Инженерите на MIT разработиха тънък като хартия високоговорител, който може да превърне всяка повърхност в активен аудио източник.
Този тънкослоен високоговорител произвежда звук с минимално изкривяване, като същевременно използва малка част от енергията, необходима на традиционния високоговорител. Демонстрираният от екипа високоговорител с размер на ръка, който тежи приблизително колкото стотинка, може да генерира висококачествен звук, независимо към каква повърхност е залепен филмът.
За да постигнат тези свойства, изследователите въведоха измамно проста техника за производство, която изисква само три основни стъпки и може да бъде увеличена, за да произведе ултратънки високоговорители, достатъчно големи, за да покрият вътрешността на автомобил или да тапетират стая.
Използван по този начин, тънкослойният високоговорител може да осигури активно шумопотискане в шумна среда, като пилотска кабина на самолет, чрез генериране на звук със същата амплитуда, но противоположна фаза; двата звука взаимно се компенсират. Гъвкавото устройство може да се използва и за завладяващо забавление, може би чрез осигуряване на триизмерно аудио в театър или разходка в тематичен парк. И тъй като е леко и изисква толкова малко енергия за работа, устройството е много подходящо за приложения на смарт устройства, където животът на батерията е ограничен.
„Чувството е забележително да вземете нещо, което прилича на тънък лист хартия, да прикрепите две щипки към него, да го включите в порта за слушалки на вашия компютър и да започнете да чувате звуци, излъчвани от него. Може да се използва навсякъде. Човек просто се нуждае от малко електрическа енергия, за да го управлява“, казва Владимир Булович, председател на Fariborz Maseeh за нововъзникващи технологии, ръководител на лабораторията за органична и наноструктурирана електроника (ONE Lab), директор на MIT.nano и старши автор на доклада .
Булович написа статията с водещия автор Джинчи Хан, постдоктор на ONE Lab, и състарши автор Джефри Ланг, професор по електроинженерство във Витес. Изследването е публикувано днес в IEEE Transactions of Industrial Electronics.
Нов подход
Типичният високоговорител в слушалките или аудиосистемата използва входове за електрически ток, които преминават през намотка от тел, която генерира магнитно поле, което движи мембраната на високоговорителя, което движи въздуха над него, което прави звука, който чуваме. За разлика от това, новият високоговорител опростява дизайна на високоговорителя, като използва тънък слой от оформен пиезоелектричен материал, който се движи, когато върху него се приложи напрежение, което движи въздуха над него и генерира звук.
Повечето тънкослойни високоговорители са проектирани да стоят свободно, тъй като филмът трябва да се огъва свободно, за да възпроизведе звук. Монтирането на тези високоговорители върху повърхност би попречило на вибрациите и способността им да генерират звук.
За да преодолее този проблем, екипът на MIT преосмисли дизайна на тънкослоен високоговорител. Вместо целият материал да вибрира, техният дизайн разчита на малки куполи върху тънък слой от пиезоелектричен материал, всеки от които вибрира поотделно. Тези куполи, всеки с ширина само няколко косми, са заобиколени от дистанционни слоеве отгоре и отдолу на филма, които ги предпазват от монтажната повърхност, като същевременно им позволяват да вибрират свободно. Същите дистанционни слоеве предпазват куполите от абразия и удари по време на ежедневна работа, повишавайки издръжливостта на високоговорителя.
За да изградят високоговорителя, изследователите са използвали лазер, за да изрежат малки дупки в тънък лист PET, който е вид лека пластмаса. Те ламинират долната страна на този перфориран PET слой с много тънък филм (толкова 8 микрона) от пиезоелектричен материал, наречен PVDF. След това те прилагат вакуум над залепените листове и източник на топлина при 80 градуса по Целзий под тях.
Тъй като PVDF слоят е толкова тънък, разликата в налягането, създадена от вакуума и източника на топлина, го накара да изпъкне. PVDF не може да си проправи път през PET слоя, така че малки куполчета стърчат в области, където не са блокирани от PET. Тези издатини се подравняват с дупките в PET слоя. След това изследователите ламинират другата страна на PVDF с друг PET слой, за да действа като разделител между куполите и свързващата повърхност.
„Това е много прост и ясен процес. Това би ни позволило да произвеждаме тези високоговорители по високопроизводителен начин, ако го интегрираме с процес от ролка до ролка в бъдеще. Това означава, че може да се произвежда в големи количества, като тапети за покриване на стени, автомобили или интериори на самолети“, казва Хан.
