Klart for en mikrofonrevolusjon - Elektronikknett
SensiBel-mikrofon
Resultatet av årelang, tverrfaglig forskning ved Sintef og intensivt miniatyriseringsarbeid og videreutvikling hos SensiBel: En MEMS-mikrofon med studiokvalitet – på bare 4 x 3 x 2 mm.

Klart for en mikrofonrevolusjon

Basert på teknologi utviklet ved Sintef, har Sensibel tatt frem miniatyriserte, MEMS-baserte mikrofoner med ytelse som kan sammenlignes med de mest avanserte mikrofoner for studiobruk.

Siden oppstarten av SensiBel AS i 2016 har de to tidligere Sintef-forskerne Jakob Vennerød og Matthieu Lacolle samlet et sterkt team rundt seg, som har tatt den nye mikrofonteknologien til en nær forestående kommersialisering. En av dem er tidligere Chipcon-gründer Sverre Dale Moen, som syntes idéen var så spennende at han like godt tok jobben som CEO.

Stillstand i 100 år
– Kondensatormikrofoner har stort sett basert seg på det samme prinsippet i over 100 år, det vil si, man måler endringer i kapasitiv verdi på en plate som svinger. For rundt 15 år siden var MEMS-teknologien moden og gjorde det mulig å miniatyrisere mikrofonene – som fortsatt er kapasitive, bare mindre, forklarer Dale Moen. Imidlertid har MEMS-mikrofonene, som i løpet av disse årene både har tatt over og utvidet volummarkedet, sine begrensninger.

Lyd!
– Det har vært en voldsom utvikling på bilde- og videoteknologi. Nå står lyden for tur, mener Dale Moen. Lyd har plutselig blitt mye viktigere, med økt bruk av talestyring og lydgjenkjenning i forbruker- og industriprodukter. Én parameter er spesielt viktig; nemlig et høyt signal/støyforhold (SNR). Det betyr at mikrofonen bør produsere svært lite egenstøy.  En typisk kapasitiv mikrofon kan ha SNR fra rundt 65 dB, og kanskje opp mot 70 dB for de beste. Til sammenligning har en studiomikrofon SNR på over 80 dB. Hvilket er uoppnåelig for en MEMS-mikrofon. Til nå.

Ingeniørbragd
Hos Sintef jobbet man imidlertid med en alternativ måte: Optisk avlesing. Den baserer seg fortsatt på en membran som beveger seg, men svingningene leses av optisk vha. et billig laserinterferometer. – Den største utfordringen var å få interferometeret inn i en bitteliten MEMS-pakke. Det er en ingeniørbragd, slår Jakob Vennerød fast. MEMS-teknologien kunne tilby store fordeler da den kom, men på bekostning av signal- støyforholdet. Det bremser ytelsen på dagens systemer.

SensiBel-gruppe Åpner nye muligheter for lyd: Et sterkt tverrfaglig team hos SensiBel står bak utviklingen av den optiske MEMS-mikrofonen, som nå kan ta bruk av lydteknologi et langt steg videre, med billige, små mikrofoner med høy følsomhet og lav egenstøy. F.v. Sigbjørn Kolberg, Hans Jørgen Bang, Håkon Sagberg, Tor-Anders Lunder, Matthieu Lacolle og Jakob Vennerød.

Studiokvalitet i billigprodukt
– Nå kan vi lage «studiomikrofon» i MEMS-størrelse, og har allerede en prototype med SNR på 80 dB, avslører Vennerød. Direktør for forretningsutvikling i SensiBel, Stig Torud, kan fortelle at mange potensielle kunder har vært i kontakt med selskapet for å få lov til å måle på mikrofonen. – De har vanskelig for å tro at det er mulig, humrer Torud, som nylig kom hjem med gode nyheter fra elektronikkmessen CES i Las Vegas; – «Alt» var talestyrt!

Lydgjenkjenning i tiden
– Dessuten kan lydgjenkjenning brukes i mange sammenhenger. Våre følsomme mikrofoner til MEMS-  priser åpner i tillegg nye muligheter, fremholder Torud. – Med høyere SNR kan en sette mikrofoner i matriser og måle i mange retninger, og fortsatt opprettholde små dimensjoner. Slike systemer gjør det lettere å oppfange lyd, og hvor den kommer fra, sier han.

Forstå lyd
– Hvis man kombinerer dette med for eksempel kunstig intelligens, er det mulig å lage integrerte lydsystem som kan ”forstå” lyd, og gjenkjenne hendelser, forklarer Torud, som lar oss høre forskjellen på egenstøy/SNR ved å spille av simultane opptak fra henholdsvis en kommersiell 65 dB mems-mikrofon, et titusenkroners kompaktkamera og en SensiBel-mikrofon. Forskjellen var betydelig, selv med det blotte øre.

Henter partnere
I disse dager er mikrofonene ute i tester hos mulige kunder og partnere. – Vi skal videreutvikle produktet selv, men vil gjerne ha med kunder som partnere. Og det er det mange som vil være med på. Det er allerede inngått kontrakt med fabrikken som skal  produsere mikrofonene, forteller Dale Moen, som i midlertid ikke vil si mer om denne avtalen enn at det dreier seg om en «anerkjent MEMS-fabrikk».

SensiBel Stig Torud og Sverre Dale Moen demonstrerer hørbar forskjell mellom SensiBels MEMS-mikrofon og eksisterende løsninger på markedet. I løpet av et års tid skal man ha den første prototypen i riktig størrelse klar, med integrert MEMS; optikk, analog elektronikk og egenutviklet ASIC på plass.

Industrialisering
I den nærmeste tiden skal produktet industrialiseres, det skal utvikles en ASIC-pakke som skal integreres i mikrofonen (for digital utlesing), og det skal hentes inn mer kapital. Dale Moen regner med at man skal ha den første prototypen i riktig formfaktor om cirka ett år.

Langt foran konkurrentene
– Det er selvsagt andre som også har tenkt på en optisk mikrofon. Mange har prøvd, men ikke fått det til. Vi har først og fremst løst utfordringen med å lese bittesmå signaler uten støy, med en patentert metode, sier Dale Moen. – Dette er resultat av et meget tverrfaglig prosjekt, tilføyer Vennerød. – Her kombineres elektronikk, mekanikk/mikromekanikk, optikk og programvare. Og grunnteknologien har en lang historie fra Sintef (siden slutten av 90-tallet, journ. anm.). Det vil kreve tid for eventuelle konkurrenter å bygge en organisasjon som kan håndtere alt dette, mener han. – Der er vi unike – vi har alt innomhus!

Artikkelen er publisert i Elektronikk nr 2/2019. Hele saken kan leses her.

Kommentarer