slashCAM Forum

Die Anwendung der MEMS-Technik (Microelectromechanical System) bei Mikrofonen hat zur Entwicklung sehr kleiner und sehr leistungsfähiger Mikrofone geführt. In MEMS-Mikrofonen kommen Akustiksensoren zum Einsatz, die mit Silizium-Wafern und weitreichend automatisierten Prozessen auf Halbleiter-Produktionslinien hergestellt werden. Auf einen Silizium-Wafer werden zunächst Schichten aus unterschiedlichen Materialien abgeschieden. Anschließend wird nicht benötigtes Material durch Ätzen entfernt.
Auf diese Weise entstehen eine bewegliche Membran und eine starre Rückwand über einem Hohlraum im Wafer. Bei der Rückwand des Sensors handelt es sich um eine starre Struktur, die dank ihrer Perforation leicht von Luft durchströmt werden kann. Die Membran dagegen ist eine zwar dünne, aber massive Struktur, die sich unter dem Einfluss der von den Schallwellen verursachten Luftdruckänderungen durchbiegt.
Während sich die Membran durchbiegt, bewegt sich die dickere Rückwand nicht, da die Luft durch ihre Öffnungen strömen kann. Die Bewegungen der Membran haben zur Folge, dass sich die Kapazität zwischen ihr und der Rückwand ändert. Diese Kapazitätsänderung wird von dem in das Mikrofon eingebauten ASIC in ein elektrisches digitales/analoges Signal verwandelt.

In der Vergangenheit war der Rauschabstand und der Frequensverlauf noch ein Problem, aber ein neues MEMS das mir in ca. 4 Wochen geliefert wird, besitzt da schon echt gute HiFi Werte:

Einsatztemperaturen (Aufnahmebereitschaft): -40 bis +85 Grad, Kugelcharakter
• Ultra-High 75 dBA SNR
• −32 dBV Differential Sensitivity, −38 dBV SingleEnded Sensitivity
• ±1.5 dB Sensitivity Tolerance
• 4.85 × 3.82 × 3.5 mm Surface-Mount Package
• Non-Inverted Signal Output
• Extended Frequency Response from 20 Hz to 20 kHz
• Enhanced RF Performance
• 295 µA Current Consumption
• 125 dB SPL Acoustic Overload Point
• −77 dBV PSR

Ich glaube, diese MEMS werden immer besser (keine träge Membranmasse) und würden auch beim Film eine gute Figur machen, als völlig unsichtbares Mikrofon.

...als völlig unsichtbares Mikrofon.

Schön. Und wie erfolgt die Übertragung zum Aufnahmegerät/Camcorder?

Und wie erfolgt die Übertragung zum Aufnahmegerät/Camcorder?

1,2mm dickes Kabel?

Ich sehe den Vorteil auch eher am Klang/Impulsfestigkeit. Wir reden über fast keine Membranmasse und so kleine Abmessungen, das es schon Probleme mit den Bass gibt. Das bestellte HIFI Mems ist deshalb auch schon als groß zu bezeichnen, daher fällt auch erst unter 15 Hz der Bass stark ab.
Für mich ist das auch alles Neuland, ich musste zu dem MEMS auch ein Stereomikroskop bestellen, sonst kann ich nicht die 0.1 breiten Anschlüsse anlöten. Die Lötzeit darf nicht länger als 0.5 Sekunden betragen, sonst verzieht sich die Membran und der Klang leidet.

P.S.
Der Vertrieb hat sich bei mir gemeldet. Das MEMS was ich bald teste geht nicht nur bis 20kHz, sondern wird auch demnächst auch in Profi Fledermausanzeigen eingesetzt, der Frequenzbereich geht bis 160 kHz.

Interessante Zeiten

Sehr interessante Technik .... und ich wußte gar nicht daß BOSCH sich mit Audio beschäftigt!
Rüssel, bitte halt uns weiter am laufenden!

Danke + Grüße,
Auf Achse

Noch ein paar Infos über MEMS Mikrofonkapseln (ich weiß gar nicht ob sie so genannt werden).

Hersteller sind zur Zeit folgende Firmen: Knowles, Goertek, AAC, ST Microelectronics, BSE, NeoMEMS, Hosiden, Sanico Electronics, Bosch (Akustica), MEMSensing, Invensense, Cirrus Logic, Gettop, TDK, 3S

Es gibt sie in zwei Arten: Analog (mehr oder weniger wie eine herkömmliche Elektredkapsel) und Digital ohne eigenen Codec.

