วิศวกรของ MIT ได้พัฒนาลำโพงแบบกระดาษที่สามารถเปลี่ยนพื้นผิวใดๆ ให้กลายเป็นแหล่งกำเนิดเสียงที่ใช้งานได้ลำโพงแบบฟิล์มบางนี้ให้เสียงโดยมีความผิดเพี้ยนน้อยที่สุดในขณะที่ใช้พลังงานเพียงเศษเสี้ยวของลำโพงแบบเดิม ลำโพงขนาดพกพาที่ทีมสาธิต ซึ่งมีน้ำหนักประมาณหนึ่งเหรียญ สามารถสร้างเสียงคุณภาพสูงได้ไม่ว่าฟิล์มจะยึดติดกับพื้นผิวใดก็ตาม
เพื่อให้บรรลุคุณสมบัติเหล่านี้
นักวิจัยได้บุกเบิกเทคนิคการประดิษฐ์ที่เรียบง่าย ซึ่งต้องใช้เพียงสามขั้นตอนพื้นฐานและสามารถปรับขนาดได้เพื่อผลิตลำโพงบางเฉียบที่ใหญ่พอที่จะคลุมภายในรถยนต์หรือติดวอลเปเปอร์ในห้องได้
เมื่อใช้วิธีนี้ ลำโพงแบบฟิล์มบางสามารถให้การตัดเสียงรบกวนแบบแอคทีฟในสภาพแวดล้อมที่ส่งเสียงดัง เช่น ห้องนักบินของเครื่องบิน โดยสร้างเสียงที่มีแอมพลิจูดเท่ากันแต่มีเฟสตรงกันข้าม ทั้งสองเสียงจะตัดกันออก
อุปกรณ์ที่ยืดหยุ่นนี้ยังสามารถใช้เพื่อความบันเทิงที่สมจริง โดยอาจให้เสียงสามมิติในโรงละครหรือเครื่องเล่นในสวนสนุก และเนื่องจากมีน้ำหนักเบาและต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยในการใช้งาน อุปกรณ์นี้จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานบนอุปกรณ์อัจฉริยะที่อายุการใช้งานแบตเตอรี่จำกัด
“การหยิบกระดาษแผ่นบางๆ ที่ดูเหมือนกระดาษแผ่นบางๆ มาติดเข้ากับคลิปหนีบ 2 อัน เสียบเข้ากับพอร์ตหูฟังของคอมพิวเตอร์ของคุณรู้สึกน่าทึ่ง และเริ่มได้ยินเสียงเล็ดลอดออกมาจากมัน สามารถใช้งานได้ทุกที่ เราแค่ต้องการพลังงานไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยเพื่อใช้งาน” Vladimir Bulović ประธาน Fariborz Maseeh ด้านเทคโนโลยีเกิดใหม่ และผู้เขียนอาวุโสของบทความ กล่าวซึ่งเขียนร่วมกับ Jinchi Han, ONE Lab postdoc และผู้เขียนร่วมอาวุโส Jeffrey Lang , ศาสตราจารย์วิเทสส์ สาขาวิศวกรรมไฟฟ้า.
