Electretmikrofon (ECM)

Elektretmikrofon (ECM)

Fig. 1: Schematic view of an electret microphone with membrane electret
Fig. 1: Schematic view of an electret microphone with membrane electret

Das Kernstück des Elektretmikrofons (auch ECM für „electret condenser microphone“) ist eine dünne Polymerfolie welche auf einer ihrer Oberflächen permanent elektrisch aufgeladen ist und häufig als Elektretfilm bezeichnet wird. Zur permanenten Ladungsspeicherung ist es notwendig, dass das Filmmaterial einen extrem hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. Derart hohe spezifische Widerstände findet man in einigen Hochpolymeren, beispielsweise in Fluoroetylenpropylen, welches als Teflon PTFE oder Teflon FEP bekannt ist.

Fig. 2: Commercial electret microphones
Fig. 2: Commercial electret microphones

In einer Variante des Elektretmikrofons, erstmals im Jahre 1962 von Gerhard M. Sessler und James E. West vorgeschlagen [1,2] und in Abb. 1 gezeigt, dient der Elektretfilm als Mikrofonmembran und trägt auf seiner Außenseite eine Metallschicht als Elektrode. Die Membran wird durch einen Luftspalt von einer metallischen Rückplatte, welche die zweite Elektrode darstellt, getrennt. Alternativ kann der Elektretfilm auf die Rückplatte aufgeklebt werden; in diesem Fall wird eine Membran aus ungeladenem Material, beispielsweise aus einem mechanisch resistenten und metallisierten Hochpolymeren verwendet.

Wenn Schallwellen die Membran zu Schwingungen anregen, erzeugt das durch die Elektretladung verursachte elektrische Gleichfeld im Luftspalt eine kleine Wechselspannung zwischen den Elektroden. Diese ist proportional zum Schalldruck und bildet das Ausgangssignal des Mikrofons.

Abb. 1: Schematische Darstellung eines Elektretmikrofons mit Membran-Elektret.

Das ECM ist seit den 1970-er Jahren der vorherrschende Mikrofontyp. Vorteile dieses Wandlers sind der einfache Aufbau, die niedrige Erschütterungsempfindlichkeit, die Miniturisierungs-Möglichkeiten und die preiswerte Herstellung. Typische kommerzielle Elektretmikrofone zeigt Abb. 2. Derzeit beträgt die weltweite jährliche Produktion etwa 2,5 Milliarden Einheiten und stellt zahlenmäßig etwa 90 % des Mikrofonmarkts dar. Nächster Verfolger sind Silizium-Kondensatormikrofone, von denen etwa 300 Millionen jährlich hergestellt werden. ECM’s sind in mobilen und stationären Telefonen, in anderen Kommunikations-Geräten, in Komkordern, Hörgeräten, Lärm-Dosimetern, Spielzeug, HiFi und Studiogeräten und in vielen anderen Anwendungen im Einsatz [3].

Abb. 2: Kommerzielle Elektretmikrofone.

Literatur

  • [1] “Self-Biased Condenser Microphone with High Capacitance” by G. M. Sessler and J. E. West, in Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 34, pp. 1787-1788 (1962).
  • [2] “Electroacoustic Transducer”, US Patent No. 3,118,022, Inventors: Gerhard M. Sessler and James E. West (filed May 22, 1962, issued Jan. 14, 1964).
  • [3] R. Lerch, G. M. Sessler und D. Wolf, „Technische Akustik“, Springer, Berlin, 2009