Sie werden seit ein paar Jahren ganz stark in der Medizin, Automotive, Unterhaltungselektronik (z.B. Alexa) und Industrie eingesetzt.

Hier ist ein aktueller Report: https://www.reportsmonitor.com/request_sample/834566 (Global MEMS Microphone Market Report 2020)
der Bedarf scheint auch so groß zu sein, weil man mit mehreren MEMS leicht eine gewünschte Richtcharakteristik herstellen kann.Von Kugel bis Doppelkeule ist alles möglich. Die Preisgestaltung für Endkunden wie mich ist aber etwas seltsam: 1 Stück für 80 EUR, nehme ich 100.000 gibt es die für unter 2 Euro/Stück.

Ich konnte im Netz nur einen Japaner finden, der mit HIFI MEMS experimentiert. Habe nun Kontakt per mail mit ihm, was nicht leicht ist.....wir beide sind keine Englischkanonen.
Er berichtete aus seiner Praxis, von 10 handgelöteten MEMS funktionierten danach nur noch 2. Und auch erst nach 24 Stunden, davor war der klang muffig oder pfeifte, die Membran musste erst wieder entspannen. Dann allerdings soll der Klang für alles entschädigen. Die Höhen ab 5K sollen traumhaft klingen.
Ich vermute allerdings, er lötet zu heiß. Zwar nimmt er ein 15W SMD Lötkolben, aber auch Alulot wie auch die EU seit Jahren vorschreibt. Darauf habe ich teure Silberlotpaste bestellt, das ergibt eine feste Verbindung schon mit ca. 180 Grad, das andere EU Lot erst ab 350 Grad.

Meine 22 Muster (passen locker auf eine Briefmarke) wurden gerade von GRAND PRAIRIE in Texas mit FedEx Dokumentenservice abgeschickt, sollen angeblich schon Montag ausgeliefert werden. Kann mir das gar nicht vorstellen, die anderen Kapseln hängen manchmal 2 Wochen im Zoll fest.

Wahnsinn ... total interessant, danke für deine Infos!

A propos EU und Lötzinn. Vor etwa 10 Jahren wurde das Blei im Lötzinn verboten, bleifreies Lot ist aber wirklich superscheisse zum Löten. Ich hab mal kurz nachgerechnet und mir einen Lebensvorrat an bösem aber fein lötbarem Lötzinn auf Lager gelegt :-)

Grüße,
Auf Achse

ich wußte gar nicht daß BOSCH sich mit Audio beschäftigt!

Ja, die Zukunft der Autos besitzen wohl viele Mikrofone. das Videobeispiel oben ist schon wieder alt, die Firma Acustica wurde 2017 von Bosch abgewickelt wie ich gelesen habe, man war nur an die Technologie interessiert. Was damals als HighEnd MEMS dort gezeigt wurde, besaß gerade 64 dB Rauschabstand. Nun sind wir bei 75 dB, je 6dB ist eine Verdopplung!

Lebensvorrat an bösem aber fein lötbarem Lötzinn auf Lager gelegt

Ja, das funktionierte am besten und war billig.

Welche Herausforderungen sich bei der Fertigung von MEMS ergeben

Obwohl die Maschinen und Anlagen der MEMS- und der Chip-Hersteller identisch sind, lassen sich diese nicht für beides nutzen. "Bei der Fertigung von MEMS gibt es keine Standardprozesse wie in der Elektronikfertigung", berichtet Dudde. Jedes Bauelement erfordert einen spezifisch angepassten Prozess. "Das erschwert die Übertragbarkeit und führt dazu, dass das Wachstum weniger dynamisch ist als in der Mikroelektronik", so Dudde.

https://www.produktion.de/trends-innova ... n-341.html

Bild unten: Erste MEMS Mikrofone für den Heimwerker um 100 Euro.... das gute......sie sind von Grund auf symmetrisch, sie benötigen nur noch einen Spannungswandler von 48V auf 3.3V. Betreibt man sie über einen Klinkenstecker, geht auch an einer Phase, verliert man 6 dB Empfindlichkeit.

Noch nie davon gehört / gelesen. Bin gespannt wann das an die breite Öffentlichkeit kommt bzw. in die Läden.
Und offensichtlich schon in leistbaren Preisregionen!

