Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont développé un haut-parleur fin, un peu comme du papier peint.
👉 Cette nouvelle technologie est capable de transformer des objets en source audio.
Ce matériau flexible peut être collé sur n’importe quelle surface, produisant un son avec une distorsion minimale.
Un pan de mur ou un panneau de porte dans la voiture qui sert de haut-parleur ? Ou qui peut être utilisé pour tapisser une pièce entière ?
Ce nouveau système sonore peut être placé presque n’importe où. Pour obtenir ces propriétés, les chercheurs ont mis au point un procédé de fabrication réduit à quelques étapes de base.
Différence avec les haut-parleurs traditionnels
🔉 Dans les haut-parleurs conventionnels, l’électricité circule dans une bobine de fil afin de créer un champ magnétique qui déplace un diaphragme, qui à son tour déplace l’air pour produire du son.
👉 Ce nouveau procédé déplace simplement un film fin de matériau piézoélectrique.
Dans la plupart des haut-parleurs à couche mince, le film doit pouvoir fléchir librement pour produire un son. Cela est plus difficile quand il est fixé à une surface.
Pour résoudre ce problème, une équipe du MIT s’est appuyé sur de minuscules dômes (15 microns de haut, soit environ un sixième de l’épaisseur d’un cheveu humain), où chacun vibre individuellement, sur une fine couche de matériau piézoélectrique.
Les couches d’espacement en haut et en bas du film protègent les dômes de l’abrasion, et des chocs pendant la manipulation. Cela permet d’avoir un résultat plus durable.
Le film sonore ne nécessite qu’environ 100 milliwatts de puissance par mètre carré de surface de haut-parleur.
À titre de comparaison, pour produire une pression sonore similaire à une distance comparable, une enceinte moyenne consomme plus de 1 watt de puissance.
Une nouvelle enceinte pour les lieux publics ?
🎡 Un tel haut-parleur à couche mince peut non seulement reproduire le son, mais aussi être utilisé pour permettre une meilleure immersion dans des parcs d’attraction, ou encore au théâtre et au cinéma.
✈️ Dans un environnement bruyant, comme dans un cockpit d’avion, il pourrait fournir une bonne suppression active du bruit.
📡 Le système pourrait également utiliser des ultrasons, afin de déterminer l’endroit exact où une personne se tient dans une pièce. Un peu comme une chauve-souris.
Une consommation d’énergie faible mais un son puissant
Comme les feuilles de haut-parleur sont légères et consomment peu d’énergie, elles sont adaptées pour une utilisation avec des appareils intelligents, qui embarquent une batterie.
Ce matériau peut produire un niveau de pression acoustique (SPL) de 86 dB à une distance de 30 cm, avec une excitation de 25 V (RMS) à 10 kHz, quelle que soit la surface rigide sur laquelle il est lié.
Le haut-parleur présente également une bande passante élevée, ce qui étend ses perspectives dans le domaine des ultrasons.
Dimensions & utilisation
➡️ Le haut-parleur ne pèse que 2 g, a une épaisseur de 120 μm et peut être fabriqué à faible coût.
Ces avantages font de ce nouveau haut-parleur un choix prometteur, pour le milieu industriel et commercial.
🚗 Les chercheurs du MIT suggèrent qu’il pourrait être utilisé comme papier peint dans une pièce, ou dans l’habitacle d’une voiture.
Une nouvelle approche
Pour fabriquer ce haut-parleur, les chercheurs ont utilisé un laser pour découper de minuscules trous dans une fine feuille de PET.
Ils ont stratifié la face inférieure de cette couche de PET perforée, avec un film très fin (8 microns environ) de matériau piézoélectrique, appelé PVDF.
Ils ont ensuite appliqué un vide au-dessus des feuilles collées, et une source de chaleur à 80° Celsius, en dessous.
Comme la couche de PVDF est très mince, la différence de pression créée par le vide et la source de chaleur l’a fait gonfler.
Le PVDF ne peut pas se frayer un chemin à travers la couche de PET, ce qui permet aux minuscules dômes de pouvoir dépasser dans les zones, où ils ne sont pas bloqués par le PET.
Ces protubérances s’alignent automatiquement avec les trous de la couche de PET.
Les chercheurs stratifient ensuite l’autre côté du PVDF avec une autre couche de PET, afin d’agir comme une entretoise entre les dômes et la surface de collage.
Haute qualité & faible consommation
Les dômes mesurent 15 microns de haut, soit environ un sixième de l’épaisseur d’un cheveu humain. Ceux-ci ne se déplacent de haut en bas que d’environ 1 demi-micron lorsqu’ils vibrent.
👉 Chaque dôme est une seule unité de génération de son.
Il faut donc que des milliers de ces minuscules dômes vibrent ensemble pour produire un son audible.
Un autre avantage du processus de fabrication, est sa capacité de réglage. Les chercheurs peuvent modifier la taille des trous dans le PET pour contrôler la taille des dômes.
Les dômes avec un rayon plus grand peuvent déplacer plus d’air, et produire plus de son. Mais les dômes plus grands ont également une fréquence de résonance plus faible. Et une fréquence de résonance plus faible entraîne une distorsion.
La fréquence de résonance est la fréquence à laquelle l’appareil fonctionne le plus efficacement.
Une fois que les chercheurs ont perfectionné le procédé de fabrication, ils ont testé plusieurs tailles de dôme et épaisseurs de couche piézoélectrique différentes, pour arriver à une combinaison optimale.
Des essais et encore des essais…
Ils ont testé le haut-parleur en le fixant à un mur à 30 cm d’un micro, pour mesurer le niveau de pression acoustique en décibels.
Quand 25 volts d’électricité traversent l’appareil à 1 kilohertz (un taux de 1 000 cycles par seconde), le haut-parleur produit un son de haute qualité à des niveaux de conversation de 66 décibels.
À 10 kilohertz, le niveau de pression acoustique est passé à 86 décibels, soit à peu près le même niveau de volume qu’un trafic urbain.
🏥 L’imagerie par ultrasons utilise des ondes sonores à très haute fréquence, pour produire des images. Et des fréquences plus élevées peuvent donner une meilleure résolution d’image.
👉 Si elles sont immergées dans un liquide, les membranes vibrantes pourraient fournir une nouvelle méthode d’agitation des produits chimiques. Cela permettrait d’obtenir des techniques de traitement chimique qui pourraient utiliser moins d’énergie, par rapport aux méthodes de traitement par lots importants.
