Desarrollan altavoz ultradelgado que convierte cualquier superficie en una fuente de audio

Los científicos desarrollaron un altavoz tan delgado como el papel que puede transformar cualquier superficie en una fuente de audio activa.

El dispositivo, que pesa solo 2 gramos y es del tamaño de una mano humana, fue fabricado por los investigadores, algunos de los cuales pertenecen al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en EE.UU.

El diminuto altavoz puede brindar potencialmente cancelación de ruido en entornos clave como cabinas de aviones, e incluso audio tridimensional en cines o en atracciones de parques temáticos.

Produce sonido con una distorsión mínima, usando solo una fracción de la energía requerida por un altavoz tradicional.

El dispositivo, descrito recientemente en la revista IEEE Transactions on Industrial Electronics, puede generar sonido de alta calidad, sin importar a qué superficie se adhiera su película, explicaron los científicos.

“Se siente extraordinario tomar lo que parece una hoja de papel delgada, adjuntarle dos clips, conectarlo al puerto de auriculares de tu computadora y comenzar a escuchar los sonidos que emanan de él. Se puede utilizar en cualquier lugar. Uno solo necesita una pizca de energía eléctrica para hacerlo funcionar”, describió Vladimir Bulović, autor principal del artículo del MIT, en un comunicado.

Los científicos también señalaron que debido a que el dispositivo es liviano y necesita poca energía para operar, es muy adecuado para aplicaciones en dispositivos inteligentes en los que la duración de la batería es limitada.

“Los altavoces ultradelgados, livianos, de alto rendimiento, de bajo costo y energéticamente eficientes que pueden implementarse en un área amplia se han vuelto cada vez más atractivos tanto para los sistemas de audio tradicionales como para las aplicaciones emergentes, como el control activo del ruido y el entretenimiento inmersivo”, escribieron en el estudio.

Un altavoz típico utilizado en auriculares y sistemas de audio tiene entradas de corriente eléctrica que pasan a través de una bobina de alambre para generar un campo magnético que mueve la membrana del altavoz y el aire sobre él, formando el sonido que escuchamos.

En cambio, el nuevo altavoz tiene un diseño simplificado que utiliza una película delgada de un material piezoeléctrico moldeado, un tipo de material en el que se acumula la carga eléctrica, que convierte la presión sobre él en electricidad y se mueve cuando se aplica voltaje sobre él.

Esto mueve el aire sobre él para generar sonido.

Los altavoces de película delgada generalmente están diseñados para ser independientes, dado que la película debe poder doblarse libremente para producir sonido. Pero montarlos en una superficie impediría la vibración y dificultaría su capacidad para generar sonido.

El nuevo diseño, por el contrario, tiene bóvedas diminutas sobre una capa delgada de material piezoeléctrico que vibran individualmente en lugar de que vibre todo el material.

Los científicos formaron el nuevo altavoz usando un láser para cortar pequeños agujeros en una delgada lámina de plástico PET liviano y laminando la parte inferior de esta capa con una película muy delgada de PVDF, un tipo de material piezoeléctrico.

Luego aplicaron vacío sobre las láminas unidas y usaron una fuente de calor a 80°C debajo de ellas.

La diferencia de presión creada por el vacío y la fuente de calor hizo que la capa ultradelgada de PVDF se abultara, provocando que sobresalieran pequeñas bóvedas en áreas donde no están bloqueadas por el PET.

Luego, los científicos laminaron el otro lado del PVDF con otra capa de PET para que actuara como espaciador entre las bóvedas y la superficie de unión.

Las bóvedas tienen una altura de aproximadamente 15 micrones (aproximadamente una sexta parte del grosor de un cabello humano), y se mueven hacia arriba y hacia abajo aproximadamente medio micrón cuando vibran, destacó el estudio.

Cada una de estas bóvedas es una unidad de generación de sonido separada, y cuando miles de estas pequeñas bóvedas vibran juntas, producen un sonido audible, mencionaron los investigadores.

En el estudio, los científicos también desarrollaron una técnica de fabricación que, según dijeron, podría ampliarse para producir altavoces ultradelgados lo suficientemente grandes como para cubrir el interior de un automóvil o empapelar una habitación.

“Este es un proceso muy simple y directo. Nos permitiría producir estos altavoces con un alto rendimiento si lo integramos con un proceso continuo en el futuro. Eso significa que podrían fabricarse en grandes cantidades, como papel tapiz para cubrir paredes, automóviles o interiores de aviones”, afirmó Jinchi Han, otro coautor del estudio.

Los investigadores probaron el dispositivo montándolo en una pared a 11.8 pulgadas (30 cm) de un micrófono para medir el nivel de presión del sonido, registrado en decibelios.

Cuando pasaron alrededor de 25 voltios de electricidad a través del dispositivo a 1 kilohercio (una tasa de 1.000 ciclos por segundo), el altavoz produjo un sonido de alta calidad a 66 decibeles, un volumen ligeramente superior al rango de habla normal.

Los científicos dijeron que el dispositivo necesita apenas alrededor de 100 milivatios de potencia por metro cuadrado de área de altavoz.

En comparación, señalaron que un altavoz doméstico promedio podría consumir “más de 1 vatio de potencia para generar una presión de sonido similar a una distancia comparable”.

También puede haber aplicaciones para la tecnología en sectores distintos al audio.

Si las bóvedas vibrantes de la película delgada se cubren con una superficie reflectante, se pueden usar para crear patrones de luz para futuras tecnologías de visualización.

“Las opciones de cómo usar esta tecnología son ilimitadas”, afirmó el doctor Bulovic.