Grüße,
Auf Achse

Es sind offensichtlich Bauteile, die zu allem Möglichen eingesetzt werden können, nicht nur zur Schallwandlung. Beispielsweise auch als Sensoren zur Positionsbestimmung. Das heißt dann wahrscheinlich auch, dass Abhöraktionen jeglicher Art kein Problem mehr sind. Wird ja heute schon oft bemängelt, wegen Alexa und Co. Aber zukünftig haben vielleicht sogar ein Autositz oder eine automatische Tür Ohren. ;)

Wie schon geschrieben, es gibt nun erste GUTE Mems Mikrofone auf den Markt. Also welche die ich ernst nehmen kann: guter Rauschabstand, gute Empfindlichkeit, weiter Frequenzgang im Bass und auch eine weite Dynamik. Problem heute noch, sie sind unkorrigiert, der Frequenzgang läuft ab einigen kHz immer weiter an...... teilweise sind wir dann bei 20kHz +16 dB. Deshalb hören sie sich wahrscheinlich auch Roh etwas spitz im klang an, ich werde es wohl hoffentlich demnächst selber hören können.....und korrigieren können.

ich wette fast, die nächste BMPCC 8K hat 2 MEMS.......

ruessel hat geschrieben: ↑Fr 14 Feb, 2020 09:32 Problem heute noch, sie sind unkorrigiert, der Frequenzgang läuft ab einigen kHz immer weiter an...... teilweise sind wir dann bei 20kHz +16 dB. Deshalb hören sie sich wahrscheinlich auch Roh etwas spitz im klang an, ich werde es wohl hoffentlich demnächst selber hören können.....und korrigieren können.

Ist wie bei den LED Lichtern nur eine Frage von ein paar Jahren bis solche Eigenheiten wegkorrigiert sein werden.

Auf Achse

Es ist vielleicht sogar besser es später zu korrigieren, dass Rauschen wird dann auch nochmals weiter abgesenkt. Ist wie beim Sensor in RAW, möglichst auch die Bildschatten noch mit Details bekommen......

Digital geht noch viel mehr..... Echo entfernen, von Kugel auf Keule umschalter etc...... das ist die Zukunft in Audioaufnahmen.

Acustik MEMS gehen auch anders herum:

Unter einer omnidirektionalen Richtcharakteristik versteht man bei einem Mikrofon in der Regel eine perfekte Kugelform in allen drei Dimensionen. Ein Mikrofon mit dem kleinsten Durchmesser ergibt die beste omnidirektionale Charakteristik bei hohen Frequenzen. Dies ist der Grund dafür, dass MEMS-Mikrofone die perfektesten omnidirektionalen Mikrofone der Welt sind. Darüber hinaus können mehrere MEMS-Mikrofone zu Arrays kombiniert werden, um genau definierte Richtcharakteristiken zu realisieren.



Die Signale mehrere Mikrofone werden aufbereitet, um die Empfindlichkeit entlang der X-Achse zu formen. Die Aufbereitung erfolgt dabei unter Ausnutzung der Phasenbeziehung der entlang der X-Achse eintreffenden Wellen.

Dank der kleinen Abmessungen können Forscher problemlos ganze Mikrofon-Arrays in Wänden, Schreibtischen oder sprach-fähigen Geräten im automatisierten Haus installieren. Kombiniert mit ausgewählten Signalverarbeitungs-Technologien ermöglicht dies die Identifikation und Erfassung eines einzelnen Sprechers, auch wenn sich dieser in mehreren Metern Entfernung befindet und der Raum von anderen Stimmen und Musik erfüllt ist.
Zwar werden diese aus der Ferne besprechbaren Sprachinteraktions-Systeme die Art und Weise, wie die Menschen mit der Technik umgehend, nicht dramatisch verändern. Eine entscheidende Verbesserung werden sie aber für jene Menschen bringen, die beispielsweise durch hohes Alter oder körperliche Behinderungen in ihrer Bewegung eingeschränkt sind. Abgesehen vom häuslichen Umfeld können diese Systeme auch in der Robotertechnik sowie in Telepräsenz-, Überwachungs- und industriellen Automationssystemen zum Einsatz kommen.

ruessel hat geschrieben: ↑Mi 12 Feb, 2020 14:41 Für mich ist das auch alles Neuland, ich musste zu dem MEMS auch ein Stereomikroskop bestellen, sonst kann ich nicht die 0.1 breiten Anschlüsse anlöten.

Der normale physiologische Tremor der Hand muss unter dem Stereomikroskop an der Lötkolbenspitze ja deutlich störend wirken.
Wie beruhigst du denn diese Wackelei?

Alkohol.

