Neuartiger Lautsprecher ist so dünn wie Papier
Forscher am MIT haben den Prototypen eines Lautsprechers entwickelt, der dünn wie ein Notizzettel ist, aber nur minimalen Energiebedarf hat.
Prototyp einer flexiblen Schallfolie mit zahlreichen Mikrokuppeln in einer perforierten Kunststoffschicht.
(Bild: Felice Frankel)
- Jan Oliver Löfken
Mit einer hauchdünnen und flexiblen Schallfolie kann nun nahezu jede Oberfläche in einen Lautsprecher verwandelt werden. Ein erster Prototyp – entwickelt von Forschern am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge – ist etwa so groß wie ein Notizzettel und gut ein Zehntel Millimeter dünn. Er wiegt gerade einmal zwei Gramm. Die Sound-Qualität ist zwar – vor allem wegen fehlender Bässe – noch nicht überragend, kann jedoch mit den Lautsprechern in einfachen Smartphones mithalten.
"Der Lautsprecher sieht aus wie ein schlankes Blatt Papier. Mit elektrischen Kontakten kann er nahezu überall genutzt werden", sagt Vladimir Bulović vom Nanostructured Electronics Laboratory am MIT. Versorgt mit Spannungspulsen von 25 Volt und einer Frequenz von einem Kilohertz erreicht der Schallpegel 66 Dezibel, bei zehn Kilohertz 86 Dezibel, was etwa dem Geräuschpegel von Straßenlärm entspricht. Der Stromverbrauch liegt mit 100 Milliwatt pro Quadratmeter Schallfolie bei etwa einem Zehntel im Vergleich zu klassischen Lautsprecher-Technologien.
Kunststoffkuppel wirkt als Schallquelle
Für die Fertigung der Schallfolie nutzten Bulović und Kollegen zum einen Laser zum Zuschneiden der einzelnen Folienschichten und zum anderen lithografische Verfahren, um eine dünne Schicht aus dem piezoelektrischen Kunststoff Polyvinylidenfluorid (PVDF) auf eine Polyethylenterephthalat-Folie (PET) aufzutragen. Auf elektrische Spannungspulse reagiert die PVDF-Schicht mit mechanischen Bewegungen. Diese schnellen Bewegungen werden auf die umgebende Luft übertragen, so dass hörbare Schallwellen ausgesandt werden. Für eine genaue Kontrolle über die Schallerzeugung perforierten die Forscher die PET-Folie mit hunderten winzigen Mikrolöchern. Nur durch diese etwa 350 Mikrometer durchmessenden Löcher konnte sich der piezoelektrische Kunststoff in Form von etwa 15 Mikrometer hohen Kuppeln ausdehnen. Jede einzelne Kuppel wirkte dabei als Schallquelle.
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Dank des mehrschichtigen Aufbaus kann die Schallfolie auf nahezu jede Unterlage – Vorhang, Tapete oder harte Flächen – aufgesetzt werden, ohne dass der Schall von der Unterlage selbst beeinflusst wird. Darin liegt ein wesentlicher Vorteil im Vergleich zu früheren Konzepten für Schallfolien, die sich nicht gut von der Unterlage entkoppeln ließen. Zudem lassen sich die elektrischen Kontakte – derzeit noch aus Silber – prinzipiell auch aus transparentem Indiumzinnoxid fertigen. Damit wären sogar durchsichtige Schallfolien möglich.
"Die Anwendungsmöglichkeiten für diese Technologie sind nahezu unbegrenzt", sagt Bulović. Nicht nur jede harte Fläche oder jeder flexible Stoff ließe sich mit der Schallfolie in einen Lautsprecher verwandeln. Solche Folien könnten auch Gegenschall erzeugen, um ein Noise-Canceling-System wie in Kopfhörern in ganzen Räumen wie etwa einem Flugzeug-Cockpit zu realisieren. Und über die Größe und Anzahl der Schall-Kuppeln kann sowohl der Schallpegel als auch der Frequenzbereich beeinflusst werden. Selbst Ultraschall ließe sich mit diesen Folien erzeugen, um beispielsweise in Bildgebungsverfahren genutzt zu werden.
(jle)
