Vom Brachialexperiment zum Lasermikrofon

20. April 2014, 12:20
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Das Wiener Start-up Xarion entwickelt optische Mikrofone, die Schall per Laser in elektronische Signale verwandeln

Wien - Am Beginn stand ein "Brachialaufbau", ein Experiment für die Dissertation an der TU Wien, das mit einer 300-Euro-Förderung finanziert wurde, erinnert sich Balthasar Fischer. Um zu beweisen, dass das Konzept eines optischen Mikrofons funktioniert, montierte er Spiegel, einen modifizierten Laserpointer und ein Rohr aus dem Baumarkt zu einer mehr als tischgroßen Apparatur. Und tatsächlich: Ein großes Wumm aus dem Lautsprecher, das Oszilloskop schlug aus, es war bewiesen: Man kann ein Mikrofon bauen, das anstelle einer beweglichen Membran einen Laserstrahl verwendet. Schon damals als Student meldete er ein entsprechendes Patent an.

Fischer, gebürtiger Schweizer, hatte vor seiner Dissertation in Physik Tontechnik an der Universität für angewandte Kunst in Wien studiert, davor ein Jahr Jazzklavier in Boston. Heute, Jahre nach seiner Uni-Arbeit, ist er dabei, das optische Mikrofon gemeinsam mit seinem Gründungskollegen Leonhardt Bauer im Wiener Start-up Xarion zur Serienreife zu führen. Noch heuer soll FiberOS, ein optisches Mikrofon für Messtechniker auf den Markt kommen. MicrOS für Anwendungen in der Unterhaltungselektronik soll in zwei bis drei Jahren folgen.

Aus dem improvisierten Versuch an der TU Wien ist mittlerweile ein wenige Millimeter großes Hightech-Instrument geworden. Zuerst fand die Entwicklung noch an einem Wiener Standort von Philips statt. Nach dessen Umstrukturierung versuchte es Fischer mit seinem Start-up auf eigene Faust - unterstützt von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG und dem Seedfinancing des Austria Wirtschaftsservice (AWS).

Licht statt Membrane

Die Technik unterscheidet sich grundlegend von jener konventioneller Mikrofone. Diese basieren auf sehr dünnen Materialien, Membranen, die mit den Schallwellen mitschwingen, um sie in elektronische Signale zu verwandeln. In den optischen Mikrofonen "bewegt sich gar nichts", erklärt Fischer. Ein Laserstrahl durchkreuzt hier ein wenige Millimeter großes Schallfeld und wird von Spiegeln reflektiert. "Je nach Eigenschaft des Mediums verändert das Licht seine Eigenschaften."

Die eintreffenden Schallwellen, die den Luftdruck beeinflussen, wirken sich somit auch auf die Wellenlänge des Lasers aus. Diese Veränderungen werden gemessen, eine Photodiode macht wiederum Spannung daraus, erklärt Fischer. "Der Clou ist, dass wir das Schallfeld berührungslos abtasten und es nicht beeinflussen, wie das bei einer Membran der Fall ist." Die Beeinflussung des Tons durch das Mikrofon selbst entfällt genauso wie die Beeinträchtigung der Membranschwingung durch Regen oder Wind.

Die Anwendungsbereiche der Profi-Mikrofone sind vielfältig und reichen von Waschmaschinenprodukttests bis zu Schallmessungen im Flugzeugbau, sagt Fischer. Vor allem könne die Technik überall dort zum Einsatz kommen, "wo es unangenehm ist zu messen", also wo elektromagnetische oder radioaktive Strahlung, Schmutz, Wasser, Gas oder Umgebungslärm konventionelle Geräte stören.

In der Geologie, bei der per Ultraschall nach Bodenschätzen gesucht wird, wäre das optische Mikrofon genauso einsetzbar wie in der Medizintechnik. Fischer erhofft sich etwa ein Anwendungsgebiet in der sogenannten fotoakustischen Tomografie, bei der Laserimpulse Gewebe zum Schwingen bringen. Die resultierenden Ultraschallwellen können mit den Mikrofonen erfasst werden.

Auch im Teilchenbeschleuniger am Cern werden die optischen Mikrofone getestet, um Protonen, die ihre Zirkulationsbahn verlassen und sich in einem Knall entladen, anzuzeigen. Herkömmliche Kabel haben bei den Interferenzen in diesem Umfeld keine Chance. Die Information des optischen Mikrofons, die per Glasfaserkabel weitergegeben wird, komme aber unbeschadet an, sagt Fischer.

Freisprechen ohne Lärm

Bei den Mikrofonen für die Unterhaltungselektronik soll mit Partnern ein Fertigungsverfahren entwickelt werden. Sie sollen mittels sogenannter Wafer-Technik in hohen Stückzahlen gefertigt werden, ähnlich Kameralinsen. Fischer geht davon aus, dass in einigen Jahren interaktive TV-Geräte, Telekonferenzsysteme oder Freisprechanlagen in Autos mit lizenzgefertigten Mikros von Xarion ausgerüstet sein werden. Und Handys? "Das würde wahnsinnig hohe Stückzahlen bedeuten. Faktoren wie Preis, Größe und Stromverbrauch sind sehr kritisch. Zum jetzigen Zeitpunkt wäre das noch unrealistisch." (Alois Pumhösel, DER STANDARD, 16.4.2014)

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