Ένα ηχείο τόσο λεπτό όσο ένα φύλλο χαρτιού από το MIT

Ερευνητές του MIT ανέπτυξαν ένα εξαιρετικά λεπτό και ελαφρύ ηχείο που μπορεί να μετατρέψει σχεδόν οποιαδήποτε άκαμπτη επιφάνεια σε πηγή ήχου. Η τεχνολογία βασίζεται σε ένα λεπτό πιεζοηλεκτρικό φιλμ και υπόσχεται υψηλή ποιότητα ήχου με εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. (news.mit.edu)

Η βασική ιδέα είναι αρκετά διαφορετική από αυτή ενός συμβατικού ηχείου. Στα κλασικά ηχεία, ένα πηνίο και ένας μαγνήτης μετακινούν μια μεμβράνη, η οποία με τη σειρά της μετακινεί τον αέρα. Η ομάδα του MIT χρησιμοποίησε αντί γι' αυτό ένα πολύ λεπτό στρώμα από PVDF, ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό που παραμορφώνεται όταν εφαρμοστεί ηλεκτρική τάση. (news.mit.edu).

Μικροσκοπικοί «θόλοι» που παράγουν τον ήχο

Το ενδιαφέρον στοιχείο της κατασκευής είναι ότι δεν χρειάζεται να πάλλεται ολόκληρη η λεπτή μεμβράνη. Στην επιφάνειά της δημιουργούνται χιλιάδες μικροσκοπικοί θόλοι. Ο καθένας λειτουργεί σαν μια μικρή μονάδα παραγωγής ήχου, κινούμενος πάνω-κάτω όταν εφαρμοστεί τάση.

Οι θόλοι έχουν ύψος περίπου 15 μικρόμετρα και η κίνησή τους κατά τη λειτουργία είναι μόλις περίπου μισό μικρόμετρο. Παρότι η κίνηση κάθε στοιχείου είναι ελάχιστη, η ταυτόχρονη λειτουργία χιλιάδων τέτοιων στοιχείων δημιουργεί ακουστικά αντιληπτό ήχο. (news.mit.edu)

Μόλις 8 μικρόμετρα πάχος

Για την κατασκευή χρησιμοποιείται ένα λεπτό φύλλο PET, στο οποίο δημιουργούνται μικροσκοπικές οπές. Πάνω του τοποθετείται ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα PVDF, με πάχος που μπορεί να φτάσει μόλις τα 8 μικρόμετρα. Με τη βοήθεια κενού και θερμότητας, το PVDF σχηματίζει τους μικροσκοπικούς θόλους στις περιοχές των οπών. Στη συνέχεια προστίθεται ένα ακόμη στρώμα PET που προστατεύει την κατασκευή. (news.mit.edu)

Έτσι προκύπτει ένα εύκαμπτο ηχείο που μπορεί να τοποθετηθεί πάνω σε μια επιφάνεια χωρίς αυτή να εμποδίζει την κίνηση των ενεργών στοιχείων.

Εντυπωσιακά χαμηλή κατανάλωση

Στις δοκιμές του MIT, ένα δείγμα μεγέθους περίπου παλάμης παρήγαγε 66 dB στα 1 kHz, όταν εφαρμοζόταν τάση 25 V, ενώ στα 10 kHz έφτασε τα 86 dB. Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι ότι η κατανάλωση υπολογίστηκε περίπου στα 100 mW ανά τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας ηχείου. (news.mit.edu)

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για συσκευές όπου το βάρος, το πάχος και η κατανάλωση ενέργειας αποτελούν κρίσιμους παράγοντες.

Από αυτοκίνητα μέχρι «ηχητική ταπετσαρία»

Οι ερευνητές θεωρούν ότι η τεχνολογία θα μπορούσε στο μέλλον να χρησιμοποιηθεί σε πολύ μεγαλύτερες επιφάνειες. Η διαδικασία κατασκευής έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να μπορεί δυνητικά να προσαρμοστεί σε παραγωγή μεγάλης κλίμακας, ακόμη και με διαδικασίες roll-to-roll.

Ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε, θεωρητικά, να καλύπτει το εσωτερικό ενός αυτοκινήτου ή ακόμη και έναν τοίχο σαν μια μορφή ηχητικής ταπετσαρίας. (news.mit.edu)

Οι πιθανές εφαρμογές δεν περιορίζονται στην αναπαραγωγή μουσικής. Το MIT αναφέρει μεταξύ άλλων την ενεργή ακύρωση θορύβου, όπου μια μεγάλη επιφάνεια θα μπορούσε να λειτουργεί ως πηγή ήχου για την εξουδετέρωση ανεπιθύμητων ήχων, καθώς και εφαρμογές σε φορητές συσκευές, immersive audio και συστήματα υπερήχων. (news.mit.edu)

Γιατί έχει σημασία

Το πιο ενδιαφέρον στοιχείο της έρευνας δεν είναι απλώς ότι δημιουργήθηκε ένα «λεπτό ηχείο». Είναι ότι το MIT δείχνει πως η παραγωγή ήχου μπορεί να αποσυνδεθεί από τη σημερινή αντίληψη του ηχείου ως ενός σχετικά ογκώδους μηχανικού συστήματος.

Μια επιφάνεια μπορεί πλέον να γίνει ενεργό ακουστικό στοιχείο, ενώ η πολύ μικρή κατανάλωση και το ελάχιστο βάρος ανοίγουν δρόμο για εφαρμογές όπου ένα συμβατικό ηχείο θα ήταν πολύ μεγάλο, βαρύ ή ενεργοβόρο.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε το 2022 στο IEEE Transactions on Industrial Electronics και πραγματοποιήθηκε από ερευνητές του MIT με επικεφαλής τον Vladimir Bulović, τον Jinchi Han και τον Jeffrey Lang. (news.mit.edu)

Πηγή: MIT News – Researchers develop a paper-thin loudspeaker