Los ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han desarrollado un altavoz delgado como el papel que puede convertir cualquier superficie en una fuente de audio activa. Este altavoz de película delgada produce sonido con una distorsión mínima y utiliza una fracción de la energía requerida por un altavoz tradicional. En cuanto a sus dimensiones, tiene el tamaño de una mano y pesa casi una moneda de diez centavos.
Para su desarrollo, se aplicó una técnica de fabricación que requiere solo tres pasos básicos y puede ampliarse para producir altavoces ultradelgados lo suficientemente grandes como para empapelar una habitación, cubrir el interior de un automóvil, para el entretenimiento inmersivo en un teatro, o para aplicaciones en dispositivos inteligentes que tengan una duración de la batería limitada, entre otros espacios.
La mayoría de los altavoces de película delgada están diseñados para ser independientes porque la película debe doblarse libremente para producir sonido. Montar estos altavoces en una superficie impediría la vibración y dificultaría su capacidad para generar sonido.
Diseño del altavoz
Para superar este problema, en lugar de que todo el material vibre, el diseño del altavoz se basa en pequeñas cúpulas sobre una fina capa de material piezoeléctrico que vibra individualmente. Estas cúpulas están rodeadas por capas espaciadoras en la parte superior e inferior de la película que las protegen de la superficie de montaje y les permiten vibrar libremente. Las mismas capas espaciadoras protegen las cúpulas de la abrasión y los impactos durante el manejo diario, mejorando la durabilidad del altavoz.
Para construir el altavoz, los investigadores usaron un láser para cortar pequeños agujeros en una lámina delgada de PET, que es un tipo de plástico liviano. Laminaron la parte inferior de esa capa de PET perforada con una película muy delgada, de 8 micrones, de material piezoeléctrico, llamado PVDF. Luego, aplicaron vacío sobre las láminas unidas y una fuente de calor, a 80ºC, debajo de ellas.
Debido a que la capa de PVDF es tan delgada, la diferencia de presión creada por el vacío y la fuente de calor hizo que se abultara, ya que el PVDF no puede abrirse camino a través de la capa de PET. Los investigadores laminaron el otro lado del PVDF con otra capa de PET para que actúe como espaciador entre las cúpulas y la superficie de unión.
Las cúpulas tienen 15 micras de altura, aproximadamente una sexta parte del grosor de un cabello humano, y solo se mueven hacia arriba y hacia abajo alrededor de media micra cuando vibran. Cada cúpula es una sola unidad de generación de sonido, por lo que se necesitan miles de estas diminutas cúpulas que vibran juntas para producir un sonido audible.
Pruebas reales
Probaron su altavoz de película delgada montándolo en una pared a 30 centímetros de un micrófono para medir el nivel de presión del sonido, registrado en decibelios (db). Cuando pasaron 25 V de electricidad a través del dispositivo a 1 Khz, el altavoz produjo un sonido de alta calidad a niveles de conversación de 66 db. A 10 Khz, el nivel de presión del sonido aumentó a 86 db, aproximadamente el mismo nivel de volumen que el tráfico de la ciudad.
El dispositivo de eficiencia energética solo requiere alrededor de 100 mW de potencia por metro cuadrado de área de altavoz. Por el contrario, un altavoz doméstico promedio podría consumir más de 1 W de potencia para generar una presión de sonido similar a una distancia comparable.
Debido a que las cúpulas diminutas están vibrando, en lugar de toda la película, el altavoz tiene una frecuencia de resonancia lo suficientemente alta como para que pueda usarse de manera efectiva para aplicaciones de ultrasonido, como imágenes. De esta forma, el dispositivo también podría usar ultrasonido para detectar dónde se encuentra un ser humano en una habitación, al igual que los murciélagos que usan la ecolocalización, y luego moldear las ondas de sonido para seguir a la persona mientras se mueve.