Alto-falante fino como papel feito com píxeis de som

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/04/2022

O alto-falante ultrafino pode transformar qualquer superfície rígida em uma fonte de áudio ativa de alta qualidade.
[Imagem: Felice Frankel]

Alto-falantes planos

Há mais de uma década que alto-falantes planos e flexíveis prometem colocar som em qualquer superfície, além de viabilizar aparelhos de som ultraminiaturizados.

O inconveniente daqueles primeiros protótipos é que a membrana inteira vibra para produzir o som, o que exige que ela fique suspensa em algum suporte, impedindo seu uso como revestimento, o que seria necessário para transformar qualquer superfície em uma fonte de áudio ativa.

Esse problema agora foi resolvido por Jinchi Han e colegas do MIT, nos EUA, que criaram unidades emissoras de som que vibram independentemente, sem depender da estrutura onde estão inseridas - pense nesses micro-alto-falantes como verdadeiros "píxeis de som".

Estes alto-falantes de filme fino produzem som com distorção mínima e exigem apenas uma fração da energia necessária para um alto-falante tradicional. E o "revestimento sonoro" gera som de alta qualidade, independentemente da superfície à qual o filme está colado.

Píxeis de som

Em vez de fazer todo o material vibrar, como os projetos de alto-falantes de filme fino desenvolvidos anteriormente, este novo projeto se baseia em pequenas cúpulas construídas em uma fina camada de material piezoelétrico, cada uma vibrando individualmente.

Essas cúpulas têm 15 micrômetros de altura, cerca de um sexto da espessura de um fio de cabelo humano, e só se movem para cima e para baixo cerca de meio micrômetro quando vibram. Cada cúpula é uma unidade individual de geração de som, então são necessárias milhares dessas minúsculas cúpulas vibrando juntas para produzir um som audível.

Individualmente, esses "píxeis de som" são cercados por camadas espaçadoras na parte superior e inferior do filme, que os protegem da superfície de montagem e garantem que elas vão vibrar livremente. As mesmas camadas espaçadoras protegem as cúpulas contra abrasão e impacto durante o manuseio diário, aumentando a durabilidade do alto-falante.

Para construir o alto-falante, os pesquisadores usaram um laser para fazer pequenos furos em uma folha fina de PET, o mesmo plástico usado em garrafas de refrigerante. Eles laminaram a parte inferior dessa camada de PET perfurada com um filme muito fino (8 micrômetros) de um material piezoelétrico chamado PVDF (fluoreto de polivinilideno). Em seguida, aplicaram vácuo acima das chapas coladas e uma fonte de calor, a 80 graus Celsius, embaixo delas.

Como a camada de PVDF é muito fina, a diferença de pressão criada pelo vácuo e pela fonte de calor fez com que ela inchasse. O PVDF não pode forçar seu caminho através da camada de plástico, então pequenas cúpulas se projetaram pelas áreas dos furos no PET. Finalmente, o outro lado do PVDF foi laminado com outra camada de PET, para funcionar como um espaçador entre as cúpulas e a superfície onde o filme gerador de som será colado.

O processo de fabricação é simples e pode ser feito em escala industrial.
[Imagem: Jinchi Han et al. - 10.1109/TIE.2022.3150082]

Apita bem

A equipe testou seu alto-falante de filme fino montando-o em uma parede a 30 centímetros de um microfone, para medir o nível de pressão sonora, registrado em decibéis. Operando a 25 volts e recebendo uma entrada sonora a 1 quilohertz (uma taxa de 1.000 ciclos por segundo), o alto-falante produziu um som (um apito) muito puro em níveis de conversação de 66 decibéis. A 10 quilohertz, o nível de pressão sonora aumentou para 86 decibéis, aproximadamente o mesmo nível de volume do tráfego de uma cidade.

O dispositivo requer apenas cerca de 100 miliwatts de potência por metro quadrado de área de alto-falante - para comparação, um alto-falante doméstico médio pode consumir mais de 1 watt de energia para gerar pressão sonora semelhante à mesma distância que o dispositivo foi testado.

"É incrível pegar o que parece ser uma folha de papel fina, anexar dois clipes a ela, conectá-la à porta de fone de ouvido do seu computador e começar a ouvir os sons que emanam dela. Ela pode ser usada em qualquer lugar. Ela precisa apenas de uma minúscula quantidades de energia elétrica para operá-la," disse o professor Vladimir Bulovic, cuja equipe também já criou um papel solar, capaz de gerar eletricidade.

Som ou ultra-som

Além de transformar qualquer aparelho, móvel ou parede em uma fonte emissora de som ambiente, essa película flexível também pode ser usada para entretenimento imersivo, talvez fornecendo áudio tridimensional em um teatro ou passeio de parque temático. E, como requer uma quantidade tão pequena de energia, ela pode ser usada em aparelhos portáteis, alimentados por baterias.

Além disso, como apenas as minúsculas unidades geradoras de som estão vibrando, em vez de todo o filme, o alto-falante tem uma frequência de ressonância alta o suficiente para que ele possa ser usado efetivamente em aplicações de ultra-som, como geração de imagens - a imagem por ultrassom usa ondas sonoras de frequência muito alta para produzir imagens, e frequências mais altas produzem melhor resolução de imagem.

"Este é um processo muito simples e direto. Ele nos permitiria produzir esses alto-falantes em um processo de alto rendimento se no futuro for integrado a um processo rolo a rolo. Isso significa que ele pode ser fabricado em grandes quantidades, como papel de parede para cobrir paredes, carros ou interiores de aeronaves," disse Han.

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