สร้างลำโพงที่บางเฉียบและน้ำหนักเบา
ลำโพงฟิล์มบางที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งพัฒนาโดยนักวิจัยของ MIT มีน้ำหนักเพียง 2 กรัม มีความหนา 120 ไมครอน และสามารถสร้างเสียงคุณภาพสูงได้ไม่ว่าฟิล์มจะยึดติดกับพื้นผิวใดก็ตาม ข้อได้เปรียบเหล่านี้ทำให้เป็นตัวเลือกที่มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานที่แพร่หลายในสถานการณ์อุตสาหกรรมและการค้าที่มีอยู่และที่เกิดขึ้นใหม่
ลำโพงทั่วไปที่พบในหูฟังหรือระบบเสียงใช้อินพุตกระแสไฟที่ไหลผ่านขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งเคลื่อนเมมเบรนของลำโพง ซึ่งเคลื่อนอากาศไปด้านบน ซึ่งทำให้เสียงที่เราได้ยิน
ในทางตรงกันข้าม ลำโพงแบบใหม่นี้ทำให้การออกแบบลำโพงง่ายขึ้นโดยใช้แผ่นฟิล์มบางของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่มีรูปทรง ซึ่งจะเคลื่อนที่เมื่อมีแรงดันไฟเหนือลำโพง ซึ่งจะเคลื่อนอากาศเหนือลำโพงและสร้างเสียง
ลำโพงแบบฟิล์มบางส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้วางอิสระ เนื่องจากฟิล์มต้องโค้งงอได้อย่างอิสระเพื่อสร้างเสียง การติดตั้งลำโพงเหล่านี้บนพื้นผิวจะเป็นอุปสรรคต่อการสั่นสะเทือนและขัดขวางความสามารถในการสร้างเสียง
เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิจัยของ MIT Vladimir Bulović และเพื่อนร่วมงานของเขาได้คิดทบทวนการออกแบบลำโพงแบบฟิล์มบาง
แทนที่จะให้วัสดุสั่นสะเทือนทั้งหมด การออกแบบของพวกเขาอาศัยโดมเล็กๆ บนชั้นบางๆ ของวัสดุเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งแต่ละอันจะสั่นแยกกัน
โดมเหล่านี้แต่ละอันมีความกว้างของเส้นผมเพียงไม่กี่เส้น ล้อมรอบด้วยชั้นตัวเว้นวรรคที่ด้านบนและด้านล่างของฟิล์มที่ปกป้องโดมเหล่านี้จากพื้นผิวการติดตั้งในขณะที่ยังคงช่วยให้สั่นสะเทือนได้อย่างอิสระ
ชั้นตัวเว้นวรรคเดียวกันจะปกป้องโดมจากการเสียดสีและการกระแทกระหว่างการใช้งานในแต่ละวัน ช่วยเพิ่มความทนทานของลำโพง
ในการสร้างลำโพง นักวิทยาศาสตร์ใช้เลเซอร์ตัดรูเล็กๆ ให้เป็นแผ่น PET บางๆ ซึ่งเป็นพลาสติกน้ำหนักเบาชนิดหนึ่ง
พวกเขาเคลือบด้านล่างของชั้น PET ที่มีรูพรุนด้วยฟิล์มบางมาก (บางเพียง 8 ไมครอน) ของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่เรียกว่า PVDF
จากนั้นจึงใช้สุญญากาศเหนือแผ่นพันธะและแหล่งความร้อนที่ 80 องศาเซลเซียสใต้แผ่นเหล่านี้
เนื่องจากชั้น PVDF นั้นบางมาก ความแตกต่างของแรงดันที่เกิดจากสุญญากาศและแหล่งความร้อนจึงทำให้นูนขึ้น
PVDF ไม่สามารถบังคับผ่านชั้น PET ได้ ดังนั้นโดมขนาดเล็กจึงยื่นออกมาในบริเวณที่ PET ไม่ได้ปิดกั้น ส่วนที่ยื่นออกมาเหล่านี้จะปรับตัวเองให้เข้ากับรูในชั้น PET
จากนั้นทีมงานจะเคลือบอีกด้านหนึ่งของ PVDF ด้วยชั้น PET อีกชั้นหนึ่งเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวเว้นระยะระหว่างโดมและพื้นผิวการยึดติด
“นี่เป็นกระบวนการที่เรียบง่ายและตรงไปตรงมา” Dr. Jinchi Han จาก MIT กล่าว
“มันจะช่วยให้เราสามารถผลิตลำโพงเหล่านี้ในรูปแบบที่มีปริมาณงานสูงหากเรารวมเข้ากับกระบวนการแบบม้วนต่อม้วนในอนาคต”
