دانشمندان بلندگوهایی با ضخامت کاغذ ساخته اند که می توانند هر سطحی را به منبع فعال صدا تبدیل کنند. این دستگاه با وزن تنها 2 گرم و به اندازه یک دست انسان توسط محققان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در ایالات متحده ساخته شده است.
این بلندگوی کوچک به طور بالقوه می تواند حذف نویز فعال را در محیط های حساس مانند کابین خلبان ارائه دهد و حتی می تواند برای پخش صدای سه بعدی در تئاتر یا شهربازی استفاده شود. این دستگاه صدا را با حداقل اعوجاج تولید می کند و تنها بخش بسیار کمی از انرژی مورد نیاز بلندگوهای سنتی برای حفظ آن کافی است.
بر اساس یک گزارش مستقل و به گفته دانشمندان، این دستگاه که اخیرا در مجله IEEE Transactions on Industrial Electronics منتشر شده است. عملکرد آن شرح داده شده است، می تواند صدایی با کیفیت بالا بدون توجه به سطحی که روی آن متصل است تولید کند. لادیمیر بولوویچ، نویسنده اصلی این مقاله از MIT در بیانیه ای اعلام کرد:
مانند این است که یک تکه کاغذ نازک بردارید، دو گیره به آن وصل کنید و آن را به پورت هدفون رایانه خود وصل کنید. می توان از آن در هر مکانی استفاده کرد و روشنایی آن به انرژی بسیار کمی نیاز دارد.
دانشمندان می گویند که از آنجایی که این دستگاه سبک وزن است و برای کار کردن تنها به مقدار کمی انرژی نیاز دارد، به نظر می رسد انتخاب خوبی برای برنامه های مرتبط با دستگاه های هوشمند با عمر باتری محدود باشد.
بلندگوهای معمولی مورد استفاده در هدفون و سیستم های صوتی دارای ورودی های الکتریکی از سیم پیچ هستند که میدان مغناطیسی ایجاد می کند که غشای بلندگو و هوای بالای آن را حرکت می دهد و صدایی را که ما می شنویم تولید می کند.
در عوض، اسپیکر جدید طراحی ساده ای دارد. یک لایه نازک از مواد پیزوالکتریک (نوعی ماده که در آن بار الکتریکی جمع می شود) استفاده می شود. فشار این قسمت به الکتریسیته تبدیل شده و با اعمال ولتاژ حرکت می کند. هوا را حرکت می دهد و صدایی را که ما می شنویم ایجاد می کند.
در طراحی جدید، گنبدهای کوچکی بر روی لایه نازکی از مواد پیزوالکتریک قرار می‌گیرند که به جای لرزش کل مواد، تک تک به لرزه در می‌آیند. این اجازه می دهد تا آن را بر روی هر سطحی، بدون وقفه در فرآیند تولید صدا قرار دهید.
دانشمندان از لیزر برای شکل دادن به بلندگوی جدید استفاده کردند تا سوراخ‌های کوچکی را در ورقه نازکی از پلاستیک PET ایجاد کنند و سطح زیرین آن را با یک لایه بسیار نازک از PVDF، یک ماده پیزوالکتریک، لمینت کنند. سپس بر روی ورق های چسب زده شده وکیوم زده شده و زیر آنها منبع حرارتی با دمای 80 درجه قرار داده شده است. اختلاف فشار ایجاد شده توسط خلاء و منبع گرما باعث برآمدگی لایه فوق نازک PVDF می شود که باعث بیرون زدگی گنبدهای کوچک در مناطقی می شود که توسط PET مسدود نشده اند. سپس دانشمندان طرف دیگر PVDF را با لایه دیگری از PET لایه بندی کردند تا به عنوان یک شکاف بین گنبدها و سطوح پیوند عمل کند.
این مطالعه نشان داد که گنبدها تقریباً 15 میکرون (حدود یک ششم ضخامت موی انسان) ارتفاع دارند و در صورت ارتعاش حدود نیم میکرون بالا و پایین می‌روند. محققان توضیح دادند که هر یک از این گنبدها واحدی برای ایجاد صدا هستند و وقتی هزاران گنبد کوچک تکان می‌خورند، صدایی قابل شنیدن تولید می‌کنند.
در این مطالعه، دانشمندان همچنین یک تکنیک ساخت و ساز را توسعه دادند که به گفته آنها می توان از آن برای ساخت بلندگوهای بسیار نازک و بزرگ استفاده کرد. آنها به اندازه ای بزرگ هستند که داخل ماشین را بپوشانند یا از بلندگوها به عنوان کاغذ دیواری استفاده کنند.
نویسنده این مقاله، جینچی هان، گفت:
این فرآیند بسیار ساده و سرراست است. ما در آینده قادر خواهیم بود این بلندگوها را با توان عملیاتی بالا بسازیم. این بدان معناست که ما می‌توانیم این کار را برای برنامه‌هایی مانند کاغذ دیواری اتاق، اتومبیل یا فضای داخلی هواپیما انجام دهیم.
برای اندازه گیری سطح فشار صوتی ثبت شده در دسی بل، محققان دستگاه را با نصب آن بر روی دیواری در فاصله 30 سانتی متری میکروفون آزمایش کردند. هنگامی که تقریباً 25 ولت برق با سرعت یک کیلوهرتز (1000 سیکل در ثانیه) به دستگاه منتقل می شود، بلندگو صدایی با کیفیت بالا در 66 دسی بل (تا حدودی فراتر از زمان مکالمه معمولی) تولید می کند.
دانشمندان می گویند که این دستگاه تنها به 100 میلی وات برق در هر متر مربع از منطقه بلندگو نیاز دارد. آنها می گویند: «متوسط بلندگوهای خانگی می توانند بیش از یک وات برق مصرف کنند تا فشار صدای مشابهی را در فاصله ای قابل مقایسه تولید کنند.
کار جدید دانشمندان می تواند برای اهدافی غیر از صدا نیز استفاده شود. اگر گنبدهای ارتعاشی لایه نازک با یک سطح بازتابنده پوشانده شوند، می‌توان از آن برای ایجاد الگوهای نوری برای فناوری‌های نمایشگر نسل بعدی استفاده کرد. دکتر Dr. “استفاده از این فناوری بی پایان است.” بولوویچ.