Die ersten Muster MÜSSEN von mir von Hand gelötet werden. Ich muss selber hören ob ich da wegen dem Klang investiere. Ich müsste in einen IR Flow Ofen investieren und Platinen mit SMD Schablone herstellen lassen. Eine kleine Trägerplatine, die nur den MEMS aufnimmt und Löcher für Befestigungsschrauben hat.

An jeden Tag kommt ein neues MEMS mit genialen neuen Möglichkeiten auf dem Markt



Ich träume nun von einer Heimstation, nicht größer als ein üblicher 3D Drucker, um eigene Mems herstellen zu können ;-)

ruessel hat geschrieben: ↑Sa 15 Feb, 2020 09:20 Die ersten Muster MÜSSEN von mir von Hand gelötet werden. Ich muss selber hören ob ich da wegen dem Klang investiere. Ich müsste in einen IR Flow Ofen investieren und Platinen mit SMD Schablone herstellen lassen. Eine kleine Trägerplatine, die nur den MEMS aufnimmt und Löcher für Befestigungsschrauben hat.

SMD Platinen von Hand bestücken ist kein Spaß. Ich hatte als jugendlicher bei meinem Vater in der Firma als Ferienjob ein paar mal gearbeitet und noch konventionelle Platinen bestückt und gelötet. Für die SMD Platinen und Bauteile hatten die so eine kleine Straße. Da wurden die Platinen automatisch bestückt und fuhren auf einem Band durch den Ofen. Wenn Du mal soweit bist etwas funktionierendes zu haben, würde ich mal bei kleinen Unternehmen in der Region nachfragen, ob die in Komission für Dich Kleinserien bestücken und löten können. Ist sicher teurer als selber machen, aber spart eine Menge Nerven und Ausschuss. Weiss nur nicht ob es sowas noch gibt. Auch viele Kleinunternehmen haben ja mittlerweile die Produktion ins Ausland verlagert.

VG

SMD Platinen von Hand bestücken ist kein Spaß.

Sag ich ja. Nur jetzt gleich Geld in die Hand nehmen und einen vierstelligen Betrag in IR Ofen etc. investieren - ohne zu wissen ob ich mit dem heutigen HigEnd MEMs was anfangen kann....... Aber irgendwie traue ich mir zu, ein Stereopärchen MEMS zum laufen zu bekommen. Habe nun in China neustes Lot bestellt, schmilzt schon ab 120 Grad. Damit dürfte Überhitzung nicht mehr das Problem werden, eher die ruhige Hand.

Nur die Neugier einer extrem kleinen Membran ist groß. Vor Jahren habe ich bei einem befreundeten Unternehmen statt ihrer Infrarotwellenlängen einfach die Masse der Schallwellen eingeben lassen. Nach stundenlangen Rechnen ist eine zerklüftete Platte entstanden (sah wie ein kleines Kunstwerk aus), die als mechanischer Equalizer funktioniert. Leider war in der Praxis kaum was davon zu merken, eine 10mm Mikrofonmembran ist einfach zu groß um einen Punkt darzustellen, es kamen noch zuviele "falsche" Schallwellen an. Jetzt mit dem MEMS kann man da wieder ansetzen, um z.B. die Ohrwurmkapsel dem Kultmikrofon U47 im Klang mechanisch nachzuahmen..... nur mal so eine Idee.

Meine MEMS sind tatsächlich schon in meiner Stadt und werden morgen ausgeliefert, ganz ohne Zoll. FedEX Dokumentenservice.

Ich bin schon fleissig am Drucken, eine Jeklinscheibe mit Kugeln und trotzdem einer Schallabschattung nach hinten.

ruessel hat geschrieben: ↑So 16 Feb, 2020 11:01 Damit dürfte Überhitzung nicht mehr das Problem werden, eher die ruhige Hand.

Aber so viel Zielwasser kannst du gar nicht zu dir nehmen, dass die Lötkolbenspitze im Mikroskop nicht mehr zittert.
Die Lösung ist m.E eine Abstützung, wie sie auch Miniaturmaler mit feinsten Pinseln verwendet haben, also in deinem Fall Abstützung über eine provisorische hitzbeständige Leiste ganz nahe der Lötkolbenspitze.

wir werden sehen..... ich mache ein Foto von meinem Versuch.....

Rüssel, ich find voll cool (oder "leiwand wie man in Wien sagt) was du immer so alles forschst!

Gutes Gelingen und vor allem viel Spaß dabei,
Auf Achse

Sie sind gerade frisch aus Texas eingetroffen......
Wie man sieht, werden auch kleine Stückzahlen in Gurten geliefert...... die Show kann morgen beginnen.

