Инженеры MIT разработали "громкоговоритель" толщиной с лист бумаги, который может превратить любую поверхность в активный источник звука. Например, стену или даже окно. Мы давно мечтаем, чтобы звуки с улицы при открытых окнах не проникали внутрь помещения!
Новый тонкопленочный "громкоговоритель" воспроизводит звук с минимальными искажениями, потребляя лишь часть энергии, необходимой для традиционного динамика, сообщают создатели.
Продемонстрированная команда громкоговорителя размером с ладонь, который весит примерно столько же, может воспроизводить высококачественный звук независимо от того, к какой поверхности приклеена плёнка.
Читайте также: Самые обычные очки теперь можно превратить в прибор ночного видения
Чтобы достичь этих свойств, исследователи для начала разработали обманчиво простую технологию изготовления. Это всего три шага и она может быть усовершенствована для производства ультратонких динамиков, достаточно больших, чтобы покрыть внутреннюю часть автомобиля или оклеить комнату ими как обоями.
Такой тонкоплёночный динамик может обеспечить активное шумоподавление, например, в кабине самолёта. Для этого нужно будет заставить динамик создавать звук той же амплитуды, но с противоположной фазой, и тогда два потока компенсируют друг друга.
А ещё гибкое и тонкое устройство может быть использовано для иммерсивных развлечений, например, для обеспечения трёхмерного звука в театре, кинотеатре или внутри аттракциона в тематическом парке развлечений.
Тонкий и лёгкий материал, требующий для работы небольшое количество энергии, можно также использовать в "умных" устройствах, где время работы от батареи ограничено.
"Очень приятно взять что-то похожее на тонкий лист бумаги, прикрепить к нему два зажима, подключить его к порту для наушников вашего компьютера и начать слушать исходящие от него звуки. Его можно использовать где угодно", — говорит Владимир Булович, заведующий кафедрой новых технологий в MIT.nano и старший автор вышедшей недавно статьи.
Как же работает такой динамик? Он представляет собой тонкую плёнку пьезоэлектрического материала определённой формы, которая изменяет свою форму при приложении к ней напряжения. Воздух над ней за счёт этого тоже перемещается. Так генерируется звук.
Большинство тонкоплёночных громкоговорителей спроектированы так, чтобы быть отдельно стоящими. То ест плёнка не должна ничего касаться, чтобы свободно изгибаться для воспроизведения звука. Установка таких динамиков на какую-либо поверхность будет препятствовать вибрации и ограничивать их способность генерировать звук.
Чтобы решить эту проблему, команда MIT переосмыслила конструкцию тонкоплёночного "громкоговорителя".
Вместо того чтобы заставлять вибрировать весь материал, учёные придумали новую конструкцию, которая имеет крошечные купола. Каждый из них колеблется независимо. Эти купола, каждый шириной всего в несколько волос, окружены прокладочными слоями сверху и снизу, которые защищают их от соприкосновения с поверхности, на которую будет приклеена плёнка.
Читайте также: MIT представил первую цифровую ткань. Она собирает, хранит и обрабатывает данные, словно компьютер
Те же прокладочные слои защищают купола от истирания и ударов при ежедневном использовании, повышая долговечность динамика.
Очень простой и понятный процесс создания таких куполов позволит производить эти динамики в промышленных масштабах (планируется даже рулонное производство).
Высокое качество, низкая мощность
Купола имеют высоту 15 микрометров, что составляет примерно одну шестую толщины человеческого волоса, и при вибрации они перемещаются вверх и вниз только примерно на полмикрона.
Каждый купол представляет собой единый блок генерации звука, поэтому для создания слышимого звука требуется, чтобы тысячи этих крошечных куполов вибрировали вместе.
Купола с большим радиусом "двигают" больше воздуха и производят больше звука, но большие купола также имеют более низкую резонансную частоту. Резонансная частота — это частота, на которой устройство работает наиболее эффективно, а более низкая резонансная частота приводит к искажению звука.
Исследователи протестировали динамики с куполами разных размеров и толщин пьезоэлектрического слоя под ними, чтобы найти оптимальное сочетание.
Затем они протестировали тонкоплёночный динамик, прикрепив его к стене в 30 сантиметрах от микрофона, чтобы записать и измерить звук в децибелах.
Читайте также: Физики сгенерировали под водой самый громкий звук в истории
При 25 вольтах и частоте один килогерц (скорость 1000 циклов в секунду), динамик выдавал высококачественный звук разговорного уровня в 66 децибел.
На частоте 10 килогерц показатели увеличивались до 86 децибел, что примерно соответствует уровню громкости городского транспорта.
Новому устройству требуется всего около 100 милливаттов на квадратный метр площади динамика. Средний домашний динамик может потреблять более 1 Вт для создания аналогичного звука на сопоставимом расстоянии.
Статья разработчиков вышла в журнале IEEE Transactions on Industrial Electronics.
Мы пишем о самых выдающихся достижениях науки, суперсовременных технологиях и их внедрении в нашу жизнь, рассказываем о том, каким будет будущее человечества.
Если вам нравятся наши новости, подписывайтесь на наш канал и не забывайте ставить лайки. Эти нехитрые действия помогают нам в развитии и сборе средств для финансирования проекта.
Также наши сообщества есть в Telegram, Twitter, ВК, Facebook, "Одноклассниках". Приходите, если вы бываете там чаще, чем на Дзене.
