Wie Temperaturänderungen Mikrofone beeinflussen

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Weil sie klein sind und gute elektroakustische Eigenschaften aufweisen, gehören MEMS-Mikrofone zum Standard in Technikgeräten. Sie sind unter anderem in Smartphones, Hörgeräten oder Headsets verbaut. Damit das Noise Cancelling, also die Unterdrückung von Störgeräuschen darin, funktioniert, dürfen die Empfindlichkeiten der Mikrofone in einem Gerät nicht mehr als +/- 1 Dezibel Volt voneinander abweichen. Zu Streuungen der Empfindlichkeit der MEMS-Mikrofone kommt es unter anderem bei Änderungen der Umgebungstemperatur.

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Vergleich der Temperaturhysterese mit Experiment und Simulation

Im Forschungsprojekt SimuSens untersuchen Hanna Ebbinghaus und Prof. Dr. Gregor Feiertag von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik mithilfe eines Experiments und einer Simulation die Temperaturhysterese von MEMS-Mikrofonen. Das ist die Zeit, die es dauert, bis die Empfindlichkeit der Mikrofone nach einer Temperaturänderung wieder den Ursprungswert erreicht. Die Ergebnisse von Experiment und Simulation wurden miteinander verglichen. Somit konnten Rückschlüsse auf die Qualität der Simulation gezogen werden, die mit der Open-Source-Software Code_Aster durchgeführt wurde.

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Vergleich von Messung und Simulation der Empfindlichkeiten von MEMS-Mikrofonen bei Temperaturänderungen (Grafik: Hanna Ebbinghaus)

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Bei der experimentellen Untersuchung bestimmte das Team zunächst die Empfindlichkeit von zehn Versuchsmikrofonen bei Raumtemperatur. Anschließend kamen diese für eine Stunde bei 90 Grad Celsius in den Ofen und dann zurück in die Ursprungsumgebung. Die Empfindlichkeit der Mikrofone wurde in unterschiedlichen Zeitabständen gemessen. Vor allem bei den späteren Zeitpunkten zeigt die Simulation gute Übereinstimmungen mit den Messergebnissen. Die Software Code_Aster hat sich damit bewährt und kann künftig für thermische Untersuchungen von MEMS-Mikrofonen eingesetzt werden.

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Lea Knobloch