MIT-insinöörit ovat kehittäneet paperiohuen kaiuttimen, joka voi muuttaa minkä tahansa pinnan aktiiviseksi äänilähteeksi.
Tämä ohutkalvokaiutin tuottaa äänen mahdollisimman vähäisellä säröllä ja käyttää murto-osan perinteisen kaiuttimen tarvitsemasta energiasta. Työryhmän esittelemä käden kokoinen kaiutin, joka painaa noin penniäkään, voi tuottaa korkealaatuista ääntä riippumatta siitä, mihin pintaan kalvo on kiinnitetty.
Näiden ominaisuuksien saavuttamiseksi tutkijat kehittivät petollisen yksinkertaisen valmistustekniikan, joka vaatii vain kolme perusvaihetta ja jota voidaan skaalata niin, että se tuottaa erittäin ohuita kaiuttimia, jotka ovat riittävän suuria peittämään auton sisäpuolen tai tapetoimaan huoneen.
Tällä tavalla käytettynä ohutkalvokaiutin voisi tarjota aktiivisen melunvaimennuksen meluisissa ympäristöissä, kuten lentokoneen ohjaamossa, tuottamalla saman amplitudin mutta vastakkaisen vaiheen ääntä; kaksi ääntä kumoavat toisensa. Joustavaa laitetta voidaan käyttää myös mukaansatempaavaan viihteeseen, esimerkiksi tarjoamalla kolmiulotteinen ääni teatterissa tai teemapuistossa. Ja koska se on kevyt ja vaatii niin vähän virtaa toimiakseen, laite soveltuu hyvin älylaitteiden sovelluksiin, joissa akun kesto on rajallinen.
"Tuntuu mahtavalta ottaa hoikalta paperiarkki, kiinnittää siihen kaksi pidikettä, kytkeä se tietokoneesi kuulokeliitäntään ja alkaa kuulla siitä lähteviä ääniä. Sitä voidaan käyttää missä tahansa. Tarvitsee vain vähän sähköä käyttääkseen sitä", sanoo Vladimir Bulović, Fariborz Maseehin kehittyvän teknologian johtaja, Organic and Nanostructured Electronics Laboratoryn (ONE Lab) johtaja, MIT.nanon johtaja ja paperin vanhempi kirjoittaja. .
Bulović kirjoitti artikkelin johtavan kirjailijan Jinchi Hanin, ONE Labin postdocin, ja toisen vanhemman kirjailijan Jeffrey Langin, Vitessen sähkötekniikan professorin, kanssa. Tutkimus julkaistaan tänään IEEE Transactions of Industrial Electronicsissa.
Uusi lähestymistapa
Tyypillinen kuulokkeista tai äänijärjestelmästä löytyvä kaiutin käyttää sähkövirran tuloa, joka kulkee magneettikentän muodostavan lankakelan läpi, joka liikuttaa kaiuttimen kalvoa, joka siirtää ilmaa sen yläpuolella ja tuottaa kuulemamme äänen. Sitä vastoin uusi kaiutin yksinkertaistaa kaiuttimen suunnittelua käyttämällä muotoiltua pietsosähköistä materiaalia olevaa ohutta kalvoa, joka liikkuu, kun sen päälle kohdistetaan jännite, mikä siirtää ilmaa sen yläpuolella ja tuottaa ääntä.
Useimmat ohutkalvokaiuttimet on suunniteltu seisomaan vapaasti, koska kalvon täytyy taipua vapaasti äänen tuottamiseksi. Näiden kaiuttimien asentaminen pinnalle vaikeuttaisi tärinää ja heikentäisi niiden kykyä tuottaa ääntä.
Tämän ongelman voittamiseksi MIT-tiimi harkitsi uudelleen ohutkalvokaiuttimen suunnittelua. Sen sijaan, että koko materiaali värähtelee, niiden suunnittelu perustuu pieniin kupuihin ohuella pietsosähköistä materiaalia olevalla kerroksella, jotka kukin värisevät erikseen. Näitä kupuja, joista kukin on vain muutaman hiuksenleveyden halkaisija, ympäröivät välikerrokset kalvon ylä- ja alaosassa, jotka suojaavat niitä kiinnityspinnalta ja mahdollistavat niiden värisemisen vapaasti. Samat välikerrokset suojaavat kupuja kulumiselta ja iskuilta päivittäisen käsittelyn aikana, mikä lisää kaiuttimen kestävyyttä.
Kaiuttimen rakentamiseksi tutkijat leikkasivat laserilla pieniä reikiä ohueen PET-levyyn, joka on eräänlainen kevyt muovi. He laminoivat rei'itetyn PET-kerroksen alapinnan erittäin ohuella kalvolla (jopa 8 mikronia) pietsosähköistä materiaalia, nimeltään PVDF. Sitten he laittoivat tyhjiön liimattujen arkkien yläpuolelle ja 80 celsiusasteen lämmönlähteen niiden alle.
Koska PVDF-kerros on niin ohut, tyhjiön ja lämmönlähteen aiheuttama paine-ero sai sen pullistumaan. PVDF ei pääse tunkeutumaan PET-kerroksen läpi, joten pienet kupolit työntyvät esiin alueilla, joilla PET ei estä niitä. Nämä ulkonemat asettuvat itsestään PET-kerroksen reikien kanssa. Sitten tutkijat laminoivat PVDF:n toisen puolen toisella PET-kerroksella toimimaan välikappaleena kupujen ja liimauspinnan välillä.
"Tämä on hyvin yksinkertainen ja suoraviivainen prosessi. Se antaisi meille mahdollisuuden tuottaa nämä kaiuttimet korkean suorituskyvyn tavalla, jos integroimme ne rullalta rullalle -prosessiin tulevaisuudessa. Tämä tarkoittaa, että sitä voidaan valmistaa suuria määriä, kuten tapettia seinien, autojen tai lentokoneiden sisätilojen peittämiseen”, Han sanoo.