Ich bin so stolz auf mich!
nach 10 Minuten war es vorbei, die Leitungen sind fest. Pro Lötpunkt garantiert unter 1 Sekunde, also zu heiß kann es nicht geworden sein.
Ich muss tatsächlich beim löten die Luft anhalten, sonst wackelt die Hand. Ist nicht besonders schön geworden, aber war auch das erste mal.

Wie gehts weiter?
Nun muss das Problem der Ansteuerelektronik gelöst werden. Ich werde erstmal die einfache Variante mit 50% Tonverlust realisieren. Ich benutze also erst einmal die unsymmetrische Seite des Chips, daher 50% Verlust der Empfindlichkeit oder anders ausgedrückt: satte 6dB weniger Pegel.

Das MEMS ist sehr Nierderohmig und erschwert den Auskoppelkondensator. Er verhindert das die PlugInPower (meist 2-3V) in den Chip hineingelangt und die Elektronik zerstört. Leider muss bei einem Niederohmigen Ausgang der Wert des Kondensators sehr hoch sein. Dazu kommt noch, das ein angeschlossener Soundrekorder im Eingang auch meist Entkoppelkondensatoren besitzt, leider addieren sich beide Werte nicht zusammen, sondern "halbieren sich".
Je tiefer die Auskoppelfrequenz ist, desto höher muss der Kondensatorwert sein. Dieses MEMS soll ja noch bei 15 Hz voll aktiv sein, hier sind dann schon 10 uF angesagt plus Reserve für den angeschlossenen Rekorder.
Firmen wie Rode, Sennheiser etc. benutzen dann gerne Elko Kondensatoren, sind billig, gibt es in großen Werten und kleinen Abmessungen. Leider "klingen" sie auch nicht wirklich und altern schnell.
Da ich machen kann was ich will, habe ich mich zu speziellen Audiokondensatoren hinreißen lassen. Sie werden zwar nicht bei Mondschein von einer Jungfrau handgewickelt, aber sind trotzdem aufwendig hergestellt und kommen aus Japan mit einer sehr engen Toleranz. Hat natürlich seinen Preis, aber bei über 100 kHz Höhen des Mems werde ich nur das Beste für den ersten Test einsetzen.
ich bräuchte nun noch eine Elektronik die aus 48V Phantomspannung eine stabile und gesiebte 3.3V Versorgungsspannung erzeugt. Hier mache ich es mir einfach und fahre gleich nach Conrad um ein 3V Batteriekasten für den ersten Test zu erwerben...... Mahlzeit.

ich bin gespannt....😀
Coole Geschichte das.
LG

Mal so und die Runde gefragt, welcher Rekorder kann noch 80 kHz aufzeichnen? Welches Dateiformat?

Habe gerade das MEMS mit einer Krawattennadel an dem Interviewer - Herrn Dracula, befestigt und Pegel ein. Immer voller Ausschlag im Display des Rekorders....aber die Stimme ist zu leise. Da sehe ich das TonProblem, eine kleine Schar Fledermäuse kreist in 400 Meter Entfernung um uns herum......... ;-)

ähhhmmmmm......... laut Specs, funzt mein ZOOM F8 genau bis 80 kHz (-1 dB), muss nur auf 192 kHz aufzeichnen. Na, geht doch!
Endlich ist diese Lücke dank MEMS nun endlich auch Praxisgerecht geschlossen.

Ja, es funzt!
Der allererste Versuch von mir, es kommt ein sauberes Signal aus dem MEMS ohne brummen oder pfeiffen. Allerdings möchte ich mich noch zu keiner Beurteilung hinreißen lassen. Der Koppelkondensator ist ein normaler 4,7 uF von Wima, Industriestandartware- lag hier rum. Ich habe den MEMS gegen eine Ohrwurmkapsel (Grün) laufen lassen, den Pegelunterschied kann man am Bild erahnen. Wie schon geschrieben läuft der MEMS noch mit halber Kraft, unsymmetrisch.
Ich warte nun die Lieferung meiner Japan Kondensatoren ab - denn letztlich ist dieses Bauteil das einzigste was zwischen MEMS und Rekorder liegt, daher darf es ruhig von guter Qualität sein, soll morgen eintreffen. Auch werde ich ein zweites MEMS verlöten, denn was sind Demoaufnahmen nur in Mono? Richtig, unschön.


Der schwarze Pfeil im Foto zeigt den MEMS.

Super interessant Ruessel! Ich bin gespannt auf eine audio datei (kann man sowas hier hochladen?)