Les ingénieurs du MIT ont développé un haut-parleur fin comme du papier qui peut transformer n'importe quelle surface en une source audio active.
Ce haut-parleur à couche mince produit un son avec une distorsion minimale tout en utilisant une fraction de l'énergie requise par un haut-parleur traditionnel. Le haut-parleur de la taille d'une main dont l'équipe a fait la démonstration, qui pèse environ un centime, peut générer un son de haute qualité, quelle que soit la surface sur laquelle le film est collé.
Pour obtenir ces propriétés, les chercheurs ont mis au point une technique de fabrication d'une simplicité trompeuse, qui ne nécessite que trois étapes de base et peut être mise à l'échelle pour produire des haut-parleurs ultrafins suffisamment grands pour couvrir l'intérieur d'une automobile ou tapisser une pièce.
Utilisé de cette manière, le haut-parleur à couche mince pourrait fournir une annulation active du bruit dans des environnements bruyants, comme un cockpit d'avion, en générant un son de même amplitude mais de phase opposée ; les deux sons s'annulent. Le dispositif flexible pourrait également être utilisé pour un divertissement immersif, peut-être en fournissant un son tridimensionnel dans un théâtre ou un parc à thème. Et parce qu'il est léger et nécessite une si petite quantité d'énergie pour fonctionner, l'appareil est bien adapté aux applications sur les appareils intelligents où la durée de vie de la batterie est limitée.
"Il est remarquable de prendre ce qui ressemble à une fine feuille de papier, d'y attacher deux clips, de le brancher sur le port casque de votre ordinateur et de commencer à entendre les sons qui en émanent. Il peut être utilisé n'importe où. Il suffit d'un peu d'énergie électrique pour le faire fonctionner », déclare Vladimir Bulović, titulaire de la chaire Fariborz Maseeh en technologies émergentes, responsable du laboratoire d'électronique organique et nanostructurée (ONE Lab), directeur du MIT.nano et auteur principal de l'article. .
Bulović a rédigé l'article avec l'auteur principal Jinchi Han, postdoctorant au ONE Lab, et le co-auteur principal Jeffrey Lang, professeur de génie électrique à Vitesse. La recherche est publiée aujourd'hui dans IEEE Transactions of Industrial Electronics.
Une nouvelle approche
Un haut-parleur typique trouvé dans un casque ou un système audio utilise des entrées de courant électrique qui traversent une bobine de fil qui génère un champ magnétique, qui déplace une membrane de haut-parleur, qui déplace l'air au-dessus d'elle, qui produit le son que nous entendons. En revanche, le nouveau haut-parleur simplifie la conception du haut-parleur en utilisant un film mince d'un matériau piézoélectrique en forme qui se déplace lorsqu'une tension est appliquée dessus, ce qui déplace l'air au-dessus et génère du son.
La plupart des haut-parleurs à couche mince sont conçus pour être autonomes car le film doit se plier librement pour produire du son. Le montage de ces haut-parleurs sur une surface empêcherait les vibrations et entraverait leur capacité à générer du son.
Pour surmonter ce problème, l'équipe du MIT a repensé la conception d'un haut-parleur à couche mince. Plutôt que de faire vibrer tout le matériau, leur conception repose sur de minuscules dômes sur une fine couche de matériau piézoélectrique qui vibrent chacun individuellement. Ces dômes, chacun d'une largeur de seulement quelques cheveux, sont entourés de couches d'espacement en haut et en bas du film qui les protègent de la surface de montage tout en leur permettant de vibrer librement. Les mêmes couches d'espacement protègent les dômes de l'abrasion et des chocs lors de la manipulation quotidienne, améliorant ainsi la durabilité du haut-parleur.
Pour construire le haut-parleur, les chercheurs ont utilisé un laser pour découper de minuscules trous dans une fine feuille de PET, qui est un type de plastique léger. Ils ont stratifié la face inférieure de cette couche de PET perforée avec un film très fin (aussi fin que 8 microns) de matériau piézoélectrique, appelé PVDF. Ensuite, ils ont appliqué un vide au-dessus des feuilles collées et une source de chaleur, à 80 degrés Celsius, en dessous.
Parce que la couche de PVDF est si fine, la différence de pression créée par le vide et la source de chaleur l'a fait gonfler. Le PVDF ne peut pas se frayer un chemin à travers la couche de PET, de sorte que de minuscules dômes dépassent dans les zones où ils ne sont pas bloqués par le PET. Ces protubérances s'alignent automatiquement avec les trous de la couche de PET. Les chercheurs stratifient ensuite l'autre côté du PVDF avec une autre couche de PET pour agir comme une entretoise entre les dômes et la surface de collage.
"Il s'agit d'un processus très simple et direct. Cela nous permettrait de produire ces haut-parleurs à haut débit si nous les intégrions à un processus roll-to-roll à l'avenir. Cela signifie qu'il pourrait être fabriqué en grandes quantités, comme du papier peint pour recouvrir des murs, des voitures ou des intérieurs d'avions », explique Han.
