Mikrofon ohne Membran

Ein Jungforscher an der TU Wien hat ein System entwickelt, in dem Schallwellen mit Hilfe von Laserstrahlen aufgenommen werden.

Mikrofon ohne Membran
Mikrofon ohne Membran
(c) TU Wien

Laser an Stelle einer mechanischen Membran. Diese Formel könnte für akustische Aufnahmegeräte eine neue – revolutionäre – Technologie einleiten. Davon sind zumindest Balthasar Fischer und sein Doktoratsbetreuer Ernst Wintner vom Institut für Photonik der Technischen Universität Wien überzeugt. „Fischers Mikrofon stellt eine Weltneuheit dar“, sagt Wintner euphorisch.

Ton und Tonwiedergabe bestimmten das bisherige Leben des Schweizer Nachwuchsforschers. Balthasar Fischer verschrieb sich vorerst der Musik, genauer: dem Klavier. Seine erste Station nach der humanistischen Matura war das Berkeley College of Musik in Boston, USA. Zurück in der Schweiz absolvierte er dann – auf den Spuren seines Vaters, eines Physikers – ein Physikstudium in Freiburg, dann aber wechselte er an die Musikuniversität Wien, wo er eine Ausbildung zum Tonmeister absolvierte.

Musik, Physik, Tonmeister – die Neugier Fischers war geweckt, er verband seine beiden Spezialgebiete: Wie können Tonaufnahmen noch besser, vor allem ohne störende Nebengeräusche erfolgen? Er entwarf ein Mikrofon, das Druckschwankungen der Luft, also Schall, mit Hilfe eines Laserstrahls in eine elektrische Spannung umsetzt. Damit ersparte er sich die schwingende Membran.

Bei herkömmlichen Mikrofonen wird die mechanische Bewegung der Membran, auf die die Schallwellen treffen, in elektrische Schwingungen umgewandelt. Fischer: „Das Problem dabei ist: Ich erhalte zum Schalldruck auch häufig einen Körperschall, es werden unwillkommene Schwingungen mitübertragen.“ Das sind Vibrationen jeder Art, hervorgerufen beispielsweise durch Schritte oder eine vorbeifahrende U-Bahn. Hinzu kommen Luftströmungen oder auch Windböen. In Tonstudios wird oft großer Aufwand betrieben, um die Mikrofone von störenden Schwingungen zu isolieren. Die Lösung könnte in einem Mikrofon ohne bestimmte störende mechanische Elemente – wie eben die Membran – bestehen.

Nachdem die Idee geboren war, ging es fast Schlag auf Schlag. Fischer konnte an der TU Wien ein Forschungsprojekt beginnen, von 2007 bis 2010 erhielt er für sein Projekt „MEOS – Mikro-elektro-optisches System“ eine FFG-Förderung. Im Juni 2007 meldete er sein erstes Patent an „(Electroacoustic Transducer“), gleichzeitig fand er in der Wiener Firma NXP Sound Solutions, einer Phillips-Tochter, eine Förderquelle.

Fischers volloptisches Mikrofon besitzt nun keinerlei bewegte mechanische Teile mehr und ist somit weniger störungsanfällig. Grundausstattung des Mikrofons sind eine winzige Laserdiode und zwei Spiegel. Der Laserstrahl wird in den Raum zwischen den Spiegeln gelenkt und dort hin- und herreflektiert. Der lokale Über- bzw. Unterdruck in den Schallwellen verzögert bzw. beschleunigt das Licht und verändert dadurch dessen Wellenlänge – der Lichtstrom wird also durch den Schall moduliert. Diese – geringfügige – Änderung des Lichtsignals wird schließlich aufgenommen und abgespeichert.

Die ersten Erfolge stellten sich ein: Im Juni 2010 wurde die Dissertation approbiert, im Juli setzte er die Forschungsarbeiten als Post-Doc fort, im Dezember wurde ihm der renommierte Dr. Ernst Fehrer-Preis für angewandte Forschung zuerkannt. Aber noch ist Balthasar Fischer nicht am Ende seines Projekts: Sein Mikrofon, das derzeit etwa zwei Zentimeter im Durchmesser misst, muss auf eine Größe für eine massentaugliche Produktion (etwa in Mobiltelefonen) reduziert werden. Der Jungforscher aus der Schweiz, der seit 2001 in Wien lebt, ist überzeugt, dass dies bald gelingen wird.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 23.01.2011)

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