MIT-Ingenieur:innen haben einen ultradünnen flexiblen Lautsprecher entwickelt, der jede Oberfläche in eine aktive Audioquelle verwandeln kann. Dieser neue hauchdünne Lautsprecher erzeugt einen Klang mit minimaler Verzerrung und verbraucht dabei nur einen Bruchteil der Energie, die ein herkömmlicher Lautsprecher benötigt.
Ein typischer Lautsprecher in Kopfhörern oder einem Audiosystem verwendet elektrische Stromeingänge, die durch eine Drahtspule fließen und dadurch ein Magnetfeld erzeugen. Dieses Magnetfeld bewegt eine Lautsprechermembran – die die Luft darüber bewegt – und erzeugt den Ton, den wir hören.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Lautsprechern vereinfacht der neue Dünnfilmlautsprecher das Lautsprecherdesign durch die Verwendung eines dünnen Films aus einem geformten piezoelektrischen Material. Das Material bewegt sich mit angelegter Spannung, die die Luft darüber bewegt und Schall erzeugt. Der dünne Film kann praktisch auf allen möglichen Oberflächen aufgetragen werden, wie die Forscher:innen in diesem Fachartikel erklären.
Der hauchdünne Lautsprecher kann einen Schalldruckpegel von 86 dB in 30 cm Entfernung mit einer Anregung von 25 V (RMS) bei 10 kHz erzeugen. Der vorgeschlagene Lautsprecher weist auch eine hohe Bandbreite auf, was seine Perspektiven in den Ultraschallbereich erweitert.
Der Lautsprecher wiegt nur 2 g, ist 120 µm dick und lässt sich kostengünstig herstellen. Die Ingenieure entwarfen den Lautsprecher mit einer überraschend einfachen Herstellungstechnik. Ihre Technik erfordert nur drei grundlegende Schritte und kann skaliert werden, um ultradünne Lautsprecher herzustellen, die groß genug sind, um das Innere eines Autos zu bedecken oder einen Raum zu tapezieren.
Die Umsetzung
Mit einem Laser bohrten Ingenieur:innen winzige Löcher in eine dünne PET-Folie. Anschließend verwendeten sie einen dünnen Film aus einem piezoelektrischen Material namens PVDF, um die Unterseite der perforierten PET-Folie (8 Mikrometer dünn) zu laminieren.
Dann legten sie über den verbundenen Blechen ein Vakuum und darunter eine 80 °C heiße Wärmequelle an. Da die PVDF-Schicht so dünn ist, wölbte sie sich aufgrund des durch das Vakuum und die Wärmequelle induzierten Druckunterschieds. Da das PVDF die PET-Schicht nicht durchdringen kann, ragen dort, wo PET sie nicht blockiert, winzige Wölbungen hervor.
Die Perforationen in der PET-Schicht richten sich selbst mit diesen Vorsprüngen aus. Als Abstandshalter zwischen den Domen und der Klebefläche laminieren die Ingenieure die andere Seite des PVDF mit einer weiteren PET-Schicht. Die Kuppeln sind 15 Mikrometer hoch und bewegen sich nur etwa ein halbes Mikrometer auf und ab, wenn sie vibrieren. Jede Kuppel ist eine einzelne Klangerzeugungseinheit, daher müssen tausende dieser winzigen Kuppeln zusammen schwingen, um hörbaren Klang zu erzeugen.
Fazit
Ultradünne, leichte, leistungsstarke, kostengünstige und energieeffiziente Lautsprecher, die in einem weiten Bereich eingesetzt werden können, werden sowohl für herkömmliche Audiosysteme als auch für neue Anwendungen wie aktive Geräuschkontrolle und immersive Unterhaltung immer attraktiver.
Laut den Entwickler:innen ist die Soundqualität aufgrund der fehlenden Tieftöne zwar nicht auf dem Niveau von HiFi-Lautsprechern, jedoch bereits so gut wie bei herkömmlichen Smartphones.
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