Silicium in je oor(tje)

Geplaatst op 05 december 2021 om 15:13 uur
Silicium in je oor(tje)
De microspeakers voor draadloze 'oortjes' van Arioso Systems, een spin-off van het Fraunhofer Institute, zijn tot tien keer kleiner dan conventionele microspeakers en zijn volledig gemaakt van silicium. De energiezuinige Mems-luidsprekers, nu nog prototypes, kunnen extra functies mogelijk maken voor oortjes, zoals simultaanvertalingen en gezondheidsbewaking. Dit dankzij een innovatief geluidstransducerprincipe dat het membraan, het centrale element van een conventionele luidspreker, overbodig maakt.

Draadloze in-ear hoofdtelefoons zijn trendy en zijn de perfecte metgezel als je onderweg bent. Ze zijn echter nog steeds relatief groot en veel componenten trekken de batterij snel leeg, waardoor internetconnectiviteit, betalingsfuncties en andere slimme functies worden beperkt. Intelligente functies vereisen veel rekenkracht en dus veel ruimte en elektriciteit. De speakers die momenteel beschikbaar zijn zijn te groot. De meest omvangrijke componenten van nieuwere, draadloze oortelefoons zijn de batterij en microspeaker. De microspeakers van Arioso Systems daarentegen meten slechts 10 tot 20 mm2, waardoor ze ideaal zijn voor toekomstige hearables-toepassingen, zoals simultaanvertaling, betalingsfuncties en andere spraakgebaseerde internetdiensten.

 

Sound-on-a-chip

In tegenstelling tot conventionele luidsprekers en de weinige andere micro-elektromechanische systeem (Mems) luidsprekers die er zijn, bevatten de luidsprekers van Arioso geen membraan of magneten, maar zijn ze volledig gemaakt van silicium. Ze kunnen kosteneffectief in massaproductie worden geproduceerd met behulp van standaard CMOS-processen, waardoor ze gemakkelijk op te schalen zijn voor de massamarkt.

 

Ze gebruiken een nieuw, energiezuinig geluidstransducerprincipe op basis van Nanoscopic Electrostatic Drive (Ned)-technologie, ontwikkeld door Holger Conrad - een van de oprichters van Arioso Systems. Het membraan is vervangen door een groot aantal dunne buigbundels van elk 20 μm in de siliciumchip. Door openingen aan de boven- en onderkant van de chip ontsnapt lucht uit de kamers en stroomt in de kamers waar elektrostatische actuatoren bewegen. Het aanleggen van een audiosignaalspanning zorgt ervoor dat deze Ned-actuatoren buigen. De trillingen worden dan als geluid gehoord. "De lamelachtige buigbundels bewegen naar elkaar toe en duwen de lucht aan de boven- en onderkant naar buiten, waardoor drukschommelingen in het oor hoorbaar zijn. In principe wordt het trommelvlies direct bewogen zoals bij een luchtpomp", legt CFO Jan Blochwitz-Nimoth uit.

 

Omdat de componenten direct in de siliciumchip kunnen worden geïntegreerd, nemen ze weinig ruimte in beslag en zijn ze veel energiezuiniger dan conventionele luidsprekers, waardoor de levensduur van de batterij met enkele uren wordt verlengd. "Het geluid wordt gegenereerd in de siliciumchip. Het feit dat er geen buitenste bewegende delen zoals membranen zijn, maakt ruimte vrij en vermindert het aantal montagestappen in het productieproces", zegt CEO Hermann Schenk. "De dunne lamellen in de chip worden bewogen door een elektrische spanning aan te leggen. Dit genereert een geluidsdrukniveau van ongeveer 120 dB met een optimale geluidskwaliteit over een chipoppervlak van slechts 10 mm²." 

 

Het innovatieve geluidstransducerprincipe is ook geschikt voor gebruik in hoortoestellen.
 
© Engineersonline.nl