
Alexa in je oor
Dankzij de hoge mate van miniaturisatie en de energie-efficiëntie van de MEMS-luidsprekers kan de aldus gewonnen ruimte in de draadloze hoofdtelefoon in de toekomst worden gebruikt voor andere internettoepassingen, zoals betaaldiensten of instantvertalingen. Ook de controle van lichaamsfuncties is mogelijk – en spraakgestuurd, zonder dat de gebruiker naar de smartphone hoeft te kijken. Met zijn ontwikkeling richt Arioso Systems GmbH zich dus in het bijzonder tot grote OEM’s en internet service providers. Het innovatieve geluidstransducerprincipe is ook geschikt voor gebruik in hoortoestellen.
Ook interessant: Een fashion statement als gehoorbescherming
Geselecteerd voor jou!
Innovation Origins is het Europese platform voor innovatienieuws. Naast de vele berichten van onze eigen redactie in 15 Europese landen, selecteren wij voor jou de belangrijkste persberichten van betrouwbare bronnen. Zo blijf je op de hoogte van alles wat er gebeurt in de wereld van innovatie. Ben jij of ken jij een organisatie die niet in onze lijst met geselecteerde bronnen mag ontbreken? Meld je dan bij onze redactie.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