แนวทางใหม่
เฟลิซ แฟรงเคิล MIT
ลำโพงทั่วไปที่พบในหูฟังหรือระบบเสียงใช้อินพุตกระแสไฟที่ไหลผ่านขดลวดที่สร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งเคลื่อนเมมเบรนของลำโพง ซึ่งเคลื่อนอากาศไปด้านบน ซึ่งทำให้เสียงที่เราได้ยิน ในทางตรงกันข้าม ลำโพงตัวใหม่นี้ทำให้การออกแบบลำโพงง่ายขึ้นโดยใช้แผ่นฟิล์มบางของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่มีรูปทรง ซึ่งจะเคลื่อนที่เมื่อมีแรงดันไฟเหนือลำโพง ซึ่งจะเคลื่อนอากาศเหนือลำโพงและสร้างเสียง
ลำโพงแบบฟิล์มบางส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบให้วางอิสระ เนื่องจากฟิล์มต้องโค้งงอได้อย่างอิสระเพื่อสร้างเสียง การติดตั้งลำโพงเหล่านี้บนพื้นผิวจะเป็นอุปสรรคต่อการสั่นสะเทือนและขัดขวางความสามารถในการสร้างเสียง
ดู: สุนัขหุ่นยนต์ที่ออกแบบในบอสตันลาดตระเวนซากปรักหักพังของปอมเปอีเพื่อช่วยรักษาพระธาตุ
เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีม MIT ได้คิดทบทวนการออกแบบลำโพงแบบฟิล์มบาง แทนที่จะให้วัสดุสั่นสะเทือนทั้งหมด การออกแบบของพวกเขาอาศัยโดมเล็กๆ บนชั้นบางๆ ของวัสดุเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งแต่ละอันจะสั่นแยกกัน โดมเหล่านี้ซึ่งมีความกว้างเพียงไม่กี่เส้นเท่านั้น ล้อมรอบด้วยชั้นตัวเว้นวรรคที่ด้านบนและด้านล่างของฟิล์มที่ปกป้องพวกเขาจากพื้นผิวการติดตั้งในขณะที่ยังคงช่วยให้สั่นสะเทือนได้อย่างอิสระ ชั้นตัวเว้นวรรคเดียวกันจะปกป้องโดมจากการเสียดสีและการกระแทกระหว่างการใช้งานในแต่ละวัน ช่วยเพิ่มความทนทานของลำโพง
ในการสร้างลำโพง
นักวิจัยได้ใช้เลเซอร์ตัดรูเล็กๆ ให้เป็นแผ่น PET บางๆ ซึ่งเป็นพลาสติกน้ำหนักเบาชนิดหนึ่ง พวกเขาเคลือบด้านล่างของชั้น PET ที่มีรูพรุนด้วยฟิล์มบางมาก (บางเพียง 8 ไมครอน) ของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกที่เรียกว่า PVDF จากนั้นจึงใช้สุญญากาศเหนือแผ่นพันธะและแหล่งความร้อนที่ 80 องศาเซลเซียสใต้แผ่นเหล่านี้
เพิ่มเติม: เมืองในฝรั่งเศสจุดไฟถนนด้วยการเรืองแสงของแบคทีเรียที่ไม่ต้องการไฟฟ้า
เนื่องจากชั้น PVDF นั้นบางมาก ความแตกต่างของแรงดันที่เกิดจากสุญญากาศและแหล่งความร้อนจึงทำให้นูนขึ้น PVDF ไม่สามารถบังคับทะลุผ่านชั้น PET ได้ ดังนั้นโดมขนาดเล็กจึงยื่นออกมาในบริเวณที่ PET ไม่ได้ปิดกั้น ส่วนที่ยื่นออกมาเหล่านี้จะปรับตัวเองให้เข้ากับรูในชั้น PET จากนั้นนักวิจัยจะเคลือบด้านอื่น ๆ ของ PVDF ด้วยชั้น PET อีกชั้นหนึ่งเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวเว้นวรรคระหว่างโดมกับพื้นผิวพันธะ
ตรวจสอบ: เทคโนโลยีรถโดยสารพลังงานแสงอาทิตย์แห่งแรกของมิวนิกจะเข้าสู่ถนนเพื่อลดการปล่อยมลพิษและมลพิษ
“นี่เป็นกระบวนการที่เรียบง่ายและตรงไปตรงมา จะช่วยให้เราสามารถผลิตลำโพงเหล่านี้ในรูปแบบที่มีปริมาณงานสูงหากเรารวมเข้ากับกระบวนการแบบม้วนต่อม้วนในอนาคต ซึ่งหมายความว่าสามารถประดิษฐ์ได้ในปริมาณมาก เช่น วอลเปเปอร์ติดผนัง รถยนต์ หรือเครื่องบิน” Han กล่าว
