Графеновые динамики и наушники: ультра-низкое потребление, высокое качество звука

Портативные устройства — смартфоны, ноутбуки, планшеты — полагаются на компактные драйверы, преобразующие электрические сигналы в слышимый звук. Традиционные драйверы используют гибкие мембраны из бумаги или пластика. Когда эти тонкие мембраны вибрируют, они толкают молекулы воздуха, генерируя звуковые волны, достигающие наших ушей.

Почему важна частотная характеристика

Качество драйвера оценивается по ровности его частотной характеристики. На практике это означает выдачу постоянного уровня звукового давления по всему слышимому спектру, от 20 Гц до 20 кГц. Конвенциональные драйверы борются за достижение этого показателя, оставаясь компактными, эффективными и экономичными.

Графеновый драйвер UC Berkeley

Исследователи Калифорнийского университета в Беркли сконструировали графеновый динамик, который соперничает и по некоторым метрикам превосходит многие коммерческие продукты. Ключевые преимущества:

• Ультралегкая масса — лист графена толщиной 30 нм и шириной 7 мм.
• Исключительная прочность — позволяющая создавать большие ультратонкие мембраны, эффективно производящие звук.
• Ровная частотная характеристика — поддержание постоянного выхода от 20 Гц до 20 кГц без необходимости искусственного демпфирования.
• Очень низкое потребление энергии — работа на уровне всего нескольких наноампер, далеко ниже обычных динамиков.

Как это работает

Графеновый лист помещен между двумя перфорированными кремниевыми электродами, покрытыми диоксидом кремния. Эта конструкция предотвращает пробой при больших амплитудах возбуждения. При приложении напряжения электростатические силы заставляют графеновую мембрану вибрировать, создавая звук. Модулируя напряжение управления, можно производить широкий диапазон частот и амплитуд с высокой точностью.

Процесс фabрикации прост и масштабируем, делая возможным производство мембран большей площади для более крупных драйверов. Это открывает возможности для ультракомпактных высокопроизводительных аудиоустройств с минимальным потреблением энергии.