Pierwszy głośnik grafenowy z łatwością przewyższa tradycyjne konstrukcje

Większość głośników działa przy użyciu membrany, która wytwarza fale ciśnienia w powietrzu poprzez wibracje mechaniczne. Jeśli chodzi o słyszalność dla ludzi, idealny głośnik lub słuchawki powinny generować stały poziom ciśnienia akustycznego od 20 Hz do 20 kHz, tj. powinny mieć płaską charakterystykę częstotliwościową, mówią Qin Zhou i Alex Zettl, którzy pracują na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley.

Dzisiaj ci faceci prezentują głośnik wielkości słuchawek, który mniej więcej spełnia te wymagania. Niezwykłe w tym głośniku jest to, że membrana jest wykonana z kilku warstw grafenu, węglowego drucianego materiału, który rewolucjonizuje wszystko, od projektowania tranzystorów po eksperymenty z fizyką cząstek.

Nowy głośnik jest prosty. Składa się z membrany grafenowej umieszczonej pomiędzy kilkoma elektrodami, które wytwarzają pole elektryczne. Kiedy to pole oscyluje, powoduje również wibracje grafenu, co generuje dźwięk.

To, co wyróżnia nowe urządzenie, to jego wydajność. Głośnik grafenowy, prawie bez specjalistycznej konstrukcji akustycznej, działa porównywalnie do wysokiej jakości komercyjnego zestawu słuchawkowego, mówią Zhou i Zettl.

Powody są proste. Membrana w każdym głośniku jest zasadniczo prostym oscylatorem harmonicznym z własną masą i siłą przywracającą, które określają sposób, w jaki wibruje przy różnych częstotliwościach. Większość membran wymaga tłumienia, aby poszerzyć zakres częstotliwości, w których pracują. Jednak, jak podkreślają Zhou i Zettl, inżynieria tłumienia szybko staje się złożona i kosztowna oraz powoduje nieuniknioną nieefektywność zasilania.

Jednym ze sposobów na zmniejszenie wymaganej techniki tłumienia jest sprawienie, aby membrana była bardzo cienka i lekka z małą stałą sprężyną, tak aby samo powietrze tłumiło jego ruch. Ale to zawsze była trudna perspektywa, biorąc pod uwagę, jak słaba i delikatna staje się większość materiałów, gdy są cienkie.

Dlatego grafen jest idealnym kandydatem. Przewodzi prąd elektryczny, ma bardzo małą gęstość masy i może być skonfigurowany tak, aby mieć bardzo małą efektywną stałą sprężystości, mówią Zhou i Zettl. I oczywiście jest też bardzo silny.

Ci faceci stworzyli głośnik wykorzystujący jako membranę cienką warstwę grafenu o grubości zaledwie 30 nm i średnicy 5 mm. Porównali jego wydajność z konwencjonalnymi słuchawkami Sennheiser MX-400 z obiecującymi wynikami. Nawet bez optymalizacji głośnik jest w stanie wytworzyć doskonałą charakterystykę częstotliwościową w całym obszarze słyszalnym (20 Hz ~ 20 KHz), porównywalną lub lepszą niż komercyjne odpowiedniki o konwencjonalnej konstrukcji.

To przydatny wynik. Co najlepsze, grafen z tłumieniem powietrza przekształca większość swojej energii w dźwięk, dzięki czemu jest niezwykle energooszczędny. Przyda się to na urządzeniach mobilnych, w których zużycie energii ma kluczowe znaczenie

Nietrudno więc sobie wyobrazić, że słuchawki wykorzystujące grafen będą dostępne w krótkim okresie i mogą zdominować rynek w dłuższej perspektywie. Warto mieć otwarte ucho.

Nr ref.: http:// arxiv.org/abs/1303.2391 : Głośnik elektrostatyczny grafenowy

ukryć