“นั่นหมายความว่า มันสามารถประดิษฐ์ได้ในปริมาณมาก เช่น วอลล์เปเปอร์สำหรับติดผนัง รถยนต์ หรือภายในเครื่องบิน”
โดมมีความสูง 15 ไมครอน ประมาณหนึ่งในหกของความหนาของเส้นผมมนุษย์ และจะเคลื่อนที่ขึ้นและลงได้เพียงครึ่งไมครอนเท่านั้นเมื่อสั่นสะเทือน
โดมแต่ละอันเป็นหน่วยสร้างเสียงเดียว ดังนั้นจึงต้องใช้โดมเล็กๆ หลายพันตัวที่สั่นเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเสียงที่ได้ยิน
ประโยชน์เพิ่มเติมของกระบวนการผลิตอย่างง่ายคือความสามารถในการปรับแต่งได้ — ผู้เขียนสามารถเปลี่ยนขนาดของรูใน PET เพื่อควบคุมขนาดของโดมได้
โดมที่มีรัศมีขนาดใหญ่กว่าจะแทนที่อากาศและสร้างเสียงได้มากกว่า แต่โดมที่ใหญ่กว่าก็มีความถี่เรโซแนนซ์ที่ต่ำกว่าเช่นกัน
ความถี่เรโซแนนซ์คือความถี่ที่อุปกรณ์ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด และความถี่เรโซแนนซ์ที่ต่ำลงจะนำไปสู่การบิดเบือนของเสียง
เมื่อนักวิจัยพัฒนาเทคนิคการประดิษฐ์ที่สมบูรณ์แบบแล้ว พวกเขาได้ทดสอบขนาดโดมและความหนาของชั้นเพียโซอิเล็กทริกหลายขนาดเพื่อให้ได้ส่วนผสมที่เหมาะสมที่สุด
พวกเขาทดสอบลำโพงแบบฟิล์มบางโดยติดตั้งกับผนังจากไมโครโฟน 30 ซม. เพื่อวัดระดับแรงดันเสียงที่บันทึกเป็นเดซิเบล
เมื่อกระแสไฟฟ้า 25 โวลต์ถูกส่งผ่านอุปกรณ์ที่ 1 kHz ลำโพงจะสร้างเสียงคุณภาพสูงที่ระดับการสนทนา 66 เดซิเบล
ที่ 10 kHz ระดับความดันเสียงเพิ่มขึ้นเป็น 86 เดซิเบล ซึ่งใกล้เคียงกับระดับเสียงของการจราจรในเมือง
อุปกรณ์ประหยัดพลังงานใช้พลังงานเพียงประมาณ 100 มิลลิวัตต์ต่อตารางเมตรของพื้นที่ลำโพง
ในทางตรงกันข้าม ลำโพงในบ้านโดยเฉลี่ยอาจใช้พลังงานมากกว่า 1 วัตต์เพื่อสร้างแรงดันเสียงที่ใกล้เคียงกันในระยะทางที่ใกล้เคียงกัน
“เนื่องจากโดมเล็กๆ สั่นสะเทือนมากกว่าฟิล์มทั้งหมด ลำโพงจึงมีความถี่เรโซแนนซ์สูงเพียงพอที่มันสามารถนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับอัลตราซาวนด์ เช่น การถ่ายภาพ” ดร.ฮาน กล่าว
การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงมากเพื่อสร้างภาพ และความถี่ที่สูงขึ้นจะให้ความละเอียดของภาพดีขึ้น
“อุปกรณ์ยังสามารถใช้อัลตราซาวนด์เพื่อตรวจจับตำแหน่งที่มนุษย์ยืนอยู่ในห้องได้ เช่นเดียวกับที่ค้างคาวใช้ echolocation แล้วปรับคลื่นเสียงตามบุคคลในขณะที่พวกมันเคลื่อนที่” Dr. Bulović กล่าว
หากโดมที่สั่นสะเทือนของฟิล์มบางถูกปกคลุมด้วยพื้นผิวสะท้อนแสง ก็สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างรูปแบบของแสงสำหรับเทคโนโลยีการแสดงผลในอนาคต
หากแช่ในของเหลว เมมเบรนแบบสั่นสามารถให้วิธีการใหม่ในการกวนสารเคมี ทำให้เกิดเทคนิคการประมวลผลทางเคมีที่อาจใช้พลังงานน้อยกว่าวิธีการประมวลผลแบบกลุ่มใหญ่
“เรามีความสามารถในการสร้างการเคลื่อนที่เชิงกลของอากาศได้อย่างแม่นยำโดยการกระตุ้นพื้นผิวทางกายภาพที่สามารถปรับขนาดได้” ดร. บูโลวิชกล่าว
“ทางเลือกในการใช้เทคโนโลยีนี้ไม่มีขีดจำกัด”
สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่