Für eine zentrale Kernkomponente - dem Im-Ohr-Lautsprecher - haben Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Photonische Mikrosysteme (IPMS) in Dresden und Cottbus zusammen mit der Brandenburgisch Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) ein neues, leistungseffizientes Schallwandlerprinzip entwickelt und erstmals im Wissenschaftsmagazin Nature Microsystems and Nanoengineering detailliert vorgestellt.
Das neue Schallwandlerprinzip besitzt keine herkömmliche Membran mehr. Vielmehr wurde diese in Form einer Vielzahl von Biegelbalken – ähnlich der Saiten einer Harfe – in das Volumen eines Siliziumchips verlegt. Innerhalb der nur 20 µm dünnen Biegebalken sind neuartige elektrostatische Biegeaktoren, so genannte Nano -E- Drive-Aktoren integriert, welche durch die Audiosignalspannung zum Schwingen angeregt werden. Um den akustischen Kurzschluss beidseitig der Balken zu verhindern hat das Wissenschaftlerteam um Bert Kaiser, Holger Conrad und Prof. Harald Schenk zwei Silizium-Waferschichten mit Aus- und Einlassschlitzen auf Ober- und Unterseite der Biegebalken gebondet. Dadurch kann ein komplett in Silizium-Technologie hergestellter Mikrolautsprecher realisiert werden.
Auf den Laborergebnissen aufbauend wurde ein erstes akku-betriebenes Demosystem für die Im-Ohr Wiedergabe realisiert. Damit ließen sich Schalldrücke größer 100 dB und vielversprechende Linearitäten erstmals darstellen. Derzeit wird eine Ansteuerung mit Verstärker entwickelt, die es erlauben soll die Vorteile hinsichtlich der Energieeffizienz und dem Formfaktor für Verwertungskunden in einfacher Weise zugänglich zu machen.
Die auf MEMS-Prozessen beruhende Herstellungstechnologie wurde über das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte VIP+ Projekt „MEMSound“ zwischen 2016 und 2018 erforscht und wesentlich für die Märkte Hearables, Hörgeräte und Smartphones weiterentwickelt sowie patentrechtlich abgesichert.