โดมมีความสูง 15 ไมครอน ประมาณหนึ่งในหกของความหนาของเส้นผมมนุษย์ และจะเคลื่อนที่ขึ้นและลงได้เพียงครึ่งไมครอนเท่านั้นเมื่อสั่นสะเทือน โดมแต่ละอันเป็นหน่วยสร้างเสียงเดียว ดังนั้นจึงต้องใช้โดมเล็กๆ หลายพันตัวที่สั่นเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเสียงที่ได้ยิน
ประโยชน์เพิ่มเติมของกระบวนการผลิต
ที่เรียบง่ายของทีมคือความสามารถในการปรับแต่งได้ นักวิจัยสามารถเปลี่ยนขนาดของรูใน PET เพื่อควบคุมขนาดของโดมได้ โดมที่มีรัศมีขนาดใหญ่กว่าจะแทนที่อากาศและสร้างเสียงได้มากกว่า แต่โดมที่ใหญ่กว่าก็มีความถี่เรโซแนนซ์ที่ต่ำกว่าเช่นกัน ความถี่เรโซแนนซ์คือความถี่ที่อุปกรณ์ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด และความถี่เรโซแนนซ์ที่ต่ำลงจะนำไปสู่การบิดเบือนของเสียง
เมื่อนักวิจัยพัฒนาเทคนิคการประดิษฐ์ที่สมบูรณ์แบบแล้ว พวกเขาได้ทดสอบขนาดโดมและความหนาของชั้นเพียโซอิเล็กทริกหลายขนาดเพื่อให้ได้ส่วนผสมที่เหมาะสมที่สุด
พวกเขาทดสอบลำโพงแบบฟิล์มบางโดยติดตั้งกับผนังจากไมโครโฟน 30 ซม. เพื่อวัดระดับแรงดันเสียงที่บันทึกเป็นเดซิเบล เมื่อกระแสไฟฟ้า 25 โวลต์ถูกส่งผ่านอุปกรณ์ที่ 1 กิโลเฮิรตซ์ (อัตรา 1,000 รอบต่อวินาที) ลำโพงจะสร้างเสียงคุณภาพสูงที่ระดับการสนทนา 66 เดซิเบล ที่ 10 กิโลเฮิรตซ์ ระดับความดันเสียงเพิ่มขึ้นเป็น 86 เดซิเบล ซึ่งใกล้เคียงกับระดับเสียงของการจราจรในเมือง
ที่เกี่ยวข้อง: การออกแบบเริ่มต้นสร้างอาคารสำเร็จรูปที่เปลี่ยนอาคารที่ดูดพลังงานให้กลายเป็นผู้ให้บริการไฟฟ้า
อุปกรณ์ประหยัดพลังงานใช้พลังงาน
เพียงประมาณ 100 มิลลิวัตต์ต่อตารางเมตรของพื้นที่ลำโพง ในทางตรงกันข้าม ลำโพงในบ้านโดยเฉลี่ยอาจใช้พลังงานมากกว่า 1 วัตต์เพื่อสร้างแรงดันเสียงที่ใกล้เคียงกันในระยะทางที่ใกล้เคียงกัน
Han อธิบาย เนื่องจากโดมเล็กๆ สั่นสะเทือนมากกว่าฟิล์มทั้งหมด ลำโพงจึงมีความถี่เรโซแนนซ์สูงเพียงพอที่สามารถใช้อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับอัลตราซาวนด์ เช่น การถ่ายภาพ Han อธิบาย การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงมากเพื่อสร้างภาพ และความถี่ที่สูงขึ้นจะให้ความละเอียดของภาพดีขึ้น
อุปกรณ์นี้ยังสามารถใช้อัลตราซาวนด์เพื่อตรวจจับตำแหน่งที่มนุษย์ยืนอยู่ในห้องได้ เช่นเดียวกับที่ค้างคาวใช้ echolocation แล้วปรับคลื่นเสียงให้ติดตามบุคคลในขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ Bulović กล่าว หากโดมที่สั่นสะเทือนของฟิล์มบางถูกปกคลุมด้วยพื้นผิวสะท้อนแสง ก็สามารถนำมาใช้เพื่อสร้างรูปแบบของแสงสำหรับเทคโนโลยีการแสดงผลในอนาคต หากแช่ในของเหลว เมมเบรนแบบสั่นสามารถให้วิธีการใหม่ในการกวนสารเคมี ทำให้เกิดเทคนิคการประมวลผลทางเคมีที่อาจใช้พลังงานน้อยกว่าวิธีการประมวลผลแบบกลุ่มใหญ่
“เรามีความสามารถในการสร้างการเคลื่อนที่เชิงกลของอากาศได้อย่างแม่นยำโดยการกระตุ้นพื้นผิวทางกายภาพที่สามารถปรับขนาดได้ ตัวเลือกในการใช้เทคโนโลยีนี้ไม่มีขีดจำกัด” Bulović กล่าว
Credit : เว็บตรงฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ
