Der Glasfaser-Schallwandler

Mikrofone für extreme Umgebungen

Mikrofone gibt es seit dem Beginn der Elektrotechnik und Elektronik. Sie wandeln Schall in elektrische Signale um und sind deshalb normalerweise auch anfällig für elektrische und magnetische Störungen. Auch metallische Kabel sind üblicherweise unvermeidlich, um sie anzuschließen. Eine neue Technik arbeitet dagegen rein optisch.

Langeweile? Zu hohe Gewinne? Wozu entwickelt ein Unternehmen, dessen bisherige Produkte anerkannt sind und an denen es gut verdient, zusätzlich noch eine komplett neuartige Mikrofontechnik? Sennheiser in Wedemark wollte einige Bereiche abdecken, in denen normale Studiomikrofone Probleme bekommen oder selbst Probleme verursachen.

Für heutige Mikrofone extrem problematische Anwendung: Verständigung mit dem Patienten im Kernspintomografen

So ist in der klassischen Studiotechnik die Störeinstreuung ein regelmäßiges Problem – es brummt oder irgendjemand hat gar ein Handy mitgebracht, das zwar auf Vibrationsalarm eingestellt ist, doch dessen regelmäßige Funkkontakte zur Basisstation als Knattern den Ton versauen. Beim Film wiederum bedeutet der Ruf „Mikro im Bild“ eine Panne, auf die üblicherweise „Schnitt, Aus“ folgt – außer es merkt niemand beim Dreh, bis die missratene Szene nicht mehr wiederholt werden kann – die späteren DVD-Käufer können sich dann in Foren über den Fehler im Dreh austauschen.

Die heute gängigste Mikrofontechnik – das dynamische Mikrofon mit Schwingspule – ist naturgemäß sehr anfällig für Störungen durch magnetische Wechselfelder, wie sie von Netzteilen in Elektronikgeräten ebenso wie Maschinen in Industrieanlagen zwangsläufig erzeugt werden. Doch auch andere Mikrofone werden in der direkten Nähe von Sendern nicht richtig funktionieren, wie beispielsweise Funkgeräte und Schnurlostelefone im Endtest. Außerdem hat jedes normale Mikrofon eine elektrische Zuleitung, die ihrerseits bei Tests zu Problemen führen kann, wenn sie das Feld in EMV-Testumgebungen beeinflusst.

Funktionsprinzip: Zwei Glasfasern sind auf die reflektierende Membran gerichtet und detektieren so deren Bewegung

Das neue Mikrofon arbeitet dagegen optisch: Ein Laserstrahl wird über eine Glasfaser auf die schallempfangende Membran gestrahlt und von dieser in eine zweite Glasfaser reflektiert. Schallwellen führen so zu Intensitätsänderungen des empfangenen Laserstrahls. Um daraus ein elektrisches Signal zu erhalten, ist zwar noch eine weitere Umwandlung des Laserlichts mit einem optischen Empfänger notwendig. Doch der eigentliche Sensor kommt völlig ohne Metallteile aus und kann über die Glasfasern durchaus einige 100 Meter entfernt von der Auswertung positioniert werden. Eine rein optische Übertragung ist so auch in großen Anlagen möglich. Doch auch die akustischen Eigenschaften des neuen Mikrofons sollen besser sein

Da auf die Membran keinerlei mechanische Kräfte einwirken und sie rein optisch abgetastet wird, konnten wir sie wesentlich nachgiebiger und somit empfindlicher machen als bei den bislang üblichen Mikrofonen. Auch die Verspiegelung für die Optik ist nur in einem kleinen Punkt erforderlich.

Prof. Dr. Jürgen Peissig, Manager Technology Projects bei Sennheiser

Eine weitere Applikation für das optische Mikrofon ist die Kommunikation mit den Patienten im Kernspintomograf: Es wird durch die starken Magnetfelder nicht gestört und verfälscht selbst auch nicht das aufgenommene Bild. Ebenso ist es in explosionsgefährdeten Bereichen beispielsweise in der chemischen oder Erdgas verarbeitenden Industrie sowie unter Tage gefragt – oder beim Geheimdienst, weil es durch Metalldetektoren nicht zu finden ist – und eben beim Film, weil es praktisch unsichtbar mitten in den Szenen montiert werden kann, statt per Mikrofonkragen von oben in die Szene gehalten werden zu müssen. Davon gewinnt natürlich auch die Tonqualität.

So könnte ein fast durchsichtiges optisches Studiomikrofon aussehen (Bild: Sennheiser)

Entwickelt wurde das Mikrofon als praxistauglichste von mehreren untersuchten optischen Wandlungsmöglichkeiten in Kooperation mit dem Institut für Mikrotechnik der Universität Braunschweig, dem Laserlaboratorium Göttingen und dem Fraunhoferinstitut für angewandte Optik und Feinmechanik in Jena. Es erhielt den Innovationspreis der deutschen Wirtschaft und kostet beim jetzigen Entwicklungsstand noch etwa 2000 Euro. Der Einsatz wird sich also in naher Zukunft auf spezielle Einsatzfelder beschränken, ist aber nicht völlig unbezahlbar.

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