Анонс: Что представляет собой новый ультратонкий динамик толщиной с… бумагу от Массачусетского технологического института. Стоит ли волноваться меломанам и аудиофилам о «начале конца» традиционной акустики.

На фоне текущих политико-экономических событий в мире многие интересные научные разработки остаются без внимания широкой аудитории и новые ультратонкие динамики толщиной с бумагу от инженеров Массачусетского технологического института (США) наглядное тому подтверждение.

Тем не менее уже сегодня в сети начали публиковаться «экспертные мнения» о начале конца традиционной акустики, что может повергнуть в шок меломанов, а особенно аудиофилов, потративших значительные деньги на формирование своих пакетов акустических систем.

Что представляет собой новый ультратонкий динамик от Массачусетского технологического института.

Это тонкопленочный громкоговоритель, который воспроизводит звук с «минимальными искажениями» и пока продемонстрирована модель размером с ладонь, а в качестве направлений применения заявлено о возможности:

• активного шумоподавления за счет излучения звуковых волн в противофазе шуму, например, при оклейке обоями-динамиками помещения, наружного слоя обивки самолета, автомобиля;

• обеспечения трехмерного (иммерсивного) звука в домашнем кинозале, театре или парке аттракционов.

«Очень приятно взять что-то похожее на тонкий лист бумаги, прикрепить к нему две скрепки, подключить его к порту для наушников вашего компьютера и начать слышать исходящие от него звуки. Его можно использовать где угодно. Для его работы нужно немного электроэнергии», — говорит Владимир Булович (Vladimir Bulović), заведующий кафедрой новых технологий Fariborz Maseeh, руководитель Лаборатории органической и наноструктурной электроники (Organic and Nanostructured Electronics Laboratory - ONE Lab).

Типичный громкоговоритель в наушниках или аудиосистеме использует электрический ток, проходящий через катушку, создающую магнитное поле, которое перемещает мембрану динамика и воздух перед/за ней, что и создает звуковые волны. Новые громкоговорители имеют мембрану из тонкой пленки из пьезоэлектрического материала определенной формы, которая двигается при приложении к ней напряжения, что перемещает воздух над ней и генерирует звук, однако для работы и типовых, и тонкопленочных динамиков необходимо наличие свободного пространства для движения мембраны.

Чтобы решить эту проблему, команда Массачусетского технологического института переосмыслила конструкцию тонкопленочного громкоговорителя – новая конструкция базируется на крошечных куполах, сформированных на тонком слое пьезоэлектрического материала, каждый из которых вибрирует индивидуально вместо того, чтобы заставлять вибрировать весь материал мембраны. Эти купола, каждый шириной всего в несколько волос, окружены прокладочными слоями сверху и снизу пленки, которые защищают их от истирания и ударов, самой поверхности монтажа, но при этом позволяют им свободно вибрировать.

При создании нового динамика использовали лазер, чтобы прорезать крошечные отверстия в тонком листе PET-пластика, а затем ламинировали нижнюю сторону этого перфорированного слоя очень тонкой пленкой (всего 8 микрон) из пьезоэлектрического материала PVDF, поместили в вакуум и нагрели до 80 градусов Цельсия. Поскольку слой PVDF очень тонкий, разница давлений, создаваемая вакуумом и источником тепла, вызвала его вздутие, причем в только местах перфорации, где образовались крошечные купола материала. Купола имеют высоту 15 микрон, 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.

Дополнительным преимуществом простого процесса изготовления, разработанного командой, является его настраиваемость - можно изменять размер отверстий в ПЭТ-пленке, чтобы контролировать размер куполов. Купола с большим радиусом вытесняют больше воздуха и излучают больше звука, а также имеют более низкую резонансную частоту.

Исследователи протестировали свой тонкопленочный громкоговоритель, прикрепив его к стене в 30 сантиметрах от микрофона, чтобы измерить уровень звукового давления в децибелах. Когда через устройство пропускали 25 вольт электроэннергии с частотой 1 килогерц (скорость 1000 циклов в секунду), динамик выдавал высококачественный звук разговорного уровня в 66 децибел, а частоте 10 килогерц уровень звукового давления увеличился до 86 децибел, что примерно соответствует уровню громкости городского транспорта. В итоге вычислений новая разработка показала высокую энергоэффективность - квадратный метр площади динамика потреблял всего около 100 милливатт мощности для создания звукового давления, аналогичного работе типового динамика с 1 Вт мощности (на сопоставимом расстоянии).

Стоит ли волноваться меломанам и аудиофилам о «начале конца» традиционной акустики.

При всей оригинальности, возможно прогрессивности нового конструктивно-технического решения излучателя звуковых волн безусловным остается факт – низкочастотные звуки пока (и скорей всего в перспективе) будут недоступны для ультратонких динамиков. Во всяком случае того качества восприятия, которое демонстрируют современные сабвуферы или фронтальная акустика домашних кинотеатров.

Прототип нового динамика по качеству воспроизведения выглядит буквально «жалко» даже в сравнении с «древней» акустикой 50-х годов, а с учетом эффектного дизайна современных акустических систем в персональных кинозалах у обоев-динамиков просто нет шанса и вряд ли появится в будущем.

Хотя, возможно, как звукоизолирующий материал новая разработка Массачусетского технологического института может быть перспективной, безусловно, если цена квадратного метра новинки будет хотя бы сравнимой со стоимостью звукоизоляции.