Inženýři MIT vyvinuli reproduktor tenký jako papír, který dokáže proměnit jakýkoli povrch v aktivní zdroj zvuku.
Tento tenkovrstvý reproduktor produkuje zvuk s minimálním zkreslením při použití zlomku energie, kterou vyžaduje tradiční reproduktor. Reproduktor o velikosti ruky, který tým předvedl a který váží zhruba desetník, dokáže generovat vysoce kvalitní zvuk bez ohledu na to, na jaký povrch je film nalepen.
K dosažení těchto vlastností výzkumníci propagovali klamně jednoduchou výrobní techniku, která vyžaduje pouze tři základní kroky a lze ji zvětšit, aby vytvořila ultratenké reproduktory dostatečně velké na to, aby pokryly vnitřek automobilu nebo tapetovaly místnost.
Použitý tímto způsobem by mohl tenkovrstvý reproduktor poskytovat aktivní potlačení hluku v hlučných prostředích, jako je kokpit letadla, generováním zvuku stejné amplitudy, ale opačné fáze; tyto dva zvuky se navzájem ruší. Flexibilní zařízení by také mohlo být použito pro pohlcující zábavu, například poskytnutím trojrozměrného zvuku v divadle nebo při jízdě v zábavním parku. A protože je lehký a vyžaduje tak malé množství energie k provozu, je zařízení vhodné pro aplikace na chytrých zařízeních, kde je omezená výdrž baterie.
„Je pozoruhodné vzít něco, co vypadá jako tenký list papíru, připevnit k němu dvě spony, zapojit jej do portu pro sluchátka v počítači a začít slyšet zvuky, které z něj vycházejí. Dá se použít kdekoliv. Člověk potřebuje jen trochu elektrické energie, aby to mohl spustit,“ říká Vladimir Bulović, předseda Fariborz Maseeh v oblasti rozvíjejících se technologií, vedoucí laboratoře organické a nanostrukturované elektroniky (ONE Lab), ředitel MIT.nano a hlavní autor článku. .
Bulović napsal článek s hlavním autorem Jinchi Hanem, postdoktorem ONE Lab, a spoluautorem Jeffrey Langem, profesorem elektrotechniky Vitesse. Výzkum je dnes zveřejněn v IEEE Transactions of Industrial Electronics.
Nový přístup
Typický reproduktor, který se nachází ve sluchátkách nebo audio systému, využívá vstupy elektrického proudu, které procházejí cívkou drátu, která generuje magnetické pole, které pohybuje membránou reproduktoru, pohybuje vzduchem nad ní a vytváří zvuk, který slyšíme. Naproti tomu nový reproduktor zjednodušuje konstrukci reproduktoru použitím tenkého filmu tvarovaného piezoelektrického materiálu, který se pohybuje, když je na něj aplikováno napětí, čímž se pohybuje vzduch nad ním a vytváří zvuk.
Většina tenkovrstvých reproduktorů je navržena jako volně stojící, protože film se musí volně ohýbat, aby produkoval zvuk. Montáž těchto reproduktorů na povrch by bránila vibracím a omezovala jejich schopnost generovat zvuk.
Aby se tento problém vyřešil, tým MIT přehodnotil design tenkovrstvého reproduktoru. Spíše než aby celý materiál vibroval, jejich design spoléhá na malé kupole na tenké vrstvě piezoelektrického materiálu, z nichž každá vibruje samostatně. Tyto kopule, z nichž každá má šířku jen několik vlasů, jsou obklopeny distančními vrstvami na horní a spodní straně fólie, které je chrání před montážním povrchem a zároveň jim umožňují volně vibrovat. Stejné distanční vrstvy chrání kopule před oděrem a nárazy při každodenní manipulaci, čímž zvyšují odolnost reproduktoru.
K sestavení reproduktoru vědci použili laser k vyříznutí malých otvorů do tenkého plátu PET, což je typ lehkého plastu. Nalaminovali spodní stranu této perforované PET vrstvy velmi tenkým filmem (tenkým až 8 mikronů) piezoelektrického materiálu, nazývaného PVDF. Poté nad lepené plechy aplikovali vakuum a pod ně zdroj tepla o teplotě 80 stupňů Celsia.
Protože je vrstva PVDF tak tenká, tlakový rozdíl vytvořený vakuem a zdrojem tepla způsobil její vyboulení. PVDF se nemůže protlačit skrz vrstvu PET, takže malé kopule vyčnívají v oblastech, kde nejsou blokovány PET. Tyto výstupky se samy vyrovnávají s otvory ve vrstvě PET. Výzkumníci poté laminují druhou stranu PVDF další PET vrstvou, která působí jako distanční vložka mezi kopulemi a spojovacím povrchem.
„Toto je velmi jednoduchý a přímočarý proces. Umožnilo by nám to vyrábět tyto reproduktory vysoce výkonným způsobem, pokud je v budoucnu integrujeme do procesu roll-to-roll. To znamená, že by se dal vyrábět ve velkém množství, jako jsou tapety na pokrytí stěn, automobilů nebo interiérů letadel,“ říká Han.
